1 開發
多年來,造紙涂料所需高嶺土一般是重力分級 出的細粒級和粗粒級土,細的粒級用作涂料,粗的粒 級常常作為填料出售。但填料市場有限,且經濟價 值要低得多。一般情況下,天然沉積型高嶺土,如 美國佐治亞高嶺土,含有的顆粒范圍從小于 0.1μm 到 15μm,直徑小于 2μm 的顆粒多為薄片;截面平均 6~10 層。對涂料用黏土顆粒來說,2μm 是臨界值。 這就是說,2μm 以下的高嶺土顆粒主要是單個的扁 平的六角片狀物,其厚度約為它們直徑的 1/10;而大 于 2μm 的顆粒不是薄片,而是由不同數量的單個晶 體表面與表面黏結在一起的疊片狀或書冊狀物,在 外形上更近于立方體;粗粒高嶺土基本上由這些疊 片狀物組成。高嶺土剝片就是從這種厚疊片狀物中 通過剝離分層,把其分成較為單一薄片狀。
早期的剝片加工使用的設備,有卵石研磨機、球 磨機、管磨機、膠體磨機等。但每種方法用來剝片都有不足之處,生產效率低、能耗大、投資成本高、研磨 效率差,有的還會給產品帶來污染等。
經過改進的高嶺土剝片加工,是通過攪拌和細 研磨介質等一系列工藝過程達到剝離的。剝離使用 的研磨介質有多種,如有足夠剛性的顆粒物料玻璃 珠、氧化鋯球、剛玉球等。磨剝機從上世紀九十年代 至今,也得到了快速發展。機體容積從僅有的 80L 發展到現在的 3000L 等,由盤式磨剝片到棒式攪拌 磨等,有的設備垂直高度甚至已達到 7~8m,并且在 硬質高嶺土以及軟質高嶺土行業都得到了較廣泛的 使用。
我國的高嶺土資源主要集中在江西、湖南、福建 以及兩廣地區,尤其是兩廣地區的高嶺土礦床屬于風化型礦床,晶體結構假六邊形片狀,具有良好的遮蓋力,是良好的涂布紙生產顏料。但是風化過程造 成較多的疊片狀結構,所以采出并洗選后的高嶺土 產品,適用于造紙涂料的并不多。通過剝片工藝使 疊片狀聚集體解離成片狀單體,制出適于涂布造紙 以及涂料行業使用的顏料,有著重要的研究價值和 一定開發價值。剝片工藝是值得在上述地區高嶺土 生產企業逐步推廣的加工工藝。
2 應用
剝片加工不僅使疊片狀粗粒高嶺土變成薄片,而且還能釋放出高嶺土中的著色雜質,可以通過沉 降或離心分級除去。經過剝片加工的高嶺土稱為剝 片土,它不同于自然風化顆粒細的高嶺土(通常稱水 洗高嶺土),二者有明顯的區別:①徑厚比大;②黏度大。
2.1 紙張涂布用
用相同或接近粒度組成的剝片高嶺土涂布的紙,比水洗高嶺土涂布的紙更白亮,顯 示出極好的印刷性能,有顯著的高光澤度和表面強 度。表 1 所列為國內某剝片土與水洗土、國外剝片 土涂布成紙性能的比較結果。
剝片高嶺土與水洗高嶺土涂布紙其他物理性能 比較,見圖 1~3。
從圖 1~3 中,我們不難看出:同等粒度條件下, 剝片高嶺土在涂布紙的光澤度、遮蓋率以及膠印速 率方面,都表現出比水洗高嶺土更加優異的性能,是 較理想的涂布造紙涂料產品,有著廣泛的應用價值。 2.2 涂料 剝片高嶺土在乳膠漆中具有更好的遮 蓋率,是良好涂料填料,可以達到部分替代鈦白粉的 功能(表 2)。
由表 2 可看出,用剝片高嶺土取代 10%、20% 的 鈦白粉時,對比率基本無變化,涂料外觀良好,黏度變化小 。說明剝片高嶺土部分替代鈦白粉是可行 的,因而可以適當降低涂料的生產成本,生產效益 以提高。
煅燒剝片土與水洗高嶺土在涂料上應用,也有 著較明顯的差別,物理性能比較的結果,見表 3。
3 結語
通過前述我們可以確信:剝片高嶺土雖然是目 前高嶺土的新型產品,但從它在涂布造紙以及涂料 行業的應用來看,具有很好的開發和利用價值。與 水洗高嶺土涂布紙物理性能的比較中我們還可看出,剝片高嶺土表現出良好的應用性能時,其 -2μm 含量一般在 80%~85%。所以,盲目地追求較高的粒 度組成,必將使徑厚比大的特點遭到破壞,造成應用 性能的不理想;另外粒度增細,顆粒的比表面積增 大,黏度將更大,流動性能更差。這與目前廣大用戶 要求高細度高嶺土產品的要求是相悖的。但是應當 肯定的是:適當的粒度組成和粒度級配,必將更加突 出剝片高嶺土的特性,這就需要我們在今后的應用 過程逐步達成共識。
磨剝設備的改進和發展,帶來剝片高嶺土生產 工藝的新發展,但是現有任何磨剝設備都不可避免地對高嶺土的片狀晶體結構(主要是軟質高嶺土)產 生破壞,黏度增大比較明顯,而高嶺土越來越多的應 用領域,需要其具備良好的流動性能。目前,普遍采 用改變磨剝介質的種類、配比、充填率等工藝手段, 來達到適宜的粒度級配,盡量減少對晶體結構的破 壞。可以相信,隨著我們對磨剝工藝參數的不斷摸 索以及對磨剝設備的不斷改進,必將使剝片高嶺土 得到更好的開發和應用。
作者:喬 煒 鄒偉曦 陳 強 ( 兗礦北海高嶺土有限公司,廣西北海 536000)
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