碳酸钙填料在毛巾纸中的应用

碳酸钙填料在毛巾纸中的应用

文献中很少有涉及到在纸巾纸和毛巾纸中添加填料的资料，而这些少量涉及到的资料显示，纸巾纸生产中添加填料的研究大多数使用的是高岭土。该文介绍了欧米亚最近在FPInnovation（加拿大林产工业技术研究院）中试生产定量为26 g/m2的单层原生浆毛巾纸中添加不同用量和不同形态的碳酸钙填料获得成功——就目前的浆料价格而言，预计吨纸可节省10～20美元。

在毛巾纸等生活用纸中添加填料有优点也有其不足（见表1），不管优点有多少，其前提是添加填料后纸张的性能保持不变或者更优。

表1 生活用纸中添加填料的优点和不足

表1列出了添加填料的优点和不足，有以下3点补充说明。

（1）关于碳酸钙对扬克涂布/剥离的影响。对于这个问题有2点考虑：一是如果在此过程中添加碳酸钙会使得涂布层变硬并降低涂布效率，同时产生纸机运行问题；二是由于碳酸钙在pH大于7时呈疏水性，不溶于水，可能析出纸张表面。

（2）关于纸机的运行性能。填料也会严重影响纸机的运行性能。使用填料时为了使纸机的运行达到最优化，必须使用助留剂（聚合物类或淀粉类）。好的助留剂可以使白水保持干净，并且最小化纸机堵塞和沉积问题。即使没有添加填料，这种方法也值得强烈推荐。

（3）关于纸张质量。填料也会严重影响纸张质量。众所周知，填料对纤维无亲和力并妨碍纤维间的键接，因此可能会导致掉毛掉粉问题。使用合适的化学品可以解决这个问题，如助留剂、干强剂、湿强剂和淀粉等。虽然光学问题（白度和不透明度）不及强度重要，不过填料可以改善光学性能也是其主要优点。

1 中试

中试准备工作的第1步是模拟毛巾纸，由于其定量非常高，加入填料后就更高了。为了保持纸张的松厚度，使用的浆料为：漂白硫酸盐针叶木（黑云杉）浆（NBSK）和漂白化学热磨机械浆（BCTMP），二者的配比为：w（NBSK）∶w（BCTMP）=80%∶20%。

碳酸钙填料，有3种形态。填料1：白度为96%（TAPPI），固含量为20%，粒径＜2 μm占30%。填料2：白度为94%（TAPPI），固含量为20%，粒径＜2 μm占60%。填料3：白度为95%（TAPPI），固含量为72%，粒径＜2 μm占90%。中试中填料的目标用量为5%～10%。

图1为3种形态的碳酸钙填料的扫描电镜（SEM）照片。

图13 种碳酸钙填料的扫描电镜照片

每种填料在中试中都使用1天。纸卷样品检测的项目有碳酸钙含量、厚度、定量、纵横向抗张强度、湿强度和白度。中试使用的化学品见表2。

中试参数见表3。

表2 中试使用的化学品

表3 中试参数

中试检测项目有纸机尾部的pH、温度、导电性、阳离子需求量、浊度、硬度、碱度和浓度（流浆箱和贮料仓）等。所有的吸收测试，包括总吸水量和吸收速率由第3方检测。

中试根据纸张的测试结果和纸机运行数据，增加助留剂和干强剂的用量以使纸机运行稳定。

2 结果和讨论

一般而言，3种填料的湿部测试都没有太大的问题。pH平均为8.0±0.2，温度保持在45℃，硬度和碱度有微小的变化。下文为碳酸钙的中试结果。

2.1 填料含量的变化及其对ISO白度的影响

图2为纸张中填料含量的变化对ISO白度的影响。

由图2可见，当助留剂的用量增加到1 kg/t时，ISO白度增加1～2百分点。

2.2 纸张其他性能的测量

前面提到过，总吸水量和吸水速率由第3方检测。总吸水量的数据表明，填料不同其总吸水量也不同。使用欧米亚soft®填料的中试表明，填料使用量为10%时（纸张中填料的量稳定在6%～8%），填料用量对吸水率没有明显影响。

2.3 填料的其他影响

中试中，由第3方检测了3种填料对扬克刮刀的磨损程度。结果表明填料对刮刀的磨损非常小。此外，根据商业应用情况，2%～3%的填料含量对刮刀或纸机贵重器材没有影响。

添加填料的主要影响在于纸张在扬克纸机上干燥时能源的消耗。中试期间，监测了扬克烘缸的蒸气消耗量。结果表明，在成纸湿度相同时蒸气消耗量显著降低。3种填料都呈现相似的趋势。总的来说，碳酸钙填料用量为5%时，扬克烘缸的蒸气消耗可减少7%～8%。

2.4经济评估

假设毛巾纸纸机按下列条件运行：日产量100 t；浆料配比为w（NBSK）∶w（BCTMP）=80%∶20%；填料为欧米亚soft®，用量为4%质量分数；总填料留着率至少在50%以上；吨纸助留剂和干强剂的费用为5～6美元。

根据上述中试条件，除去蒸气消耗的节省量，吨纸可以节省10～12美元。如果将蒸气也计算在内，则吨纸可节省12～14美元。纸厂也可以通过提高纸机运行速度（假设车速不受限制）来增加日产量，那么节省的成本就大大增加，因为这些增加的日产量可看成是纯利润（减去填料和化学品的成本）。这样一来，吨纸可节省至少20美元。

图2 纸张中填料含量的变化对ISO白度的影响

3 结论

毛巾纸使用碳酸钙作填料的中试结果表明：（1）提高了纸页白度（质量分数为4%～5%的填料最多可提高1百分点ISO白度）；（2）选择合适的干强剂可以使纸张物理性能（抗张强度和松厚度）不受影响；（3）可能降低扬克烘缸蒸气消耗（质量分数为4%～5%的填料最多可节省8%蒸气）；（4）对湿部化学影响很小；（5）单组分聚合物可用作助留剂。

（胡伟婷编译）