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碳酸钙,研磨来的,沉淀来的,加到纸张中到底有什么差异?

发布日期:2020-06-28       文章来源:

编者按1:造纸界普遍使用研磨碳酸钙(GCC)和沉淀碳酸钙(PCC),在当前纤维资源相比以往更为不足的大环境下,如何利用好GCC和PCC资源显得尤为重要。笔者最近在撰写碳酸钙研磨分散剂碳酸钙粒度的测定等文案时,想起很久以前为一家企业提供咨询服务时参考过的一则资料(企业希望提高纸张不透明度),感觉应该还有用,特重新整理后分享给大家。

编者按2:昨日碳酸钙粒度的测定文案的最后设了“猜猜今天写/发什么”的small trick,收到的答复主要有:(1)粒径分布相关知识;(2)碳酸钙粒度对涂布性能的影响;(3)马尔文激光粒度仪测填料粒度;(4)纤维尺寸及分布的测定;(5)涂料性能的分析测定。感谢这几位朋友的积极参与,我在杭州等你们。

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GCC大多为菱面体(rhomhohedral)结构PCC则大多为偏三角面体(scalenohedral)结构。如何有效利用它们的晶型特性更好地造纸,是个很有实际价值的课题。

该研究采用了两种GCC和一种偏三角面体的PCC(以下均记为S-PCC),其晶型和性能数据见图1和表1。

1. GCC和PCC晶型的比较(来源见参考文献)

表1. 填料的性能数据

结合以下原料和工艺条件,用中试规模生产不含机械浆的未涂布纸。

纸料组成:

25%松木硫酸盐浆(打浆度30oSR);

75%桦木硫酸盐浆(打浆度30oSR);

AKD中性施胶剂:用量为0.12%(干/干),含施胶促进

阳离子淀粉:用量为0.5%(干/干);

助留剂:微粒助留系统;

阴离子荧光增白剂:0.2%, 1/3添加于湿部,1/3添加于表面施胶。

中试纸机

幅宽70cm;速度80m/min;原纸压光1530 kN/m

纸张基本物性:

定量80克/平方米, 灰分含量22%。

研究发现,GCC和S-PCC均能赋予纸张更高的白度,但相比较而言:使用GCC加填的纸页更容易滤水和干燥,所需AKD施胶剂更少,纸页更为致密,纸张强度更高(因此可更多地加填);PCC则能提供更蓬松的纸页(纸张松厚度高)和更高的不透明度。经压光后,S-PCC加填的纸张粗糙度更低,但在挺度指标上,和GCC加填的看不出明显差异。

因此,将适当比例的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纸,经压光后纸张粗糙度更低,但松厚度的提高并不见得在挺度的提高体现出来。但S-PCC的配入相应也带来一些不足,主要表现在纸张强度下降,纸料滤水速度变慢,以及内部施胶剂的用量变大等方面然而由于PCC的使用有助于增加纸张的松厚度,因此表面施胶时原纸的淀粉吸收量会增大,对强度的回升和挺度的增加可能有帮助。

使用S-PCC会使AKD中性施胶变得困难,主要是因为S-PCC中残存Ca(OH)2同时干燥前湿纸页的含水量高有关(两者都造成AKD水解加快)。为减少Ca(OH)2引起的影响,应该选用Ca(OH)2含量低或经充分中和的S-PCC。

相反,对于以往主要使用S-PCC的纸厂,特别是对于纸机后段干燥能力不足的纸机,则在S-PCC的基础上混合GCC使用,可以加快纸页的滤水,弥补纸机干燥能力的不足,同时提高纸张强度(或者维持纸张强度的前提下可以减少纤维的打浆)。

以上结果尽管来自中试纸机,但在商业生产规模的纸机上也多有证实。

需要注意的是,其它结构的PCC相对而言制造技术要求高制造成本高,一般不太使用但如果用到,请谨慎参考本研究结果。例如,棱柱形(prismatic)的PCC对滤水的正面作用与GCC的相仿(但提供的松厚度不能达到像S-PCC那样的高度)。

参考文献:

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

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小公告:端午期间公号停更两天,因为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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