沉淀碳酸钙在铜版纸中的应用.doc

2003年中国化工学会无机盐学术年会 沉淀碳酸钙在铜版纸中的应用 朱伟言 (苏州紫兴纸业有限公司，江苏苏州215011) 摘要：介绍了沉淀碳酸钙(PCC)在铜版纸生产中作为填料及涂布颜料的应用与特性，重点介绍了涂布级 PCC对铜版纸光学性能、印刷性能等方面所带来的影响。并展望了其在涂布加工纸中的应用前景。与研磨碳 酸钙(GCC)相比．涂布级PCC能全面改善纸张的光学性能如白度、光泽度、不透明度等，并提高纸面的平滑性 能．同时其高松厚的涂层结构及高的孔隙率所带来的快速吸收性能．将对其的最终使用产生重大影响。 关键词：沉淀碳酸钙；铜版纸，涂料≯料t性喂 ‘＼ I概述 碳酸钙在造纸行业中的使用可追溯至较早的年代，但其大量使用却得益于19世纪60年 代碱性造纸的发展。当时欧洲的纸厂率先使用天然研磨碳酸钙(GCC)作为纸张填料，并在稍后 的几年内开发出适合于涂布使用的GCC。同样，沉淀碳酸钙(GCc)作为纸张填料，并在稍后的 几年内开发出适合于涂布使用的GCC。同样，沉淀碳酸钙(PCC)在造纸工业中的广泛应用也 得益于碱性造纸技术的发展。以北美为例，在1986年仅有50％的涂布纸采用碱性造纸技术生 产，但到1996年，该比例上升到94％。在碱性造纸技术迅猛发展的过程中，由于PCC能提供独 特的纸张松厚度性能及光学性能，而且自1986年开始推行的卫星式工厂生产方式，使PCC的 制造成本得到了较好控制，性能价格比得到了改善，因此PCC逐步成为目前碱性造纸系统中 的主流填料。 由于PCC在不同条件下能形成多种 不同结晶形态，因此能根据实际性能要求 有目的地控制成形结晶结构，这一优势特 性是其得以快速发展的技术基础。目前造 纸行业中的PCC绝大部分作为填料使用。 但近几年来，随着涂布用P(℃品种的不断 开发，以及对PCC涂布应用研究的重视与 投入，使之在涂布纸生产中的应用前景亦圈1 2000年全球造纸用PCC的供应商及其所占份额 日益为人们所看好。图1为2000年全球造 纸用PCC的主要生产商及其所占份额。从图1中可以看出。美国特种矿物公司SMI(Specialty Minerals／no，SMI)由于其卫星式生产工厂概念的成功推出，使之成为在造纸行业中PCC全球 供应商的绝对领先者，其他一些主要供应商有：Huber，Imerys，Okutama及OMYA公司。2000 年全球PCC的总产量为500万t。 PCC的合成机理非常简单，在反应过程中通过控制反应速度、温度、浓度、搅拌速率及使 102  2003年中国化工学会无机盐学术年会 用适量的化学添加剂，即可有目的控制反应进程，从而得到所设计的结晶形态，并可同时控制 PCC的粒径大小及粒径分布。目前商品PCC的生产常采用石灰／--氧化碳工艺法，其主要化学 反应式如下： ·石灰石煅烧 CaCO。+热能—cao+COz十 ·石灰乳消化CaO+H：O—一ca(OH)z+热能 ·与Co：反应生成碳酸钙 Ca(oH)2+C02—cac03‘+H20+热能 PCC在造纸行业中的迅速成长离不开卫星式生产工厂概念的推出，图2为1983～1999 年全球卫星式生产工厂的扩张速度。这不仅反映出卫星式生产工厂概念为人们普遍接受，而且 也说明PCC的高速成长历程。卫星式生产方式利用纸厂锅炉所排放的二氧化碳，与石灰(氧化 钙)在适量水的存在下发生化学反应生成PCC，其中占碳酸钙总质量约40％的二氧化碳可从 纸厂直接获得，同时反应得到的浆状PCC可通过管道直接进入纸机系统或涂料制备系统，可 节省大量的运输成本，从而降低与GCC之间的价格差异。卫星式生产工厂概念可简单地表述 如下： “商品石灰+纸厂的水+纸厂的 二氧化碳=客户所需的PCC” 2 PCC在铜版纸生产中的应用 2．1 PCC的姑晶形态及物理特性 碳酸钙主要有3种多晶形结构形 式：方解石、文石及六方碳钙石，其中 方解石是自然界中最常见的形式，文 石由于其在高温下(400C)易转变 成方解石，因此只存在于温度较低的 地表层，而六方碳钙石不能在自然界 圈2全球卫星式Pcc工厂的发展 中得到，只能通过人工制备，但由于其 结构的极不稳定性，使之没有任何利用价值。方解石是自然界中唯一稳定的碳酸钙存在形式。 方解石属六角形晶系中的六角形偏三角面体晶体结构，方解石在自然界中有多种存在形 式，但作为商业使用的主要集中于斜方六面体、棱镜形及偏三角面体结晶。在美国已有非常多 的棱镜形及斜方六面体结构PCC在造纸行业的应用专利。图3为上述3种常见Pcc一方解石 结晶形式的SEM照片。 文石属斜方晶系的双锥形晶体结构，通常所看到的文石晶体形式为针状结构。文石由于其 不稳定性使之大自然界中仅存在于地表层的低温沉积层，作为商业使用的文石型PCC晶体通 常有平行