膨潤(rùn)土是一種以蒙脫石為主要成分的細(xì)粒粘土。中國(guó)膨潤(rùn)土礦資源非常豐富，全國(guó)23個(gè)省(區(qū))皆有膨潤(rùn)土礦產(chǎn)出。預(yù)測(cè)資源量在70億t以上，到2005年底全國(guó)探明保有儲(chǔ)量近50億t，居世界第l位。種類齊全，既有鈣基膨潤(rùn)土，又有鈉基膨潤(rùn)土。雖然我國(guó)的膨潤(rùn)土儲(chǔ)量豐富，但有關(guān)膨潤(rùn)土開(kāi)發(fā)應(yīng)用的研究還不夠廣泛和深入，這在一定程度上制約了我國(guó)膨潤(rùn)上的資源優(yōu)勢(shì)向經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)的轉(zhuǎn)化。制漿造紙是一個(gè)工藝過(guò)程復(fù)雜的行業(yè)，其中涉及到許多的物理化學(xué)反應(yīng)，也需要添加多種無(wú)機(jī)、有機(jī)助劑，以達(dá)到優(yōu)化工藝的目的。膨潤(rùn)土作為一種性能優(yōu)良的助劑在制漿造紙生產(chǎn)中有著多種用途的應(yīng)用，本文主要介紹膨潤(rùn)土在助留助濾、污水處理、樹(shù)脂控制、廢紙脫墨及加工紙等方面的應(yīng)用。

1、膨潤(rùn)土的組成和物理化學(xué)特性

膨潤(rùn)土礦的主要礦物蒙脫石是一種含水的層狀鋁硅酸礦物。蒙脫石的晶體是由很多互相平行的晶層構(gòu)成，每個(gè)晶層都是由頂、底的硅氧四面體和中間的鋁氧八面體層構(gòu)成，其化學(xué)分子式為A12O3·4SiO2·nH2O，晶層間含有水分子和可交換性陽(yáng)離子。在八面體空隙中的Al3+常被低價(jià)的Mg2+、Fe2+置換；四面體空隙中的Si4+被A13+置換。由于低價(jià)陽(yáng)離子替代了高價(jià)陽(yáng)離子，使得蒙脫土結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生了多余的負(fù)電價(jià)。為了保持電中性在蒙脫土片層之間，除水分子外，存在較大半徑的陽(yáng)離子Na+、Ca2+、Mg2+，等。這些陽(yáng)離子是可交換的，從而使蒙脫石具有離子交換性、吸水性、膨脹性、觸變性、粘結(jié)性、吸附性等一系列對(duì)于造紙工業(yè)而言很有價(jià)值的特性。

2、膨潤(rùn)土在制漿造紙工業(yè)中的應(yīng)用

2.1膨潤(rùn)土在助留助濾中的應(yīng)用

隨著更高速、更復(fù)雜紙機(jī)以及多種化學(xué)添加劑的出現(xiàn)，封閉白水循環(huán)，填料負(fù)荷增加及二次纖維用量上升，使造紙技術(shù)有了很大的進(jìn)展。增加細(xì)小纖維和填料的留著；同時(shí)改善紙機(jī)的濾水狀況，可以大大提高經(jīng)濟(jì)效益。并可改善紙張的某些性能。另外，紙機(jī)車速的提高必然引起紙頁(yè)成形時(shí)受到更大的剪切力．這就要求所形成的絮聚體必須有一定的耐剪切性，傳統(tǒng)的工藝改進(jìn)以及機(jī)械方法已不能適應(yīng)這種要求。為了達(dá)到這些目的我們必須開(kāi)發(fā)更多清潔、有效而又經(jīng)濟(jì)的助留助濾劑。

海德羅科爾(Hydrocol)系統(tǒng)是由英國(guó)聯(lián)合膠體公司開(kāi)發(fā)的一種由改性的膨潤(rùn)土和高分子陽(yáng)離子型聚合物組成的新型多元微粒助留助濾系統(tǒng)。助留機(jī)理是添加高分子量聚合物在漿料中，所形成的絮聚體被混合泵和篩漿機(jī)剪斷，改性膨潤(rùn)土在漿料中使其凝聚，結(jié)果就形成了獨(dú)特的凝聚體結(jié)構(gòu)。即使在白水中也能看到極強(qiáng)的再凝聚效果。

助留助濾系統(tǒng)膨潤(rùn)土的典型粒子為層厚0.9nm，層疊5～7層，表面約為300nm×l00nm的層片狀結(jié)構(gòu)。其水化時(shí)的比表面積較大，約為700～800m2／g。膨潤(rùn)土片層有負(fù)電性表面和正電性邊緣，易于吸附膠體物質(zhì)。當(dāng)膨潤(rùn)土在水中被水解，陽(yáng)離子以鈉離子形式形成帶負(fù)電荷的粒子。這種帶負(fù)電荷的粒子，不受pH值的影響，在酸性和堿性中同樣顯示良好的性能。適合在機(jī)制紙和紙板的所有領(lǐng)域中的酸性和中性抄紙，可獲得以往的單一聚合物所不能收到的高留著率和高濾水效果。膨潤(rùn)土的上述特性，被廣泛地用于助留助濾劑和白水回收處理等造紙工藝中。

下面為采用Hydrocol的微粒子助留體系用于白水封閉系統(tǒng)的生產(chǎn)實(shí)例：加拿大蒙大拿的一家用GCC生產(chǎn)瓦楞紙板的工廠，在白水封閉后使用Hydrocol膨潤(rùn)土助留助濾系統(tǒng)，使造紙廢水的排放量從6000m3／d減少為零，留著率從85％提高到92％，且白水回用后節(jié)省能源5％。

2.2膨潤(rùn)土在施膠中的應(yīng)用

膨潤(rùn)土由于在水相中能形成分散良好的懸浮液，因而可以用作一些助劑在水相中的穩(wěn)定劑。最近的美國(guó)專利報(bào)道了膨潤(rùn)土在施膠中的應(yīng)用，其將反應(yīng)性施膠劑加入膨潤(rùn)土的懸浮液中，從而可以少用甚至不用表面活性劑，施膠劑受分散在水中的膨潤(rùn)土的影響，具有較好的分散性和穩(wěn)定性。這種膠料懸浮液可用作造紙過(guò)程內(nèi)部或外部的施膠。以膨潤(rùn)土代替表面活性劑有好的物理性能，改善了化學(xué)穩(wěn)定性，減少了水解作用的發(fā)生，同時(shí)也降低了表面活性劑對(duì)造紙過(guò)程的不良影響，當(dāng)用作內(nèi)部施膠時(shí)，膨潤(rùn)土還可在微粒助留助濾體系中起到助留助濾的作用。所用膨潤(rùn)土為鈉基、鋰基或經(jīng)鈉鹽活化后的膨潤(rùn)土。

2.3膨潤(rùn)土在廢水處理中的應(yīng)用

膨潤(rùn)土在制漿造紙工業(yè)廢水處理中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)在于吸附性能和脫色能力較強(qiáng)，通過(guò)對(duì)廢水中污染物的吸附來(lái)達(dá)到降低COD和脫色的目的。用于廢水處理的膨潤(rùn)土通常要進(jìn)行有機(jī)改性以增強(qiáng)其對(duì)有機(jī)污染物的吸附能力。常用的有機(jī)改性劑為有機(jī)胺陽(yáng)離子表面活性劑，如氯化十六烷基吡啶(CPC)、溴化十六烷基三甲銨(CTMBA)、氯化十四烷基吡啶(TPC)等。改性膨潤(rùn)土對(duì)有機(jī)質(zhì)有很強(qiáng)的親合力，有機(jī)質(zhì)不僅可以被吸附于顆粒表面，而且也可以進(jìn)入到膨潤(rùn)土的層間，形成膨潤(rùn)土——有機(jī)物復(fù)合體，另外改性膨潤(rùn)土對(duì)重金屬離子都有良好的吸附作用。

在堿法造紙或硫酸鹽造紙制漿過(guò)程中，產(chǎn)生的蒸煮廢水稱為黑液，其顏色深黑，有臭味，生產(chǎn)1t紙漿產(chǎn)生的黑液為15～20m3，全國(guó)水污染總量的30％來(lái)自造紙黑液，污染嚴(yán)重。用膨潤(rùn)土處理造紙黑液在國(guó)外早有報(bào)道，國(guó)內(nèi)在這方面的應(yīng)用及相關(guān)文獻(xiàn)為數(shù)不多。武漢化工學(xué)院的孫家壽等經(jīng)硅交聯(lián)和有機(jī)物改性制成有機(jī)交聯(lián)膨潤(rùn)土(TBC)，探討了TBC對(duì)黑液經(jīng)酸化絮凝處理后的水中COD的吸附性能。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)pH值=4.5，TBC用量為24g／LH2O時(shí)，在常溫下攪拌吸附60min后，其對(duì)COD的吸附效率為61.5％，吸附容量為549.3mgCOD／g。此外，膨潤(rùn)土可與高分子絮聚劑連用，用于脫墨廢水的處理及污泥脫水。楊久義等介紹了一種采用膨潤(rùn)土制備處理造紙黑液廢水用的絮凝劑的方法，經(jīng)正交試驗(yàn)，選擇出優(yōu)化的工藝條件，色度、COD去除率分別達(dá)90％和70％。邵紅等以鈉基膨潤(rùn)土為原料，合成了鎳鋯－無(wú)機(jī)柱撐、鎳鋯－有機(jī)柱撐系列改性膨潤(rùn)土，比較了不同改性膨潤(rùn)土對(duì)造紙廢水的處理效果，研究結(jié)果表明，有機(jī)柱撐膨潤(rùn)土對(duì)造紙廢水的處理效果最好，COD、色度、濁度去除率分別為77．8％、94％、97．4％。

2.4膨潤(rùn)土在樹(shù)脂控制中的應(yīng)用

在制漿過(guò)程中，大量的水溶性聚合物和膠體物釋放至生產(chǎn)過(guò)程的水中，木材的膠體物和樹(shù)脂物有沉積在設(shè)備和產(chǎn)品表面的趨向，會(huì)引起生產(chǎn)問(wèn)題和紙頁(yè)缺陷。樹(shù)脂控制的方法主要可分為物理控制法和化學(xué)控制法。其中化學(xué)控制法是目前最為常用和比較有效的樹(shù)脂控制方法，它是利用一些樹(shù)脂控制劑使樹(shù)脂附著在纖維表面或穩(wěn)定地分散在漿料系統(tǒng)中，從而避免樹(shù)脂在設(shè)備表面的沉積。經(jīng)改性處理的有機(jī)膨潤(rùn)土由于具有較大的比表面積和有機(jī)物親和力，因而也是一種有效的樹(shù)脂控制劑。它可以吸附系統(tǒng)中憎水性的膠狀樹(shù)脂，降低樹(shù)脂的表面能量，使樹(shù)脂失去其特有的粘性，從而抑制了樹(shù)脂的粘附、聚結(jié)和沉積，將0.5％～1％的膨潤(rùn)土加入紙漿懸浮液中，可以有效地吸附這些雜質(zhì)及防止它們聚集。膨潤(rùn)土除了能吸附膠狀樹(shù)脂外，也可以附著在已聚結(jié)的樹(shù)脂顆粒上，從而降低樹(shù)脂的粘性。然而當(dāng)系統(tǒng)中存在剪切力時(shí)，已聚結(jié)的樹(shù)脂顆�？赡軙�(huì)重新暴露出新鮮的表面，而又具有聚結(jié)與沉積的趨勢(shì)，因此合理選擇膨潤(rùn)土加入的位置非常重要。

2.5膨潤(rùn)土在廢紙脫墨中的應(yīng)用

在廢紙回收系統(tǒng)中，膨潤(rùn)土（單獨(dú)用或和滑石粉組合使用）可以通過(guò)將油墨和膠粘物吸附和系縛到纖維上，從而使油墨和膠粘物沉積到紙機(jī)各部件的趨勢(shì)減到最小程度。廢紙循環(huán)使用中，成紙中有用裸眼可見(jiàn)的斑點(diǎn)，這些斑點(diǎn)是由于油墨粒子具有“難于分散性質(zhì)”而分散得差的結(jié)果。粒子通常是片狀，厚度值從幾微米(小粒子)到10μm(較大粒子)，在廢紙制漿過(guò)程中用機(jī)械分散的方法控制斑點(diǎn)，粒子被機(jī)械破碎，減小粒子尺寸使斑點(diǎn)成為不可見(jiàn)的。這些粒子不被除去而留于漿料中，故紙漿成為灰色，使白度大大降低。若加入膨潤(rùn)土到廢紙配料中，可防止斑點(diǎn)形成，膨潤(rùn)土能減小油墨粒子尺寸，使其能通過(guò)洗滌從漿中除去，或者聚集小油墨粒子成大尺寸的粒子，可以通過(guò)浮選或離心凈化達(dá)到有效的除去，從而提高紙漿的白度。膨潤(rùn)土在整個(gè)過(guò)程中起到了吸附、分散、沉積物控制、抗再沉淀等多種作用。

2.6膨潤(rùn)土在顏料涂布加工中的應(yīng)用

用于生產(chǎn)涂布加工紙的涂料主要由顏料、膠粘劑和助劑所組成。在所使用的助劑中有一類流變控制劑，其作用是調(diào)節(jié)涂料的流變性能，使其符合生產(chǎn)工藝的要求，避免由于涂料流變性能不佳而產(chǎn)生的產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題。當(dāng)蒙脫土分散于水相中時(shí)，表面水合作用和層間雙電層的排斥作用會(huì)造成膨潤(rùn)土層間距的增大和體積的膨脹，這一作用可使膨潤(rùn)土在水相體系中起到增稠的效果，因而在紙張涂料中可使用膨潤(rùn)土來(lái)作為流變控制劑。同時(shí)由于膨潤(rùn)土具有規(guī)整的片層結(jié)構(gòu)，也有利于提高涂料的遮蓋性能以及涂層的平整性，從而起到一定的顏料的作用。

有專利報(bào)道了以膨潤(rùn)土作為部分顏料生產(chǎn)涂布加工紙的工藝，其產(chǎn)品經(jīng)壓光后特別適合于相片打印和膠印。

2.7膨潤(rùn)土作為填料的應(yīng)用

前面提到膨潤(rùn)土具有強(qiáng)烈的水化作用，因而能夠形成更細(xì)微的片狀結(jié)構(gòu)，呈膠體狀態(tài)，大量吸附帶正電荷的電解質(zhì)，可與帶負(fù)電荷的纖維結(jié)合，從而使膨潤(rùn)土留著在纖維上。在助留助濾的同時(shí)，膨潤(rùn)土也起到了造紙?zhí)盍系淖饔�。另外膨�?rùn)土具有“物美價(jià)廉”的特點(diǎn)，可應(yīng)用于低定量紙的生產(chǎn)，能夠獲得高加填量但不降低成紙強(qiáng)度，尤其是撕裂度。杭州某研究所應(yīng)用研究表明，改性膨潤(rùn)土可作為低白度紙和紙板的填料(膨潤(rùn)土本身白度不高)，表現(xiàn)出強(qiáng)烈的吸附性和高度的分散性，高留著率，對(duì)成紙強(qiáng)度影響小。同時(shí)，由于改性膨潤(rùn)土能吸附細(xì)小纖維和其他細(xì)小物質(zhì)，降低了紙廠排放白水的濃度，能夠減小排放污水對(duì)水域造成的污染。

2.8膨潤(rùn)土在紙張顯色中的應(yīng)用

用鹽酸、硫酸或磷酸處理過(guò)的天然膨潤(rùn)土被稱為酸性白土。酸性白土與膨潤(rùn)土原礦物相比，比表面積顯著增加，具有很高的吸附性能和觸媒活性。傳真紙、發(fā)票和計(jì)算機(jī)記錄用的壓敏復(fù)寫(xiě)紙就是應(yīng)用了酸性白土與白色(無(wú)色)染料接觸發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)化學(xué)顯色的。

膨潤(rùn)土在無(wú)碳復(fù)寫(xiě)紙中作為力敏色素的顯色劑，用于無(wú)碳復(fù)寫(xiě)紙的酸活化處理膨潤(rùn)土產(chǎn)品，在英國(guó)、德國(guó)、日本早已生產(chǎn)使用。浙江省地質(zhì)礦產(chǎn)研究所利用仇山優(yōu)質(zhì)膨潤(rùn)土，制成無(wú)碳復(fù)寫(xiě)紙用特種漂土，產(chǎn)品經(jīng)北京造紙研究所等單位使用，認(rèn)為完全可以替代進(jìn)口產(chǎn)品。

以三層的無(wú)碳復(fù)寫(xiě)紙為例，在上層紙和中層紙背面所用的粘結(jié)劑中包有含色素的明膠、阿拉伯樹(shù)膠微膠囊在中層紙和下層紙的表面粘有酸性白土作為顯色劑。紙中的色素受微膠囊保護(hù)，重疊后不自行顯色。但當(dāng)用筆尖或打字機(jī)針頭對(duì)紙面施加壓力時(shí)，微膠囊就會(huì)破裂，染料外溢后與涂層面接觸，酸性白土顯色劑具有吸附力并能提供質(zhì)子，無(wú)色染料獲得質(zhì)子后內(nèi)酯環(huán)斷裂形成極化離子結(jié)構(gòu)而實(shí)現(xiàn)顯色。

3小結(jié)

總之，膨潤(rùn)土除了作為微粒助留助濾體系方面的研究與應(yīng)用較為廣泛之外，在其他方面的研究與應(yīng)用都還不多，有待進(jìn)一步地開(kāi)展。膨潤(rùn)土性能優(yōu)越，從膨潤(rùn)土的物理化學(xué)特性進(jìn)行分析，其在制漿造紙的多個(gè)工段中都有著巨大的潛在應(yīng)用價(jià)值。隨著有關(guān)膨潤(rùn)土的開(kāi)發(fā)、改性及深加工等工作的深入開(kāi)展，其應(yīng)用領(lǐng)域必將進(jìn)一步擴(kuò)大。國(guó)內(nèi)目前許多企業(yè)還依賴于進(jìn)口膨潤(rùn)土，我國(guó)膨潤(rùn)土儲(chǔ)量居世界第一位，分布地區(qū)廣，充分利用這得天獨(dú)厚的優(yōu)越條件，自行開(kāi)發(fā)高質(zhì)量的膨潤(rùn)土產(chǎn)品，對(duì)于造紙工業(yè)提高產(chǎn)品質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益都有著非常重要的意義。

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