Muhtasari 

Uzalishaji na matumizi ya PCC (Karboniati ya Kalisi iliyotengenezwa kwa njia ya mvuke) umejikita hasa Marekani, Uchina, Japani, na Ulaya Magharibi. Kiwanda hiki kina uwezo wa kuzalisha mamilioni kadhaa ya tani za bidhaa. Muundo wa matumizi ya kabonati nyepesi ya kalsiamu nchini Marekani, Japani, na Ulaya Magharibi mwaka 2000 umeelezwa kwa undani katika Jedwali 13-1.

Jedwali 13-1 Muundo wa matumizi ya kabonati ya kalsiamu nyepesi Kitengo: tani 10,000 kwa mwaka

Matumizi yote ya plastiki, rangi, elastomeri na kadhalika yamejumuishwa katika safu ya plastiki nchini Japani.

Muundo wa matumizi ya PCC nchini China unaonyeshwa katika Jedwali 13-2.

Jedwali 13-2: Sehemu za Matumizi na Utabiri wa Matumizi ya Kalsiamu Kabonati nchini China

Kutoka Jedwali 13-1 na 13-2, inaonekana kwamba katika nchi zilizoendelea kama Marekani, Japani, na Ulaya Magharibi, matumizi ya karatasi ya PCC yako ya kwanza miongoni mwa sekta zote. Hata hivyo, China kwa sasa iko nafasi ya tatu au ya nne.

Katika tasnia ya karatasi, kwa mabadiliko ya teknolojia ya sizing kutoka sizing ya asidi hadi sizing ya alkali-neutral wakati wa mchakato wa utengenezaji wa karatasi, soko kubwa lenye uwezo limefunguliwa kwa matumizi ya kalsiamu kabonati. Kama kijazaji cha karatasi, kalsiamu kabonati hutoa weupe mkubwa na usambazaji mzuri wa mwanga. Karatasi inayoiwamo ina ujazo mkubwa zaidi, unyumbufu na ulaini bora, na uso laini, jambo ambalo huboresha sana utendaji wa karatasi na kuleta manufaa dhahiri ya kiuchumi kwa viwanda vya karatasi. Kwa hivyo, viwanda vingi vya karatasi barani Ulaya, Amerika, na Japani vimebadilisha kutoka matumizi ya “acid sizing” hadi michakato ya 'neutral-alkaline sizing'. Katika miaka ya hivi karibuni, sekta ya karatasi ya China pia imeanza kubadilika kutoka 'acid sizing' hadi teknolojia ya 'neutral sizing'. Wizara ya zamani ya Viwanda Vidogo iliorodhesha teknolojia ya upambaji wa asidi-alkali kama mojawapo ya miradi mikuu ya kitaifa ya kukuza wakati wa kipindi cha "Mpango wa Miaka Mitano wa Nane". Hii inahitaji maendeleo endelevu ya bidhaa mpya za kabonati ya kalsiamu ili kukidhi mahitaji ya sekta ya karatasi.

Karbonaati nyepesi ya kalsiamu (PCC) hutumika hasa kama kijazaji katika utengenezaji wa karatasi kwa njia ya alkali, huku sehemu ndogo ikitumika kama rangi. Inatumika sana katika soko la pulpa kwa aina zisizo na mbao. Ikilinganishwa na kaolini na kabonati ya kalsiamu iliyopondwa (GCC), ina sifa bora za kimwili kama uwazi mkubwa, msongamano mkubwa, uwezo mkubwa wa kuongeza ujazo, ukubwa sawa wa chembe, na uwezo mkubwa wa kushikilia rangi. Nchini Marekani, kwa karatasi za kuandikia zisizo na mbao na za hali ya juu, PCC imeanza kuchukua nafasi ya vijaa vingine kama kaolin isiyong'aa na dioksidi ya titani. Tukichukua Marekani, ambayo kwa sasa ni mtayarishaji na mtumiaji mkubwa zaidi wa karatasi duniani, kama mfano, matumizi ya sasa na yaliyokadiriwa (2005) ya vifaa mbalimbali vya madini katika utengenezaji wa karatasi yamewasilishwa hapa chini.

(1) Nyenzo mbalimbali za madini kwa ajili ya kujaza karatasi

(2) Nyenzo mbalimbali za madini kwa ajili ya kufunika karatasi

Takwimu hapo juu zinaonyesha kwamba kufikia mwaka 2005, kiwango cha ukuaji cha PCC katika soko la kujaza karatasi kitakuwa 4%, na katika soko la upako 5%. Hata hivyo, msingi wa soko la kimataifa la vifaa vya kujaza vya madini katika utengenezaji wa karatasi ni mkubwa sana, na mahitaji ya kujaza ni tani 25,000 kwa mwaka na mahitaji ya kupaka ni tani 6,000 kwa mwaka. Kwa hiyo, ongezeko la mahitaji ya kujaza ni takriban 1,000 kt/mwaka, na mahitaji ya kupaka ni takriban 300 kt/mwaka, jumla ya 1,300 kt/mwaka.

Sekta ya karatasi ya China imeendelea kwa kasi sambamba na uchumi wa taifa. Tangu miaka ya 1990, uzalishaji jumla na matumizi jumla ya karatasi na kadibodi nchini China vimeendelea kuwa na viwango vya juu vya ukuaji. Mnamo 1999, uzalishaji wote ulikuwa 13,718.7 kt/mwaka na matumizi yote yalikuwa 14,428.7 kt/mwaka; mwaka 2000, uzalishaji ulifikia 30,000 kt/mwaka na matumizi 36,500 kt/mwaka. Kiwango cha wastani cha ukuaji wa kila mwaka cha uzalishaji kilizidi 12%, na matumizi yalizidi 16%. Kwa sasa, matumizi ya karatasi na kadibodi nchini China yamezidi yale ya Japani, na kuifanya kuwa mtumiaji wa pili kwa ukubwa duniani baada ya Marekani. Kwa miaka 10–15 ijayo, wataalamu wa sekta wamependekeza takwimu za utabiri kwa maendeleo ya sekta ya karatasi ya China, kama inavyoonyeshwa katika Jedwali 13-3.

Jedwali 13-3 Matarajio ya maendeleo ya sekta ya karatasi ya China kwa kipindi cha miaka 10–15

Kwa sasa, sekta kubwa ya karatasi nchini China inatumia udongo kama kijazaji pamoja na sizing ya asidi, jambo ambalo husababisha karatasi kuwa ngumu na uchafuzi mkubwa wa asidi. Kulingana na takwimu, mwaka 2000 sekta ya karatasi ilitumia takriban kitani 400 za PCC, na mwaka 2002 takriban kitani 1,000. Katika siku zijazo, kutokana na utekelezaji wa sizing ya alkali-neutral, mahitaji ya kalsiamu kabonati yataongezeka kwa kiasi kikubwa, kulingana na kasi ya mabadiliko ya sizing ya alkali-neutral katika sekta ya karatasi.

Matumizi ya kabonati ya kalsiamu katika tasnia ya karatasi yalianza katika miaka ya 1980, wakati viwanda vya karatasi vya Ulaya na Marekani vilipoanza kubadilisha kutoka michakato ya utengenezaji wa karatasi yenye asidi hadi ile isiyo na upande na yenye alkali, hivyo basi kuweka msingi wa viongezeo vya kabonati ya kalsiamu. Mchakato wa kutengeneza karatasi wa kiwango cha kati na wa alkali huongeza nguvu na uimara wa karatasi, hauleti tishio kubwa kwa mazingira, na huruhusu viwango vya juu vya kuongeza vijenzi. Hadi sasa, mchakato wa kutengeneza karatasi ndio mtumiaji mkuu zaidi wa PCC, ukichangia asilimia 73% ya matumizi ya PCC duniani. Matumizi mawili tofauti ya PCC katika utengenezaji wa karatasi ni kama kijazaji cha karatasi na rangi ya upako wa karatasi. Hutumika hasa katika kujaza karatasi zilizopakwa zisizo za mbao (WFO), kwa kiwango cha juu cha kujaza cha hadi 25%, na bidhaa za mwisho ni karatasi za ofisi na za kuandikia, karatasi za majarida, na karatasi za vitabu au vifaa vya matangazo. Wakati huo huo, PCC pia hutumika katika karatasi za supercalendered (SC), na matumizi yake yanatarajiwa kuongezeka kwa sababu kutokana na ushindani kutoka kwa karatasi nyepesi zilizopakwa (LWC), karatasi za SC zinazidi kusukumwa nje ya sekta ya magazeti, na kuwalazimu wazalishaji wa karatasi za SC kuongeza matumizi ya PCC ili kupunguza gharama.

Kalsiamu kabonati ya nano kama kijazaji cha karatasi ina faida za uwazi hafifu wa juu, mng'ao wa juu, na kuboresha weupe na uwazi hafifu wa bidhaa za karatasi; uwezo mkubwa wa kuongeza ujazo, unaowawezesha viwanda vya karatasi kutumia kijazaji zaidi na pulpu kidogo, na hivyo kupunguza sana gharama za malighafi; ukubwa mdogo na sawa wa chembe, unaosababisha uchakavu mdogo kwenye mashine za karatasi na kuzalisha bidhaa za karatasi zenye umbo na ulaini sawa zaidi; na ufyonzaji mkubwa wa mafuta, unaoboresha ushikaji wa rangi kwa karatasi za rangi. Kwa sasa, matumizi ya kabonati ya nano-kalsiamu katika tasnia ya karatasi ni hasa katika pedi za usafi za daraja la juu, nepi, pedi za watu wazima za kutokudhibiti mkojo kwa ajili ya matunzo ya nyumbani, karatasi za sigara, na rangi za kupaka karatasi.

13.2 Matumizi katika karatasi ya usafi ya daraja la juu

Katika karatasi za usafi za kiwango cha juu, nano-kalsiamu kabonati hutumika hasa katika utengenezaji wa filamu za polietilini zinazopumua lakini zisizopitisha maji. Filamu hii inayopumua pia huitwa filamu ya plastiki yenye mikoroboksi au filamu ya kutupwa. Matumizi ya filamu zenye mikoboro bado yako katika hatua za awali nchini China. Baadhi ya kampuni zimeona matarajio ya maendeleo na zimeanza kuzalisha filamu zinazopumua, kwa mfano, Kundi la Plastiki la Zhejiang Danan limeendeleza filamu ya PE inayopumua. Hakuna wazalishaji wengi wa ndani wa filamu zinazopumua, na kiasi cha uzalishaji wao ni kidogo. Kampuni moja yenye ubora mzuri na iliyoanza uzalishaji mapema nchini China ni Kundi la Fujian Heng'an. Watengenezaji wengine hutumia vifaa vya filamu za microporous hasa kutoka Musashino ya Japani, ambayo sio tu inatengeneza vifaa bali pia inamiliki teknolojia ya hataza kwa ajili ya filamu za microporous. Japani inashika nafasi ya kwanza duniani katika matumizi ya filamu za microporous. Kampuni ya Lenzing AG ya Austria imezindua vifaa vya kupanua kwa mfululizo kwa kutumia polyolefin na inaunganisha filamu inayopitisha hewa na kitambaa kisichofumwa moja kwa moja ili kutengeneza bidhaa mseto zenye utendaji wa hali ya juu, zinazotumika hasa kwa bidhaa za usafi, filamu za msingi za matibabu, na nguo za kujikinga, zikiwa na kiwango cha upitishaji wa mvuke wa unyevu cha hadi kilo 12/(m²·24h). Kampuni za Marekani BLACKCLAWSON hutengeneza vifaa na zina vifaa maalum vya kunyoosha filamu zenye mikobundu midogo. Watengenezaji wa ndani ni pamoja na Shandong Huaguan Group na Foshan Huahan Sanitary Materials Co., Ltd. huko Guangdong.

Karatasi za usafi za kiwango cha juu nchini China zimeendelea kwa kasi katika miaka ya hivi karibuni, hasa pedi za usafi. Pedi za kitanda za matibabu zimeanza kuingia katika hospitali kubwa na za kati na baadhi ya nyumba. Bidhaa za usafi ni za matumizi ya kawaida, kwa hivyo utabiri wa mahitaji ya soko lazima uzingatie viwango halisi vya maisha na muundo wa matumizi wa wakazi wa China. Kulingana na mifumo ya matumizi ya nchi zilizoendelea, viwango tofauti vya maendeleo vinaendana na miundo tofauti ya matumizi. Pampasi za usafi za wanawake, kwa kuwa na bei nafuu kiasi, zimekuwa maarufu kwa karibu miaka 20; nepi na pedi za watu wazima wasioweza kuzuia mkojo ni ghali zaidi na zina historia ya matumizi ya takriban muongo mmoja nchini China.

Kwa kuendelea kuboreshwa kwa ubora wa maisha ya watu, maendeleo ya kiteknolojia na kuingia kwa chapa za kigeni vimefanya ushindani wa bei na ubora kuwa mkali zaidi katika sekta ya bidhaa za usafi wa kike, na hivyo kuleta manufaa kwa watumiaji na kupanua hisa ya soko. Kuna takriban wanawake milioni 300 wenye umri wa kuzaa nchini China, na mahitaji ya jumla yanayoweza kutokea ya pedi za usafi ni takriban vipande bilioni 50. Mnamo 1998, uzalishaji ulikuwa takriban bilioni 27.5, na kiwango cha ufikiaji kilikuwa chini ya 15%; mwaka 1999 uzalishaji ulifikia bilioni 30; na mwaka 2000 ilitarajiwa kufikia bilioni 33. Kwa sasa, soko la pedi za usafi nchini China limejikita zaidi mijini na linatawaliwa na chapa za kigeni, kama vile “Whisper” (Hushubao) ya Procter & Gamble, “Carefree” ya Johnson & Johnson (Jiaoshuang), na “Laurier” (Le'erya) ya Kao Corporation. Chapa kuu ya ndani ni “An'ele” kutoka Kundi la Fujian Heng'an. Katika pedi za kiwango cha juu, kabonati ya kalsiamu nyepesi sana hutumika hasa katika utengenezaji wa filamu za polietilini zinazopitisha hewa lakini zisizopitisha maji. Kulingana na utafiti, ni Kundi la Fujian Heng'an pekee hutumia takriban kilogramu elfu 2.5 za kabonati ya kalsiamu nyepesi sana kila mwaka. Hata hivyo, bidhaa nyingi za chapa za kigeni hutengenezwa nje ya nchi na kisha kuchakatwa nchini, ambapo kabonati ya kalsiamu nyembamba sana hutumika zaidi katika bidhaa nusu-kamilifu, kwa hivyo matumizi ya sasa ya ndani ya kabonati ya kalsiamu nyembamba sana katika utengenezaji wa pedi za usafi bado si makubwa. Mnamo mwaka 2000, kiwango cha matumizi ya pedi za usafi nchini China kilitarajiwa kufikia 20%, ambapo pedi za usafi za hali ya juu zingehitaji takriban kitani 30 za kabonati ya kalsiamu nyembamba sana zenye ukubwa wa chembe wa wastani wa 10–50 nm. Hata hivyo, mahitaji halisi yanategemea kama chapa za kigeni zinatengenezwa nchini; ikiwa zinakusanya tu nchini China, basi mahitaji ya kabonati ya kalsiamu nyembamba sana ya 10–50 nm kwa pedi za kiwango cha juu mwaka 2000 yangekuwa takriban 8 kt. Inakadiriwa kwamba ifikapo mwaka 2005, kiwango cha matumizi ya pedi za usafi kitafikia 30%, na matumizi yanatarajiwa kufikia bilioni 50 za vipande, huku pedi za usafi za hali ya juu zikihitaji takriban kitani 45 za kabonati ya kalsiamu nyepesi sana ya 10–50 nm.

Kwa kuboreshwa kwa viwango vya maisha, mahitaji ya nepi yataongezeka zaidi katika siku zijazo. Kwa sasa, kuna takriban watoto wachanga milioni 27 wenye umri chini ya mwaka mmoja nchini China, na matumizi ya nepi ni takriban vipande bilioni 1.6. Kufikia mwaka 2005, mahitaji ya nepi yanatarajiwa kufikia vipande bilioni 4.

Sera ya sasa ya idadi ya watu ya China inaruhusu mtoto mmoja tu kwa kila jozi, na katika siku zijazo kila jozi itabidi itunze wazee 4–5. Kwa hivyo, pedi za utunzaji nyumbani na za matibabu kwa watu wazima wasioweza kudhibiti mkojo zitaendelea kuendelezwa kwa kiasi kikubwa katika siku zijazo. Kwa sasa, idadi ya watu wenye umri wa miaka 60 na zaidi imefikia milioni 120, na inatarajiwa kufikia milioni 140 ifikapo mwaka 2005. Inakadiriwa kwamba ifikapo mwaka 2005, matumizi ya pedi za watu wazima za kuzuia kutokwa na mkojo za matunzo ya nyumbani yatafikia bilioni 2.5–3.5, na kutumia takriban tani 10 za nano-kalsiamu kabonati.

13.3 Matumizi ya kabonati ya kalsiamu nyepesi katika karatasi za sigara

Uzalishaji wa sigara nchini China ulianza katika miaka ya 1930, na matumizi ya PCC katika karatasi za sigara yalianza katika miaka ya 1940. Kalsiamu kabonati ni mojawapo ya malighafi kuu za utengenezaji wa karatasi za sigara, ikichangia asilimia 40–60 ya jumla (kiwango cha majivu katika karatasi iliyokamilika kinategemea kiwango cha kuhifadhi wakati wa uundaji wa karatasi). Baada ya mpito wa uchumi wa soko, aina za sigara zimeongezeka, na mahitaji ya karatasi za sigara yameongezeka zaidi. Mchakato na teknolojia za uzalishaji wa karatasi za sigara za leo ni tofauti na zile za jadi. Kwa hivyo, kabonati ya kalsiamu inayotumika katika karatasi za sigara pia inahitaji sifa mpya za uwezo wa kubadilika na utendaji.

Tangu miaka ya 1990, laini ya mbao imekuwa malighafi kuu kwa karatasi za sigara. Mashine za karatasi za sigara zimeendelea kwa kasi tangu miaka ya 1980, zikitumia sana udhibiti wa kiotomatiki, hasa mfumo wa udhibiti wa mchakato wa mantiki wa PLC, na hatimaye zikileta mchakato wa uzalishaji chini ya udhibiti, kuhakikisha ubora thabiti na mabadiliko kidogo. Kasi za mashine za karatasi za sigara zimebadilika sana, kama inavyoonyeshwa katika Jedwali 13-4.

Jedwali 13-4 Mabadiliko katika kasi ya mashine ya karatasi za sigara

Kwa kuendelea kusasishwa kwa vifaa vya kutengeneza sigara, kasi ya mashine za kutengeneza sigara pia imebadilika kwa kiasi kikubwa, ikiongezeka mara 10 hadi 20. Hii inahitaji maboresho ya haraka katika uimara wa karatasi za sigara. Mabadiliko ya kasi ya mashine za kutengeneza sigara yanaonyeshwa katika Jedwali 13-5. Viwango vya ubora vya karatasi ya sigara vimeonyeshwa katika Jedwali 13-6.

Jedwali 13-5 Mabadiliko katika kasi ya mashine ya kutengeneza sigara

Jedwali 13-6 Viwango vya ubora kwa karatasi za sigara

Kumbuka: Safu ya “Badilisha wigo” inatoa tu thamani maalum kwa vipengele vitatu vya kwanza; vilivyobaki vimeachwa wazi kama ilivyo kwenye jedwali la awali.

Karboniati ya kalsiamu hutumika katika karatasi za sigara kwa kiwango cha 40%–45%, na inachangia takriban 30% ya karatasi iliyokamilika – yaani, theluthi moja ya karatasi za sigara ni karboniati ya kalsiamu. Kazi zake ni kama zifuatazo:
① Kielezo kikubwa cha upotoshaji wa mwanga, kinachozuia tumbaku kuonekana kupitia karatasi (yaani, hakuna “kuonekana kupitia”) – hii ni kiashiria muhimu kwa karatasi ya sigara;
② Wakati wa mwako, kalisiamu kabonati huvunjika kwa kupashwa joto na kutoa hewa ya kaboni dioksidi (CO₂), ambayo husaidia sigara kuwaka bila kuzima;
③ Baada ya kuungua, majivu ya karatasi ya sigara yanashikamana vizuri na tumbaku, na kuunda mfuniko wa majivu wenye umbo la “mende wa hariri”;
④ Huongeza uweupe wa karatasi ya sigara – uweupe wa kabonati ya kalsiamu iliyoinuliwa ni 95%, na viwango vya ndani ni 92%, ambavyo ni 3%–5% zaidi kuliko ule wa pulpa ya mbao;
⑤ Hutoa upitishaji wa hewa zaidi kwa karatasi ya sigara.

Vipengele ① hadi ④ ni viashiria vya muonekano wa karatasi ya sigara: hakuna kupenya mwanga, hakuna kuzima moto, mfuniko mzuri wa majivu, na weupe mkubwa. Zote nne ni muhimu; ikiwa hata moja haikidhi, bidhaa ni duni. Uwezo wa kupitisha hewa huhakikisha ubora wa ndani wa sigara na unaweza kupunguza kiwango cha tar kwenye sigara. Kwa ujumla, kwa karatasi ya sigara yenye uwezo wa kupitisha hewa chini ya 70 cu, kila ongezeko la 10 cu hupunguza kiwango cha tar kwa 1–1.5 mg; juu ya 70 cu, upungufu wa tar huwa si mkubwa sana. Kwa hiyo, uteuzi na matumizi ya kabonati ya kalsiamu kwa karatasi ya sigara lazima yafanywe kwa uangalifu mkubwa. Athari ya umbo la fuwele za kabonati ya kalsiamu kwenye utendaji wa karatasi ya sigara inaonyeshwa katika Jedwali 13-7.

Kwa sasa, nchi zinazotengeneza kabonati ya kalsiamu kwa ajili ya karatasi za sigara ni Ujerumani, Uingereza, Japani, na Ufaransa. Miongoni mwao, Ujerumani hutengeneza kabonati ya kalsiamu inayofaa zaidi kwa karatasi za sigara za kiwango cha juu. Matokeo ya ukaguzi wa ubora yanaonyeshwa katika Jedwali 13-8.

Jedwali 13-8 Matokeo ya ubora ya majaribio ya kabonati ya kalsiamu kwa karatasi za sigara kutoka nchi za kigeni

Viashiria muhimu vya PCC vinavyotumika hasa katika utengenezaji wa karatasi ni ufyonzaji wa mafuta, kiwango cha mkusanyiko, na ujazo wa mkusanyiko. Ufyonzaji mkubwa wa mafuta unaonyesha eneo kubwa maalum la uso, ukubwa mdogo wa chembe, na matibabu mazuri ya uso; ujazo wa mkusanyiko pia unahusiana na umbo la chembe na la kristali. Viwango bora vya viashiria hivi vitatu ni: ufyonzaji wa mafuta 75%–83%, ujazo wa kutua 2.9–3.0 mL/g, na kiwango cha polepole cha kutua ambacho kimsingi ni mstari na laini. Kristali sawa na usambazaji mwembamba wa ukubwa wa chembe husaidia uthabiti wa ubora wa karatasi za sigara. Kutokana na grafu za mkusanyiko na thamani zilizopimwa za ufyonzaji wa mafuta, umbo la fuwele la kabonati ya kalsiamu ya Ujerumani linaelezewa kama “la umbo la pamba” — ina kristo ndogo nyingi zenye mhimili mrefu wa 0.6 μm na mhimili mfupi wa 0.4 μm, zinazojikusanya kuwa makundi ya umbo la pamba yenye ukubwa wa 2–3 μm, huku takriban 95% zikiwa na kipenyo sawa. Kwa hivyo, karatasi iliyotengenezwa kwa kabonati hii ya kalsiamu huhisika kuwa nene na laini, na kiwango cha tar cha sigara zilizosokotwa kwa karatasi hii hubadilika kidogo na huonyesha uthabiti mzuri.

Kwa sasa, uzalishaji wa kitaifa wa sigara ni takriban kesi kubwa milioni 30, ukihitaji takriban tani 80,000 za karatasi za sigara, na mahitaji ya jumla ya kabonati ya kalsiamu ni takriban tani 30,000. Ingawa kiasi kinachohitajika si kikubwa, kinawakilisha aina maalum ya kristali katika tasnia ya kabonati ya kalsiamu, ambayo inapaswa kupewa umakini stahiki ili kupunguza uagizaji na kukidhi mahitaji ya ndani.

13.4 Matumizi ya nano-kabonati ya kalsiamu katika rangi za kufunika karatasi

Ikilinganishwa na vifaa vya kawaida, nanomateriali huonyesha sifa nyingi zisizo za kawaida katika sifa za macho, joto, umeme, sumaku, mitambo, na kemikali, kama vile msongamano uliopunguzwa, nguvu na ugumu ulioongezeka, unyumbufu na ustahimilivu ulioboreshwa, upenyezaji wa juu, na kiwango cha upanuzi wa joto kilichoongezeka.

Kwa sasa, hakuna majaribio mengi kuhusu utafiti na matumizi ya nanoteknolojia katika sekta ya utengenezaji wa karatasi, hivyo utafiti zaidi katika eneo hili unahitajika. Katika rangi za kufunika karatasi, kwa sababu nano-kalsiamu kabonati ina weupe mkubwa na, kama nanomateriali, eneo kubwa maalum la uso, shughuli kubwa ya uso, na nguvu na ugumu mkubwa, inaweza kuchangia kuboresha ubora wa karatasi iliyofunikwa. Kwa kuongeza nano-kalsiamu kabonati kwenye rangi ya kufunika, inatarajiwa kuzalisha karatasi iliyofunikwa yenye mng'ao wa hali ya juu na ufyonzaji mzuri wa wino, pamoja na ulaini ulioboreshwa. Hata hivyo, kutokana na nishati yake ya juu ya uso, tabia ya kuungana, uso unaopenda maji na usiopenda mafuta, na ukosefu wa uwezo wa kufungamana na vitu vya kikaboni, matumizi yake halisi ni magumu na yanahitaji utafiti endelevu na mafanikio makubwa.

Wakati 5% nano-kalsiamu kabonati inapoongezwa kwenye fomula ya awali ya mfuniko, kwa kiasi sawa cha kiunganishi na kisambazaji, nguvu na ulaini wa mfuniko vinaweza kuboreshwa, na upyaji wa wino pia huongezeka kiasi. Fomula ya kawaida ya mfuniko wa karatasi inaonyeshwa katika Jedwali 13-9.

Jedwali 13-9 Fomula ya kawaida ya upako kwa karatasi iliyopakwa

Nanokalsiamu kabonati ya aina ya DD iliyotengenezwa na Enping Guangping Chemical Industrial Co., Ltd. ilitumika katika fomula iliyoonyeshwa kwenye Jedwali 13-9. Viashiria vyake vya ubora vimeonyeshwa kwenye Jedwali 13-10.

Jedwali 13-10 Viashiria vya utendaji vya nano-kabonati ya kalsiamu aina DD

Huku vipengele vingine katika rangi ya mfuniko vikibaki bila kubadilika, uwiano wa nano-kabonati ya kalsiamu ikilinganishwa na kabonati ya kawaida ya kalsiamu ulirekebishwa kama ifuatavyo:

• Blank: Udongo wa China : Kalsiamu kabonati = 80 : 20
• 1#: udongo wa China : kabonati ya kalsiamu : nano-CaCO₃ = 80 : 15 : 5
• 2#: udongo wa China : kabonati ya kalsiamu : nano-CaCO₃ = 80 : 10 : 10

Uvishkaji wa mfuniko unaonyeshwa katika Jedwali 13-11. Baada ya matumizi moja ya mfuniko wa awali, karatasi ilipakwa mfuniko wa juu, na hivyo kufikia mahitaji ya usawa na weupe kwa safu yenye mfuniko mara mbili. Thamani zilizopimwa za sifa kadhaa muhimu za kimwili za safu ya mfuniko zimeonyeshwa katika Jedwali 13-12.

Kama inavyoonekana kwenye Jedwali 13-12, viashiria kadhaa muhimu vya fizikia na kemikali vya ganda viliboreshwa kwa kiasi kikubwa baada ya kuongezwa kwa nano-kalsiamu kabonati. Maelezo ya kina yameonyeshwa hapa chini.

(1) Uboreshaji wa upinzani wa kuchaguliwa kwa IGT – Wakati fomula ilipokuwa na nano-kalsiamu kabonati, thamani ya IGT iliongezeka kwa kiasi kikubwa, ikiwa karibu 80 zaidi kuliko ile isiyo na nano-kalsiamu kabonati. Hata hivyo, wakati nano-kalsiamu kabonati iliongezwa, thamani ya IGT ilipungua. Sababu inaweza kuwa kwamba ingawa kiwango cha nano-kalsiamu kabonati kiliongezeka, mbinu ya usambazaji haikuboreshwa ipasavyo, na hivyo kusababisha matokeo duni. Kwa upande mwingine, inawezekana pia kwamba uwiano mkubwa mno wa nano-kalsiamu kabonati yenyewe uliathiri vibaya utendaji. Hata hivyo, tunatabiri kwamba ikiwa tatizo la usambazaji wa nano-kalsiamu kabonati litaweza kutatuliwa, thamani ya upinzani wa kuchomoza ya IGT inaweza kuongezeka sana.

(2) Uweupe – Athari ya nano-kabonati ya kalsiamu kwenye weupe wa ganda inaonekana kuwa ndogo, jambo ambalo linapingana na dhana kwamba weupe wake wa hali ya juu ungeboresha weupe kwa kiasi kikubwa. Katika jaribio la kigezo, kabonati ya kalsiamu iliyotumika ilikuwa na mng'ao wa zaidi ya 97%, karibu sawa na mng'ao wa kabonati ya kalsiamu ya nano (mng'ao wa kabonati ya kalsiamu ya nano ni 298% – Kumbuka: takwimu hii inaonekana kama kosa la uchapaji katika chanzo; huenda inamaanisha ≥92% au takwimu inayofanana.). Kwa hivyo, matokeo ya mwisho hayajaridhisha sana. Hata hivyo, bado kuna mambo ya kuzingatia. Kwanza, makosa ya majaribio yanaweza kuwa na ushawishi mkubwa kwenye mng'ao, ikiwa ni pamoja na tofauti katika muda wa kalenda (muda mrefu husababisha mng'ao mdogo) na makosa ya kifaa cha kupimia mng'ao. Pili, karatasi iliyopakwa haikukalendishwa katika jaribio hili. Kwa nadharia, kadri ukubwa wa chembe unavyopungua, ndivyo inavyobonyezwa zaidi na kuwa nyeusi wakati wa ukalendishaji, hivyo kuathiri mweupe. Kwa hivyo, katika matumizi halisi ya uzalishaji, matokeo yanaweza kuwa kupungua kwa mweupe.

(3) Uwezo wa kunyonya wino wa K&N – Karatasi zilizopakwa mchanganyiko wenye nano-kalsiamu kabonati zote zilionyesha ufyonzaji bora wa wino kuliko karatasi za kawaida zisizo na nano-kalsiamu kabonati. Hii ni kwa sababu chembechembe za nano zina ukubwa mdogo, eneo kubwa maalum la uso, na uwezo mkubwa wa kunyonya. Inaweza kusemwa awali kwamba nano-kabonati ya kalsiamu husaidia kuboresha unyonaji wa wino wa K&N kwenye karatasi.

(4) Ukakasi – Ukakasi huathiriwa sana na kabonati ya nano-kalsiamu, hasa kwa sababu chembechembe za nano ni ndogo sana, hivyo matundu madogo na mabonge kwenye uso wa karatasi hupunguzwa kiasi, na kufanya uso wa karatasi kuwa laini zaidi. Kwa kiwango cha nano-carbonate ya kalsiamu cha 5%, ukoromeo ni mdogo na karatasi ni laini kiasi. Hata hivyo, kwa kiwango cha nano-carbonate ya kalsiamu cha 10%, ukoromeo ni mkubwa zaidi kuliko thamani iliyopimwa ya jaribio la karatasi tupu. Kama inavyoonyeshwa katika thamani za upinzani wa kuchomoza kwa IGT, kiwango kikubwa cha chembechembe za nano kinahitaji kiwango cha juu cha teknolojia ya usambazaji. Inaonekana kwamba inapoongezwa kwa kiasi kinachofaa na kusambazwa vizuri, kabonati ya nano-kalsiamu huchangia katika kupunguza ukoromeo na kuongeza ulaini.

Kwa muhtasari, kuongeza nano-kalsiamu kabonati kunaleta faida katika kuboresha sifa kadhaa muhimu za tabaka la mfuniko; hata hivyo, uboreshaji huo si sawa na kiasi kilichoongezwa. Kutoka kwa data za majaribio, inaonekana kwamba wakati kiwango cha kuongeza nano-kalsiamu kabonati kilipofikia 10%, sifa mbalimbali za karatasi zilipungua. Hii inaweza kuwa kwa sababu nano-kalsiamu kabonati yenyewe haiwezi kuongezwa kwa wingi kupita kiasi – kiasi kikubwa hupunguza utendaji wa karatasi. Pia inaweza kuwa kutokana na usambazaji usio wa kutosha wa chembechembe ndogo, jambo linalosababisha mkusanyiko. Vichanga vya nano vina nishati kubwa ya uso na viko katika hali isiyo thabiti kitermodinamiki, hivyo vinajishikamanisha kwa urahisi, na hivyo kuathiri ueneaji na ufanisi wa matumizi ya kabonati ya kalsiamu ya nano. Njia za kawaida za ueneaji wa kimakanika na visambazaji pekee havitaweza kupata matokeo bora ya ueneaji. Katika jaribio hili, sodiamu poliakrilati ilitumika kama kisambazaji. Ilichaguliwa kwa sababu husambaza vizuri udongo wa kauri na kabonati ya kalsiamu na ina faida fulani katika utaratibu wake wa usambazaji (mbali na kufanikisha usambazaji kwa kuunda anioni zinazoshikamana na rangi na kuunda safu ya umeme, pia huunda safu ya unyofu kuzunguka chembechembe za rangi). Hata hivyo, hoja mbili hazikuzingatiwa. Kwa upande mmoja, nano-kabonati ya kalsiamu ni hidrofiliki na lipofobiki, ikiwa na upolaji mkubwa; visambazaji vya kawaida vya kikaboni hupata ugumu kuvisambaza sawasawa, na hakuna nguvu ya uunganishi na vitu vya kikaboni, jambo ambalo husababisha kwa urahisi kasoro za kiunganishi na kupelekea kupungua kwa utendaji – lakini sodiamu poliakrilati ni hasa kisambazaji cha kikaboni. Kwa upande mwingine, kisambazaji kilichotumika ni kile kinachotumika sana kwa rangi za kawaida za chembe kubwa; utaratibu huu wa usambazaji huenda usifae kwa chembe za nano. Kwa hiyo, inawezekana kwamba kutoweza kutumika au kutofaa kwa disipansi hii kwa ajili ya kusambaza nano-kabonati ya kalsiamu ndiko kulikosababisha tukio katika jaribio hili ambapo baadhi ya sifa za karatasi zilipungua wakati kiwango cha nano-kabonati ya kalsiamu kiliongezeka. Hivyo, iwapo nano-kabonati ya kalsiamu inaweza kusambazwa sawasawa kitaliathiri sana utendaji wa rangi. Aidha, kimaumbile, kwa sababu nano-kalsiamu kabonati ina eneo kubwa maalum la uso, kiasi cha kiunganishi kinachohitajika kinapaswa kuongezwa ipasavyo; uhusiano huu wa uwiano unasubiri uthibitisho zaidi wa majaribio.