中國粉體網 碳酸鈣作為造紙填料和紙張涂布加工用顏料主要分為兩大類：一類是化學沉淀制造的合成輕質碳酸鈣PCC，另一類是研磨石灰石制造的天然碳酸鈣GCC。造紙用碳酸鈣的粒徑通常在5-20um，造紙纖維的直徑10um左右，不過在實際填加過程中，直接添加填料，一部分填料會被吸附在纖維上，從而阻礙了氫鍵的結合，降低了紙張強度和耐折度。
圖1紙張中填料與纖維位置關系示意圖
造紙填料的用量和種類的選擇以及填加技術的使用一般與紙張的特殊要求、特殊種類密切相關。以造紙業近期較為火爆的白卡紙為例，3月伊始，華東地區部分社會級白卡紙(250g平張)的市場價格突破10,000元/噸，創下歷史新高。而白卡紙價格漲價幅度加快，主要有三大因素推動，第一條是近期限塑令進一步加強，從而推動其市場看漲。這其中隱藏的深層因素是，白卡紙伸縮性小，有韌性，折疊時不易斷裂的性能優勢。
造紙行業中有許多紙張具備特定用途，紙張生產時若填加一種類型的填料可能無法較好的滿足紙張的功能需求，需要將兩種或兩種以上填料進行復配加填。但是這對填加技術的要求較高，需要解決高填加與成紙性能之間的矛盾。
現在造紙工業中如何解決高填加與成紙性能之間的矛盾？答案是：預絮聚改性。
一、填料預絮聚技術
1概念
預絮聚技術是采用一種或幾種化學助劑與碳酸鈣（或其他）填料混合的過程，完成混合處理后再添加造紙。按照改性劑填加的方式和種類的不同可大致劃分為，多元共預絮聚和填料包覆預絮聚。
圖2預絮聚體形成過程
多元共預絮聚
當采用單一的低分子質量聚合物改性劑對造紙填料進行預絮聚改性時，聚集體的尺寸較小，分布較寬，易被破壞，不易控制。因此近年來研究者們致力于研究多元共預絮聚。
填料包覆預絮聚
包覆預絮聚技術是兼具包覆與預絮聚作用的復合型技術，利用幾種常見的造紙濕部助劑混合時形成聚合電解質復合物的原理，首先將聚合電解質復合物均勻包裹或沉積在填料粒子的表面形成填料包覆體，再在包覆體之間通過聚合物絮聚形成疏松的預絮聚體，完成填料的包覆預絮聚改性，并將改性填料不經干燥等其他任何環節，直接用于加填。
2優勢
與傳統的加填技術相比，預絮聚技術能增加造紙過程中的填料用量，同時還能降低加填對成紙強度、施膠等性能的不利影響。
圖3不同尺寸預絮體加填紙張
3絮凝劑
聚丙烯酰胺和淀粉是比較常見的用于填料預絮聚的絮凝劑，它們分別可以單獨使用也可以混合復配使用。
4絮聚機理
通常來說，漿料中細小組分的聚集機理有電荷中和、補丁效應、架橋絮凝、網絡絮凝四種基本形式，然而這些絮聚機理往往并不是單獨存在的，以填料預絮聚來說，絮凝劑種類，分子量、電荷密度等特性均對聚集機理有著不同的影響。
二、碳酸鈣預絮聚加填方式對紙張性能的影響
1、PCC、GCC單獨預絮聚填加
王亞騰等人研究PCC、GCC及二者混合填料的預絮聚體隨預絮聚劑用量的變化，考察了混合填料不同預絮聚方式對加填紙張性能的影響。
結果表明: PCC的預絮聚性能優于GCC的預絮聚性能，預絮聚體的粒徑隨陽離子淀粉(CS)的用量呈先增大后減小的趨勢;預絮聚加填紙張的抗張強度和耐折度與預絮聚體的粒徑有關，粒徑越大，抗張強度和耐折度越高;不同的預絮聚加填方式中，填料PCC、GCC分別預絮聚后加填對紙張的抗張強度和耐折度的改善作用最強。
除表中數據外，分析還可得知，手抄片(在實驗室抄造的小塊紙張)的物理強度與預絮聚體的粒徑有相似的變化趨勢,在PCC、GCC預絮聚體的粒徑最大時，手抄片的物理強度也最高。
據以上結果可知,對PCC與GCC復配加填來說,單獨對其中一種填料進行預絮聚加填都能提高紙張的強度性能,尤其是PCC單獨預絮聚加填,雖然PCC在填料中比例只有25%,但其單獨預絮聚加填對紙張強度的提升效果更明顯。
2、PCC與GCC混合后預絮聚加填
數據顯示，隨CS用量的增加，成紙的物理強度先上升后下降，在CS用量為1.0%時,加填手抄片的抗張強度和耐折度最高，分別比未預絮聚時提高了3.63%和7.69%。
對比表1和表2，PCC、GCC混合后預絮聚加填對成紙強度的改善效果與GCC單獨預絮聚加填時相近，低于PCC單獨預絮聚加填時的改善效果。這可能是由于在對PCC、GCC的混合填料進行預絮聚時.預絮聚體顆粒中既包含PCC顆粒，也包含GCC顆粒，由于GCC在CS中比較難預絮聚，所以混合預絮聚體中的GCC顆粒會抑制混合預絮聚體的進一步絮聚，而且混合填料中GCC的質量占75%，所以混合預絮聚體的性質更接近GCC預絮聚體的性質。
3、PCC、GCC分別預絮聚后加填
實驗考察了PCC、GCC分別預絮聚后加填和填料未經絮聚直接加填的手抄片的性能。根據表1的結果，確定PCC預絮聚的CS用量為1.5%,GCC預絮聚的CS用量為0.5%，所得結果如表3所示。
從表3看出，采用PCC、GCC分別預絮聚后加填的方法,能有效改善手抄片的物理強度。與填料未經預絮聚直接加填的手抄片相比，PCC、GCC分別預絮聚后加填的手抄片抗張強度提高了6.94%,耐折度提高了28.13%;與PCC、GCC單獨預絮聚或PCC、GCC混合后預絮聚加填相比，其手抄片強度性能的提升幅度也較大。這主要是因為PCC、GCC分別預絮聚加填時,避免了GCC和PCC的相互干擾，使GCC和PCC都在最佳條件下形成預絮聚體。
結語
近幾年，國內對預絮聚技術的研究越來越多，并逐漸形成理論體系。如，對紙張施膠度的影響，對填料留著率的影響，對紙張強度的影響，對紙張松厚度和透氣性的影響，對紙張光學性能的影響等等。在工業化生產應用和實驗研究之間，由理論體系到生產數據量化，還有大量工作需要完成，需要造紙企業和粉體加工企業以及相關研究人員攜手共進。
參考來源：
王亞騰，等：混合填料預絮聚加填對紙張性能的影響，中國制漿造紙研究院
李濤，等：填料絮聚體特性及 PCC/CNF共絮聚增強性能研究，陜西科技大學
石義剛，等：碳酸鈣預絮聚加填技術研究，湖北工業大學
劉新征，等：白卡紙價格破萬漲勢不減禁塑令下替代需求大相關企業有望受益，證券時報
(中國粉體網編輯整理/昧光)
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