碳酸钙在纸制品中应用

目前，在造纸过程中，填料和颜料用量已经仅次于纤维，是位居第二位的重要原料。常用的造纸填料有碳酸钙、滑石粉、高岭土、硅灰石、膨润土等。随着酸性造纸工艺逐步转向中性和碱性造纸工艺，碳酸钙作为重要的造纸原料，在造纸行业中的应用越来越多。

一、碳酸钙在造纸行业的作用

碳酸钙在造纸中的应用主要在两个方面：一是作为造纸填料，二是作为涂布颜料。

1、填料

作为造纸填料造纸填料是细小的、白色的矿物质粉末，一般不溶于水或微溶于水。在纸张中加入填料的主要目的有：填料分散于浆料纤维间将空隙填充，改善纸张的不透明度、白度等光学性质;改进纸张的吸油墨性，使纸张具有更好的印刷适性;满足纸张某些特殊性能要求，如提高纸张的导电性、耐热性等;减少纤维原料的使用，降低生产成本;填料具有大的比表面积，有助于克服树脂障碍。

碳酸钙用作造纸填料的优点有：来源丰富，价格便宜;颗粒细，白度高，能显著提高纸张不透明度;吸油墨速度快，能增加纸的吸墨性;能使纸张比较柔软、紧密，光泽度高;对纸张的物理强度影响较小。填料加入量主要由纸张品种、浆料种类、填料本身的性质和纸机的抄造条件等因素决定。为了节约植物纤维，降低生产成本，应在保证纸张抄造和使用要求的前提下适当提高填料加入量。

2、涂布

涂布的目的是改善纸张或纸板最终印刷产品的质量和均匀性，颜料涂布主要目标是获得更好的光学性能、平滑度和光泽度。最重要的是获得更好的印刷视觉效果，纸张涂料通常主要由颜料、胶黏剂、添加剂和水等组成。在这些成分中，最重要的是颜料，涂布纸的很多特征取决于颜料的选择。

由于碳酸钙白度高，流动性好，适宜配制高固含量涂料;对胶黏剂的需求量较低，可以改善涂层的油墨吸收性;能提供良好的白度和色调，提高透气性;是使用最为普遍的涂布颜料之一。

二、重钙、轻钙在造纸行业的应用差异

重质碳酸钙作为填料主要用于除卷烟纸、过滤纸和特种低定量信息用纸以外的印刷纸、书写纸、办公用纸和广告用纸中。轻质碳酸钙原则上可应用于所有纸张中，目前主要作为高档纸填料使用。例如：卷烟纸、办公室信息用纸(如传真纸、仪器记录纸、喷墨打印纸)、低定量新闻纸、低定量涂布纸等。重质碳酸钙和轻质碳酸钙作为造纸填料各有优势，选用何种碳酸钙应根据实际纸张生产工艺要求而定。

重质碳酸钙具有比轻质碳酸钙更好的流动性并节约涂料中胶料的用量，适用于高固含量的造纸涂料及要求越来越多的高配比中使用。由于轻质碳酸钙制造成本较高，流变性相对较差，因此在涂布颜料中应用还不能与重钙相抗衡。

不过改性轻质钙或更细小的纳米钙在造纸行业的功能化应用已经被广泛认可，能使纸张获得特定的性能与降低成本，其对纸张质量的影响主要有以下几个方面。

1、挺度

纸张的挺度是纸张厚度和弹性模量的函数。填料对挺度的影响应将填料对松厚度和抗张强度的影响综合起来考虑。

当加填料量小时，填料的加入基本不影响纸张的挺度，当加填料量再增加时，挺度则随填料量增加而显著减小。

2、紧度(松厚度)

纸张纤维的密度为1克 / 立方厘米，而填料密度大多在2.5 ~3.0克 / 立方厘米，因此填料的加入将会改变纸张的松厚度。

3、纸张强度

纤维间的结合是纸张强度的基础，填料的加入减少了纤维间的结合，所以加入大量填料会使纸张强度显著下降。

其中抗张强度、耐折度和耐破度下降较大，撕裂度下降较小，使用填料的用量有一定限制。同时某些造纸助剂的应用可以使这种强度下降现象明显减轻。

4、有利于不透明度的提高

没有加填料的纸张是由纤维和空气组成。空气存在于纤维间的孔隙中，由于纤维与空气的折射率不同，因此当光束照射到纸张表面时，即有部分光在纤维与空气界面上发生散射，赋予纸张一定(较低)的不透明度，反映在印刷中，主要表现为极易透印。

在纸张中加入折射率大于纤维素的轻钙后，增加了纸张内部光散射界面的数量，即存在纤维与空气间、填料与纤维间以及填料与空气间三类不同的界面，在这三种界面中，填料与空气折射率的差值较大。

因此光线在填料与空气界面上得到散射，使纸张的不透明度增加。

5、对印刷纸张性能的影响

印刷用纸加入碳酸钙可改进纸张的印刷适性，如增加纸张的白度、平滑度、不透明度、挺度。改善纸张对油墨的亲合力、柔软度和稳定性，从而有助于印刷品质量的提高。

当然纸张中加入填料量太高也带来一些不良的影响，主要表现为纸张强度的降低和施胶效果的下降，在印刷中易发生掉粉、掉毛现象，填料粒子传递到印版和橡皮布上会产生糊版等现象;由于填料有摩擦作用，还会磨损印版，但用轻钙 加填则可以使印版磨损降低到最低程度。

6、对纸张特殊性能产生影响

对纳米碳酸钙的研究表明，在造纸过程中加入纳米碳酸钙填料后，纸张具有以下特性：可以减缓纸张的老化，使纸张得以保存更长的时间;使纸张能够吸收一定的紫外线;使纸张既不容易发黄又不容易发脆，并且具有良好的隔离性能等 。

纳米碳酸钙用作造纸涂布颜料，有利于改善涂布纸的光泽度、白度和涂层的色相;可以保证白色颜料颜色的纯正;有利于提高纸张的不透明度、光泽及印刷光泽度等光学性质;能够改变涂料制备液的流变性能;实现涂料加工纸的功能化，如绝缘、导电、抗菌性能等。纳米碳酸钙作为造纸填料，一般用在特殊纸制品的制作方面，如尿不湿、卫生巾、彩喷打印纸、纸巾及透气膜等。

参考来源：

梁佳正，等：碳酸钙在造纸行业中的应用及发展趋势，广西大学机械工程学院