造紙生產(chǎn)過程中添加填料出于兩個目的：一是改善紙張的光學(xué)性能、印刷性能及外觀；二是用它替代部分造紙纖維，降低生產(chǎn)成本。

造紙工業(yè)常用的填料有：研磨碳酸鈣、沉淀碳酸鈣、高嶺土、煅燒高嶺土和滑石粉、二氧化鈦等。

一、造紙工業(yè)用碳酸鈣

大量地存在于地殼里，通產(chǎn)存在于三種形式的巖石中，即白堊、石灰石和大理石。造紙工業(yè)使用的碳酸鈣分為兩類：由研磨碳酸鈣制造的天然產(chǎn)品和由化學(xué)沉淀制造的合成產(chǎn)品。前者稱為研磨碳酸鈣也稱為重質(zhì)碳酸鈣（GCC），后者稱為沉淀碳酸鈣也成為輕質(zhì)碳酸鈣（PCC）。

1、研磨碳酸鈣生產(chǎn)方法

研磨碳酸鈣的生產(chǎn)方法分為干磨及濕磨兩種。

干磨生產(chǎn)工藝流程舉例如下:

圖1干磨生產(chǎn)工藝流程舉例

濕法生產(chǎn)工藝流程舉例如下:

圖2 濕法生產(chǎn)工藝流程舉例

2沉淀碳酸鈣生產(chǎn)方法

沉淀碳酸鈣的生產(chǎn)方法有三種，即碳酸飽和法、石灰蘇打法、氯化鈣一碳酸鈉法。三種方法中，碳酸飽和法應(yīng)用得最普遍。控制反應(yīng)條件如氣流、溫度、濃度、時間、添加劑等來控制粒子形態(tài)和粒徑分布。

a.碳酸飽和法：

石灰石煅燒：CaCO₃=CaO+CO₂↑

石灰消化：CaO+H₂O=Ca（OH）₂+Q

消石灰碳酸化：Ca（OH）₂ +CO₂= CaCO₃+H₂O+Q

b.石灰蘇打法：

Ca（OH）2 +Na2CO3= CaCO3+2NaOH

c.氯化鈣碳酸鈉法：

Na2CO3+CaCl2= CaCO3+2NaCl

相對于研磨碳酸鈣而言，沉淀碳酸鈣有更高的白度，更純的化學(xué)成分，更好的產(chǎn)品一致性，粒子形態(tài)和粒徑分布(更窄)更易控制，磨耗值低，顏料粒子表面帶陽電荷，有利粒子的分散與留著。但總的來說，重質(zhì)碳酸鈣使用成本較低。

二、造紙工業(yè)用高嶺土

高嶺土是一種以高嶺石族礦物為主要成分的勃土類集合體原料，經(jīng)各種加工精制，可生產(chǎn)出各種等級的產(chǎn)品。高嶺土之所以成為最主要的白色顏料之一，是因為它具有較高的白度、不透明性、物理化學(xué)的適應(yīng)性，涂布后經(jīng)超級壓光整飾有明顯的涂布感和光澤，有良好的印刷適應(yīng)性以及它的來源廣泛、價格低廉。

高嶺土制造流程簡圖舉例如下圖所示:

圖三高嶺土制造流程簡圖

該工藝主要設(shè)計用于除去無用的附屬礦物和改變高嶺土性能以增進作為紙張?zhí)盍虾屯坎碱伭系氖褂眯阅堋?/span>

三、造紙工業(yè)用煅燒高嶺土

選擇粒徑細小的高嶺土在控制條件下進行煅燒，導(dǎo)致細小高嶺土局部熔化并形成它的聚集體。由于小心控制聚集體的孔隙尺寸(大約75%空隙容積)和粒徑分布(80%粒子的當量球形直徑介于25m和0. 45m之間)，煅燒過程大約14%的水也被除去。

圖四 煅燒高嶺土結(jié)構(gòu)示意圖

電子顯微照片上可以看到煅燒高嶺土聚集體中的空腔。煅燒燒高嶺土聚集體內(nèi)的空隙結(jié)構(gòu)，可以吸收印刷油墨、控制油墨及其溶劑滲人紙內(nèi)，顯著改善透印，改善印刷性能，尤其是低定量紙。煅燒高嶺土的粒子大部分介于0. 5-1. 5μm范圍，這種粒徑范圍具有最佳的光學(xué)有效性。

國產(chǎn)煅燒高嶺土使用的原料與國外不同，大多是煤炭伴生的煤系高嶺巖。大多采用“先磨后燒”工藝，即：高嶺巖經(jīng)干法破碎→濕法研磨至<2μm粒子含量大于90%→干燥解聚→緞燒→解聚分級。

二氧化鈦一般應(yīng)用于高品質(zhì)、對白度和不透明度有較高要求或特殊要求的紙種。緞燒高嶺土能有效替代二氧化欽作填料，在保持相同光學(xué)性能的同時，降低生產(chǎn)成本。緞燒高嶺土可作為顏料應(yīng)用于顏料涂布紙和紙板中，改善涂層的光學(xué)性能和印刷性能，尤其能提高涂層的遮蓋能力。

煅燒高嶺土顏料常應(yīng)用于銅版紙、低定量涂布紙、涂布白板紙、標簽紙、涂布包裝紙、無碳復(fù)寫紙、熱敏紙、低定量輪轉(zhuǎn)凹版紙等紙種。

四、造紙工業(yè)用滑石粉

滑石粉在世界造紙工業(yè)中得到大量使用，尤其是遠東地區(qū)和芬蘭，主要用作造紙?zhí)盍稀⑼坎碱伭虾蜆渲絼?/span>

生產(chǎn)造紙用滑石粉的加工過程：礦石分級與精選→磨成細粉→最后制成成品。

圖5 滑石粉生產(chǎn)流程

純滑石的莫氏硬度為1，是自然界中硬度最小的礦物。但純凈的滑石在自然界很少，常與透閃石、蛇紋石、綠泥石、直閃石、葉蛇紋石、透輝石、菱鎂礦、白云石、方解石等伴生，并混人雜質(zhì)，以致改變了它的化學(xué)成分，增加了硬度和磨耗性，影響了產(chǎn)品的白度。片狀滑石的平坦表面是疏水的、親有機物的。薄片的邊緣是親水的，因此它可以分散于水中。

盡管滑石表現(xiàn)為顯著的堿性，然而它在造紙過程中表現(xiàn)為化學(xué)惰性，它的陽離子交換能力很低，大約1. 2mmo1/100g (2. 4毫克當量/100g)，因此它對整個系統(tǒng)pH值的影響很小。

總的來說，滑石粉磨耗小，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，可在酸性條件抄紙，表面親油可吸附有機物，使紙劑，可以吸附有機物質(zhì)，使紙機白水、漿料系統(tǒng)比較潔凈；它的藍白色調(diào)能反射大部分紫外光區(qū)的光線，能激發(fā)熒光增白劑，從而使熒光增白劑更有效；可以作為二氧化鈦的部分替代劑。

五、造紙工業(yè)用二氧化鈦

白色顏料中二氧化鈦具有最高的折射指數(shù)，它主要用于高檔印刷書寫紙及某些特種紙。二氧化鈦可用硫酸鹽法和氯化法生產(chǎn)。其產(chǎn)品有銳鈦型和金紅石型兩種，一般認為二氧化鈦顏料產(chǎn)品有近似球形粒子。

圖6硫酸鹽法二氧化鈦生產(chǎn)流程

圖7 氯化法生產(chǎn)二氧化鈦生產(chǎn)流程

六、填料的選擇及應(yīng)用特性

1、不同紙張品種所用填料及其用量可參考下表：

2、填料對紙張性能的影響見下表

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參考文獻

1、造紙化學(xué)品及其應(yīng)用 畢松林編著