कागज में काओलिन अनुप्रयोग

भराव खनिज के रूप में काओलिन का सबसे महत्वपूर्ण औद्योगिक उपयोग कागज उद्योग में होता है जहां इसका उपयोग भराव और कोटिंग दोनों अनुप्रयोगों में किया जाता है। हालाँकि, काओलिन का उपयोग अन्य प्रतिस्पर्धी खनिजों, विशेष रूप से जमीन और अवक्षेपित कैल्शियम कार्बोनेट (जीसीसी और पीसीसी) के दबाव में है।

कागज उद्योग को मोटे तौर पर कागज/पेपरबोर्ड और लुगदी क्षेत्रों में विभाजित किया जा सकता है। उद्योग के भीतर मुख्य प्रवृत्ति लुगदी की तुलना में कागज और पेपरबोर्ड उत्पादन में तेज वृद्धि है, जो मुख्य रूप से कई देशों में रीसाइक्लिंग दरों में वृद्धि के कारण है। अपशिष्ट कागज और फिलर की खपत में लगातार वृद्धि हो रही है, साथ ही डिंकिंग में विकास भी हो रहा है, जो कागज की अधिक विविधता को पुनर्चक्रित करने की अनुमति देता है। फिलर्स का उपयोग केवल उद्योग के कागज और पेपरबोर्ड क्षेत्र में किया जाता है।

1.1कागज निर्माण

कागज इंटरलेस्ड सेल्युलोज फाइबर की पतली शीट से बना होता है, जो आमतौर पर लकड़ी से प्राप्त होता है। कागज की ताकत पानी की उपस्थिति में सेल्युलोज फाइबर को एक साथ दबाने पर बनने वाले हाइड्रोजन बॉन्डिंग से आती है। कागज को यांत्रिक और रासायनिक (लकड़ी रहित) प्रकारों में विभाजित किया जा सकता है, यह उस विधि पर निर्भर करता है जिसके द्वारा सेलूलोज़ फाइबर तैयार किए जाते हैं और लिग्निन (पौधों में "वुडी" सामग्री) को हटा दिया जाता है।

कागज उद्योग को दो भागों में विभाजित किया जा सकता है, कागज और पेपरबोर्ड। सरल स्तर पर दोनों के बीच प्राथमिक अंतर यह है कि कागज एक शीट है जबकि पेपरबोर्ड कई शीटों का लेमिनेट है। प्रत्येक के लिए कच्चे माल में फाइबर स्रोत, कुंवारी लुगदी और/या पुनर्नवीनीकरण कागज, भराव और विभिन्न प्रकार के रसायन शामिल हैं। सटीक सूत्र अंतिम उत्पाद में आवश्यक गुणों पर निर्भर करेगा। इस प्रकार एक लेखन या मुद्रण कागज बनाया जाएगा ताकि वह अपारदर्शी हो और बिना दाग के स्याही स्वीकार कर सके। दूसरी ओर, टिशू पेपर को इस तरह डिज़ाइन किया जाएगा कि यह शारीरिक शक्ति बनाए रखते हुए तरल को अवशोषित कर सके।

काओलिन जैसे फिलर्स का उपयोग शीट के उत्पादन और शीट के किसी भी बाद के उपचार (परिष्करण) दोनों में किया जा सकता है। किस प्रकार के खनिज का उपयोग करना है इसका चयन, आंशिक रूप से, उन परिस्थितियों से निर्धारित किया जाएगा जिनके तहत पेपर शीट का निर्माण किया जाता है। जब अंतिम उत्पाद मुद्रित किया जाएगा या उस पर लिखा जाएगा, तो कागज को इस तरह से डिज़ाइन किया जाना चाहिए कि वह स्याही को फैलने या धब्बा दिए बिना स्याही को स्वीकार कर सके। चूंकि सेलूलोज़ फाइबर में पानी और कई विलायकों को अवशोषित करने की प्राकृतिक प्रवृत्ति होती है, इस प्रवृत्ति को सीमित करने के लिए कागज़ की शीट का आकार निर्धारित करना पड़ता है।

ऐतिहासिक रूप से यह आकार पेपर पल्प निर्माण के उप-उत्पाद रोसिन के उपयोग से प्राप्त किया गया था, जो अम्लीय परिस्थितियों में फिटकरी (एल्यूमीनियम सल्फेट) द्वारा सेलूलोज़ फाइबर पर अवक्षेपित किया गया था। ये अम्लीय स्थितियाँ सीमित थीं यदि वे प्रतिबंधित नहीं थीं, तो जीसीसी और पीसीसी और काओलिन जैसे कार्बोनेट फिलर्स का उपयोग पसंद का फिलर था।

1960 के दशक के दौरान क्षारीय आकार प्रणालियाँ पेश की गईं। हालाँकि उन्हें व्यापक रूप से अपनाने में कई साल लग गए, लेकिन आज वे कई कागज बनाने वाले क्षेत्रों में प्रमुख प्रणालियाँ हैं। इसका परिणाम यह हुआ है कि कार्बोनेट फिलर्स काओलिन से बाजार हिस्सेदारी लेने में सक्षम हो गए हैं। यह बदलाव उपयोग में कम लागत और कागज की गुणवत्ता में सुधार दोनों के आधार पर किया गया है।

अम्लीय परिस्थितियों में बना कागज कुछ अम्लता बरकरार रखता है, यह किसी भी कोटिंग (परिष्करण) संचालन में कार्बोनेट भराव के उपयोग को सीमित करता है। क्षारीय कागज बनाने के स्विच ने उन सीमाओं को हटा दिया है जिससे कार्बोनेट भराव ने भी कागज परिष्करण क्षेत्र में बाजार हिस्सेदारी ले ली है।

1.2 कागज निर्माण में प्रतिस्पर्धी फिलर और कोटिंग पिगमेंट

काओलिन पहले कागज निर्माण में सबसे व्यापक रूप से इस्तेमाल किया जाने वाला खनिज भराव और कोटिंग वर्णक था, लेकिन पिछले दो दशकों में कैल्शियम कार्बोनेट द्वारा इसकी जगह लगातार ले ली गई है। इसके दो कारण हैं अम्ल से क्षारीय कागज निर्माण में रूपांतरण और चमकीले तथा भारी कागज की मांग।

एसिड से तटस्थ उत्पादन विधियों पर स्विच करने से कागज उत्पादकों को कैल्शियम कार्बोनेट का उपयोग करने में सक्षम बनाया गया है, जो काओलिन की तुलना में कम महंगा और चमकीला है। तटस्थ आकार के कागज में एसिड आकार के कागज की तुलना में अधिक खनिज भराव हो सकता है, इसलिए उच्च ठोस सामग्री के कारण कैल्शियम कार्बोनेट घोल का उपयोग काओलिन घोल की तुलना में किया जाता है।

कागज में भराव के रूप में तालक खनिजों का उपयोग उन क्षेत्रों तक सीमित है जहां स्थानीय स्रोत उपलब्ध हैं या जहां कागज मिलों में विशेष तकनीकी आवश्यकताएं हैं। टैल्क का उपयोग मुख्य रूप से फिलर पिगमेंट के बजाय कोटिंग और पिच नियंत्रण एजेंट के रूप में किया जाता है।

काओलिन में आमतौर पर कैल्शियम कार्बोनेट की तुलना में कम सतह क्षेत्र और आंतरिक छिद्र होता है, इसलिए फाइबर-टू-फाइबर बॉन्डिंग में कम हस्तक्षेप होता है जिसके परिणामस्वरूप एक मजबूत उत्पाद बनता है। इन दोनों खनिजों को एक साथ मिश्रित करने से बिल्कुल आवश्यक विशिष्टताओं वाली सामग्री तैयार की जा सकती है। उदाहरण के लिए, कैल्शियम कार्बोनेट एक "फ्लैट" फिनिश वाला उत्पाद तैयार करता है, इसलिए उत्पाद की फिनिश को बेहतर बनाने के लिए काओलिन को "चमकदार" एजेंट के रूप में जोड़ा जा सकता है।

1.3कागज भरना

खनिजों को कागज में मिलाया जाता है क्योंकि कागज की एक शीट जो पूरी तरह से सेलूलोज़ लुगदी से बनी होती है, उसकी सतह अनियमित होती है और कभी-कभी कई मुद्रण और लेखन उद्देश्यों के लिए अपर्याप्त रूप से अपारदर्शी होती है। अधिकांश मुद्रण और लेखन पत्रों के लिए, एक चिकनी और अधिक अपारदर्शी शीट की आवश्यकता होती है। इसे सेलूलोज़ फाइबर वेब में रिक्त स्थान को गैर-रेशेदार खनिज भराव के साथ भरकर या समान सामग्री के साथ शीट को कोटिंग करके प्राप्त किया जा सकता है।

आदर्श रूप से, कागज में उपयोग किए जाने वाले भराव खनिज बहुत सफेद, नरम, गैर-अपघर्षक और अशुद्धियों से मुक्त होने चाहिए, विशेष रूप से ग्रिट से, ताकि कागज बनाने वाली मशीनरी पर टूट-फूट को कम किया जा सके। इसके अलावा, कोटिंग खनिजों का कण आकार सपाट होना चाहिए ताकि इसे कैलेंडरिंग द्वारा एक चिकनी शीट में बनाया जा सके, क्योंकि एक अच्छी मुद्रण सतह सुनिश्चित करने के लिए एक चिकनी सतह आवश्यक है। एक भराव खनिज भी रासायनिक रूप से निष्क्रिय होना चाहिए ताकि आकार देने की प्रक्रिया में उपयोग किए जाने वाले रसायनों में हस्तक्षेप न हो।

खनिज भराव कागज की यांत्रिक शक्ति को कम कर देते हैं। इसकी भरपाई बेहतर कागज़ मुद्रण विशेषताओं, बढ़ी हुई चमक और अपारदर्शिता से होती है। खनिज भराव और रंगद्रव्य सेलूलोज़ फाइबर का विस्तार करते हैं और इस प्रकार इकाई उत्पाद लागत को कम करते हैं। वुडफ्री अनकोटेड पेपर के मामले में, प्रति यूनिट वजन फाइबर की लागत पिगमेंट की तुलना में पांच गुना अधिक हो सकती है। डबल-कोटेड वुडफ्री पेपर में, जहां बाइंडर्स उत्पादन लागत में वृद्धि करते हैं, फाइबर की लागत अभी भी फिलर्स की तुलना में तीन गुना अधिक हो सकती है।

भरने के अनुप्रयोगों में सबसे अधिक उपयोग किए जाने वाले खनिज काओलिन, कैल्शियम कार्बोनेट (जमीन और अवक्षेपित दोनों रूप) और तालक हैं। बैराइट्स, डायटोमाइट और जिप्सम सहित अन्य खनिजों का भी उपयोग किया जाता है, लेकिन बहुत कम मात्रा में।

पानी से धोया गया काओलिन कागज भरने के अनुप्रयोगों के लिए पसंदीदा प्रकार का काओलिन है, क्योंकि यह पानी में आसानी से फैलाया जा सकता है। हवा में तैरने वाले काओलिन में आम तौर पर पानी से धोए गए ग्रेड की तुलना में कम चमक होती है और परिणामस्वरूप कम महंगे कागज उत्पादों में इसका उपयोग किया जाता है।