The evolution of the utilization of mineral fillers in the paper industry

Wypełniacze mineralne są wykorzystywane głównie w produkcji papierów określanych łącznie jako drukowe i do pisania w celu poprawy ich właściwości optycznych i podatności na drukowanie. Ich podstawowym zadaniem jest zastąpienie części kosztownych włókien roślinnych (celulozowych) i przez to obniżenie kosztów produkcji papieru. Przez wiele lat jedyną metodą formowania papieru była metoda kwasowa, a surowcem dominującym w wypełnianiu papieru i tektury oraz ich powlekaniu pigmentowym był kaolin. Na początku lat 70. ubiegłego wieku w Europie Zachodniej stanowił on 80% stosowanych wypełniaczy i 94% – gatunków kryjących, a w USA – odpowiednio 92 i 96%. Wdrożenie nowych metod formowania papieru w środowisku obojętnym lub słabo zasadowym (alkalicznym) spowodowało znaczne ograniczenie stosowania kaolinu na rzecz konkurencyjnych cenowo pigmentów węglanowych: mielonego węglanu wapnia (GCC – Ground Calcium Carbonate) i strącanego węglanu wapnia (PCC – Precipitated Calcium Carbonate). Przyczynił się do tego również fakt postępującej autodestrukcji kwaśnych papierów produkcji maszynowej. W 2013 r. udział wypełniaczy węglanowych w łącznej światowej podaży osiągnął 83%, podczas gdy na kaolin przypadało 10%, a na talk – 7%. Artykuł omawia właściwości podstawowych wypełniaczy stosowanych w przemyśle papierniczym oraz powody ich wykorzystania w produkcji określonych gatunków papieru. Kaolin, ze względu na płytkowy pokrój ziaren jego głównego składnika mineralnego – kaolinitu, jest preferowany w wielokrotnym powlekaniu papieru. Za wyborem GCC przemawia jego cena i właściwości (zwłaszcza białość), podczas gdy PCC, dzięki możliwości modyfikacji kształtu i wielkości cząstek, służy jako wypełniacz w papierach niepowlekanych, w przypadku których kluczowe znaczenie ma jasność i nieprzezroczystość. Rozkład ziarnowy stanowi główną różnicę pomiędzy wypełniaczami węglanowymi PCC i GCC. Artykuł przedstawia także tendencje obserwowane w ostatnich kilkunastu latach na rynku papierniczym w Polsce. Należą do nich: rosnące zapotrzebowanie na papiery i tektury powlekane do produkcji opakowań, a także kurczące się zapotrzebowanie na papier gazetowy, co jest konsekwencją postępującej digitalizacji i cyfryzacji.Mineral fillers are mainly utilized in the production of printing and writing papers (P&W) to improve their optical features and their vulnerability to printing. With the high cost of pulp, the aim of their introduction has been to 102 increase mineral loading in paper and reduce the overall cost of production. For many years the only method of paper formation was acid technology, while the only raw material of choice for filling and coating paper and cardboard was kaolin (in the beginning of the 1970s it was 80% of fillers and 94% of coating grades used in Western Europe, while in the USA – 92% and 96%, respectively). The onset on new methods of acid-free (alkaline) paper forming caused a drastic reduction in the kaolin demand for cost-competitive calcium carbonate: GCC – Ground Calcium Carbonate) and PCC – Precipitated Calcium Carbonate. This also resulted from the progressive self-destruction of machine-made acid papers. In 2013, the share of calcium carbonate in the total production of fillers was 83%, while kaolin accounted for 10%, and talc – 7%. The article presents the parameters of principal mineral fillers for the paper industry and the main reasons why they are suitable for particular kinds of paper. Kaolin, due to the platy nature of its main mineral constituent – kaolinite, is preferred in multiple coating papers. The choice of GCC is beneficial because of its low price and properties (especially whiteness). PCC, due to the possibility of shape and particle size modification serves as filler in uncoated woodfree papers, the key features of which are expected to be lightness and opacity. Size distribution is the main difference between PCC and GCC. The article also presents tendencies observed over the last several years in the paper market in Poland, i.e. in a significant growth in coated paper and board for packaging, as well as the decreasing demand for newspaper, which is a consequence of progressive digitalization