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碳酸鈣,研磨來的,沉淀來的,加到紙張中到底有什么差異?

發布日期:2020-06-28       文章來源:

編者按1:造紙界普遍使用研磨碳酸鈣(GCC)和沉淀碳酸鈣(PCC),在當前纖維資源相比以往更為不足的大環境下,如何利用好GCC和PCC資源顯得尤為重要。筆者最近在撰寫碳酸鈣研磨分散劑碳酸鈣粒度的測定等文案時,想起很久以前為一家企業提供咨詢服務時參考過的一則資料(企業希望提高紙張不透明度),感覺應該還有用,特重新整理后分享給大家。

編者按2:昨日碳酸鈣粒度的測定文案的最后設了“猜猜今天寫/發什么”的small trick,收到的答復主要有:(1)粒徑分布相關知識;(2)碳酸鈣粒度對涂布性能的影響;(3)馬爾文激光粒度儀測填料粒度;(4)纖維尺寸及分布的測定;(5)涂料性能的分析測定。感謝這幾位朋友的積極參與,我在杭州等你們。

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GCC大多為菱面體(rhomhohedral)結構,PCC則大多為偏三角面體(scalenohedral)結構。如何有效利用它們的晶型特性更好地造紙,是個很有實際價值的課題。

該研究采用了兩種GCC和一種偏三角面體的PCC(以下均記為S-PCC),其晶型和性能數據見圖1和表1。

1. GCC和PCC晶型的比較(來源見參考文獻)

表1. 填料的性能數據

結合以下原料和工藝條件,用中試規模生產不含機械漿的未涂布紙。

紙料組成:

25%松木硫酸鹽漿(打漿度30oSR);

75%樺木硫酸鹽漿(打漿度30oSR);

AKD中性施膠劑:用量為0.12%(干/干),含施膠促進;

陽離子淀粉:用量為0.5%(干/干);

助留劑:微粒助留系統;

陰離子熒光增白劑:0.2%, 1/3添加于濕部,1/3添加于表面施膠。

中試紙機

幅寬70cm;速度80m/min;原紙壓光15、30 kN/m

紙張基本物性:

定量80克/平方米, 灰分含量22%。

研究發現,GCC和S-PCC均能賦予紙張更高的白度,但相比較而言:使用GCC加填的紙頁更容易濾水和干燥,所需AKD施膠劑更少,紙頁更為致密,紙張強度更高(因此可更多地加填);PCC則能提供更蓬松的紙頁(紙張松厚度高)和更高的不透明度。經壓光后,S-PCC加填的紙張粗糙度更低,但在挺度指標上,和GCC加填的看不出明顯差異。

因此,將適當比例的S-PCC配入GCC中使用,有利于制得松厚度更大、不透明度和白度更高的紙,經壓光后紙張粗糙度更低,但松厚度的提高并不見得在挺度的提高體現出來。但S-PCC的配入相應也帶來一些不足,主要表現在紙張強度下降,紙料濾水速度變慢,以及內部施膠劑的用量變大等方面。然而由于PCC的使用有助于增加紙張的松厚度,因此表面施膠時原紙的淀粉吸收量會增大,對強度的回升和挺度的增加可能有幫助。

使用S-PCC會使AKD中性施膠變得困難,主要是因為S-PCC中殘存Ca(OH)2同時干燥前濕紙頁的含水量高有關(兩者都造成AKD水解加快)。為減少Ca(OH)2引起的影響,應該選用Ca(OH)2含量低或經充分中和的S-PCC。

相反,對于以往主要使用S-PCC的紙廠,特別是對于紙機后段干燥能力不足的紙機,則在S-PCC的基礎上混合GCC使用,可以加快紙頁的濾水,彌補紙機干燥能力的不足,同時提高紙張強度(或者維持紙張強度的前提下可以減少纖維的打漿)。

以上結果盡管來自中試紙機,但在商業生產規模的紙機上也多有證實。

需要注意的是,其它結構的PCC相對而言制造技術要求高制造成本高,一般不太使用。但如果用到,請謹慎參考本研究結果。例如,棱柱形(prismatic)的PCC對濾水的正面作用與GCC的相仿(但提供的松厚度不能達到像S-PCC那樣的高度)。

參考文獻:

GCC vs. PCC as the primary filler for uncoated and coated wood-free paper, 作者M. Laufmann等(時工作于OMYA),該文2000年發表于TAPPI Journal第83卷第5期。

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小公告:端午期間公號停更兩天,因為只工作不休息的人是有罪的



文章已于2020-06-28修改

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