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论文与综述・
海泡石的性能及在造纸中的应用
公维光 高玉杰
天津轻工业学院
(
天津
300222)
摘 要 海泡石是一种纤维状含水的镁硅酸盐 ,具有吸附性 、
流变性 、
催化性以及耐高温 、
阻燃等性能 。简述
了海泡石的结构与性能 ,并就海泡石的某些性能 ,论述了它在造纸中的应用
关键词 海泡石 结构 性能 纸产品
海泡石是一种稀有的无机纤维非金属粘土矿 ,属
链状 —层状 富 镁 硅 酸 盐 。这 一 矿 物 的 德 文 名 称 是
Meerschaum. Meer 是海洋 , Schaum 是泡沫 ,故译为海
泡石 。海泡石的英文名称是 Sepiolite 。Sepia 为乌贼 ,
属海生动物 ,由于其骨骼多孔 、
体轻 ,故能浮于水表面
上 ,故以此命名这一矿物 。海泡石在我国主要分布于
湖南 、
陕西 、
江苏 、
河北 、
天津等地 。
海泡石的特殊结构决定了它具有很好的吸附性
能 、
流变性能 、
催化性能及耐热性能等特性 ,因此海泡
石得到了广泛的应用 。据目前国内外的资料统计 ,海
泡石的用途达 130 多种 ,不仅在工业 、
农牧业中广为应
用 ,而且在现代科学技术领域和国防工业的用途也正
在迅速扩大 ,并出现了一些新的特殊用途 ,如宇航飞
行 、
人造卫星 、
月球演化等领域 。海泡石已经成为世界
上用途最广的矿物原料之一 。同样在造纸工业中 ,利
用它的吸附 、
阻燃等性能近年来也得到了广泛的应用 。
本文就海泡石的性能及在造纸工业中的应用作简要介
绍 ,使海泡石这一新型材料更好的为造纸工业服务 。
1 海泡石的结构和性能
1. 1 海泡石的结构
海泡石为含水的镁硅酸盐 ,具有链状和层状纤维
状的过渡型结构特征 ,属 2∶1 层链状粘土 。它的相对
密度为 2. 4~2. 6 ,其 w = 10 %悬浮液 p H 值大约为 9 ,
外观为灰白色流动粉末 。海泡石的标准晶体化学式为
Mg
8
Si
12
O
30
( O H)
4
( O H
2
)
4
・8H
2
O , 理 论 化 学 成 分 为 :
SiO
2
55. 65 % , MgO24. 89 % , H
2
O
+
8. 34 % , H
2
O
-
11.
12 %。由硅氧四面体和镁氧八面体组成 。构成硅氧四
面体基础的氧 ,组成了间隔约 0. 65nm 的连续晶层 ,而
顶角氧却是交替地指向这种连续晶层的上下 。指向同
一方向的四面体相互连接成两个辉石型链 ,这两个辉
收稿日期
:2002 - 02 - 22
石型链再连接成一个闪石型链 ,各四面体顶角所构成
的晶层可以靠羟基完善 。这些晶层按八面体配位镁离
子相互连接起来 。
海泡石的化学组成中类质同象混入物有铝 、
铁 、
铜
和少量的钙 、
锰 、
铬 、
钾 、
钠等杂质 。产地不同 ,海泡石
的化学组成也有所差异 。
1. 2 海泡石的性能
海泡石结构最主要特征是它具有平行纤维隧道孔
隙 ,其孔隙体积占纤维体积的 1P2 以上 。Serna 和 Van
Soyoe (1978) 曾对海泡石的表面积进行了计算 ,假定孔
道截面积为 6 ×1. 06nm ,则其表面积约为 800m
2
Pg~
900m
2
Pg ,外表面积约为 400m
2
Pg ,由于海泡石有如此
大的表面积 ,因而具有极强的吸附能力 ,大于任何其它
粘土物质 。天然状态的海泡石就是一种很强的吸附
剂 ,它所吸附的水能够达到其本身重量的 200 %~
250 % ,因此 ,经常用它来生产多种多样的吸附剂 ,如
油 、
水 、
气的吸附剂 、
香烟过滤剂 、
脱色剂 、
助滤剂 、
洗涤
剂等等 。
海泡石具有细长针状纤维外形 ,并且聚集成束状
体 。当这些束状体在水或其它极性溶剂中分散时 ,针
状纤维就会疏散开 ,大量杂乱地交织在一起形成纤维
网络 ,这种网络能够使溶剂滞留 ,这就形成了高粘度并
且具有流变性的悬浮液 ,加之海泡石的化学惰性和遇
碱遇酸遇热的稳定性 ,使它广泛用于特种钻井泥浆的
制备 ,用于填料 (如橡胶 、
塑料溶胶填料等) 和涂料填加
剂 (如油漆 、
建筑 、
保温涂料等) 、
饲料填加剂以及冶金 、
陶瓷等多种领域 。
海泡石表面存在着三种吸附活动中心 : (1) 硅氧四
面体层中的氧原子 ; (2) 在边缘部位与镁离子配对的水
分子 ,它们可以与吸附物形成氢键 ; (3) 由四面体层外
表面上的 Si - O - Si 键断裂而形成的 Si - OH 基 ,可与
被吸附在海泡石外表面上的分子相互作用 ,还可与某
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2002 年 第 2 期
《黑 龙 江 造 纸》