گچ در صنایع کاغذسازی چه کاربردی دارد؟

گچ در صنایع کاغذسازی به عنوان پرکننده استفاده می شود. مسائل مربوط به هزینه و کیفیت محصول باعث شده است که تولیدکنندگان کاغذ توجه بیشتری به استفاده از مواد افزودنی معدنی در تولید کاغذ داشته باشند. در صنایع کاغذسازی، امکان انتخاب و استفاده از طیف وسیعی از محصولات معدنی طبیعی و مصنوعی وجود دارد. هر یک از این مواد دارای ویژگی های مشخصه، توزیع اندازه و رفتار شیمیایی سطحی متفاوتی هستند.

در ادامه به بررسی مواد معدنی استفاده شده در صنایع کاغذسازی به خصوص گچ می پردازیم.همچنین ویژگی های متمایز محصولات پرکننده ای را که به طور گسترده در صنایع کاغذسازی کاربرد دارند بررسی می کنیم. در این مقاله روش هایی برای فرآوری مواد پرکننده و حفظ و نگهداری آنها در کاغذ بررسی می شود. خصوصیات نوری کاغذ و راهکارهایی برای حفظ مقاومت کاغذ در سطوح پرکننده بالاتر در نظر گرفته شده است.

پرکننده کاغذ چیست؟

پرکننده هایی مانند گچ را در صنایع کاغذ سازی می توان به عنوان ذرات مواد غیر محلول در آب در محدوده اندازه حدود 0.1 تا 10 میکرومتر تعریف کرد. پرکننده ها قبل از تشکیل کاغذ به دوغاب الیاف سلولزی اضافه می شوند. از نظر میزان استفاده در کاغذ ، پرکننده ها پس از الیاف سلولزی دومین ماده پرکاربرد در تولید کاغذ هستند. پرکننده ها علاوه بر تأثیر اقتصادی بر تولید کاغذ، زمینه جذابی برای تحقیقات علمی و فناوری نیز فراهم می کنند.

مهم ترین انواع پرکننده ها در تولید کاغذ

پرکننده های پرکاربرد در صنایع کاغذ سازی را می توان به دو کلاس اصلی طبیعی و مصنوعی دسته بندی کرد. برخی از مواد معدنی مانند کربنات کلسیم به صورت پرکننده به دو صورت طبیعی و مصنوعی در دسترس هستند. سایر مواد معدنی، مانند تالک و دی اکسید تیتانیوم، به ترتیب عمدتاً در دسته طبیعی و مصنوعی جای می گیرند. گچ (که از ماده معدنی کلسیم سولفات دی هیدراته تشکیل شده)، در دسته پرکننده های مصنوعی قرار می گیرد.

پرکننده ها چه نقشی در تولید کاغذ دارند؟

از مواد پرکننده مانند گچ در صنایع کاغذ سازی تنها برای “پر” کردن فضای داخل کاغذ استفاده نمی شود. علیرغم نام کوتاه آنها، پرکننده ها کاربردی فراتر نیز دارند. پرکننده هایی مانند گچ بر ساختار کاغذ، شکل ظاهری و بسیاری از خصوصیات قابل اندازه گیری آن تأثیر می گذارند. همچنین عملکرد نهایی کاغذ را تغییر می دهند. پرکننده ها در صنایع کاغذ سازی می توانند منجر به تولید انواع مختلف کاغذ برای استفاده در کاربردهای مختلف شوند.

پرکننده ها پیش از تولید ساختار اصلی کاغذ به مواد تشکیل دهنده آن اضافه می شوند. بر خلاف اینکه فرض می شود که ماده پرکننده باید ساختار داخلی کاغذ را پر کند. به دلیل نحوه تشکیل کاغذ، مواد پرکننده می توانند عمیقا بر ضخامت محصول حاصل تأثیر بگذارند. با قطع بخشی از قسمت پیوند خورده بین الیاف، بیشتر مواد پرکننده باعث کاهش مقاومت کاغذ می شوند.

در بعضی موارد حتی استفاده از پرکننده فضای خالی ساختار کاغذ را افزایش می دهد. به طور کلی پرکننده ها نسبت و ابعاد فضاهای خالی درون کاغذ را تغییر می دهند.با این کار علاوه بر نفوذپذیری و خصوصیات تعامل با جوهر، تأثیر زیادی بر خصوصیات نوری و بصری کاغذ دارند.

اکثر پرکننده ها در صنایع کاغذ سازی مانند گچ حداکثر ابعادی در محدوده حدود 0.2 تا 4 میکرون دارند. برای مقایسه، می توان اشاره کرد که قطر یک ذره پرکننده معمولی در حدود 1/1000 طول یک فیبر کاغذ سازی معمولی است که معمولاً در حدود 1 تا 3 میلی متر طول دارد.

مشاهده ذرات پرکننده منفرد در زیر میکروسکوپ نوری با قدرت بالا امکان پذیر است. اما حضور آنها بیشتر با آزمایشهای غیرمستقیم، از جمله تجزیه و تحلیل خاکستر نمونه کاغذ، اندازه گیری خصوصیات کاغذ و ویژگی های پراکندگی نور محلول کاغذ، آشکار می شود. پرکننده های معمول کاغذ سازی مانند گچ بسیار کوچک هستند. ماندگاری آنها در طی فرآیند تشکیل کاغذ چالش های فنی را به همراه دارد.

فواید استفاده از پرکننده هایی مانند گچ در صنایع کاغذسازی

استفاده از پرکننده ها در صنایع کاغذسازی فواید زیادی برای تولیدکنندگان کاغذ و هم چنین مصرف کنندگان آن دارد. اگرچه ممکن است همه این مزایا برای نوع خاصی از کاغذ مهم نباشد، اما پرکننده ها روش های مختلفی را برای پاسخ به نیازهای مشتری و بهبود سودآوری برای تولید کننده محصولات کاغذی ارائه می دهند.

بسته به نوع کاغذ ساخته شده، پرکننده ها می توانند بیشترین تاثیر را روی ویژگی هایی از جمله روشنایی، تیرگی، یکدست بودن، ثبات ابعادی، کیفیت چاپ و هزینه کلی مواد داشته باشد. انتخاب نوع پرکننده استفاده شده و همچنین مقدار و نسبت ترکیب آن با مواد اصلی سازنده کاغذ به این بستگی دارد که کدام یک از این ویژگی ها برای استفاده نهایی کاغذ مهم است.

در ادامه به بررسی برخی پرکننده های پرکاربرد از جمله انواع مختلف گچ در صنایع کاغذ سازی می پردازیم.

پرکننده های متداول در صنایع کاغذسازی

گچ مصنوعی به عنوان پر کننده در صنایع کاغد سازی

گچ دارای ویژگی های مثبت بسیاری است که می تواند به عنوان یک پرکننده مناسب در تولید کاغذ استفاده شود. به عنوان مثال، هزینه استفاده از گچ در صنایع کاغذسازی به مراتب از دیگر پرکننده ها کمتر است.

گچ درخشان و نرم بوده و می توان ذرات آن را در اندازه ها و اشکال مختلف متناسب با کاربرد و نوع پرکننده تهیه کرد. متداول ترین شکل کریستال های گچ استفاده شده در صنایع کاغذسازی سوزنی شکل (استیکولار) هستند. نسبت طول به قطر آنها در حدود 4 به 10 است. برای ماندگاری بیشتر گچ در هنگام تشکیل کاغد، می توان آن را با پتانسیل مثبت زتا تهیه کرد.

یکی از اصلی ترین کمبودهای گچ به عنوان پرکننده، حلالیت آن در آب بوده است. در شرایط دمایی تولید کاغذ، حلالیت گچ در آب تقریباً برابر 2 تا 4 گرم در لیتر است. از یک طرف، این قابلیت انحلال کم ممکن است باعث هدر رفتن گچ مصرفی شود.

از طرف دیگر، انتظار می رود که میزان بالای چرخش مجدد در سیستم های مدرن آب سفید منجر به شرایط اشباع شده یون ها در محلول شود و باعث بالارفتن میزان انحلال در آب شود. محققان در طی سال های اخیر سازوكاری را پیشنهاد كردند كه به موجب آن تبخیر محلول اشباع شده در حین خشك كردن كاغذ باعث می شود تا انتهای بلورهای گچ به فیبرهای سلولزی مجاور بخورد و پیوندی دائمی ایجاد كند، که باعث افزایش پایداری آن می شود.

گچ طبیعی به عنوان پرکننده در صنایع کاغد سازی

کلاس اصلی دیگر پرکننده ها که از کربنات کلسیم  تشکیل شده است، گچ طبیعی است. این نوع گچ یک رسوب طبیعی است که از پوسته ارگانیسم های میکروسکوپی دریایی (کوکولیت ها) 30 تا 70 میلیون سال پیش تشکیل شده است.

ذخایر گچی با کیفیت بالا در انگلستان، دانمارک، فرانسه و بلژیک وجود دارند. این یکی از عواملی بود که باعث شد گچ طبیعی در دهه 1960 به عنوان یک ماده پر کننده کاغذ در اروپا مورد استفاده گسترده قرار بگیرد و باعث ظهور اولیه تولید کاغذ قلیایی در آن منطقه شد. گچ طبیعی نسبت به محصولاتی که بعدا از سنگ آهن تهیه شدند درخشانی کمتری دارد. اما هنوز هم گچ طبیعی برای کاغذهایی با کاربردهای خاص استفاده می شود.

گچ طبیعی نسبت به بسیاری از انواع دیگر پرکننده ها، تاثیر منفی کمتری بر مقاومت و قدرت کاغذ می گذارد. رسوبات گچ به دلیل منشا آنها، در مقایسه با محصولات آهکی، به انرژی آسیاب بسیار کمتری نیاز دارند. اندازه ذرات گچ طبیعی کم و بیش توسط فرآیندهای تشکیل پوسته در بسترهای دریای باستان از قبل تعیین می شود. توزیع اندازه ذرات، اگرچه از بعضی از ذرات پرکننده های مصنوعی مانند گچ مصنوعی گسترده تر است، اما در اندازه های کوچک دارای گستردگی کمتری است. به همین دلیل، سطح محصولات پرکننده گچ معمولاً در حدود 3 تا 5 متر مربع در گرم است. این مقدار کمتر از درجه های معمولی سنگ آهک و خاک رس است.

گچ طبیعی خام ممکن است حاوی پوسته های نسبتاً دست نخورده از دوران ماقبل تاریخ باشد.این گچ با نام کوکولیت شناخته می شوند. اما این مواد در حین آسیاب از بین می روند و ماده ای صاف و یکدست برای استفاده در تهیه کاغذ تولید می کنند. آسیاب کردن یکی از مراحل مهم استفاده از گچ در صنایع کاغذسازی است.

خرید گچ از درب کارخانه

برای خرید گچ سفیدکاری و خرید گچ زیرکار با قیمت عمده از درب کارخانه از محصولات سوپرگچ فولاد نو و آزادگان دیدن فرمایید:

قیمت گچ

برای اطلاع از قیمت روز گچ سفیدکاری به صفحه قیمت گچ مراجعه کنید.

جمع بندی

شیوه های سنتی و نواآورانه ای برای استفاده از پرکننده ها در تولید کاغذ در دنیا وجود دارد. استفاده از مواد پرکننده معدنی در ساخت کاغذ همچنان از نظر تأثیرات اقتصادی و همچنین از نظر تاثیر بر خصوصیات کاغذ و مقوای تولیدی محبوبیت زیادی دارد.  

با وجود اینکه می توان گفت فناوری های استفاده از مواد پرکننده به بلوغ رسیده اند، اما هنوز هم در زمینه های متعددی پیشرفت های اخیری وجود داشته است. می توان انتظار داشت که در سال های آینده نوآوری های بیشتری نیز در این زمینه وجود داشته باشد.

برخی از مهمترین نوآوریهای گذشته شامل تحولاتی در استفاده از گچ طبیعی (رسوبات کربنات کلسیم) و بهینه سازی شرایط استفاده از مواد پرکننده در گریدهای مختلف کاغذ بوده است. البته هنوز در مورد دستیابی به یکپارچگی مطلوب تر مواد پرکننده در ورق کاغذ، از جمله یکنواختی توزیع پرکننده و ارتباط ذرات پرکننده با ریزهای سلولزی یا سلولز میکروفیبره شده، نیاز به تحقیقات بیشتر وجود دارد. فرصت های بهره برداری از ویژگی های مطلوب محصولات معدنی مانند تالک، گچ (سولفات کلسیم دی هیدراته) و آراگونیت (کربنات کلسیم) شایسته تحقیقات بیشتری است. اثرات ویژگی های پرکننده هایی مانند گچ در صنایع کاغذسازی بر روی عملیات های بعدی مانند فرآیند چاپ نیز به مطالعات بیشتری نیاز دارند.