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【原創(chuàng)】全面解讀造紙用碳酸鈣的“價值、產(chǎn)品、技術”——專訪南京林業(yè)大學金永燦教授


來源:   昧光

[導讀]  4月10日,由中國粉體網(wǎng)主辦的“2025第四屆全國碳酸鈣產(chǎn)業(yè)高值化發(fā)展交流大會暨第三屆功能母粒材料及應用高峰論壇”在安徽池州成功召開!在本次大會期間,中國粉體網(wǎng)記者邀請了南京林業(yè)大學金永燦教授做客“對話”欄目,為大家詳細講解碳酸鈣在造紙過程中的應用價值、產(chǎn)品選擇、技術發(fā)展趨勢。

中國粉體網(wǎng)訊 2025年4月10日,由中國粉體網(wǎng)主辦的“2025第四屆全國碳酸鈣產(chǎn)業(yè)高值化發(fā)展交流大會暨第三屆功能母粒材料及應用高峰論壇”在安徽池州成功召開!在本次大會期間,中國粉體網(wǎng)記者邀請了南京林業(yè)大學金永燦教授做客“對話”欄目,為大家詳細講解碳酸鈣在造紙過程中的應用價值、產(chǎn)品選擇、技術發(fā)展趨勢。

 

 

南京林業(yè)大學金永燦教授

 

以下為金永燦教授整理的采訪內(nèi)容。

 

粉體網(wǎng):金教授,碳酸鈣作為造紙?zhí)盍虾驮旒堫伭,產(chǎn)品指標、性能有什么顯著差異?

 

金教授碳酸鈣在造紙?zhí)盍虾屯坎碱伭现袘脧V泛,但兩者在質(zhì)量要求、紙性調(diào)控及添加位點等有明顯差異。

 

碳酸鈣作為填料側(cè)重“填充”功能,在造紙的紙料制備階段加入并與纖維混合,主要目的是改善紙張的基礎性能,如提高紙張不透明度、松厚度和印刷適性,同時降低紙張的生產(chǎn)成本。過量添加會降低紙張強度(如抗張強度、耐破度)。

 

碳酸鈣作為顏料側(cè)重“表面修飾”功能,在涂布工序中涂敷于紙張表面(單面或雙面),以改善光澤度、油墨吸收性、表面強度和印刷效果。與填料碳酸鈣比較,顏料碳酸鈣對細度、純度及分散性等有更高的要求。

 

實際應用中,兩者可能結(jié)合使用(如填料GCC+涂布PCC),以平衡成本與性能。

 

粉體網(wǎng):金教授,重鈣、輕鈣、納米鈣,乃至高嶺土都能用于造紙,應該如何選擇呢?不同鈣粉的應用優(yōu)勢是什么?

 

金教授重鈣、輕鈣、納米鈣和高嶺土等填料各有特色。重鈣通常用研磨法制備,粒徑較大,具有成本低、工藝適應性好等優(yōu)勢,但其白度較和吸油值低,并對紙張強度有不利影響;輕鈣常用沉淀法制備,粒徑細,具有白度高、吸油值較高、填充均勻等優(yōu)勢,但其成本較高,并且需更高的施膠量;納米鈣又稱超微細碳酸鈣,粒徑超細,比表面積大,其晶體結(jié)構(gòu)和表面電子分布發(fā)生變化,具有普通碳酸鈣所不具備的尺寸效應、表面效應和宏觀量子效應,有利于改善紙張機械性能、印刷適性等,但其價格昂貴,分散工藝復雜,成本高;高嶺土是具有層狀結(jié)構(gòu)的硅酸鋁鹽,粒徑中等,白度較高,吸油值適中,印刷適性好、光澤度高,但高嶺土資源分布不均,雜質(zhì)含量差異較大。

 

在造紙生產(chǎn)中需綜合考慮紙張類型、性能需求、成本效益及生產(chǎn)工藝等因素進行選擇和使用。普通紙種,如文化紙、新聞紙、生活紙等,需兼顧成本與基本性能,一般以重鈣為主;箱板紙、瓦楞紙等包裝紙,一般選用重鈣或輕鈣,以低成本提升挺度、不透明度等性能;對涂布紙,優(yōu)先選用高嶺土制備涂料,其片狀結(jié)構(gòu)可提升紙張平滑度、油墨吸收性和印刷光澤,若需更高白度,可搭配使用輕鈣;納米鈣可優(yōu)化紙張孔隙結(jié)構(gòu)和強度,可用于在高附加值特種紙,如無碳復寫紙、高端濾紙、醫(yī)用紙、電池隔膜紙等的生產(chǎn),但其應用往往受到成本的限制。

 

粉體網(wǎng):金教授,造紙用的鈣粉,是否也區(qū)分低、中、高等不同的檔次?目前改性、不同形貌鈣粉,應用現(xiàn)狀如何?

 

金教授對造紙企業(yè)而言,主要根據(jù)價格和性能區(qū)分碳酸鈣的檔次。當然,性能好的碳酸鈣,通常價格也比較高。

 

傳統(tǒng)造紙用碳酸鈣根據(jù)形貌不同主要分為重鈣(GCC)和輕鈣(PCC)。關于GCC和PCC的優(yōu)缺點和應用場景,我在報告中已有詳細說明,這里就不贅述了。從造紙應用的角度出發(fā),我個人比較看好的是改性碳酸鈣和納米碳酸鈣(NCC)。從本質(zhì)上講,NCC也是一種超細化的改性碳酸鈣。與常規(guī)碳酸鈣比較,改性碳酸鈣在表面電荷、親疏水性、比表面積、孔隙率、表面官能團一個或多個方面具有特殊的性能,因而可以更高效地調(diào)控紙張性能,賦予其許多傳統(tǒng)纖維基紙張無法具備的功能。目前造紙工業(yè)正在從傳統(tǒng)的紙張生產(chǎn)向功能材料轉(zhuǎn)型,利用包括改性碳酸鈣在內(nèi)的造紙?zhí)砑觿,開發(fā)具有特殊功能的紙基材料是未來造紙工業(yè)發(fā)展的重要方向之一。

 

粉體網(wǎng):金教授,哪些種類的紙制品用碳酸鈣比較多?造紙?zhí)盍吓c顏料的用量或者比例大概是多少?

 

金教授造紙生產(chǎn)中使用碳酸鈣主要有以下幾方面的作用。一是改善紙張的光學性能和印刷適性,如復印紙、涂布原紙、書刊印刷紙、超壓紙等在生產(chǎn)中通常使用碳酸鈣作為填料;二是賦予紙張某些特殊性能,如為改善透氣性能,卷煙紙生產(chǎn)中往往需要添加大量的碳酸鈣;三是節(jié)省纖維原料降低生產(chǎn)成本。

 

由于碳酸鈣等大部分填料的價格顯著低于造紙纖維,對于紙企而言,只要添加碳酸鈣對紙張性能無特別不利的影響,往往想方設法地增加填料使用量,例如傳統(tǒng)生活用紙生產(chǎn)是不加填料的,而現(xiàn)在許多生活用紙生產(chǎn)都在使用碳酸鈣。特別是目前國內(nèi)造紙工業(yè)面臨產(chǎn)能過剩、外貿(mào)萎縮、內(nèi)需不足等壓力,紙企迫切需要通過技術創(chuàng)新提高碳酸鈣等填料的使用量,實現(xiàn)降本增效。

 

碳酸鈣也可作為顏料用于造紙涂布。通常碳酸鈣的比例可隨著涂布量增大而增加,如重涂紙中GCC的占比一般為40%~80%,特別是底涂,比例可以更高。

 

造紙工業(yè)中碳酸鈣主要作為造紙?zhí)盍虾屯坎碱伭希渲刑盍系挠昧扛,顏料占比較低,但目前沒有一個明確的比例。

 

粉體網(wǎng):金教授,您能否從產(chǎn)品、技術、市場等方面,大體展望下一造紙用顏填料的發(fā)展趨勢?

 

金教授我個人認為,鈣粉生產(chǎn)企業(yè)需要做好以下兩方面的工作,以適應和滿足造紙企業(yè)對填料和顏料的需求。首先是改善填料質(zhì)量,滿足造紙企業(yè)的多層次需求;其次是創(chuàng)新填料功能,賦予填料“填充”和“覆蓋”以外更多的“新”“特”功能,滿足造紙企業(yè)的多元化需求。

 

參加這次會議的企業(yè)大多從事是鈣粉生產(chǎn)或設備制造,相信大家都希望增加碳酸鈣的使用量。其實包括造紙工業(yè)在內(nèi)的碳酸鈣下游產(chǎn)業(yè),也希望增加鈣粉的用量,以降低生產(chǎn)成本,提升經(jīng)濟效益,同時有利于“碳中和”。應該說鈣粉的上下游產(chǎn)業(yè)鏈具有共同的追求,目標一致。我非常強烈地希望造紙行業(yè)與碳酸鈣行業(yè)攜手,強化與相關高校院所的合作,建立“產(chǎn)學研用”協(xié)同創(chuàng)新體系,深度融合科技創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新,實現(xiàn)“填料開發(fā)-造紙應用-效益提升”的良性循環(huán)。如果我們不斷推出更好用、更精細、更經(jīng)濟的碳酸鈣顏填料產(chǎn)品,服務造紙等下游產(chǎn)業(yè),我對行業(yè)的發(fā)展充滿信心。

 

(中國粉體網(wǎng)編輯整理/昧光)

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作者:昧光

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