海泡石是一種層鏈狀硅酸鹽礦物，具有比表面積大、吸附能力強、耐高溫、阻燃等特點。海泡石纖維外形呈細長針狀結構，并聚集成束狀體。當這些束狀體在水或其他極性溶劑中分散時，針狀纖維就會疏散開，雜亂地交織在一起，形成高粘度并且具有流變性的懸浮液。海泡石具有較好的抄紙性能，性質穩定，可用于耐高溫紙、阻燃紙、過濾紙、吸附紙、鞭炮紙、環境除臭紙、高吸水性紙、香煙濾嘴紙等具有各種特殊性能的紙品。
1、海泡石可用于生產哪些特種紙品？
（1）用于生產耐高溫紙
在耐高溫紙中，玻璃纖維的含量直接決定其耐高溫性能和強度，但玻璃纖維的耐高溫溫度最多只有800~900℃，含量過高會造成耐高溫性能的降低，含量過低又會影響紙頁強度性能，且價格較貴。海泡石可承受1500-1700℃的高溫，因此利用海泡石的耐高溫性可與玻璃纖維混合抄造耐高溫紙。
（2）用于生產阻燃紙
海泡石具有強阻燃性，因此可作為填加材料填加到紙張中生產阻燃紙。通過對填加海泡石抄造阻燃紙研究表明，單純以海泡石作為阻燃劑時紙頁阻燃效果較差，提高海泡石加填量雖會改善紙頁的阻燃能力，但紙頁強度性能下降嚴重，因此海泡石需與其余阻燃物質配合使用來改善紙頁阻燃效果。實驗表明，三氧化二銻阻燃效果較好，但其與海泡石配合使用會極大影響紙頁白度，且紙頁燃燒時煙塵量較大，向海泡石/三氧化二銻阻燃體系中加入氯化石蠟后可以有效解決以上問題，且阻燃效果依然良好。
（3）用于生產液體過濾紙
海泡石多孔道形結構以及表面存在的不同種類的吸附活動中心使其可生產具有過濾功能的液體過濾紙，該濾紙可以用于過濾食品油以及精練油脂，且具有無毒、化學穩定性好等優點。
例如，可利用海泡石纖維與針葉木纖維配抄制備食用油濾紙，食用油濾紙強度在海泡石與針葉木漿配比為3:7時最高，用食用油濾紙過濾豆油樣品后發現，相比于過濾前的渾濁不透明，過濾后的豆油清澈透明，豆油樣品吸光度由過濾前的1.876轉變為過濾后的1.018，脫色率達45.7%。紅外光譜分析結果表明，過濾前后的豆油紅外光譜譜圖基本吻合，這說明豆油中的營養物質在過濾時沒有被海泡石吸附，海泡石不會造成豆油營養成分的流失。
（4）用于生產吸附紙
海泡石強烈的選擇吸附性，將其可填加到木漿中研制海泡石吸附型薄頁紙。紙漿打漿度和海泡石加填量對吸附紙性能影響較大，隨著紙漿打漿度的增高，紙頁的物理強度隨之升高，但透氣度下降較快；海泡石中細小纖維含量較多，過多加入海泡石同樣會降低紙頁透氣度。
實驗表明：當紙漿打漿度為16°SR，海泡石的填加量為總絕干漿的20%時，抄造出的吸附型薄頁紙無論是強度性能還是透氣性能均達到最佳值。
（5）用于生產鞭炮紙
鞭炮紙的耐破度和裂斷長決定了鞭炮的爆炸率和碎紙率，耐破度和裂斷長的升高會導致鞭炮的爆炸率和碎紙率降低，影響鞭炮質量。因此鞭炮紙的耐破度和裂斷長不宜過高。
相關研究表明，海泡石易分散、黏性好、穩定性好等特點使其在抄造鞭炮紙時能更多地留著于紙張中，留著率可達60%，而傳統填料滑石粉的留著率只有45%，因此海泡石較滑石粉在降低鞭炮紙耐破度和裂斷長方面更有效。
（6）用于生產環境除臭紙
海泡石是迅速、有效的吸附劑，可有效吸附產生腐肉味等難聞氣味的分子，降低空氣中氨氣的濃度，因此海泡石可以用來生產環境除臭濾紙和高效除霉劑，對凈化空氣及提高空氣質量均有良好的效果。
（7）用于生產高吸水性紙
海泡石的平行纖維隧道孔隙使其能吸收相當于本身重量200%-250%的水，因此海泡石可以用于生產衛生巾紙、尿片紙等吸水性能要求較高的紙種，并且海泡石無毒不霉，不會引起皮膚過敏。
（8）用于生產香煙濾嘴紙
用海泡石制成的香煙過濾嘴不同于傳統的醋酸纖維素濾嘴和活性炭濾嘴，后者只能機械截留或無選擇性吸附香煙煙氣中的顆粒和化合物，而前者則可優先選擇性吸附腈類、丙酮和丙烯醛等有害健康的極性化合物，而對可以使煙味更濃郁的甲基呋喃、二甲基呋喃等芳香族非極性化合物僅少量吸附。
（9）用于生產無碳復寫紙
無碳復寫紙復寫過程中，其傳送頁背面涂覆的微膠囊受壓破裂，微膠囊內的染料便轉移到接受頁與接受頁上的海泡石及顯色劑發生顯色反應。海泡石的吸附及催化作用可使顯色后的顏料被其吸附固定，因而確保不變色。
（10）用于生產其他紙品
利用海泡石的特殊性質還可生產藥物紙、美容化妝紙、吸濕紙、清潔紙、衛生巾紙、醫療用紙、保鮮紙、農業育苗紙、寵物墊紙、干燥劑包裝紙、精密儀器包裝紙、絕緣紙、抗氧化防腐包裝紙、耐酸堿無機過濾紙、工業密封墊紙、耐高溫隔熱紙以及阻燃紙等特殊紙品。
（11）用于造紙涂料
海泡石作為造紙涂料添加劑，可使涂料具備良好的光澤性、平滑性、熱穩定性、抗磨擦性以及抗流淌性等優良性能，并且可以起到懸浮劑的作用，避免顏料在儲存期間發生沉淀。
2、海泡石在造紙工業中應用面臨的問題
（1）活化問題
海泡石擁有較大的比表面積，理論上外比表面積可達400m2/g，內比表面積可達500 m2/g，因此具有極強的吸附能力。但由于純度等因素的影響，海泡石實際比表面積要遠小于理論值，因此對海泡石進行活化處理來提高海泡石的吸附性能十分必要。
活化是利用物理或化學的方法使海泡石比表面積增大，增加其對物質吸附的能力，使其活性增加。目前對海泡石進行活化處理的方法主要有高溫煅燒法、酸堿處理法、表面改性法、離子交換法、催化劑改性法和復合工藝處理法等。
由于海泡石熱活化處理較酸活化處理操作方便，處理后的海泡石比表面積更大，并且海泡石優良的耐高溫性和熱穩定性使其在高溫煅燒后物化性質變化不大，煅燒后的海泡石可回收再利用，因此熱活化處理是當前海泡石主要的活化手段。
（2）濾水問題
海泡石纖維的濾水速度比植物纖維低，因此填加了海泡石纖維的漿料體系在紙頁成形過程中濾水十分困難，極大影響了紙頁抄造。通過實驗研究表明，含有海泡石纖維的漿料的濾水性能與如下因素有關。
海泡石活化。海泡石纖維經活化后濾水性能相比未經活化的海泡石纖維有顯著提高。海泡石纖維高溫活化后，其纖維間吸附的水和內部孔道內的沸石水蒸發，使得濾水時海泡石纖維層的阻力減小，從而提高漿料的濾水性能，濾水速度加快。
海泡石分散。適當減少分散時間有利于提高海泡石纖維濾水性能。海泡石分散時在外力的作用下容易被打斷，使得纖維長度變短，漿料體系中細小纖維的含量增加，堵塞了濾水時水流通過的孔隙，從而使濾水性能降低。
漿料濃度。海泡石纖維的濾水性能隨漿料濃度的降低而增加。降低漿料濃度使得漿料中濾水相對困難的海泡石的含量減少，濾水較為容易，濾水速度加快。
漿料溫度。漿料溫度的提高有助于加快濾水速度。隨著漿料溫度的升高，漿料體系的黏度降低，所以濾水性能有所增加。
造紙助濾劑。加入陽離子聚丙烯酰胺（CPAM）可以明顯改善漿料的濾水速度，CPAM用于助濾作用的最佳用量為0.05%（相對于成品紙質量）。
從以上影響因素可以看出，在實際生產中，對海泡石纖維進行活化處理，適當減少海泡石纖維分散時間，降低海泡石纖維濃度，提高漿料溫度以及使用造紙助濾劑都可在一定程度上改善海泡石纖維的濾水性能。
（3）分散問題
海泡石多以纖維集合體形式產出，纖維之間具有較強的結合力，纖維束難以分散，因此為使海泡石纖維達到較好的工業利用效果，使用之前要對海泡石纖維進行有效地分散處理。研究海泡石纖維的分散工藝，對合理開發我國海泡石資源，提高海泡石纖維的利用價值具有重要的現實意義。
分散海泡石纖維較為普遍的方法有機械分散法和化學分散法。機械分散法是借助機械外力對海泡石纖維進行研磨分散，但由于海泡石纖維韌性較差，機械分散過程中會嚴重破壞海泡石纖維的形態結構，因此目前已被更為行之有效的化學分散法取代。化學分散法是通過化學分散劑與海泡石纖維在水溶液中發生物理化學作用，降低了海泡石纖維間的結合力，從而達到分散的目的，可最大限度地保護海泡石纖維不受損傷。
相關研究表明，水溶性磷酸鹽分散劑如六偏磷酸鈉（NaPO3）6及Na3PO4對海泡石纖維的分散效果最好，樹脂類陽離子表面活性劑（C5H10N4O3）n和陰離子表面活性劑NaSO3C2H3（COOC8H16）2對海泡石纖維的分散效果相比磷酸鹽分散劑稍差，但仍能達到較好的分散效果。分散劑最佳使用量為海泡石纖維質量的15%~25%。
（4）斷裂問題
海泡石的脆性使其在加工和紙頁成形過程中外形結構極易被破壞。據相關研究表明，研磨海泡石1h后會破壞其結構中的硅氧四面體單元，研磨14h以上則會使其結構中的鎂氧八面體單元被破壞。因此在抄紙過程中要注意避免海泡石受力斷裂導致長度變短，影響紙張的強度性能。
（5）與植物纖維復合機理問題
無機礦物纖維與有機植物纖維性狀上有著本質區別，目前國內外對海泡石纖維與植物纖維復合機理的研究尚處在推測階段，還需進一步尋找理論依據。
（6）提純問題
海泡石原礦品位較低，含有大量方解石、石英等雜質，這些雜質會給海泡石的提純帶來較大困難，阻礙海泡石生產應用的工業化。
礦物纖維的廣泛應用不僅在一定程度上緩解了原料供應的壓力，降低生產成本，提高紙品的市場競爭力，并且在保護我國森林資源以及提高礦物所在地區資源開發水平和推動當地經濟發展方面也具有現實意義。由于具有良好的分散性以及出色的吸附、耐熱、脫色、抗腐蝕、抗輻射、隔熱、絕緣、流變、催化等傳統填料所無法比擬的特性，使得海泡石在賦予紙張特殊性能，生產特種紙方面也有著廣闊的應用前景。
我國海泡石資源豐富，價格低廉，其在造紙工業中的大量應用必將產生良好的經濟效益和社會效益，推動造紙工業健康發展。
無機粉體表面改性技術與裝備高級研修班
2019年9月中旬中國地質大學（北京）
掃碼報名
培訓咨詢
主要培訓內容：
無機粉體表面改性原理和應用
有機化表面改性
無機包覆
插層改性
粉體表面改性效果評價
粉體改性及其在塑料橡膠等領域的應用、生產與應用實踐
其他培訓內容
來源：粉體技術網
更多精彩！歡迎掃描下方二維碼關注中國粉體技術網官方微信（粉體技術網）
|
