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Bentonite in der Papierherstellung

Bentonit ist ein natürliches Schichtmineral, das in der Papierindustrie in praktisch allen Phasen – von der Stoffaufbereitung bis hin zum Streichen – zum Einsatz kommt. Es zeichnet sich durch eine besondes hohe Quell- und Bindungsfähigkeit aus.

Aufbau
Bentonit ist ein natürliches Schichtmineral mit vielseitigem Einsatz in der Papierherstellung. Bentonit besteht im Wesentlichen aus Montmorillonit, chemisch gesehen ein schichtförmiges Aluminiumsilikat. Aluminiumsilikate setzen sich im Wesentlichen aus Silizium, Aluminium- und Sauerstoffatomen zusammen. Die Silizium- und Aluminiumionen sind jeweils von Sauerstoffionen umgeben, wobei die Schichten jeweils aus einer oberen und unteren Schicht Siliziumionen und einer mittleren Schicht Aluminiumionen aufgebaut sind. Aufgrund dieses speziellen Schichtaufbaus rechnet man Bentonit den Dreischichtsilikaten zu.
Ein großer Teil der interessanten Eigenschaften, die Bentonite aufweisen, ist auf den Ersatz von chemisch dreiwertigen Aluminiumionen durch zweiwertige Ionen wie z.B. Magnesium zurückzuführen. Dadurch entsteht ein Ladungsdefekt, der dazu führt, dass die einzelnen Silikatschichten negativ geladen sind. Im Kristallverband werden diese negativen Schichtladungen durch den Einbau von Kationen zwischen den Schichten – sog. Zwischenschichtkationen – kompensiert. Diese Zwischenschichtkationen sind in der Regel entweder einwertige Natriumionen oder zweiwertige Kalziumionen.

Montmorillonitkristalle sind plättchenförmig aufgebaut. Die Dicke dieser Kristallblättchen liegt bei einem Nanometer, d.h. einem tausendstel Millimeter. Der Durchmesser der Plättchen kann zwischen 100 und 800 nm schwanken.

Bemerkenswert sind die geringe Dicke, die Biegsamkeit und die große Oberfläche der Montmorillonitkristalle sowie ihre Oberflächenladungsverteilung. Insbesondere die beiden letztgenannten Eigenschaften verleihen dem Bentonit eine hohe Adsorptions- bzw. Bindungsfähigkeit gegenüber anderen Stoffen. Der Montmorillonitkristall ist aus vielen Schichtpaketen zusammengesetzt. In Anwesenheit von Wasser quillt er auf, d.h. es lagern sich zwischen den einzelnen Schichtpaketen Wassermoleküle ein. Der Schichtabstand zwischen zwei isolierten Montmorillonitlamellen wächst dadurch z.B. beim Kalzium-Montmorillonit auf das Doppelte.
Verantwortlich für diese hohe Quellfähigkeit in Wasser sind die Zwischenschichtkationen. Diese umhüllen sich bei Anwesenheit von Wasser mit einer Hydrathülle, was dazu führt, dass sich Wasser zwischen den Silikatschichten einlagert. Dadurch wird der Schichtabstand erweitert und die Bindekraft zwischen den einzelnen Schichtpaketen wird geringer. Die Schichten erhalten damit auch gegeneinander eine gewisse Beweglichkeit und können unter geeigneten Bedingungen vollständig separieren. In dieser feinstverteilten Form hat der Bentonit nicht nur eine sehr große spezifische Oberfläche, er kann in dieser Form auch die Viskosität von wässrigen Lösungen sehr nachhaltig beeinflussen.