造紙用碳酸鈣的最基本粒子形態(tài)是:文石形、菱形六面體、偏三角形三種,其他的形貌可以視為這三種形態(tài)通過控制生產(chǎn)工藝條件衍生而來。目前國內(nèi)造紙常用碳酸鈣典型形態(tài)在用作填料、涂料和卷煙時有所不同。
用作填料時的常用形態(tài)為:紡錘狀、米粒狀、柱狀、菊花狀、多聚體、無定形等。用作涂料時的常用形態(tài)為:紡錘狀、米粒狀、菱形立方體、片狀、短柱狀、無定形、針狀等。用于卷煙紙?zhí)盍系奶妓嵝螒B(tài);紡錘狀、菊花狀、針狀。
一些生產(chǎn)實踐表明,球狀PCC不僅成本高,用于填料的保留率和紙張強度都較低;鏈狀PCC在紙纖維中均勻分布性較差,只在特殊場合下使用。
PCC晶體形態(tài)是影響造紙生產(chǎn)操作性、涂料性能、紙張質(zhì)量等諸方面中最重要的影響因素之一。
各種形態(tài)的PCC大體可分為單一晶體管粒子和聚合體兩種存在形式,之前對造紙的影響主要來自形態(tài)和長徑比,后者主要來自配合體內(nèi)孔隙結(jié)構特性。
長徑比是指單一粒子的長度與直徑之比。紡錘狀、柱狀和針狀均屬于大長徑比晶型。
大長徑比PCC用于紙張?zhí)盍希妓徕}單晶與紙張纖維之間結(jié)合時容易產(chǎn)生搭橋作用,使纖維繃起,形成均勻孔隙,對提高成紙的透氣度、厚度、不透明度、挺度、減小兩面差,以及獲得較高的填料保留率等都是有利的。但如果將大長徑比PCC用于紙張涂料,則表現(xiàn)為黏度較高、黏度穩(wěn)定性差、且涂層光澤也差等。相反,米粒狀和菱形立方體等小長徑比PCC,只適用于紙張涂料,表現(xiàn)出良好的涂層光澤;片狀PCC對紙張光澤很好,但由于生產(chǎn)難度較大,售價較高,目前未能普遍使用。
多聚體PCC,也稱配合體PCC,一般由針狀、極細球狀、立方體、米粒狀等單體聚體而成。其主要物理特性表現(xiàn):粒子之間構成的高孔隙率、高分散系數(shù)、高吸油值和低的堆積密度值。在相同填料保留率時,有利于提高加填紙張的不透明度、松厚度 、挺度、壓光紙平滑度、透氣性和油墨吸收性,在涂料中展現(xiàn)較高的保水值,用于填料系統(tǒng)時,對吸附黏性物質(zhì)凈化白水有利等。其主要負面效應是加填紙張的強度和施膠度稍低,其次是用于涂料時黏度較大、表面強度較低。因此,配合體PCC很少單獨用于造紙涂料,往往是與其他小長徑比PCC混配使用,目的是為了改善涂層孔隙結(jié)構,提高壓光紙松厚度、透氣性、油墨吸收性等。
常希望用于涂料的PCC有較低的黏度和黏度穩(wěn)定性,立方體晶型除外,隨著晶體長徑比的減小,PCC黏度依次減小,其粘穩(wěn)系數(shù)也隨之減小,因此,造紙工業(yè)中涂料的PCC常為黏度和粘穩(wěn)系數(shù)較小的短柱狀、無定形、菊花狀等。
不同形態(tài)PCC對填料紙性能的影響相對較好的是菊花狀、紡錘狀等,球狀除了抗張強度和伸長率外,其他性能良好,立方體的性能普遍較差。在造紙工業(yè)中對優(yōu)質(zhì)納米碳酸鈣形態(tài)品質(zhì)控制方面主要考慮以下幾個方面。
1、粒子表觀形狀方面
任何形態(tài)PCC都要求規(guī)則、完整、一致,邊緣平滑無殘缺。聚合體集聚粒子間不粘連;菊花狀的單晶粒子個數(shù)相近,開啟度大小近似,單晶端部呈尖峰;紡錘狀、針狀呈尖峰 。
2、長軸短軸尺度(長徑比或徑厚比)方面
紡錘狀、米粒狀、柱狀、針狀等優(yōu)質(zhì)PCC,對其長軸、短軸尺度,或長徑比有一定限定。
3、表觀孔隙與孔隙率方面
PCC表面具有幼小的孔隙,品質(zhì)優(yōu)良的PCC的微觀孔隙細小均一,使同一形態(tài)和粒徑的PCC具有更大的比表面積,以及高的吸油值和散光系數(shù)。菊花狀PCC其針狀單晶間開啟度的大小,對粒子表觀孔隙與孔隙率有直接的影響。與其他弄臟粒子配合而成的多聚體孔隙大水應均勻一致。
4、形態(tài)的均一性方面
優(yōu)質(zhì)碳酸鈣應具有形態(tài)的規(guī)則有序和均一性,即包括形狀的一致性、長軸與短軸的一致性、長徑比的近似性、粒徑和孔徑大小分布的一致性等。