加填对纸张性质的影响：(造纸湿部化学)

一、加填对纸张性质的影响：
填料与纸浆纤维无论是在结构形态还是在物理与化学性质上都存在着巨大差异，当填料与纤维和其他纸料组分一起形成纸张时，会对纸张的性质产生影响。

这种影响既可能来自填料本身的性质，如粒度小、密度和硬度大、较高的折射率，也可能来自加填对纤维间结合的不利影响和对各纸料组分在纸张中分布与作用的影响。

1、填料在纤维网络中的分布和对纸张强度性质的影响
纸张是由纤维交织而成的网络，填料和其他纸料组分分布其中。

填料在纤维网络中可有3种不同的存在形式。

填料可能仅仅填充在纤维网络的空隙中，与周围物质无相互作用，但这种包埋在纤维网络中的填料仍可改善纸张的光散射性能。

如果填料较薄且扁平地壤嵌在纤维间，纸张的机械性质和光学性质都不会受到影响，但这是一种极特殊的情况，因为这需要纤维和填料紧密接触并产生很强的结合力。

一般的填料在纤维网络中会破坏纤维间的结合，作为膨胀剂嵌埋在纤维网络中，使纤维网络膨胀，从而导致纸张厚度和光散射能力的增加，纤维间结合强度降低。

少量加填时，由于填料对纤维间结合的不利影响，可提高纸张的松厚度。

但由于填料的密度通常高于纤维，在加填较高时，如果纸张定量不变，随填料量的增加，纸张的松厚度降低，结果纸张在某一低加填量下获得最大厚度。

填料的粒径、颗粒形状也会影响纸张的厚度，块状填料比片状填料加填的纸张厚度大。

在柔韧的纤维网络中混入刚性的填料粒子，压光时会产生不可逆的变形。

纸张的强度性质取决于纤维间的结合，加填后，由于填料不能与纤维形成有效的结合或填料妨碍了纤维间的结合，使得纸张强度下降。

加填后纸张强度的降低还可能源于纸张的裂纹和孔隙产生的应力集中现象。

若定量不变时增加加填量，由于单位体积内的纤维含量减少，也会导致强度下降，填料粒子的粒径越小，强度下降越明显。

块状填料比扁平状填料对强度的影响更大。

加填对纸张撕裂度的影响取决于纤维间的结合程度。

但与抗张强度相比，加填对撕裂度的影响较小。

用打浆度较高的化学浆抄成的纸，由于纤维间的结合很好，填料用量较高时，撕裂度也未必下降，低填料用量甚至可提高撕裂强度。

对纤维结合力较差的纸张，如轻度打浆或未打浆的阔叶木浆以及机械浆抄制的纸张，撕裂度随加填量的增加而直线下降。

加填对不同强度性质的的影响程度是不同的。

抗张强度、挺度和撕裂指数受加填的影响较小，粗粒填料比细粒填料对挺度影响小，块状填料比片状填料对挺度的影响小，这显然与填料对纸张厚度和松厚度的影响有关。

由于碳酸钙具有缄性缓冲作用，可以中和纸张中的酸性物质，补偿纤维类物质的酸性降解反应，因此，加填碳酸钙可使不含机械木浆的纸和机械浆抄成的纸的耐久性得以改善。

长时间储存时，其白度稳定性也会因使用碳酸钙填料而提高。

尺寸稳定性则由于加填后纤维间的结合减少而提高。

2、加填对浆内施胶的影响
由于填料具有很大的比表面积，对施胶剂的吸附作用远大于纤维，使得相当部分施胶剂吸附在填料上。

但填料又是易流失组分，使得吸附于填料上的施胶剂也随之流失。

其次，大部分施胶剂要通过与纤维的反应固着到纤维上才能产生施胶作用，填料对施胶剂的吸附，相应减少了施胶剂在纤维上的吸附份额，降低了施胶剂对纤维的固着。

另外，有些填料本身会与施胶剂反应，消耗掉部分施胶剂，如碳酸钙与硫酸铝之间的反应。

结果不论采用何种施胶剂和施胶方法，加填总是降低施胶剂的施胶效果。

3、填料在纸张Z向的分布
由于抄纸网的网孔尺寸远大于填料粒径，在纸料悬浮液刚接触到抄纸网时，如果填料没
有聚集到长纤维上，或填料颗粒间没有形成足够大的聚集体，则有很多填料随白水流失，而尺寸较大的纤维被抄纸网截留下来，形成粗糙的网面。

随着纤维交织层的形成，越来越多的填料也开始留在抄纸网上。

因此，如果是单面脱水的长网纸机，纸张靠抄纸网的一面（反面）填料含量较少，而另一面填料较多，导致填料在纸张Z向上的分布不均，即所谓的两面差。

由于填料性质与纤维差异很大，填料分布的两面差也就导致纸张的亮度、颜色、平滑度和光泽度等光学性质的两面差。

两面结构的不同，还导致纸张对油墨吸收性和印刷适印性的两面差。

夹网纸机在网部进行两面脱水，填料分布比较对称，但接近脱水元件外面一层含有相对较多的填料，使得纸的两个网面的填料含量高，中间部分低。

纸的中间层填料含量低，使纸的刚性大，表面填料含量高，有利于提高印刷性能，但在压光和印刷时，容易掉毛掉粉。

4、加填对纸张光学性质的影响
对于加填纸张，光散射能力来自三个方面。

1）来自未结合的纤维面积
2）来自纤维性细小纤维的和细纤维的散射。

一般认为填料可防止纸浆纤维的细纤维化部分和纤维性细小纤维塌陷在纤维上，而增加纸张的光散射能力。

填
料的这种作用取决于纤维的种类、细小纤维含量、打浆程度和填料的粒度，
粒度较小的填料有利于防止细纤维和细小纤维的塌陷。

3）来自填料。

从原理上讲，填料的聚集会增加粒度，引起光散射能力的降低，但实际上对光散射能力的降低幅度不大。

一般来讲，由于填料的白度和光散
射系数均高于纤维，因而加填可提高纸的光学性能。

现在某些化学浆的白度可达到填料的白度水平，而某些机械浆则与传统的矿物填料具有几乎相同的散射效果。

在这种情况下，需要用特殊填料来进一步提高纸张的白度和光散射系数。

如，用于生产优级低的全漂化学浆的白度可达86%ISO，且越来越多的纸在中缄性条件下抄造，这时可采用白度比高岭土更高的碳酸钙加填。

一些薄页纸用二氧化钛加填，以提高纸的光学性能。

直到现在，含一定量机械浆的超级压光（SC）纸种，大部分仍用高岭土加填并在酸性条件下抄造，当然偶尔也将高岭土和滑石粉混合使用。

其原因是超级压光纸最重要的指标是压光后的光泽度，使用片状的填料时纸的光泽度最好。

超级压光纸的另一重要指标是白度，加填可提高纸张的白度。

虽然光的散射对超级压光纸很重要，但由于机械浆本身具有较高的光散射能力，普通填料对纸张光散射能力的提高不大。

光照射和高温会引起机械浆返黄。

对于减少机械浆的返黄，加填碳酸钙要优于加高岭土和滑石粉。

但由于高岭土可生成一层避光层保护原纸，因而用作涂布颜料时高岭土优于碳酸钙。

5、加填对纸张表面性质的影响
通常，加填可提高纸张（特别是7）的平滑度，有填料存在时，纸张对水和油墨的吸收更均匀。

填料对纸张孔隙率的影响取决于填料颗粒的尺寸和形状，粗大的颗粒，如碳酸钙，会增加纸张孔隙率；而细小的颗粒，尤其是高岭土则会减少孔隙率。

印刷纸要求对印刷油墨的吸收性适当，否则会引起透印问题，透印可通过加填来解决。

某些特殊的填料（如煅烧的高岭土、硅铝酸钠）对解决透印问题特别有效，这些填料可吸收油墨，阻止它穿过纸叶。

填料还会在很大程度上影响纸的印刷性能，片状的填料，如用于凹版印刷的超级压光纸中的滑石粉，可减少印刷过程中懂得漏印。

虽然高岭土和滑石粉的性质相似，但与高岭土比，在凹版印刷的超级压光纸中，滑石粉加填通常可获得较高的光泽度和压缩性，较高的
印刷均一性。

而用高岭土加填纸的强度较好，孔隙率低。

对用于胶版印刷的超级压光纸，由于印刷过程中油墨黏度较大，容易出现掉毛掉粉现象。

掉毛掉粉主要于滑石粉颗粒表面的亲油性和其层状结构有关。

较粗的颗粒与纸页表面结合力小，容易黏附在较黏的印刷油墨上，降低印刷质量。

通过对滑石粉进行预处理，除去较大的颗粒，或使用滑石粉胶黏剂，可在一定程度上减少掉毛掉粉。

使用高岭土代替滑石粉则会使这种现象大为减少。

用淀粉进行表面施胶以提高纸张表面强度，也可以减少掉毛掉粉现象。

二、加填对纸机湿部运转性能的影响
填料的颗粒远远小于纸浆纤维，随纸料在网上滤水而进入纸机白水的大部分细小组分是填料，因此，加填后往往导致纸机白水浓度提高。

填料尤其是滑石粉，对泡沫具有稳定作用，其在白水中的浓度加重泡沫问题。

利用助留剂提高填料的留着率既可以减少填料的流失，也可以防止填料在白水中的浓集。

由于大部分天亮了在水中具有一定的溶解度，所以加填会引起纸机白水中可溶盐浓度、甚至PH值的变化，加速系统的结垢和沉淀。

但填料对树脂的吸附作用较强，尤其是滑石粉。

加填又可减少树脂障碍问题。

使用填料还可提高纸料滤水性能，尤其是颗粒粗大的填料。

但使用填料增加纸机磨损。

特别是填料留着率低时，填料会截留在网子和案板之间，增加抄纸网与案板的磨损。

降低填料磨损的主要方法是提高填料的纯度，除去石英等硬度较大的杂质，选择粒度小和粒度分布均匀的填料，填料颗粒粒度不要超过20~50um。