碳酸钙在世界造纸业用量的持续增长已被公认,造纸用CaCO3 按照生产制造方法的不同, 分为轻质CaCO3(合成或沉淀CaCO3 , 简称PCC)和研磨CaCO3(重质CaCO3 或天然CaCO3 , 简称GCC)。近年PCC与GCC 在全球造纸市场竞争激烈, 这与各国纸厂品种发展、矿物原料资源优势以及二者固有的物理特性有关, 见表1。更多的造纸商认为PCC 用于造纸价格昂贵, 尽管卫星式PCC 生产装置的建立使填料级PCC打开了市场, 局面有所改善, 但至今涂料颜料GCC 仍占有统治地位。

目前国内造纸企业使用的GCC , 65%以上来自于卫星式生产系统制造的泥浆产品, 其他为采购的商品浆料产品, 少量泥饼产品、干燥粉状产品和干法生产的产品。价格较水洗高岭土便宜, 并具有良好的印刷适性, 许多涂布纸厂在提高GCC 配比方面取得进展。例如某外资大型纸厂两次涂布铜版纸GCC 配比量已接近80%。另一家大型铜版纸厂一次涂布配方中, GCC比例已达65 %～ 70%。研究GCC 配比的变化对涂料及涂布纸性质的影响, 达到提高涂布颜料中GCC 的配比的目的, 适应当前涂布纸的发展趋势。
1　实验部分
1. 1 实验原料
GCC , 90 %≤2μm;No . 1 瓷土。
1. 2 主要实验仪器
Bro okfield 黏度计, Hercules 黏度计, AA - GWR保水值仪, K RK 超级压光机, SMT 平滑度仪, Colo rto uch 2 白度仪, Technidy ne 光泽度仪, Macbeth 油墨密度计, RI - 1 印刷性测试仪, IG T 印刷测试仪, K -Co ntro l Coater 涂布机。
1. 3 实验方法
本实验通过调整GCC /C lay 的比例, 在胶乳及其他化学添加剂相同的用量条件下进行实验, 并通过调整涂料的固含量来提高涂料及涂布纸的指标。
实验中, 在60rpm 下测定低剪切黏度, 在8800rpm 下测定高剪切黏度, 取3mL 涂料在2 ×105Pa压力下2 min 测定保水值, 用KCC 涂布机涂布, 涂布量16g /m2 , 纸页在105℃下干燥1min , 在11. 5N /mm压力下, 速度为4. 60m /min , 4 次压光纸样。

图1 显示几个不同GCC 配比涂料的Brookfield黏度和保水值。增加GCC 配比, 涂料的黏度降低, 说明GCC 的流动性较好。但涂料的保水性降低, GCC的晶体形态, 不利于水分的保留。由于GCC 具有的菱形晶形结构, 使得GCC 显示出优异的流变性。增加GCC 的比例, 可以看出黏度明显降低, 如图2。这就使得纸厂可以制备较高固含量的涂料, 即便在高速涂布时, 也不会存在运行问题。

根据GCC 的性质, 利用GCC 的流变性优点, 通过提高涂料的固含量, 来克服GCC 保水性差的缺点。
由图3 看出, 将涂料固含量由62%提高到68%后, 涂料的保水性提高20 %, 而涂料的黏度仍然在允许的范围内。
2. 2 涂布纸的物理性质
2. 2. 1　涂布纸的光学性质
提高GCC 用量后, 纸张白度升高的同时, 光泽度呈现下降趋势, 尤其是白纸光泽度降低幅度较大, 见图4。GCC 的白度高于瓷土, 因此GCC 用量增加, 涂布纸的白度会相应增加。
2. 2. 2 涂布纸的表面平滑性
由于颜料粒子结构和排列上的原因, 增加GCC 的配比后, 涂布纸的平滑度下降、纸面粗糙度上升, 见图6。而增加涂料固含量后, 基于前叙的原因, 可以改变这一缺陷, 见图7 。
2. 2. 3 涂布纸的油墨吸收性
涂布纸的光泽主要受颜料粒子的大小、形状及其排列、胶粘剂的用量和种类的影响。胶粘剂的用量增加,或水溶性胶粘剂与胶乳胶粘剂的比例增加会使成纸的光泽度下降。在本实验中胶粘剂种类和用量一致, 影响涂布纸光泽度的主要因素是颜料粒子的大小和形状。
GCC 粒子的菱形晶体结构不如瓷土的片状结构利于涂层中颜料粒子的平行取向, 因此GCC 不如瓷土的光泽度好, 增加GCC 用量光泽度会降低, 而提高涂料的固含量, 不仅可以促进涂层颜料粒子的平行排列, 而且涂料中胶粘剂的迁移作用减轻, 有较少的胶粘剂向表面迁移, 因此在表层中胶粘剂的数量相应地较少, 涂料固含量较高时涂布纸有较高的光泽度, 见图5。

涂布纸对油墨的吸收性是衡量纸张适印性的重要指标之一, 适度的吸收性是涂布纸印刷清晰、图像优美的基本保证。油墨吸收性过低, 会使印刷时油墨的转移困难或者难着墨;油墨的吸收性过高时, 会使印刷光泽大大降低, 甚至发生其他操作问题。对不同的印刷方式和工艺条件, 要求的最适宜的油墨，能降低纸浆中金属离子含量。因此, 杨木木片硫酸盐蒸煮过程中使用磷酸酯作为添加剂, 在相同卡伯值情况下, 能够提高纸浆得率。Caro l C 报导了阔叶木硫酸盐制浆工厂使用Nal-CO 表面活性剂和蒽醌(AQ)可以提高纸浆得率, 降低吨浆木材费用, 降低黑液中残余活性碱和固形物含量,减轻碱回收负荷和处理黑液费用, 降低有效碱消耗量,增加蒸煮器产量, 降低蒸煮温度和减少换热器所需蒸汽用量。添加NalCO 表面活性剂和AQ 可以使纸浆卡伯值提高1. 6 单位, 而粗渣仍保持与不用表面活性剂和AQ 得到低卡伯值纸浆中粗渣相同, 相应能提高纸浆得率2%～ 3 %, 有效碱用量降低0. 5%;蒸煮温度降低10°F , 节省了蒸汽消耗量, 从蒸煮车间输送出去的黑液量少, 减轻了碱回收负荷。