中國粉體網訊 造紙是用木材、蘆葦、甘蔗渣、稻草、麥秸、棉秸、麻稈、棉花等原料制造紙漿并將紙漿制造成紙和紙板的制造業。造紙也是將紙漿打漿、施膠、加填等工藝處理，抄造成各種性能的紙張的一個復雜過程。
那造紙為什么要加填料？用量最大的填料碳酸鈣，在造紙中又有哪些作用？
每個造紙的人都有一些答案。例如，加入一定量的填料，可增加紙張內部光散射界面的數量，即存在纖維與空氣間、填料與纖維間以及填料與空氣間三類不同的界面，在這三種界面中，填料與空氣間折射率的差值較大，從而提高不透明度。
當然，加入填料還可以提高紙張的白度、均勻度，改善手感等，最重要的是紙中加過填料后，還可節約5%~30%的纖維，降低成本的作用十分顯著。
造紙第一顏填料——碳酸鈣
自推廣中性施膠技術以來，碳酸鈣就開始大量應用于造紙行業中，一是作為造紙填料，二是作為涂布顏料。碳酸鈣來源豐富，價格便宜，其顆粒細，白度高，能顯著提高紙張不透明度，增加紙的吸墨性，使紙張比較柔軟、緊密，提升光澤度，對紙張的物理強度影響也較小。
1、作為填料
重鈣作為填料主要用于除卷煙紙、過濾紙和特種低定量信息用紙以外的印刷紙、書寫紙、辦公用紙和廣告用紙中。在實際應用中，銅版紙用重鈣原料為325目，白度要求92以上，碳酸鈣含量大于98%；白板紙等用重鈣細度1250目以上，白度要求92以上，碳酸鈣含量98%。
填料級碳酸鈣的技術指標要求（QB/T2811-2019造紙用碳酸鈣）
輕鈣作為造紙填料原則上可應用于所有紙張中，目前主要作為高檔紙填料使用。例如：卷煙紙、辦公室信息用紙(如傳真紙、儀器記錄紙、噴墨打印紙)、低定量新聞紙、低定量涂布紙等。
2、作為涂布顏料
重鈣作為顏料可用于底涂和面涂，目的是改善印刷產品的質量和均勻性，而且涂布紙的很多特征也都取決于顏料的選擇。碳酸鈣白度高，流動性好，適宜配制高固含量涂料；對膠黏劑的需求量較低，可以改善涂層的油墨吸收性；能提供良好的白度和色調，提高透氣性；是使用最為普遍的涂布顏料之一。
涂布級碳酸鈣的技術指標要求（QB/T2811-2019造紙用碳酸鈣）
中國化工行業標準QB/T2811-2019規定了造紙用涂料顏料碳酸鈣的技術要求，其中：重鈣可以用于底涂和面涂，輕質碳酸鈣用于面涂。主要質量指標有純度、D65亮度、pH值、鹽酸不溶物、黏度、吸油值和粒度分布等。重鈣具有比輕質碳酸鈣更好的流動性并節約涂料中膠料的用量，適用于高固含量的造紙涂料及要求越來越多的高配比中使用。有研究指出，近年來，造紙涂布顏料多采用濕法碳酸鈣。品質指標方面，2微米以下的粒子占比為質量分數75%的產品主要用于涂布的底涂；2微米以下粒子占比為質量分數90%以上或100%的極微粒子產品能產生高光澤度，用于面涂。
輕質碳酸鈣在造紙涂布顏料中的應用主要是彌補高嶺土和重質碳酸鈣的不足。一般用于低定量涂布原紙、高光澤涂布紙和亞光銅版紙。
輕質碳酸鈣晶型對紙張性能的影響
3、造紙用碳酸鈣的選擇
重質碳酸鈣和輕質碳酸鈣作為造紙填料各有優勢，選用何種碳酸鈣，應根據實際紙張生產工藝要求而定。
重質碳酸鈣和輕質碳酸鈣的性能比較
填料加入量主要由紙張品種、漿料種類、填料本身的性質和紙機的抄造條件等因素決定。為了節約植物纖維，降低生產成本，應在保證紙張抄造和使用要求的前提下適當提高填料加入量。
主要紙種碳酸鈣填料加入量
碳酸鈣顏料在涂料顏料總量中的比例
4、造紙用碳酸鈣改性
盡管碳酸鈣是造紙工業的重要填料之一，但未經改性處理的碳酸鈣與紙漿纖維的相容性和結合力差，留著率低，容易造成材料界面缺陷，降低紙張的機械強度。因此需要對碳酸鈣進行改性處理，其改性方法主要有化學包覆改性和表面改性。
（1）化學包覆改性
在Ca(OH)2-H2O-CO2體系中對重質碳酸鈣進行表面修飾，經過納米包覆后，顆粒晶體解理面粗糙、棱角鈍化，改善了其分散性能，同時納米包覆GCC與纖維之間存在靜電引力，使得紙張纖維之間形成網狀結構，產生較強作用力，進而提高了加填紙張的抗張指數、填料留著率、耐破指數、撕裂指數和耐折度。
以陽離子化殼聚糖和羧甲基纖維素為改性劑，利用聚電解質復合的原理對輕質碳酸鈣PCC填料進行處理，由于聚電解質復合物沉積包覆在PCC表面，其顆粒粒徑明顯變大，顆粒分布集中，均勻性得到改善，比表面積也增加了1倍。相比未改性PCC，改性PCC表現出更好的留著性能，依靠機械截留和膠體吸附的共同作用，能夠以單一顆粒和絮聚體形式留著在纖維表面和纖維之間的孔隙中。
（2）表面改性
利用γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570)對納米碳酸鈣進行表面修飾，硅烷偶聯劑KH570經過水解后生成硅羥基(Si—OH)，與納米碳酸鈣表面的羥基進行縮合形成Ca—O—Si鍵，從而實現穩定有效的化學接枝，改性后的納米碳酸鈣表面晶體的層間距變大，極性降低、表面能減小、親油性增強，分散性得到改善，涂布后，光學性能得到了提高，紙張的表面強度增大，疏水性能提高。
采用硬脂酸鈉對納米CaCO3進行有機化改性，通過紅外光譜分析可知，硬脂酸鈉能成功接枝于CaCO3粉體表面，降低粉體表面能，減少顆粒間團聚，提高粉體的分散性和與樹脂結合性能。改性后的納米CaCO3與水性聚氨酯和甘油共混，冷卻后均勻涂布于紙張表面，結果表明涂布型防滑紙摩擦性能和力學性能均較佳，可用于制備運輸包裝用防滑襯墊和防滑托盤。
常見改性劑的種類與用途
5、復配碳酸鈣
隨著造紙技術和粉體加工技術不斷進步，利用不同礦物物理化學特性，相互取長補短，提高產品附加值和功能性已是一種顯著的趨勢。造紙中利用高嶺土、鈦白粉、葉臘石、白云石、伊利石、透閃石、滑石、硅灰石等，與碳酸鈣混配制造復合型產品的技術已經頗為成熟，在具體配方中使用的比例和種類略有差異，原理大同小異。
結語
造紙行業對碳酸鈣填料的需求量大，市場認可度高，是比較成熟的應用領域。今后，造紙用碳酸鈣可以著重發展一些高純度、功能型（改性、特殊形貌、形貌規整）的產品，嘗試在中高端市場尋求突破。
參考文獻：
梁佳正，等：碳酸鈣在造紙行業中的應用及發展趨勢，廣西大學
周春暉，著：《碳酸鈣清潔加工和產品鏈》，化學工業出版社
碳酸鈣的形貌控制及表面改性研究，趙麗娜，吉林大學
中國粉體網、中國制漿造紙研究院
(中國粉體網編輯整理/昧光)
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