一、技術(shù)來(lái)源與技術(shù)水平
  
     納米是長(zhǎng)度的計(jì)量單位，為1×10－9m。人工制造納米材料雖然可從幾千年前我國(guó)制造炭黑作顏料算起，但納米微粒是德國(guó)于1984年首先研制出的，開(kāi)創(chuàng)了人類利用納米技術(shù)的先河。納米微粒是一種新物態(tài)，是物質(zhì)顆粒直徑小于100nm的粉粒集合體，只有在電子顯微鏡下才能觀察到其顆粒形態(tài)。
  
     1992年，納米結(jié)構(gòu)材料會(huì)議定義納米材料為：“兩相材料中一相的任一維尺寸在1nm～100nm的聚集體。”20世紀(jì)80年代由于電子能譜和掃描隧道顯微鏡的應(yīng)用，納米微粒許多異常性質(zhì)被發(fā)現(xiàn)，這才成為科技界和各國(guó)政府備加關(guān)注的熱門(mén)領(lǐng)域。納米微粒較常規(guī)的微粒材料具有特異的物理、化學(xué)性能，短短十幾年，它已在國(guó)外的機(jī)械、電子、能源、化工、生物、建材、國(guó)防等眾多領(lǐng)域中獲得了廣泛的應(yīng)用。
  
     納米技術(shù)是當(dāng)今世界研究和開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)，但納米技術(shù)和材料在我國(guó)尚處在起步階段，大部分成果還停留在實(shí)驗(yàn)室里，進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化的只有少數(shù)幾個(gè)品種，納米級(jí)碳酸鈣就是其中一種。碳酸鈣因具有材料來(lái)源易得、價(jià)格較低、毒性低、污染小、白度較高、填充量大及混煉加工性能好等特點(diǎn)，成為橡膠制品加工中用量zui大的淺色填料之一。但由于受自身親水性及傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝的局限，通常碳酸鈣產(chǎn)品粒子都比較粗，表面積較小，表面缺乏活性，與聚合物復(fù)合往往只起到填充增量的作用，缺乏補(bǔ)強(qiáng)效果，不能充分發(fā)揮其應(yīng)有的作用。
  
     納米級(jí)碳酸鈣是20世紀(jì)80年代發(fā)展起來(lái)的一種新型超細(xì)固體材料，粒徑在1nm～100nm之間。由于納米級(jí)碳酸鈣粒子的超細(xì)化，其晶體結(jié)構(gòu)和表面電子結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，產(chǎn)生了普通碳酸鈣所不具有的量子尺寸效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)和宏觀量子效應(yīng)，在磁性、催化性、光熱阻和熔點(diǎn)等方面與常規(guī)材料相比顯示出*的性能。將其填充在橡膠、塑料中有使制品表面光艷、伸長(zhǎng)度好、抗張力高、抗撕力強(qiáng)、耐彎曲、抗龜裂性能好，是優(yōu)良的白色補(bǔ)強(qiáng)材料，在油墨、涂料中具有良好的光澤、透明、穩(wěn)定、快干等特性。
  
     納米級(jí)碳酸鈣不僅可增容降低成本，用于塑料、橡膠和紙張中，還具有補(bǔ)強(qiáng)作用。粒徑小于20nm的碳酸鈣產(chǎn)品，其補(bǔ)強(qiáng)作用與白炭黑相當(dāng)，粒徑小于80nm的碳酸鈣產(chǎn)品，可用于汽車(chē)底盤(pán)防石擊涂料。因此，納米級(jí)碳酸鈣的研制開(kāi)發(fā)和應(yīng)用受到國(guó)內(nèi)外的關(guān)注。
  
     納米級(jí)碳酸鈣是平均在0.1nm～100nm范圍內(nèi)的輕質(zhì)碳酸鈣，包括超細(xì)碳酸鈣和超微細(xì)碳酸鈣，屬納米體粉材料。
  
     二、國(guó)內(nèi)外微細(xì)碳酸鈣（PCC）與納米級(jí)碳酸鈣應(yīng)用概述
  
     在美國(guó)、日本、西歐等發(fā)達(dá)國(guó)家中，造紙消費(fèi)PCC占各行業(yè)*，而中國(guó)目前處于第三四位。在造紙工業(yè)中，隨著造紙工藝過(guò)程中的施膠技術(shù)由酸性施膠向中－堿性施膠轉(zhuǎn)變，為碳酸鈣的應(yīng)用提供了一個(gè)巨大的潛在市場(chǎng)。碳酸鈣用做造紙?zhí)盍习锥雀?，光散射性好，添加后的紙張有較高的松密度，良好的可塑性和柔軟性，紙張表面細(xì)膩，可大大改善紙張性能，使紙廠獲得明顯的經(jīng)濟(jì)效益。所以，歐美和日本的造紙廠大多從酸性施膠改為中－堿性施膠工藝。近年來(lái)，中國(guó)造紙行業(yè)在造紙技術(shù)上也開(kāi)始由酸性施膠向中性施膠技術(shù)轉(zhuǎn)變，原輕工部已將中－堿性施膠技術(shù)列入國(guó)家“八五”重點(diǎn)推廣項(xiàng)目之一，這就要求我們只有不斷開(kāi)發(fā)碳酸鈣新產(chǎn)品，才能適應(yīng)造紙行業(yè)的需求。
  
     輕質(zhì)碳酸鈣在堿性造紙中主要用做填料，也有少部分用做顏料。廣泛用于不含磨木漿的紙漿市場(chǎng)，比高嶺土、重鈣具有物理性能，如高透明、高密度、高膨脹能力、粒度均勻、顏料牢固等。以目前世界zui大的造紙生產(chǎn)國(guó)和紙品消費(fèi)國(guó)美國(guó)為例，2005年造紙?zhí)盍线x用輕質(zhì)碳酸鈣的比例達(dá)到65%，增長(zhǎng)率為4%。美國(guó)超細(xì)碳酸鈣主要應(yīng)用于造紙和涂料，其中包括多種晶型的納米碳酸鈣產(chǎn)品。日本1952年研制出了平均?；顬?.04um的超細(xì)碳酸鈣，1983年又研制出了平均?；顬?.005um的超細(xì)碳酸鈣。
  
     造紙工藝是PCCzui大用戶，占世界PCC使用量的73%，PCC在造紙上的兩個(gè)不同工藝用途是紙張?zhí)盍虾图垙埻苛?。其主要用在填充無(wú)磨木漿涂敷紙（WFO），zui高填充量可達(dá)到25%，且用量有望增加。
  
     納米級(jí)碳酸鈣作為造紙?zhí)盍暇哂懈弑喂庑?、高亮度，提高紙制品的白度和蔽光性；還具有高膨脹性，能使造紙廠使用更多的填料量，而少用紙漿，大幅度降低原料成本；粒度細(xì)小、均勻，對(duì)紙機(jī)的磨損小，并使生產(chǎn)的紙制品更加均勻、平整；吸油值高，能提高彩色紙張的顏料牢固性等優(yōu)點(diǎn)。目前納米級(jí)碳酸鈣在造紙工業(yè)上的應(yīng)用主要在衛(wèi)生巾、紙尿布及家庭用護(hù)理成人失禁墊片、卷煙紙及造紙涂料等。
  
     三、納米級(jí)碳酸鈣在造紙上的應(yīng)用研究
  
     納米材料與對(duì)應(yīng)的常態(tài)材料相比，在光學(xué)、熱學(xué)、磁學(xué)、力學(xué)以及化學(xué)性質(zhì)方面，顯示出許多奇異的特性，如密度降低、強(qiáng)度和硬度提高、塑韌性改善、擴(kuò)散能力提高、熱膨脹系數(shù)提高等。目前造紙領(lǐng)域?qū){米技術(shù)的研究和應(yīng)用方面的實(shí)驗(yàn)并不多，因而進(jìn)行這方面的研究是必要的。在造紙涂料方面，由于納米級(jí)碳酸鈣自身白度高，以及其屬于納米級(jí)材料的特點(diǎn)──表面積大、表面活性高、強(qiáng)度和硬度高，所以可能對(duì)涂布紙的質(zhì)量提高有所幫助。通過(guò)在涂料里加入納米級(jí)碳酸鈣，希望可以得到高光澤度和高油墨吸收性的涂布紙，并改善紙的平滑度。但是由于納米級(jí)碳酸鈣存在顆粒表面能高、極易團(tuán)聚成團(tuán)、表面親水疏油、與有機(jī)物質(zhì)之間沒(méi)有結(jié)合力等缺陷，增加了其實(shí)際應(yīng)用的難度，需要不斷地進(jìn)行研究和突破。
  
     當(dāng)在造紙涂料原配方中加入5%納米級(jí)碳酸鈣時(shí)，在同樣的膠粘劑、分散劑用量的情況下，可以提高涂層的強(qiáng)度、平滑度，對(duì)油墨的吸收性能也有一定的改善。加入納米級(jí)碳酸鈣后涂層的幾個(gè)重要物化指標(biāo)均有較大的提高：
  
     （1）提高了IGT撫張粒毛強(qiáng)度。當(dāng)配方中含有5%的納米碳酸鈣時(shí)，IGT值有明顯的提高，比未加入納米碳酸鈣的要高將近80%。如果能把納米碳酸鈣分散技術(shù)的問(wèn)題解決了，IGT抗張拉毛強(qiáng)度值可能會(huì)提高很多。
  
     （2）粗糙度受納米碳酸鈣的影響很大，主要原因是納米粒子的顆粒小，為此紙面上的凹痕和小凸點(diǎn)相對(duì)減少，從而使紙面更趨于光潔平滑。在納米碳酸鈣占5%時(shí)，粗糙度較低，紙相對(duì)來(lái)說(shuō)比較平滑；同IGT抗張拉毛強(qiáng)度測(cè)定值所反映的一樣，高含量的納米粒子要求高水平分散技術(shù)。納米碳酸鈣在適量及分散良好的情況下，有助于粗糙度的降低、平滑度的增加。
  
     由于納米顆粒表面能高，處于熱力學(xué)非穩(wěn)定狀態(tài)，極易聚集成團(tuán)，從而影響了納米碳酸鈣的分散應(yīng)用效果。僅采用一般的機(jī)械分散和分散劑達(dá)不到理想的分散效果。所采用的分散劑是聚丙烯酸鈉，在選用時(shí)，考慮到它對(duì)于瓷土和碳酸鈣的分散效果較好，而且在分散原理上有著一定的優(yōu)勢(shì)，是較好的選擇。但還要考慮到：一方面納米碳酸鈣表面親水疏油，呈強(qiáng)極性，一般的有機(jī)分散劑難以將其均勻分散，與有機(jī)質(zhì)之間沒(méi)有結(jié)合力，易造成界面缺陷，導(dǎo)致材料性能下降，而所選用的聚丙烯酸鈉恰恰又是有機(jī)分散劑；另一方面，所采用的分散劑是常規(guī)大顆粒涂料所采用的分散劑，可能這種分散的機(jī)理不適應(yīng)于納米粒子的分散。因此，納米碳酸鈣能否均勻分散，將極大影響涂料的涂層性能。另外，從理論上看，納米碳酸鈣的表面積大，需用的膠粘劑量應(yīng)該相應(yīng)增加，這其中的比例關(guān)系有待于實(shí)驗(yàn)論證。
  
     但不同行業(yè)對(duì)納米級(jí)碳酸鈣要求不同，同一行業(yè)不同品種產(chǎn)品對(duì)納米碳酸鈣要求也不同。所以一方面要了解不同行業(yè)不同品種下游產(chǎn)品對(duì)納米碳酸鈣的要求；另一方面還應(yīng)研究納米級(jí)碳酸鈣如何應(yīng)用，能提供適應(yīng)于某一行業(yè)、某一品種應(yīng)用的配方。
  
     四、納米超低定量瓦楞原紙
  
     納米超低定量瓦楞原紙是在普通瓦楞原紙的制造過(guò)程中加入納米技術(shù)輔助材料，經(jīng)過(guò)特殊處理而生產(chǎn)的。該產(chǎn)品比普通產(chǎn)品具有強(qiáng)度高，表面細(xì)膩光滑，脫水性能好，生產(chǎn)成本低等特點(diǎn)。同時(shí)該產(chǎn)品在使用過(guò)程中不掉粉掉毛，粘合劑用量低，瓦楞形狀均勻一致，定型穩(wěn)定。
  
     在普通瓦楞原紙生產(chǎn)過(guò)程中，筆者所在的公司2005年在對(duì)制漿設(shè)備進(jìn)行全面升級(jí)改造后，通過(guò)引進(jìn)具有高科技含量的納米碳酸鈣材料，并配合其它幾種具有科技含量高的、性能*的法國(guó)進(jìn)口化工助劑－PG2、KB156助留助濾劑，經(jīng)過(guò)特殊設(shè)備處理后，制造成具有納米技術(shù)的新型造紙?zhí)砑觿?，直接加入到濃度只?.8%的漿料中。充分混合后，經(jīng)造紙機(jī)集束管式流漿箱，噴到紙頁(yè)成型網(wǎng)上形成含量納米碳酸鈣的濕紙頁(yè)。由于納米碳酸鈣含有陽(yáng)性與具有陰性的纖維緊密結(jié)合，在PG2、KB156助劑的輔助作用下，80%的納米碳酸鈣留著在紙頁(yè)中。濕紙頁(yè)經(jīng)過(guò)高真空伏輥脫水，二道線壓力達(dá)100N／mm以上的壓榨進(jìn)一步處理，一套四組40只高壓高溫烘缸烘干后，形成水分為8%的具有納米碳酸鈣的瓦楞原紙。由于加入納米碳酸鈣及化工助劑，產(chǎn)品定量可以從原110g／m3低定量的規(guī)格為850mm～2500mm的瓦楞原紙，進(jìn)一步降低到只有90g／m2～100g／m2的超低定量瓦楞原紙。主要原料及配比：＃11ACC40%；半化學(xué)麥草漿30%；國(guó)內(nèi)廢紙15%；紙箱下腳料15%。
  
     五、納米碳酸鈣及助劑系統(tǒng)操作規(guī)程
  
     （一）輔料名稱：
  
     納米碳酸鈣、PG2助留助慮劑、KB156助留助慮劑、陽(yáng)離子分散膠、硫酸鋁。（二）納米級(jí)碳酸鈣性能指標(biāo)：
     納米級(jí)碳酸鈣DD型產(chǎn)品。
  
     （三）工藝流程：
  
     人工搬運(yùn)→攪拌納米碳酸鈣→1M3↘配藥桶→藥液泵 PG2.KB156助劑↑↑↑清水→1.5貯液桶→藥液泵→轉(zhuǎn)子流量計(jì)→造紙機(jī)高位穩(wěn)漿箱／四流
  
     （四）工藝條件：
  
     1.配藥量：IM3配藥桶，每桶加120kg納米碳酸鈣，100gPG2助劑，100gKB156助劑。2.加入量：5.0%納米碳酸鈣，0.02%的PG2和KB156助劑，流量2000L／H。3.藥液濃度：12%；PH值：6.5－7.0
  
     4.納米碳酸鈣助劑系統(tǒng)工藝條件：
  
 （1）納米碳酸鈣加入量5.0%；
 （2）PG2、KB156助留助濾劑加入量分別為0.01%、0.01%；
 （3）納米碳酸鈣助劑溶液濃度：12%、PH值6.5～7.0、流量2000L／H；
 （4）碳酸鋁溶液濃度5%（波美度3.4～3.6）、PH值4.0～4.5；
 （5）硫酸鋁加入量20kg／T、流量2000L／H；
 （6）陽(yáng)離子分散膠加入量10kg／T。
  
     （五）操作規(guī)程：
  
 1.檢查準(zhǔn)備：
 （1）檢查現(xiàn)場(chǎng)輔料是否符合工藝要求，并對(duì)外觀商標(biāo)進(jìn)行檢查；
 （2）將袋裝納米碳酸鈣、桶裝助劑，用行車(chē)吊至三樓，配藥桶附近待用；
 （3）檢查攪拌器、藥液泵是否有異?，F(xiàn)象；
 （4）檢查清水管水壓是否正常，閥門(mén)開(kāi)關(guān)是否靈活；
 （5）檢查配藥桶、貯液桶內(nèi)是否有異物；
 （6）檢查流量計(jì)是否清晰，閥門(mén)開(kāi)關(guān)是否靈活。
  
 2.配藥操作：
 （1）向1M3配藥桶加清水至一半，啟動(dòng)攪拌器；
 （2）按加入量要求向配藥桶內(nèi)加入3袋（40kg裝）納米碳酸鈣，攪拌約5分鐘；
 （3）待納米碳酸鈣*分散均勻后，向配藥桶內(nèi)加入100gPG2助劑繼續(xù)攪拌；
 （4）攪拌5分鐘后，再向配藥桶內(nèi)加入100gKB156助劑；
 （5）繼續(xù)攪拌待*凝聚后，加清水稀釋至12%濃度；
 （6）啟動(dòng)藥液泵向貯存桶送藥液，抽完一桶后，再按上述操作方法，重新配藥液。
  
 3.加藥操作：
 （1）將配好的納米碳酸鈣助劑溶液泵抽至貯藥桶內(nèi)，開(kāi)啟貯藥桶攪拌器；
 （2）藥液達(dá)1／3液位時(shí)，紙機(jī)正常生產(chǎn)時(shí)，可啟動(dòng)藥液泵，開(kāi)始添加；
 （3）根據(jù)加入量調(diào)節(jié)好閥門(mén)開(kāi)啟，以轉(zhuǎn)子流量為2000I／H為準(zhǔn)；
 （4）紙機(jī)停機(jī)時(shí)，要及時(shí)停加藥泵，停止加藥。