카올린은 비금속 광물입니다. 점토 및 점토암의 일종이며, 주로 카올리나이트 점토 광물로 구성됩니다. 흰색이고 입자가 고와서 돌로마이트라고도 불립니다.
카올린은 다양한 용도로 사용됩니다. 제지, 도자기, 내화물 제조에 사용될 뿐만 아니라 코팅제, 고무 충전제, 에나멜 유약에도 사용됩니다. 백색 시멘트의 원료이기도 하며, 소량은 플라스틱, 페인트, 안료에 첨가됩니다. 또한 연삭 휠, 연필, 화장품, 비누, 살충제, 의약품, 섬유, 화학제품에도 사용됩니다. 마지막으로 건축 자재 및 기타 산업 분야에서도 사용됩니다.
개질 및 나노 기술의 발전으로 개질 및 나노 카올린은 기존 카올린보다 우수한 성능을 보여주었으며, 이는 그 응용 분야를 크게 확장시켰습니다.
제지 공정에서 카올린의 활용
카올린은 제지 산업에서 사용됩니다. 카올린은 종이에 높은 백색도, 광택, 유분 흡수성 및 매끄러움을 부여합니다. 또한 중요한 제지용 충전제입니다.
카올린은 주로 제지 산업에서 사용됩니다. 충전제 및 코팅 안료로 사용되며, 그 특성은 제지 공정과 종이 품질에 큰 영향을 미칩니다. 제지 코팅용 카올린은 가공 방법과 제품 특성에 따라 세척 카올린과 소성 카올린 두 종류로 나뉩니다. 소성 카올린은 제지 원료로, 높은 백색도, 다공성, 그리고 어느 정도의 흡착성을 가지고 있습니다. 소성 온도에 따라 불완전 소성 카올린(600~800℃)과 완전 소성 카올린(950~1050℃)으로 구분됩니다. 불완전 소성 카올린은 주로 제지 충전제로 사용되고, 완전 소성 카올린은 주로 제지 코팅용으로 사용됩니다. 소성 과정은 카올리나이트(토양의 일종)에서 유기물을 제거하고 탈수시키는 역할을 합니다. 소성 과정을 통해 구조의 다공성을 증가시켜 종이의 부피감, 불투명도, 잉크 흡수성을 향상시킬 수 있습니다.
카올린은 제지 산업에서 널리 사용되는 백색 비금속 광물입니다. 전 세계에서 생산되는 정제된 카올린의 751,000톤 이상이 제지용으로 사용됩니다.
제지 분야에서 카올린에 요구되는 사항은 무엇입니까?
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백색도는 카올린 제품의 핵심적인 품질 기준입니다. 이는 가격과 적용 범위에 영향을 미칩니다.
코팅용 카올린은 최소 80%의 백색도를 가져야 하며, 일반적으로 85% 이상이어야 합니다. 흔히 사용되는 고백색 카올린은 표백 처리됩니다. 표백 조건은 pH 2-4, 25-50℃, Na2S2O4 농도 2.0%, 슬러리 농도 15%-20%, 표백 시간 60-80분입니다. 카올린의 백색도에 영향을 미치는 주요 불순물은 적철석, 갈철석, 괴테석입니다.
입자 크기
입자 크기는 카올린 제품 품질을 측정하는 핵심 요소입니다. 또한, 카올린의 입자 크기와 분포는 점도에 영향을 미칩니다.
종이 코팅용 안료의 입자 크기를 평가할 때 2μm 미만 입자의 비율을 기준으로 삼는 경우가 많습니다. 코팅용 초미세 카올린의 범위는 일반적으로 ≥80%(<2μm)입니다. 입자 크기는 1μm~1.5μm 사이입니다. 입자 크기가 클수록 종이 표면이 더 매끄러워지므로 좋습니다. 또한, 0.5μm 미만 입자의 함량이 너무 높으면 카올린 습식 슬러리의 점도가 지나치게 높아질 수 있습니다.
카올린은 가공을 통해 나노 크기로 만들 수 있습니다. 그러나 중국에서 제지 코팅용 카올린이 부족한 이유는 점도 저감 기술이 미흡하기 때문입니다. 입자 크기가 고르게 분포되면 슬러리의 점도를 낮출 수 있습니다. 카올린 광물 나노소재는 슬러리의 점도를 낮출 뿐만 아니라 우수한 표면 특성과 미세 입자 효과를 가지고 있어 카올린의 응용 분야를 확대하는 데 중요한 역할을 할 것으로 기대됩니다.
잔여물 감소
백색도와 입자 크기를 유지하면서도 스크린 잔류물이 너무 많아서는 안 됩니다. 입자 크기 분포가 매우 균일하고 큰 입자가 없어야 합니다. 이 오염물질은 고속 제지기의 코팅에 사용됩니다. 고속 제지기는 회전 속도가 약 1800rpm에 달하며 폭이 매우 넓습니다. 이러한 고속 회전에서 스크레이퍼를 통해 코팅이 종이에 고르게 도포됩니다. 따라서 큰 입자는 허용되지 않습니다. 작동이 더욱 원활해지기 때문에 스크린 잔류물 관리가 매우 엄격합니다.
pH
카올린 입자는 육각형의 유사 박편 구조를 가지고 있습니다. 모든 카올린 현탁액은 낮은 pH(pH=4)에서 쉽게 응축됩니다. 응축될 때 가장자리가 표면을 향합니다. pH가 7.3 미만일 때, 카올린의 측면은 양전하를 띠고 표면은 음전하를 띕니다. pH 9.0 이상이면 카올린 표면에 음전하가 생깁니다. 이로 인해 반발력과 약간의 분산이 발생합니다.
점도
고형분 함량이 높을수록 카올린 슬러리의 유동성이 향상됩니다. 이는 결과적으로 코팅의 유동성 향상으로 이어집니다. 카올린의 점도는 입자 크기(위와 동일)와 결정 형태에 의해 제한됩니다. 일반적으로 완벽한 결정 형태는 점도가 낮고 유동성이 높습니다. 반대로 결정 형태가 불량한 경우에는 점도가 낮고 유동성이 떨어집니다.
카올린의 분산성을 향상시키기 위해 점도를 높이는 분산제를 첨가합니다. 가장 일반적인 방법은 음전하를 띤 분산제를 첨가하는 것입니다. 이러한 분산제에는 폴리아크릴레이트와 폴리인산염이 포함됩니다. 이들은 슬러리의 점도를 조절합니다.
| 범주 | 도토 | 소성 카올린 |
| 백색도/% ≥ | 82.0 | 88.0 |
| 2 μm 미만 크기의 입자 함량(질량 분율)/% ≥ | 75.0 | 70.0 |
| 45μm 체 잔류물/% ≤ | 0.05 | 0.02 |
| 분산된 퇴적물/% ≤ | 0.10 | 0.02 |
| pH ≥ | 4.0 | 5.0 |
| 점도 농도/% ≥ | 65.0 | — |
| 산화알루미늄 함량(질량 분율)/% ≥ | 35.00 | 42.00 |
| 산화철 함량(질량 분율)/% ≤ | 0.80 | 1.0 |
| 실리카 함량(질량 분율) /% ≤ | 50.00 | 54.00 |
| 점화손실/% ≤ | 1500 | — |
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