膨潤土是一種以蒙脫石為主要成分的細(xì)粒粘土，具有離子交換性、吸水性、膨脹性、觸變性、粘結(jié)性、吸附性等特殊性能，作為一種性能優(yōu)良的助劑，在制漿造紙助留助濾、污水處理、樹脂控制、廢紙脫墨及加工紙等方面的具有重要作用。
▼膨潤土在造紙行業(yè)的應(yīng)用
1、膨潤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)是由英國聯(lián)合膠體公司開發(fā)的一種由改性的膨潤土和高分子陽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)膨潤土的典型粒子為層厚0.9nm，層疊5～7層，表面約為300nm×100nm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)膨潤土在水中被水解，陽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OCC生產(chǎn)瓦楞紙板的工廠，在白水封閉后使用Hydrocol膨潤土助留助濾系統(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、膨潤土在施膠中的應(yīng)用
膨潤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。
美國一項(xiàng)專利報(bào)道了膨潤土在施膠中的應(yīng)用，其將反應(yīng)性施膠劑加入膨潤土的懸浮液中，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程內(nèi)部或外部的施膠。
以膨潤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造紙過程的不良影響，當(dāng)用作內(nèi)部施膠時(shí)，膨潤土還可在微粒助留助濾體系中起到助留助濾的作用。所用膨潤土為鈉基、鋰基或經(jīng)鈉鹽活化后的膨潤土。
3、膨潤土在廢水處理中的應(yīng)用
膨潤土在制漿造紙工業(yè)廢水處理中的應(yīng)用優(yōu)勢在于吸附性能和脫色能力較強(qiáng)，通過對廢水中污染物的吸附來達(dá)到降低COD和脫色的目的。
用于廢水處理的膨潤土通常要進(jìn)行有機(jī)改性以增強(qiáng)其對有機(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。改性膨潤土對有機(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)入到膨潤土的層間，形成膨潤土—有機(jī)物復(fù)合體，另外改性膨潤土對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，全國水污染總量的30%來自造紙黑液，污染嚴(yán)重。用膨潤土處理造紙黑液在國外早有報(bào)道。
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)膨潤土（TBC），研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)pH值=4.5，TBC用量為24g/L H2O時(shí)，在常溫下攪拌吸附60min后，其對COD的吸附效率為61.5%，吸附容量為549.3mgCOD/g。
此外，膨潤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%。
邵紅等以鈉基膨潤土為原料，合成了鎳鋯-無機(jī)柱撐、鎳鋯-有機(jī)柱撐系列改性膨潤土，比較了不同改性膨潤土對造紙廢水的處理效果，研究結(jié)果表明，有機(jī)柱撐膨潤土對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%。
4、膨潤土在樹脂控制中的應(yīng)用
在制漿過程中，大量的水溶性聚合物和膠體物釋放至生產(chǎn)過程的水中，木材的膠體物和樹脂物有沉積在設(shè)備和產(chǎn)品表面的趨向，會(huì)引起生產(chǎn)問題和紙頁缺陷。樹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脂控制方法，它是利用一些樹脂控制劑使樹脂附著在纖維表面或穩(wěn)定地分散在漿料系統(tǒng)中，從而避免樹脂在設(shè)備表面的沉積。
經(jīng)改性處理的有機(jī)膨潤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脂控制劑。它可以吸附系統(tǒng)中憎水性的膠狀樹脂，降低樹脂的表面能量，使樹脂失去其特有的粘性，從而抑制了樹脂的粘附、聚結(jié)和沉積，將0.5%～1%的膨潤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。
膨潤土除了能吸附膠狀樹脂外，也可以附著在已聚結(jié)的樹脂顆粒上，從而降低樹脂的粘性。然而當(dāng)系統(tǒng)中存在剪切力時(shí)，已聚結(jié)的樹脂顆粒可能會(huì)重新暴露出新鮮的表面，而又具有聚結(jié)與沉積的趨勢，因此合理選擇膨潤土加入的位置非常重要。
5、膨潤土在廢紙脫墨中的應(yīng)用
在廢紙回收系統(tǒng)中，膨潤土（單獨(dú)用或和滑石粉組合使用）可以通過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)各部件的趨勢減到最小程度。廢紙循環(huán)使用中，成紙中有用裸眼可見的斑點(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。
若加入膨潤土到廢紙配料中，可防止斑點(diǎn)形成，膨潤土能減小油墨粒子尺寸，使其能通過洗滌從漿中除去，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。
膨潤土在整個(gè)過程中起到了吸附、分散、沉積物控制、抗再沉淀等多種作用。
6、膨潤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)造成膨潤土層間距的增大和體積的膨脹，這一作用可使膨潤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土來作為流變控制劑。
同時(shí)由于膨潤土具有規(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。
7、膨潤土作為填料的應(yīng)用
前面提到膨潤土具有強(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，從而使膨潤土留著在纖維上。在助留助濾的同時(shí)，膨潤土也起到了造紙?zhí)盍系淖饔谩?br />
另外膨潤土具有“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，改性膨潤土可作為低白度紙和紙板的填料（膨潤土本身白度不高），表現(xiàn)出強(qiáng)烈的吸附性和高度的分散性，高留著率，對成紙強(qiáng)度影響小。同時(shí)，由于改性膨潤土能吸附細(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水域造成的污染。
8、膨潤土在紙張顯色中的應(yīng)用
用鹽酸、硫酸或磷酸處理過的天然膨潤土被稱為酸性白土。酸性白土與膨潤土原礦物相比，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)寫紙就是應(yīng)用了酸性白土與白色（無色）染料接觸發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)來實(shí)現(xiàn)化學(xué)顯色的。
膨潤土在無碳復(fù)寫紙中作為力敏色素的顯色劑，用于無碳復(fù)寫紙的酸活化處理膨潤土產(chǎn)品，在英國、德國、日本早已生產(chǎn)使用。浙江某研究所利用仇山優(yōu)質(zhì)膨潤土，制成無碳復(fù)寫紙用特種漂土，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。
以三層的無碳復(fù)寫紙為例，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。
總之，膨潤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)一步地開展。
膨潤土性能優(yōu)越，從膨潤土的物理化學(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)膨潤土的開發(fā)、改性及深加工等工作的深入開展，其應(yīng)用領(lǐng)域必將進(jìn)一步擴(kuò)大。國內(nèi)目前許多企業(yè)還依賴于進(jìn)口膨潤土，我國膨潤土儲(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，自行開發(fā)高質(zhì)量的膨潤土產(chǎn)品，對于造紙工業(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。
參考資料：造紙無機(jī)粉體材料市場概況及開發(fā)應(yīng)用進(jìn)展，作者：宋寶祥等；膨潤土在造紙工業(yè)中的應(yīng)用與開發(fā)前景，作者：陸趙情等
編輯整理：粉體技術(shù)網(wǎng)
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