حاليًا، تأتي كمية الحشوات والأصباغ المستخدمة في صناعة الورق في المرتبة الثانية بعد الألياف كأحد أهم المواد الخام. تشمل حشوات صناعة الورق الشائعة كربونات الكالسيوم، والتلك، والكاولين، والولاستونيت، والبنتونيت، وغيرها. ومع تحول عملية صناعة الورق الحمضية تدريجيًا نحو العمليات المحايدة والقلوية، كربونات الكالسيوم، باعتبارها مادة خام مهمة في صناعة الورق، يتم استخدامها بشكل متزايد في صناعة الورق.
دور كربونات الكالسيوم في صناعة الورق
يستخدم كربونات الكالسيوم بشكل أساسي في صناعة الورق بطريقتين رئيسيتين: كحشو لصناعة الورق وكصبغة طلاء.
حشو
حشوات صناعة الورق هي مساحيق معدنية بيضاء ناعمة، غير قابلة للذوبان في الماء عادةً أو قابلة للذوبان فيه قليلاً. الأغراض الرئيسية لإضافة الحشوات إلى الورق هي:
- تتوزع الحشوات بين الألياف في اللب، فتملأ الفراغات، وتحسن الخصائص البصرية للورق مثل العتامة والسطوع.
- تحسين امتصاص الحبر للورق، مما يجعله أكثر ملاءمة للطباعة.
- تلبية بعض المتطلبات المحددة لخصائص الورق، مثل تحسين الموصلية أو مقاومة الحرارة.
- تقليل استخدام المواد الخام للألياف، وبالتالي خفض تكاليف الإنتاج.
- تتمتع الحشوات بمساحة سطحية كبيرة محددة، مما يساعد على التغلب على مشاكل الراتينج.
تتضمن مزايا استخدام كربونات الكالسيوم كمادة مالئة لصناعة الورق ما يلي:
- مصدر وفير وتكلفة منخفضة.
- جزيئات دقيقة، وبياض عالي، وتحسن كبير في تعتيم الورق.
- امتصاص سريع للحبر، مما يحسن من استقبال الحبر للورق.
- يجعل الورق أكثر نعومة وكثافة ويعطيه لمعانًا عاليًا.
- ليس له تأثير يذكر على القوة المادية للورق.
تُحدَّد كمية الحشو المُضافة بشكل أساسي بعوامل مثل نوع الورق، ونوع اللب، وخصائص الحشو نفسه، وظروف تصنيع الورق. لتوفير استهلاك الألياف وخفض تكاليف الإنتاج، ينبغي زيادة كمية الحشو بشكل مناسب مع ضمان تلبية الورق لمتطلبات الإنتاج والاستخدام.
طلاء
الغرض من الطلاء هو تحسين جودة وتجانس الورق أو الورق المقوى المطبوع النهائي. الهدف الرئيسي من أصباغ الطلاء هو تحسين الخصائص البصرية والنعومة واللمعان. أهم عامل هو تحسين التأثير البصري للطباعة. تتكون أغلفة الورق عادةً من أصباغ، ومواد رابطة، وإضافات، وماء، وتُعدّ الأصباغ العامل الأكثر أهمية. تعتمد خصائص الورق المطلي بشكل كبير على اختيار الأصباغ.
بفضل بياضه العالي وتدفقه الجيد، يُعد كربونات الكالسيوم مناسبًا لتحضير الطلاءات عالية المحتوى من المواد الصلبة. فهو يتطلب كمية أقل من المادة الرابطة، مما يُحسّن امتصاص الحبر للطلاء. كما يوفر بياضًا ولونًا ممتازين، مما يُعزز نفاذيته. يُعد كربونات الكالسيوم من أكثر أصباغ الطلاء استخدامًا.
الاختلافات في استخدام كربونات الكالسيوم المطحونة (GCC) وكربونات الكالسيوم المترسبة (PCC) في صناعة الورق
كربونات الكالسيوم المطحونة يُستخدم كربونات الكالسيوم المترسبة (GCC) بشكل رئيسي كمادة حشو في ورق الطباعة، وورق الكتابة، وورق المكاتب، وورق الإعلانات، باستثناء ورق السجائر، وورق الترشيح، والورق الخاص منخفض الوزن. يمكن استخدام كربونات الكالسيوم المترسبة (PCC) على جميع أنواع الورق، ولكنه يُستخدم حاليًا بشكل رئيسي كمادة حشو في الورق عالي الجودة، مثل ورق السجائر، وورق المعلومات المكتبية (مثل ورق الفاكس، وورق تسجيل الآلات، وورق نفث الحبر)، وورق الصحف منخفض الوزن، والورق المطلي منخفض الوزن. يتميز كل من GCC وPCC بمزاياهما في صناعة الورق، ويعتمد اختيار النوع المُستخدم على المتطلبات الخاصة بعملية إنتاج الورق.
- يتمتع GCC بقدرة تدفق أفضل من PCC ويوفر استخدام المادة الرابطة في الطلاءات، مما يجعله مناسبًا للطلاءات ذات المحتوى الصلب العالي والصيغ ذات النسبة العالية بشكل متزايد.
- بسبب التكلفة الأعلى لتصنيع PCC وخصائصه الرومولوجية الضعيفة نسبيًا، فإنه لا يزال غير قادر على المنافسة مع GCC في تطبيقات الطلاء.
ومع ذلك، حظيت جزيئات كربونات الكالسيوم النانوية المُعدّلة (PCC) أو الجسيمات النانوية الدقيقة من كربونات الكالسيوم باعتراف واسع النطاق لتطبيقاتها الوظيفية في صناعة الورق. فهي تُساعد على منح الورق خصائص مُحددة مع خفض التكاليف. ويشمل تأثيرها على جودة الورق الجوانب التالية:
صلابة
صلابة الورق مرتبطة بسمكه ومعامل مرونته. ينبغي مراعاة تأثير الحشوات على الصلابة من حيث الكثافة الظاهرية وقوة الشد.
- عندما يكون محتوى الحشو منخفضًا، فإن إضافة الحشو ليس لها تأثير يذكر على صلابة الورق.
- عندما يزداد محتوى الحشو، تقل الصلابة بشكل كبير مع زيادة كمية الحشو.
الكثافة (الكثافة الظاهرية)
تبلغ كثافة ألياف الورق غرامًا واحدًا لكل سنتيمتر مكعب، بينما تتراوح كثافة معظم الحشوات بين ٢.٥ و٣.٠ غرام لكل سنتيمتر مكعب. لذلك، تُغيّر إضافة الحشوات الكثافة الظاهرية للورق.
قوة الورق
تعتمد قوة الورق على الترابط بين الألياف، وإضافة الحشوات تقلل من هذا الترابط. لذلك، فإن إضافة الكثير من الحشوات قد يُضعف قوة الورق بشكل كبير. ويتجلى ذلك بوضوح في قوة الشد، ومقاومة الطي، ومقاومة التمزق، بينما تتأثر قوة التمزق بشكل أقل. ويمكن أن يُساعد استخدام بعض إضافات صناعة الورق في تقليل فقدان القوة.
تحسين التعتيم
يتكون الورق الخالي من الحشو من ألياف وهواء. يشغل الهواء الفراغات بين الألياف، ولأن معامل انكسار الهواء يختلف عن معامل انكسار الألياف، فإن جزءًا من الضوء يتشتت عند نقطة التقاء الألياف بالهواء، مما يمنح الورق عتامة معينة (منخفضة نسبيًا). وهذا يؤدي إلى ضعف عتامة الطباعة.
بإضافة كربونات الكالسيوم، ذات معامل الانكسار الأعلى من السليلوز، يزداد عدد واجهات التشتت داخل الورق. وتحديدًا، هناك ثلاثة أنواع من هذه الواجهات: ألياف هوائية، وألياف حشو، وحشو هوائي. يحدث أكبر تشتت عند واجهة الحشو الهوائي، مما يزيد من عتامة الورق.
التأثير على أداء ورق الطباعة
تُحسّن إضافة كربونات الكالسيوم إلى ورق الطباعة قابلية الطباعة، من خلال زيادة سطوعه ونعومته وشفافيته وصلابته. كما تُحسّن تجانس الحبر ونعومته وثباته، مما يُسهم في تحسين جودة المنتجات المطبوعة.
بالطبع، قد تؤدي إضافة كمية زائدة من الحشو إلى بعض الآثار السلبية، أبرزها انخفاض قوة الورق ودقة الطباعة. قد يؤدي ذلك إلى مشاكل مثل غبار الورق، أو التلطخ، أو تلطيخ الحبر أثناء الطباعة. كما قد تُسبب الحشوات تآكل ألواح الطباعة بسبب الاحتكاك، لكن استخدام PCC يُقلل من هذا التأثير.
التأثير على خصائص الورق الخاصة
تظهر الأبحاث التي أجريت على كربونات النانو كالسيوم أن إضافة حشوات كربونات النانو كالسيوم في صناعة الورق يمكن أن يعطي الورق الخصائص التالية:
- إنه يبطئ عملية شيخوخة الورق، مما يسمح بالحفاظ عليه لفترة أطول.
- يمكنه امتصاص كميات معينة من الأشعة فوق البنفسجية.
- ويمنع الورق من الاصفرار والهشاشة، ويوفر خصائص عزل جيدة.
عند استخدامه كصبغة طلاء، يُحسّن كربونات الكالسيوم النانوية لمعان وبياض ولون طبقة الطلاء. فهو يضمن نقاء الأصباغ البيضاء، ويُحسّن العتامة واللمعان ولمعان الطباعة. كما يُمكنه تغيير الخصائص الريولوجية لسوائل تحضير الطلاء، ويُتيح طلاءات وظيفية مثل العزل والتوصيل والخصائص المضادة للبكتيريا. يُستخدم كربونات الكالسيوم النانوية، كمادة مالئة في صناعة الورق، بشكل رئيسي في إنتاج منتجات ورقية متخصصة، مثل الحفاضات، والفوط الصحية، وورق نفث الحبر، والمناديل الورقية، والأغشية القابلة للتنفس.
مسحوق ملحمي
إيبك باودر، خبرة تزيد عن 20 عامًا في صناعة المساحيق فائقة النعومة. ندعم بنشاط التطوير المستقبلي للمساحيق 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!