几种非金属矿物在造纸行业中的应用进展(3)

（3）碱法：在高温条件下使活化氧化硅与碱性物质发生反应，从而达到改性目的。以碱处理的焙烧高岭土微球为载体，采用原位合成法制备ZSM-5 分子筛，碱处理条件对晶化产物的化学组成、形貌结构有显著影响，总孔容、微孔比表面积和酸量均明显增加[18]。

（4）金属盐法：将金属镶嵌在矿物表面或内部，提高其催化活性。以钼酸铵和五氧化二钒制备的改性高岭土，原矿铝氧八面体结构被破坏，Al—O—Si的伸缩振动发生畸变， 形成了Si—O—Mo 或Si—O—V，使得高岭土层间距变大，催化性能提高[19]。

（5）表面改性：利用偶联剂大分子上的可水解性基团和有机官能团，使化学键键合在矿物粉体表面或内部。用淀粉－脂肪酸制备淀粉－高岭土填料合成物，可以提高填料和纤维之间的结合力，改善纸张的物理性能、留着率和施胶效果[20]。采用阴阳离子PAM二元助留体系对高岭土进行留着，结果表明留着率和成纸强度得到改善，能够提高纸机抄造效率，降低生产成本和改善纸页质量[21]。以聚甲基氢硅氧烷作为疏水改性剂，采用球磨方法对高岭土改性，改性后高岭土的粒径和Zeta 电位下降， 晶型结构破坏严重，疏水能力和热稳定性提高[22]。

2.3 滑石

滑石是造纸工业最传统的矿物粉体之一，主要用于造纸填料，少量用于造纸树脂（黏性物）控制剂和涂料颜料。滑石能使纸张光滑、加重，增强对印刷油墨和颜料的吸附能力。经超细加工后，滑石粉体还具有良好的吸附性和覆盖性。滑石的功能特性主要来自其自身结构特征：亲油疏水性和片状结构。滑石改性后用于造纸的研究主要有：用正交实验法研究超细滑石粉对再生纸造纸废水混凝处理效果的影响，超细滑石粉（1250 目）代替聚丙烯酰胺作为絮凝剂，由于超细滑石粉微粒具有三维球形结构，作为絮凝“晶核”，能够较好的吸附废水中的污染物。当工艺条件为pH 6.5，聚氯化铝300 mg/L，超细滑石粉3 mg/L时，造纸废水浊度去除率达97%以上，色度去除率为87.7%，沉降速度提高了35%[23]。通过微波辅助酸（乙酸/盐酸/硫酸）化法对工业级滑石粉进行纯化研究，结果表明滑石粉经酸化－微波处理后，改性后滑石粉中的杂质白云石和菱镁矿被完全去除，表面粗糙程度降低，解理面出现很多裂纹，其中用乙酸酸化后的滑石粉吸附效果最佳[24]。以苯丙胶乳和石蜡对滑石粉进行表面吸附改性，利用改性后的填料进行浆内施胶，结果表明，石蜡可以在滑石粉上吸附、固化，可诱导石蜡结晶，经石蜡改性后的滑石粉可以赋予纸张良好的抗水性能和施胶度，纸张抗张强度明显提高[25]。

2.4 硅灰石

硅灰石粉体白度较高， 界面性能和吸附性能好，与纸浆纤维交织，形成网状结构，主要用于造纸工业中的填料， 同时还可以部分代替植物纤维作为造纸原料使用[26]。硅灰石改性方法主要有物理法和化学法。

（1）物理法：利用有机物或无机物包覆于颗粒表面，改变粉体表面活性，或者通过红外线、紫外线、超声波等物理手段进行表面改性。研究表明，采用雷蒙磨和球磨机对硅灰石进行超细改性，雷蒙磨对硅灰石晶簇破坏小，形态总体呈纤维状，球磨则呈颗粒状；雷蒙磨处理的填料纸张松厚度、挺度、灰分和留着率明显优于球磨处理[27]。利用淀粉包覆硅灰石造纸填料，改性后填料的粒径变大，粒径分布的均一性得到改善，留着率显著提高，并具有较强的抗剪切性能[28]。以粉煤灰为原料制备的多孔硅酸钙造纸填料，能够显著提升纸的松厚度和透气性，但在造纸工业中应用尚不成熟[29]。

（2）化学法：在颗粒表面引入电解质或表面活性剂，表面活性剂多为有机大分子，从而可与矿物粉体发生物理吸附，增加了粉体表面的功能性。由于改性后粉体表面电荷不平衡，产生电位差，在与纤维素纤维和其他填料混合时，发生凝聚，增加了填料的留着率。试验证明，添加聚合氯化铝(PAC)可以改变硅灰石填料悬浮液的Zeta 电位， 当PAC 用量为5%时，填料的电位接近于零，填料在纸张留着率最高，较未改性处理提高了7.6%[30]。用0.5%羧甲基纤维素(CMC)和0.75%硫酸铝改性硅灰石后，发现加填纸页的机械强度和填料留着率均高于未改性处理[31]。

2.5 膨润土

膨润土作为一种水解膨胀性黏土矿物，通常作为造纸工业中的助留助滤剂和造纸污水处理吸附剂使用。当膨润土分散在水中时，水分子在蒙脱石晶层间渗透，使蒙脱石结构膨胀，甚至单体分离，形成更微细的高电荷双电层片状结构，呈胶体状存在，比表面积增大，吸附性增强，能与带负电荷的纤维形成桥连作用，从而使蒙脱石留着在纤维上，并改善了滤水性能，提高了细小纤维和填料的留着率，减低了白水的浓度[32]。经分离、提纯和改性后，膨润土的各种性能大大提高，可制成钠基膨润土、颗粒膨润土、有机膨润土等深加工产品。常用改性方法有焙烧法、酸化法、盐改性法和有机改性法等[33]。

文章来源：《造纸科学与技术》 网址: http://www.zzkxyjs.cn/qikandaodu/2021/0422/553.html