硅藻土在造纸业的用途与开发应用现状_宋宝祥

【开发利用】硅藻土在造纸业的用途与开发应用现状宋宝祥，孙德文（中国制浆造纸研究院，北京 １０００２０）摘要：概述了硅藻土在造纸业的开发应用现状。

指出充分利用我国丰富的优质硅藻土资源，拓展其在造纸领域的应用具有广阔的发展前景。

关键词：硅藻土；造纸；应用中图分类号：Ｐ６１９．２６５：ＴＳ７２７．６ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００７－９３８６（２０１０）０２－０００７－０４Diatomaceous Earth's Physical and Chemical Properties and Applicationof the Field in the PapermakingSong Baoxiang, Sun Dewen(China National Pulp and Paper Research Institute, Beijing 100020, China)Abstract: The author introduces the development and application aspects status of diatomaceous earth in the papermaking. Pointed out that the full use of China's abundant resources of high quality diatomaceous earth and expand the field of application in the papermaking has broad prospects for development.Key words: diatomaceous earth; papermaking; application１ 前言我国硅藻土资源丰富，但传统用途单一，主要局限于助滤剂产品。

近年相关行业为实现硅藻土资源的有效合理利用，在特种纸张填料、制浆造纸树脂和粘性物控制剂、废水处理剂方面已取得阶段性成果。

充分利用硅藻土自身具有的功能特性拓展其在造纸业的应用，开发硅藻土造纸专用产品和应用技术是纸业界和非金属矿加工业的重要研究领域。

近年国内硅藻土的提纯加工技术有了长足进步，主要加工方法分为干式粉碎—分级提纯法、湿式擦洗—分级法、酸洗提纯法、煅烧法。

根据加工方法的不同，市售商品可分为天然干燥品、酸洗提纯品、煅烧品和助熔煅烧品四类。

不同加工方法的产品除白度、粒度分布、纯度有较大差别外，更重要的是其孔分布，包括孔径和孔体积都有明显变化，以致产品的比表面积、吸油吸水值、散光系数、吸附性等亦有很大差异。

一般天然干燥品（包括干法分级和湿法擦洗分级产品）的自然白度较低（通常＜７０％），孔径和孔体积小，但比表面积较大。

煅烧可有效提升产品白度、孔径和孔体积，但会相应降低比表面积，煅烧温度越高比表面积下降幅度越大。

煅烧通常在５００～９００℃进行，１　０００℃以上的温度将使硅藻土的非晶质ＳｉＯ２向晶质ＳｉＯ２转化，演变成方石英。

助熔煅烧品是在硅藻土煅烧过程添加ＮａＣｌ、碱及碱土类氧化物或硼砂、硫氰酸钠、硝酸钠等助溶剂加工制成，其产品可获得更高的白度（≥９０％）和最大的孔径和孔体积。

自然界中硅藻粒子的形貌千姿百态，多达上万种，国内已发现证实的有上千种。

因此，硅藻土在不同工业领域的使用上，应根据应用目的的不同予以仔细选择，在考虑硅藻土类型和形态的同时，还应考虑不同制造方法的产品对应用可能带来的负面影响。

硅藻土有良好的分散性，能与纤维有机的相结合。

在造纸领域应用的主要经济技术意义在于充分利用其特殊的分子结构特性制造功能特性纸张。

硅藻土具有的孔隙度大、吸附性强、容重小、隔热吸音、化学性能稳定、无毒等工艺特性，可满足不同性能要求纸品的高遮盖性、松厚度、透气性、挺度、抗张强度、油墨吸收性、尺寸稳定性、吸附性、吸油吸水性、保温隔热性、阻燃性等方面的技术要求。

因此，可作为功能性填料或涂料颜料广泛用于文化印刷纸、特种工业用纸和纸板、生活用纸张的制造，如：液体饮料、制糖、酿酒业的过滤纸和纸板，食品保鲜包装纸，冰箱除臭纸，香精纸，香烟过滤嘴纸，高吸水性生活用纸，美容卸妆纸，建筑装饰纸和纸板，蓄电池隔板，阻燃纸，物垫纸，宠物垫纸，抛光纸，油封纸，育果育苗纸，废水净化剂、助凝剂、废纸浮选脱墨剂，消光涂料颜料等。

２ 用途与开发应用现状２．１　轻质纸和胶印纸填料轻质印刷纸是西方国家近几年发展较快的一个纸７种，一般含有７０％以上的机械木浆和３０％以下的漂白化学木浆。

纸质松厚、挺括，具有良好的吸墨性和不透明度，在强度方面又可满足高速轮转印刷机的印刷要求，白度一般不高于８０％，其作为书刊印刷纸的一种，被大量用于图书、期刊、学生课本、广告宣传等。

由于机械浆的制浆用材少、化学药品消耗少及污水易处理、纸张色调柔和等，被称作环保纸。

我国轻质印刷纸产量，近年呈现增长态势。

主要以机械木浆、漂白化学木浆和草浆为纤维原料，填料主要选择滑石粉、碳酸钙或二者的混合体。

硅藻土细腻、密度小、质轻、松散、粒子形态好，用于加填轻质纸，可提高纸张松厚度、不透明度、抗张指数等性能指标。

本人用２５％的煅烧硅藻土和相同配比的滑石粉加填轻质纸张，并对其物理性能作对比，结果如图１所示。

由图１可见，在相同的加填量下，用硅藻土加填纸张，其松厚度、不透明度、抗张指数、灰分等性能指标与用滑石加填的纸张相比有明显提高，可以满足轻质纸特性和生产操作性要求，同时起到优化干燥的作用。

因为硅藻土亲水、亲有机物、天然的多孔性与纤维有良好的结合能力，可赋予纸张良好的挺度、抗张强度、油墨吸收性，保持纸张尺寸稳定性和减少纸张因湿度变化而引起的伸缩和变形。

某纸厂用白度９１％的硅藻土与６０％的轻质碳酸钙（ＰＣＣ）混配，用于抄造胶印纸和高加填低定量印刷纸的生产实验结果表明：与单独使用ＰＣＣ填料比较，可明显提升纸张的不透明度、松厚度、灰分和印刷效果。

２．２　吸水保鲜包装纸填料硅藻土是一种对人体无害的天然矿物，利用其多孔、高吸附性特性制造的吸水保鲜纸和纸板主要用于食品的储藏包装材料，也可用于医药、日常生活用品的包装材料。

吸水保鲜纸用于水产品或肉类制品的包装，可以保持水产品或肉类的水分和新鲜度，防止外界污染，吸收水产品或肉类在运输和储存过程中可能渗出的液体［１］。

用于水果、蔬菜、糕点等食品的包装和储存，可以保持食品的水分，阻隔外界异味和其他污染物的渗透，防止蝇虫、细菌等生物体的侵入。

２．３　装饰纸填料装饰纸是用来帖在仿木制品的表面，提供更好的表面平滑性和美感的装饰材料。

硅藻土在装饰纸中可以替代部分价昂的ＴｉＯ２颜料，提高纸张的松厚度、不透明度、结合力、耐磨性和干燥性能，保持尺寸稳定性和湿变形等［１］。

通常添加比例为１０％～２０％。

２．４　阻燃吸音纸（板）填料硅藻土有良好的阻燃吸音特性，可以与纸浆混配制造用于室内装饰使用的高级装饰纸和纸板。

填加比例可高达６０％以上。

如一种进口的用于室内顶棚吊顶装饰纸板，硅藻土含量高达７７％；用于静音室的高级壁纸，硅藻土含量达到６５％。

２．５　油封纸（板）填料油封纸垫纸板是一种用于机械传动部的新型密封材料。

主要原料为纸浆、树脂和矿物填料的混合物，通过造纸工艺抄造而成。

传统常用矿物填料主要为高岭土、海泡石、膨润土、碳黑、滑石等。

利用硅藻土具有的耐磨性和吸油膨胀性，近年来成功用于油封纸填料，加填量１０％～３０％。

油封纸中的硅藻土饱和吸附油脂后具有一定的膨胀性从而阻止机械油的外溢，提高了密封效果。

２．６　卷烟纸填料早在２０世纪８０年代，国内外就有将硅藻土用于卷烟纸［２］和卷烟过滤嘴芯纸的报道。

硅藻土加填卷烟纸可以调节燃烧速度，提高纸张透气度，并且无任何毒副作用。

中国制浆造纸研究院将硅藻土和海泡石混合填料用于卷烟过滤嘴芯纸，显著降低了卷烟中的焦油和其他对人体有害的物质含量。

２．７　育果纸、育苗模铸容器填充剂国内某企业，使用低品质硅藻土原料，经过特种预处理后用于制造育果纸，据称具有良好的保温保湿和促进果实生长的效果。

将经过改性的硅藻土填充育苗纸模铸容器，用于农业育苗，据称具有杀菌、缓释、保温、保湿和促进植物生长的效果。

２．８　过滤纸（板）填充剂 硅藻土已广泛用于有特种净化要求的酒类、饮料食品、医药、口服液、净化水、工业滤油滤芯和精细化工的过滤纸或纸板的填充剂，填加量通常可达５０％～８０％。

滤纸中填充硅藻土可有效提高过滤液体的澄清度和过滤效率［３］。

用银或其他具有杀（抑）菌功能的化合物予以改性的硅藻土填料，可以制造出具有杀（抑）菌功能的过滤纸和纸板。

８２．９　蓄电池隔板填充剂吴葆敦等［４］进行了在混合纸浆中填加硅藻土用于制造蓄电池隔板的研究。

其主要机理是利用硅藻土的多孔性，提高电池隔板的空隙率，以降低蓄电池隔板的电阻。

需要注意的是硅藻土的加入量要控制适当，过量填加会降低电池隔板的机械强度和使用寿命。

２．１０　除臭纸填充剂臭气是危害自然环境的公害之一。

不少臭气物质浓度不到１×１０－６就足以使多数人闻到臭味，对人们生活和工作都有一定的负面影响。

随着生活质量的提高，除臭问题引起人们的重视。

除臭的方法有物理除臭、化学除臭、生物除臭等，日本、德国在这方面取得尤为显著的成就。

利用喷雾技术除臭在美国、加拿大等国家也日益成熟。

而国内只在抗菌除臭尿布、除臭鞋垫和除臭纸生产方法等方面有一定的研究。

目前市场上的除臭纸品种主要有活性炭纸、沸石纸、正磷酸铝纸等，采用硅藻土用于除臭纸除去生活或工业产生的异味尚未深入研究。

将硅藻土用于除臭纸的除臭剂，主要是利用它具有多孔性、高孔隙率、比表面积大、吸附性强的特点进行物理除臭。

制成的除臭纸可用于冰箱除臭、居室除臭、汽车除臭等。

硅藻土具有除湿、除臭、净化空气，可以大量吸附无机污染离子、有毒气体等作用，并且无二次污染。

此类除臭纸可消除厨房、厕所等散发的臭味。

若加工成相应的纸材料（如内衬纸板、装饰纸板）借以吸收各种混合难闻的气味，还可以扩展到医院病房、飞机座舱、冷藏仓库等领域。

刘秉钺等［５］研究了硅藻土填加除臭纸的除臭效果，探讨了不同类型硅藻土加入量、不同纤维和打浆度、表面施胶和内部施胶等因素对除臭纸除臭效果的影响。

认为硅藻土是用于除臭纸填充剂的理想天然矿物粉体材料，影响除臭效果的最重要因素是硅藻土的比表面积和留着率。

２．１１　功能性生活用纸填充剂生活用纸是与人们居家和生活紧密关联的一类纸张和纸制品的统称，其种类和品种繁多。

硅藻土用于生活用纸的主要目的是赋予纸张良好的功能特性，而非一般的填料意义。

目前主要的纸品种有：①高吸水性纸，如杯垫纸、厨房纸巾、餐桌纸、纸床垫、纸尿布、宠物垫纸、食品包装纸；②保湿纸，如湿纸巾、缓释杀菌纸巾、湿式厨房去污纸、湿式驱虫擦拭纸、湿式医疗用纸；③美容化妆用纸，如面模纸、卸装纸，据称一种填充硅藻土的面巾纸可以较好的去除人体皮肤的碎屑和油脂；④具有杀菌、除湿除臭功能的鞋垫纸、纸尿布等。