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造紙涂料級滑石的加工技術與應用優勢

放大字體  縮小字體 發布日期:2019-06-23  來源:中國粉體技術網  瀏覽次數:44
核心提示: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等物理化學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滑石涂布顏料的重要步驟。
造紙涂料級滑石的加工技術與應用優勢

  一 造紙涂料滑石顏料的加工生產

    由于滑石的特殊性能使得滑石的超細加工存在較大的困難。干法超細加工時, 在達到一定細度后, 滑石很難再超細化, 如果增加細度只能增加研磨時間和次數,這會使生產成本大幅增加。目前國外大部分的造紙涂料級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等物理化學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滑石涂布顏料的重要步驟。

  1.2 滑石超細粉碎加工工藝技術

     對于片狀結構的滑石礦物來說, 如何有效地解決其干法剝片問題, 穩定和精確地控制滑石粉體的粒度分布和粒子晶體形態, 是造紙涂料滑石產品生產的重要環節。

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

    對于礦源質量較差,或者滑石含量相對較低的滑石礦來說,有時選用濕法研磨及浮選的方式來進行選礦和加工。
對于粒徑2μm的粒子含量在90% 以上的超細滑石顏料來說, 則采用干濕法相結合的超細加工方法。即干法超細研磨加工后粒徑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行調漿后,利用濕法研磨加工設備進行超細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, 使得滑石濕法超細加工時,滑石漿料的固含量變化較大,流變性能惡化現象可能會較嚴重, 以此會使能耗增加,生產成本提高。

  1.3 滑石粉體的復合改性及造粒技術

     由于經超細加工后滑石粉體具有較低的堆積密度,會造成包裝和運輸費用的提升。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,產生的粉塵對生產環境的污染較大。國外尤其是歐洲通常采用滑石粉體的壓縮和造粒技術解決這類問題,并有專用的生產裝備,一般將水和分散劑等化學藥品加入到滑石粉體產品中,然后通過混合改性、壓縮、制粒、干燥等過程生產出顆粒狀造紙涂料級滑石產品。經過改性制粒后的產品具有運輸成本低,分散過程操作性能好等優點。

  二 造紙涂料滑石顏料的應用及優勢

  2.1 滑石顏料的分散

    滑石粒子具有的特殊分子結構, 使其分散性能不同于碳酸鈣、高嶺土等其他涂料顏料。主要表現在以下3個方面:

    (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,且分散攪拌時間長、動力消耗大。因此在分散時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。同時還能夠改善滑石分散液的流變性并賦予良好的穩定性。根據滑石的分子組成,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) 超細滑石堆積密度小,加工過程容易吸附大量空氣(需氣性),會使其分散過程中產生很多細小氣泡,降低分散介質() 的體積分數, 從而導致分散過程產生很強的脹流現象。所以滑石分散或使用時需要加入一定量的消泡劑, 以防止產生過多的氣泡,影響生產操作。

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

    pH 值是造紙涂料制備過程中一個需要控制的重要參數,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。

    研究發現,單一分散的顏料分散體其黏度容易出現剪切增稠現象,而選擇兩種或3種顏料混合分散可避免出現這一情況。而在單一顏料分散體中適量加入細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出切變增稠的脹流性能。而作為涂料中配比最高的顏料其流變性能對整個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等人研究發現,適當提高滑石顏料中細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對滑石漿料的流變性能產生較大影響。因此,選擇適合的滑石礦源是生產造紙涂布顏料滑石的首要途徑。
對于滑石生產商來說, 通過選擇合適的研磨工藝,以及高效的粒度分級設備,完全可以生產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品。

  2.3 滑石顏料對涂料保水性能的影響

    當涂料的顏料組成為滑石和高嶺土時( 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。

    根據中國制漿造紙研究院的研究結果, 如果滑石顏料涂料中配GCC, 涂料的保水性高于高嶺土顏料涂料中配GCC 的。相同固含量下, GCC 分別以相同份數與滑石和高嶺土配比時, 滑石對涂料保水值的影響見圖1。從圖1可以看出, 滑石與GCC 配比,涂料的保水性能高于高嶺土與GCC 配比的涂料。圖2對比了不同細度滑石的保水性能。分別采用一種粒度為粒徑2μm 粒子含量大于42% 的滑石粉配制的涂料, 與一種相同礦石原料經過超細加工后粒度為粒徑2μm 粒子含量> 76% 的滑石粉所配制的涂料進行保水性能的比較。
可以看出,超細加工后, 滑石能提高涂料的保水性能, 并且在一定范圍內隨著超細滑石用量的增加,涂料的保水性能會進一步提高。

      來源:中國粉體技術網 
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關鍵詞: 造紙,涂料,滑石
 
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