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海泡石|一文了解海泡石在造纸工业中的应用及存在问题!

2021-03-11  来自: 南阳市卧龙区磊宝海泡石加工有限公司 浏览次数:245

海泡石是一种层链状硅酸盐矿物,具有比表面积大、吸附能力强、耐高温、阻燃等特点。海泡石纤维外形呈细长针状结构,并聚集成束状体。当这些束状体在水或其他极性溶剂中分散时,针状纤维就会疏散开,杂乱地交织在一起,形成高粘度并且具有流变性的悬浮液。海泡石具有较好的抄纸性能,性质稳定,可用于耐高温纸、阻燃纸、过滤纸、吸附纸、鞭炮纸、环境除臭纸、高吸水性纸、香烟滤嘴纸等具有各种特殊性能的纸品。

1、海泡石可用于生产哪些特种纸品?

(1)用于生产耐高温纸

在耐高温纸中,玻璃纤维的含量直接决定其耐高温性能和强度,但玻璃纤维的耐高温温度只有800~900℃,含量过高会造成耐高温性能的降低,含量过低又会影响纸页强度性能,且价格较贵。海泡石可承受1500-1700℃的高温,因此利用海泡石的耐高温性可与玻璃纤维混合抄造耐高温纸。

(2)用于生产阻燃纸

海泡石具有强阻燃性,因此可作为填加材料填加到纸张中生产阻燃纸。通过对填加海泡石抄造阻燃纸研究表明,单纯以海泡石作为阻燃剂时纸页阻燃效果较差,提高海泡石加填量虽会改善纸页的阻燃能力,但纸页强度性能下降严重,因此海泡石需与其余阻燃物质配合使用来改善纸页阻燃效果。实验表明,三氧化二锑阻燃效果较好,但其与海泡石配合使用会很大影响纸页白度,且纸页燃烧时烟尘量较大,向海泡石/三氧化二锑阻燃体系中加入氯化石蜡后可以有效解决以上问题,且阻燃效果依然良好。

(3)用于生产液体过滤纸

海泡石多孔道形结构以及表面存在的不同种类的吸附活动中心使其可生产具有过滤功能的液体过滤纸,该滤纸可以用于过滤食品油以及精练油脂、化学稳定性好等优点。

例如,可利用海泡石纤维与针叶木纤维配抄制备食用油滤纸,食用油滤纸强度在海泡石与针叶木浆配比为3:7时适宜,用食用油滤纸过滤豆油样品后发现,相比于过滤前的浑浊不透明,过滤后的豆油清澈透明,豆油样品吸光度由过滤前的1.876转变为过滤后的1.018,脱色率达45.7%。红外光谱分析结果表明,过滤前后的豆油红外光谱谱图基本吻合,这说明豆油中的营养物质在过滤时没有被海泡石吸附,海泡石不会造成豆油营养成分的流失。

(4)用于生产吸附纸

海泡石强烈的选择吸附性,将其可填加到木浆中研制海泡石吸附型薄页纸。纸浆打浆度和海泡石加填量对吸附纸性能影响较大,随着纸浆打浆度的增高,纸页的物理强度随之升高,但透气度下降较快;海泡石中细小纤维含量较多,过多加入海泡石同样会降低纸页透气度。

实验表明:当纸浆打浆度为16°SR,海泡石的填加量为总绝干浆的20%时,抄造出的吸附型薄页纸无论是强度性能还是透气性能均达到。

(5)用于生产鞭炮纸

鞭炮纸的耐破度和裂断长决定了鞭炮的爆炸率和碎纸率,耐破度和裂断长的升高会导致鞭炮的爆炸率和碎纸率降低,影响鞭炮质量。因此鞭炮纸的耐破度和裂断长不宜过高。

相关研究表明,海泡石易分散、黏性好、稳定性好等特点使其在抄造鞭炮纸时能更多地留着于纸张中,留着率可达60%,而传统填料滑石粉的留着率只有45%,因此海泡石较滑石粉在降低鞭炮纸耐破度和裂断长方面更有效。

(6)用于生产环境除臭纸

海泡石是迅速、有效的吸附剂,可有效吸附产生腐肉味等难闻气味的分子,降低空气中氨气的浓度,因此海泡石可以用来生产环境除臭滤纸和除霉剂,对净化空气及提高空气质量均有良好的效果。

(7)用于生产高吸水性纸

海泡石的平行纤维隧道孔隙使其能吸收相当于本身重量200%-250%的水,因此海泡石可以用于生产卫生巾纸、尿片纸等吸水性能要求较高的纸种,并且海泡石不霉,不会引起皮肤过敏。

(8)用于生产香烟滤嘴纸

用海泡石制成的香烟过滤嘴不同于传统的醋酸纤维素滤嘴和活性炭滤嘴,后者只能机械截留或无选择性吸附香烟烟气中的颗粒和化合物,而前者则可优先选择性吸附腈类等有害健康的极性化合物,而对可以使烟味更浓郁的甲基呋喃、二甲基呋喃等芳香族非极性化合物仅少量吸附。

(9)用于生产无碳复写纸

无碳复写纸复写过程中,其传送页背面涂覆的微胶囊受压破裂,微胶囊内的染料便转移到接受页与接受页上的海泡石及显色剂发生显色反应。海泡石的吸附及催化作用可使显色后的颜料被其吸附固定,因而确保不变色。

(10)用于生产其他纸品

利用海泡石的特殊性质还可生产药物纸、美容化妆纸、吸湿纸、清洁纸、卫生巾纸、医疗用纸、保鲜纸、农业育苗纸、宠物垫纸、干燥剂包装纸、精密仪器包装纸、绝缘纸、抗氧化防腐包装纸、耐酸碱无机过滤纸、工业密封垫纸、耐高温隔热纸以及阻燃纸等特殊纸品。

(11)用于造纸涂料

海泡石作为造纸涂料添加剂,可使涂料具备良好的光泽性、平滑性、热稳定性、抗磨擦性以及抗流淌性等优良性能,并且可以起到悬浮剂的作用,避免颜料在储存期间发生沉淀。

2、海泡石在造纸工业中应用面临的问题

(1)活化问题

海泡石拥有较大的比表面积,理论上外比表面积可达400m2/g,内比表面积可达500 m2/g,因此具有极强的吸附能力。但由于纯度等因素的影响,海泡石实际比表面积要远小于理论值,因此对海泡石进行活化处理来提高海泡石的吸附性能十分必要。

活化是利用物理或化学的方法使海泡石比表面积增大,增加其对物质吸附的能力,使其活性增加。目前对海泡石进行活化处理的方法主要有高温煅烧法、酸碱处理法、表面改性法、离子交换法、催化剂改性法和复合工艺处理法等。

由于海泡石热活化处理较酸活化处理操作方便,处理后的海泡石比表面积更大,并且海泡石优良的耐高温性和热稳定性使其在高温煅烧后物化性质变化不大,煅烧后的海泡石可回收再利用,因此热活化处理是当前海泡石主要的活化手段。

(2)滤水问题

海泡石纤维的滤水速度比植物纤维低,因此填加了海泡石纤维的浆料体系在纸页成形过程中滤水十分困难,很大程度影响了纸页抄造。通过实验研究表明,含有海泡石纤维的浆料的滤水性能与如下因素有关。

海泡石活化。海泡石纤维经活化后滤水性能相比未经活化的海泡石纤维有显著提高。海泡石纤维高温活化后,其纤维间吸附的水和内部孔道内的沸石水蒸发,使得滤水时海泡石纤维层的阻力减小,从而提高浆料的滤水性能,滤水速度加快。

海泡石分散。适当减少分散时间有利于提高海泡石纤维滤水性能。海泡石分散时在外力的作用下容易被打断,使得纤维长度变短,浆料体系中细小纤维的含量增加,堵塞了滤水时水流通过的孔隙,从而使滤水性能降低。

浆料浓度。海泡石纤维的滤水性能随浆料浓度的降低而增加。降低浆料浓度使得浆料中滤水相对困难的海泡石的含量减少,滤水较为容易,滤水速度加快。

浆料温度。浆料温度的提高有助于加快滤水速度。随着浆料温度的升高,浆料体系的黏度降低,所以滤水性能有所增加。

造纸助滤剂。加入阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)可以明显改善浆料的滤水速度,CPAM用于助滤作用的用量为0.05%(相对于成品纸质量)。

从以上影响因素可以看出,在实际生产中,对海泡石纤维进行活化处理,适当减少海泡石纤维分散时间,降低海泡石纤维浓度,提高浆料温度以及使用造纸助滤剂都可在程度上改善海泡石纤维的滤水性能。

(3)分散问题

海泡石多以纤维集合体形式产出,纤维之间具有较强的结合力,纤维束难以分散,因此为使海泡石纤维达到较好的工业利用效果,使用之前要对海泡石纤维进行有效地分散处理。研究海泡石纤维的分散工艺,对合理开发我国海泡石资源,提高海泡石纤维的利用价值具有重要的现实意义。

分散海泡石纤维较为普遍的方法有机械分散法和化学分散法。机械分散法是借助机械外力对海泡石纤维进行研磨分散,但由于海泡石纤维韧性较差,机械分散过程中会严重破坏海泡石纤维的形态结构,因此目前已被更为行之有效的化学分散法取代。化学分散法是通过化学分散剂与海泡石纤维在水溶液中发生物理化学作用,降低了海泡石纤维间的结合力,从而达到分散的目的,可保护海泡石纤维不受损伤。

相关研究表明,水溶性磷酸盐分散剂如六偏磷酸钠(NaPO3)6及Na3PO4对海泡石纤维的分散作用很好,树脂类阳离子表面活性剂(C5H10N4O3)n和阴离子表面活性剂NaSO3C2H3(COOC8H16)2对海泡石纤维的分散效果相比磷酸盐分散剂稍差,但仍能达到较好的分散效果。分散剂使用量为海泡石纤维质量的15%~25%。

(4)断裂问题

海泡石的脆性使其在加工和纸页成形过程中外形结构极易被破坏。据相关研究表明,研磨海泡石1h后会破坏其结构中的硅氧四面体单元,研磨14h以上则会使其结构中的镁氧八面体单元被破坏。因此在抄纸过程中要注意避免海泡石受力断裂导致长度变短,影响纸张的强度性能。

(5)与植物纤维复合机理问题

无机矿物纤维与有机植物纤维性状上有着本质区别,目前国内外对海泡石纤维与植物纤维复合机理的研究尚处在推测阶段,还需进一步寻找理论依据。

(6)提纯问题

海泡石原矿品位较低,含有大量方解石、石英等杂质,这些杂质会给海泡石的提纯带来较大困难,阻碍海泡石生产应用的工业化。

矿物纤维的广泛应用不仅在缓解了原料供应的压力,降低生产成本,提高纸品的市场竞争力,并且在保护我国森林资源以及提高矿物所在地区资源开发水平和推动当地经济发展方面也具有现实意义。由于具有良好的分散性以及出色的吸附、耐热、脱色、抗腐蚀、抗辐射、隔热、绝缘、流变、催化等传统填料所无法比拟的特性,使得海泡石在赋予纸张特殊性能,生产特种纸方面也有着广阔的应用前景。

以上内容由海泡石厂家分享,言而总之,我国海泡石资源丰富,价格低廉,其在造纸工业中的大量应用必将产生良好的经济效益和社会效益,推动造纸工业健康发展。

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