Atualmente, a quantidade de cargas e pigmentos utilizados na fabricação de papel fica atrás apenas da fibra como uma das matérias-primas mais importantes. As cargas comuns na fabricação de papel incluem carbonato de cálcio, talco, caulim, wollastonita, bentonita e outras. À medida que o processo ácido de fabricação de papel gradualmente se desloca para processos neutros e alcalinos, carbonato de cálcio, como uma importante matéria-prima na fabricação de papel, está sendo cada vez mais utilizada na indústria papeleira.
O papel de Carbonato de cálcio na Indústria de Papel
O carbonato de cálcio é usado principalmente na fabricação de papel de duas maneiras principais: como enchimento para fabricação de papel e como pigmento de revestimento.
Enchimento
As cargas para a fabricação de papel são pós minerais finos e brancos, geralmente insolúveis ou ligeiramente solúveis em água. Os principais objetivos da adição de cargas ao papel são os seguintes:
- Os enchimentos se dispersam entre as fibras da polpa, preenchendo os vazios e melhorando as propriedades ópticas do papel, como opacidade e brilho.
- Melhora a absorção de tinta do papel, tornando-o mais adequado para impressão.
- Atender a certos requisitos específicos para propriedades do papel, como melhorar a condutividade ou a resistência ao calor.
- Reduza o uso de matérias-primas fibrosas, diminuindo assim os custos de produção.
- Os enchimentos têm uma grande área de superfície específica, ajudando a superar problemas de resina.
As vantagens de usar carbonato de cálcio como enchimento para fabricação de papel incluem:
- Fonte abundante e baixo custo.
- Partículas finas, alta brancura e opacidade do papel significativamente melhorada.
- Rápida absorção de tinta, melhorando a receptividade da tinta do papel.
- Torna o papel mais macio, mais denso e lhe dá um alto brilho.
- Tem pouco efeito na resistência física do papel.
A quantidade de carga adicionada é determinada principalmente por fatores como o tipo de papel, o tipo de celulose, as propriedades da própria carga e as condições de fabricação do papel. Para economizar no consumo de fibras e reduzir os custos de produção, a quantidade de carga deve ser aumentada adequadamente, garantindo que o papel atenda aos requisitos de produção e uso.
Revestimento
O objetivo do revestimento é melhorar a qualidade e a uniformidade do papel ou papelão impresso final. O principal objetivo dos pigmentos de revestimento é obter melhores propriedades ópticas, lisura e brilho. O fator mais importante é obter um melhor efeito visual de impressão. Os revestimentos de papel normalmente consistem em pigmentos, ligantes, aditivos e água, sendo os pigmentos os mais críticos. As características do papel revestido dependem em grande parte da escolha do pigmento.
Devido à sua alta brancura e boa fluidez, o carbonato de cálcio é adequado para a preparação de revestimentos com alto teor de sólidos. Requer menos ligante, melhorando a absorção da tinta pelo revestimento. Também proporciona boa brancura e tonalidade, aumentando a permeabilidade. O carbonato de cálcio é um dos pigmentos de revestimento mais utilizados.
Diferenças na aplicação de carbonato de cálcio moído (GCC) e carbonato de cálcio precipitado (PCC) na indústria de papel
Carbonato de cálcio moído O carbonato de cálcio precipitado (CCC) é usado principalmente como carga em papéis de impressão, papel para escrever, papel para escritório e papel para publicidade, exceto papel para cigarro, papel para filtro e papéis especiais de baixa gramatura. O carbonato de cálcio precipitado (CCP) pode ser aplicado a todos os tipos de papel, mas atualmente é usado principalmente como carga em papéis de alta qualidade, como papel para cigarro, papéis informativos de escritório (por exemplo, papel para fax, papel para registro de instrumentos, papel para jato de tinta), papel jornal de baixa gramatura e papel revestido de baixa gramatura. Tanto o CCP quanto o CCP têm suas vantagens como cargas para a fabricação de papel, e a escolha do tipo a ser usado depende dos requisitos específicos do processo de produção do papel.
- O GCC tem melhor fluidez que o PCC e economiza o uso de aglutinante em revestimentos, tornando-o adequado para revestimentos com alto teor de sólidos e formulações com proporções cada vez mais altas.
- Devido ao alto custo de fabricação do PCC e suas propriedades reológicas relativamente ruins, ele ainda não pode competir com o GCC em aplicações de revestimento.
No entanto, PCC modificado ou nanopartículas mais finas de carbonato de cálcio têm sido amplamente reconhecidas por suas aplicações funcionais na indústria papeleira. Elas ajudam a conferir propriedades específicas ao papel, reduzindo custos. Seu impacto na qualidade do papel inclui os seguintes aspectos:
Rigidez
A rigidez do papel é função de sua espessura e módulo de elasticidade. O efeito dos enchimentos na rigidez deve considerar tanto a influência na densidade aparente quanto na resistência à tração.
- Quando o teor de enchimento é baixo, a adição de enchimentos tem pouco efeito na rigidez do papel.
- Quando o teor de enchimento aumenta, a rigidez diminui significativamente com o aumento da quantidade de enchimento.
Densidade (Densidade aparente)
A densidade das fibras de papel é de 1 grama por centímetro cúbico, enquanto a densidade da maioria dos enchimentos fica entre 2,5 e 3,0 gramas por centímetro cúbico. Portanto, a adição de enchimentos altera a densidade aparente do papel.
Resistência do papel
A resistência do papel baseia-se na ligação entre as fibras, e a adição de cargas reduz a ligação entre elas. Portanto, a adição excessiva de cargas pode reduzir significativamente a resistência do papel. Isso é mais perceptível em termos de resistência à tração, resistência à dobra e resistência à ruptura, enquanto a resistência ao rasgo é menos afetada. O uso de certos aditivos na fabricação de papel pode ajudar a reduzir a perda de resistência.
Melhoria da Opacidade
O papel sem enchimentos é composto por fibras e ar. O ar ocupa os espaços vazios entre as fibras e, como o índice de refração do ar difere do da fibra, parte da luz é espalhada na interface fibra-ar, conferindo ao papel uma certa opacidade (relativamente baixa). Isso resulta em baixa opacidade na impressão.
Ao adicionar carbonato de cálcio, que possui um índice de refração maior que o da celulose, o número de interfaces de espalhamento no papel aumenta. Especificamente, existem três tipos de interfaces: fibra-ar, enchimento-fibra e enchimento-ar. O maior espalhamento ocorre na interface enchimento-ar, aumentando assim a opacidade do papel.
Impacto no desempenho do papel de impressão
Adicionar carbonato de cálcio ao papel de impressão melhora a capacidade de impressão do papel, aumentando o brilho, a lisura, a opacidade e a rigidez. Também melhora a afinidade da tinta, a maciez e a estabilidade, o que ajuda a aprimorar a qualidade dos produtos impressos.
É claro que adicionar muito enchimento pode levar a alguns efeitos negativos, principalmente a redução da resistência do papel e do desempenho de colagem. Isso pode resultar em problemas como poeira, borrões ou manchas de tinta durante a impressão. Os enchimentos também podem desgastar as chapas de impressão devido ao atrito, mas o uso de PCC pode minimizar esse efeito.
Impacto nas propriedades especiais do papel
Pesquisas sobre nanocarbonato de cálcio mostram que a adição de cargas de nanocarbonato de cálcio na fabricação de papel pode dar ao papel as seguintes características:
- Ele retarda o processo de envelhecimento do papel, permitindo que ele seja preservado por mais tempo.
- Ele pode absorver certas quantidades de luz UV.
- Evita que o papel fique amarelado e quebradiço, além de proporcionar boas propriedades de isolamento.
Quando usado como pigmento de revestimento, o carbonato nanocálcico ajuda a melhorar o brilho, a brancura e a tonalidade da camada de revestimento. Ele garante a pureza dos pigmentos brancos e melhora a opacidade, o brilho e o brilho de impressão. Também pode alterar as propriedades reológicas dos líquidos de preparação de revestimentos e possibilitar revestimentos funcionais, como isolamento, condutividade e propriedades antibacterianas. O carbonato nanocálcico como carga para a fabricação de papel é usado principalmente na produção de produtos de papel especiais, como fraldas, absorventes higiênicos, papel fotográfico para jato de tinta, lenços de papel e membranas respiráveis.
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