PCC － 一 种 可 塑 造 的 颜 料
沉淀碳酸钙（简称PCC）已明确为未来的碳酸盐颜料。其亮点和纯度是无以伦比的。其可采用的产品种类之多，确保造纸工作者所遇到的任何问题，用PCC都可以解决。 电瓶修复器PCC是一种沉淀碳酸钙，其形态为鲜亮的结晶体。PCC的原料一般是生石灰(CaO)和二氧化碳(CO2)气体。生产的第一步是熟化，即生石灰与大量的水混合。CaO与水反映生成氢氧化钙，成泥浆状被汞送到反应器。在反应器内，氢氧化钙与含有CO2 的气体混合，PCC即沉淀下来。反映完成后，泥浆状的PCC固含量为18～25％，经过筛选汞送到贮存槽内，以供作为造纸的填料。
篮球打气筒 用于纸张涂布要求有较高的固含量，因此PCC浆液要脱水到70～72％的固含量。脱水后的PCC经搅拌器再分散，在搅拌过程中不加水只加分散剂。再分散后的PCC经筛选后备用于涂布。 世界上大部分PCC是在附属车间制备的，此附属车间与造纸厂毗邻。附属车间接受纸厂的烟道气作为CO2的来源。这种设想的优点是PCC最终产品直接汞送到纸厂的贮存槽。
一座现代化的PCC车间能够生产很多种不同的产品。能够生产出的每种产品在粒度大小、亮度等方面毫无变化是很重要的。如果产品质量在长期内保持很一致的话，则纸厂仅就使用PCC（作为填料或涂布颜料）将受益匪浅。现代化的生产工艺能保证质量的恒定。
PCC和研磨碳酸钙
研磨碳酸钙（GCC）是由石灰石或大理石制成的，把这些石头经几段压碎并磨成所要求的细度。在研磨过程中要经过几次净化。这一般由浮选和磁选分离出杂质，往往选出大量的废物。
研磨碳酸钙含有小的不规则的碎石和片状石。相反，PCC沉淀会产生很细的碳酸钙结晶。此结晶能制成不同的形态（图右）。
PCC的粒度大小，按平均粒度来说，能够千差万别。对研磨碳酸钙，其粒度的变化是由研磨的次数多少来决定的，而PCC的粒度在沉淀过程中控制的。PCC的形状不同于所要求的聚集程度有关。显然，聚集的粒子将比同样大小的固体粒子有较大的表面积（以m2/g计）。石灰石研磨得越细,其平均粒度越小，同时其表面积越大。
PCC表现出更加灵活。用制造聚集结晶方法，它能够制出粒度大，表面积也大得颜料。比如，用PCC很容易制造出平均粒度为2毫米和表面积为10m2/g的颜料。而用研磨碳酸钙却不可能生产出来。
用PCC作为纸张填料
低温脱硝催化剂最佳高级纸填料是偏三角形PCC，聚集成菊花状的。这种产品赋以纸张高亮度和不透明度，同时，使纸松厚和坚挺。
PCC使纸亮度提高，并使不透明度提高2点，这是由于有较好的光散射性。纸的松厚度亦提高5％。同时，纸的平滑度提高了。不好的方面，一定要指出的是，纸的强度稍有降低。PCC还要求多加些施胶(ADK或ASA)。
纸的性质可以因改变PCC的平均粒度和表面积而改变。一种平均粒度为2毫米、表面积为10m2/g的PCC会使纸有更高的不透明度，但降低了松厚度。较粗的PCC（平均粒度较高）会使松厚高度度高些和强度大些。
一般要求加填量大的话，要从偏三角体PCC改换成为菱形六面体PCC。正常生产时采用
偏三角体PCC。工厂试验采用50％偏三角体PCC和50％菱形六面体PCC混合加填。
纸厂想在不损失施胶度和强度情况下获得较高的加填量。菱形六面体PCC有较低
的表面积，4m2/g，而偏三角行PPC的表面积为7m2/g.用50/50的混合填料能使加填量从11％提高到16%而不会损失施胶度和强度。同时，不透明度的提高是由于加填量较高。纸厂想保持纸的厚度。因此，加填量提高后，降低压光压力，这样做可以不降低纸的平滑度。结果表明，这些例子正好证明采用PCC有许多灵活性。
采用PCC的另一个好处是减少对纸机的磨损。是采用PCC和研磨碳酸钙对纸机磨损的对比。显然，研磨碳酸钙对纸机的磨损大得多，并大大缩短纸机的网、毛布等的使用寿命。
PCC用于纸张涂布
许多种的PCC颜料已被开发用于纸张涂布。至少有三种形态可被利用，每种形态的平均粒度可以在相当大的范围内变化。可用100％碳酸钙涂布，即不用瓷土。纸的光泽度是随PCC颜料的细度而变化。表示出三种不同压光水平的结果。
一种细粒度PCC涂料(平均粒度是0.4微米)，并用重压光使纸的光泽度上升到80，如果不用瓷土的话，这是一个高指标。当平均粒度增加时，纸的光泽度将逐渐下降。例如，如果要使纸张光泽度达到70，则有两种方法。一种是采用重压光和一种较粗的PCC（平均粒度为0.6微米），另一种采用细粒度的PCC和较轻压光。较轻的压光将使纸有较高的亮度和不透明度及较高的松厚度。用较粗的PPC可进行软压光无光泽涂布。
升降式晾衣架 与研磨碳酸钙相比较，一般PCC涂料能使纸张有较高的光泽度、平滑度和使油墨更快凝固。颜料作为两次涂布的不含磨木浆纸张的面涂。采用80％碳酸钙和20%瓷土。PPC使纸有较高的亮度和光泽度，表面强度无显著下降。
总的来讲，PCC的形态对涂布纸的性质将有细微的改变。改变PCC颜料粒度的分布斜体可以控制油墨的固化速度，其他的参数同样会受到影响。
纸厂附设PCC加工车间将经常能得到各种各样的产品。使纸厂和PCC生产厂之间的合作关系密切将会获得最好的解决问题的方法。纸厂将自然而然地从不断开发的新产品中获得好处。这将使纸厂能够满足用户的任何要求。
近年来纸张产量的快速增长和碱性造纸技术的普 及,拉动了国内造纸钙消费量的快速增长.2006年国 内造纸钙消费量达到305万t (其中GCC217. 7万t , PCC87.3万t),与上年同比增长27.46%,约占造纸 白矿物粉体总消费量的58.6%. 以近两年各类矿物粉体对纸张产量消费比例 7.9%～8.0%为基准,根据造纸业2010年指导性规划 纸和纸板产量7 600万t推算(消费量8 500万t),届时 造纸矿物粉体材料消费量估计将达到590～610万t(以 8.3计为630万t).其中碳酸钙消费量有望达到380万t, 为碳酸钙工业的发展带来新的机遇和挑战. 1 造纸用碳酸钙复配产品的分类 造纸钙的复配产品,通常意旨以碳酸钙组分为主 体(>50%),配比一定比例的其它合成的或天然矿物 粉体混合加工制造的造纸专用产品;也包括PCC与 GCC的混配加工品.常根据地区可利用的造纸矿物资 源特点或充分利用不同种类矿物的不同理化特性和价 格差异,相互取长补短.以降低产品生产成本和不同 造纸工艺与纸张品种的综合性能要求为目的,用于不 同的造纸场合和纸种,获得更好的性价比.复配造纸 钙产品的品种繁多,根据原料来源和加工特点可分为 二类:①天然伴生矿种制品:利用含有较高比例的滑 石,白云石,硅灰石,膨润土等伴生矿种的高白度方解 石,大理岩原料制造的复合产品;②人工复配产品:目 前利用的主要矿种或合成无机粉体包括:较高白度的伊 利石,高岭土,硅灰石,绢云母,埃洛石,白云石,石 膏,膨润土,沸石,闪石,叶蜡石;合成硅酸钙,铝酸 钙,PCC,二氧化钛,石膏须,合成矿 物纤维等. 从加工技术和使用技术上来说,任何一种具有较 高白度,加工成本低,不对造纸生产工艺与纸张产品品 质造成大的负面影响的天然或合成矿物粉体及有机合成 颜料,原则上都可以作为碳酸钙复配产品的原料. 2 复配产品的典型生产工艺 2.1 基于GCC干法加工的复配产品生产流程 分为混磨—改性—分级法与分类研磨—分级—改 8 性法两种方法. 工艺特点:①工艺流程简单,投资小;②300～ 1 2 50 目 产 品 通 常 多 用 于 造 纸 填 料 ,1 250～2 500 目产品有时也可用于底涂级涂料颜料;③混磨法适用 于与方解石硬度及超细研磨效应相近的混配矿种; ④不适宜直接生产低磨耗度的造纸超细面涂级产品; ⑤根据造纸生产工艺和纸品种类要求,可以有选择的 通过不同表面化学改性制造出如:阳离子化,柔软化 (纤维状矿种),高保留率,双离子化等改性造纸填 料;⑥分类研磨法也可用于闪石,硅灰石等纤维状矿 物原料的加工,但超细研磨设备的选型和改性工艺流 程排布有所不同. 2.2 基于GCC湿法加工的复配产品生产流程
改性剂
G C C 浆料( A )
助磨剂
毛发湿度计
混配改性器
改性剂
浆料产品( 6 0 % - 7 7 % )
干基矿粉(B )
调浆
湿法超细研磨
干燥
干粉产品
工艺特点:①适用于具备GCC浆料生产线工厂 和低磨耗度的一般品质要求产品;②矿粉B单独进行 湿法超细加工,以有效控制产品的粒度分布.超细后 的浆料与GCC浆料按比例混合,根据产品要求可同时 加入改性剂制备出填料或涂料级产品;③该系统不适 宜对纤维状矿种
的复配改性.但当省略干基矿粉B的 湿法超细研磨工段时,可将调浆后的纤维状B浆料直接 进入混合改性器,最终获得纤维状矿种与GCC的复配造 纸填料级浆料产品,但这类产品通常不适合制造用于低 磨耗度要求的造纸填料级产品和用于造纸涂料的产品. 2.3 基于PCC的复配产品生产流程 分为干式混配改性法与湿式混配改性法两种方 法.工艺特点见表1. 2.4 主要改性剂的种类与选择 目前适用于造纸复配碳酸钙颜料的常用改性剂有 20多种,其应用原则应根据客户对复配产品的用途, 使用场合,使用目的的不同精心选择.错误的选择将
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轮胎翻新技术2 0 0 9 年第5 期 中国非金属矿工业导刊 总第7 8 期
表1 基于PCC的复配产品生产流程工艺特点
干式混配改性法 ①工艺流程简单 ②适用于包括纤维状矿种在内 的各种粉体矿物的复配和改性 ③不同粉体的粒度分布差异较 大,产品粒度分布指标控制难 度大 ④适用于品质要求不十分严格 的中低档填料和涂料的干粉产 品 湿式混配改性法 ①控制较复杂,但工艺调整机 动性大 ②不适用纤维状或高孔隙率(高 吸附性)要求的复配产品 ③可制备低磨耗度,低粘度
及 粒度分布要求严格的高品质涂 料或填料级产品 ④颜料的改性可分部在研磨机 或复配器中进行,以严格控制 产品品质
及其复配的浆料产品.PCC的改性可以在生产过程未 干燥前进行,亦可在碳化过程同时进行.与GCC的改 性,可以在湿法超细研磨过程或浆料产品储存罐中进 行,亦可在配矿器中进行. 基于碳酸钙在弱碱性和酸性造纸条件下的易溶解 性,采用弱酸盐或有机高分子物进行碳酸钙及其复配 产品的改性,旨在解决造纸酸性施胶条件下的生产操 作困难和单一使用碳酸钙时含机械浆纸张在碱性条件 下易于产生"纤维碱性变黑"效应. 改性剂的正确选择不仅要考虑活化剂与碳酸钙及 其配用颜料粉体的亲和混溶性,同时要考虑助剂与纸 浆抄造添加的其它化学助剂的混溶性,特别是用于涂 料体系的改性钙品与常用涂料的胶料,辅料助剂的配 伍效应. 2.5 加工方法与粉碎设备的选择 在众多的白天然复配矿种和合成粉体颜料中, 如何正确选择原料和加工方式至关重要. 由于不同矿物粉体的理化特性差异较大,应根 据复配原料的硬度,脆性,破碎比,耐温特性,粒 子的表观形态特征与孔隙特性的不同,选择适合的 加工方式和破碎研磨设备,以尽可能的保持原料原 有理化特性. 3 造纸钙复配产品的应用领域与特点 不同的碳酸钙复配产品适用于不同的造纸应用领 域.表3,表4列出了目前国内已工业化的几种碳酸钙
实用效果 提升纸张灰分,不透明度,松厚度,平滑度,降低 成本
对纸厂的应用造成较大的负效应,甚至无法使用.常 见改性剂的种类与应用目的及对造纸生产工艺与纸张 品质的影响见表2.
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