滑石粉替代剥片高岭土在轻涂纸中的应用研究

　　1、实验
（1）实验原料
巴西进口剥片高岭土、95级重质碳酸钙（GCC）、滑石粉T90、丁苯胶乳、保水剂CMC、分散剂、润滑剂、抗水剂、消泡剂、涂布原纸。
（2）实验方法
颜料基本性能测定：按照标准GB/T 14563高岭土及其试验方法测定滑石粉和高岭土的粒度、白度、最佳分散条件。
涂料制备和性能测定：按照表1的配方制备实验室面涂涂料，涂料固含量为64.0%。

表1 实验室面涂配方及用量

涂料低剪切黏度：采用黏度计测定，测定温度为25℃，测定转速为60r/min。
涂料高剪切黏度：采用旋转流变仪测定，平板，剪切速率1-20000s-1。
实验室纸张涂布：在实验涂布机上涂布，采用刮刀涂布，通过调整刮刀角度获得要求的涂布量，面涂涂布量为10g/m2。
实验室纸张压光：在25FC-200E实验室超级压光机上压光，压光温度为70℃，转速为30r/min。
按照标准GB/T 10335.2-2005涂布纸和纸板 轻量涂布纸 规定的方法测定轻涂纸的常规物理性能。
2、结果和讨论
（1）滑石粉的基本性能
对于造纸涂料用颜料而言，一般要求颜料具有亮度高、杂质含量低以及易于分散等特征。表2给出了巴西高岭土和滑石粉2种颜料的基本性能。

表2 颜料的基本性能

从表2可以看出，与巴西高岭土相比，滑石粉T90的特点主要表现为亮度相对较高，同时分散剂用量偏高。此外2种颜料的平均粒径基本相近，但滑石粉的2μm含量要明显高于巴西高岭土。
从颗粒结构来看，高岭土呈层状堆砌的片状结构，而滑石分则是呈单一的片状结构。2种颜料虽然在形态结构上存在差异，但均为片状结构颜料，为获得较好的涂布性能提供可能。
（2）滑石粉替代巴西高岭土对涂料性能的影响
按照表2所列的配方制备相应的涂料，涂料性能如表3所示。

表3 涂料的性能

从表3可知，在涂料固含量相近的条件下，随着涂料配方中滑石粉用量不断增加、高岭土用量不断降低，涂料的低剪切勤度呈增加趋势，但增加幅度有限。
 

图1 涂料高剪切黏度
 

　　由图1可知，当涂料配方中的高岭土不断被滑石粉替代时，随着剪切速率的不断增加，涂料的高剪切黏度变化趋势基本一致；但从局部高剪切速率范围看，随着滑石粉替代高岭土用量的不断增加，涂料的高剪切黏度不断降低。
 

图2 涂料在剪切速率为10000s-1时的黏度
 

　　由图2可知，当涂料的剪切速率都达到10000s-1时，含滑石粉配方的涂料黏度都要低于全高岭土配方的。
总的来看，滑石粉替代轻涂纸涂料中的高岭土时，随着替代量的不断增加，虽然涂料的低剪切黏度有小幅度的增加，但涂料的高剪切黏度却呈降低趋势，表明采用滑石粉替代高岭土不仅不会对涂料的涂布运转性能产生不利影响，相反在同样高剪切黏度的条件下，用滑石粉替代高岭土后可以进一步提高涂料的固含量获得更好的涂布效果。
（3）滑石粉替代高岭土对轻量涂布纸性能的影响
采用刮棒进行涂布，涂布量控制在9-10g/m2。

表4 涂布后纸板性能

由表4可知，用22.5份滑石粉完全替代原配方中的巴西高岭土时，并不会对轻涂纸的成纸性能产生不利影响，无论是光学性能还是印刷表面性能都与巴西高岭土配方保持相近的水平。
从实验室评测结果来看，用滑石粉替代目前轻涂配方中的高岭土不会对轻涂纸成纸的性能产生不利影响。由于滑石粉本身具有疏水亲油的特点，不经过改性处理很难在较高固含量下进行分散（未改性滑石粉分散固含量一般在60%左右），为了克服这一缺陷，本实验用的滑石粉在加工工程中进行了适当的亲水改性，使之可以在70%固含量下进行顺利分散，同时该改性过程使得本滑石粉具有了剪切稀化的特点，也就是分散好的颜料分散液在没有搅拌条件下黏度会增大，但是经过适当搅拌后又会显著降低，这一特点也可能是导致所配涂料的低剪切黏度要略高于高岭土配方的原因。此外，从实验室观测结果看，虽然滑石粉与高岭土相比就有剪切稀化的特点，但其沉降性能优于高岭土。
3、结论
（1）与高岭土相比，滑石粉颜料具有白度相对较高的特点。
（2）滑石粉替代轻涂纸涂料中的高岭土时，随着替代量的不断增加，虽然涂料的低剪切黏度有小幅度的增加，但涂料的高剪切黏度却呈降低趋势。
（3）滑石粉替代高岭土后，以滑石粉T90替代配方中高岭土后，无论是成纸的光学性能还是印刷表面性能都与原配方保持了相近的水平。