降低造紙成本，看這20種功能粉體填料如何各顯其能
2021-06-23
近日，據(jù)央視報道，進入五月份以來，國內主要文化紙企業(yè)和貿易商發(fā)布多張漲價函，其中文化紙普遍漲價200元/噸，白卡紙漲價則達到1000元/噸，生活用紙1個月也迎來三連漲，包裝紙行業(yè)產量排名國內第一的玖龍紙業(yè)啟動了5月份的第三輪漲價……
據(jù)專家分析，漲價的主要原因是造紙上游的紙漿、物流、能源等價格全球性的上漲，直接增加了企業(yè)的生產成本。受紙漿原料價格上漲，造成漿價和紙價的倒掛，因此有些紙廠沒有辦法就要停機了。
作為國民經濟十大支柱產業(yè)之一，造紙工業(yè)是衡量一個國家現(xiàn)代化水平的重要標志。目前，國內造紙行業(yè)纖維原料供需矛盾日益突出，一方面表現(xiàn)為，纖維原料缺口越來越大，呈現(xiàn)逐年增加之勢；另一方面，原料結構不合理，木漿比重低。近幾年來，隨著特種用紙的發(fā)展和對紙張?zhí)厥庑阅芤蟮奶岣?，非纖維原料的使用在造紙過程中所占比例越來越多，其中填料由于其較低成本越來越受到人們的重視。目前，填料已成為造紙第二大原料。
傳統(tǒng)造紙?zhí)盍现饕痔烊惶盍虾腿嗽焯盍蟽纱箢?。天然填料是指天然礦藏經開采及機械加工而使用的填料，如滑石粉、白土、鈦白粉、石膏等，人造填料是指經化學反應而制得或化工廠的副產品而使用的填料，如沉淀碳酸鈣、硫酸鋇、造紙污泥、硅鈣填料等。加填不僅能節(jié)省纖維原料降低成本，還能改善紙頁的光學性質和印刷適性，滿足紙頁某些特殊性能的要求。
各種填料的特點及功能
高嶺土
高嶺土質地松軟，外觀白度較高。在造紙行業(yè)中，選擇高嶺土作填料是由于高嶺土在紙漿中不易與其它添加劑發(fā)生反應，充填紙張中木質纖維之間的空隙，從而保留在纖維之間。此外，高嶺土粒度較小，易于流動，可以保證紙張的密度及紙面平滑度。
高嶺土作為填料常用于造紙行業(yè)。因其價格低廉，實用性強，白度值相對較好而得到廣泛使用。高嶺土很容易處理和分散。高嶺土的使用使紙張具有高密度從而減少涂層滲透。高嶺土常用于超級壓光造紙。
滑石粉
滑石粉的白度值高、密度大、折光度高，并且化學性質穩(wěn)定，適用于酸性造紙，同時與CaCO3共用適用中性造紙；摩擦系數(shù)小，對紙機的磨損小，延長紙機的使用壽命，同時改善紙卷質量；片層結構有利于在紙頁中的留著并改善紙張的不透明度、平滑度和印刷性能?；塾糜谳嗈D凹版印刷、膠板印刷、特種涂布紙。
重質碳酸鈣
選擇使用重質碳酸鈣主要是由于其價格低、亮度高、灰分量大，容易著色、施膠等優(yōu)點，同時可以提高紙張的不透明度、光澤度、改善紙張的吸油墨性。GCC是中、堿性造紙常用的無機填料，隨著造紙行業(yè)逐漸由酸性造紙轉為中、堿性造紙(中、堿性造紙相比于酸性造紙對紙機的損耗更小，更有益于環(huán)境保護和節(jié)約水資源)，GCC的需求量逐漸增大。
沉淀碳酸鈣
沉淀碳酸鈣(PCC)是化學法制備的碳酸鈣。它的結構不同于重質碳酸鈣。使用PCC可以使紙張獲得更好的光澤度和不透明度，減少原料纖維的使用、降低紙機器材的損耗與成本投入；改善紙張的白度、印刷性能及使用壽命；同時，根據(jù)不同需求可以使紙張具備不同特性。
二氧化鈦
二氧化鈦(TiO2)具有高白度、折光度、高遮蔽性等特點，是一種具有很高光學性能的顏料，所得紙品更平整、均勻、吸油能力強，不僅能夠改善紙張的不透明度、亮度，同時可以提高其物理性能、柔軟性。造紙?zhí)盍霞塗iO2通常選用銳鈦礦相TiO2。
以上幾種填料性能比較
白云石
白云石的晶體結構與方解石類似，價格低廉，擁有較高的不透明度，經濕法研磨后可以部分代替重質碳酸鈣作為造紙?zhí)盍匣蛴糜谥苽鋸秃喜牧?，改善紙張的性能，更加合理有效地利用資源，降低成本。
白炭黑
白炭黑是國內近年用于噴墨打印紙的主要顏料。氣相法制造的納米或亞納米白炭黑具有更高的純度、比表面積和吸附特性。隨著數(shù)碼影像技術的普及，用于噴墨打印紙的高品質白炭黑消費量呈現(xiàn)較快增長。
膨潤土
膨潤土的提純、改性和提升產品白度以及擴展在造紙行業(yè)的應用，是近年來相關行業(yè)的主要研究領域，研究成果較多，其中在助留助濾、造紙涂料顏料、表面施膠劑和造紙黏性物控制劑、水處理劑方面的應用取得重要進展。膨潤土在造紙行業(yè)的消費量近年有了較快增長，主要用于微助留助濾劑和無碳復寫紙的酸性(活性)白土，使用技術相對成熟。
沸石
目前造紙用沸石主要為斜發(fā)沸石、絲光沸石、菱沸石和片沸石，因其特有的高孔隙度、吸附性、離子交換性、抗菌性、特殊光澤性(玻璃光澤、絲絹光澤、珍珠光澤)等用于造紙?zhí)盍?、特種涂布涂料和水處理劑等，印刷紙?zhí)盍夏苜x予紙張較高覆蓋性和不透明度，同時由于沸石化學穩(wěn)定性好、對漿料系統(tǒng)干擾小，適于酸性或堿性造紙，但用于高速紙機填料時因磨耗值較大受一定局限。
硅灰石
硅灰石是性能獨特的纖維狀礦物，加工后長徑比可達15～60。經改性后的硅灰石增加了柔性和親水性，能提高與植物纖維的親合力及成紙的強度，在同等紙張強度下改性硅灰石填加量比同等細度滑石和GCC(重質碳酸鈣)可增加0.3～1.0倍，并能顯著降低漿耗。改性硅灰石適用于酸性和堿性造紙，但因自身硬度較大、磨耗值高，在高速紙機中使用受到一定限制。
石膏
石膏纖維能克服其它礦物纖維短、易碎裂、留著率低、硬度高等缺陷，可滿足高速紙機生產要求，在印刷書寫紙和造紙涂料中具有廣闊的應用市場。同時，改性生石膏用于造紙?zhí)盍贤?、CaCO3比可提高填料保留率、成紙強度、挺度及不透明度；將改性硬石膏用于涂料顏料可提高紙張挺度、白度，改善印刷性能。
蛭石
利用蛭石膨脹后具有的蓬松、低密度、化學性質穩(wěn)定、隔熱、隔音、耐火、耐冷、絕緣、吸水、抗菌、吸附、陽離子交換等特性，可制造多種功能性工業(yè)用紙、軍工用紙、裝飾紙等。主要應用領域及紙種有：美術工藝包裝紙、書皮紙、裝飾紙、農業(yè)育苗紙、冷凍食品保鮮包裝紙、軍工用紙、動物襯墊紙、高級環(huán)保壁紙、減震襯墊紙板、建筑裝飾紙板等。
海泡石
海泡石具有極強的吸附性、耐高溫(1500～1700℃)性，良好的分散、抗腐蝕、抗輻射、隔熱、絕緣等性能，在造紙中用于液體過濾紙、除臭紙、香煙過濾咀紙、美容化妝紙、衛(wèi)生巾紙、尿片紙、清潔紙、醫(yī)療用紙、耐高溫隔熱紙、鞭炮紙、阻燃紙、工業(yè)密封墊板紙、保鮮紙、農業(yè)育苗紙、寵物墊紙、干燥劑包裝紙、精密儀器包裝紙、絕緣紙、抗氧化防腐包裝紙、耐酸堿無機過濾紙等。
硅藻土
國內造紙業(yè)主要利用其大孔隙度、強吸附、小容重、隔熱、吸音、化學穩(wěn)定、無毒等工藝特性生產液體飲料、制糖、釀酒業(yè)用過濾紙和紙板，也用于建筑裝飾紙板、蓄電池隔板、高吸水生活用紙、阻燃紙、寵物墊紙、廢水凈化劑、助凝劑等。
埃絡石
處于工業(yè)開發(fā)應用階段。磨耗度低，可用于高車速紙機，生產成本低。經PVA、APM、變性淀粉改性陽離子化產品，可提升張強度(30%～60%)、不透明度、灰份。比硅灰石填料有更好的成紙柔軟性、平滑度。
透閃石
半透明纖維狀。用于填料對紙張性能貢獻與硅灰石、埃絡石相近。用于擠壓熱熔涂布和紙塑層合樹脂填充料有特殊技術品質貢獻。
麥飯石
相關研究表明，麥飯石具有一定的抑菌作用，用來制造保健醫(yī)療鞋墊紙板、食品包裝紙和保鮮紙。中國軍事醫(yī)學科學院、北京中醫(yī)藥大學將經改性處理的麥飯石復合產品，用于醫(yī)用紙和生活用紙或紙板的填充劑。
高溫煅燒氧化鋁、硅微粉、石榴子石、莫來石等高硬度粉體
目前主要用于耐磨紙?zhí)盍虾蛼伖夤I(yè)用砂帶紙的涂敷料。近年復合地板、家具裝潢以及建材用裝飾紙消費量增長，高硬度無機粉體材料制造技術及在造紙?zhí)盍现械拈_發(fā)應用有待進一步深化。
填料的性質
填料的反射指數(shù)、顆粒形態(tài)、粒徑及其分布、比表面積、顆粒電荷、pH、溶解性和磨蝕性是重要的性質，它們對紙張的不透明度和物理性質有很大影響。
反射指數(shù)：是由填料的化學成分和分子結構所決定的一項基本性質。原子結構對光散射性(不透明度)有直接影響。這是因為光進入填料后在其內部發(fā)生多次反射而不是直接透過。填料的反射指數(shù)越大，反射光的數(shù)量越多，使紙張的不透明度越高。銳鈦礦和金紅石型的TiO2的反射指數(shù)分別為2.55和2.76，其它常用填料的反射指數(shù)都比TiO2低得多。
顆粒的形態(tài)：是填料的一種重要性質。它影響光散射方式，從而影響紙中填料的光學特性。據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，各種沉淀CaCO3的形態(tài)不同，從而使其光散射作用的能力不同。不同形狀的顆粒，其光散射的最佳值不同。
粒徑及其分布：填料的粒徑大小、粒徑分布及填料粒子的聚集程度強烈地影響著填料的光學性質。研究發(fā)現(xiàn)，當填料粒徑范圍較窄，特別是填料在紙張中均勻分布時，有助于提高光散射率。以最佳粒徑為中心的粒徑分布范圍越窄時，越有利于增加紙的不透明度。
比表面積：顆粒粒徑、粒徑分布及顆粒形狀都對比表面積有直接影響。顆粒的比表面積影響光散射，也影響紙張強度和印刷性能。通常比表面積高的填料會增加紙頁的適印性，但會削弱紙頁的強度，增加施膠的難度。
顆粒電荷：填料顆粒表面電荷在填料分散中起重要作用。影響填料狀態(tài)的作用力有三種：范德華力(常為引力)、靜電力、空間阻力。這三種力隨顆粒間的距離變化而變化。它們之間的平衡決定了填料粒子是呈懸浮狀態(tài)還是絮聚。
磨蝕性：是填料的一項重要指標，高磨蝕性的填料會對紙機網部和印刷版造成過多的磨損，填料的磨蝕性主要是由兩個因素引起的：晶體的性質或填料的硬度(原子間結合強度、空間排列和雜質等)，填料的物理性質(粒徑、粒徑分布、形狀、表面積等)。少量雜質，如硅石是造成磨蝕的主要原因。同種結晶形式時，大顆粒填料的磨蝕性高。
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