1、作为填料
碳酸钙作为填料侧重“填充”功能,在造纸的纸料制备阶段加入并与纤维混合,主要目的是改善纸张的基础性能,如提高纸张不透明度、松厚度和印刷适性,同时降低纸张的生产成本。过量添加会降低纸张强度(如抗张强度、耐破度)。
填料用两种碳酸钙:
重钙作为填料主要用于除卷烟纸、过滤纸和特种低定量信息用纸以外的印刷纸、书写纸、办公用纸和广告用纸中。
填料级碳酸钙的技术指标要求(QB/T2811-2019造纸用碳酸钙)
轻钙作为造纸填料原则上可应用于所有纸张中,目前主要作为高档纸填料使用。例如:卷烟纸、办公室信息用纸(如传真纸、仪器记录纸、喷墨打印纸)、低定量新闻纸、低定量涂布纸等。
2、作为涂布颜料
碳酸钙作为颜料侧重“表面修饰”功能,在涂布工序中涂敷于纸张表面(单面或双面),以改善光泽度、油墨吸收性、表面强度和印刷效果。与填料碳酸钙比较,颜料碳酸钙对细度、纯度及分散性等有更高的要求。
涂布用三种碳酸钙:
用于造纸涂布颜料的重钙大多采用湿法研磨。指标方面,2μm以下的粒子占比为质量分数60%以上的产品主要用于底涂。2μm以下粒子占比为质量分数90%以上或100%的极微粒子产品能产生高光泽度,故用于面涂。
湿法重钙是质量分数为75%以上的高浓度泥浆产品,其特征为高固含量,因此能降低烘干能耗;同时固含量虽高,但仍显示出良好的流动性,能适应高速涂布。
涂布级碳酸钙的技术指标要求(QB/T2811-2019造纸用碳酸钙)
轻钙在造纸涂布颜料中的应用主要是弥补高岭土和重钙的不足。一般用于低定量涂布原纸、高光泽涂布纸和亚光铜版纸。
纳米钙具有白度高、比表面积大、活性高、补强性好等特点可提高涂布纸的光泽度、白度、平滑度、表面强度和油墨吸收性。无论是填料还是涂布,纳米钙更倾向高端和特种纸品,粒度、分散、改性、晶型控制等是核心技术,但造纸用纳米钙目前大部分依赖进口。
重质碳酸钙和轻质碳酸钙作为造纸填料各有优势,选用何种碳酸钙,应根据实际纸张生产工艺要求而定。
重质碳酸钙和轻质碳酸钙的性能比较
填料加入量主要由纸张品种、浆料种类、填料本身的性质和纸机的抄造条件等因素决定。
主要纸种碳酸钙填料加入量
碳酸钙颜料在涂料颜料总量中的比例
3、造纸用碳酸钙表面改性
未经表面改性处理的碳酸钙作为造纸填料,具有与纸浆纤维的相容性和结合力差、在纸张中留着率低、使纸张的机械强度下降等缺点,需要通过各种改性手段弥补。
根据碳酸钙的表面改性工艺:干法粉磨制备的重质碳酸钙采用干法改性工艺;湿法粉磨制备的重钙采用湿法改性工艺;轻质碳酸钙采用化学法制备,一般使用原位改性工艺。
表面改性工艺众多,其核心目的是针对解决填料应用缺陷,提高纸制品特定的性能指标。
主要改性技术包括:
偶联剂改性:偶联剂是一种两性结构物质,分子既有亲水性的极性基团又有疏水性的非极性基团,能够将无机粒子和有机物基体通过牢固的界面层而结合在一起。
聚合物改性:聚合物可以定向吸附在碳酸钙颗粒的表面,形成物理或化学吸附层,从而改进碳酸钙在有机或无机相(体系)中的稳定性。
无机物改性:常用缩合磷酸、硅酸钠、明矾、铝酸钠、二氧化硅和二氧化钛等耐酸无机物来改性碳酸钙颗粒,以降低pH值,提高耐酸性,拓展其适用范围。
新型改性技术代表:
纳米纤维素(CNF)具有机械强度高、比表面积大、长径比大、阻隔性好、尺寸稳定性好、生物降解性好等优点。
用CNF对填料进行改性,碳酸钙能更好絮凝从而提高填料的留着率,并且CNF可以填补纤维-纤维之间加入填料后产生的空隙,使填料和填料、纤维和填料之间的连接更加紧密,提高纤维网络的强度。