本文作者：夏新兴杜明珠作者单位：陕西科技大学轻工与能源学院

由于木材资源短缺，目前我国还大量以麦草、芦苇、竹子等作为造纸纤维原料。据报道，我国原生浆中草类浆的比例占40%以上[1]。在碱回收过程中，绿液与石灰发生苛化反应生成氢氧化钠供蒸煮工段循环使用，同时还会产生大量的副产品——白泥。在麦草浆碱回收体系中，每回收1t碱产生的绝干白泥理论值是1250kg。如此多的白泥如果不加以利用，势必会造成很大的浪费。但由于草浆白泥杂质多，硅含量高，生成的碳酸钙白度低，粒子匀整性差，使得麦草浆白泥的循环利用难度较大，大多数制浆厂只是简单的填埋或堆放，不仅造成对环境的污染，还需要支付高额的排污费，加重了企业负担[2]。目前，国内已经开展了白泥碳酸钙作为造纸填料的技术研究并在一些企业实现了产业化生产，如湖南泰格林纸股份有限公司、沅江纸业有限公司、中冶银河纸业有限公司等。从这些公司的白泥碳酸钙作为造纸填料的应用情况来看，白泥碳酸钙已经可以部分甚至大部分替代商品碳酸钙作为纸张填料。然而，通过对这些生产企业的了解，白泥碳酸钙作为填料在实际生产应用中，还存在许多问题，如白泥碳酸钙的粒度、白度及晶型等的控制问题；白泥碳酸钙在加填时还会造成粘网、糊网等问题；对AKD施胶有一定的负面影响，使施胶剂用量增加。这些问题严重制约了草浆白泥碳酸钙的应用。因此，我们通过对绿液进行预处理，并精确控制苛化反应条件，生产出精制白泥碳酸钙用于纸张加填，并对比分析了传统草浆白泥碳酸钙、精制草浆白泥碳酸钙及商品碳酸钙的物理性能及其用作造纸填料时对纸张性能的影响。

1实验

1.1实验原料及仪器

绿液，取自西安某纸业有限公司，为麦草制浆碱回收绿液；浆料，漂白阔叶木化学浆，打浆度30°SR；AKD施胶剂，CPAM、膨润土助留助滤剂，均为工业品；邻苯二甲酸二辛酯(DOP)，分析纯。BT-9300H激光粒度分布仪，R457白度计，可勃（Cobb）吸水性测定仪，抗张强度测定仪。

1.2实验方法

1.2.1精制草浆白泥碳酸钙的制备

麦草浆绿液静置一段时间后，使其自然澄清，取一定量上层清液进行预处理，过滤析出的沉淀[3]。将得到的净化绿液用于苛化反应，并精确控制反应条件制得精制白泥碳酸钙。

1.2.2碳酸钙粒径分布的测定

采用BT-9300H型激光粒度分布仪对碳酸钙的粒度分布进行测定。

1.2.3碳酸钙吸油值的测定

称取5.0g碳酸钙，精确至0.01g，置于玻璃板或釉面瓷板上，用已知质量的盛有邻苯二甲酸二辛酯(DOP)的滴瓶滴加DOP，在滴加时用调刀不断进行翻动研磨，起初试样呈分散状，后逐渐成团直至全部被DOP所润湿，并形成一整团即为终点。称取滴瓶质量，精确至0.01g。整个测定要求在90min内完成。计算所用DOP的质量与物料质量的比，即为吸油值。式中：m1—滴加DOP之前滴瓶和DOP的质量，g；m2—滴加DOP之后滴瓶和剩余DOP的质量，g；m—试样质量，g。

1.2.4碳酸钙沉降体积的测定

取10.0g碳酸钙试样置于最小刻度为1mL的100mL具塞量筒中，浸泡2h左右，加水到刻度线，用力振荡使之完全呈分散状态，室温下静置24h，观察沉降物所占体积大小以及沉降情况。计算沉降物所占体积与试样的质量的比值[4]。X=V/m式中：X—沉降体积，mL•g-1；V—沉降物所占体积，mL；m—试样质量，g。

1.2.5碳酸钙在纸张中的加填实验

将一定量的漂白阔叶木化学浆（30°SR）在标准纤维疏解器中疏解2000r。在疏解后的浆料中加入一定量的碳酸钙,搅拌均匀，加入AKD、CPAM/膨润土助留助滤剂,在抄片器中抄制成纸，并对其进行物理性能检测。

2结果和讨论

2.1碳酸钙的物理性能

2.1.1粒径分布

由图1可见，传统草浆白泥碳酸钙的粒径分布范围宽，平均粒径达12.78μm，其中，粒径10μm以下的只占34%，10μm以上则占66%。这样，在纸张加填时，粒径较大的碳酸钙粒子很难进入纤维之间的空隙之中，仅覆盖在纸张的表面，使纸张在印刷过程中会出现掉毛掉粉现象，此外还会引起加填不均、影响纸张的松厚度和匀度，以及造成网部磨损等，因此不适合用作造纸填料。而精制的草浆白泥碳酸钙平均粒径为6.36μm，且粒径分布较均匀，大多数在5~10μm之间，10μm以下粒径的约占82%。商品碳酸钙平均粒径最小，且粒径分布范围小，平均粒径为5.31μm，其中，5μm以下占49%，5~10μm则占45%，粒径均一性优于精制白泥碳酸钙。从图1~图3我们可以看出，精制草浆白泥碳酸钙和商品碳酸钙的粒径接近，且分布较为均匀，可以满足作为造纸填料的使用要求，而传统白泥碳酸钙，粒径大部分在10μm以上，且分布不均匀，不适合用作造纸所用的填料。

2.1.2吸油值和沉降体积

填料的沉降性能跟填料的粒径之间存在一定的线性关系。通常情况下，粒径越大，沉降速度越快，沉降体积越小。而粒度越细，沉降速度越慢，沉降体积越大。从表1可知，传统草浆白泥碳酸钙的沉降体积最大，为8.6mL•g-1，沉降速度最慢，这是因为传统草浆白泥的粒度均匀性较差，粒度分布范围宽，尽管平均粒径较大，但仍有大量的细小粒子。填料沉降的速度越快，在造纸网部的滤水也就会越快。反之，沉降速度慢，大量填料粒子就容易随白水流失，使填料的留着率降低。精制后的草浆白泥碳酸钙沉降体积最小，只有3.2mL•g-1，有利于促进填料在浆料表面的均匀吸附。填料颗粒吸油值的大小与粒子间的间隙、粒子表面性能以及粒子的比表面积等有关。吸油值对造纸用碳酸钙的使用性能比较重要，由表1可知，精制的草浆白泥碳酸钙其吸油值最高，达到120.0，而传统草浆白泥仅为65.2，商品碳酸钙的吸油值为84.0。在造纸中，实际需要的是降低沉降体积和提高吸油值。因此，从吸油值和沉降体积来考虑，精制后的草浆白泥碳酸钙完全适合用作造纸填料，而传统草浆白泥碳酸钙则不适合用作造纸填料。

2.1.3白度

从表2可见，传统草浆白泥碳酸钙的白度只有82.36%ISO，达不到作为造纸填料的标准要求。精制草浆白泥碳酸钙白度达到了90.00%ISO，相对于传统草浆白泥碳酸钙有了很大提高。但是，与商品轻质碳酸钙相比还是稍低，这是因为草浆绿液的成分复杂，含有很多金属离子，如Fe3+、Cu2+、Mg2+等，这些杂质的存在影响了白泥碳酸钙的白度。

2.2碳酸钙在纸张中的应用性能对纸张施胶效果的影响

2.2.1对纸张施胶效果的影响

由图4可知，经传统草浆白泥碳酸钙加填的纸张几乎没有施胶效果，而精制草浆白泥碳酸钙加填的纸张其抗水性有了很大的提高，达到了商品碳酸钙加填的施胶效果。由图4还可以看到，随着白泥碳酸钙加填量的增加，纸张抗水性呈减弱趋势，这是因为随着填料的增加，较多的施胶剂被填料所吸附而降低了纸张的施胶效果。

2.2.2对纸张光学性能的影响

由图5可知，传统草浆白泥碳酸钙加填的纸张白度较低，且随着加填量增加纸张白度不断降低。而精制草浆白泥碳酸钙及商品轻质碳酸钙加填的纸张白度较高，且随着加填量增加，纸张的白度不断提高，当加填量从15%到25%时，FCC加填纸的白度要稍高于PCC加填纸的白度。当加填量超过25%后，PCC加填纸白度才开始高于FCC加填纸的白度，这可能与两种碳酸钙的形貌结构特征有关。由图6可见，3种纸张不透明度随着碳酸钙加填量的增加而增大。在相同填料加入量下，精制草浆白泥碳酸钙加填纸的不透明度最大，商品轻质碳酸钙次之，传统草浆白泥碳酸钙的最小，这可能与3种碳酸钙的形貌结构特征及粒径大小有关。

2.2.3对纸张物理强度的影响

从图7到图9可知，随着填料加入量的增加，各项强度指标均呈下降趋势。纸张的抗张强度及耐破度，精制草浆白泥加填纸比商品碳酸钙的略好，传统草浆白泥的最低；撕裂度方面，精制草浆白泥加填纸略低于商品碳酸钙加填纸，但相对于传统草浆白泥加填纸也有较大的提高。

3结论

精制草浆白泥碳酸钙平均粒径为6.36μm，10μm以下粒径的约占82%，其粒径与商品轻质碳酸钙相近；传统草浆白泥碳酸钙粒度分布范围宽，10μm以上粒径的约占66%，平均粒径达12.78μm。通过改进工艺得到的精制草浆白泥碳酸钙其吸油值高、沉降体积小。用于纸张加填时，精制草浆白泥碳酸钙及商品轻质碳酸钙都能使纸张白度得到提高，而传统草浆白泥碳酸钙使纸张白度降低；精制草浆白泥碳酸钙对纸张不透明度有良好提高效果，商品轻质碳酸钙次之；相对于传统草浆白泥碳酸钙，精制草浆白泥碳酸钙加填的纸张在施胶度和物理强度方面都有了明显的改善，可以代替商品碳酸钙用作造纸填料。