降低造紙成本,看這20種功能粉體填料如何各顯其能

近日,據(jù)央視報道,進入五月份以來,國內主要文化紙企業和貿易商發布多張漲價函,其中文化紙普遍漲價200元/噸,白卡(kǎ)紙漲價則達到1000元/噸,生活用紙1個月也迎來三連漲,包裝紙行業(yè)產量排名國內第一的玖龍紙(zhǐ)業啟(qǐ)動了5月份(fèn)的第三輪漲價……
 
據專家分析,漲價的主要原(yuán)因是造紙上遊的紙漿、物流、能源等價格全球性(xìng)的上(shàng)漲,直接增加了企業(yè)的生產成本。受紙漿原料價格上漲,造成漿價和紙價的倒掛,因此有些紙廠(chǎng)沒有辦法就要停機了(le)。
 
作為國民經濟十大支柱產業之一,造紙工業是衡量一個(gè)國家(jiā)現代化水平的重要標誌。目前,國內造紙行業纖維原料供需矛盾(dùn)日益突出,一方(fāng)麵表現(xiàn)為,纖維原料缺口越來越大,呈現逐年增(zēng)加之勢(shì);另一方麵,原料結構不(bú)合理,木漿比重低。近幾年來,隨著特種用(yòng)紙的發展和對紙張特殊性能要求的提高,非纖維(wéi)原(yuán)料的使用在造紙過程(chéng)中所占比例越來越多,其中填料(liào)由於其較低成本越來越受到人們的重(chóng)視。目前(qián),填料已成為造(zào)紙第二大原料。
 
傳統造紙填料(liào)主要分天然(rán)填料和人造填料兩大類。天然填料是指天然礦藏(cáng)經開采及機械加(jiā)工而使(shǐ)用的填料,如滑石粉、白土、鈦白粉、石膏等,人造填料是指經化學反應而製得或(huò)化工廠的副產品(pǐn)而使用的填料,如沉澱碳酸鈣、硫酸鋇、造紙汙泥、矽(guī)鈣填料等(děng)。加填不(bú)僅能節省纖維原料降低成本,還能改(gǎi)善紙頁的光學性質(zhì)和印刷適性,滿足紙頁某些(xiē)特殊性能的要求。
 
各種填(tián)料的特點及功能
 
高嶺土
高嶺土質地鬆軟,外觀白度較高。在造紙行業中,選擇高嶺土作填料是由於(yú)高嶺土在紙漿中不易與其它添加劑發生反(fǎn)應,充(chōng)填紙張中木質纖維之間的空隙,從而保留在(zài)纖維之間。此外,高嶺土粒度較小,易於流動,可以保證紙張的(de)密度及紙麵平滑度。
高嶺土作為填料(liào)常用於造紙行業。因(yīn)其價格低廉,實用性強,白度值相對較好而得到廣泛(fàn)使用。高嶺土很容易處理(lǐ)和分散。高嶺土的(de)使用使紙張具有(yǒu)高密度從而減少塗層滲透。高嶺土常用(yòng)於超級壓光造紙。
 
滑(huá)石粉
滑石(shí)粉的白度值高、密度大、折光度高,並且化學性質穩定,適用(yòng)於酸性造紙,同(tóng)時與CaCO3共用適用中(zhōng)性造紙;摩擦係(xì)數小,對紙機的磨損(sǔn)小(xiǎo),延長紙機的使用壽命,同時改善紙卷質量;片層結構有利(lì)於在紙頁中的留(liú)著並(bìng)改善紙張的不透明度、平滑度和印刷性能(néng)。滑石粉用於輪轉凹版(bǎn)印刷、膠板印刷(shuā)、特種塗布紙。
 
重質碳(tàn)酸鈣
選擇使用重質(zhì)碳酸鈣主要是由於其(qí)價格低、亮度(dù)高、灰分量大,容易(yì)著色、施膠等(děng)優點,同時可以提高紙張(zhāng)的不透明度、光澤度、改善紙張的吸油墨性。GCC是中、堿性造紙(zhǐ)常用的無機填料,隨著造紙行業逐漸由(yóu)酸(suān)性造紙轉為(wéi)中、堿性造紙(zhǐ)(中、堿性造紙相比於酸性造紙對紙機的損耗更小,更有益於環境保護和節約水資源),GCC的需求量逐漸增大。
 
沉澱(diàn)碳酸鈣
沉(chén)澱碳酸鈣(gài)(PCC)是化學(xué)法製備的碳酸鈣。它的(de)結構不同於重質碳酸鈣。使用PCC可以使紙張獲得更好(hǎo)的(de)光澤度和(hé)不透明度,減少原料(liào)纖維的使用(yòng)、降低紙機器材的損(sǔn)耗與成(chéng)本(běn)投入;改善紙(zhǐ)張的白度、印刷性能及使用壽命;同時(shí),根據(jù)不同需求可以使紙(zhǐ)張具備不同特性。
 
二氧化鈦
二氧化鈦(TiO2)具有高(gāo)白度、折光度、高遮蔽性等特點,是一種具有很高光學性能的顏料,所得紙(zhǐ)品更平整、均勻、吸油能力強,不僅能夠改善(shàn)紙張的不透明度、亮(liàng)度,同時可以提高其物理性能、柔軟性。造(zào)紙填(tián)料級(jí)TiO2通常選用銳鈦礦相TiO2。
 
以上幾種填料性能比較
 
白雲石
白雲石的(de)晶體結構與方解石類似,價格低廉,擁有較高的不透明(míng)度,經濕法研(yán)磨後(hòu)可以部分代替(tì)重質碳酸鈣作為造紙填料或用(yòng)於製備複合材(cái)料(liào),改善紙張的性能,更加合理有效(xiào)地利用資源,降低成本。
 
白炭黑(hēi)
白炭黑是國內近年用於噴墨(mò)打印紙的主要顏料。氣相(xiàng)法製造的納米或(huò)亞(yà)納米白炭黑具有更高的純度、比表麵積和吸(xī)附特性。隨著數碼影像技術的普及,用於噴墨打印紙的高(gāo)品質白炭黑消(xiāo)費量呈現較快增長。
 
膨潤土
膨潤土的提純、改性和提升產品白度以及擴展在造紙(zhǐ)行業的應用,是近年來相關行(háng)業的(de)主(zhǔ)要研(yán)究領域,研究成(chéng)果較(jiào)多,其中在助(zhù)留助濾、造紙塗料顏料、表麵施膠劑和造紙黏性物控製劑、水處(chù)理劑方麵的應用取得重要進展。膨潤土在造紙行業的消費量近年有了較快增長,主要用於微助留助濾劑和無碳複寫紙的酸性(活(huó)性)白土(tǔ),使用(yòng)技術相對(duì)成熟。
 
沸石
目(mù)前造紙用沸石主要為斜發(fā)沸石、絲光沸石、菱沸石和片沸石,因其特有的高孔隙度、吸附性、離子交換性、抗菌性、特殊光澤性(玻璃光澤、絲(sī)絹光澤、珍珠光澤)等用於造紙(zhǐ)填料、特種塗布塗料和水(shuǐ)處理劑等(děng),印刷紙填料能賦予紙張較高覆蓋性和不透明度,同時由於沸石化學穩(wěn)定(dìng)性好、對漿料係統幹擾小,適於酸性或堿性造紙(zhǐ),但用於高(gāo)速紙(zhǐ)機填料時因磨耗值較大受一(yī)定局限。
 
矽灰石
矽灰石(shí)是性能獨特的纖維狀礦物,加工後長徑比可達15~60。經改性後的矽灰(huī)石增(zēng)加(jiā)了柔性和親水性,能提高與植物纖維的親合力及成紙的強度,在同等紙張強度下(xià)改性矽灰石填加量比同等細度滑石和(hé)GCC(重質碳酸鈣)可增加0.3~1.0倍,並能顯著降低漿耗。改性矽灰石適用於酸性和堿性造紙,但因自身硬度(dù)較大、磨耗值高,在高速紙機中使用受到一定限製。
 
石膏
石膏纖維能克服其它礦物纖維短、易(yì)碎裂、留著率低、硬度高等缺陷,可滿足(zú)高速紙機生(shēng)產要求(qiú),在印(yìn)刷書寫紙和造紙塗料中具有廣(guǎng)闊的應用市場。同時,改性生石膏用於造紙填(tián)料同滑石、CaCO3比可提(tí)高填料保留率、成紙強度、挺度及(jí)不透明度;將改性硬石膏用於塗料顏料可提高(gāo)紙張挺(tǐng)度、白度,改善印刷性能。
 
蛭石
利用蛭石膨脹後具有的蓬鬆、低(dī)密度、化學(xué)性質穩定、隔熱、隔音、耐火、耐冷、絕(jué)緣、吸水、抗菌、吸附、陽離子交換等特(tè)性,可製造多種功能性工業(yè)用紙、軍(jun1)工用紙、裝飾紙(zhǐ)等。主要應用領域及紙種有:美術工藝包裝紙、書皮紙、裝飾(shì)紙、農業育苗紙、冷(lěng)凍食品保鮮包裝紙、軍工用紙、動(dòng)物襯墊紙、高級環保壁紙、減(jiǎn)震襯墊紙板、建築裝飾紙板等。
 
海泡石
海泡石具有極強的吸附性、耐高溫(1500~1700℃)性,良好的分散、抗(kàng)腐蝕、抗輻射、隔熱、絕(jué)緣等性能,在造紙中用(yòng)於液體過濾紙、除臭紙、香(xiāng)煙過濾咀紙、美容化妝紙、衛生巾紙、尿片紙、清潔(jié)紙、醫療用紙、耐高溫隔熱紙、鞭炮紙、阻(zǔ)燃紙、工業密封墊板紙、保鮮紙、農業育苗紙、寵物(wù)墊紙、幹燥(zào)劑包裝紙(zhǐ)、精密儀器包裝紙(zhǐ)、絕緣紙、抗氧化防腐包裝紙、耐酸堿無機(jī)過濾紙等。
 
矽藻土
國(guó)內造紙業主(zhǔ)要利用其(qí)大孔隙度、強吸附、小容重、隔熱、吸音、化學穩定(dìng)、無毒等工藝特性生產液體飲料、製糖、釀酒業用過(guò)濾紙和紙板,也(yě)用於建築裝飾紙板、蓄電池隔板、高吸(xī)水(shuǐ)生活用(yòng)紙、阻燃紙、寵物墊紙、廢水淨化劑、助凝劑等。
 
埃絡(luò)石
處於工業開發應用階段。磨(mó)耗度低,可(kě)用於高車(chē)速紙機,生產成本低。經PVA、APM、變性澱粉改性陽離子(zǐ)化產品,可提升張強度(30%~60%)、不透明度(dù)、灰份。比矽灰石填料有更好的成紙柔軟性、平滑度。
 
透閃石(shí)
半透明纖維狀。用(yòng)於填料對紙張性能貢獻與(yǔ)矽灰石、埃絡石相近。用於擠(jǐ)壓熱熔塗布和紙塑層合樹(shù)脂填充料有特殊技術(shù)品質貢獻(xiàn)。
 
麥飯石(shí)
相關研究表明,麥飯石具有一定的抑菌作用,用來製造保健醫療鞋墊紙板、食品包裝紙和保鮮紙。中國軍事醫學科學(xué)院、北京中醫藥大學(xué)將(jiāng)經改(gǎi)性處理的麥飯石複合產品,用於醫用紙和生活用紙或紙板的(de)填充劑。
 
高溫煆燒氧化鋁、矽微粉、石榴子石、莫來石等高硬度粉體
 
目前主要用於耐磨紙填料和拋光工業用砂帶(dài)紙的塗敷料。近年複合地板、家具裝(zhuāng)潢(huáng)以及建材用裝飾紙(zhǐ)消費量增長,高硬(yìng)度無機粉體材料製造技術及在造(zào)紙填料中的開發應用有待進一步深化。
 
填(tián)料(liào)的性質
 
填(tián)料的(de)反射指數、顆粒形態、粒徑及其分布、比表麵積、顆粒電荷、pH、溶(róng)解性和磨蝕性(xìng)是(shì)重要的性質,它們對紙張的不透明度和物理性質有很(hěn)大影響(xiǎng)。
 
反射指數(shù):是由填料的(de)化(huà)學成分和分子結構所決定的一項基本性質。原子結構對光散射性(xìng)(不透明度)有直接影響。這是因為光進入填料後在其內部發生多次(cì)反射而不是直接透過(guò)。填料的反射指數(shù)越大,反射光的數量越多,使紙張的不(bú)透明度越高(gāo)。銳鈦礦和金紅石型的TiO2的反射指數(shù)分別為2.55和2.76,其它常用填料的反射指(zhǐ)數都比TiO2低得多。
 
顆粒的形態:是填料的一(yī)種重要性質。它影響光(guāng)散射方式,從而影(yǐng)響紙中填料的光學特性。據研究(jiū)發現(xiàn),各種沉澱CaCO3的形態不同,從而使其光散射作用的能力不同。不同形狀的(de)顆粒,其光散射的最佳值不同。
 
粒徑(jìng)及其分布:填料(liào)的粒徑大小(xiǎo)、粒徑分布及填料粒(lì)子(zǐ)的聚集(jí)程度(dù)強烈地影響著填料的光學性質。研究發現,當填料粒徑(jìng)範圍較窄,特別是填料在紙張中均勻分布時(shí),有助於提高光散射率。以最(zuì)佳粒徑為中心的粒徑分布範圍(wéi)越窄時(shí),越有利於增加紙的不透(tòu)明度。
 
比表麵積:顆粒粒徑(jìng)、粒(lì)徑分布及顆粒形狀都對比表麵積有直接影響。顆粒的比表麵積影響光散射,也影響紙張強度和印刷性能。通常比表麵積高的填料(liào)會增加紙頁的適(shì)印性,但會削弱紙頁(yè)的強(qiáng)度,增加(jiā)施膠的難度。
 
顆粒電荷:填料顆粒表麵電(diàn)荷(hé)在填料分(fèn)散中起重要作用。影響填料狀態的作用力有三(sān)種:範德華力(常為引力)、靜電力、空(kōng)間阻力。這三種力隨顆粒間的距離變化而變化。它們之間的平衡決定了填料粒子是呈懸浮狀態還是絮聚。
 
磨蝕性:是填料的一項重要指標,高磨(mó)蝕性的填(tián)料會對紙機網部和印刷版造成過(guò)多的磨(mó)損,填料的磨蝕性(xìng)主要是由兩個因素引起的:晶體的性質或填(tián)料的硬度(原子間結合強(qiáng)度、空間(jiān)排列(liè)和雜質等),填料的物理性質(粒(lì)徑、粒徑分布(bù)、形狀、表(biǎo)麵積等)。少量雜(zá)質,如矽石是造成磨蝕的主要原(yuán)因。同種結晶形式時,大顆粒填料的磨蝕性高。

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