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碳酸鈣在造紙行業的應用
2015年03月24日 發布 分類:粉體應用技術 點擊量:5336
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隨著中性造紙和涂布加工技術的發展,碳酸鈣作為填料和顏料在北美和歐洲得到了廣泛的應用.加填Caco3明顯提高了紙張的耐久性.在我國填料和顏料主要是使用滑石粉,但隨著中堿性抄紙的發展,碳酸鈣的應用也將不斷增長.碳酸鈣在ph6以下容易分解,只有在中堿性抄紙中才能作為填料. 

 

1、 碳酸鈣的來源和種類

 

碳酸鈣有研磨碳酸鈣﹝GCC﹞和沉淀碳酸鈣﹝PCC﹞之分。石灰石﹑大理石是天然的CaCO3,經機械粉碎、研磨﹑分級,制成細微的顆粒稱之為GCCGCC可用作填料和顏料,用于造紙時90%的粒徑小于2um,為棱面型結構,電鏡下觀察呈不規則的烤餅型。按粒徑大小,GCC可分為三類:超細CaCO3UFGCC﹞,平均粒徑0.5-0.9 um;細微CaCO3GCC),平均粒徑大于3 um。平均粒徑是GCC最重要的物理特性,其它重要的特性包括白度﹑吸油性﹑晶型。GCC加工方法有濕法和干法,根據產品的要求而定。干法研磨較為便宜,經常局限在2-3 um粒徑    顆粒的生產。粒徑更小的有聚集的傾向,使得難以處理和分級。產生超細的GCC需要用濕法工藝。

 

沉淀碳酸鈣(PCC)又叫輕質碳酸鈣,有下列三種不同的制備工藝;石灰乳碳化法,即石灰乳和Na2CO3作用;石灰乳與氯化銨作用。PCC平均粒徑的范圍是1.5-2.5 um之間。PCC的制備工藝條件不同使得其結晶形態和顆粒形狀﹑表面電荷有很大的差別,由此對加填紙張的性能產生不同的影響。

 

PCCGCC的形態和應用上的差別

 

PCCGCC顆粒的形狀有明顯的差別。GCC顆粒是棱面體結構,這是方解石的常見晶型。而PCC是不等邊棱形體,有時稱之為玫瑰花型結構。因為微細的結晶細而長,聚集成簇,圍繞著核心顆粒比GCC棱面體具有更大的比表面積,因此具有更大的光散射能力,使紙頁具有更高的白度和不透明度。但是這種玫瑰型的結構也使得顆粒中或顆粒之間有大量的空隙,由此影響纖維間的結合,使紙頁中能加填超過某一閥值時,紙頁的強度降低﹑產生空隙﹑降低車速就成為嚴重的問題。通過把PCCGCC混合進行加填可以克服這一問題。PCC生產商正在努力開發復制類似自然界棱面體的顆粒,以補嘗不等邊棱形體PCC高加填量時的局限。

 

為了取得好的光澤度和平滑度,要求涂料的固含量高,如前所述PCC不等邊棱形體顆粒是由一個玫瑰型核和圍繞它的針形結晶聚集而成,制成高固含量涂料時強烈的分散作用引起針形和玫瑰型核分裂,從而導致光學性能降低和膠粘劑用量的增加。一般來說,PCC在涂料方面的應用是無法與GCC相競爭的。在北美的涂料市場上PCC占優勢,而GCC主要是用于涂料配方中。由于PCC的加填量不能超過15%,因此降低了轉向堿性抄紙的效益。在高加填量(有時達30%)時只有GCC才能穩定地運行。

 

PCCGCC的特性及局限性

 

3.1 PCC作為填料的優勢

1)不等邊棱面體形態的PCC能使紙頁產生高的不透明﹑白度和松厚度。

2)在抄造過程中磨耗數低,減輕對設備的磨損。

3)表面電荷的電勢高,這樣有利于顆粒在紙頁中的分布。

 

3.2   PCC 在造紙中應用的缺陷

1)顆粒的比表面積大,降低了施膠效率。

2)顆粒間有小的間隙影響了纖維之間的結合,由此降低了紙頁的強度。

3PCCGCC阻留了更多的水分,這意味著紙機的車速要降低。   

4)當PCC加填量超過15%時會產生大量生產性問題。

5)吸附在PCC顆粒上的未反應AKD進入白水中后會產生白色樹脂障礙,會進一步影響紙頁的質量和紙機的運行。

6)沒有被充分中和的微量和紙機的運行有不利影響

 

3.3  加填GCC具有的優勢

1)允許有更高的加填量,由此可以提高經濟效益。 

2)顆粒的形態有利于纖維的結合,有利于紙頁的強度。

3)紙機的運行性較好,因為阻留的水分較少,濾水性較好。

4)對施膠的影響較小。

5)沒有沉淀問題產生。

 

3.4  GCC的缺陷

1 白度和不透明度低于同等加填量的PCC

2)泥漿狀的GCC運到用戶途中要加分散劑,以防止顆粒沉降,因此增加了成本。

3)天然CaCO3的硬度較大,粒子的形態使得磨耗數較大,對網部,紙機部件有較大的磨損。

 

用好碳酸鈣填料的前提是應用好中堿性施膠工藝。應用中堿性施膠有較好的經濟效益和環保效益,而不是增加生產成本。使用中性施膠劑和助留劑濾劑等化學藥品增加的成本要從提高填料和細小纖維留著率,大幅度增加紙頁灰分,提高產品的附加值等方面來彌補。


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