Aplikasi Kaolin di kertas

Penggunaan kaolin dalam industri yang paling penting sebagai mineral pengisi adalah dalam industri kertas dimana kaolin digunakan baik dalam aplikasi pengisi maupun pelapis. Namun, penggunaan kaolin berada di bawah tekanan dari mineral pesaing lainnya, terutama kalsium karbonat yang digiling dan diendapkan (GCC dan PCC).

Industri kertas secara garis besar dapat dibagi menjadi sektor kertas/kertas dan pulp. Tren utama dalam industri ini adalah pertumbuhan produksi kertas dan kertas karton yang lebih cepat dibandingkan dengan pulp, terutama karena meningkatnya tingkat daur ulang di banyak negara. Konsumsi kertas bekas dan bahan pengisi terus meningkat, begitu pula dengan perkembangan penghilangan tinta yang memungkinkan lebih banyak variasi kertas untuk didaur ulang. Pengisi hanya digunakan di sektor industri kertas dan karton.

1.1Pembuatan kertas

Kertas terdiri dari lembaran tipis serat selulosa yang saling bertautan, umumnya berasal dari kayu. Kekuatan kertas berasal dari ikatan hidrogen yang terbentuk ketika serat selulosa ditekan bersama dengan adanya air. Kertas dapat dibagi menjadi jenis mekanis dan kimia (bebas kayu), bergantung pada metode pembuatan serat selulosa dan penghilangan lignin (bahan “kayu” pada tumbuhan).

Industri kertas dapat dibagi menjadi dua bagian, kertas dan kertas karton. Secara sederhana, perbedaan utama antara keduanya adalah kertas merupakan satu lembar sedangkan kertas karton merupakan laminasi dari beberapa lembar. Bahan mentah untuk masing-masing produk mencakup sumber serat, pulp murni dan/atau kertas daur ulang, bahan pengisi dan berbagai bahan kimia. Formula yang tepat akan bergantung pada sifat-sifat yang dibutuhkan dalam produk akhir. Dengan demikian kertas tulis atau cetak akan dibuat buram dan menerima tinta tanpa luntur. Sebaliknya, kertas tisu akan dirancang sedemikian rupa sehingga dapat menyerap cairan sekaligus mempertahankan kekuatan fisik.

Bahan pengisi seperti kaolin dapat digunakan baik dalam produksi lembaran itu sendiri maupun dalam pengolahan selanjutnya (penyelesaian) lembaran tersebut. Pilihan jenis mineral mana yang akan digunakan sebagian ditentukan oleh kondisi pembentukan lembaran kertas. Ketika produk akhir akan dicetak atau ditulisi, kertas harus dirancang sedemikian rupa agar dapat menerima tinta tanpa membiarkan tinta tersebut luntur atau luntur. Karena serat selulosa memiliki kecenderungan alami untuk menyerap air dan banyak pelarut, ukuran lembaran kertas harus disesuaikan untuk membatasi kecenderungan ini.

Secara historis ukuran ini dicapai dengan menggunakan rosin, produk sampingan dari pembuatan pulp kertas, yang diendapkan pada serat selulosa dengan tawas (aluminium sulfat) dalam kondisi asam. Kondisi asam ini terbatas jika tidak dilarang, penggunaan bahan pengisi karbonat seperti GCC dan PCC serta kaolin merupakan bahan pengisi pilihan.

Pada tahun 1960an, sistem pengukuran alkaline diperkenalkan. Meskipun penerapannya secara luas membutuhkan waktu bertahun-tahun untuk diterapkan, saat ini sistem tersebut merupakan sistem yang dominan di banyak wilayah pembuatan kertas. Konsekuensinya adalah pengisi karbonat mampu mengambil pangsa pasar dari kaolin. Peralihan ini dilakukan atas dasar penurunan biaya penggunaan dan peningkatan kualitas kertas.

Kertas yang dibuat dalam kondisi asam mempertahankan keasaman tertentu, hal ini membatasi penggunaan pengisi karbonat dalam setiap operasi pelapisan (finishing). Peralihan ke pembuatan kertas alkaline telah menghilangkan batasan tersebut sehingga bahan pengisi karbonat juga mengambil pangsa pasar di sektor finishing kertas.

1.2 Pigmen pengisi dan pelapis yang bersaing dalam pembuatan kertas

Kaolin sebelumnya merupakan bahan pengisi mineral dan pigmen pelapis yang paling banyak digunakan dalam pembuatan kertas, namun dalam dua dekade terakhir telah terus digantikan oleh kalsium karbonat. Dua penyebabnya adalah konversi dari pembuatan kertas asam ke basa dan permintaan akan kertas yang lebih cerah dan lebih besar.

Peralihan dari metode produksi asam ke netral telah memungkinkan produsen kertas menggunakan kalsium karbonat, yang lebih murah dan lebih cerah dibandingkan kaolin. Kertas berukuran netral dapat memiliki kandungan pengisi mineral yang lebih tinggi dibandingkan kertas berukuran asam sehingga bubur kalsium karbonat lebih disukai daripada bubur kaolin karena kandungan padatannya lebih tinggi.

Penggunaan mineral talk sebagai bahan pengisi kertas dibatasi pada wilayah dimana sumber lokal tersedia atau terdapat persyaratan teknis tertentu di pabrik kertas. Talk digunakan terutama sebagai bahan pelapis dan pengatur nada dibandingkan sebagai pigmen pengisi.

Kaolin umumnya memiliki luas permukaan dan porositas internal yang lebih rendah dibandingkan kalsium karbonat sehingga lebih sedikit mengganggu ikatan serat-ke-serat sehingga menghasilkan produk yang lebih kuat. Memadukan kedua mineral ini dapat menghasilkan material dengan spesifikasi yang tepat sesuai kebutuhan. Misalnya, kalsium karbonat menghasilkan produk dengan hasil akhir yang “datar” sehingga kaolin dapat ditambahkan sebagai bahan “pengkilap” untuk menyempurnakan hasil akhir produk.

1.3 Pengisian kertas

Mineral ditambahkan ke kertas karena selembar kertas yang seluruhnya terdiri dari pulp selulosa memiliki permukaan yang tidak beraturan dan terkadang tidak cukup buram untuk berbagai keperluan pencetakan dan penulisan. Untuk sebagian besar kertas cetak dan tulis, diperlukan lembaran yang lebih halus dan buram. Hal ini dapat dicapai dengan mengisi rongga pada jaringan serat selulosa dengan bahan pengisi mineral non-serat atau dengan melapisi lembaran dengan bahan serupa.

Idealnya, mineral pengisi yang dikonsumsi dalam kertas harus sangat putih, lembut, tidak abrasif dan bebas dari kotoran, terutama pasir, untuk meminimalkan keausan pada mesin pembuat kertas. Selain itu, bentuk partikel mineral pelapis harus rata sehingga dapat dibentuk menjadi lembaran halus dengan cara kalender, karena permukaan yang halus sangat penting untuk memastikan permukaan pencetakan yang baik. Mineral pengisi juga harus bersifat inert secara kimia agar tidak mengganggu bahan kimia yang digunakan dalam proses sizing.

Pengisi mineral mengurangi kekuatan mekanik kertas. Hal ini diimbangi dengan peningkatan karakteristik pencetakan kertas, peningkatan kecerahan dan opacity. Pengisi mineral dan pigmen memperluas serat selulosa dan dengan demikian mengurangi biaya unit produk. Dalam kasus kertas tanpa lapisan bebas kayu, harga serat per satuan beratnya bisa mencapai lima kali lebih tinggi dibandingkan harga pigmen. Pada kertas bebas kayu berlapis ganda, dimana bahan pengikat menambah biaya produksi, biaya serat masih bisa mencapai tiga kali lebih tinggi dibandingkan bahan pengisi.

Mineral yang paling umum digunakan dalam aplikasi pengisian adalah kaolin, kalsium karbonat (baik dalam bentuk tanah maupun endapan) dan bedak. Mineral lain termasuk barit, diatomit, dan gipsum juga digunakan, namun dalam jumlah yang jauh lebih kecil.

Kaolin yang dicuci dengan air adalah jenis kaolin yang disukai untuk aplikasi pengisian kertas, karena mudah terdispersi dalam air. Kaolin yang mengapung di udara umumnya memiliki kecerahan yang lebih rendah dibandingkan kualitas yang dicuci dengan air dan sebagai hasilnya cenderung digunakan pada produk kertas yang lebih murah.