Aplikasi kaolin dalam kertas

Penggunaan industri kaolin yang paling penting sebagai mineral pengisi adalah dalam industri kertas di mana ia digunakan dalam kedua-dua aplikasi pengisi dan salutan. Walau bagaimanapun, penggunaan kaolin berada di bawah tekanan daripada mineral pesaing lain, terutamanya kalsium karbonat yang dikisar dan dimendakan (GCC dan PCC).

Industri kertas boleh dibahagikan secara meluas kepada sektor kertas/papan kertas dan pulpa. Arah aliran utama dalam industri ialah pertumbuhan lebih pantas dalam pengeluaran kertas dan papan kertas berbanding pulpa terutamanya disebabkan oleh peningkatan kadar kitar semula di banyak negara. Penggunaan kertas buangan dan pengisi terus meningkat, begitu juga dengan perkembangan dalam penyahintakan yang membolehkan lebih banyak jenis kertas dikitar semula. Pengisi hanya digunakan dalam sektor kertas dan papan kertas industri.

1.1Pembuatan kertas

Kertas terdiri daripada kepingan nipis gentian selulosa berjalin, biasanya berasal daripada kayu. Kekuatan kertas berasal daripada ikatan hidrogen yang terbentuk apabila gentian selulosa ditekan bersama dengan kehadiran air. Kertas boleh dibahagikan kepada jenis mekanikal dan kimia (tanpa kayu), bergantung kepada kaedah gentian selulosa disediakan dan lignin (bahan "berkayu" dalam tumbuhan) dikeluarkan.

Industri kertas boleh dibahagikan kepada dua bahagian, kertas dan papan kertas. Pada tahap yang mudah, perbezaan utama antara kedua-duanya ialah kertas adalah satu helaian manakala papan kertas adalah lamina beberapa. Bahan mentah bagi setiap satu termasuk sumber gentian, pulpa dara dan/atau kertas kitar semula, pengisi dan pelbagai bahan kimia. Formula yang tepat akan bergantung pada sifat yang diperlukan dalam produk akhir. Oleh itu kertas tulisan atau cetakan akan dibuat supaya menjadi legap dan menerima dakwat tanpa dicalit. Kertas tisu sebaliknya akan direka bentuk untuk menyerap cecair sambil mengekalkan kekuatan fizikal.

Pengisi seperti kaolin boleh digunakan dalam pengeluaran helaian itu sendiri dan dalam sebarang rawatan (penamat) helaian berikutnya. Pilihan jenis mineral yang akan digunakan akan ditentukan, sebahagiannya, oleh keadaan di mana helaian kertas terbentuk. Apabila produk akhir akan dicetak atau ditulis pada, kertas mesti direka bentuk supaya menerima dakwat tanpa membenarkan dakwat itu mengalir atau berlumur. Oleh kerana gentian selulosa mempunyai kecenderungan semula jadi untuk menyerap air dan banyak pelarut, helaian kertas perlu bersaiz untuk mengehadkan kecenderungan ini.

Dari segi sejarah, saiz ini dicapai dengan menggunakan rosin, hasil sampingan pembuatan pulpa kertas, yang dimendakkan pada gentian selulosa oleh tawas (aluminium sulfat) dalam keadaan berasid. Keadaan berasid ini terhad jika ia tidak melarang, penggunaan pengisi karbonat seperti GCC dan PCC dan kaolin adalah pengisi pilihan.

Pada tahun 1960-an sistem saiz alkali telah diperkenalkan. Walaupun penggunaan meluas mereka mengambil masa bertahun-tahun untuk dilaksanakan, hari ini ia adalah sistem yang dominan di banyak wilayah pembuatan kertas. Akibatnya ialah pengisi karbonat telah dapat mengambil bahagian pasaran daripada kaolin. Suis telah dibuat atas alasan kedua-dua kos penggunaan yang lebih rendah dan penambahbaikan kepada kualiti kertas.

Kertas yang dibuat dalam keadaan berasid mengekalkan sedikit keasidan, ini mengehadkan penggunaan pengisi karbonat dalam sebarang operasi salutan (penamat). Peralihan kepada pembuatan kertas beralkali telah menghapuskan had tersebut supaya pengisi karbonat juga telah mengambil bahagian pasaran dalam sektor kemasan kertas.

1.2 Pigmen pengisi dan salutan bersaing dalam pembuatan kertas

Kaolin dahulunya merupakan pengisi mineral dan pigmen salutan yang paling banyak digunakan dalam pembuatan kertas tetapi dalam dua dekad yang lalu telah digantikan secara berterusan oleh kalsium karbonat. Dua sebab untuk ini adalah penukaran daripada pembuatan kertas asid kepada alkali dan permintaan untuk kertas yang lebih cerah dan lebih besar.

Peralihan daripada kaedah pengeluaran asid kepada neutral telah membolehkan pengeluar kertas menggunakan kalsium karbonat, yang lebih murah dan lebih cerah daripada kaolin. Kertas bersaiz neutral boleh mempunyai muatan pengisi mineral yang lebih tinggi daripada kertas bersaiz asid jadi buburan kalsium karbonat digunakan sebagai keutamaan kepada buburan kaolin kerana kandungan pepejalnya yang lebih tinggi.

Penggunaan mineral talk sebagai pengisi dalam kertas adalah terhad kepada kawasan di mana sumber tempatan boleh didapati atau di mana terdapat keperluan teknikal tertentu dalam kilang kertas. Talc digunakan terutamanya sebagai agen salutan dan kawalan padang dan bukannya sebagai pigmen pengisi.

Kaolin umumnya mempunyai luas permukaan yang lebih rendah dan keliangan dalaman daripada kalsium karbonat jadi kurang mengganggu ikatan gentian ke gentian yang menghasilkan produk yang lebih kuat. Menggabungkan kedua-dua mineral ini bersama-sama boleh menghasilkan bahan dengan tepat spesifikasi yang diperlukan. Sebagai contoh, kalsium karbonat menghasilkan produk dengan kemasan "rata" supaya kaolin boleh ditambah sebagai agen "berkilat" untuk menambah baik kemasan produk.

1.3Mengisi kertas

Mineral ditambah pada kertas kerana sehelai kertas yang terdiri sepenuhnya daripada pulpa selulosa mempunyai permukaan yang tidak sekata dan kadangkala tidak cukup legap untuk banyak tujuan percetakan dan penulisan. Untuk kebanyakan kertas percetakan dan penulisan, helaian yang lebih licin dan lebih legap diperlukan. Ini boleh dicapai dengan mengisi lompang dalam web gentian selulosa dengan pengisi mineral bukan gentian atau dengan menyalut helaian dengan bahan yang serupa.

Sebaik-baiknya, mineral pengisi yang digunakan dalam kertas hendaklah sangat putih, lembut, tidak kasar dan bebas daripada kekotoran, terutamanya pasir, untuk meminimumkan haus dan lusuh pada mesin pembuatan kertas. Di samping itu, bentuk zarah mineral salutan hendaklah rata supaya ia boleh dibentuk menjadi kepingan licin dengan membuat kalendar, kerana permukaan licin adalah penting untuk memastikan permukaan cetakan yang baik. Mineral pengisi juga harus lengai secara kimia supaya tidak mengganggu bahan kimia yang digunakan dalam proses saiz.

Pengisi mineral mengurangkan kekuatan mekanikal kertas. Ini diimbangi oleh ciri pencetakan kertas yang dipertingkatkan, peningkatan kecerahan dan kelegapan. Pengisi mineral dan pigmen memanjangkan gentian selulosa dan dengan itu mengurangkan kos produk unit. Dalam kes kertas tidak bersalut tanpa kayu, kos gentian per unit berat boleh menjadi sehingga lima kali lebih tinggi daripada pigmen. Dalam kertas bebas kayu bersalut dua kali, di mana pengikat menambah kos pengeluaran, kos gentian masih boleh sehingga tiga kali lebih tinggi daripada pengisi.

Mineral yang paling biasa digunakan dalam aplikasi pengisian ialah kaolin, kalsium karbonat (kedua-dua bentuk tanah dan mendakan) dan talc. Mineral lain termasuk barit, diatomit dan gipsum juga digunakan, tetapi dalam kuantiti yang jauh lebih kecil.

Kaolin yang dicuci air adalah jenis kaolin pilihan untuk aplikasi mengisi kertas, kerana ia mudah tersebar di dalam air. Kaolin terapung udara umumnya mempunyai kecerahan yang lebih rendah daripada gred yang dicuci air dan cenderung digunakan dalam produk kertas yang lebih murah sebagai hasilnya.