中国粉体网讯 造纸是用木材、芦苇、甘蔗渣、稻草、麦秸、棉秸、麻秆、棉花等原料制造纸浆并将纸浆制造成纸和纸板的制造业。造纸也是将纸浆打浆、施胶、加填等工艺处理，抄造成各种性能的纸张的一个复杂过程。
那造纸为什么要加填料？用量最大的填料碳酸钙，在造纸中又有哪些作用？
每个造纸的人都有一些答案。例如，加入一定量的填料，可增加纸张内部光散射界面的数量，即存在纤维与空气间、填料与纤维间以及填料与空气间三类不同的界面，在这三种界面中，填料与空气间折射率的差值较大，从而提高不透明度。
当然，加入填料还可以提高纸张的白度、均匀度，改善手感等，最重要的是纸中加过填料后，还可节约5%~30%的纤维，降低成本的作用十分显著。
造纸第一颜填料——碳酸钙
自推广中性施胶技术以来，碳酸钙就开始大量应用于造纸行业中，一是作为造纸填料，二是作为涂布颜料。碳酸钙来源丰富，价格便宜，其颗粒细，白度高，能显著提高纸张不透明度，增加纸的吸墨性，使纸张比较柔软、紧密，提升光泽度，对纸张的物理强度影响也较小。
1、作为填料
重钙作为填料主要用于除卷烟纸、过滤纸和特种低定量信息用纸以外的印刷纸、书写纸、办公用纸和广告用纸中。在实际应用中，铜版纸用重钙原料为325目，白度要求92以上，碳酸钙含量大于98%；白板纸等用重钙细度1250目以上，白度要求92以上，碳酸钙含量98%。
填料级碳酸钙的技术指标要求（QB/T2811-2019造纸用碳酸钙）
轻钙作为造纸填料原则上可应用于所有纸张中，目前主要作为高档纸填料使用。例如：卷烟纸、办公室信息用纸(如传真纸、仪器记录纸、喷墨打印纸)、低定量新闻纸、低定量涂布纸等。
2、作为涂布颜料
重钙作为颜料可用于底涂和面涂，目的是改善印刷产品的质量和均匀性，而且涂布纸的很多特征也都取决于颜料的选择。碳酸钙白度高，流动性好，适宜配制高固含量涂料；对胶黏剂的需求量较低，可以改善涂层的油墨吸收性；能提供良好的白度和色调，提高透气性；是使用最为普遍的涂布颜料之一。
涂布级碳酸钙的技术指标要求（QB/T2811-2019造纸用碳酸钙）
中国化工行业标准QB/T2811-2019规定了造纸用涂料颜料碳酸钙的技术要求，其中：重钙可以用于底涂和面涂，轻质碳酸钙用于面涂。主要质量指标有纯度、D65亮度、pH值、盐酸不溶物、黏度、吸油值和粒度分布等。重钙具有比轻质碳酸钙更好的流动性并节约涂料中胶料的用量，适用于高固含量的造纸涂料及要求越来越多的高配比中使用。有研究指出，近年来，造纸涂布颜料多采用湿法碳酸钙。品质指标方面，2微米以下的粒子占比为质量分数75%的产品主要用于涂布的底涂；2微米以下粒子占比为质量分数90%以上或100%的极微粒子产品能产生高光泽度，用于面涂。
轻质碳酸钙在造纸涂布颜料中的应用主要是弥补高岭土和重质碳酸钙的不足。一般用于低定量涂布原纸、高光泽涂布纸和亚光铜版纸。
轻质碳酸钙晶型对纸张性能的影响
3、造纸用碳酸钙的选择
重质碳酸钙和轻质碳酸钙作为造纸填料各有优势，选用何种碳酸钙，应根据实际纸张生产工艺要求而定。
重质碳酸钙和轻质碳酸钙的性能比较
填料加入量主要由纸张品种、浆料种类、填料本身的性质和纸机的抄造条件等因素决定。为了节约植物纤维，降低生产成本，应在保证纸张抄造和使用要求的前提下适当提高填料加入量。
主要纸种碳酸钙填料加入量
碳酸钙颜料在涂料颜料总量中的比例
4、造纸用碳酸钙改性
尽管碳酸钙是造纸工业的重要填料之一，但未经改性处理的碳酸钙与纸浆纤维的相容性和结合力差，留着率低，容易造成材料界面缺陷，降低纸张的机械强度。因此需要对碳酸钙进行改性处理，其改性方法主要有化学包覆改性和表面改性。
（1）化学包覆改性
在Ca(OH)2-H2O-CO2体系中对重质碳酸钙进行表面修饰，经过纳米包覆后，颗粒晶体解理面粗糙、棱角钝化，改善了其分散性能，同时纳米包覆GCC与纤维之间存在静电引力，使得纸张纤维之间形成网状结构，产生较强作用力，进而提高了加填纸张的抗张指数、填料留着率、耐破指数、撕裂指数和耐折度。
以阳离子化壳聚糖和羧甲基纤维素为改性剂，利用聚电解质复合的原理对轻质碳酸钙PCC填料进行处理，由于聚电解质复合物沉积包覆在PCC表面，其颗粒粒径明显变大，颗粒分布集中，均匀性得到改善，比表面积也增加了1倍。相比未改性PCC，改性PCC表现出更好的留着性能，依靠机械截留和胶体吸附的共同作用，能够以单一颗粒和絮聚体形式留着在纤维表面和纤维之间的孔隙中。
（2）表面改性
利用γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570)对纳米碳酸钙进行表面修饰，硅烷偶联剂KH570经过水解后生成硅羟基(Si—OH)，与纳米碳酸钙表面的羟基进行缩合形成Ca—O—Si键，从而实现稳定有效的化学接枝，改性后的纳米碳酸钙表面晶体的层间距变大，极性降低、表面能减小、亲油性增强，分散性得到改善，涂布后，光学性能得到了提高，纸张的表面强度增大，疏水性能提高。
采用硬脂酸钠对纳米CaCO3进行有机化改性，通过红外光谱分析可知，硬脂酸钠能成功接枝于CaCO3粉体表面，降低粉体表面能，减少颗粒间团聚，提高粉体的分散性和与树脂结合性能。改性后的纳米CaCO3与水性聚氨酯和甘油共混，冷却后均匀涂布于纸张表面，结果表明涂布型防滑纸摩擦性能和力学性能均较佳，可用于制备运输包装用防滑衬垫和防滑托盘。
常见改性剂的种类与用途
5、复配碳酸钙
随着造纸技术和粉体加工技术不断进步，利用不同矿物物理化学特性，相互取长补短，提高产品附加值和功能性已是一种显著的趋势。造纸中利用高岭土、钛白粉、叶腊石、白云石、伊利石、透闪石、滑石、硅灰石等，与碳酸钙混配制造复合型产品的技术已经颇为成熟，在具体配方中使用的比例和种类略有差异，原理大同小异。
结语
造纸行业对碳酸钙填料的需求量大，市场认可度高，是比较成熟的应用领域。今后，造纸用碳酸钙可以着重发展一些高纯度、功能型（改性、特殊形貌、形貌规整）的产品，尝试在中高端市场寻求突破。
参考文献：
梁佳正，等：碳酸钙在造纸行业中的应用及发展趋势，广西大学
周春晖，著：《碳酸钙清洁加工和产品链》，化学工业出版社
碳酸钙的形貌控制及表面改性研究，赵丽娜，吉林大学
中国粉体网、中国制浆造纸研究院
(中国粉体网编辑整理/昧光)
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