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沉淀碳酸钙在铜版纸中的应用
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
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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
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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
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