降低造紙成本，看這20種粉體填料如何各顯其能
五月份以來(lái)，國(guó)內(nèi)主要文化紙企業(yè)和貿(mào)易商發(fā)布多張漲價(jià)函，其中文化紙普遍漲價(jià)200元/噸，白卡紙漲價(jià)則達(dá)到1000元/噸，生活用紙1個(gè)月也迎來(lái)三連漲，包裝紙行業(yè)產(chǎn)量排名國(guó)內(nèi)第一的玖龍紙業(yè)啟動(dòng)了5月份的第三輪漲價(jià)……
據(jù)專(zhuān)家分析，漲價(jià)的主要原因是造紙上游的紙漿、物流、能源等價(jià)格全球性的上漲，直接增加了企業(yè)的生產(chǎn)成本。受紙漿原料價(jià)格上漲，造成漿價(jià)和紙價(jià)的倒掛，因此有些紙廠(chǎng)沒(méi)有辦法就要停機(jī)了。
作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)十大支柱產(chǎn)業(yè)之一，造紙工業(yè)是衡量一個(gè)國(guó)家現(xiàn)代化水平的重要標(biāo)志。目前，國(guó)內(nèi)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(lái)越大，呈現(xiàn)逐年增加之勢(shì)；另一方面，原料結(jié)構(gòu)不合理，木漿比重低。近幾年來(lái)，隨著特種用紙的發(fā)展和對(duì)紙張?zhí)厥庑阅芤蟮奶岣?，非纖維原料的使用在造紙過(guò)程中所占比例越來(lái)越多，其中填料由于其較低成本越來(lái)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?lèi)。天然填料是指天然礦藏經(jīng)開(kāi)采及機(jī)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(jīng)化學(xué)反應(yīng)而制得或化工廠(chǎng)的副產(chǎn)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(yè)的光學(xué)性質(zhì)和印刷適性，滿(mǎn)足紙頁(yè)某些特殊性能的要求。
 
各種填料的特點(diǎn)及功能
高嶺土
高嶺土質(zhì)地松軟，外觀(guān)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(yīng)，充填紙張中木質(zhì)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(dòng)，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(jià)格低廉，實(shí)用性強(qiáng)，白度值相對(duì)較好而得到廣泛使用。高嶺土H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(jí)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(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，適用于酸性造紙，同時(shí)與CaCO3共用適用中性造紙；摩擦系數(shù)小，對(duì)紙機(jī)的磨損小，延長(zhǎng)紙機(jī)的使用壽命，同時(shí)改善紙卷質(zhì)量；片層結(jié)構(gòu)有利于在紙頁(yè)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(zhuǎn)凹版印刷、膠板印刷、特種涂布紙。
 
重質(zhì)碳酸鈣
選擇使用重質(zhì)碳酸鈣主要是由于其價(jià)格低、亮度高、灰分量大，容易著色、施膠等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)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(wú)機(jī)填料，隨著造紙行業(yè)逐漸由酸性造紙轉(zhuǎn)為中、堿性造紙(中、堿性造紙相比于酸性造紙對(duì)紙機(jī)的損耗G小，G有益于環(huán)境保護(hù)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(xué)法制備的碳酸鈣。它的結(jié)構(gòu)不同于重質(zhì)碳酸鈣。使用PCC可以使紙張獲得G好的光澤度和不透明度，減少原料纖維的使用、降低紙機(jī)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(shí)，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(diǎn)，是一種具有H高光學(xué)性能的顏料，所得紙品G平整、均勻、吸油能力強(qiáng)，不僅能夠改善紙張的不透明度、亮度，同時(shí)可以提高其物理性能、柔軟性。造紙?zhí)盍霞?jí)TiO2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(jié)構(gòu)與方解石類(lèi)似，價(jià)格低廉，擁有較高的不透明度，經(jīng)濕法研磨后可以部分代替重質(zhì)碳酸鈣作為造紙?zhí)盍匣蛴糜谥苽鋸?fù)合材料，改善紙張的性能，G加合理有效地利用資源，降低成本。
白炭黑
白炭黑是國(guó)內(nèi)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G高的純度、比表面積和吸附特性。隨著數(shù)碼影像技術(shù)的普及，用于噴墨打印紙的高品質(zhì)白炭黑消費(fèi)量呈現(xiàn)較快增長(zhǎng)。
膨潤(rùn)土
膨潤(rùn)土的提純、改性和提升產(chǎn)品白度以及擴(kuò)展在造紙行業(yè)的應(yīng)用，是近年來(lái)相關(guān)行業(yè)的主要研究領(lǐng)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(yīng)用取得重要進(jìn)展。膨潤(rùn)土在造紙行業(yè)的消費(fèi)量近年有了較快增長(zhǎng)，主要用于微助留助濾劑和無(wú)碳復(fù)寫(xiě)紙的酸性(活性)白土，使用技術(shù)相對(duì)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(shí)由于沸石化學(xué)穩(wěn)定性好、對(duì)漿料系統(tǒng)干擾小，適于酸性或堿性造紙，但用于高速紙機(jī)填料時(shí)因磨耗值較大受一定局限。
硅灰石
硅灰石是性能獨(dú)特的纖維狀礦物，加工后長(zhǎng)徑比可達(dá)15～60。經(jīng)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(qiáng)度，在同等紙張強(qiáng)度下改性硅灰石填加量比同等細(xì)度滑石和GCC(重質(zhì)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(jī)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(mǎn)足高速紙機(jī)生產(chǎn)要求，在印刷書(shū)寫(xiě)紙和造紙涂料中具有廣闊的應(yīng)用市場(chǎng)。同時(shí)，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(qiáng)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(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、隔熱、隔音、耐火、耐冷、絕緣、吸水、抗菌、吸附、陽(yáng)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(yīng)用領(lǐng)域及紙種有：美術(shù)工藝包裝紙、書(shū)皮紙、裝飾紙、農(nóng)業(yè)育苗紙、冷凍食品保鮮包裝紙、軍工用紙、動(dòng)物襯墊紙、高級(jí)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(qiáng)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(guò)濾紙、除臭紙、香煙過(guò)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(nóng)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(wú)機(jī)過(guò)濾紙等。
硅藻土
國(guó)內(nèi)造紙業(yè)主要利用其大孔隙度、強(qiáng)吸附、小容重、隔熱、吸音、化學(xué)穩(wěn)定、無(wú)毒等工藝特性生產(chǎn)液體飲料、制糖、釀酒業(yè)用過(guò)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(luò)石
處于工業(yè)開(kāi)發(fā)應(yīng)用階段。磨耗度低，可用于高車(chē)速紙機(jī)，生產(chǎn)成本低。經(jīng)PVA、APM、變性淀粉改性陽(yáng)離子化產(chǎn)品，可提升張強(qiáng)度(30%～60%)、不透明度、灰份。比硅灰石填料有G好的成紙柔軟性、平滑度。
透閃石
半透明纖維狀。用于填料對(duì)紙張性能貢獻(xiàn)與硅灰石、埃絡(luò)石相近。用于擠壓熱熔涂布和紙塑層合樹(shù)脂填充料有特殊技術(shù)品質(zhì)貢獻(xiàn)。
麥飯石
相關(guān)研究表明，麥飯石具有一定的抑菌作用，用來(lái)制造保健醫(yī)療鞋墊紙板、食品包裝紙和保鮮紙。中國(guó)軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院、北京中醫(yī)藥大學(xué)將經(jīng)改性處理的麥飯石復(fù)合產(chǎn)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(lái)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(fù)合地板、家具裝潢以及建材用裝飾紙消費(fèi)量增長(zhǎng)，高硬度無(wú)機(jī)粉體材料制造技術(shù)及在造紙?zhí)盍现械拈_(kāi)發(fā)應(yīng)用有待進(jìn)一步深化。
填料的性質(zhì)
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(zhì)，它們對(duì)紙張的不透明度和物理性質(zhì)有H大影響。
反射指數(shù)：是由填料的化學(xué)成分和分子結(jié)構(gòu)所決定的一項(xiàng)基本性質(zhì)。原子結(jié)構(gòu)對(duì)光散射性(不透明度)有直接影響。這是因?yàn)楣膺M(jìn)入填料后在其內(nèi)部發(fā)生多次反射而不是直接透過(guò)。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(zhì)。它影響光散射方式，從而影響紙中填料的光學(xué)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Z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(qiáng)烈地影響著填料的光學(xué)性質(zhì)。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)填料粒徑范圍較窄，特別是填料在紙張中均勻分布時(shí)，有助于提高光散射率。以Z佳粒徑為中心的粒徑分布范圍越窄時(shí)，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(duì)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(qiáng)度和印刷性能。通常比表面積高的填料會(huì)增加紙頁(yè)的適印性，但會(huì)削弱紙頁(yè)的強(qiáng)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(xiàng)重要指標(biāo)，高磨蝕性的填料會(huì)對(duì)紙機(jī)網(wǎng)部和印刷版造成過(guò)多的磨損，填料的磨蝕性主要是由兩個(gè)因素引起的：晶體的性質(zhì)或填料的硬度(原子間結(jié)合強(qiáng)度、空間排列和雜質(zhì)等)，填料的物理性質(zhì)(粒徑、粒徑分布、形狀、表面積等)。少量雜質(zhì)，如硅石是造成磨蝕的主要原因。同種結(jié)晶形式時(shí)，大顆粒填料的磨蝕性高。