碳酸鈣在造紙行業(yè)的應(yīng)用

1、 碳酸鈣的來源和種類

碳酸鈣有研磨碳酸鈣﹝GCC﹞和沉淀碳酸鈣﹝PCC﹞之分。石灰石﹑大理石是天然的CaCO3,經(jīng)機(jī)械粉碎、研磨﹑分級(jí)，制成細(xì)微的顆粒稱之為GCC。GCC可用作填料和顏料，用于造紙時(shí)90%的粒徑小于2um，為棱面型結(jié)構(gòu)，電鏡下觀察呈不規(guī)則的烤餅型。按粒徑大小，GCC可分為三類：超細(xì)CaCO3﹝UFGCC﹞，平均粒徑0.5-0.9 um；細(xì)微CaCO3（GCC），平均粒徑大于3 um。平均粒徑是GCC最重要的物理特性，其它重要的特性包括白度﹑吸油性﹑晶型。GCC加工方法有濕法和干法，根據(jù)產(chǎn)品的要求而定。干法研磨較為便宜，經(jīng)常局限在2-3 um粒徑顆粒的生產(chǎn)。粒徑更小的有聚集的傾向，使得難以處理和分級(jí)。產(chǎn)生超細(xì)的GCC需要用濕法工藝。

沉淀碳酸鈣（PCC）又叫輕質(zhì)碳酸鈣，有下列三種不同的制備工藝；石灰乳碳化法，即石灰乳和Na2CO3作用；石灰乳與氯化銨作用。PCC平均粒徑的范圍是1.5-2.5 um之間。PCC的制備工藝條件不同使得其結(jié)晶形態(tài)和顆粒形狀﹑表面電荷有很大的差別，由此對(duì)加填紙張的性能產(chǎn)生不同的影響。

2 、PCC和GCC的形態(tài)和應(yīng)用上的差別

PCC和GCC顆粒的形狀有明顯的差別。GCC顆粒是棱面體結(jié)構(gòu)，這是方解石的常見晶型。而PCC是不等邊棱形體，有時(shí)稱之為玫瑰花型結(jié)構(gòu)。因?yàn)槲⒓?xì)的結(jié)晶細(xì)而長，聚集成簇，圍繞著核心顆粒比GCC棱面體具有更大的比表面積，因此具有更大的光散射能力，使紙頁具有更高的白度和不透明度。但是這種玫瑰型的結(jié)構(gòu)也使得顆粒中或顆粒之間有大量的空隙，由此影響纖維間的結(jié)合，使紙頁中能加填超過某一閥值時(shí)，紙頁的強(qiáng)度降低﹑產(chǎn)生空隙﹑降低車速就成為嚴(yán)重的問題。通過把PCC和GCC混合進(jìn)行加填可以克服這一問題。PCC生產(chǎn)商正在努力開發(fā)復(fù)制類似自然界棱面體的顆粒，以補(bǔ)嘗不等邊棱形體PCC高加填量時(shí)的局限。

為了取得好的光澤度和平滑度，要求涂料的固含量高，如前所述PCC不等邊棱形體顆粒是由一個(gè)玫瑰型核和圍繞它的針形結(jié)晶聚集而成，制成高固含量涂料時(shí)強(qiáng)烈的分散作用引起針形和玫瑰型核分裂，從而導(dǎo)致光學(xué)性能降低和膠粘劑用量的增加。一般來說，PCC在涂料方面的應(yīng)用是無法與GCC相競爭的。在北美的涂料市場上PCC占優(yōu)勢，而GCC主要是用于涂料配方中。由于PCC的加填量不能超過15%，因此降低了轉(zhuǎn)向堿性抄紙的效益。在高加填量（有時(shí)達(dá)30%）時(shí)只有GCC才能穩(wěn)定地運(yùn)行。

3 、PCC和GCC的特性及局限性

3.1 PCC作為填料的優(yōu)勢

（1）不等邊棱面體形態(tài)的PCC能使紙頁產(chǎn)生高的不透明﹑白度和松厚度。

（2）在抄造過程中磨耗數(shù)低，減輕對(duì)設(shè)備的磨損。

（3）表面電荷的電勢高，這樣有利于顆粒在紙頁中的分布。

3.2   PCC 在造紙中應(yīng)用的缺陷

（1）顆粒的比表面積大，降低了施膠效率。

（2）顆粒間有小的間隙影響了纖維之間的結(jié)合，由此降低了紙頁的強(qiáng)度。

（3）PCC比GCC阻留了更多的水分，這意味著紙機(jī)的車速要降低。   

（4）當(dāng)PCC加填量超過15%時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量生產(chǎn)性問題。

（5）吸附在PCC顆粒上的未反應(yīng)AKD進(jìn)入白水中后會(huì)產(chǎn)生白色樹脂障礙，會(huì)進(jìn)一步影響紙頁的質(zhì)量和紙機(jī)的運(yùn)行。

（6）沒有被充分中和的微量和紙機(jī)的運(yùn)行有不利影響。

3.3   加填GCC具有的優(yōu)勢

（1）允許有更高的加填量，由此可以提高經(jīng)濟(jì)效益。

（2）顆粒的形態(tài)有利于纖維的結(jié)合，有利于紙頁的強(qiáng)度。

（3）紙機(jī)的運(yùn)行性較好，因?yàn)樽枇舻乃州^少，濾水性較好。

（4）對(duì)施膠的影響較小。

（5）沒有沉淀問題產(chǎn)生。

3.4   GCC的缺陷

（1） 白度和不透明度低于同等加填量的PCC。

（2）泥漿狀的GCC運(yùn)到用戶途中要加分散劑，以防止顆粒沉降，因此增加了成本。

（3）天然CaCO3的硬度較大，粒子的形態(tài)使得磨耗數(shù)較大，對(duì)網(wǎng)部，紙機(jī)部件有較大的磨損。

用好碳酸鈣填料的前提是應(yīng)用好中堿性施膠工藝。應(yīng)用中堿性施膠有較好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益，而不是增加生產(chǎn)成本。使用中性施膠劑和助留劑濾劑等化學(xué)藥品增加的成本要從提高填料和細(xì)小纖維留著率，大幅度增加紙頁灰分，提高產(chǎn)品的附加值等方面來彌補(bǔ)。