造纸填料的选用VIP

造纸填料的选用纸张是由纤维构成的，但是对某些纸张来说，只由纤维构成却难于达到纸张的使用目的，为此对于文化用纸、印刷用纸、装饰原纸、白纸板、卷烟纸等来说，必须在纸浆中加入部分填料，才能达到纸张的使用要求。1 加填的主要作用如上所述，对于某些纸张，需加入填料，达到纸张的质量要求。加填的主要作用为：11提高纸张的白度，因为填料的白度比纸浆高；12提高纸张的不透明度；13提高纸张的平滑度；14提高纸张的柔软性；15提高张的印刷性能；16降低纸张的变形程度，即提高纸张的平整性和形稳性；17减少树脂障碍；18满足某些纸张的特殊要求；2 填料的种类及其性质我国用于造纸的填料种类主要有滑石粉、瓷土、碳酸钙（PCC/GCC）、钛白粉和氧化铁黄颜料等。21滑石粉211性质滑石粉在自然界中，是以水合硅酸盐的形态存在的非金属矿物质，在我国贮量大，资源丰富易于开采加工，且价格低廉。滑石粉是硬度最小的矿物之一，纯净滑石（3MgO4SiO2H2O）的理论含量为MgO：31.9%SiO2：63.34%H2O4.76%滑石粉具有质地细腻、平滑、白度高、覆盖力强、磨耗低等特点。造纸厂所使用的为工业用滑石粉，是以直闪石和透闪石为基础 的与纯净滑石粉不同，其性能见表1。表1 常用填料的性能填料种类化学组成(近似值)比重粒度 (微米)折光率散射系数(100SP)亮度 (%)颗粒直径备注滑石粉30.6%MgO 62%SiO22.70.255.01.5796.8细小片状瓷土39%Al2O345%SiO22.580.510.01.569.511.582细小片状白垩96%CaCO32.650.12.51.65172498圆形沉淀碳酸钙98.6%CaCO32.650.10.351.658283698.9菱形钛白粉98%TiO23.90.150.32.55435195.1球形主要用于薄纸、蜡纸等金红石钛白粉90%95%TiO24.20.150.32.7546896球形同上212 滑石粉的质量标准目前我国各造纸厂使用的滑石粉质量标准见表2，但用户可根据生产的需要与厂家制订协议标准。各造纸厂目前使用滑石粉均为ZZ特级，其Fe2O3含量最好低于0.1%，因为含量高要影响纸张白度；其CaCO含量最好低于1.5%，这样可以减少系统中泡沫的影响，提高纸张的质量，减少断头，提高纸机的抄造率和成品率。表2 造纸用滑石粉的技术要求（JC16182标准） 等 级 技术性能 ZZ特ZZ1ZZ2ZZ3细度 目（）325（45）325（45）200（75）200（75）筛余物（%）2222白 度（%）90858075尘埃（mm2/g）0.400.60.801.00水份（%）1.001.001.001.00PH（1：20）7.09.07.09.07.09.07.09.0清液毫升数（151）5080508050805080酸溶性铁（Fe2O3）%0.501.001.502.00CaCO3（%）2.503.003.504.00灼烧损失（800）6.008.0012.0022.0022瓷土（高岭土）瓷土用作纸张填料的使用不多，有的厂家在滑石粉中拼入部分瓷土，这可能是由于瓷土的粘度关系，瓷土多用作纸张涂布颜料之用。瓷土、PCC、GCC组成的涂料粘度见表3：表3 瓷土、PCC、GCC组成的涂料粘度比较 颜料（填料）粘 度瓷土 100%GCC 100%PCC 100%瓷土/GCC 60/40%瓷土/PCC60/40%B型粘度仪60rpm cps7507003006607106rpm cps5400280080034004200PH值7.48.69.39.09.3固形物浓度wt%60.462.060.862.061.0注:涂料配比：淀粉3份，胶乳12份，润滑剂1.5份。国内瓷土产地较多，矿产化学成份、杂质含量，因产地而已。221 瓷土的化学性能瓷土是一种多矿产化学组成的含水硅酸盐混合体，其成份可表示为Al2O32SiO22H2O，为非金属矿。在一般情况下，瓷土的化学组份的理论百分比为：Al2O339.5%，SiO246.54%，H2O13.95%，表4列出三种不同瓷土的化学成份。瓷土具有很强的可塑性和高的耐火性、良好的绝缘性和化学稳定性。比重2.60、折光系数为1.55。瓷土以片状晶形为主，片状物含量越多越好，片状物配制涂料流动性好，经压光后，其片状平面与纸张平面平行排列，从而得到较高的光泽度。222瓷土的质量指标造纸用瓷土（高岭土），其颗粒比用于涂料用瓷土（高岭土）的颗粒大，其技术要求见表5。223煅烧瓷土（煅烧高岭土）有时在纸张的生产过程中为了提高纸张的不透明度与改善纸张的印刷性能，在加入的填料中也要配用部分煅烧瓷土。2231煅烧瓷土（煅烧高岭土）的特性（1） 由于瓷土经过高温煅烧，除去了其中的结晶水，使瓷土颗粒内部空隙增大了比表面积，煅烧瓷土具有较大的比表面积和多孔疏松的结构，提高了纸张的遮盖能力，也有利于印刷油墨的吸收，有效地改善了纸张的印刷效果；表4 瓷土的化学成份 瓷土化学成份苏州A级土英国SPS土T234#煅烧土白度（%）82.083.688.4Al2O3（%）37.037.838.5SiO2（%）48.0947.044.81Fe2O3（%）0.350.580.57TiO2（%）0.031.02Na2O（%）0.260.100.35K2O2（%）0.100.110.34CaO（%）0.300.040.46MgO（%）0.150.160.31灼烧损失（%）13.813.112.86表5 瓷土(高岭土)各级产品化学成分和物理性能要求(GB/1456393) 等级指标优级ZTOA优级ZTOB一级ZT1二级ZT2三级ZT3白度%90.087.085.082.080.0粒径%（2）90.085.080.075.070.0筛余物%0.020.040.040.050.05分散沉降物%0.020.050.100.100.05PH值4.04.04.04.04.0粘度浓度（500mPa。S固形物含量）%68.066.065.065.0_Al2O3%37.0037.0036.0035.035.00Fe2O3%0.600.600.700.801.00SiO2%48.0048.0049.0050.0050.00灼烧损失%15.0015.0015.0015.0015.00(2)对光的散射能力强,有效地提高了纸张的不透明度；不同的颜料对光的散射不一样，见表6。从表6中可以看出，煅烧高岭土的光散射系数与TiO2接近。表6 不同颜料的光散射系数种类波长2#高岭土层离高岭土化学结构高岭土煅烧高岭土TiO2457nm0.070.120.160.250.36557nm0.040.030.120.180.25(3)粘度适当.2232煅烧高岭土的优点煅烧高岭土用作造纸填料，其优点为：（1） 提高纸张白度；（2） 提高纸张不透明度，增加纸张的覆盖能力；（3） 减少印刷过程的透印现象；（4） 提高纸张的印刷性能；（5） 比其它填料，减少对纸张抗张强度的影响；23碳酸钙（CaCO3）碳酸钙有轻质（PCC）和重质（GCC）（研磨）之分，一般用于生产纸张的碳酸钙为轻质CaCO3（也称沉淀碳酸钙），作涂布用颜料碳酸钙用GCC。231轻质碳酸钙用作造纸的轻质碳酸钙，主要是以石灰石为原料，经过石灰窑煅烧、消化。特定条件下，碳化反应而成。2311轻质碳酸钙的优点由于我国造纸行业长期以来采用酸性施胶方法，为此无法采用碳酸钙作为造成纸填料（卷烟纸由于不施胶，长期以来采用碳酸钙作填料），由于酸性施胶的缺点，以及对环境保护的重视，同时由于中性施胶剂的研究开发，目前世界范围内造纸施胶工艺逐渐由酸性施胶向微酸性、中（碱）性施胶发展，这就使碳酸钙作为造纸填料得到应用与发展，采用作为造纸填料的优点是：（1） 可使纸张具有更高的白度；（2） 可使纸张具有更高的不透明度；（3） 良好的覆盖性；（4） 高的松厚度；（5） 良好的印刷适应性及油墨吸收性；（6） 优良的透气性；（7） 良好的助燃性；轻质碳酸钙是卷烟纸的优良填料，但在轻质碳酸钙的生产过程中，由于不同的工艺技条件，则使碳酸钙的晶形结构，颗粒大小，以及分布情况均不同，对卷烟纸的强度、透气度有明显的影响，在比较长的一段时间内，我们对此不够重视，随着市场经济的深入发展，以及外国高档卷烟纸（高强度、高透气度）对中国市场的冲击，使各生产高档卷烟纸的企业对生产高档卷烟纸用的轻质碳酸钙的质量要求有一个共识，目前已注意到用于高档卷烟纸的轻质碳酸钙的生产工艺，并进行研写开发，这是一个可喜的进步。不久的将来，我国将能生产出适用于高档卷烟纸的轻质碳酸钙。2312轻质（工业沉淀）碳酸钙的质量指标目前我国工业沉淀碳酸钙的技术指标见表7。表7 工业沉淀碳钙的技术指标（HG2226-91）项 目指 标优等品一等品合格品碳酸钙（以CaCO3计）,%98.3100.097.0100.097.0100.0PH值(10%悬浮液)8.010.08.010.58.011.0105下挥发物含量，%0.400.71.00盐酸不溶物含量，0.100.200.30沉降体积，ml/g2.82.62.4铁（Fe）含量，%0.080.100.10锰（Mn）含量，%0.0060.0080.010筛余物：125m试验筛，%45m试验筛，%0.0050.300.0100.400.015 0.50 白度，（%）90.090.0-在以上质量指标中，主要是沉降体积和含铁量，同时对游离碱的含量有严格要求，一般要求游离碱（以CaO计）含量，要小于0.1%。232重质碳酸钙重质碳酸钙一般不作为造纸填料用，只作为涂布颜料之用。由于重质碳酸钙采作研磨方法进行生产的所以它的形状不规则，呈棱柱体、片状、菱形、偏三角面体积等，印刷时其对油墨的吸收性比PCC要好其粘度比PCC低。生产研磨（重质）碳酸钙的企业比较多，他们产品质量指标也不统一。上海大恒化工公司生产的重质碳酸钙有下面几种规格：（1） Pd-40：干法粉碎制得，白度达98%左右，2m含量占40%以上，15m为零；（2） Pd-60：湿法研磨而成，白度达94%以上，2m含量占55%56%，粒度分布比较窄；（3） Pd-90：湿法研磨而成，2m含量占88%92%，白度较Pd-60好一些，粒径分布比较窄，有较好的分散性。上海大恒化工公司生产的Pd-60、Pd-90重质碳酸钙的质量指标见表8。表8 研磨碳酸钙的质量指标项 目单位Pd-60Pd-90碳酸钙含量（干基计）%98.098.0铁含量（以Fe2O3计）%0.10.1盐酸不溶物%0.20.2密度%2.72.7折光率%1.591.5745m（325目）筛余物%0.10.05最大粒径m8.05.0平均粒径m1.001.200.40.62m含量%6060白度%9494PH值8.510.58.510.5吸油性g/100g213224二氧化钛（钛白粉）二氧化钛，商品名为钛白粉，由钛铁矿（FeO.TiO2）经加工精制而成，对光的折射率高达2.552.70白度高，对纸张的覆盖性能在所有填料中居首位，但其价格昂贵。二氧化钛有金红石和锐钛矿型，他们的化学性能有所不同，前者水溶性差，所以造纸工业（特别是薄页纸）均以后者用作填料，这两种型式的TiO2主要特性见表9。25氧化铁颜料 用作某些特殊纸张加填用的氧化铁颜料是无机颜料的一种，目前应用还不广泛，它是铁系颜料的一部分，一般只使用氧化铁红、氧化铁黄、氧化铁黑的氧化铁棕四种。氧化铁颜色料的共同的特点是不溶于水，与纸浆纤维无亲和力，而是依靠明矾的作用，固着在纤维上，而取得着色，同时起到加填作用。氧化铁颜料耐光性强，遮盖性好。氧化铁颜料在高档装饰原纸（或水松原纸）中起到填料作用，还可部分代替价格昂贵的钛白粉，同时它又起到染色作用，可取代价高而且污染严重的有机染料。3 如何合理地选用填料31滑石粉（1） 由于滑石粉具有质地细腻、白度高、覆盖性好、磨损低特点，且滑石粉的平滑度和光泽度高，价格便宜，因此一般文化用纸、印刷用纸均采用滑石粉作填料；表9 技术要求（GB1706-93）项目指 标BA01-01（锐钛型）BA01-02（锐钛型）BA01-03（锐钛型）优等品一等品合格品优等品一等品合格品优等品一等品合格品TiO2含量，%98.092.090.0颜色（与标准样比）近似不低于微差于近似不低于微差于近似不低于微差于消色力（与标准样比）100100901001009010010090105挥发物，%0.50.81.0经232及相对湿度（505）预处理24小时后，105挥发物%0.50.81.0水溶物，%0.40.50.60.30.30.50.30.30.5水悬浮液PH值6.58.06.08.56.58.56.58.06.08.56.58.56.58.06.08.56.58.5吸油量，g/100g222628222628202326筛余物（45筛孔），%0.050.100.300.050.100.300.050.100.30水萃取液电阻率，m30201610050501005050注：优等品标样为选定的同类产品：一等品和合格品为评选的同一产品。(2)由于滑石粉的化学稳定性好，所以采用分散松香作为施胶的酸性施胶，均采用滑石粉；(3)滑石粉中的碳酸钙含量一般要求低于2.5%，最也低于1.5%，因为较高的碳酸钙含量对施胶和染色均不利，对于装饰原纸来说，高的碳酸钙含量对后续加工工序有不利的影响；(4)粉作为涂布的白色颜料，对涂布的白度有不利的影响。据研究，其用量每增加10%，白度值即降低1.0%，其原因是滑石粉略疏水性为此在涂料体系中分散性欠佳，细小的滑石颗粒易于捕集空气，困而形成小气泡，出现聚现象时，使涂层不均匀，因而涂布纸生产中尽量不用（少用）滑石粉作颜料。32碳酸钙（1）着AKD等新型中（碱）性施胶剂的开发和应用，在酸性造纸中难一应用的填料碳酸钙，则有了用武之地，碳酸钙折光率高达1.65，可明显提高纸张白度和不透明度，在PH值7.58.5范围内，碳酸钙的稳定性好，所以采用中（碱）性施胶的纸张均采用碳酸钙作为填；（2）对于薄页纸，如烟纸、印刷型 水松原纸等，由于