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印刷用纸张的矿物填料的实验分析

来源:中国喷码机网发布日期:2011-11-28

  就全球范围内来看, PCC已经成为纸工业使用*广泛的填料。2005年全球造纸工业使用了450万t(100%计,下同)的PCC,生产方式包括在纸厂附近建立的卫星工厂和远离纸厂的工厂。

  GCC的消费量为240万t,主要从远离纸厂的非卫星工厂采购。全球2005年有约215万t高岭土用于造纸。约200万t滑石用于造纸工业,其中包括那些用于树脂和胶粘物控制的滑石。在某些远东国家,低成本的滑石,通常与GCC混合作为填料使用。其他一些矿物填料,如石膏、煅烧瓷土()、TiO 2和硅酸盐等在造纸工业的用量2005年合计在23万t.

  该地区填料的使用类型和比例与全球相比有着很大的不同。2005年欧洲造纸市场PCC消费达145万t,GCC 132万t,高岭土145万t.用作填料和树脂及胶粘物控制的滑石消费量合计38万t.除了PCC、GCC、高岭土,其他矿物填料用量总计10万t.

  可以预计,纸和纸板工业中矿物填料的总体消2005年欧洲造纸工业填料消费情况费量将会继续增长,主要是由于碳酸钙作为填料所具有的实用性和特有的性能优势。

  与全球情况相比,欧洲书写印刷纸中填料的添加比例是*高的,根据定量和*终用途,办公用纸填料的添加比例在12%~26%之间。典型的、定量为80 g/m 2的办公用纸含有20%~22%的矿物填料,通常是碳酸钙。不含磨木浆涂布纸,根据定量和特殊的需要,总的填料添加比例可以到达12%~25%.机械浆非涂布杂志纸和目录用纸品种( SC)含有24%~38%的矿物填料。机械浆涂布纸,根据定量,其总的填料添加比例可以达到8%~14%.原木浆或全部用回收纤维(RCF)生产的新闻纸,填料的添加水平在2%~20%之间。

  表示的是仅仅在非涂布机械浆纸品种中主要填料的添加情况。通常低定量目录纸品种的颜料含量相对较低,在1%~5%之间。基于原木浆的普通新闻纸主要填料的添加比例在0%~12%之间。

  而基于回收纤维生产的普通新闻纸总的颜料含量在12%~20%之间,这种品种纸页中主要填料的添加比例在0%~5%之间。

  非涂布机械浆纸中填料的添加比例在高白度新闻纸生产中,主要填料的添加比例在3%~18%之间。基于80% RCF生产的SC2B纸种主要填料的添加比例在10%~20%之间,而总的颜料含量为32%.超级压光纸品种SC2A /A +主要填料的添加比例在25%~38%之间, SC2A /A +主要由原木浆生产,但现在也已经成功地添加30%脱墨浆来生产这种高质量纸种。在这些品种纸中,有时也会由回收纤维带来少量的颜料含量。

  由于办公用纸需求的旺盛, PCC已经成为不含磨木浆非涂布纸(WFU)中使用*广的填料。剥片状的PCC ()已经主要用来提高纸页的蓬松度。蓬松度的提高可以弥补由于桉木浆缺少带来的纸页表面粗糙度降低问题。基于*近的一项全球性

  例如,用于不含磨木浆非涂布复印纸的一种PCC,呈现的是一种典型的剥片状结构,平均粒径118~2. 5μm之间。尤其是,在高添加比例下,粗粒度级的S2PCC在后加工和终端用户设备上有着潜在的沾污倾向性。PCC颜料白度在92%~96%之间(主要由原料石灰的质量或来源地所决定) ,可以将特殊的表面积控制在较低的水平(4~6 m 2 /g) ,以此减少对内施胶的需求量。

  有意思的是,在已经提及的基于全球性研究框架内,对一种显示有高松厚度(1. 32 cm 3 /g)纸的研究,发现是添加了25%的GGC作为填料的。这种在非常现代化的生产线上生产,使用的纤维组成是桉木浆、阿拉伯树浆和某些针叶硫酸盐浆。

  针对生产高不透明纸和/或低透气度纸来说,需要选择具有菱形状的精细级PCC除了使用PCC,全球范围内也有相当数量的纸厂在生产WFU纸种时选择GCC作为填料()。

  通常所用的GCC产品平均粒径在0. 8~1. 6μm之间表面积的PCC.在WFU纸种用GCC作填料相比较于应用菱形状PCC作填料的优势包括高的强度和低的沾污性。

  也有一些纸厂采用菱形状PCC和GCC的混合物,目的是增加填料添加比例,同时改善滤水和纸机运行性能。考虑采用PCC和GCC混合物的一个促动力可能也是卫星PCC厂的产能已经达到*大。

  表面添加的主要目的是以*小的成本(包括投资和运行成本)获得*大的填料含量,愈来愈多的纸厂已经在这样做了,也有一些已经在进行这方面的可行性研究。约有1%或2%的高档GCC通过薄膜压榨或施胶压榨添加到纸页表面。

  实际的经验和进一步的研究证实,这部分额外填料并不仅仅集中在纸页表面,而是与淀粉一起完全地深入于纸页?部。适度的表面添加方式对纸页强度和挺度几乎没有或仅有很小的影响。湿部系统没有受到任何的影响。纸页的透气度由于添加大量的气孔(降低了磨浆性)而显著地降低了,也已经观察到,在预干燥阶段的蒸气消耗量降低了10%~15%.

  白色面浆纤维配料通常类似于不含磨木浆非涂布纸。在这部分,添加填料来改善诸如白度和遮盖率等性能以及降低总体的配料成本。在过去既不添加填料,也不使用高岭土或煅烧高岭土。今天许多的白色面浆被添加有精细级GCC.

  已经提及的,新闻纸可以由原木浆或回收纤维或两者的混合物来生产。*近几年来,有更多的GCC (白垩)作为主要填料来添加,以改善纸页白度、不透明度和印刷性能。已经证实,由单一原木浆纤维生产的新闻纸能添加高达12%白垩作为填料在纸机运行上,由白垩填料代替纤维可以明显减少干燥阶段对蒸气的需求量(减少15% )。GCC或白垩在以回收纤维为原料生产新闻纸中作为主要填料正愈来愈普遍。伴随回收纤维而来的颜料进入新纸页中的含量在8%和14 (20) % ,取决于回收纤维来源和脱墨工艺。已经证实,这种二次颜料主要由高岭土组成。很显然, CaCO 3以及滑石在脱墨(浮选法)过程中大部分被除去了。在一些纸厂,除了二次颜料外,另外再加入1%~5%的GCC或白垩。主要用来改善滤水性、光学性能和减少印刷质量问题。

  就全球市场来看,目前至少有19条生产线采用GCC或白垩作为主要填料用于回收纤维生产新闻纸工艺中。由于其实用性和有利的性能以及经济性,新闻纸厂(欧洲)特别乐意使用白垩作填料。与GCC相比,白垩所具有的低的颜料白度(80%~85% )在这里却不成为问题。在这里,需要适当降低透印性,总体强度有限,仅需要添加小量的颜料。

  通常像煅烧高岭土(如硅酸镁铝)类特殊颜料被用于此。另外,这种新产品能够根据白垩、石灰石或大理石来加工而得,具有很高的表面积,且表面具有纳米级的微孔。由于这种特殊颜料所具有的吸附性能,仅需相对小的量就可吸附低黏性的冷固型油墨。该产品已经进入商业化应用。

  SC纸生产采用酸法抄纸,以高岭土为单一填料添加,尤其,来自于欧洲的高岭土填料,特别适合于生产高质量的SC纸。

  在芬兰造纸工业,有些填料级滑石常常配合高比例的高岭土使用, SC纸目前总的趋势是提高其白作为填料无论是从工艺上,还是经济方面都能够满足对改善纸页光学性能(白度和不透明度)的要求。

  就全球范围内,每年用于SC纸生产用的约200万t填料中,已经有约1 /4量, 50万t(100% )填料由CaCO 3代替。

  CaCO 3填料多数情况下是与高岭土一起使用,CaCO 3填料在纸页中总的填料比例占10%~70% ,在某些场合占100%.用于SC纸生产的GCC产品是一些相对精细、通常具有非常高的光散射性能的填料。这些填料的白度从86% (白垩)到95% (大理石)。PCC填料使用的是一些相当精细的、剥片状产品,具有多重结构除了某些SC纸添加有针形PCC,在市场上也看到,加填有CaCO 3的SC纸是采用中性抄纸工艺的,与传统的全部加填瓷土、酸法抄纸相比,成纸在HSWO和轮转印刷性能方面几乎相等或更好。

  *近的一项研究结果也证明,高质量的SC纸可以达到或超过用LWC进行轮转凹版印刷的质量。

  然而,在纸的印刷光泽方面还是与LWC有一点差距。当今的新SC纸生产线已经采用中性抄纸工艺,以CaCO 3和高岭土为混合填料。估计到2007年底,欧洲约70% SC纸的生产将采用CaCO 3作为主要的填料,且采用中性抄纸工艺。

  通常,填料的选择主要考虑所生产纸的所希望的性能,纸厂内部条件,供应可能性和及时性,填料产品的一般利用率,更重要是成本,包括外部与内部供应问题。

  在各品种纸种技术与经济方面发展的持续需求,白度、不透明度和表面性能(如平滑度、均匀性、表面强度和印刷质量/印刷性能)将继续是首要考虑的问题所在。为迎合这种需求,特种填料的进一步开发和各种不同类型填料的混合应用技术预期也将继续。

(完)

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