轻质碳酸钙在造纸行业中应用体现

2024/04/28

传统造纸工业是以植物纤维为原料进行化学加工的产业。由于我国森林覆盖率并不高，短期内获取大量纤维原料的难度较大，因此，造纸纤维原料的短缺已成为制约造纸工业发展的瓶颈问题。近年来，随着传统造纸业正处于结构性调整和产品转型升级的关键时期，碳酸钙作为一种白色无机填料和颜料，在造纸业中的重要性日益凸显。尤其是如何通过对轻质碳酸钙进行粉末改性技术的表面改性处理的研究，更是成为了业界瞩目的研究热点。

轻质碳酸钙在造纸业中的应用优势主要体现在以下几个方面：

1. 轻质碳酸钙具有良好的填充性能，可以提高纸张的白度和亮度，改善纸张的印刷性能。其次，轻质碳酸钙的粒度小，分布均匀，能够提高纸张的平滑度和光泽度，使纸张的外观质量得到提升。

2. 轻质碳酸钙的硬度较低，可以减少对造纸设备的磨损，延长设备的使用寿命。

3. 轻质碳酸钙的价格相对较低，可以降低纸张的生产成本。轻质碳酸钙在造纸业中的应用，不仅可以提高纸张的各项性能，还可以降低生产成本，对于推动传统造纸业的结构调整和产品转型升级具有重要的意义。碳酸钙产品在造纸行业中其消耗量在整体纸张生产中占据了相当大的比例。纸张制造过程中，碳酸钙的使用量约占填料总消耗量的60%以上。以年均8%的速度增长的造纸行业，使得对轻质碳酸钙的需求以每年15%的速度上升。

随着造纸工业的发展和技术进步，用于造纸的碳酸钙（CaCO3）工业生产技术亦逐渐向着高、精、尖的方向发展，以满足现代造纸技术对于产品品质的严苛要求。

依据生产工艺的不同，造纸用碳酸钙可分为沉淀碳酸钙（简称PCC）（或称为轻质碳酸钙）和研磨碳酸钙（简称GCC）（或称为重质碳酸钙）。此外，按照在造纸过程的具体应用，它又可以被划分为造纸填料和涂布颜料两大类。

在造纸工业的生产流程中，主要分为制浆和造纸两大部分。制浆，即是将麦草、稻草、木材等植物纤维原料经过一系列处理，将不利于造纸的木质素溶解出来，再通过进一步的化学处理，得到适合造纸的纸浆。

在纸张生产过程中，“纸白”和“造纸”是两个关键的工艺步骤。首先，将带颜色的木素衍生物以及色素进行漂白操作，从而得到白色的纸张原材料；接着通过“造纸”步骤，对纸浆进行打浆、施胶、加填等一系列工艺处理，最终生成具有各种性能的纸张。其中，“加填”是一个至关重要的环节，它涉及向纸料中加入白色矿物的微细颜料或合成填料。这些添加物的含量可达到纸料组分的20%-40%。填料的使用，对于提高纸张的白度、不透明度、印刷适应性、平滑度、尺寸稳定性等方面有着作用，同时也能降低成本并减少油墨的透印现象。

随着填料的不断加入，也会带来一系列负面影响。例如，会降低纸张的强度、施胶度、松厚度及挺度等指标，同时会增加白水循环体系中细小组分的含量，加剧纸浆流送管道的磨蚀，并在印刷过程中容易出现掉毛掉粉现象。

我们可以看出，在纸张制造过程中，“纸白”和“造纸”这两个步骤，尤其是其中的“加填”环节，对于纸张的质量影响很大。在实际操作中，需要严谨对待这一过程，合理控制各工艺参数，以实现纸张质量的优化。

经过锻烧处理的石灰石等原料，会生成氧化钙和二氧化碳。随后，将氧化钙与水混合，使其消化为氢氧化钙（也称为石灰乳）。再通过通入二氧化碳，使石灰乳碳化，形成碳酸钙沉淀。最后，对碳酸钙进行脱水、干燥和粉碎操作，从而得到轻质碳酸钙。通过控制工业条件，可以制备出不同晶型的轻质碳酸钙。在造纸行业中，立方形、片状和纺锤形碳酸钙是主要材料。一般来说，造纸填料使用的轻质碳酸钙的平均粒径在2～10μm范围内。相较于重质碳酸钙，轻质碳酸钙不仅颗粒更加均匀、纯度更高、白度更优，而且加入轻质碳酸钙的纸张具有更高的松厚度。以一项具体数据为例，当纸张灰分达到19.6%时，使用轻质碳酸钙的纸张的松厚度比重质碳酸钙高的幅度在15%左右。此外，添加轻质碳酸钙的纸张在提高不透明度、增加灰分以及降低吸水值方面具有优势，这些特性使得其更加适用于高品质纸品的生产。