中国粉体网 碳酸钙作为造纸填料和纸张涂布加工用颜料主要分为两大类：一类是化学沉淀制造的合成轻质碳酸钙PCC，另一类是研磨石灰石制造的天然碳酸钙GCC。造纸用碳酸钙的粒径通常在5-20um，造纸纤维的直径10um左右，不过在实际填加过程中，直接添加填料，一部分填料会被吸附在纤维上，从而阻碍了氢键的结合，降低了纸张强度和耐折度。
图1纸张中填料与纤维位置关系示意图
造纸填料的用量和种类的选择以及填加技术的使用一般与纸张的特殊要求、特殊种类密切相关。以造纸业近期较为火爆的白卡纸为例，3月伊始，华东地区部分社会级白卡纸(250g平张)的市场价格突破10,000元/吨，创下历史新高。而白卡纸价格涨价幅度加快，主要有三大因素推动，第一条是近期限塑令进一步加强，从而推动其市场看涨。这其中隐藏的深层因素是，白卡纸伸缩性小，有韧性，折叠时不易断裂的性能优势。
造纸行业中有许多纸张具备特定用途，纸张生产时若填加一种类型的填料可能无法较好的满足纸张的功能需求，需要将两种或两种以上填料进行复配加填。但是这对填加技术的要求较高，需要解决高填加与成纸性能之间的矛盾。
现在造纸工业中如何解决高填加与成纸性能之间的矛盾？答案是：预絮聚改性。
一、填料预絮聚技术
1概念
预絮聚技术是采用一种或几种化学助剂与碳酸钙（或其他）填料混合的过程，完成混合处理后再添加造纸。按照改性剂填加的方式和种类的不同可大致划分为，多元共预絮聚和填料包覆预絮聚。
图2预絮聚体形成过程
多元共预絮聚
当采用单一的低分子质量聚合物改性剂对造纸填料进行预絮聚改性时，聚集体的尺寸较小，分布较宽，易被破坏，不易控制。因此近年来研究者们致力于研究多元共预絮聚。
填料包覆预絮聚
包覆预絮聚技术是兼具包覆与预絮聚作用的复合型技术，利用几种常见的造纸湿部助剂混合时形成聚合电解质复合物的原理，首先将聚合电解质复合物均匀包裹或沉积在填料粒子的表面形成填料包覆体，再在包覆体之间通过聚合物絮聚形成疏松的预絮聚体，完成填料的包覆预絮聚改性，并将改性填料不经干燥等其他任何环节，直接用于加填。
2优势
与传统的加填技术相比，预絮聚技术能增加造纸过程中的填料用量，同时还能降低加填对成纸强度、施胶等性能的不利影响。
图3不同尺寸预絮体加填纸张
3絮凝剂
聚丙烯酰胺和淀粉是比较常见的用于填料预絮聚的絮凝剂，它们分别可以单独使用也可以混合复配使用。
4絮聚机理
通常来说，浆料中细小组分的聚集机理有电荷中和、补丁效应、架桥絮凝、网络絮凝四种基本形式，然而这些絮聚机理往往并不是单独存在的，以填料预絮聚来说，絮凝剂种类，分子量、电荷密度等特性均对聚集机理有着不同的影响。
二、碳酸钙预絮聚加填方式对纸张性能的影响
1、PCC、GCC单独预絮聚填加
王亚腾等人研究PCC、GCC及二者混合填料的预絮聚体随预絮聚剂用量的变化，考察了混合填料不同预絮聚方式对加填纸张性能的影响。
结果表明: PCC的预絮聚性能优于GCC的预絮聚性能，预絮聚体的粒径随阳离子淀粉(CS)的用量呈先增大后减小的趋势;预絮聚加填纸张的抗张强度和耐折度与预絮聚体的粒径有关，粒径越大，抗张强度和耐折度越高;不同的预絮聚加填方式中，填料PCC、GCC分别预絮聚后加填对纸张的抗张强度和耐折度的改善作用最强。
除表中数据外，分析还可得知，手抄片(在实验室抄造的小块纸张)的物理强度与预絮聚体的粒径有相似的变化趋势,在PCC、GCC预絮聚体的粒径最大时，手抄片的物理强度也最高。
据以上结果可知,对PCC与GCC复配加填来说,单独对其中一种填料进行预絮聚加填都能提高纸张的强度性能,尤其是PCC单独预絮聚加填,虽然PCC在填料中比例只有25%,但其单独预絮聚加填对纸张强度的提升效果更明显。
2、PCC与GCC混合后预絮聚加填
数据显示，随CS用量的增加，成纸的物理强度先上升后下降，在CS用量为1.0%时,加填手抄片的抗张强度和耐折度最高，分别比未预絮聚时提高了3.63%和7.69%。
对比表1和表2，PCC、GCC混合后预絮聚加填对成纸强度的改善效果与GCC单独预絮聚加填时相近，低于PCC单独预絮聚加填时的改善效果。这可能是由于在对PCC、GCC的混合填料进行预絮聚时.预絮聚体颗粒中既包含PCC颗粒，也包含GCC颗粒，由于GCC在CS中比较难预絮聚，所以混合预絮聚体中的GCC颗粒会抑制混合预絮聚体的进一步絮聚，而且混合填料中GCC的质量占75%，所以混合预絮聚体的性质更接近GCC预絮聚体的性质。
3、PCC、GCC分别预絮聚后加填
实验考察了PCC、GCC分别预絮聚后加填和填料未经絮聚直接加填的手抄片的性能。根据表1的结果，确定PCC预絮聚的CS用量为1.5%,GCC预絮聚的CS用量为0.5%，所得结果如表3所示。
从表3看出，采用PCC、GCC分别预絮聚后加填的方法,能有效改善手抄片的物理强度。与填料未经预絮聚直接加填的手抄片相比，PCC、GCC分别预絮聚后加填的手抄片抗张强度提高了6.94%,耐折度提高了28.13%;与PCC、GCC单独预絮聚或PCC、GCC混合后预絮聚加填相比，其手抄片强度性能的提升幅度也较大。这主要是因为PCC、GCC分别预絮聚加填时,避免了GCC和PCC的相互干扰，使GCC和PCC都在最佳条件下形成预絮聚体。
结语
近几年，国内对预絮聚技术的研究越来越多，并逐渐形成理论体系。如，对纸张施胶度的影响，对填料留着率的影响，对纸张强度的影响，对纸张松厚度和透气性的影响，对纸张光学性能的影响等等。在工业化生产应用和实验研究之间，由理论体系到生产数据量化，还有大量工作需要完成，需要造纸企业和粉体加工企业以及相关研究人员携手共进。
参考来源：
王亚腾，等：混合填料预絮聚加填对纸张性能的影响，中国制浆造纸研究院
李涛，等：填料絮聚体特性及 PCC/CNF共絮聚增强性能研究，陕西科技大学
石义刚，等：碳酸钙预絮聚加填技术研究，湖北工业大学
刘新征，等：白卡纸价格破万涨势不减禁塑令下替代需求大相关企业有望受益，证券时报
(中国粉体网编辑整理/昧光)
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