종이에 카올린 응용

충전재 광물로서 카올린의 가장 중요한 산업적 용도는 충전제와 코팅 용도 모두에 사용되는 제지 산업입니다. 그러나 카올린의 사용은 다른 경쟁 광물, 특히 분쇄 및 침전 탄산칼슘(GCC 및 PCC)의 압력을 받고 있습니다.

제지 산업은 크게 종이/판지 산업과 펄프 산업으로 나눌 수 있습니다. 업계 내 주요 추세는 주로 많은 국가에서 재활용률이 높아짐에 따라 펄프에 비해 종이 및 판지 생산량이 더 빠르게 증가하는 것입니다. 더 다양한 종이를 재활용할 수 있는 잉크 제거 기술의 개발과 함께 폐지 및 필러 소비도 계속해서 증가하고 있습니다. 필러는 업계의 종이 및 판지 부문에서만 사용됩니다.

1.1제지 제조

종이는 일반적으로 목재에서 추출한 셀룰로오스 섬유를 엮은 얇은 시트로 구성됩니다. 종이의 강도는 셀룰로오스 섬유가 물이 있는 상태에서 함께 눌려질 때 형성된 수소 결합에서 비롯됩니다. 종이는 셀룰로오스 섬유를 준비하고 리그닌(식물의 "목질" 물질)을 제거하는 방법에 따라 기계적 유형과 화학적(우드프리) 유형으로 나눌 수 있습니다.

제지 산업은 크게 종이와 판지로 나눌 수 있습니다. 단순한 수준에서 둘 사이의 주요 차이점은 종이는 한 장이고 판지는 여러 장의 라미네이트라는 것입니다. 각각의 원자재에는 섬유질, 버진 펄프 및/또는 재활용 종이, 충전제 및 다양한 화학 물질이 포함됩니다. 정확한 공식은 최종 제품에 필요한 특성에 따라 달라집니다. 따라서 필기용지나 인쇄용지는 불투명하고 번짐 없이 잉크를 받아들일 수 있도록 만들어집니다. 반면에 티슈 페이퍼는 물리적 강도를 유지하면서 액체를 흡수하도록 설계됩니다.

카올린과 같은 충전제는 시트 자체의 생산과 시트의 후속 처리(마무리) 모두에 사용될 수 있습니다. 사용할 광물 유형의 선택은 부분적으로 종이 시트가 형성되는 조건에 따라 결정됩니다. 최종 제품을 인쇄하거나 기록할 때 잉크가 흐르거나 번지지 않고 잉크를 수용할 수 있도록 용지를 설계해야 합니다. 셀룰로오스 섬유는 물과 많은 용매를 흡수하는 자연스러운 경향이 있으므로 이러한 경향을 제한하기 위해 종이 시트의 크기를 조정해야 합니다.

역사적으로 이러한 사이징은 산성 조건에서 명반(황산알루미늄)에 의해 셀룰로오스 섬유에 침전되는 종이 펄프 제조의 부산물인 로진을 사용하여 달성되었습니다. 이러한 산성 조건은 금지되지 않는 한 제한되며 GCC, PCC 및 카올린과 같은 탄산염 충전재의 사용이 선택된 충전재였습니다.

1960년대에 알칼리성 사이징 시스템이 도입되었습니다. 널리 채택되기까지는 수년이 걸렸지만 오늘날에는 많은 제지 분야에서 지배적인 시스템이 되었습니다. 그 결과 탄산염 충전제는 카올린의 시장 점유율을 빼앗을 수 있게 되었습니다. 사용 비용 절감과 용지 품질 향상을 이유로 전환이 이루어졌습니다.

산성 조건에서 만들어진 종이는 약간의 산성도를 유지하므로 코팅(마무리) 작업에서 탄산염 충전재의 사용이 제한됩니다. 알칼리성 제지법으로의 전환으로 이러한 제한이 제거되어 탄산염 충전재가 제지 가공 부문에서도 시장 점유율을 차지하게 되었습니다.

1.2제지 제조 시 경쟁 필러 및 코팅 안료

카올린은 이전에 종이 제조에 가장 널리 사용되는 미네랄 충진제 및 코팅 안료였지만 지난 20년 동안 꾸준히 탄산칼슘으로 대체되었습니다. 이에 대한 두 가지 원인은 산성 제지에서 알칼리성 제지 방식으로의 전환과 더 밝고 부피가 큰 종이에 대한 수요 때문입니다.

산성 생산 방식에서 중성 생산 방식으로의 전환으로 종이 생산업체는 카올린보다 저렴하고 밝은 탄산칼슘을 사용할 수 있게 되었습니다. 중성 크기의 종이는 산성 크기의 종이보다 미네랄 필러 함량이 더 높을 수 있으므로 고형분 함량이 높기 때문에 탄산칼슘 슬러리가 카올린 슬러리보다 우선적으로 사용됩니다.

종이에 충전재로 활석 광물을 사용하는 것은 현지 공급원이 있는 지역이나 제지 공장에서 특별한 기술 요구 사항이 있는 지역으로 제한됩니다. 활석은 필러 안료보다는 주로 코팅 및 피치 조절제로 사용됩니다.

카올린은 일반적으로 탄산칼슘보다 표면적과 내부 다공성이 낮으므로 섬유 간 결합을 덜 방해하여 더 강한 제품을 만듭니다. 이 두 가지 광물을 함께 혼합하면 정확히 필요한 사양을 갖춘 재료를 생산할 수 있습니다. 예를 들어, 탄산칼슘은 "플랫" 마감 처리된 제품을 생산하므로 카올린을 "광택"제로 첨가하여 제품 마감을 개선할 수 있습니다.

1.3종이 충전

전체가 셀룰로오스 펄프로 구성된 종이 시트는 표면이 불규칙하고 때로는 많은 인쇄 및 쓰기 목적에 불충분할 정도로 불투명하기 때문에 미네랄이 종이에 첨가됩니다. 대부분의 인쇄 및 필기 용지에는 더 부드럽고 불투명한 시트가 필요합니다. 이는 셀룰로오스 섬유 웹의 빈 공간을 비섬유성 광물 충전재로 채우거나 시트를 유사한 재료로 코팅하여 달성할 수 있습니다.

이상적으로 종이에 사용되는 필러 미네랄은 매우 흰색이고 부드럽고 비연마성이어야 하며 불순물, 특히 모래가 없어 제지 기계의 마모를 최소화해야 합니다. 또한, 코팅 미네랄의 입자 형태는 캘린더링을 통해 매끄러운 시트로 형성될 수 있도록 편평해야 하며, 좋은 인쇄면을 위해서는 표면이 매끄러워야 하기 때문입니다. 또한 필러 광물은 사이징 공정에 사용되는 화학 물질을 방해하지 않도록 화학적으로 불활성이어야 합니다.

미네랄 필러는 종이의 기계적 강도를 감소시킵니다. 이는 향상된 용지 인쇄 특성, 향상된 밝기 및 불투명도로 상쇄됩니다. 미네랄 충전제와 안료는 셀룰로오스 섬유를 확장하여 단위 제품 비용을 절감합니다. 백상 무코팅지의 경우 단위 중량당 섬유 비용이 안료 비용보다 최대 5배까지 높을 수 있습니다. 바인더로 인해 생산 비용이 추가되는 양면 코팅 백상지의 경우 섬유 비용은 여전히 ​​필러보다 최대 3배 더 높을 수 있습니다.

충전 용도에 가장 일반적으로 사용되는 미네랄은 카올린, 탄산칼슘(분쇄 및 침전 형태 모두) 및 활석입니다. 중정석, 규조토, 석고를 포함한 다른 광물도 사용되지만 그 양은 훨씬 적습니다.

물로 세척된 카올린은 물에 쉽게 분산되기 때문에 종이 충전 용도로 선호되는 카올린 유형입니다. 공기 부유형 카올린은 일반적으로 물 세척 등급보다 밝기가 낮으므로 결과적으로 저렴한 종이 제품에 사용되는 경향이 있습니다.