造紙涂料級(jí)滑石的加工技術(shù)與應(yīng)用優(yōu)勢

 一 造紙涂料滑石顏料的加工生產(chǎn)

   由于滑石的特殊性能使得滑石的超細(xì)加工存在較大的困難。干法超細(xì)加工時(shí), 在達(dá)到一定細(xì)度后， 滑石很難再超細(xì)化, 如果增加細(xì)度只能增加研磨時(shí)間和次數(shù)，這會(huì)使生產(chǎn)成本大幅增加。目前國外大部分的造紙涂料級(jí)滑石均采用干法加工, 平均粒度分布在2~ 4μm 之間。

 1.1 滑石原料的選擇

   由于滑石的類型多種多樣, 而其本身的礦物組成和晶體形態(tài)等物理化學(xué)特性的不同對使用效果影響較大，且難以通過人為選礦及加工予以改變。因此，選擇合適的滑石礦源是生產(chǎn)滑石涂布顏料的重要步驟。

 1.2 滑石超細(xì)粉碎加工工藝技術(shù)

    對于片狀結(jié)構(gòu)的滑石礦物來說, 如何有效地解決其干法剝片問題, 穩(wěn)定和精確地控制滑石粉體的粒度分布和粒子晶體形態(tài), 是造紙涂料滑石產(chǎn)品生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)。

   通常情況下，造紙涂料滑石產(chǎn)品一般采用干法超細(xì)加工方法進(jìn)行生產(chǎn)，通過選礦、初級(jí)破碎、超細(xì)研磨粉碎、分級(jí)等工藝過程, 生產(chǎn)出平均粒徑D50為2~ 3μm 的滑石粉狀產(chǎn)品， 然后可根據(jù)客戶的需要進(jìn)行調(diào)漿后包裝出廠, 或者在使用現(xiàn)場進(jìn)行調(diào)漿等多種供貨方式。

   對于礦源質(zhì)量較差，或者滑石含量相對較低的滑石礦來說，有時(shí)選用濕法研磨及浮選的方式來進(jìn)行選礦和加工。
對于粒徑2μm的粒子含量在90% 以上的超細(xì)滑石顏料來說， 則采用干濕法相結(jié)合的超細(xì)加工方法。即干法超細(xì)研磨加工后粒徑2 μm的粒子含量在60%~ 70% 的滑石粉體，加入潤濕劑和助磨劑進(jìn)行調(diào)漿后，利用濕法研磨加工設(shè)備進(jìn)行超細(xì)加工至所需粒度要求。需要注意的是，由于滑石的疏水性等特殊性能， 使得滑石濕法超細(xì)加工時(shí)，滑石漿料的固含量變化較大，流變性能惡化現(xiàn)象可能會(huì)較嚴(yán)重， 以此會(huì)使能耗增加，生產(chǎn)成本提高。

 1.3 滑石粉體的復(fù)合改性及造粒技術(shù)

    由于經(jīng)超細(xì)加工后滑石粉體具有較低的堆積密度，會(huì)造成包裝和運(yùn)輸費(fèi)用的提升。而滑石特殊的疏水特性使得其在涂布紙廠的分散使用過程中具有較差的操作性能，產(chǎn)生的粉塵對生產(chǎn)環(huán)境的污染較大。國外尤其是歐洲通常采用滑石粉體的壓縮和造粒技術(shù)解決這類問題，并有的生產(chǎn)裝備，一般將水和分散劑等化學(xué)藥品加入到滑石粉體產(chǎn)品中，然后通過混合改性、壓縮、制粒、干燥等過程生產(chǎn)出顆粒狀造紙涂料級(jí)滑石產(chǎn)品。經(jīng)過改性制粒后的產(chǎn)品具有運(yùn)輸成本低，分散過程操作性能好等優(yōu)點(diǎn)。

 二 造紙涂料滑石顏料的應(yīng)用及優(yōu)勢

 2.1 滑石顏料的分散

   滑石粒子具有的特殊分子結(jié)構(gòu), 使其分散性能不同于碳酸鈣、高嶺土等其他涂料顏料。主要表現(xiàn)在以下3個(gè)方面:

   (1) 滑石粒子的表面具有疏水性能，很難直接被水潤濕，無法制備高固含量的分散漿料，且分散攪拌時(shí)間長、動(dòng)力消耗大。因此在分散時(shí)需要額外使用潤濕劑等表面活性劑來增加滑石粒子的表面活性，使其迅速被水潤濕，去除表面的多余氣。同時(shí)還能夠改善滑石分散液的流變性并賦予良好的穩(wěn)定性。根據(jù)滑石的分子組成，其疏水表面潤濕的理論潤濕劑用量為0.8%。但由于吸附-解吸平衡的存在，以及滑石類型的不同, 使得潤濕劑的使用量存在較大差別。

   (2) 超細(xì)滑石堆積密度小，加工過程容易吸附大量空氣(需氣性)，會(huì)使其分散過程中產(chǎn)生很多細(xì)小氣泡，降低分散介質(zhì)() 的體積分?jǐn)?shù)， 從而導(dǎo)致分散過程產(chǎn)生很強(qiáng)的脹流現(xiàn)象。所以滑石分散或使用時(shí)需要加入一定量的消泡劑， 以防止產(chǎn)生過多的氣泡，影響生產(chǎn)操作。

   (3) 需要較高的剪切力及能量輸入，甚至需要特殊的分散設(shè)備來分散滑石顏料。分散時(shí)也需加入分散劑來防止分散粒子的再次絮聚。同時(shí)需要充分的分散時(shí)間。

   pH 值是造紙涂料制備過程中一個(gè)需要控制的重要參數(shù)，對于滑石的分散過程尤為重要，由于目前所使用的滑石分散劑和潤濕劑大部分為陰離子型， 因此需要通過提高分散過程的pH 值來改善滑石的分散性能，大部分的滑石顏料分散過程pH 值一般控制在9.5~ 10.5左右。

   研究發(fā)現(xiàn)，單一分散的顏料分散體其黏度容易出現(xiàn)剪切增稠現(xiàn)象，而選擇兩種或3種顏料混合分散可避免出現(xiàn)這一情況。而在單一顏料分散體中適量加入細(xì)小顏料粒子可以增加分散體的充填體積， 在固含量不變的條件下降低分散體的黏度，這也就意味著此方法可以在黏度不變的條件下提高分散體的固含量。

 2.2 滑石顏料分散體及涂料的流變性能

   顏料粒子的形態(tài)和粒度分布是影響顏料分散體黏度的主要因素之一，具有高徑厚比和窄粒徑分布的顏料在一定條件下常表現(xiàn)出切變增稠的脹流性能。而作為涂料中配比的顏料其流變性能對整個(gè)涂料的流變性能起到了決定性的影響。

   理想的滑石粒子具有天然的薄片狀形態(tài)且具有疏水性，而目前大部分的滑石顏料粒度分布均較窄,， 因此滑石的流變性能較差。David BWilloughby等人研究發(fā)現(xiàn)，適當(dāng)提高滑石顏料中細(xì)小薄片粒子的含量可以有效改善顏料分散體的流變性能， 這也印證了Toivakka等人得出的結(jié)論。

   需要注意的是，由于滑石類型多種多樣，各種類型滑石中滑石與伴生礦的類型和比例的不同會(huì)對滑石漿料的流變性能產(chǎn)生較大影響。因此，選擇適合的滑石礦源是生產(chǎn)造紙涂布顏料滑石的首要途徑。
對于滑石生產(chǎn)商來說, 通過選擇合適的研磨工藝，以及高效的粒度分級(jí)設(shè)備，完全可以生產(chǎn)出適用于造紙涂料顏料粒度分布和黏度要求的滑石粉體產(chǎn)品。

 2.3 滑石顏料對涂料保水性能的影響

   當(dāng)涂料的顏料組成為滑石和高嶺土?xí)r( 典型的凹印LWC 紙涂料顏料配方)。 加入滑石有助于提高涂料的保水值。