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源磊小课堂 | 碳酸钙在造纸厂的应用

发布时间:

2024-01-29 09:38

 

源磊小课堂 | 碳酸钙在造纸厂的应用

 

随着中性造纸和涂布加工技术的发展,碳酸钙作为填料和颜料在北美和欧洲得到了广泛的应用.加填Caco3明显提高了纸张的耐久性.在我国填料和颜料主要是使用滑石粉,但随着中碱性抄纸的发展,碳酸钙的应用也将不断增长.碳酸钙ph6以下容易分解,只有在中碱性抄纸中才能作为填料。

 

碳酸钙的来源和种类

碳酸钙有研磨碳酸钙﹝GCC﹞和沉淀碳酸钙﹝PCC﹞之分。石灰石﹑大理石是天然的CaCO3,经机械粉碎、研磨﹑分级,制成细微的颗粒称之为GCC。GCC可用作填料和颜料,用于造纸时90%的粒径小于2um,为棱面型结构,电镜下观察呈不规则的烤饼型。按粒径大小,GCC可分为三类:超细CaCO3﹝UFGCC﹞,平均粒径0.5-0.9 um;细微CaCO3(GCC),平均粒径大于3 um。平均粒径是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加工方法有湿法和干法,根据产品的要求而定。干法研磨较为便宜,经常局限在2-3 um粒径颗粒的生产。粒径更小的有聚集的倾向,使得难以处理和分级。产生超细的GCC需要用湿法工艺。沉淀碳酸钙(PCC)又叫轻质碳酸钙,有下列三种不同的制备工艺;石灰乳碳化法,即石灰乳和Na2CO3作用;石灰乳与氯化铵作用。PCC平均粒径的范围是1.5-2.5 um之间。PCC的制备工艺条件不同使得其结晶形态和颗粒形状﹑表面电荷有很大的差别,由此对加填纸张的性能产生不同的影响。

 

PCC和GCC的形态和应用上的差别

PCC和GCC颗粒的形状有明显的差别。GCC颗粒是棱面体结构,这是方解石的常见晶型。而PCC是不等边棱形体,有时称之为玫瑰花型结构。因为微细的结晶细而长,聚集成簇,围绕着核心颗粒比GCC棱面体具有更大的比表面积,因此具有更大的光散射能力,使纸页具有更高的白度和不透明度。但是这种玫瑰型的结构也使得颗粒中或颗粒之间有大量的空隙,由此影响纤维间的结合,使纸页中能加填超过某一阀值时,纸页的强度降低﹑产生空隙﹑降低车速就成为严重的问题。通过把PCC和GCC混合进行加填可以克服这一问题。PCC生产商正在努力开发复制类似自然界棱面体的颗粒,以补尝不等边棱形体PCC高加填量时的局限。为了取得好的光泽度和平滑度,要求涂料的固含量高,如前所述PCC不等边棱形体颗粒是由一个玫瑰型核和围绕它的针形结晶聚集而成,制成高固含量涂料时强烈的分散作用引起针形和玫瑰型核分裂,从而导致光学性能降低和胶粘剂用量的增加。一般来说,PCC在涂料方面的应用是无法与GCC相竞争的。在北美的涂料市场上PCC占优势,而GCC主要是用于涂料配方中。由于PCC的加填量不能超过15%,因此降低了转向碱性抄纸的效益。在高加填量(有时达30%)时只有GCC才能稳定地运行。

 

PCC和GCC的特性及局限性

 

3.1 PCC作为填料的优势

1)不等边棱面体形态的PCC能使纸页产生高的不透明﹑白度和松厚度。

2)在抄造过程中磨耗数低,减轻对设备的磨损。

3)表面电荷的电势高,这样有利于颗粒在纸页中的分布。

 

32  PCC 在造纸中应用的缺陷

1)颗粒的比表面积大,降低了施胶效率。

2)颗粒间有小的间隙影响了纤维之间的结合,由此降低了纸页的强度。

3PCCGCC阻留了更多的水分,这意味着纸机的车速要降低。

4)当PCC加填量超过15%时会产生大量生产性问题。

5)吸附在PCC颗粒上的未反应AKD进入白水中后会产生白色树脂障碍,会进一步影响纸页的质量和纸机的运行。

6)没有被充分中和的微量和纸机的运行有不利影响。

 

3.3  加填GCC具有的优势

1)允许有更高的加填量,由此可以提高经济效益。

2)颗粒的形态有利于纤维的结合,有利于纸页的强度。

3)纸机的运行性较好,因为阻留的水分较少,滤水性较好。

4)对施胶的影响较小。

5)没有沉淀问题产生。

 

3.4  GCC的缺陷

1白度和不透明度低于同等加填量的PCC

2)泥浆状的GCC运到用户途中要加分散剂,以防止颗粒沉降,因此增加了成本。

3)天然CaCO3的硬度较大,粒子的形态使得磨耗数较大,对网部,纸机部件有较大的磨损。

 

用好碳酸钙填料的前提是应用好中碱性施胶工艺。应用中碱性施胶有较好的经济效益和环保效益,而不是增加生产成本。使用中性施胶剂和助留剂滤剂等化学药品增加的成本要从提高填料和细小纤维留着率,大幅度增加纸页灰分,提高产品的附加值等方面来弥补。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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