Наполнители

Многие виды бумаги вырабатывают с минеральными наполнителями, которые сообщают бумаге определенные свойства. Вводят наполнители в бумажную массу до или после ее размола. В качестве наполнителей применяют каолин, гипс, мел, тальк, асбестин, бланфикс, сульфид цинка, двуокись титана и некоторые другие минеральные вещества, обладающие белым цветом. Процесс введения минеральных наполнителей в бумагу называется ее наполнением или отяжелением.

Основная цель введения наполнителей в бумагу заключается в том, чтобы сообщить ей такие свойства, как белизну, непрозрачность, мягкость, гладкость, впитывающую способность и др. Эти свойства особенно необходимы для писчей бумаги и бумаги для печати. Минеральные наполнители улучшают печатные свойства бумаги. Бумага лучше воспринимает краску из печатной формы. Полученное изображение отличается большей сочностью, не просвечивает на другую сторону листа и не затрудняет чтения. Последнее свойство важно также и для писчей бумаги.

Применение минеральных наполнителей имеет также и экономическое значение, так как позволяет заменить часть волокна более дешевым минеральным материалом. Несмотря на значительные потери (50-60%) наполнителей в производстве, применение их экономически выгодно. Однако наполнители придают бумаге и отрицательные свойства: понижают механическую прочность и степень проклейки бумаги. Понижение этих показателей качества бумаги ограничивает количество вводимых в нее наполнителей.

О количестве наполнителей в бумаге судят по ее зольности. Зная естественную зольность волокна и потерю при прокаливании минерального наполнителя в процессе озоления бумаги, нетрудно подсчитать количество наполнителя, содержащегося в бумаге. Для большинства наполнителей, кроме мела, истинное их содержание в бумаге мало отличается от значения ее зольности.

По содержанию наполнителей все виды бумаги условно можно разбить на четыре группы: бумага с естественной зольностью волокна (т. е. без наполнителей), малозольная, с содержанием золы до 5%, средней зольности (до 12-15% золы) и высокозольная бумага, с содержанием золы выше 15%.

Минеральные наполнители оказывают влияние на многие свойства бумаги: толщину, объемный вес, впитывающую способность, воздухопроницаемость, деформацию, гладкость и лоск, белизну, непрозрачность, механическую прочность, степень проклейки и пр. Степень влияния на эти показатели зависит от вида и количества вводимых наполнителей.[2]

1.1.2. Меловальная суспензия

Для придания бумаге специальных свойств на ее поверхность наносят покровный слой, состоящий из минеральных пигментов, клеящих веществ, восковых эмульсий, смол и других органических веществ в зависимости от назначения бумаги. Такие окрашенные с поверхности виды бумаги применяются для книжной и журнальной продукции, для обоев, фотобумаги, гранитоля, клеенок, декоративных изделий и упаковки. Покровные слои наносятся на бумагу на специальных бумагокрасильных машинах с одной или с двух сторон. Обычно покровную массу наносят на поверхность бумаги валиками, щеточным или шаберным устройством, затем бумагу высушивают в потоке теплого воздуха и каландрируют.

В композицию меловалыюй суспензии входят пигменты, составляющие наибольшую часть сухого покрытия (70-90 % от веса ,сухих веществ), полимеры связующие и технологические добавки такие, как диспергаторы, сшивающие агенты, пластификаторы, пеногасители, аитивспениватели и др.

Пигменты - мелкодисперсные неорганические вещества нерастворимые в воде. Они вводятся в покрытия для придания бумаге или картону гладкой поверхности, белизны, непрозрачности и хороших печатных свойств. При необходимости они могут обеспечивать такие свойства покрытия как высоколощеную или матовую отделку, цвет или оттенок, непроницаемость для тех или иных красок и лаков.

Пигменты, используемые в процессах меловання, должны обладать всеми или большей частью следующих свойств: хорошо диспергироваться и образовывать текучую суспензию, иметь определенный гранулометрический состав, низкий удельный вес, высокую белизну, высокий коэффициент преломления и не быть абразивным. Пигмент должен быть химически инертным и совместимым с другими пигментами, связующими и правками, используемыми и рецептуре меловальных суспензий.

Наиболее часто применяемые белые пигменты: каолин, карбонат кальция, тальк, бланфикс, сатинвейс, диоксид титана, цинковые пигменты и др. Выбор пигмента определятся как качеством готовой продукции, так и видом наносящею устройства, которое предъявляет определенные требования к концентрации и вязкотекучим свойствам меловальных суспензий. Однако, пигмент одного вида не может обеспечить весь комплекс требуемых печатных и оптических свойств, поэтому в композиций используется смесь пигментов. Например, для повышения белизны и считывающей способности к одному пигменту каолину добавляют мел, для повышения непрозрачности диоксид титана, для повышения белизны сатинвейс или бланфикс.

Полимеры связующие являются вторым основным компонентом меловальной суспензии и составляют 5-25 % массы покрытия. Назначение связующего состоит в том, чтобы связать частицы пигмента друг с другом в сухом покровном слое и обеспечить прочное соединение с бумагой-основой. Вид связующего, количество его но отношению к пигментам и характер его распределения в покровном слое регулирует поглощение печатных красок. Кроме того, связующее служит носителем пигментов, способствует удержанию их во взвешенном состоянии, определяет вязкотекучие свойства суспензии и регулирует ее водоудерживаемость.

Связующее оказывает влияние на следующие свойства мелованной продукции: лоск, белизну, непрозрачность, эластичность, впитываемость печатной краски, сопротивляемость выщипыванию, водоустойчивость, структуру покрытия. Идеальное связующее должно иметь низкую стоимость, хорошую адгезию к частицам пигмента и волокнистой основе, низкий удельный вес и показатель преломления, хорошую диспергирующую способность в отношении пигментов. Связующее должно подвергаться процессу сшивки, быть светоустойчивым и сохранять высокую белизну после сушки, давать стабильные во времени покровные суспензии, быть устойчивым к воздействию бактерий, грибков и насекомых, не образовывать пены.

В качестве связующих наиболее часто используют казеин, крахмал (природный и модифицированный), водорастворимые эфиры целлюлозы, поливиниловый спирт, различные латексы и др.

Высокие требования, предъявляемые к связующим веществам не могут быть обеспечены при применении одно связующего. Хорошие результаты получаются при совместном применении натуральных и синтетических связующих, причем доля последних составляет от 50 % до 90 %.[2]

Основные характеристики и свойства пигментов приведены в таблицах 1 и 2.

Таблица 1. Основные характеристики пигментов.

Пигмент	Химическая формула	Средний размер частиц мк	Форма частиц	Твердость	Плотность г/см3	Индекс преломления	Белизна
Каолин	Al4(Si4O10)(OH)8	0,3-5,0	пластинчатая	1-3	2,7	1,56	70-90
GCC	CaCОЗ MgCO3(2-3 %)	0,7-2,0	ромбоэдрическая	1-3	2,7	1,56- 1,65	60-97
Тальк	Mg3(Si4O10)(OH)2	0,3-5,0	пластинчатая	1	2,7	1,57	70-90
Гипс	CaS04 2Н20	0,2-2,0	округлая		2,3	1,52	92-94
TiO2 Анатаз Рутил	ТiО2	0,2-0,5 0,2-0,5	столбчатая округлая	4	3,9- 4,2	2,55- 2,70	98-99 97-98
РСС	СаСОЗ	0,1-2,0	различная	1	2,7	1,59	92-98
Кальц. каолин	Аl2ОЗ 2SiO2	0,7	Агрегированные пластины	2	2,7	1,56	89-93
АТН	Аl(ОН)3	0,2-2,0	пластинчатая	1	2,4	1,57	98-100

Таблица 2. Преимущества и недостатки различных пигментов

Пигмент	Преимущества	Недостатки
Каолин (тонкий)	Лоск, гладкость, быстрое высыхание краски	Белизна, реология, цена
Каолин (пластинчатый)	Непрозрачность, гладкость, лоск краски, глубокая печать	Белизна, реология, низкая концентрация суспензии, лоск.
Кальцинированный	Белизна, непрозрачность	Реология, высокий расход связующего
GCC обычный	Белизна, реология, высокая концентрация суспензии, низкий расход связующего, доступность	Непрозрачность, глубокая печать
GCC(С крутой кривой распределения)	Белизна, непрозрачность, адсорбция краски, реология	Низкая концентрация суспензии.
РСС	Белизна, непрозрачность, адсорбция краски	Низкая концентрация суспензии,
Тальк	Глубокая печать, гладкость, низкая абразионость	Белизна, непрозрачность, реология, офсетная печать, лоск.
Диоксид титана	Непрозрачность, белизна	Цене, абразионость, высокий
Органические пигменты	Лоск, пухлость, непрозрачность	Реология, цена.

Как уже было сказано, основной компонент меловальной суспензии - это пигмент или их сочетание. Остальные компоненты подбираются в зависимости от основного.