Actualmente, la cantidad de rellenos y pigmentos utilizados en la fabricación de papel ocupa el segundo lugar, después de la fibra, como una de las materias primas más importantes. Entre los rellenos comunes para la fabricación de papel se incluyen el carbonato de calcio, el talco, el caolín, la wollastonita y la bentonita, entre otros. A medida que el proceso ácido de fabricación de papel se transforma gradualmente en procesos neutros y alcalinos, carbonato de calcioEl papel, como materia prima importante en la fabricación de papel, se utiliza cada vez más en la industria papelera.
El papel de Carbonato de calcio en la industria del papel
El carbonato de calcio se utiliza principalmente en la fabricación de papel de dos formas: como relleno para la fabricación de papel y como pigmento de recubrimiento.
Relleno
Los rellenos para la fabricación de papel son polvos minerales finos y blancos, generalmente insolubles o ligeramente solubles en agua. Los principales propósitos de añadir rellenos al papel son los siguientes:
- Los rellenos se dispersan entre las fibras de la pulpa, llenando los huecos y mejorando las propiedades ópticas del papel, como la opacidad y el brillo.
- Mejora la absorción de tinta del papel, haciéndolo más adecuado para la impresión.
- Cumplir ciertos requisitos específicos para las propiedades del papel, como mejorar la conductividad o la resistencia al calor.
- Reducir el uso de materias primas de fibra, disminuyendo así los costes de producción.
- Los rellenos tienen una gran superficie específica, lo que ayuda a superar los problemas de resina.
Las ventajas de utilizar carbonato de calcio como relleno para la fabricación de papel incluyen:
- Fuente abundante y bajo costo.
- Partículas finas, alta blancura y opacidad del papel significativamente mejorada.
- Rápida absorción de tinta, mejorando la receptividad de la tinta del papel.
- Hace que el papel sea más suave, más denso y le da un alto brillo.
- Tiene poco efecto sobre la resistencia física del papel.
La cantidad de relleno añadido depende principalmente de factores como el tipo de papel, el tipo de pulpa, las propiedades del propio relleno y las condiciones de fabricación. Para reducir el consumo de fibra y los costos de producción, es necesario aumentar la cantidad de relleno adecuadamente, garantizando al mismo tiempo que el papel cumpla con los requisitos de producción y uso.
Revestimiento
El propósito del estucado es mejorar la calidad y uniformidad del papel o cartón impreso final. El objetivo principal de los pigmentos de estucado es lograr mejores propiedades ópticas, suavidad y brillo. El factor más importante es lograr un mejor efecto visual de impresión. Los estucados de papel suelen constar de pigmentos, aglutinantes, aditivos y agua, siendo los pigmentos el componente más crítico. Las características del papel estucado dependen en gran medida de la elección del pigmento.
Gracias a su alta blancura y buena fluidez, el carbonato de calcio es ideal para la preparación de recubrimientos con alto contenido de sólidos. Requiere menos aglutinante, lo que mejora la absorción de la tinta. Además, proporciona buena blancura y tono, mejorando la permeabilidad. El carbonato de calcio es uno de los pigmentos de recubrimiento más utilizados.
Diferencias en la aplicación de carbonato de calcio molido (GCC) y carbonato de calcio precipitado (PCC) en la industria papelera
Carbonato de calcio molido El carbonato de calcio precipitado (PCC) se utiliza principalmente como relleno en papel de impresión, papel de escritura, papel de oficina y papel publicitario, excluyendo papel de cigarrillo, papel de filtro y papel especial de bajo gramaje. El carbonato de calcio precipitado (PCC) se puede aplicar a todo tipo de papel, pero actualmente se utiliza principalmente como relleno en papeles de alta calidad, como papel de cigarrillo, papel de oficina (p. ej., papel de fax, papel de registro de instrumentos, papel de inyección de tinta), papel de periódico de bajo gramaje y papel estucado de bajo gramaje. Tanto el GCC como el PCC presentan ventajas como rellenos para la fabricación de papel, y la elección del tipo a utilizar depende de los requisitos específicos del proceso de producción.
- El GCC tiene una mejor fluidez que el PCC y ahorra el uso de aglutinante en los recubrimientos, lo que lo hace adecuado para recubrimientos con alto contenido de sólidos y formulaciones de proporción cada vez más alta.
- Debido al mayor costo de fabricación del PCC y sus propiedades reológicas relativamente pobres, aún no puede competir con el GCC en aplicaciones de recubrimiento.
Sin embargo, el PCC modificado o las nanopartículas más finas de carbonato de calcio han sido ampliamente reconocidas por sus aplicaciones funcionales en la industria papelera. Ayudan a conferir al papel propiedades específicas a la vez que reducen los costos. Su impacto en la calidad del papel incluye los siguientes aspectos:
Rigidez
La rigidez del papel depende de su espesor y módulo elástico. El efecto de los rellenos sobre la rigidez debe considerar tanto su influencia en la densidad aparente como en la resistencia a la tracción.
- Cuando el contenido de relleno es bajo, la adición de rellenos tiene poco efecto en la rigidez del papel.
- Cuando el contenido de relleno aumenta, la rigidez disminuye significativamente con el aumento de la cantidad de relleno.
Densidad (densidad aparente)
La densidad de las fibras de papel es de 1 gramo por centímetro cúbico, mientras que la de la mayoría de los rellenos oscila entre 2,5 y 3 gramos por centímetro cúbico. Por lo tanto, la adición de rellenos modifica la densidad aparente del papel.
Resistencia del papel
La resistencia del papel se basa en la unión entre las fibras, y la adición de rellenos reduce dicha unión. Por lo tanto, añadir demasiados rellenos puede reducir significativamente la resistencia del papel. Esto se observa con mayor intensidad en la resistencia a la tracción, la resistencia al plegado y la resistencia al estallido, mientras que la resistencia al desgarro se ve menos afectada. El uso de ciertos aditivos para la fabricación de papel puede ayudar a reducir la pérdida de resistencia.
Mejora de la opacidad
El papel sin rellenos se compone de fibras y aire. El aire ocupa los huecos entre las fibras y, dado que el índice de refracción del aire difiere del de la fibra, parte de la luz se dispersa en la interfaz fibra-aire, lo que confiere al papel una opacidad relativamente baja. Esto resulta en una opacidad deficiente en la impresión.
Al añadir carbonato de calcio, que tiene un índice de refracción más alto que la celulosa, aumenta el número de interfaces de dispersión dentro del papel. En concreto, existen tres tipos de interfaces: fibra-aire, relleno-fibra y relleno-aire. La mayor dispersión se produce en la interfaz relleno-aire, lo que aumenta la opacidad del papel.
Impacto en el rendimiento del papel de impresión
Añadir carbonato de calcio al papel de impresión mejora su imprimibilidad, aumentando el brillo, la suavidad, la opacidad y la rigidez. También mejora la afinidad, la suavidad y la estabilidad de la tinta, lo que contribuye a mejorar la calidad de los productos impresos.
Por supuesto, añadir demasiado relleno puede tener efectos negativos, principalmente la reducción de la resistencia del papel y el rendimiento del encolado. Esto puede causar problemas como la formación de polvo, pelusas o manchas de tinta durante la impresión. Los rellenos también pueden desgastar las planchas de impresión debido a la fricción, pero el uso de PCC puede minimizar este efecto.
Impacto en las propiedades del papel especial
Las investigaciones sobre el nanocarbonato de calcio muestran que agregar rellenos de nanocarbonato de calcio en la fabricación de papel puede otorgarle al papel las siguientes características:
- Retrasa el proceso de envejecimiento del papel, permitiendo conservarlo durante más tiempo.
- Puede absorber ciertas cantidades de luz ultravioleta.
- Evita que el papel amarillee y se vuelva quebradizo y proporciona buenas propiedades de aislamiento.
Cuando se utiliza como pigmento de recubrimiento, el nanocarbonato de calcio ayuda a mejorar el brillo, la blancura y el tono de la capa de recubrimiento. Garantiza la pureza de los pigmentos blancos y mejora la opacidad, el brillo y el brillo de impresión. También puede modificar las propiedades reológicas de los líquidos de preparación de recubrimientos y permitir recubrimientos funcionales como el aislamiento, la conductividad y las propiedades antibacterianas. El nanocarbonato de calcio, como relleno para la fabricación de papel, se utiliza principalmente en la producción de productos de papel especiales, como pañales, toallas sanitarias, papel fotográfico de inyección de tinta, pañuelos desechables y membranas transpirables.
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