填料是生产原纸的纸料中第二大组分,通常为无机矿物材料,填料的价格比纤维便宜得多,纸中加过填料后,可节约(5-30)%的纤维,从而降低纸的成本。
目前用于造纸的填料主要有:高岭土,碳酸钙,滑石粉,二氧化钛,硫化锌,硫酸钙,硅藻土,硫酸钡,另外还有硅铝酸盐,硅酸钙,一些有机填料也用于纸张的生产中。
不同填料它的物理化学性质是不相同的,填料物理化学特性包括颗粒形态与粒度、zeta 电位、电导率、沉降性能、白度、折射率等。研究填料的这些性质具有非常重要的意义。
1
填料的折射率
光的折射:光从一种透明介质斜射入另一种透明介质时,传播方向一般会发生变化,这种现象叫光的折射。纸张是由纤维、填料、胶料、水及其间隙中的空隙组成,这些部分对光线的反射、折射、散射、吸收等性能不一致,形成了纸张的光学“非均一性”。
没有加填的纸张是由纤维和空气组成,空气存在于纤维间隙中,纤维的主要组成是纤维素,两者折射率不同,因此当光束照射到纸张表面时,即会有部分光在纤维与空气间界面上发生散射,赋予纸张一定的不透明度。
光散射是指光线在纸张内部发生的一系列折射和反射现象,这种光散射能力,又取决于纸张内部光散射界面的多少和散射界面折射率差异的大小。光散射界面越多,散射界面间折射率差异越大,则纸张的光散射能力越大,不透明度越高。
原料 空气 水 纤维 碳酸钙 滑石粉 高岭土 钛白粉 磷石膏晶须
折射率 1.000 1.330 1.530 1.560 1.570 1.560 2.550 1.585
填料的折射率与纤维素纤维的折射率越接近,所抄造纸的透明度就越高。如用滑石粉和碳酸钙作填料就要比钛白粉作填料所抄造的纸透明度要高。
2
填料的白度
一般而言,对于印刷纸张来说,纸张的白度越高,油墨色彩越能准确表现出来,印品色彩鲜艳,呈色效果好。如果纸张白度低,尤其是对于明度在70 以上的淡色墨,其影响特别明显,既不能如实表现明暗部分的反差,又容易造成偏色。
当纸张本身白度不是很高时,纸面上所印的颜色便是油墨和纸张两者综合的呈色效果了,就会出现一些偏色情况。这是因为白度不同等于在油墨中加进不同程度的黑或灰,所以在印刷中尽管墨量、色相都没有变化,但实际色彩的效果随着纸张白度的不同而造成色差。
用于纸张的填料如碳酸钙、钛白、锌白等均为白色颜料,因而填料的加入能增加纸张的白度。白度的增加程度部分取决于填料的白度,部分取决于颜料的粒径与遮盖能力。
原料 碳酸钙 滑石粉 高岭土 钛白粉 磷石膏晶须
白度 94-98 90-96.8 80-86 86-98 98
纸张的白度还取决于浆料的白度和打浆程度。填料的白度因其种类和等级的不同,有较大的差别。如果使用比浆料的白度高的填料,则加填量越多,纸张的白度就越高。
3
填料的zeta 电位和电导率
随着造纸工业的发展, 各类造纸化学品的相继使用,使得造纸湿部的电荷变化日趋复杂,而湿部的电荷分析是应付纸机各种变化的一种有力工具,达到优化和稳定造纸湿部的目的。Zeta 电位是描述纸浆悬浮液湿部电荷特性的重要参数之一,它可以提供湿部化学有用的信息,并对湿部化学的优化与控制有重要意义。
纸浆悬浮液是一种复杂的多组分体系,除了纸浆纤维和微细纤维外,还视纸种的不同而含有填料、淀粉、特定的化学助剂等,这些物质在一般的条件下均带有一定量的负电荷,同时由于原料、制备工艺等方面的差异,变化范围很大。此外,可溶性有机物质和胶体物质也带负电(称之为阴离子“垃圾”Anionic Trash)。
造纸配料的静电荷在许多湿部化学现象中起着关键作用,它影响到细小纤维留着、填料留着、染色效果、胶料乳化、胶料留着等造纸过程,对各种造纸主机的使用效果影响很大,因此测量和控制这些电荷在湿部化学控制中非常重要。
纤维、细小纤维、填料、助留剂、干强剂、湿强剂、木素、半纤维素、分散剂铝矾等等不论是分散的颗粒还是溶解的分子都带有一定的静电荷,其主要有表面吸附电荷和电离电荷。主要包括造纸纤维和细小纤维的电离电荷、颜料和填料表面吸附的电荷、聚合电解质的电离电荷。
抄纸系统的电荷来自纤维素纤维的离子基团,来自于制浆和造纸的不同阶栋拿耪娑牟┕俜酵俘入系统的离子化学添加剂,浆料由于其电荷显示了一定的电动性能。
原料 碳酸钙 滑石粉 钛白粉 本色硫酸盐浆 本色半化学浆
Zeta/mV -7 -11.3 -9.5 -24~-34 -55~-60
一些矿物颜料如瓷土,晶格上离子的同晶型代替物将导致电荷的不平衡而产生净的电荷。瓷土既具有阳离子性,又具有阴离子性,两种电荷类型的比例,主要取决于化学环境和PH 值。如在酸性条件下,晶格的边棱为正电荷,而晶面则为负电荷。
对于其它的颜料,大多数是由于离子吸附而产生表面电荷。金属导电是靠金属晶体间的自由电子在外加电场的作用下作定向运动实现的,而电解质溶液的导电则是靠分布在溶液中的正、负离子在外加电场的作用下分别作定向(两者异向)运动完成。这是二者导电的本质区别。
在湿部系统高无机盐电解质(高的电导率)作用下, 细小纤维将被金属阳离子电中和而失去絮聚或聚集能力,并影响到纸页中纤维间的结合力等。
4
填料的沉降体积
填料的沉降速度跟填料的粒径和絮聚程度有关,粒径越大,沉降越快。助剂的絮聚效果越好,填料絮聚越严重,沉降也越快。填料沉降越快,造纸时滤水越快。
目前用于造纸的填料主要有:高岭土,碳酸钙,滑石粉,二氧化钛,硫化锌,硫酸钙,硅藻土,硫酸钡,另外还有硅铝酸盐,硅酸钙,一些有机填料也用于纸张的生产中。
不同填料它的物理化学性质是不相同的,填料物理化学特性包括颗粒形态与粒度、zeta 电位、电导率、沉降性能、白度、折射率等。研究填料的这些性质具有非常重要的意义。
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填料的折射率
光的折射:光从一种透明介质斜射入另一种透明介质时,传播方向一般会发生变化,这种现象叫光的折射。纸张是由纤维、填料、胶料、水及其间隙中的空隙组成,这些部分对光线的反射、折射、散射、吸收等性能不一致,形成了纸张的光学“非均一性”。
没有加填的纸张是由纤维和空气组成,空气存在于纤维间隙中,纤维的主要组成是纤维素,两者折射率不同,因此当光束照射到纸张表面时,即会有部分光在纤维与空气间界面上发生散射,赋予纸张一定的不透明度。
光散射是指光线在纸张内部发生的一系列折射和反射现象,这种光散射能力,又取决于纸张内部光散射界面的多少和散射界面折射率差异的大小。光散射界面越多,散射界面间折射率差异越大,则纸张的光散射能力越大,不透明度越高。
原料 空气 水 纤维 碳酸钙 滑石粉 高岭土 钛白粉 磷石膏晶须
折射率 1.000 1.330 1.530 1.560 1.570 1.560 2.550 1.585
填料的折射率与纤维素纤维的折射率越接近,所抄造纸的透明度就越高。如用滑石粉和碳酸钙作填料就要比钛白粉作填料所抄造的纸透明度要高。
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填料的白度
一般而言,对于印刷纸张来说,纸张的白度越高,油墨色彩越能准确表现出来,印品色彩鲜艳,呈色效果好。如果纸张白度低,尤其是对于明度在70 以上的淡色墨,其影响特别明显,既不能如实表现明暗部分的反差,又容易造成偏色。
当纸张本身白度不是很高时,纸面上所印的颜色便是油墨和纸张两者综合的呈色效果了,就会出现一些偏色情况。这是因为白度不同等于在油墨中加进不同程度的黑或灰,所以在印刷中尽管墨量、色相都没有变化,但实际色彩的效果随着纸张白度的不同而造成色差。
用于纸张的填料如碳酸钙、钛白、锌白等均为白色颜料,因而填料的加入能增加纸张的白度。白度的增加程度部分取决于填料的白度,部分取决于颜料的粒径与遮盖能力。
原料 碳酸钙 滑石粉 高岭土 钛白粉 磷石膏晶须
白度 94-98 90-96.8 80-86 86-98 98
纸张的白度还取决于浆料的白度和打浆程度。填料的白度因其种类和等级的不同,有较大的差别。如果使用比浆料的白度高的填料,则加填量越多,纸张的白度就越高。
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填料的zeta 电位和电导率
随着造纸工业的发展, 各类造纸化学品的相继使用,使得造纸湿部的电荷变化日趋复杂,而湿部的电荷分析是应付纸机各种变化的一种有力工具,达到优化和稳定造纸湿部的目的。Zeta 电位是描述纸浆悬浮液湿部电荷特性的重要参数之一,它可以提供湿部化学有用的信息,并对湿部化学的优化与控制有重要意义。
纸浆悬浮液是一种复杂的多组分体系,除了纸浆纤维和微细纤维外,还视纸种的不同而含有填料、淀粉、特定的化学助剂等,这些物质在一般的条件下均带有一定量的负电荷,同时由于原料、制备工艺等方面的差异,变化范围很大。此外,可溶性有机物质和胶体物质也带负电(称之为阴离子“垃圾”Anionic Trash)。
造纸配料的静电荷在许多湿部化学现象中起着关键作用,它影响到细小纤维留着、填料留着、染色效果、胶料乳化、胶料留着等造纸过程,对各种造纸主机的使用效果影响很大,因此测量和控制这些电荷在湿部化学控制中非常重要。
纤维、细小纤维、填料、助留剂、干强剂、湿强剂、木素、半纤维素、分散剂铝矾等等不论是分散的颗粒还是溶解的分子都带有一定的静电荷,其主要有表面吸附电荷和电离电荷。主要包括造纸纤维和细小纤维的电离电荷、颜料和填料表面吸附的电荷、聚合电解质的电离电荷。
抄纸系统的电荷来自纤维素纤维的离子基团,来自于制浆和造纸的不同阶栋拿耪娑牟┕俜酵俘入系统的离子化学添加剂,浆料由于其电荷显示了一定的电动性能。
原料 碳酸钙 滑石粉 钛白粉 本色硫酸盐浆 本色半化学浆
Zeta/mV -7 -11.3 -9.5 -24~-34 -55~-60
一些矿物颜料如瓷土,晶格上离子的同晶型代替物将导致电荷的不平衡而产生净的电荷。瓷土既具有阳离子性,又具有阴离子性,两种电荷类型的比例,主要取决于化学环境和PH 值。如在酸性条件下,晶格的边棱为正电荷,而晶面则为负电荷。
对于其它的颜料,大多数是由于离子吸附而产生表面电荷。金属导电是靠金属晶体间的自由电子在外加电场的作用下作定向运动实现的,而电解质溶液的导电则是靠分布在溶液中的正、负离子在外加电场的作用下分别作定向(两者异向)运动完成。这是二者导电的本质区别。
在湿部系统高无机盐电解质(高的电导率)作用下, 细小纤维将被金属阳离子电中和而失去絮聚或聚集能力,并影响到纸页中纤维间的结合力等。
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填料的沉降体积
填料的沉降速度跟填料的粒径和絮聚程度有关,粒径越大,沉降越快。助剂的絮聚效果越好,填料絮聚越严重,沉降也越快。填料沉降越快,造纸时滤水越快。