تحسين أداء الورق باستخدام حشوات كربونات الكالسيوم

تستخدم صناعة الورق الخشب، والقصب، وبقايا قصب السكر، والقش، وقش القمح، وسيقان القطن، وسيقان القنب، والقطن كمواد خام. تُنتج هذه الصناعة اللب، ثم تُحوّله إلى ورق وكرتون مقوى. تتضمن صناعة الورق ضرب اللب، وتشكيله، وإضافة مواد مالئة، ومعالجات أخرى. إنها عملية معقدة لتشكيل ورق ذي خصائص مختلفة. لماذا نحتاج إلى مواد مالئة في صناعة الورق؟ ما وظائفها؟ كربونات الكالسيوم، المادة المالئة الأكثر استخدامًا في صناعة الورق؟ لكل صانع ورق حلوله الخاصة. على سبيل المثال، إضافة كمية معينة من كربونات الكالسيوم تزيد الحشوات من عدد واجهات تشتت الضوء الداخلية. توجد هذه الواجهات بين الألياف والهواء، وبين الحشوات والألياف، وبين الحشوات والهواء. من بين هذه الواجهات، يكون فرق معامل الانكسار بين الحشوات والهواء هو الأكبر، مما يعزز عتامة الورق بشكل ملحوظ.

بالطبع، تُحسّن إضافة الحشوات أيضًا من سطوع الورق وتجانسه وملمسه. والأهم من ذلك، تُتيح الحشوات توفيرًا في ألياف 5% إلى 30%، مما يُؤدي إلى انخفاض كبير في تكاليف الإنتاج.

أول صبغة وحشو في صناعة الورق – كربونات الكالسيوم

منذ ترويج تقنية التحجيم المحايد، استُخدم كربونات الكالسيوم على نطاق واسع في صناعة الورق. فهو يُستخدم كحشو وصبغة طلاء. كربونات الكالسيوم متوفرة بكثرة وبسعر معقول. حجم جسيماتها الدقيق وبياضها العالي يُحسّنان بشكل ملحوظ من عتامة الورق. كما أنها تزيد من امتصاص الحبر وتجعل الورق أكثر نعومة وكثافة. كما تُحسّن لمعان الورق، ولها تأثير ضئيل على متانته.

كحشو

يُستخدم كربونات الكالسيوم المطحونة (GCC) بشكل رئيسي كمادة مالئة في ورق الطباعة، وورق الكتابة، وورق المكاتب، وورق الإعلانات، باستثناء ورق السجائر، وورق الترشيح، وبعض أوراق المعلومات الخاصة منخفضة الوزن. عمليًا، يتطلب الورق المطلي كربونات الكالسيوم المطحونة (GCC) بكثافة شبكة 325، وبياض أعلى من 92، ومحتوى كربونات الكالسيوم أعلى من 98%. بالنسبة لورق السبورة البيضاء والمنتجات المماثلة، يجب أن تكون دقة كربونات الكالسيوم المطحونة (GCC) 1250 شبكة أو أكثر، وبياض أعلى من 92، ومحتوى كربونات الكالسيوم أعلى من 98%.

يمكن استخدام كربونات الكالسيوم المترسبة (PCC)، من حيث المبدأ، كمادة حشو في جميع أنواع الورق. ويُستخدم حاليًا بشكل رئيسي في الورق عالي الجودة. ومن الأمثلة على ذلك ورق السجائر، وورق المعلومات المكتبية (مثل ورق الفاكس، وورق تسجيل الآلات، وورق الطباعة النافثة للحبر)، وورق الصحف منخفض الوزن، والورق المطلي منخفض الوزن.

كصبغة طلاء

يمكن استخدام كربونات الكالسيوم الثقيلة كصبغة للطبقة التمهيدية والطبقة النهائية لتحسين جودة المنتجات المطبوعة وتجانسها. تعتمد العديد من خصائص الورق المطلي أيضًا على اختيار الصبغة. يتميز كربونات الكالسيوم ببياض عالٍ وانسيابية جيدة، وهو مناسب لتحضير الطلاءات عالية المحتوى الصلب. كما أنه يتطلب كمية أقل من المادة اللاصقة، ويُحسّن امتصاص الحبر للطلاء. كما يوفر بياضًا ودرجة لون جيدة، ويُحسّن نفاذية الهواء. وهو من أكثر أصباغ الطلاء استخدامًا.

يُستخدم كربونات الكالسيوم الخفيفة في أصباغ طلاء الورق بشكل أساسي لتعويض نقص الكاولين وكربونات الكالسيوم الثقيلة. ويُستخدم عادةً في الورق الأساسي المطلي خفيف الوزن، والورق المطلي عالي اللمعان، والورق المطلي غير اللامع.

اختيار كربونات الكالسيوم لصناعة الورق

لكلٍّ من كربونات الكالسيوم الثقيلة والخفيفة مزاياها الخاصة كمواد مالئة لصناعة الورق. ينبغي اختيار كربونات الكالسيوم وفقًا لمتطلبات عملية إنتاج الورق الفعلية.

تُحدَّد كمية الحشو المُضافة بشكل أساسي بناءً على عوامل مثل نوع الورق، ونوع اللب، وخصائص الحشو نفسه، وظروف تصنيع الورق في آلة الورق. لتوفير الألياف النباتية وخفض تكاليف الإنتاج، ينبغي زيادة كمية الحشو المُضافة بشكل مناسب مع مراعاة متطلبات تصنيع الورق واستخدامه.

تعديل كربونات الكالسيوم لصناعة الورق

على الرغم من أن كربونات الكالسيوم تُعدّ من الحشوات الرئيسية في صناعة الورق، إلا أن كربونات الكالسيوم غير المعدّلة تُعاني من ضعف التوافق والترابط مع ألياف اللب. كما أن معدلات ثباتها منخفضة، وقد تُسبب عيوبًا في السطح البيني، مما يُقلل من المتانة الميكانيكية للورق. لذلك، تتطلب كربونات الكالسيوم معالجات تعديل. تشمل طرق التعديل الرئيسية تعديل الطلاء الكيميائي وتعديل السطح.

تعديل الطلاء الكيميائي

في نظام Ca(OH)₂–H₂O–CO₂، يُجرى تعديل سطح كربونات الكالسيوم المطحونة (GCC). بعد الطلاء النانوي، تصبح أسطح انقسام بلورات الجسيمات خشنة، وتُخمد حوافها. هذا يُحسّن أداء التشتت. في الوقت نفسه، يوجد تجاذب كهروستاتيكي بين GCC المطلي بالنانو والألياف، مُشكّلاً بنية شبكية داخل الورق. هذا يُولّد تفاعلات قوية بين الألياف، مما يُحسّن بدوره معامل الشد، واحتفاظ الحشو، ومعامل الانفجار، ومعامل التمزق، ومتانة الورق المملوء عند الطي.

تعديل السطح

يمكن تعديل سطح كربونات الكالسيوم النانوية باستخدام (KH570). بعد التحلل المائي، يُنتج عامل اقتران السيلان KH570 مجموعات سيلانول (Si–OH)، والتي تتكثف مع مجموعات الهيدروكسيل على سطح كربونات الكالسيوم النانوية لتكوين روابط Ca–O–Si مستقرة. هذا يُحقق تطعيمًا كيميائيًا فعالًا. يُظهر كربونات الكالسيوم النانوية المُعدلة تباعدًا متزايدًا بين الطبقات في بلوراتها السطحية، وقطبية منخفضة، وطاقة سطحية منخفضة، وحبًا للدهون مُحسَّنًا، وقابلية تشتت مُحسَّنة. بعد الطلاء، تُحسَّن الخصائص البصرية، وتزداد قوة سطح الورق، وتُحسَّن كراهية الماء.

مركب كربونات الكالسيوم

مع التقدم المستمر في تقنيات صناعة الورق ومعالجة المساحيق، أصبح الاستفادة من الخصائص الفيزيائية والكيميائية المتكاملة للمعادن المختلفة لتعزيز القيمة المضافة للمنتج ووظائفه اتجاهًا واضحًا. في صناعة الورق، طُوّرت تقنيات متطورة لمزج كربونات الكالسيوم.
باستخدام معادن مثل الكاولين، وثاني أكسيد التيتانيوم، والبيروفيليت، والدولوميت، والإليت، والتريموليت، والتالك، والولاستونيت لإنتاج منتجات مركبة. ورغم اختلاف الأنواع والنسب المستخدمة في تركيبات محددة، إلا أن المبادئ الأساسية متشابهة إلى حد كبير.

خاتمة

تشهد صناعة الورق طلبًا كبيرًا على حشوات كربونات الكالسيوم، وتحظى بقبول واسع في السوق، مما يجعلها مجالًا تطبيقيًا ناضجًا نسبيًا. في المستقبل، يمكن لكربونات الكالسيوم المستخدمة في صناعة الورق أن تركز على تطوير منتجات عالية النقاء ووظيفية (مثل الأنواع المعدلة، والأشكال الخاصة، وأشكال الجسيمات المُتحكم فيها جيدًا) سعيًا لتحقيق اختراقات في سوق المنتجات المتوسطة إلى الفاخرة.

مسحوق ملحمي

مسحوق ملحمي، أكثر من ٢٠ عامًا من الخبرة في صناعة المساحيق فائقة النعومة. ندعم بنشاط تطوير المساحيق فائقة النعومة، مع التركيز على عمليات التكسير والطحن والتصنيف والتعديل. تواصل معنا للحصول على استشارة مجانية وحلول مُخصصة! فريقنا من الخبراء مُلتزم بتقديم منتجات وخدمات عالية الجودة لتعزيز قيمة معالجة مساحيقك. إيبك باودر - خبيرك الموثوق في معالجة المساحيق!