常用的各种填料
出处：按学科分类—工业技术 中国轻工业出版社《制浆造纸手册：第八分册纸料的准备》第536页（6494字）
1．滑石粉
(1)性质
滑石是天然矿石，磨碎后成为滑石粉，其性质如表10—4—7所示。
表10—4—7
磨细的滑石粉颗粒呈细小片状，在其平面上是疏水的，而在其边角上也是疏水的。这一性质使得滑石粉不易分散在水中，但也说明能够适度吸住纸浆中树脂颗粒，并防止了树脂颗粒在纸机生产上的凝聚。
(2)滑石粉在造纸工业中的应用
滑石粉是一种良好的填料，能满足一般纸张的质量要求，加之我国滑石粉矿源丰富，质量甚好，价格也低，因而在我国造纸厂应用得最广泛，使用滑石粉作为造纸填料适用的纸种和优缺点如表10—4—8所示。
表10—4—8
2．高岭土
(1)性质和生产方法
高岭土又称瓷土或白土，其性质如表10—4—9所示。
表10—4—9
高岭土的主要矿物成分是高岭石，它由长石或云母风化而成。高岭石一般含有较多的石英和云母杂质，我国苏州高岭土含有石英和云母等杂质10～25%，为此在使用时需要净制。
高岭土以其洁白的基色、高度的分散性和可塑性、很高的电阻和耐火度、良好的吸附性和化学惰性，以及原矿的广泛分布、丰富的贮藏量和通常较易采选等特点而在工业上获得广泛的应用。
高岭土的颗粒有呈六角片状和管状两种，也有六角片状和管状共生体。
(2)高岭土的化学成分和高岭土悬浮液的一些指标
①苏州手选高岭土的化学成分指标如表10—4—10所示。
表10—4—10
②国外一种典型高岭土的化学分析如表10—4—11所示。
③高岭土悬浮液的浓度与密度的关系如表10—4—12所示。
表10—4—11
表10—4—12
(3)高岭土在造纸工业中的应用
在国外，尤其是在北美和欧洲，高岭土除用作纸张的表面涂布外，目前高岭土作为纸张的填料仍占很大的比重。但在我国的造纸工业中，高岭土多用于纸张的表面涂布。使用高岭土作为造纸填料适用的纸种和优缺点如表10—4—13所示。
高岭土含量对纸张某些性质的影响如表10—4—14所示。
表10—4—13
表10—4—14
3．碳酸钙
(1)种类和性质
用作造纸填料的碳酸钙有白垩、沉淀轻质碳酸钙和钙镁白等三种。白垩是天然产品，由方解石质点与有孔虫、软骨动物和球菌类的方解石质碎质组成的沉积岩，主要成分为碳酸钙。白垩呈白色至灰白色，松软而易粉碎。磨碎后的粉末称为白垩，也叫做磨碎碳酸钙。钙镁白是经化学反应而制得。白垩和钙镁白的粒度均较大，加填效果不如粒度较小的沉淀碳酸钙。常用作为造纸填料的是沉淀碳酸钙。
三种填料的性质如表10—4—15所示。
表10—4—15
(2)沉淀碳酸钙
沉淀碳酸钙的白度比较高，是一种碱性填料，化学稳定性较差，能与硫酸铝起化学反应而放出二氧化碳。碳酸钙的灼烧损失大，达到40%。沉淀碳酸钙又分轻质碳酸钙和重质碳酸钙两种。造纸厂一般是使用干燥的商品轻质碳酸钙作为填料，而碳酸钙用量较大的造纸厂也可自制沉淀碳酸钙溶液，这样不但可保证抄纸所需要的质量，并且也能节约成本。
对于造纸工业作为填料的碳酸钙有其特殊性，即要求其沉降体积较大，这表示填料的粒度小；另外对水分含量要求不严格。
轻质碳酸钙质量标准见HG1—517—74(《制浆造纸手册》第一分册P32)。
自制碳酸钙溶液的质量指标如表10—4—16所示。
表10—4—16
(3)自制液体碳酸钙的生产实例
碳酸钙用量较大的造纸厂，可自行制造液体碳酸钙，这样不但可以保证造纸所用的质量，并且也能节约成本。
1)生产流程：自制液体碳酸钙的生产流程如图10—4—1所示。
图10—4—1 自制液体碳酸钙生产流程示意图
1—石灰窑 2—推料车 3—提升机 4—化灰槽 5—筛板 6—搅拌器 7—沉砂沟 8—石灰乳贮存槽 9—碳化桶 10—中间槽 11—振动筛 12—澄清槽 13—炉气洗涤塔 14—分离塔 15—贮气罐 16—风机
2)原料：主要原料是石灰石，其质量要求不应太硬，并要求质地柔软细腻，硅含量少。
烧窑时的燃料应采用块状或粉末状的无烟煤。
3)技术条件和操作要点：
①石灰窑工序：
a．石灰石与无烟煤配合比例要准确掌握。
b．窑区管道需密闭不漏气。
c．窑内炉气二氧化碳浓度应掌握在25%左右。
②化灰工序：
a．首先在化灰槽内放入温水(自澄清槽内泌出的)，将烧好的块状石灰用提升机提起倒至化灰槽的筛板上。此时石灰浸在温水中开始溶解，随后开动搅拌器加速石灰溶解成石灰乳液。
b．粗大杂质被阻留在筛板上，间歇地清除出。
c．在搅拌过程中测定石灰乳液的浓度，当其达到8～9°B＇e时，即合乎使用的要求。
d．随后泵送出合乎要求的石灰乳液先经沉砂沟，再经65目振动筛后流入石灰乳贮存槽内备用。
③碳化工序：
a．将制成的石灰乳液自贮存槽泵入碳化桶内。
b．每一碳化桶单独进行通气，石灰窑内炉气的二氧化碳浓度一般在25%左右，通气时间与碳化桶容积有关，一般在90min左右。
c．反应终点的测定是用酚酞指示剂滴定碳酸钙溶液至无色。为了防止碱的回升，在达到反应终点以后可适当延长碳化时间5～10min，或者加磷酸调节酸度。
d．制成的液体碳酸钙需经过滤后流入澄清槽进行沉淀，滤出沉淀层上而的清液。
e．在沉降以后，将液体碳酸钙调节至浓度为14．5～16°B＇e备用或可直接送往造纸车间使用。
④液体碳酸钙的检验：
a．沉降度的测定：称取碳酸钙试样10g(准确至0．1g)，放入预先盛有50ml蒸馏水的带磨口塞的量筒中，待试样完全浸透后再加蒸馏水至100ml刻度处。随后上下振荡3min(每分钟振荡约100～120次)置于室温静置3h后，记录沉降物所占的容积。
为了及时指导生产，测定时间可改为1h，然后测量沉降度，以45m1为合格的产品。
b．游离碱含量的测定：称取试样5g(准确至0．01g)，置于250m1的烧杯中，加入100m1除去二氧化碳的热水煮沸5min，随后用滤纸乘热过滤，再用50rn1除去二氧化碳的热水洗涤沉淀物两次。以酚酞作指示剂，用0．02N的盐酸标准溶液滴定至溶液恰恰消失红色为止。
游离碱含量%(x)按下式计算：
式中 V——消耗盐酸标准溶液的体积(m1)
N——盐酸标准溶液的当量浓度
G——试样重量(g)
0．02804——每毫克当量氧化钙的克数
平行试验结果相差不得超过0．01%。
c．白度：将液体碳酸钙烘干后，用蓝光白度仪进行测定。
(4)碳酸钙在造纸工业中的应用
碳酸钙是一种良好的造纸填料，天然产品白垩的粒度较大，加填效果不如粒度较小的沉淀轻质碳酸钙。
碳酸钙在造纸中主要用作印刷纸、卷烟纸的填料，其优点如表10—4—17所示。
表10—4—17
使用碳酸钙作为填料的缺点如下：
①碳酸钙是一种碱性填料，化学稳定性较差，如用作为印刷纸的填料，碳酸钙能与硫酸铝作用，消耗硫酸铝用量，并影响施胶。
②碳酸钙能与硫酸铝或酸起作用生成二氧化碳，而造成较多泡沫，影响操作。
③如生产色纸，会影响色纸的色调。
④碳酸钙作为亚硫酸盐木浆的填料，会加剧树脂障碍。
克服由于使用碳酸钙而出现问题的措施：
①在满足纸张印刷性能要求的情况下，加入部分滑石粉与碳酸钙混合使用，从而减少碳酸钙用量，以减少因使用碳酸钙而造成的不良影响。
②合理安排碳酸钙的加入位置，使它尽量接近上网时加入，从而减少碳酸钙和硫酸铝起作用的时间。
③加强设备清洁工作，尤其是在夏季更要特别注意。
4．二氧化钛
(1)性质
二氧化钛又称钛白或钛自粉，分子式TiO2，分子量79．9。二氧化钛是一种白色多晶型的化合物，呈白色粉末状，它在造纸工业中用于纸张表面涂布和纸张填充，属于高效填料。在自然界中有全红石、锐钛矿和板钛矿，它们是二氧化钛的三种变体。工业上主要有全红石型和锐钛型两种，以全红石型最为稳定，其熔点为1850±20℃。锐钛型只在低温下稳定，加热到900℃以上即向全红石型转化。
全红石型和锐钛型二氧化钛的比较如表10—4—18所示。
表10—4—18
二氧化钛化学性质非常不活泼，常温下几乎不与其他元素或化合物作用，它对腐蚀介质的作用非常稳定，不溶于水。
全红石型二氧化钛比锐钛型二氧化钛具有较紧密的结晶结构，从而前者的折光率比后者为高。
(2)二氧化钛在造纸工业中的应用
二氧化钛属于高效填料，用作造纸填料，其主要优点如下：
①粒度小，平均0．15～0．3μm，分散性好，覆盖能力强；
②折光率和散射系数均极高，因而具有极高的不透明度效
果。
③在同一不透明度要求的条件下，二氧化钛填料的使用量要比滑石粉等填料的使用量低得多，因此加填对纸张物理强度的影响也就较小。
④二氧化钛的本身白度高，为此提高纸张的白度效果很显着。
二氧化钛用作造纸填料的主要缺点是价格太高。由于价格高，因而在国内外，二氧化钛作为造纸填料也只限于某些要求不透明度极高的薄型纸或高级纸。
在国内，二氧化钛已应用在生产字典纸、薄凸版纸、薄画报纸等。例如，某厂生产的定量为28g／rn2的字典纸，除加有30～40%碳酸钙作为填料外，还添加3%的二氧化钛。
在国外，二氧化钛作为填料也应用在字典纸、航空信纸以及低定量印刷纸等。