碳酸鈣填料在毛巾紙中的應(yīng)用

文獻(xiàn)中很少有涉及到在紙巾紙和毛巾紙中添加填料的資料，而這些少量涉及到的資料顯示，紙巾紙生產(chǎn)中添加填料的研究大多數(shù)使用的是高嶺土。該文介紹了歐米亞最近在FPInnovation（加拿大林產(chǎn)工業(yè)技術(shù)研究院）中試生產(chǎn)定量為26 g/m2的單層原生漿毛巾紙中添加不同用量和不同形態(tài)的碳酸鈣填料獲得成功——就目前的漿料價(jià)格而言，預(yù)計(jì)噸紙可節(jié)省10～20美元。

在毛巾紙等生活用紙中添加填料有優(yōu)點(diǎn)也有其不足（見表1），不管優(yōu)點(diǎn)有多少，其前提是添加填料后紙張的性能保持不變或者更優(yōu)。

表1 生活用紙中添加填料的優(yōu)點(diǎn)和不足

表1列出了添加填料的優(yōu)點(diǎn)和不足，有以下3點(diǎn)補(bǔ)充說明。

（1）關(guān)于碳酸鈣對(duì)揚(yáng)克涂布/剝離的影響。對(duì)于這個(gè)問題有2點(diǎn)考慮：一是如果在此過程中添加碳酸鈣會(huì)使得涂布層變硬并降低涂布效率，同時(shí)產(chǎn)生紙機(jī)運(yùn)行問題；二是由于碳酸鈣在pH大于7時(shí)呈疏水性，不溶于水，可能析出紙張表面。

（2）關(guān)于紙機(jī)的運(yùn)行性能。填料也會(huì)嚴(yán)重影響紙機(jī)的運(yùn)行性能。使用填料時(shí)為了使紙機(jī)的運(yùn)行達(dá)到最優(yōu)化，必須使用助留劑（聚合物類或淀粉類）。好的助留劑可以使白水保持干凈，并且最小化紙機(jī)堵塞和沉積問題。即使沒有添加填料，這種方法也值得強(qiáng)烈推薦。

（3）關(guān)于紙張質(zhì)量。填料也會(huì)嚴(yán)重影響紙張質(zhì)量。眾所周知，填料對(duì)纖維無親和力并妨礙纖維間的鍵接，因此可能會(huì)導(dǎo)致掉毛掉粉問題。使用合適的化學(xué)品可以解決這個(gè)問題，如助留劑、干強(qiáng)劑、濕強(qiáng)劑和淀粉等。雖然光學(xué)問題（白度和不透明度）不及強(qiáng)度重要，不過填料可以改善光學(xué)性能也是其主要優(yōu)點(diǎn)。

1 中試

中試準(zhǔn)備工作的第1步是模擬毛巾紙，由于其定量非常高，加入填料后就更高了。為了保持紙張的松厚度，使用的漿料為：漂白硫酸鹽針葉木（黑云杉）漿（NBSK）和漂白化學(xué)熱磨機(jī)械漿（BCTMP），二者的配比為：w（NBSK）∶w（BCTMP）=80%∶20%。

碳酸鈣填料，有3種形態(tài)。填料1：白度為96%（TAPPI），固含量為20%，粒徑＜2 μm占30%。填料2：白度為94%（TAPPI），固含量為20%，粒徑＜2 μm占60%。填料3：白度為95%（TAPPI），固含量為72%，粒徑＜2 μm占90%。中試中填料的目標(biāo)用量為5%～10%。

圖1為3種形態(tài)的碳酸鈣填料的掃描電鏡（SEM）照片。

圖13 種碳酸鈣填料的掃描電鏡照片

每種填料在中試中都使用1天。紙卷樣品檢測(cè)的項(xiàng)目有碳酸鈣含量、厚度、定量、縱橫向抗張強(qiáng)度、濕強(qiáng)度和白度。中試使用的化學(xué)品見表2。

中試參數(shù)見表3。

表2 中試使用的化學(xué)品

表3 中試參數(shù)

中試檢測(cè)項(xiàng)目有紙機(jī)尾部的pH、溫度、導(dǎo)電性、陽(yáng)離子需求量、濁度、硬度、堿度和濃度（流漿箱和貯料倉(cāng)）等。所有的吸收測(cè)試，包括總吸水量和吸收速率由第3方檢測(cè)。

中試根據(jù)紙張的測(cè)試結(jié)果和紙機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)，增加助留劑和干強(qiáng)劑的用量以使紙機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定。

2 結(jié)果和討論

一般而言，3種填料的濕部測(cè)試都沒有太大的問題。pH平均為8.0±0.2，溫度保持在45℃，硬度和堿度有微小的變化。下文為碳酸鈣的中試結(jié)果。

2.1 填料含量的變化及其對(duì)ISO白度的影響

圖2為紙張中填料含量的變化對(duì)ISO白度的影響。

由圖2可見，當(dāng)助留劑的用量增加到1 kg/t時(shí)，ISO白度增加1～2百分點(diǎn)。

2.2 紙張其他性能的測(cè)量

前面提到過，總吸水量和吸水速率由第3方檢測(cè)?？偽康臄?shù)據(jù)表明，填料不同其總吸水量也不同。使用歐米亞soft?填料的中試表明，填料使用量為10%時(shí)（紙張中填料的量穩(wěn)定在6%～8%），填料用量對(duì)吸水率沒有明顯影響。

2.3 填料的其他影響

中試中，由第3方檢測(cè)了3種填料對(duì)揚(yáng)克刮刀的磨損程度。結(jié)果表明填料對(duì)刮刀的磨損非常小。此外，根據(jù)商業(yè)應(yīng)用情況，2%～3%的填料含量對(duì)刮刀或紙機(jī)貴重器材沒有影響。

添加填料的主要影響在于紙張?jiān)趽P(yáng)克紙機(jī)上干燥時(shí)能源的消耗。中試期間，監(jiān)測(cè)了揚(yáng)克烘缸的蒸氣消耗量。結(jié)果表明，在成紙濕度相同時(shí)蒸氣消耗量顯著降低。3種填料都呈現(xiàn)相似的趨勢(shì)?？偟膩碚f，碳酸鈣填料用量為5%時(shí)，揚(yáng)克烘缸的蒸氣消耗可減少7%～8%。

2.4經(jīng)濟(jì)評(píng)估

假設(shè)毛巾紙紙機(jī)按下列條件運(yùn)行：日產(chǎn)量100 t；漿料配比為w（NBSK）∶w（BCTMP）=80%∶20%；填料為歐米亞soft?，用量為4%質(zhì)量分?jǐn)?shù)；總填料留著率至少在50%以上；噸紙助留劑和干強(qiáng)劑的費(fèi)用為5～6美元。

根據(jù)上述中試條件，除去蒸氣消耗的節(jié)省量，噸紙可以節(jié)省10～12美元。如果將蒸氣也計(jì)算在內(nèi)，則噸紙可節(jié)省12～14美元。紙廠也可以通過提高紙機(jī)運(yùn)行速度（假設(shè)車速不受限制）來增加日產(chǎn)量，那么節(jié)省的成本就大大增加，因?yàn)檫@些增加的日產(chǎn)量可看成是純利潤(rùn)（減去填料和化學(xué)品的成本）。這樣一來，噸紙可節(jié)省至少20美元。

圖2 紙張中填料含量的變化對(duì)ISO白度的影響

3 結(jié)論

毛巾紙使用碳酸鈣作填料的中試結(jié)果表明：（1）提高了紙頁(yè)白度（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%～5%的填料最多可提高1百分點(diǎn)ISO白度）；（2）選擇合適的干強(qiáng)劑可以使紙張物理性能（抗張強(qiáng)度和松厚度）不受影響；（3）可能降低揚(yáng)克烘缸蒸氣消耗（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%～5%的填料最多可節(jié)省8%蒸氣）；（4）對(duì)濕部化學(xué)影響很??；（5）單組分聚合物可用作助留劑。

（胡偉婷編譯）