輕質碳酸鈣在造紙行業中應用體現

2024/04/28

傳統造紙工業是以植物纖維為原料進行化學加工的產業。由于我國森林覆蓋率并不高，短期內獲取大量纖維原料的難度較大，因此，造紙纖維原料的短缺已成為制約造紙工業發展的瓶頸問題。近年來，隨著傳統造紙業正處于結構性調整和產品轉型升級的關鍵時期，碳酸鈣作為一種白色無機填料和顏料，在造紙業中的重要性日益凸顯。尤其是如何通過對輕質碳酸鈣進行粉末改性技術的表面改性處理的研究，更是成為了業界矚目的研究熱點。

輕質碳酸鈣在造紙業中的應用優勢主要體現在以下幾個方面：

1. 輕質碳酸鈣具有良好的填充性能，可以提高紙張的白度和亮度，改善紙張的印刷性能。其次，輕質碳酸鈣的粒度小，分布均勻，能夠提高紙張的平滑度和光澤度，使紙張的外觀質量得到提升。

2. 輕質碳酸鈣的硬度較低，可以減少對造紙設備的磨損，延長設備的使用壽命。

3. 輕質碳酸鈣的價格相對較低，可以降低紙張的生產成本。輕質碳酸鈣在造紙業中的應用，不僅可以提高紙張的各項性能，還可以降低生產成本，對于推動傳統造紙業的結構調整和產品轉型升級具有重要的意義。碳酸鈣產品在造紙行業中其消耗量在整體紙張生產中占據了相當大的比例。紙張制造過程中，碳酸鈣的使用量約占填料總消耗量的60%以上。以年均8%的速度增長的造紙行業，使得對輕質碳酸鈣的需求以每年15%的速度上升。

隨著造紙工業的發展和技術進步，用于造紙的碳酸鈣（CaCO3）工業生產技術亦逐漸向著高、精、尖的方向發展，以滿足現代造紙技術對于產品品質的嚴苛要求。

依據生產工藝的不同，造紙用碳酸鈣可分為沉淀碳酸鈣（簡稱PCC）（或稱為輕質碳酸鈣）和研磨碳酸鈣（簡稱GCC）（或稱為重質碳酸鈣）。此外，按照在造紙過程的具體應用，它又可以被劃分為造紙填料和涂布顏料兩大類。

在造紙工業的生產流程中，主要分為制漿和造紙兩大部分。制漿，即是將麥草、稻草、木材等植物纖維原料經過一系列處理，將不利于造紙的木質素溶解出來，再通過進一步的化學處理，得到適合造紙的紙漿。

在紙張生產過程中，“紙白”和“造紙”是兩個關鍵的工藝步驟。首先，將帶顏色的木素衍生物以及色素進行漂白操作，從而得到白色的紙張原材料；接著通過“造紙”步驟，對紙漿進行打漿、施膠、加填等一系列工藝處理，最終生成具有各種性能的紙張。其中，“加填”是一個至關重要的環節，它涉及向紙料中加入白色礦物的微細顏料或合成填料。這些添加物的含量可達到紙料組分的20%-40%。填料的使用，對于提高紙張的白度、不透明度、印刷適應性、平滑度、尺寸穩定性等方面有著作用，同時也能降低成本并減少油墨的透印現象。

隨著填料的不斷加入，也會帶來一系列負面影響。例如，會降低紙張的強度、施膠度、松厚度及挺度等指標，同時會增加白水循環體系中細小組分的含量，加劇紙漿流送管道的磨蝕，并在印刷過程中容易出現掉毛掉粉現象。

我們可以看出，在紙張制造過程中，“紙白”和“造紙”這兩個步驟，尤其是其中的“加填”環節，對于紙張的質量影響很大。在實際操作中，需要嚴謹對待這一過程，合理控制各工藝參數，以實現紙張質量的優化。

經過鍛燒處理的石灰石等原料，會生成氧化鈣和二氧化碳。隨后，將氧化鈣與水混合，使其消化為氫氧化鈣（也稱為石灰乳）。再通過通入二氧化碳，使石灰乳碳化，形成碳酸鈣沉淀。最后，對碳酸鈣進行脫水、干燥和粉碎操作，從而得到輕質碳酸鈣。通過控制工業條件，可以制備出不同晶型的輕質碳酸鈣。在造紙行業中，立方形、片狀和紡錘形碳酸鈣是主要材料。一般來說，造紙填料使用的輕質碳酸鈣的平均粒徑在2～10μm范圍內。相較于重質碳酸鈣，輕質碳酸鈣不僅顆粒更加均勻、純度更高、白度更優，而且加入輕質碳酸鈣的紙張具有更高的松厚度。以一項具體數據為例，當紙張灰分達到19.6%時，使用輕質碳酸鈣的紙張的松厚度比重質碳酸鈣高的幅度在15%左右。此外，添加輕質碳酸鈣的紙張在提高不透明度、增加灰分以及降低吸水值方面具有優勢，這些特性使得其更加適用于高品質紙品的生產。