高檔卷煙紙專(zhuān)用PCC 除了要滿(mǎn)足高透氣度、高強度的基本要求之外，還要求能提高卷煙紙的不透明度、白度，改進(jìn)手感和柔軟性，有較高的留著(zhù)率以及能調節卷煙紙燃燒速度等功能。高檔卷煙紙對專(zhuān)用PCC 的晶形、平均粒徑大小與粒度分布、游離堿含量、白度等有嚴格要求，對沉降體積要求并不明確。按照通常的觀(guān)點(diǎn)，PCC 粒度越小，其沉降體積越大，反之亦然。但事實(shí)上，PCC平均粒度與沉降體積并不是一種一一對應關(guān)系，因為沉降體積除了與結晶粒子大小有關(guān)之外，還與粒度分布和結晶形態(tài)等因素密切相關(guān)。因此，生產(chǎn)過(guò)程中往往存在平均粒徑大小與沉降體積大小之間的矛盾，當平均粒徑合格時(shí)沉降體積卻偏大；反之，當沉降體積合格時(shí)，平均粒徑又偏大。
牡丹江恒豐紙業(yè)的生產(chǎn)實(shí)踐表明：高檔卷煙紙專(zhuān)用PCC 平均粒徑最好處于3.2~3.8 μm 之間，d50：3.5 μm，比表面積2~3 m2·g-1，沉降體積3.5 mL·g-1，如果沉降體積偏大將影響紙張的透氣性能。本文從調節平均粒徑大小與粒度分布、石灰活性、石灰消化水溫度、碳化溫度，穩定進(jìn)行窯氣凈化和熟漿陳化等工藝條件探討實(shí)現沉降體積的可控性。
１ 不同粒徑與粒度PCC的性質(zhì)
我們用Mastersizer2000 激光粒度分析儀對不同試樣的粒度大小、粒度分布情況與沉降體積進(jìn)行了對比分析，分別如圖1(a)、圖1(b) 和圖1(c) 所示。
 由圖1(a)可知，試樣１ 在0.2~1.2μm 之間有一個(gè)明顯的小峰，主峰已經(jīng)明顯深入10~15μm 之間，說(shuō)明該試樣中既明顯存在部分微細PCC，同時(shí)又存在大于10μm 的普通PCC，總體的平均粒徑較大，比表面積較小，粒徑分布較寬，且峰高較矮，雖然其沉降體積適中，但不符合產(chǎn)品的粒度分布要求，應用效果不佳。由圖1(b) 看出，其峰形與圖1(a) 相似，不同的是試樣2 的平均粒徑看起來(lái)非常符合要求，但粒度分布更寬，微細PCC 含量更多，比表面積較大、沉降體積明顯偏大，應用效果仍不理想。圖1(c) 只有一個(gè)主峰，且粒度分布較窄，峰高較大，峰寬較小，比表面積適中，峰形對稱(chēng)美觀(guān)，其平均粒徑和沉降體積都符合產(chǎn)品要求，應用效果很好。
 可見(jiàn)，PCC 的平均粒徑和粒度分布是兩個(gè)影響沉降體積的重要因素，在平均粒徑相差無(wú)幾的情況下，粒度分布是一個(gè)更重要的影響因素，只有當產(chǎn)品的平均粒徑、粒度分布和沉降體積同時(shí)符合要求時(shí)才能算是合格的產(chǎn)品。根據斯托克斯定律，由于微細PCC 懸浮粒子產(chǎn)生的輕度布朗運動(dòng)，對粒子的下沉產(chǎn)生阻滯作用，這是平均粒徑較小、粒度分布較寬、沉降體積卻更大的原因。因此，在高檔卷煙紙填料專(zhuān)用PCC 生產(chǎn)過(guò)程中要著(zhù)力避免粒徑小于1 μm 的微細PCC 的出現，同時(shí)也要避免粒徑大于10 μm 的普通PCC 的出現，這是控制產(chǎn)品沉降體積的重要措施。
2 PCC 的性質(zhì)控制
2.1 調節石灰活性
生石灰的生產(chǎn)是PCC的龍頭，只有先生產(chǎn)出了優(yōu)質(zhì)的生石灰，才可能最終生產(chǎn)出合格的PCC產(chǎn)品?；钚允沂且环N優(yōu)質(zhì)輕燒石灰，它具有晶粒細?。?.1~3 μm）、氣孔率高(50%）、體積密度小(1.5~1.7 g·cm-3)、比表面積大(1.5~2.0 m2·g-1)、活性度高( ≥ 300 mL)、殘余CO2 含量少( ≤ 2 %)等優(yōu)點(diǎn)。石灰活性越好，越容易消化，消化后的氫氧化鈣粒子越小，生產(chǎn)出來(lái)的PCC 平均粒徑就越小，其沉降體積值就越大。但粒徑大小與沉降體積大小并不是一一對應關(guān)系，在其他工藝參數允許的條件下，在產(chǎn)品平均粒徑合格的前提下，提高石灰活性可加大產(chǎn)品的沉降體積；反之，降低石灰活性可減小產(chǎn)品的沉降體積，石灰活性對輕鈣沉降體積的影響如表2。
 實(shí)踐表明，高檔卷煙紙填料專(zhuān)用PCC 要求中等活性的石灰，石灰活性度大于300 mL 或小于200 mL 都不適合。而石灰活性大小的控制可通過(guò)控制燃煤添加比例來(lái)控制煅燒溫度，通過(guò)控制煅燒時(shí)間來(lái)控制石灰石的分解程度來(lái)實(shí)現。
2.2 窯氣凈化與熟漿陳化
目前行業(yè)內廣泛采用的窯氣凈化系統是由旋風(fēng)分離器、噴淋除塵器或泡沫洗滌塔、吸附過(guò)濾塔等設備組成。其中旋風(fēng)分離器、噴淋除塵器或泡沫洗滌塔可以很好地起到脫除窯塵、降溫、脫硫等作用，能夠長(cháng)期穩定運行；其中吸附過(guò)濾塔為關(guān)鍵設備，吸附過(guò)濾塔一般都內裝焦炭或分子篩，主要起到吸附脫除窯氣中煤焦油等有機成分的作用，而吸附過(guò)濾塔能否有效運行正是窯氣凈化對PCC 沉降體積產(chǎn)生影響的關(guān)鍵所在。因為焦炭或分子篩都存在一個(gè)有效容量，一旦超過(guò)吸附介質(zhì)的有效容量，吸附塔將完全不能起到脫除煤焦油等有機成分的作用，而這些進(jìn)入碳化階段的有機成分容易吸附在產(chǎn)品表面，相當于對產(chǎn)品進(jìn)行了局部的表面改性作用，從而使產(chǎn)品沉降體積產(chǎn)生“ 虛高”現象，即導致產(chǎn)品沉降體積偏大。因此，每班都要測定凈化窯氣中煤焦油的含量，定期更換吸附介質(zhì)，確保吸附過(guò)濾塔的有效運行是保證產(chǎn)品沉降體積穩定的基礎。
沉降體積與熟漿的陳化時(shí)間成反比，即陳化時(shí)間越長(cháng)，沉降體積越小。但隨著(zhù)陳化時(shí)間的延長(cháng)，陳化對沉降體積的影響越小，當陳化時(shí)間超過(guò)24 h 之后，沉降體積趨于穩定。這是因為不經(jīng)陳化處理的PCC 結晶是不完整的、亞穩態(tài)的微細結晶，其粒度分布較寬，沉降體積較大；反之，經(jīng)過(guò)陳化處理的PCC 結晶完整、形態(tài)穩定、粒度分布較窄、沉降體積較小。碳化熟漿經(jīng)24 h 的陳化處理是穩定產(chǎn)品沉降體積的重要措施。
2.3 消化溫度和漿液濃度
石灰乳活性與消化過(guò)程中的攪拌強度、石灰粒徑、消化水溫度、m(H2O)/m(CaO) 等操作條件有關(guān)。在消化設備、石灰質(zhì)量、灰水比一定的條件下，消化水溫度是決定消化質(zhì)量的關(guān)鍵。消化反應是放熱反應，反應體系的溫度取決于生石灰的溫度和消化用水的溫度及數量。根據生產(chǎn)經(jīng)驗，一般消化溫度比消化用水溫度高20~40℃，當用熱水(50~80℃ ) 進(jìn)行消化反應時(shí)，反應尤其劇烈，可使反應溫度達到100℃以上，從而使溶液沸騰，同時(shí)產(chǎn)生大量蒸汽，使消化反應速度更快，反應也更為徹底，Ca(OH)2顆粒也更為細膩，最終所產(chǎn)PCC 的沉降體積也更大。
可見(jiàn)，如果產(chǎn)品的沉降體積偏大，則可以適當調低消化水溫度，反之亦然。當所選石灰質(zhì)量、數量和消化水量都相同，消化水溫分別為30℃、50℃、70℃時(shí)，分別測定3 個(gè)試樣的石灰乳沉降體積和相應的PCC 沉降體積，其結果如表3。
 漿液濃度是影響輕鈣平均粒徑和沉降體積的主要因素之一。提高漿液濃度可增大產(chǎn)品的平均粒徑和降低沉降體積；反之，降低漿液濃度可減小產(chǎn)品的平均粒徑和增大產(chǎn)品的沉降體積。納米PCC的生漿濃度一般控制在8%~12%，普通PCC 一般控制在16%~18%，高檔卷煙紙專(zhuān)用PCC 的平均粒徑介于普通PCC 和納米PCC 之間，其生漿濃度應控制在12%~16%。
2.4 碳化起始溫度和過(guò)程最高溫度
生漿的起始反應溫度、碳化過(guò)程最高溫度的控制，也是影響PCC 平均粒徑的重要因素之一。眾所周知，普通PCC 生產(chǎn)過(guò)程是幾乎不控制生漿的起始反應溫度和碳化過(guò)程溫度，這是因為普通PCC 也幾乎不控制產(chǎn)品的粒徑；而納米PCC 生產(chǎn)過(guò)程則需要通過(guò)制冷來(lái)嚴格控制生漿的起始反應溫度和碳化過(guò)程溫度，這源于氫氧化鈣粒子在水中的溶解度與溫度成反比，即溫度越低，其溶解度越大，反應的推動(dòng)力越大，越有利于碳化反應初期形成大量晶核，有利于粒子超細化。而高檔卷煙紙專(zhuān)用PCC 的粒徑介于普通PCC 和納米PCC 之間，一般來(lái)說(shuō)，漿液的起始反應溫度可控制在20~30℃，碳化過(guò)程最高溫度可相應地控制在45~55℃之間。因此，碳化溫度最好能實(shí)現可控。如果產(chǎn)品的沉降體積偏大，可適當調高碳化起始溫度或碳化過(guò)程溫度；反之亦然，但這可能帶來(lái)產(chǎn)品平均粒徑的改變。
3 結語(yǔ)
⑴ 在平均粒徑相差無(wú)幾的情況下，粒度分布是一個(gè)影響產(chǎn)品沉降體積更重要的因素，在高檔卷煙紙填料專(zhuān)用PCC 生產(chǎn)過(guò)程中要著(zhù)力避免粒徑小于1 μm 的微細PCC 和大于10 μm 的普通PCC。
⑵ 提高石灰活性可加大產(chǎn)品的沉降體積，反之，降低石灰活性可減小產(chǎn)品的沉降體積。高檔卷煙紙填料專(zhuān)用PCC 要求中等活性的石灰，石灰活性度大于300 mL 或小于200 mL 都不適合。
⑶ 吸附過(guò)濾塔是窯氣凈化的關(guān)鍵設備，一旦超過(guò)其吸附介質(zhì)的有效容量，將不能起到脫除煤焦油等有機成分的作用，將使產(chǎn)品沉降體積產(chǎn)生“虛高”，導致產(chǎn)品沉降體積偏大。因此，確保吸附過(guò)濾塔的有效運行是保證產(chǎn)品沉降體積穩定的基礎。
⑷ 消化水溫度是決定消化質(zhì)量的關(guān)鍵，消化水溫一般控制在50~80℃。消化水溫越高，消化反應速度越快，反應也越徹底，Ca(OH)2 顆粒也更為細膩，最終所產(chǎn)PCC 的沉降體積也更大。因此，如果產(chǎn)品的沉降體積偏大，則可以適當調低消化水溫度，反之亦然。
⑸ 碳化溫度最好能實(shí)現可控，起始反應溫度可控制在20~30℃，最高溫度控制在45~55℃之間。如果產(chǎn)品的沉降體積偏大，可適當調高碳化起始溫度或碳化過(guò)程溫度，反之亦然。
⑹ 經(jīng)陳化處理的PCC 結晶完整、形態(tài)穩定，應避免出現微細PCC、粒度分布較窄、沉降體積較小的現象產(chǎn)生。碳化熟漿經(jīng)24 h 的陳化處理是穩定產(chǎn)品沉降體積的重要措施。
作者：顏 鑫1,2，陽(yáng)鐵健1，陳東旭1，文明春2（1.湖南化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院化工系，湖南株洲 412004；2. 牡丹江恒都鈣品有限公司，黑龍江牡丹江 157005）
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