白面?？埳a(chǎn)中填料加填工藝的研究

李　珊，薛國(guó)新，王宏偉

（1.浙江理工大學(xué) 材料與紡織學(xué)院，浙江 杭州　310018；2.吉安集團(tuán)有限公司，浙江 嘉興　314300）

白面?？埳a(chǎn)中填料加填工藝的研究

李珊1，薛國(guó)新1，王宏偉2

（1.浙江理工大學(xué) 材料與紡織學(xué)院，浙江 杭州310018；2.吉安集團(tuán)有限公司，浙江 嘉興314300）

在白面?？垖?shí)際生產(chǎn)中進(jìn)行填料加填的生產(chǎn)試驗(yàn)，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：加填填料可有效提高成紙灰分，節(jié)約成本；重質(zhì)碳酸鈣（GCC）和輕質(zhì)碳酸鈣（PCC）填料均能提高紙張的白度；滑石粉可解決由加填填料帶來(lái)的成紙吸水性偏高的問(wèn)題；但隨著填料總量的增加，成紙的強(qiáng)度逐漸降低；對(duì)于定量為140 g/m2普通白面牛卡，最適宜的填料加填工藝為總填料量200 kg/t（紙），其中GCC 184 kg/t（紙），滑石粉10 kg/t（紙），膨潤(rùn)土5 kg/t（紙），超微粒填料1 kg/t（紙）；若生產(chǎn)增強(qiáng)白面?？ǎ商砑覲CC小比例替代GCC對(duì)成紙性能進(jìn)行調(diào)節(jié)。

重質(zhì)碳酸鈣；輕質(zhì)碳酸鈣；滑石粉；灰分；白面?？ǎ怀杉垙?qiáng)度

白面?？堊鳛橐环N比較高檔的箱板紙，分為漂白木漿掛面和表面涂布2種。本文試驗(yàn)的紙機(jī)生產(chǎn)的白面?？垶槠啄緷{掛面，共3層；面層采用木漿和白紙邊漿，芯、底層采用廢紙漿；面層加填填料，增加成紙灰分，節(jié)約成本。由于填料加填會(huì)對(duì)成紙的強(qiáng)度等指標(biāo)造成負(fù)面影響，為保證產(chǎn)品各項(xiàng)指標(biāo)合格，本文對(duì)白面?？埳a(chǎn)中填料的加填工藝的改善進(jìn)行了研究。

1　填料在白面?？埳a(chǎn)中的應(yīng)用

造紙?zhí)盍匣旧隙际歉鞣N礦物顏料，主要是滑石粉、高嶺土、碳酸鈣（包括GCC，PCC）和二氧化鈦等，所用填料的平均粒徑在1～10 μm之間［1］。本文中的紙機(jī)生產(chǎn)白面?？垥r(shí)所用填料主要為GCC、PCC、滑石粉、膨潤(rùn)土及超微粒填料，添加點(diǎn)為面層。碳酸鈣是其中主要添加的一種填料，GCC和PCC填料均能提高紙張的白度，且能提高成紙灰分，從而降低成本。PCC的特殊結(jié)構(gòu)和較窄的粒徑分布曲線使其具有較高的光散射系數(shù)，可使紙張獲得高不透明度［2］。填料的加填會(huì)對(duì)紙機(jī)造成磨損，PCC相對(duì)于GCC對(duì)網(wǎng)部的磨損要?。?］?；郏?MgO·4SiO2·H2O）是具有層狀結(jié)構(gòu)的硅酸鎂水合物，共3層，中間層是八面體的MgO層，上下均為四面體的硅石層［4］?；鄣膶訝罱Y(jié)構(gòu)可提高填料的留著率，節(jié)省助留劑用量，大大降低了生產(chǎn)成本，其表面具有疏水親油性，有利于濾水，控制成紙吸水性。此外，滑石粉還可以減少磨損，降低成紙的兩面差，改善箱板紙的印刷適應(yīng)性。膨潤(rùn)土是一種以蒙脫石為主要礦物的黏土，蒙脫石為3層結(jié)構(gòu)硅酸鹽礦物，具有劇烈的水化作用［5-6］，在助留助濾的同時(shí)，也起到了填料的作用。

本文中的紙機(jī)所用膨潤(rùn)土及超微粒填料的添加量較少且固定不變，而碳酸鈣及滑石粉的添加量會(huì)隨著所生產(chǎn)產(chǎn)品的種類、定量而有所不同；因此，以定量140 g/m2的白面?？垶槔?，針對(duì)成紙的灰分、灰分保留、顏色、亮度和強(qiáng)度等，重點(diǎn)跟蹤分析碳酸鈣及滑石粉的加填工藝。

2　中試生產(chǎn)試驗(yàn)

在三層長(zhǎng)網(wǎng)紙機(jī)上進(jìn)行了生產(chǎn)試驗(yàn)，探究適宜的填料加填工藝。

2.1試驗(yàn)條件

中試紙機(jī)為三道長(zhǎng)網(wǎng)紙機(jī)，二道靴型壓榨，采用硬壓光加軟壓光，膜轉(zhuǎn)移式施膠，卷紙機(jī)上紙幅寬為6 650 mm，車(chē)速為1 000 m/min。面層漿料為30%針葉木漿和70%白紙邊漿，打漿游離度為220 CSF；芯層為100%廢紙脫墨漿，底層為廢紙漿（長(zhǎng)纖50%+短纖50%），芯、底層打漿游離度均為280 CSF。

填料在面層紙機(jī)漿池加填，生產(chǎn)試驗(yàn)中生產(chǎn)的白面?？埗繛?40 g/m2，面層定量為24 g/m2，面層混合漿池濃度為3.0%，流漿箱pH為7.0～7.5。采用表面施膠和內(nèi)部施膠相結(jié)合的施膠工藝，面層添加淀粉8 kg/t（紙），漿內(nèi)硫酸鋁用量10 kg/t（紙）及AKD用量 22 kg/t（紙）。

填料的技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1　填料的主要技術(shù)參數(shù)

由表1可看出，GCC和PCC的各項(xiàng)指標(biāo)除平均粒徑外基本相當(dāng)，PCC的600目篩余物略高于GCC，PCC的平均粒徑比GCC小?；哿竭h(yuǎn)大于碳酸鈣，滑石粉的白度比碳酸鈣略低，3種填料的白度均在90%以上。

2.2試驗(yàn)方法

2.2.1GCC加填工藝

生產(chǎn)白面?？埰陂g，在加填膨潤(rùn)土用量5 kg/ t（紙）及超微粒填料用量1 kg/t（紙）的基礎(chǔ)上，增加GCC的加填量，觀察總填料量從100 kg/t（紙）到375 kg/t（紙）變化中灰分留著及成紙指標(biāo)的變化。

2.2.2PCC加填工藝

生產(chǎn)白面?？埰陂g，在加填膨潤(rùn)土用量5 kg/ t（紙）及超微粒填料用量1 kg/t（紙）的基礎(chǔ)上，加填GCC用量194 kg/t（紙），控制總填料加入量為200 kg/ t（紙），以0%～20%的PCC逐漸替代GCC，對(duì)灰分留著及成紙指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)。

2.2.3滑石粉加填工藝

生產(chǎn)白面?？埰陂g，保持加填膨潤(rùn)土用量5 kg/t（紙）及超微粒填料用量1 kg/t（紙）不變，加填GCC用量 179 kg/t（紙）。先在填料的制備中配入占總填料量5%的滑石粉替代GCC，3 h后填料貯存槽中滑石粉的比例達(dá)到5%，1 h后將把面層填料添加量由185 kg/t（紙）提高到200 kg/t（紙），穩(wěn)定生產(chǎn)24 h后開(kāi)始把填料中滑石粉的比例由5%向20%提升，生產(chǎn)穩(wěn)定后，先將填料添加量提至250 kg/t（紙），約1 h后將填料添加量提至300 kg/t（紙）。跟蹤生產(chǎn)中的各項(xiàng)指標(biāo)，綜合分析。

2.3性能測(cè)試

流漿箱灰分、灰分保留、面層灰分及成紙灰分的測(cè)試按GB/T 742—2008《造紙?jiān)?、紙漿、紙和紙板灰分的測(cè)定》；成紙光澤度的測(cè)試按GB/T 8941—2007《紙和紙板鏡面光澤度的測(cè)定》；成紙粗糙度的測(cè)試按GB/T 22881—2008《紙和紙板 粗糙度（平滑度）的測(cè)定（空氣泄漏法）通用方法》；成紙吸水性（Cobb值）的測(cè)試按 GB/T 461.3—2005《紙和紙板吸水性的測(cè)定》；成紙耐破度的測(cè)試按GB/T 1539—2007《紙板耐破度的測(cè)定》；成紙耐折度的測(cè)試按GB/T 2679.5—1995《紙和紙板耐折度的測(cè)定》。

3　結(jié)果與討論

3.1GCC加填工藝

圖1～3分別顯示了GCC加填對(duì)流漿箱灰分及灰分保留、面層灰分、成紙灰分和成紙強(qiáng)度的影響。

圖1　GCC加填對(duì)流漿箱灰分及灰分保留的影響

圖2　GCC加填對(duì)面層灰分及成紙灰分的影響

圖3　GCC加填對(duì)成紙強(qiáng)度的影響

如圖1和圖2所示，隨著填料加入量的增加，流漿箱灰分及灰分保留率逐漸提高，相應(yīng)地面層及成紙灰分也逐漸增大，最高面層灰分達(dá)到24.84%，成紙灰分達(dá)到13.76%。當(dāng)填料加入量超過(guò)200 kg/ t（紙）后，面層及成紙的灰分不再增大，GCC加填過(guò)量導(dǎo)致灰分保留開(kāi)始下降，填料不能有效地留著在紙頁(yè)中。

如圖3所示，填料的加填導(dǎo)致成紙強(qiáng)度降低，當(dāng)填料加入量超過(guò)270 kg/t（紙）時(shí)，成紙的質(zhì)量已達(dá)不到產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)；結(jié)果表明，對(duì)于定量140 g/m2的白面牛卡紙，填料加填量的適宜范圍為180～220 kg/t（紙），而當(dāng)填料加入量為200 kg/t（紙）時(shí)，其成紙及面層灰分達(dá)到較優(yōu)值；綜合考慮，在定量140 g/m2的白面?？埳a(chǎn)期間，填料加入總量為200 kg/t（紙）。

3.2PCC加填工藝

圖4～8分別顯示了PCC加填對(duì)流漿箱灰分及灰分保留、面層灰分、成紙灰分、成紙光澤度及粗糙度、成紙強(qiáng)度和施膠的影響。

圖4　PCC加填對(duì)流漿箱灰分及灰分保留的影響

圖5　PCC加填對(duì)面層灰分及成紙灰分的影響

如圖4和圖5所示，由于該紙機(jī)使用的PCC粒徑較GCC小，不利于留著，隨著PCC替代GCC比例的增大，面層留著率呈下降趨勢(shì)，20%PCC+80%GCC留著率較100%GCC留著率下降約18.59%；面層及成紙灰分呈降低趨勢(shì)，10%PCC+90%GCC面層灰分較100%GCC面層灰分下降了9.50%，成紙灰分下降了19.19%。

圖6　PCC加填對(duì)成紙光澤度及粗糙度的影響

PCC和GCC加填均能提高成紙白度及平滑度，降低成紙粗糙度［7］。由于PCC粒徑分布均勻，理論上改善成紙面層光澤性能及降低粗糙度要優(yōu)于GCC；但由于本次生產(chǎn)試驗(yàn)PCC加填比例較小，且其粒徑小于GCC，留著率降低，導(dǎo)致其改善成紙面層光澤性能及降低粗糙度效果反而不如GCC，如圖6所示。在該紙機(jī)后續(xù)生產(chǎn)中，將PCC應(yīng)用于涂布紙生產(chǎn)所使用的涂料中，發(fā)現(xiàn)PCC可有效改善成紙的光澤性能。

此外，由于PCC純度高，粒徑小，PCC與GCC復(fù)合加填的成紙強(qiáng)度比100%GCC加填有所提高，當(dāng)PCC替代比例達(dá)到20%時(shí)，其成紙耐折度較100%GCC加填提高了31.37%，如圖7所示。

圖7　PCC加填對(duì)成紙強(qiáng)度的影響

由于PCC表面較粗糙，比表面積大，吸油值較高［8］，同時(shí)，PCC制備中殘留的Ca（OH）2導(dǎo)致AKD施膠困難，如圖8所示，施膠工藝不變，隨著PCC替代GCC的比例增大，成紙正面Cobb值逐漸增大，20%PCC+80%GCC較100%GCC上升了16.67%。提高AKD用量至28 kg/t（紙）后，成紙Cobb值恢復(fù)未替代時(shí)的加填效果；因此，對(duì)于定量140 g/m2的白面?？垼趯?duì)成紙強(qiáng)度無(wú)特殊要求的情況下，不添加PCC。

圖8　PCC加填對(duì)施膠的影響

3.3滑石粉加填工藝

圖9和圖10分別顯示了滑石粉加填對(duì)灰分保留、面層灰分及成紙灰分的影響。表2顯示了滑石粉加填后的成紙指標(biāo)數(shù)據(jù)。

圖9　滑石粉加填對(duì)灰分保留的影響

圖10　滑石粉加填對(duì)面層灰分及成紙灰分的影響

表2　滑石粉加填后成紙指標(biāo)數(shù)據(jù)

從表2可以看出，填料中配有一定比例的滑石粉之后，當(dāng)添加量達(dá)到300 kg/t（紙）時(shí)，成紙的吸水性以及點(diǎn)滲情況仍然在合格的范圍之內(nèi)?；鄣氖杷詫?duì)控制成紙的吸水性有幫助，這樣就可以在保證成紙吸水性能的情況下提高面層填料的添加量，從而達(dá)到替代纖維原料的目的。后續(xù)試驗(yàn)中繼續(xù)提高填料加填量，成紙的吸水性開(kāi)始變差；因此，對(duì)于填料添加量以及滑石粉的比例要控制在合理的范圍內(nèi)。

從表2還可以看出：滑石粉的加填使紙面的顏色出現(xiàn)輕微的偏黃，但都在合格的范圍之內(nèi)；當(dāng)總填料為200 kg/t（紙）不變，滑石粉添加量達(dá)到總填料的20%時(shí)，其白度比未加填滑石粉下降了1.48%；從成紙的各項(xiàng)指標(biāo)來(lái)看，包括粗糙度在內(nèi)都沒(méi)有發(fā)生明顯的變化，沒(méi)有影響到車(chē)間的正常生產(chǎn)；提高總填料用量，滑石粉比例保持20%不變，成紙白度有所上升；填料加填用量為300 kg/t（紙）比填料加填用量為200 kg/t（紙）提高了2.50%，比未加填滑石粉的200 kg/t（紙）白度提高了0.99%；在填料添加量為200 kg/t（紙）不變的情況下，滑石粉比例越大，面層灰分保留越小，成紙灰分越小。為利用滑石粉對(duì)吸水性的改善效果，綜合考慮，在定量140 g/m2的白面?？埳a(chǎn)期間，添加5%的滑石粉替代GCC進(jìn)行填料加填。

4　結(jié)論

GCC和PCC都能提高成紙白度及成紙灰分，GCC加填在生產(chǎn)中其施膠劑的用量低于PCC加填，PCC加填可改善GCC加填帶來(lái)的成紙強(qiáng)度下降，且PCC對(duì)紙機(jī)的磨損較GCC小。2種填料各有優(yōu)點(diǎn)；因此考慮將這2種填料以不同比例混合，可對(duì)紙張質(zhì)量進(jìn)行快速、靈活的調(diào)節(jié)，以獲得所要求的紙張質(zhì)量。為保證紙機(jī)生產(chǎn)的穩(wěn)定性，在生產(chǎn)白面?？埰陂g，主要以GCC加填為主，添加小比例的PCC來(lái)改善成紙的性能。對(duì)于定量為140 g/m2的白面牛卡紙，填料加填的適宜范圍為180～220 kg/t（紙）。而當(dāng)填料加入量為200 kg/t（紙）時(shí)，定量140 g/m2白面?？埖某杉埣懊鎸踊曳诌_(dá)到較優(yōu)值。由于PCC的市場(chǎng)單價(jià)高于GCC，在對(duì)成紙強(qiáng)度要求不高的情況下，采用降低GCC加填量來(lái)彌補(bǔ)填料造成的強(qiáng)度下降。

滑石粉可有效控制成紙的吸水性，滑石粉的加填對(duì)成紙的白度有一定的影響，但影響不大?；奂犹畋壤酱?，灰分保留越小，為后續(xù)生產(chǎn)高填料加填紙創(chuàng)造條件。在滑石粉添加比例為20%不變的前提下，當(dāng)總填料量超過(guò)一定量時(shí)，成紙的吸水性又會(huì)變差。綜合考慮，在定量140 g/m2的白面牛卡紙生產(chǎn)期間，添加5%的滑石粉替代GCC進(jìn)行填料加填。

結(jié)合紙機(jī)生產(chǎn)條件，最終確定定量為140 g/m2的普通白面牛卡紙的加填工藝為：總填料量為200 kg/t（紙），其中GCC加填量為184 kg/t（紙），滑石粉加填量為10 kg/t（紙），膨潤(rùn)土加填量為5 kg/t（紙），超微粒填料加填量為1 kg/t（紙）。當(dāng)生產(chǎn)高強(qiáng)白面?？垥r(shí)，可采用PCC小比例替代GCC對(duì)成紙性能進(jìn)行靈活調(diào)節(jié)。

［1］程金蘭，翟華敏，吳慧英.造紙主要填料動(dòng)態(tài)留著特性研究［J］.中國(guó)造紙學(xué)報(bào)，2009，24（4）：46-49.

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Research on the Application of Paper Fillers in the Coated Duplex Board Manufacture

LI Shan1，XUE Guo-xin1，WANG Hong-wei2
（1.Zhejiang University of Technology，Hangzhou 310018，China；2.Ji'an Group Co.，Ltd，Jiaxing 314300，China）

Adding paper filler tests were carried out during the production of the coated duplex board.The results show that adding filler can improve the ash contect of paper effectively and save the cost，both of GCC and PCC can improve the whiteness of paper，talcum powder can control the paper's hydroscopicity.But with the increase of adding filler，the intensity of the paper product reduce gradually.For the ordinary coated duplex board of 140 g/m2quantitative，adding 200 kg/t（paper）paper filler，cosists of 184 kg/t（paper）GCC，10 kg/t（paper）talc powder，5 kg/t（paper）bentonite and 1 kg/t（paper）ultramicron filler were proved to be a suitable craft.Replace low percentage of GCC with PCC can adjust the property of the product when manufacture the heighten coated duplex board.

GCC；PCC；talc；ash contect；coated duplex board；paper intensity

TS761.7

A

1007-2225（2015）02-0021-06

李珊女士（1989-），在讀碩士；研究方向：制漿造紙；E-mail：shanshan-shu@163.com。

本文文獻(xiàn)格式：李珊，薛國(guó)新，王宏偉．白面?？埳a(chǎn)中填料加填工藝的研究［J］．造紙化學(xué)品，2015，27（2）∶21-26．

2015-01-19（修回）