中國(guó)粉體網(wǎng) 碳酸鈣作為造紙?zhí)盍虾图垙埻坎技庸び妙伭现饕譃閮纱箢悾阂活愂腔瘜W(xué)沉淀制造的合成輕質(zhì)碳酸鈣PCC，另一類是研磨石灰石制造的天然碳酸鈣GCC。造紙用碳酸鈣的粒徑通常在5-20um，造紙纖維的直徑10um左右，不過(guò)在實(shí)際填加過(guò)程中，直接添加填料，一部分填料會(huì)被吸附在纖維上，從而阻礙了氫鍵的結(jié)合，降低了紙張強(qiáng)度和耐折度。
圖1紙張中填料與纖維位置關(guān)系示意圖
造紙?zhí)盍系挠昧亢头N類的選擇以及填加技術(shù)的使用一般與紙張的特殊要求、特殊種類密切相關(guān)。以造紙業(yè)近期較為火爆的白卡紙為例，3月伊始，華東地區(qū)部分社會(huì)級(jí)白卡紙(250g平張)的市場(chǎng)價(jià)格突破10,000元/噸，創(chuàng)下歷史新高。而白卡紙價(jià)格漲價(jià)幅度加快，主要有三大因素推動(dòng)，第一條是近期限塑令進(jìn)一步加強(qiáng)，從而推動(dòng)其市場(chǎng)看漲。這其中隱藏的深層因素是，白卡紙伸縮性小，有韌性，折疊時(shí)不易斷裂的性能優(yōu)勢(shì)。
造紙行業(yè)中有許多紙張具備特定用途，紙張生產(chǎn)時(shí)若填加一種類型的填料可能無(wú)法較好的滿足紙張的功能需求，需要將兩種或兩種以上填料進(jìn)行復(fù)配加填。但是這對(duì)填加技術(shù)的要求較高，需要解決高填加與成紙性能之間的矛盾。
現(xiàn)在造紙工業(yè)中如何解決高填加與成紙性能之間的矛盾？答案是：預(yù)絮聚改性。
一、填料預(yù)絮聚技術(shù)
1概念
預(yù)絮聚技術(shù)是采用一種或幾種化學(xué)助劑與碳酸鈣（或其他）填料混合的過(guò)程，完成混合處理后再添加造紙。按照改性劑填加的方式和種類的不同可大致劃分為，多元共預(yù)絮聚和填料包覆預(yù)絮聚。
圖2預(yù)絮聚體形成過(guò)程
多元共預(yù)絮聚
當(dāng)采用單一的低分子質(zhì)量聚合物改性劑對(duì)造紙?zhí)盍线M(jìn)行預(yù)絮聚改性時(shí)，聚集體的尺寸較小，分布較寬，易被破壞，不易控制。因此近年來(lái)研究者們致力于研究多元共預(yù)絮聚。
填料包覆預(yù)絮聚
包覆預(yù)絮聚技術(shù)是兼具包覆與預(yù)絮聚作用的復(fù)合型技術(shù)，利用幾種常見(jiàn)的造紙濕部助劑混合時(shí)形成聚合電解質(zhì)復(fù)合物的原理，首先將聚合電解質(zhì)復(fù)合物均勻包裹或沉積在填料粒子的表面形成填料包覆體，再在包覆體之間通過(guò)聚合物絮聚形成疏松的預(yù)絮聚體，完成填料的包覆預(yù)絮聚改性，并將改性填料不經(jīng)干燥等其他任何環(huán)節(jié)，直接用于加填。
2優(yōu)勢(shì)
與傳統(tǒng)的加填技術(shù)相比，預(yù)絮聚技術(shù)能增加造紙過(guò)程中的填料用量，同時(shí)還能降低加填對(duì)成紙強(qiáng)度、施膠等性能的不利影響。
圖3不同尺寸預(yù)絮體加填紙張
3絮凝劑
聚丙烯酰胺和淀粉是比較常見(jiàn)的用于填料預(yù)絮聚的絮凝劑，它們分別可以單獨(dú)使用也可以混合復(fù)配使用。
4絮聚機(jī)理
通常來(lái)說(shuō)，漿料中細(xì)小組分的聚集機(jī)理有電荷中和、補(bǔ)丁效應(yīng)、架橋絮凝、網(wǎng)絡(luò)絮凝四種基本形式，然而這些絮聚機(jī)理往往并不是單獨(dú)存在的，以填料預(yù)絮聚來(lái)說(shuō)，絮凝劑種類，分子量、電荷密度等特性均對(duì)聚集機(jī)理有著不同的影響。
二、碳酸鈣預(yù)絮聚加填方式對(duì)紙張性能的影響
1、PCC、GCC單獨(dú)預(yù)絮聚填加
王亞騰等人研究PCC、GCC及二者混合填料的預(yù)絮聚體隨預(yù)絮聚劑用量的變化，考察了混合填料不同預(yù)絮聚方式對(duì)加填紙張性能的影響。
結(jié)果表明: PCC的預(yù)絮聚性能優(yōu)于GCC的預(yù)絮聚性能，預(yù)絮聚體的粒徑隨陽(yáng)離子淀粉(CS)的用量呈先增大后減小的趨勢(shì);預(yù)絮聚加填紙張的抗張強(qiáng)度和耐折度與預(yù)絮聚體的粒徑有關(guān)，粒徑越大，抗張強(qiáng)度和耐折度越高;不同的預(yù)絮聚加填方式中，填料PCC、GCC分別預(yù)絮聚后加填對(duì)紙張的抗張強(qiáng)度和耐折度的改善作用最強(qiáng)。
除表中數(shù)據(jù)外，分析還可得知，手抄片(在實(shí)驗(yàn)室抄造的小塊紙張)的物理強(qiáng)度與預(yù)絮聚體的粒徑有相似的變化趨勢(shì),在PCC、GCC預(yù)絮聚體的粒徑最大時(shí)，手抄片的物理強(qiáng)度也最高。
據(jù)以上結(jié)果可知,對(duì)PCC與GCC復(fù)配加填來(lái)說(shuō),單獨(dú)對(duì)其中一種填料進(jìn)行預(yù)絮聚加填都能提高紙張的強(qiáng)度性能,尤其是PCC單獨(dú)預(yù)絮聚加填,雖然PCC在填料中比例只有25%,但其單獨(dú)預(yù)絮聚加填對(duì)紙張強(qiáng)度的提升效果更明顯。
2、PCC與GCC混合后預(yù)絮聚加填
數(shù)據(jù)顯示，隨CS用量的增加，成紙的物理強(qiáng)度先上升后下降，在CS用量為1.0%時(shí),加填手抄片的抗張強(qiáng)度和耐折度最高，分別比未預(yù)絮聚時(shí)提高了3.63%和7.69%。
對(duì)比表1和表2，PCC、GCC混合后預(yù)絮聚加填對(duì)成紙強(qiáng)度的改善效果與GCC單獨(dú)預(yù)絮聚加填時(shí)相近，低于PCC單獨(dú)預(yù)絮聚加填時(shí)的改善效果。這可能是由于在對(duì)PCC、GCC的混合填料進(jìn)行預(yù)絮聚時(shí).預(yù)絮聚體顆粒中既包含PCC顆粒，也包含GCC顆粒，由于GCC在CS中比較難預(yù)絮聚，所以混合預(yù)絮聚體中的GCC顆粒會(huì)抑制混合預(yù)絮聚體的進(jìn)一步絮聚，而且混合填料中GCC的質(zhì)量占75%，所以混合預(yù)絮聚體的性質(zhì)更接近GCC預(yù)絮聚體的性質(zhì)。
3、PCC、GCC分別預(yù)絮聚后加填
實(shí)驗(yàn)考察了PCC、GCC分別預(yù)絮聚后加填和填料未經(jīng)絮聚直接加填的手抄片的性能。根據(jù)表1的結(jié)果，確定PCC預(yù)絮聚的CS用量為1.5%,GCC預(yù)絮聚的CS用量為0.5%，所得結(jié)果如表3所示。
從表3看出，采用PCC、GCC分別預(yù)絮聚后加填的方法,能有效改善手抄片的物理強(qiáng)度。與填料未經(jīng)預(yù)絮聚直接加填的手抄片相比，PCC、GCC分別預(yù)絮聚后加填的手抄片抗張強(qiáng)度提高了6.94%,耐折度提高了28.13%;與PCC、GCC單獨(dú)預(yù)絮聚或PCC、GCC混合后預(yù)絮聚加填相比，其手抄片強(qiáng)度性能的提升幅度也較大。這主要是因?yàn)镻CC、GCC分別預(yù)絮聚加填時(shí),避免了GCC和PCC的相互干擾，使GCC和PCC都在最佳條件下形成預(yù)絮聚體。
結(jié)語(yǔ)
近幾年，國(guó)內(nèi)對(duì)預(yù)絮聚技術(shù)的研究越來(lái)越多，并逐漸形成理論體系。如，對(duì)紙張施膠度的影響，對(duì)填料留著率的影響，對(duì)紙張強(qiáng)度的影響，對(duì)紙張松厚度和透氣性的影響，對(duì)紙張光學(xué)性能的影響等等。在工業(yè)化生產(chǎn)應(yīng)用和實(shí)驗(yàn)研究之間，由理論體系到生產(chǎn)數(shù)據(jù)量化，還有大量工作需要完成，需要造紙企業(yè)和粉體加工企業(yè)以及相關(guān)研究人員攜手共進(jìn)。
參考來(lái)源：
王亞騰，等：混合填料預(yù)絮聚加填對(duì)紙張性能的影響，中國(guó)制漿造紙研究院
李濤，等：填料絮聚體特性及 PCC/CNF共絮聚增強(qiáng)性能研究，陜西科技大學(xué)
石義剛，等：碳酸鈣預(yù)絮聚加填技術(shù)研究，湖北工業(yè)大學(xué)
劉新征，等：白卡紙價(jià)格破萬(wàn)漲勢(shì)不減禁塑令下替代需求大相關(guān)企業(yè)有望受益，證券時(shí)報(bào)
(中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/昧光)
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