由于滑石的特殊性质,加工超细滑石非常困难。在干法超细加工过程中,滑石达到一定细度后很难再超细。如果提高细度,只能增加研磨时间和次数,会大大增加生产成本。目前,国外涂料级滑石大多采用干法加工,平均粒度分布为2 ~ 4μ;m之间。
1.造纸涂料滑石颜料的加工和生产
由于滑石的特殊性质,加工超细滑石非常困难。在干法超细加工过程中,滑石达到一定细度后很难再超细。如果提高细度,只能增加研磨时间和次数,会大大增加生产成本。目前,国外涂料级滑石大多采用干法加工,平均粒度分布为2 ~ 4μ;m之间。
1.1滑石原料的选择
由于滑石的种类繁多,其矿物组成、晶体形态等理化特性的差异对使用效果影响很大,很难通过人工选矿加工来改变。因此,选择合适的滑石源是生产滑石涂覆颜料的重要步骤。
1.2滑石超细粉碎加工技术
对于片状结构的滑石矿物,如何有效解决干剥离问题,稳定、准确地控制滑石粉的粒度分布和晶体形貌,是造纸涂布用滑石产品生产的重要环节。
通常,造纸涂布用滑石产品一般采用干法超细加工,通过选矿、一次粉碎、超细粉碎、分级,平均粒径D50为2 ~ 3μ。m滑石粉产品,然后根据客户的需求,经过混合、包装和交付,或在使用现场混合等供应方式。
对于矿源质量差或滑石含量相对较低的滑石矿,有时采用湿磨和浮选进行选矿和加工。
对于粒径为2微米颗粒对于M含量在90%以上的超细滑石颜料,采用湿法和干法相结合的超细加工方法。也就是说,干法超细粉碎后的粒度为2μ将M颗粒含量为60%~ 70%的滑石粉与润湿剂和助磨剂混合,然后用湿磨设备超细加工至所需粒度。需要注意的是,由于滑石的疏水性等特殊性质,滑石浆料在湿法超细加工过程中固含量变化较大,流变性能可能严重变差,会增加能耗和生产成本。
1.3滑石粉的复合改性及造粒技术
由于超细加工后的滑石粉堆积密度低,会增加包装和运输成本。然而,滑石粉特殊的疏水特性使其在涂布纸厂分散使用过程中操作性能较差,产生的粉尘对生产环境污染较大。特别是在欧洲,国外通常采用滑石粉的压缩造粒技术来解决这类问题,并且有专门的生产设备。通常,在滑石粉产品中加入水和分散剂等化学品,然后通过混合改性、压缩、造粒和干燥的过程生产造纸涂布级的粒状滑石产品。改性造粒后的产品具有运输成本低、分散过程操作性能好的优点。
二、滑石颜料在纸张涂布中的应用及优势
2.1滑石颜料的分散体
滑石颗粒具有特殊的分子结构,使得其分散性能不同于碳酸钙、高岭土等其他包覆颜料。主要表现在以下三个方面:
(1)滑石颗粒表面疏水,难以直接被水润湿,无法制备高固含量的分散浆料,分散搅拌时间长,功耗高。因此,在分散时,需要使用额外的表面活性剂如润湿剂来增加滑石颗粒的表面活性,使其能迅速被水润湿并除去表面多余的气体。同时,它可以改善滑石分散体的流变性,并赋予良好的稳定性。根据滑石的分子组成,疏水性表面润湿的润湿剂理论用量为0.8%。但由于吸附-解吸平衡的存在和滑石种类的不同,润湿剂的用量有很大差异。
(2)超细滑石的堆积密度较低,在加工过程中容易吸收大量的空气体(需气量),在分散过程中会产生许多细小的气泡,降低分散介质的体积分数(),导致分散过程中出现强烈的溶胀现象。因此,在分散或使用滑石时,应加入一定量的消泡剂,以防止产生过多的气泡,影响生产操作。
(3)需要高剪切力和能量输入,甚至需要特殊的分散设备来分散滑石颜料。分散过程中还应加入分散剂,以防止分散颗粒的再絮凝。同时需要足够的分散时间。
PH值是纸张涂料制备过程中需要控制的一个重要参数,尤其是对于滑石粉的分散过程。由于目前使用的滑石的分散剂和润湿剂大多为阴离子型,因此有必要通过提高分散过程中的pH值来改善滑石的分散性能。滑石颜料的分散工艺大多一般控制在9.5~ 10.5左右。
发现单一分散的颜料分散液粘度容易发生剪切增稠,两种或三种颜料混合可以避免这种现象。而在单一颜料分散体中加入适量的颜料细颗粒,可以在固含量不变的情况下,增加分散体的填充体积,降低分散体的粘度,也就是说这种方法可以在粘度不变的情况下,增加分散体的固含量。
2.2滑石颜料分散体和涂层的流变性能
颜料的形态和粒径分布是影响颜料分散体粘度的主要因素之一。高径厚比、窄粒度分布的颜料在一定条件下往往表现出剪切增稠的扩容性。作为涂料中比例最高的颜料,其流变性能对整个涂料的流变性能有着决定性的影响。
理想的滑石颗粒是天然片状且疏水的,但目前大多数滑石颜料粒径分布较窄,因此滑石的流变性能较差。David BWilloughby等人发现适当增加滑石颜料中细片状颗粒的含量可以有效改善颜料分散体的流变性能,这也证实了Toivakka等人得出的结论。
应该注意的是,由于滑石的种类繁多,不同种类滑石中的滑石和伴生矿物的种类和比例不同,会对滑石浆料的流变性能产生很大影响。因此,选择合适的滑石源是生产造纸用涂布颜料滑石的主要途径。
对于滑石粉制造商来说,通过选择合适的研磨技术和高效的粒度分级设备,可以生产出适合纸张涂布颜料粒度分布和粘度要求的滑石粉产品。
2.3滑石颜料对涂料保水性能的影响
当涂层的颜料成分是滑石和高岭土时(典型的凹版LWC纸涂层颜料配方)。加入滑石粉有助于提高涂层的保水值。

可以看出,滑石经过超细加工后,可以提高涂料的保水性能,并且在一定范围内,随着超细滑石用量的增加,涂料的保水性能会进一步提高。