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降低造纸成本,看这20种粉体填料如何各显其能

作者:admin 时间:2021-06-30 阅读量:

 

近日,据央视报道,进入五月份以来,国内主要文化纸企业和贸易商发布多张涨价函,其中文化纸普遍涨价200元/吨,白卡纸涨价则达到1000元/吨,生活用纸1个月也迎来三连涨,包装纸行业产量排名国内第一的玖龙纸业启动了5月份的第三轮涨价……

 

据专家分析,涨价的主要原因是造纸上游的纸浆、物流、能源等价格全球性的上涨,直接增加了企业的生产成本。受纸浆原料价格上涨,造成浆价和纸价的倒挂,因此有些纸厂没有办法就要停机了。
 

作为国民经济十大支柱产业之一,造纸工业是衡量一个国家现代化水平的重要标志。目前,国内造纸行业纤维原料供需矛盾日益突出,一方面表现为,纤维原料缺口越来越大,呈现逐年增加之势;另一方面,原料结构不合理,木浆比重低。近几年来,随着特种用纸的发展和对纸张特殊性能要求的提高,非纤维原料的使用在造纸过程中所占比例越来越多,其中填料由于其较低成本越来越受到人们的重视。目前,填料已成为造纸第二大原料。
 

传统造纸填料主要分天然填料和人造填料两大类。天然填料是指天然矿藏经开采及机械加工而使用的填料,如滑石粉、白土、钛白粉、石膏等,人造填料是指经化学反应而制得或化工厂的副产品而使用的填料,如沉淀碳酸钙、硫酸钡、造纸污泥、硅钙填料等。加填不仅能节省纤维原料降低成本,还能改善纸页的光学性质和印刷适性,满足纸页某些特殊性能的要求。

 

各种填料的特点及功能
 

高岭土
 

高岭土质地松软,外观白度较高。在造纸行业中,选择高岭土作填料是由于高岭土在纸浆中不易与其它添加剂发生反应,充填纸张中木质纤维之间的空隙,从而保留在纤维之间。此外,高岭土粒度较小,易于流动,可以保证纸张的密度及纸面平滑度。
 

高岭土作为填料常用于造纸行业。因其价格低廉,实用性强,白度值相对较好而得到广泛使用。高岭土很容易处理和分散。高岭土的使用使纸张具有高密度从而减少涂层渗透。高岭土常用于超级压光造纸。
 

滑石粉
 

滑石粉的白度值高、密度大、折光度高,并且化学性质稳定,适用于酸性造纸,同时与CaCO3共用适用中性造纸;摩擦系数小,对纸机的磨损小,延长纸机的使用寿命,同时改善纸卷质量;片层结构有利于在纸页中的留着并改善纸张的不透明度、平滑度和印刷性能。滑石粉用于轮转凹版印刷、胶板印刷、特种涂布纸。
 

重质碳酸钙
 

选择使用重质碳酸钙主要是由于其价格低、亮度高、灰分量大,容易着色、施胶等优点,同时可以提高纸张的不透明度、光泽度、改善纸张的吸油墨性。GCC是中、碱性造纸常用的无机填料,随着造纸行业逐渐由酸性造纸转为中、碱性造纸(中、碱性造纸相比于酸性造纸对纸机的损耗更小,更有益于环境保护和节约水资源),GCC的需求量逐渐增大。
 

沉淀碳酸钙
 

沉淀碳酸钙(PCC)是化学法制备的碳酸钙。它的结构不同于重质碳酸钙。使用PCC可以使纸张获得更好的光泽度和不透明度,减少原料纤维的使用、降低纸机器材的损耗与成本投入;改善纸张的白度、印刷性能及使用寿命;同时,根据不同需求可以使纸张具备不同特性。
 

二氧化钛
 

二氧化钛(TiO2)具有高白度、折光度、高遮蔽性等特点,是一种具有很高光学性能的颜料,所得纸品更平整、均匀、吸油能力强,不仅能够改善纸张的不透明度、亮度,同时可以提高其物理性能、柔软性。造纸填料级TiO2通常选用锐钛矿相TiO2

 

白云石
 

白云石的晶体结构与方解石类似,价格低廉,拥有较高的不透明度,经湿法研磨后可以部分代替重质碳酸钙作为造纸填料或用于制备复合材料,改善纸张的性能,更加合理有效地利用资源,降低成本。
 

白炭黑
 

白炭黑是国内近年用于喷墨打印纸的主要颜料。气相法制造的纳米或亚纳米白炭黑具有更高的纯度、比表面积和吸附特性。随着数码影像技术的普及,用于喷墨打印纸的高品质白炭黑消费量呈现较快增长。
 

膨润土
 

膨润土的提纯、改性和提升产品白度以及扩展在造纸行业的应用,是近年来相关行业的主要研究领域,研究成果较多,其中在助留助滤、造纸涂料颜料、表面施胶剂和造纸黏性物控制剂、水处理剂方面的应用取得重要进展。膨润土在造纸行业的消费量近年有了较快增长,主要用于微助留助滤剂和无碳复写纸的酸性(活性)白土,使用技术相对成熟。
 

沸石
 

目前造纸用沸石主要为斜发沸石、丝光沸石、菱沸石和片沸石,因其特有的高孔隙度、吸附性、离子交换性、抗菌性、特殊光泽性(玻璃光泽、丝绢光泽、珍珠光泽)等用于造纸填料、特种涂布涂料和水处理剂等,印刷纸填料能赋予纸张较高覆盖性和不透明度,同时由于沸石化学稳定性好、对浆料系统干扰小,适于酸性或碱性造纸,但用于高速纸机填料时因磨耗值较大受一定局限。
 

硅灰石
 

硅灰石是性能独特的纤维状矿物,加工后长径比可达15~60。经改性后的硅灰石增加了柔性和亲水性,能提高与植物纤维的亲合力及成纸的强度,在同等纸张强度下改性硅灰石填加量比同等细度滑石和GCC(重质碳酸钙)可增加0.3~1.0倍,并能显著降低浆耗。改性硅灰石适用于酸性和碱性造纸,但因自身硬度较大、磨耗值高,在高速纸机中使用受到一定限制。
 

石膏
 

石膏纤维能克服其它矿物纤维短、易碎裂、留着率低、硬度高等缺陷,可满足高速纸机生产要求,在印刷书写纸和造纸涂料中具有广阔的应用市场。同时,改性生石膏用于造纸填料同滑石、CaCO3比可提高填料保留率、成纸强度、挺度及不透明度;将改性硬石膏用于涂料颜料可提高纸张挺度、白度,改善印刷性能。
 

蛭石
 

利用蛭石膨胀后具有的蓬松、低密度、化学性质稳定、隔热、隔音、耐火、耐冷、绝缘、吸水、抗菌、吸附、阳离子交换等特性,可制造多种功能性工业用纸、军工用纸、装饰纸等。主要应用领域及纸种有:美术工艺包装纸、书皮纸、装饰纸、农业育苗纸、冷冻食品保鲜包装纸、军工用纸、动物衬垫纸、高级环保壁纸、减震衬垫纸板、建筑装饰纸板等。
 

海泡石
 

海泡石具有极强的吸附性、耐高温(1500~1700℃)性,良好的分散、抗腐蚀、抗辐射、隔热、绝缘等性能,在造纸中用于液体过滤纸、除臭纸、香烟过滤咀纸、美容化妆纸、卫生巾纸、尿片纸、清洁纸、医疗用纸、耐高温隔热纸、鞭炮纸、阻燃纸、工业密封垫板纸、保鲜纸、农业育苗纸、宠物垫纸、干燥剂包装纸、精密仪器包装纸、绝缘纸、抗氧化防腐包装纸、耐酸碱无机过滤纸等。
 

硅藻土
 

国内造纸业主要利用其大孔隙度、强吸附、小容重、隔热、吸音、化学稳定、无毒等工艺特性生产液体饮料、制糖、酿酒业用过滤纸和纸板,也用于建筑装饰纸板、蓄电池隔板、高吸水生活用纸、阻燃纸、宠物垫纸、废水净化剂、助凝剂等。
 

埃络石
 

处于工业开发应用阶段。磨耗度低,可用于高车速纸机,生产成本低。经PVA、APM、变性淀粉改性阳离子化产品,可提升张强度(30%~60%)、不透明度、灰份。比硅灰石填料有更好的成纸柔软性、平滑度。
 

透闪石
 

半透明纤维状。用于填料对纸张性能贡献与硅灰石、埃络石相近。用于挤压热熔涂布和纸塑层合树脂填充料有特殊技术品质贡献。
 

麦饭石
 

相关研究表明,麦饭石具有一定的抑菌作用,用来制造保健医疗鞋垫纸板、食品包装纸和保鲜纸。中国军事医学科学院、北京中医药大学将经改性处理的麦饭石复合产品,用于医用纸和生活用纸或纸板的填充剂。
 

高温煅烧氧化铝、硅微粉、石榴子石、莫来石等高硬度粉体
 

目前主要用于耐磨纸填料和抛光工业用砂带纸的涂敷料。近年复合地板、家具装潢以及建材用装饰纸消费量增长,高硬度无机粉体材料制造技术及在造纸填料中的开发应用有待进一步深化。
 

填料的性质

 

填料的反射指数、颗粒形态、粒径及其分布、比表面积、颗粒电荷、pH、溶解性和磨蚀性是重要的性质,它们对纸张的不透明度和物理性质有很大影响。
 

反射指数:是由填料的化学成分和分子结构所决定的一项基本性质。原子结构对光散射性(不透明度)有直接影响。这是因为光进入填料后在其内部发生多次反射而不是直接透过。填料的反射指数越大,反射光的数量越多,使纸张的不透明度越高。锐钛矿和金红石型的TiO2的反射指数分别为2.55和2.76,其它常用填料的反射指数都比TiO2低得多。
 

颗粒的形态:是填料的一种重要性质。它影响光散射方式,从而影响纸中填料的光学特性。据研究发现,各种沉淀CaCO3的形态不同,从而使其光散射作用的能力不同。不同形状的颗粒,其光散射的最佳值不同。
 

粒径及其分布:填料的粒径大小、粒径分布及填料粒子的聚集程度强烈地影响着填料的光学性质。研究发现,当填料粒径范围较窄,特别是填料在纸张中均匀分布时,有助于提高光散射率。以最佳粒径为中心的粒径分布范围越窄时,越有利于增加纸的不透明度。
 

比表面积:颗粒粒径、粒径分布及颗粒形状都对比表面积有直接影响。颗粒的比表面积影响光散射,也影响纸张强度和印刷性能。通常比表面积高的填料会增加纸页的适印性,但会削弱纸页的强度,增加施胶的难度。
 

颗粒电荷:填料颗粒表面电荷在填料分散中起重要作用。影响填料状态的作用力有三种:范德华力(常为引力)、静电力、空间阻力。这三种力随颗粒间的距离变化而变化。它们之间的平衡决定了填料粒子是呈悬浮状态还是絮聚。
 

磨蚀性:是填料的一项重要指标,高磨蚀性的填料会对纸机网部和印刷版造成过多的磨损,填料的磨蚀性主要是由两个因素引起的:晶体的性质或填料的硬度(原子间结合强度、空间排列和杂质等),填料的物理性质(粒径、粒径分布、形状、表面积等)。少量杂质,如硅石是造成磨蚀的主要原因。同种结晶形式时,大颗粒填料的磨蚀性高。