非金属矿物填料在特种纸中的应用及其技术要求

在造纸行业中应用的非金属矿产品主要为白色颜料，其在纸张中的应用方式有两种：纸浆内的添加（填料）、纸面的处理（涂布颜料）。

在造纸行业中应用的填料和颜料品种主要有滑石粉、轻钙碳酸钙、重质碳酸钙、高岭土、钛白粉、氢氧化铝、二氧化硅、铝硅酸盐等。

1、造纸工业对填料的要求

填料的成本是一个首要考虑的问题，但这不等于填料的技术性能要求不重要。比较重要的性能有下述儿项：首先是白度，这是纸厂最看重的一项指标，这与用户对纸张白度要求很高有关，这也是为什么在碱性抄纸中碳酸钙占统治地位的重要原因。

其次是粒径及粒径分布，过大的粒子容易从纸面脱落，而很小的粒子对纸张的强度有损害，且在纸中的保留率低和施胶剂用量大，通常滑石粉要达到200目以上，碳酸钙为325目以上。窄分布填料可以获得更高的光散射系数，有利于改善纸张的光学性能尤其是不透明度。

粒子的大小也影响到填料的磨耗值，大的粒子磨耗值高，此外磨耗值还受到填料的组成和特性的影响。随着纸机车速的提高，纸厂对湿部铜网或塑料网磨损越来越敏感，填料的磨耗值逐步受到重视。

另外，填料的比表面积、折射率、比重、粒子形状、粒子表面电荷、化学惰性和杂质含量等也是比较重要的性能。

2、造纸工业对涂布颜料的要求

涂布应用颜料主要是为了改善纸张的印刷性能，因而涂布颜料品质要求较高。

由于颜料必须配成涂料才能应用，所以颜料的性能体现在两个方面，即涂料性能和成纸性能，由此可确定对颜料的技术要求。当然颜料的性能价格比也不可忽视。

重要的性能指标有亮度、白度和色调，粒径、粒径分布和粒子形状，孔隙率，比表面积，流变性，磨耗和筛余物（200和325目）等。

涂布颜料一般是以亮度和粒径来划分等级的。

3、某些重要性能指标的正确理解

（1）亮度、白度和色调

通常所说的白度实际上是指亮度——一种蓝光反射率，白度应是一种颜色概念。一般地，书写印刷纸都经过了调色处理，目的是使视觉上更显白，即白度更好。当然亮度高的纸一般白度也较高。

造纸应用的填料和颜料，一般要求有低的黄度，这有利于给纸张增白，也有利于纸张的调白。无机白色颜料中的某些杂质如钛和铁的氧化物可使颜料显淡黄或微红色调，对白度有明显的损害。有时为追求更好的白度，一般经过进一步的除杂，而使其显蓝白色调，进口瓷土的商品名中，亮度值后的“BW”即表示这种处理。

（2）粉径、粒径分布和粒子形状

细的粒子赋予成纸高的光泽、亮度和不透明度，但过细的粒子会损害涂层的光学性能和降低印刷光泽度，如小于0.25μm粒子含量过多时。粗的粒子有明显降低光泽的趋势，例如重质碳酸钙中存在大于5μm的粒子明显降低涂层的光泽。

窄粒径分布的颜料通过降低超细粒子的含量和产生较理想的涂层空隙结构可获得好的光学性能和印刷性能。在这里需要指出的是窄粒径分布的颜料并不能适合所有的纸种。这种颜料虽然涂层性能突出，但其涂料流变性能明显恶化，这种颜料对于需要改善覆盖性的纸种如轻量涂布纸和某些纸板品种是非常有益的，而对于高速生产的涂布量高的铜版纸来说这种颜料的应用受到了限制，因此人为规定超细粒子必须低于某一数值是不合理的，关键要看其体用途。

片状的粒子给予原纸更好的蹬盖，可使成纸有较好的印刷性能如均匀的油墨接受性和高的油墨保持性，这对轻量涂布纸和某些种类的涂布纸板是非常重要的。

不同形状的粒子的组合可获得疏松的涂层，有利于提高涂层的油半吸收性，例如瓷土和重质碳酸钙的组合，这也是这种组合最常见的主要原因。

（3）流变性

这是一个比较复杂的概念，可以简单地理解为涂料遭受剪切力的作用时涂料的流动行为，以涂料的粘度随剪切速率的变化来表征。大家知道粘度是剪切应力与剪切速牢的比位，如果涂料粘度不随剪切速率的变化而变化，则该涂料为牛顿型流体；反之则为非牛顿型流体。严格地说颜料涂料均为非牛顿流体。

流变性与涂料的涂布机运转性密切相关，是涂料的一项极其重要的性能。剪切变稀——即粘度随剪切速率的增加而降低的流动特性是实现良好的涂布运转性所需要的。剪切增稠一旦出现涂布运转性将开始恶化，刮刀涂布时，其主要表现是刮刀加载压力加大、纵横向涂布量分布不匀、刮刀上有涂料析出和刮刀痕出现等。

涂料的最大组分是颜料，它的流变行为对涂料性能有显著影响。颜料泥浆的粘度有低剪切粘度和高剪切粘度之分。采用旋转粘度计侧定的是低剪切粘度，而高剪切粘度是在更高的剪切速率下获得的。

（4）磨耗

这是一项填料和颜料都非常重要的指标、是指稀的颜料泥浆对铜网的磨损程度，以铜网被磨去的重量来表示，基本单位为mg。

原矿的杂质、特性和粒子大小对磨耗有影响。如果原矿中含石英、云母等杂质则磨耗大。如果加工过程中引入杂质如研磨碳酸钙时研磨介质碎渣进入成品中，也有同样的影响。

实践中可以看到这样的例子，90级重质碳酸钙的磨耗值与65级重质碳酸钙相当或更大。另外粒子越大.磨耗越高，如325目重质碳酸钙的磨耗值为20-30mg，而超细重质碳酸钙（小于2μm占90%）的磨耗仅为2-3mg。