Бумага состоит не только из целлюлозы. Значительную часть её массы нередко составляет минеральный наполнитель, и чаще всего это карбонат кальция — микрокальцит. Он делает бумагу белее, плотнее, непрозрачнее и при этом дешевле. Неудивительно, что на долю карбонатных наполнителей приходится более половины всех минеральных наполнителей мировой бумажной промышленности. Разберём, зачем микрокальцит вводят в бумагу и картон и какие требования к нему предъявляют.
Что такое микрокальцит как наполнитель бумаги
Микрокальцит — это тонкоизмельчённый природный карбонат кальция (молотый мрамор или чистый известняк), получаемый помолом и классификацией по фракциям. В бумажном производстве используют как природный молотый карбонат (GCC), так и осаждённый (PCC). В виде тонкого белого порошка микрокальцит вводят в бумажную массу (наполнение) или наносят на поверхность (мелование), частично замещая дорогую древесную целлюлозу.
Зачем карбонат кальция нужен в бумаге
Минеральный наполнитель выполняет в бумаге сразу несколько функций:
- Повышение белизны. Карбонат кальция имеет высокую белизну и делает бумагу светлее и ярче.
- Непрозрачность (укрывистость). Частицы наполнителя рассеивают свет, поэтому текст не «просвечивает» с обратной стороны листа.
- Гладкость и печатные свойства. Наполнитель заполняет поры между волокнами, бумага становится более гладкой и ровной, лучше воспринимает печать.
- Снижение себестоимости. Карбонат кальция дешевле целлюлозы, поэтому его введение удешевляет бумагу.
- Стабильность размеров. Наполненная бумага меньше деформируется.
Почему именно карбонат кальция
Исторически в бумаге использовали каолин (глину), но карбонат кальция постепенно стал доминирующим наполнителем. Причины — высокая белизна, доступность, низкая стоимость и переход бумажных фабрик на нейтральную и слабощелочную среду производства (раньше карбонат нельзя было применять в кислой среде, где он разлагался). Именно поэтому на долю карбонатных наполнителей сегодня приходится более 60% всех минеральных наполнителей в мировой бумажной отрасли.
GCC и PCC в бумаге
| Тип | Что это | Особенности в бумаге |
|---|---|---|
| GCC (микрокальцит) | природный молотый карбонат (мрамор, известняк) | дешевле, широко используется для наполнения |
| PCC (осаждённый) | синтезированный карбонат кальция | контролируемая форма частиц, выше непрозрачность |
Требования к микрокальциту для бумаги
Качество наполнителя напрямую влияет на свойства бумаги и работу оборудования:
- Высокая белизна — главный показатель для писчей и печатной бумаги.
- Контролируемая тонина и узкое распределение частиц по размеру — для равномерного наполнения и гладкости.
- Низкое содержание абразивных примесей (кварца) — чтобы не изнашивать сетки и оборудование бумагоделательной машины.
- Химическая чистота — отсутствие окрашивающих примесей (железа), стабильный состав.
Влияние на свойства бумаги: баланс
Введение наполнителя — всегда поиск компромисса. С ростом степени наполнения улучшаются белизна, непрозрачность, гладкость и снижается себестоимость, но одновременно может снижаться механическая прочность бумаги (наполнитель ослабляет связи между волокнами) и расти пыление. Поэтому степень наполнения подбирают под конкретный вид бумаги — для газетной, офисной, мелованной и упаковочной она своя.
Где применяют
- Офисная и писчая бумага — высокая белизна и непрозрачность.
- Печатная и мелованная бумага — наполнение и меловальные покрытия для качественной печати.
- Картон и упаковка — удешевление и улучшение свойств поверхности.
Частые вопросы
Зачем в бумагу добавляют мел/микрокальцит?
Чтобы повысить белизну и непрозрачность, улучшить гладкость и печатные свойства и снизить себестоимость, заместив часть дорогой целлюлозы дешёвым карбонатом кальция.
Не делает ли наполнитель бумагу хуже?
Избыток наполнителя снижает прочность и усиливает пыление, поэтому его дозируют. В оптимальном количестве карбонат кальция улучшает потребительские свойства бумаги.
Чем GCC отличается от PCC в бумаге?
GCC — природный молотый микрокальцит, дешевле и используется для массового наполнения. PCC — осаждённый карбонат с контролируемой формой частиц, даёт более высокую непрозрачность. Подробнее — в статье о различиях GCC и PCC.
Источники
- «Модификация минерального наполнителя нановолоконной целлюлозой» // КиберЛенинка.
- «Влияние карбоната кальция на ацидофицирующую активность микромицетов» // КиберЛенинка.
Требования к наполнителю уточняйте по технологии конкретного вида бумаги или картона.