Actuellement, la quantité de charges et de pigments utilisés dans la fabrication du papier est la deuxième matière première la plus importante, après les fibres. Parmi les charges courantes utilisées dans la fabrication du papier, on trouve le carbonate de calcium, le talc, le kaolin, la wollastonite, la bentonite, entre autres. À mesure que le procédé acide de fabrication du papier évolue vers des procédés neutres et alcalins, carbonate de calcium, en tant que matière première importante dans la fabrication du papier, est de plus en plus utilisé dans l'industrie papetière.
Le rôle de Carbonate de calcium dans l'industrie du papier
Le carbonate de calcium est principalement utilisé dans la fabrication du papier de deux manières principales : comme charge de fabrication du papier et comme pigment de couchage.
Remplissage
Les charges papetières sont de fines poudres minérales blanches, généralement insolubles ou légèrement solubles dans l'eau. Leur utilisation est principalement destinée à :
- Les charges se dispersent entre les fibres de la pâte, comblant les vides et améliorant les propriétés optiques du papier telles que l'opacité et la brillance.
- Améliore l'absorption de l'encre du papier, le rendant plus adapté à l'impression.
- Répondre à certaines exigences spécifiques en matière de propriétés du papier, telles que l'amélioration de la conductivité ou de la résistance à la chaleur.
- Réduire l’utilisation de matières premières fibreuses, diminuant ainsi les coûts de production.
- Les charges ont une grande surface spécifique, ce qui permet de surmonter les problèmes de résine.
Les avantages de l’utilisation du carbonate de calcium comme charge pour la fabrication du papier comprennent :
- Source abondante et faible coût.
- Particules fines, blancheur élevée et opacité du papier considérablement améliorée.
- Absorption rapide de l'encre, améliorant la réceptivité de l'encre du papier.
- Rend le papier plus doux, plus dense et lui donne une brillance élevée.
- A peu d’effet sur la résistance physique du papier.
La quantité de charge ajoutée dépend principalement de facteurs tels que le type de papier, le type de pâte, les propriétés de la charge elle-même et les conditions de fabrication du papier. Pour réduire la consommation de fibres et les coûts de production, il est nécessaire d'augmenter la quantité de charge de manière appropriée, tout en veillant à ce que le papier réponde aux exigences de production et d'utilisation.
Revêtement
Le couchage vise à améliorer la qualité et l'uniformité du papier ou du carton imprimé final. L'objectif principal des pigments de couchage est d'obtenir de meilleures propriétés optiques, un lissé et une brillance supérieurs. Le facteur le plus important est d'obtenir un meilleur effet visuel d'impression. Les couchages du papier sont généralement composés de pigments, de liants, d'additifs et d'eau, les pigments étant les plus importants. Les caractéristiques du papier couché dépendent largement du choix du pigment.
Grâce à sa blancheur élevée et à sa bonne fluidité, le carbonate de calcium est adapté à la préparation de revêtements à haute teneur en solides. Il nécessite moins de liant, ce qui améliore l'absorption de l'encre par le revêtement. Il offre également une blancheur et une teinte optimales, améliorant ainsi la perméabilité. Le carbonate de calcium est l'un des pigments de revêtement les plus couramment utilisés.
Différences dans l'application du carbonate de calcium broyé (GCC) et du carbonate de calcium précipité (PCC) dans l'industrie papetière
carbonate de calcium moulu Le (GCC) est principalement utilisé comme charge dans les papiers d'impression, d'écriture, de bureau et publicitaires, à l'exception du papier à cigarettes, du papier filtre et des papiers spéciaux à faible grammage. Le carbonate de calcium précipité (PCC) peut être appliqué à tous les types de papier, mais il est actuellement principalement utilisé comme charge dans les papiers haut de gamme, tels que le papier à cigarettes, les papiers d'information bureautique (par exemple, papier pour fax, papier pour instruments, papier jet d'encre), le papier journal à faible grammage et le papier couché à faible grammage. Le GCC et le PCC présentent tous deux des avantages en tant que charges papetières, et le choix du type à utiliser dépend des exigences spécifiques du procédé de production.
- Le GCC a une meilleure fluidité que le PCC et permet d'économiser l'utilisation de liant dans les revêtements, ce qui le rend adapté aux revêtements à haute teneur en solides et aux formulations à rapport de plus en plus élevé.
- En raison du coût de fabrication plus élevé du PCC et de ses propriétés rhéologiques relativement médiocres, il ne peut pas encore concurrencer le GCC dans les applications de revêtement.
Cependant, les PCC modifiés, ou nanoparticules plus fines de carbonate de calcium, sont largement reconnus pour leurs applications fonctionnelles dans l'industrie papetière. Ils contribuent à conférer au papier des propriétés spécifiques tout en réduisant les coûts. Leur impact sur la qualité du papier comprend les aspects suivants :
Rigidité
La rigidité du papier dépend de son épaisseur et de son module d'élasticité. L'effet des charges sur la rigidité doit tenir compte à la fois de leur influence sur la masse volumique apparente et sur la résistance à la traction.
- Lorsque la teneur en charges est faible, l'ajout de charges a peu d'effet sur la rigidité du papier.
- Lorsque la teneur en charge augmente, la rigidité diminue considérablement avec l'augmentation de la quantité de charge.
Densité (densité apparente)
La densité des fibres de papier est de 1 gramme par centimètre cube, tandis que celle de la plupart des charges est comprise entre 2,5 et 3,0 grammes par centimètre cube. Par conséquent, l'ajout de charges modifie la masse volumique apparente du papier.
Résistance du papier
La résistance du papier repose sur la liaison entre les fibres, et l'ajout de charges réduit cette liaison. Par conséquent, un excès de charges peut réduire considérablement la résistance du papier. Cela se remarque surtout en termes de résistance à la traction, de résistance au pliage et de résistance à l'éclatement, tandis que la résistance à la déchirure est moins affectée. L'utilisation de certains additifs papetiers peut contribuer à réduire cette perte de résistance.
Amélioration de l'opacité
Le papier sans charges est composé de fibres et d'air. L'air occupe les espaces vides entre les fibres et, comme l'indice de réfraction de l'air diffère de celui de la fibre, une partie de la lumière est diffusée à l'interface fibre-air, ce qui confère au papier une certaine opacité (relativement faible). Il en résulte une faible opacité à l'impression.
L'ajout de carbonate de calcium, dont l'indice de réfraction est supérieur à celui de la cellulose, augmente le nombre d'interfaces de diffusion dans le papier. Il existe trois types d'interfaces : fibre-air, charge-fibre et charge-air. La diffusion la plus importante se produit à l'interface charge-air, augmentant ainsi l'opacité du papier.
Impact sur les performances du papier d'impression
L'ajout de carbonate de calcium au papier d'impression améliore son imprimabilité, notamment en augmentant sa brillance, son lissé, son opacité et sa rigidité. Il améliore également l'affinité de l'encre, sa douceur et sa stabilité, contribuant ainsi à la qualité des produits imprimés.
Bien sûr, un ajout excessif de charges peut avoir des effets négatifs, notamment une diminution de la résistance du papier et des performances de collage. Cela peut entraîner des problèmes tels que la formation de poussière, le peluchage ou le maculage de l'encre lors de l'impression. Les charges peuvent également user les plaques d'impression par frottement, mais l'utilisation de PCC permet de minimiser cet effet.
Impact sur les propriétés spéciales du papier
Les recherches sur le carbonate de nanocalcium montrent que l’ajout de charges de carbonate de nanocalcium dans la fabrication du papier peut conférer au papier les caractéristiques suivantes :
- Il ralentit le processus de vieillissement du papier, lui permettant d'être conservé plus longtemps.
- Il peut absorber certaines quantités de lumière UV.
- Il empêche le papier de jaunir et de devenir cassant, et il offre de bonnes propriétés d'isolation.
Utilisé comme pigment de couchage, le carbonate de nanocalcium améliore la brillance, la blancheur et la teinte de la couche de couchage. Il garantit la pureté des pigments blancs et améliore l'opacité, la brillance et la brillance d'impression. Il peut également modifier les propriétés rhéologiques des liquides de préparation de couchage et permettre des revêtements fonctionnels tels que l'isolation, la conductivité et les propriétés antibactériennes. Le carbonate de nanocalcium, utilisé comme charge papetière, est principalement utilisé dans la production de papiers spéciaux, tels que les couches, les serviettes hygiéniques, le papier photo jet d'encre, les mouchoirs en papier et les membranes respirantes.
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