В настоящее время наполнители и пигменты, используемые в производстве бумаги, уступают по объёму только волокну как одному из важнейших видов сырья. В качестве наполнителей для производства бумаги обычно используют карбонат кальция, тальк, каолин, волластонит, бентонит и другие. По мере постепенного перехода от кислотных процессов производства бумаги к нейтральным и щелочным, карбонат кальция, как важное сырье для производства бумаги, все шире используется в бумажной промышленности.
Роль Карбонат кальция в бумажной промышленности
Карбонат кальция в основном используется в бумажном производстве двумя основными способами: как наполнитель для бумажного производства и как пигмент для покрытия.
Наполнитель
Наполнители для производства бумаги представляют собой мелкодисперсные белые минеральные порошки, обычно нерастворимые или слаборастворимые в воде. Основные цели добавления наполнителей в бумагу:
- Наполнители распределяются между волокнами целлюлозы, заполняя пустоты и улучшая оптические свойства бумаги, такие как непрозрачность и яркость.
- Улучшает впитываемость бумаги чернил, делая ее более пригодной для печати.
- Соответствовать определенным специфическим требованиям к свойствам бумаги, таким как улучшение электропроводности или термостойкости.
- Сократить использование волокнистого сырья, тем самым снизив производственные затраты.
- Наполнители имеют большую удельную площадь поверхности, что помогает преодолеть проблемы со смолами.
Преимущества использования карбоната кальция в качестве наполнителя при производстве бумаги включают в себя:
- Обильный источник и низкая стоимость.
- Мелкие частицы, высокая белизна и значительно улучшенная непрозрачность бумаги.
- Быстрое впитывание чернил, улучшение восприимчивости бумаги к чернилам.
- Делает бумагу мягче, плотнее и придает ей высокий глянец.
- Не оказывает существенного влияния на физическую прочность бумаги.
Количество добавляемого наполнителя определяется, главным образом, такими факторами, как тип бумаги, тип целлюлозы, свойства самого наполнителя и условия производства бумаги. Для экономии волокна и снижения производственных затрат количество наполнителя следует соответствующим образом увеличивать, обеспечивая при этом соответствие бумаги требованиям к производству и эксплуатации.
Покрытие
Целью мелования является улучшение качества и однородности готовой печатной бумаги или картона. Основная задача меловальных пигментов — улучшение оптических свойств, гладкости и блеска. Важнейший фактор — достижение лучшего визуального эффекта печати. Покрытия для бумаги обычно состоят из пигментов, связующих веществ, добавок и воды, причём пигменты играют важнейшую роль. Характеристики мелованной бумаги во многом зависят от выбора пигмента.
Благодаря высокой белизне и хорошей сыпучести карбонат кальция подходит для изготовления покрытий с высоким содержанием сухого остатка. Он требует меньше связующего, что улучшает впитывание краски. Он также обеспечивает хорошую белизну и тон, повышая проницаемость. Карбонат кальция — один из наиболее часто используемых пигментов для покрытий.
Различия в применении молотого карбоната кальция (GCC) и осажденного карбоната кальция (PCC) в бумажной промышленности
Молотый карбонат кальция (GCC) в основном используется в качестве наполнителя в печатной, писчей, офисной и рекламной бумаге, за исключением сигаретной, фильтровальной и специальной бумаги низкой плотности. Осажденный карбонат кальция (PCC) может применяться для всех типов бумаги, но в настоящее время он используется главным образом в качестве наполнителя в высококачественной бумаге, такой как сигаретная бумага, офисная информационная бумага (например, бумага для факсов, бумага для записей приборов, бумага для струйных принтеров), газетная бумага низкой плотности и мелованная бумага низкой плотности. Как GCC, так и PCC обладают своими преимуществами в качестве наполнителей для производства бумаги, и выбор типа наполнителя зависит от конкретных требований процесса производства бумаги.
- GCC обладает лучшей текучестью, чем PCC, и позволяет экономить связующее вещество в покрытиях, что делает его пригодным для покрытий с высоким содержанием твердых веществ и составов с более высоким соотношением компонентов.
- Из-за более высокой стоимости производства PCC и его относительно плохих реологических свойств он пока не может конкурировать с GCC в области покрытий.
Однако модифицированный PCC или более мелкие наночастицы карбоната кальция получили широкое признание благодаря своему функциональному применению в бумажной промышленности. Они помогают придать бумаге особые свойства, одновременно снижая затраты. Их влияние на качество бумаги включает следующие аспекты:
Жесткость
Жёсткость бумаги зависит от её толщины и модуля упругости. Влияние наполнителей на жёсткость следует учитывать как с точки зрения насыпной плотности, так и прочности на разрыв.
- При низком содержании наполнителя его добавление мало влияет на жесткость бумаги.
- При увеличении содержания наполнителя жесткость существенно снижается с увеличением количества наполнителя.
Плотность (насыпная плотность)
Плотность бумажных волокон составляет 1 грамм на кубический сантиметр, тогда как плотность большинства наполнителей составляет от 2,5 до 3,0 грамм на кубический сантиметр. Таким образом, добавление наполнителей изменяет объёмную плотность бумаги.
Прочность бумаги
Прочность бумаги основана на прочности связи между волокнами, а добавление наполнителей снижает её. Поэтому добавление слишком большого количества наполнителей может значительно снизить прочность бумаги. Это особенно заметно по прочности на растяжение, прочности на сгиб и прочности на продавливание, тогда как прочность на разрыв снижается в меньшей степени. Использование определённых добавок для производства бумаги может помочь снизить потерю прочности.
Улучшение непрозрачности
Бумага без наполнителей состоит из волокон и воздуха. Воздух занимает пустоты между волокнами, и, поскольку показатель преломления воздуха отличается от показателя преломления волокна, часть света рассеивается на границе раздела волокон и воздуха, придавая бумаге определённую (относительно низкую) непрозрачность. Это приводит к низкой непрозрачности при печати.
Добавление карбоната кальция, имеющего более высокий показатель преломления, чем целлюлоза, увеличивает количество рассеивающих поверхностей в бумаге. В частности, существует три типа поверхностей: волокно-воздух, наполнитель-волокно и наполнитель-воздух. Наибольшее рассеивание происходит на границе наполнитель-воздух, что повышает непрозрачность бумаги.
Влияние на характеристики печатной бумаги
Добавление карбоната кальция в печатную бумагу улучшает её печатные свойства, повышая яркость, гладкость, непрозрачность и жёсткость. Кроме того, оно улучшает сродство к чернилам, мягкость и стабильность, что способствует повышению качества печатной продукции.
Конечно, добавление слишком большого количества наполнителя может привести к ряду негативных последствий, в первую очередь к снижению прочности бумаги и качества проклейки. Это может привести к таким проблемам, как пыление бумаги, размытие и размазывание краски во время печати. Наполнители также могут привести к износу печатных форм из-за трения, но использование PCC позволяет минимизировать этот эффект.
Влияние на особые свойства бумаги
Исследования нанокарбоната кальция показывают, что добавление наполнителей нанокарбоната кальция в процесс производства бумаги может придать бумаге следующие характеристики:
- Он замедляет процесс старения бумаги, позволяя сохранять ее в течение более длительного времени.
- Он может поглощать определенное количество ультрафиолетового света.
- Он предотвращает пожелтение бумаги и ее ломкость, а также обеспечивает хорошие изоляционные свойства.
При использовании в качестве пигмента для покрытия нанокарбонат кальция способствует улучшению блеска, белизны и оттенка слоя покрытия. Он обеспечивает чистоту белых пигментов и повышает непрозрачность, блеск и глянец при печати. Он также может изменять реологические свойства жидкостей для подготовки покрытий и обеспечивать создание функциональных покрытий, таких как изоляционные, электропроводящие и антибактериальные свойства. В качестве наполнителя для бумажного производства нанокарбонат кальция в основном используется в производстве специальных бумажных изделий, таких как подгузники, гигиенические салфетки, бумага для струйной печати, бумажные салфетки и воздухопроницаемые мембраны.
Эпический порошок
Epic Powder, более 20 лет опыта работы в отрасли сверхтонких порошков. Активно продвигаем будущее развитие сверхтонких порошков, уделяя особое внимание процессам дробления, измельчения, классификации и модификации сверхтонких порошков. Свяжитесь с нами для бесплатной консультации и индивидуальных решений! Наша команда экспертов стремится предоставлять высококачественные продукты и услуги для максимизации ценности вашей обработки порошков. Epic Powder — ваш надежный эксперт по обработке порошков!