碳酸鈣填料在毛巾紙中的應用

碳酸鈣填料在毛巾紙中的應用

文獻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，紙巾紙生產中添加填料的研究大多數使用的是高嶺土。該文介紹了歐米亞最近在FPInnovation（加拿大林產工業技術研究院）中試生產定量為26 g/m2的單層原生漿毛巾紙中添加不同用量和不同形態的碳酸鈣填料獲得成功——就目前的漿料價格而言，預計噸紙可節省10～20美元。

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

表1 生活用紙中添加填料的優點和不足

表1列出了添加填料的優點和不足，有以下3點補充說明。

（1）關于碳酸鈣對揚克涂布/剝離的影響。對于這個問題有2點考慮：一是如果在此過程中添加碳酸鈣會使得涂布層變硬并降低涂布效率，同時產生紙機運行問題；二是由于碳酸鈣在pH大于7時呈疏水性，不溶于水，可能析出紙張表面。

（2）關于紙機的運行性能。填料也會嚴重影響紙機的運行性能。使用填料時為了使紙機的運行達到最優化，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，并且最小化紙機堵塞和沉積問題。即使沒有添加填料，這種方法也值得強烈推薦。

（3）關于紙張質量。填料也會嚴重影響紙張質量。眾所周知，填料對纖維無親和力并妨礙纖維間的鍵接，因此可能會導致掉毛掉粉問題。使用合適的化學品可以解決這個問題，如助留劑、干強劑、濕強劑和淀粉等。雖然光學問題（白度和不透明度）不及強度重要，不過填料可以改善光學性能也是其主要優點。

1 中試

中試準備工作的第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）和漂白化學熱磨機械漿（BCTMP），二者的配比為：w（NBSK）∶w（BCTMP）=80%∶20%。

碳酸鈣填料，有3種形態。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%。中試中填料的目標用量為5%～10%。

圖1為3種形態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。紙卷樣品檢測的項目有碳酸鈣含量、厚度、定量、縱橫向抗張強度、濕強度和白度。中試使用的化學品見表2。

中試參數見表3。

表2 中試使用的化學品

表3 中試參數

中試檢測項目有紙機尾部的pH、溫度、導電性、陽離子需求量、濁度、硬度、堿度和濃度（流漿箱和貯料倉）等。所有的吸收測試，包括總吸水量和吸收速率由第3方檢測。

中試根據紙張的測試結果和紙機運行數據，增加助留劑和干強劑的用量以使紙機運行穩定。

2 結果和討論

一般而言，3種填料的濕部測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果。

2.1 填料含量的變化及其對ISO白度的影響

圖2為紙張中填料含量的變化對ISO白度的影響。

由圖2可見，當助留劑的用量增加到1 kg/t時，ISO白度增加1～2百分點。

2.2 紙張其他性能的測量

前面提到過，總吸水量和吸水速率由第3方檢測。總吸水量的數據表明，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（紙張中填料的量穩定在6%～8%），填料用量對吸水率沒有明顯影響。

2.3 填料的其他影響

中試中，由第3方檢測了3種填料對揚克刮刀的磨損程度。結果表明填料對刮刀的磨損非常小。此外，根據商業應用情況，2%～3%的填料含量對刮刀或紙機貴重器材沒有影響。

添加填料的主要影響在于紙張在揚克紙機上干燥時能源的消耗。中試期間，監測了揚克烘缸的蒸氣消耗量。結果表明，在成紙濕度相同時蒸氣消耗量顯著降低。3種填料都呈現相似的趨勢。總的來說，碳酸鈣填料用量為5%時，揚克烘缸的蒸氣消耗可減少7%～8%。

2.4經濟評估

假設毛巾紙紙機按下列條件運行：日產量100 t；漿料配比為w（NBSK）∶w（BCTMP）=80%∶20%；填料為歐米亞soft?，用量為4%質量分數；總填料留著率至少在50%以上；噸紙助留劑和干強劑的費用為5～6美元。

根據上述中試條件，除去蒸氣消耗的節省量，噸紙可以節省10～12美元。如果將蒸氣也計算在內，則噸紙可節省12～14美元。紙廠也可以通過提高紙機運行速度（假設車速不受限制）來增加日產量，那么節省的成本就大大增加，因為這些增加的日產量可看成是純利潤（減去填料和化學品的成本）。這樣一來，噸紙可節省至少20美元。

圖2 紙張中填料含量的變化對ISO白度的影響

3 結論

毛巾紙使用碳酸鈣作填料的中試結果表明：（1）提高了紙頁白度（質量分數為4%～5%的填料最多可提高1百分點ISO白度）；（2）選擇合適的干強劑可以使紙張物理性能（抗張強度和松厚度）不受影響；（3）可能降低揚克烘缸蒸氣消耗（質量分數為4%～5%的填料最多可節省8%蒸氣）；（4）對濕部化學影響很小；（5）單組分聚合物可用作助留劑。

（胡偉婷編譯）