碳酸钙作为重要的造纸填料和涂布颜料,均显示其独有的优越性,具有继续蓬勃发展的潜力。随着造纸行业对产品质量的要求越来越严格,产品类型也越来越多样化,表面改性、纳米化、专用化和开发碳酸钙新产品等将成为碳酸钙产品技术发展的新方向。
1、表面改性
碳酸钙属于无机物,颗粒表面是极性的,亲水疏油,并具有团聚性,与有机高聚物相容性差,在高聚物基料中分散不均匀,结合力低,容易产生界面缺陷,导致产品质量不稳定。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。因此,碳酸钙需要进行表面改性才能更好地用于造纸行业中。
碳酸钙的表面改性工艺主要有干法改性工艺、湿法改性工艺和原位改性工艺三种。一般采用干法粉磨制备的重质碳酸钙采用干法改性工艺,采用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。造纸用碳酸钙表面改性常用的改性剂主要有偶联剂、聚合物、无机物等。
2、纳米化
在造纸过程中加入纳米碳酸钙填料后,纸张具有以下特性:可以减缓纸张的老化,使纸张得以保存更长的时间;使纸张能够吸收一定的紫外线;使纸张既不容易发黄又不容易发脆,并且具有良好的隔离性能等。
纳米碳酸钙用作造纸涂布颜料,有利于改善涂布纸的光泽度、白度和涂层的色相;可以保证白色颜料颜色的纯正;有利于提高纸张的不透明度、光泽及印刷光泽度等光学性质;能够改变涂料制备液的流变性能;实现涂料加工纸的功能化,如绝缘、导电、抗菌性能等。
纳米碳酸钙作为造纸填料,一般用在特殊纸制品的制作方面,如尿不湿、卫生巾、彩喷打印纸、纸巾及透气膜等。
3、专用化
不同的纸张的性质不同,需要的碳酸钙特性也不相同。为了提高经济价值,可以针对某一种纸张开发对应的碳酸钙产品,使之在满足使用要求的情况下降低生产成本。
高档卷烟纸要求作为填料的轻质碳酸钙,应具有较完整的纺锤形晶型,晶粒均匀、整齐;其粒径主要分布在1~2μm左右,没有大粒径颗粒(>5μm);且在纸浆中分散结合性能好。
4、开发碳酸钙新产品
(1)混合碳酸钙
混合碳酸钙(HCC)是先用离子聚合物将研磨碳酸钙和氧化钙的混合物制备成先凝聚体,再用二氧化碳对先凝聚体进行处理,在GCC之间形成新的碳酸钙,最终形成碳酸钙产品。后混合碳酸钙制备过程与HCC制备过程大致相同,只是先凝聚体仅由研磨碳酸钙形成,研磨碳酸钙先凝聚体制备完成后,加入与HCC工艺等量的氧化钙,再注入二氧化碳。在GCC先凝聚体的外侧形成新的碳酸钙,最终形成的碳酸钙产品即为后混合碳酸钙(PostHCC或pHCC)。
当HCC用作印刷纸张填料时,纸张具有高亮度、良好的表面平滑度、高体积、高刚度和高抗拉强度等特点。当对含有HCC的纸张施加更高的湿压压力时,与含GCC的纸张相比,可以获得更高的干度,从而显著降低干燥能量,降低温室气体,并节省造纸厂的生产成本。HCC在水中湍流条件下,比预凝GCC(pGCC)更稳定。由于HCC可以使纸张具有高体积、高刚度、高抗拉强度而不失去平滑度,HCC有望应用于开发高加填印刷纸张。
(2)碳酸钙晶须
碳酸钙晶须属文石型碳酸钙晶型结构,拥有弹性模量高、耐热、耐磨和隔热等良好的性能,并且具有晶须材料的长径比大、纤维短、直径小(微米级)和强度高等特性。其被广泛应用于造纸、水泥材料、建筑材料、涂料和汽车制造材料等领域中。
碳酸钙晶须具有特殊纤维状形貌,并且生产成本低、来源广泛、产品绿色环保。相比纳米碳酸钙,其发生团聚的可能性较小,可以更有效地发挥增韧和增强的作用。碳酸钙晶须具有特殊的柱状方向性,白度和填充性高,用于造纸填料时,在原纸表面平行而紧密地排列。因此,与使用粒状碳酸钙相比,其能使纸张具有更优良的质量指标。
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