隨著中性造紙和涂布加工技術(shù)的發(fā)展，碳酸鈣作為填料和顏料在北美和歐洲得到了廣泛的應(yīng)用，加填Caco3明顯提高了紙張的耐久性，在我國填料和顏料主要是使用滑石粉，但隨著中堿性抄紙的發(fā)展，碳酸鈣的應(yīng)用也將不斷增長，碳酸鈣在ph6以下容易分解，只有在中堿性抄紙中才能作為填料.
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)機械粉碎、研磨﹑分級，制成細微的顆粒稱之為GCC。GCC可用作填料和顏料，用于造紙時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CaCO3﹝UFGCC﹞，平均粒徑0.5-0.9 um;細微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。產(chǎn)生超細的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，有時稱之為玫瑰花型結(jié)構(gòu)。因為微細的結(jié)晶細而長，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，紙頁的強度降低﹑產(chǎn)生空隙﹑降低車速就成為嚴重的問題。通過把PCC和GCC混合進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，以補嘗不等邊棱形體PCC高加填量時的局限。
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強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(有時達30%)時只有GCC才能穩(wěn)定地運行。
3、PCC和GCC的特性及局限性
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。
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度。
(3)PCC比GCC阻留了更多的水分，這意味著紙機的車速要降低。
(4)當PCC加填量超過15%時會產(chǎn)生大量生產(chǎn)性問題。
(5)吸附在PCC顆粒上的未反應(yīng)AKD進入白水中后會產(chǎn)生白色樹脂障礙，會進一步影響紙頁的質(zhì)量和紙機的運行。
(6)沒有被充分中和的微量和紙機的運行有不利影響。
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，有利于紙頁的強度。
(3)紙機的運行性較好，因為阻留的水分較少，濾水性較好。
(4)對施膠的影響較小。
(5)沒有沉淀問題產(chǎn)生。
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，對網(wǎng)部，紙機部件有較大的磨損。
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。
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