|
|
造紙用輕質碳酸鈣的制造技術進展(二) |
來源:中國粉體技術網 更新時間:2015-06-26 10:40:58 瀏覽次數: |
|
|
1 由廢棄貝殼制造優質文石型碳酸鈣
(中國粉體技術網/班建偉)北海道共同石灰株式會社的笹木圭子等人發明了制造優文石型碳酸鈣的另一種方法。即,在高濃度、大容量的懸濁反應液中以低溫條件制造單相、高純度的文石型碳酸鈣。該發明的由消石灰、二價鎂離子和水構成的懸濁液,是在反應槽內以流動方向不同的水流混合,并與此同時導入二氧化碳氣體而制造的。
1.1 技術概要
1.1.1 工藝溫度
將生石灰或消石灰及二價鎂離子化合物用不同流動方向的水混合制作懸濁液時,以及在導入二氧化碳氣體時,溫度應控制在80℃以下,最好是0~35℃。
1.1.2 加料方式
最好是將加有消石灰的水,向預先溶解好二價鎂離子化合物的水中添加。
1.1.3 水流方向的控制及反應槽的選定
通過采用特殊形狀的攪拌槳葉,使反應槽內,向上、向下及向其它方向流動的水流共存。最好中心處為下降流,槽壁處為上升流。這樣,使反應槽內的顆粒不會下沉,可實現均勻混合。所采用攪拌槳葉形狀為螺旋形。反應槽下部的槽壁應無死點,以球形為好。攪拌強度以反應槽壁處上升流中的最大顆粒而設定。
攪拌速度根據懸濁反應液的容量選定。例如,當其為0.4dm3時,最好選定為300~600 r/min;當為10dm3時,最好選定為1000~4000r/min。懸濁反應液中二價鎂離子的含量,即,Mg/Ca的初期摩爾比最好為0.5~5。當摩爾比未達到0.01時,會使方解石型碳酸鈣的生成量居多,不好。在反應初期,懸濁液中析出碳酸鈣與氫氧化鎂。隨著反應的進行,氫氧化鎂在懸濁液中再溶解,隨之析出量便會減少。
1.1.4 二氧化碳的吹入速度
二氧化碳的吹入速度可根據懸濁液的容量來調節。例如,當容量為0.4dm3時,最好為0.02~0.08d m3/m i n;當容量為10dm3時,最好為0.5~2dm3/mi n。
1.1.5 反應溫度與pH及反應時間
氫氧化鈣和二氧化碳的溶解度隨溫度的上升而降低。反應溫度高時,p H有降低的傾向。例如,當至反應終了需2000min時,反應開始后的10min內,氫氧化鈣會急劇溶解。
此時pH高達8.5,在反應10min內氫氧化鈣達到過飽和,pH瞬間由8.5降至8.2。反應開始10min以后,氫氧化鎂和非晶質碳酸鈣覆蓋于未溶解的氫氧化鈣表面,抑制氫氧化鈣的溶解。因此,懸濁反應液中的鈣離子急劇減少,引起p H的急劇下降。結果,將析出的氫氧化鎂溶解。當將懸濁反應液中的二價鈣離子完全消耗掉時,反應即結束了。反應時間最好為1000~4000min。反應初期懸濁液的pH最好為7~11,反應終了時最好為pH5~6.5。
1.2 應用舉例
在帶有發泡聚苯乙烯蓋子的0.4dm3的反應槽中制備文石型碳酸鈣。首先加入純水0.4 d m3,然后加入氯化鎂六水合物144.532 g,使之溶解。在此氯化鎂水溶液中添加消石灰32.922g,使用螺紋型攪拌槳攪拌,使之懸浮。以0.036dm3/min的速度通入高純度二氧化碳。按以上程序分別制作3個試樣。反應溫度分別為55.5℃,36.5℃,15.1℃。結果,得率均為90%mt以上。其中,反應溫度為55.5℃的試樣1,得率高達99.26%mt。
結晶類型,試樣1和2均為高純度文石型碳酸鈣,試樣3除文石型外還含有少量方解石型碳酸鈣。結晶形狀,試樣1、試樣2均為針狀,試樣3為塊狀。白度,3個試樣均為9 6%以上。
比表面積分別為13.11m2/g、4.62m2/g、7.62m2/g。采用該發明方法,以生石灰或消石灰為原料,用二價的鎂離子抑制方解石型碳酸鈣的生長,以上的反應即使換上大的反應槽,在大量的高濃度懸濁液中亦可制造出高純度、高白度、高收率的針狀文石型碳酸鈣。
2 文石型碳酸鈣的制法
王子制紙株式會社的小川裕一等人,于2012年1月5日公開了他們關于紙用文石型輕質碳酸鈣制造技術的新發明。他們提出,近年來印刷制品在向提高視覺效果和彩色化方向發展,要求印刷用紙具有高白度和良好的表觀;此外,為了降低成本,印刷用紙向輕質化方向發展。為了實現輕質化而又不降低不透明度等,需采取多種對策。迫切需要改善的是白度、平滑度、光澤度、表觀、不透明度等。其手段之一,就是開發作為填料或顏料使用的高品質的輕質碳酸鈣。
眾所周知,輕質碳酸鈣具有多種結晶結構,其不同的形狀可賦予涂布紙各種各樣的性能特征。特別是將文石型碳酸鈣用于涂布紙,可獲得高光澤、高不透明度,良好的油墨著肉性、干燥性;同時,使剛性和強度也明顯提高。以往的提案多有不盡如人意之處。小川裕一等人經潛心研究,發明了可克服歷來技術困難,以簡單、有效的方法即可獲得具有微細粒徑的高品質輕質碳酸鈣的技術。
2.1 技術概要
通常,輕質碳酸鈣的工業化生產方法是首先將生石灰加入水中制備消石灰漿。隨之通入碳酸氣體,亦即碳酸化合法。欲想得到具備所期望性狀的輕質碳酸鈣,碳酸化反應條件和消石灰的顆粒形狀是關鍵技術要素。
2.1.1 消石灰粒徑與碳酸化溫度
為了獲得高質量的輕質碳酸鈣,對消石灰的顆粒形狀,特別是粒徑應進行嚴格控制。為此,該發明提出用激光衍射法測定消石灰的體積粒度分布。在體積粒度分布中,當粒徑為1.0μm以下的微細消石灰顆粒累積體積超過20%時,用其作原料往往會生成紡錘形碳酸鈣。這種碳酸鈣粒徑不均勻,用其作造紙填料乃至涂布紙顏料時產品品質低劣。因而,粒徑為1.0μm以下的微細消石灰顆粒累積體積至少應為2 0 %以下,最好為10%以下。
此外,當以粒徑超過10 0μm的粗顆粒大量存在的消石灰為原料進行碳酸化反應時,生成物是以未反應的消石灰為核,在其表面生成的針狀輕質碳酸鈣為球栗狀結構,將其用作涂布紙顏料時品質低劣。因此,粒徑超過100μm的消石灰的粗大顆粒的累積體積,不能超過5%。換言之,粒徑為10 0μm以下的消石灰的顆粒累積體積應為95%以上。消石灰的平均粒徑以2~50μm為宜,其上限為35μm更好。通入含二氧化碳氣體時消石灰漿料的溫度應為20~70℃,碳酸化開始溫度應為20~50℃。
2.1.2 消石灰的制造方法
消石灰的制造方法有兩種,即干式水合法和濕式水合法。前者在氧化鈣中加入理論水合量2倍左右的水,后者在氧化鈣中加入超過理論水合量大量的水。濕式水合法所得到的消石灰的顆粒粒徑不均勻,生成的微細顆粒多。因而,該發明采用干式水合法,所加入的消化水與生石灰的摩爾比為2.5以下。
2.1.3 攪拌裝置
使用圓周速為0.5m/s 的螺旋攪拌槳,或者是圓周速為0.2 m /s的旋轉容器。前述攪拌裝置根據需要可安裝剪切葉片,其旋轉周速為3.0m/s以上。
2.1.4 消化水添加方式
設置兩個以上消化水加入口,至少應有一個是以噴射方式噴霧添加消化水的。
2.1.5 影響消石灰顆粒性狀的其它因素
消石灰的顆粒性狀,不僅與所采用的消化方式有關,而且與石灰石的燒成條件(例如燒成溫度、燒成時間、生石灰的粒度分布等),以及生石灰的消化條件(例如所使用的消化水的水質、消化溫度、消化時間、消化時的攪拌條件)等諸項條件,均需調整設定。低溫、長時間燒成的生石灰比高溫、短時間燒成的生石灰更容易獲得針狀輕質碳酸鈣。生石灰中二氧化碳含量低者更容易得到針狀輕質碳酸鈣。二氧化碳含量為1.0%以下者為最好。
2.1.6 造紙填料與涂布紙顏料用碳酸鈣
造紙填料用輕質碳酸鈣的平均粒徑為2~10μm。通常,不足1.5μm時收率低,強度差;超過15μm時恐引發不透明度下降,掉粉等印刷故障。要求涂布紙用輕質碳酸鈣的顆粒微細化,這樣才可獲得優良的不透明度、白度、光澤度、平滑度及印刷適性等。該發明的輕質碳酸鈣的粒度分布是采用激光衍射法測定的。當平均粒徑超過0.7μm時,平滑度、光澤度下降,印刷適性下降。因此,平均粒徑最好為0.6μm以下。
但當粒徑小于0.1μm時,將使能量消耗增加很多,對紙的品質的提高效果卻很小。而且,還會使印刷適性,特別是紙的強度下降。因而,最小粒徑最好為0.2μm以上。此外,累積體積為95%(D95)的顆粒直徑大小也是重要因素之一。當混有大量粗顆粒,使D95超過3.0μm時,平滑度與光澤度即會下降,涂層強度也會下降。所以,D95最好控制在2.5μm以下。
2.1.7 脫水分散及粉碎工程
為了獲得具有上述所期望粒徑顆粒分布的輕質碳酸鈣,還需設置脫水、分散和粉碎工程。若經脫水、漿化分散后已達到要求,可不經粉碎直接用作涂層顏料。脫水工程包括過濾、離心分離、加壓脫水、壓榨等操作程序。在經脫水工程后,當濾餅的固含量低時,可增加干燥工程使固含量上升到所需要的程度。在分散工程中,除水分外還要添加分散劑。
分散劑的添加量為顏料的0.1~2.0%m t。使用通常的分散劑即可。例如,聚羧酸類、異丁烯-無水馬來酸共聚體、聚丙烯酸鈉、磺化苯乙烯共聚體、聚乙烯醇、改性聚乙烯醇、縮合磷酸鹽等。酌情選擇一種或兩種以上配合使用。該發明的輕質碳酸鈣可與其它各種填料配合,用于多種紙的抄造。例如,LBK P、NBK P等漂白化學漿,GP、PGW、RGP、TM P等機械漿,以及DIP漿等。該發明針狀輕質碳酸鈣與原紙的配比為按紙的灰分為3~20%mt添加。
3 結束語
將不同性狀的輕質碳酸鈣用于不同用途紙張的抄造或涂層,會收到產品品質迥異的效果。例如,將花環式輕質碳酸鈣用于高光、防水、速干型照相級彩噴紙的制造,將會收到其它類型輕質碳酸鈣無可比擬的效果]。所以,當今國外一些知名紙業公司仍將作為造紙填料和涂布紙顏料的輕質碳酸鈣的制造與應用技術列為重要研究課題。引進、吸收、參考、借鑒國外的先進專利技術,學習他們的研發思路,對于我國高檔印刷紙、證券紙、噴墨打印紙及其它特種紙制造技術的創新型開發至關重要。然而,進一步強化信息資源的配置,擴大它們的影響力,更是重要的一環。
?歡迎進入【粉體論壇】
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|