碳酸鈣在造紙工業中的應用
2021-06-28
隨著世界范圍的酸性造紙向中性和堿性造紙的變革，對碳酸鈣在造紙工業中的應用帶來了生機。
碳酸鈣作為造紙填料具有如下優點:①白度高;②松厚性;③耐久性;④透氣性;⑤可作為二氧化鈦的補充劑;⑥磨蝕性低;⑦增進柔軟性;⑧提高油墨吸收性能;⑨對紫外線吸收性低;⑩能控制燃燒性。其次在堿性抄紙時，碳酸鈣作為一種堿性填料，它具有pH值緩沖作用，使濕部的pH值自然地穩定在7. 5~8. 0，這正是堿性施膠劑施膠的最佳pH值。
而碳酸鈣用量的劇增主要有兩方面原因:一是由于堿性造紙的發展使碳酸鈣填料在造紙濕部的大量應用成為可能，另一個原因是20世紀70年代起細磨碳酸鈣和超細碳酸鈣的發展，使天然碳酸鈣粒子細度能使紙張涂層光澤度等于或超過沉淀碳酸鈣，致使細磨碳酸鈣在涂布紙上的使用量急劇增加研磨碳酸鈣與高嶺土相比最大的優勢是成本低;其二是對涂布膠粘劑需要量少，可節約膠粘劑費用;其三是研磨碳酸鈣有良好的流變性，涂料可以做到高固含量，有利于節省造紙機烘干能耗。造紙工業中所用的碳酸鈣根據加工工藝的不同分為:重質碳酸鈣和輕質碳酸鈣。
1.重質碳酸鈣
重質碳酸鈣即研磨碳酸鈣(GCC)。重質碳酸鈣是研磨石灰石制得的天然碳酸鈣，從干法研磨發展到濕法研磨，研磨技術的突破及在研磨工藝中有關助劑的應用，使得GCC粒徑可以達到小于1. 5μm在90%以上，平均粒徑小于2μm，從而使品質大幅度提高，很大程度上擴大了在造紙領域的應用。
然而隨著碳酸鈣填料負荷的增加，紙張的強度、松厚度和挺度通常將降低。填料隔斷纖維與纖維之間的結合，造成損紙現象，限制了填料的添加量。因此，重質碳酸鈣在添加前需進行必要的改性處理工作。
王永忠，裴繼誠，石淑蘭研究了重質碳酸鈣的表面改性及在造紙中的應用。采用淀粉與改性劑復合改性的方法，淀粉用量為重質碳酸鈣重量的50%，改性劑硬脂酸用量為重質碳酸鈣重量的20%，糊化溫度為65℃，糊化時間為120min，保溫時間10min。所得的改性重質碳酸鈣添加到紙張中，對紙張的物理性能有大幅度地提高，能顯著增加紙張纖維與纖維、纖維與填料的結合強度。在碳酸鈣用量為30% ~40%時，改性碳酸鈣比未改性碳酸鈣對紙張的抗張強度、撕裂強度、耐折強度有顯著提高;紙張的光學性能也有所改變，改性填料紙張的白度與不透明度比未改性填料的紙張白度要低;顆粒的粒徑發生了很大的變化，表面積從12576. 54cm2/g降為4203. 79cm2/g。
二、淀粉改性碳酸鈣
隨著堿性抄紙的迅速發展，碳酸鈣填料在造紙工業中的用量急劇增加，但碳酸鈣加填紙的低強度和留著差的問題仍未得到有效解決。目前，國內外對碳酸鈣的改性研究主要集中在淀粉類、殼聚糖類聚合物的包覆改性，碳酸鈣表面的陽離子化和耐酸處理等方法[5～8]。其中淀粉因價格低廉及對纖維具有增強功能，對碳酸鈣改性后，用其加填紙張的強度會有明顯增加。但淀粉包覆工藝復雜，不易于操作，且淀粉包覆層在造紙條件下易溶于水，影響了淀粉包覆碳酸鈣填料在抄紙中的應用。
1. 填料的與復合填料微觀外貌
為了研究碳酸鈣包覆前后的外觀形貌，通過S E M對填料外觀形貌進行觀察，如圖1、圖2，分別為碳酸鈣與1∶1復合填料外觀形貌的掃描電鏡圖。
圖1清楚觀察到棱角分明、無規則形狀的研磨碳酸鈣顆粒；而圖2觀察到聚集狀的復合填料的微觀形態，淀粉交聯物能夠很好地包覆在碳酸鈣的表面，使填料表面柔軟，并形成比純碳酸鈣大很多的聚集體復合物。
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