13第三章4节加填78

一、课题：第三章湿部化学第四节加填二、教学目的：通过学习，使同学们能够了解加填的定义、目的与作用类型、常用几种填料的应用特点等，掌握加填的留着原理、填料与施胶对纸张的影响及填料留着的影响因素，并使同学们能够学以致用，理论联系实际，对具体的车间填料流程与添加有一定的了解与认识。三、课时：2h第13次第5周星期一3月17日C25、C26（1.2节）四、课型：新课五、教具：电脑、投影仪、白板笔及纸样及填料与瓷土样品六、重点：加填对纸张性质的影响及填料留着的影响因素（重）七、难点：常用几种填料的应用特点、留着机理（学生没有接触）八、教学过程：1、导入：同学们，请几个同学来回答：造纸的功能助剂有哪些？过程助剂有哪些？影响施胶有那几个方面的因素？我们上次课学习了化学品功能助剂施胶剂来提高纸张的抗液体渗透性能，施胶剂是为了满足用户的特殊需要。施胶对我们填料的添加有一定影响，那么填料是什么呢？它对施胶是不是也有很大的影响呢？那是我小时候，没有读过书的外婆就很纳闷问我：“听说石头可以造纸？真是很奇怪哦！”当时我的知识还不能回答她的“为什么”直到我读了大学，从事了造纸行业，才明白所谓的石头为什么可以造纸，接下来我们将用2个课时来进行学习第二章湿部化学第四节加填。请大家翻到教材68页开始新课程的学习，一一揭晓石头是怎么样造纸的？（拿出车间的碳酸钙粉末）（2分钟）2、课程大纲：（详细内容见课件）（主要以讲授为主，辅以图表）主要内容：一、加填的定义、目的与作用二、填料的种类、特点与应用（常用几种填料的应用特点）（难、重）三、加填对纸张性质的影响（重）四、加填、施胶及纤维的关系五、填料留着原理（难）六、填料留着的影响因素（重）七、具体实例首先我们来看一下什么叫加填？一、加填的定义、目的与作用（重）1）定义：加填：就是在浆料的纤维悬浮液中加入不溶于水或微溶于水的白色矿物质微细颜料或人造填料，使制得的纸张具有不加填时难以具备的某些特性。填料的用量仅次于纸浆的一类湿部化学品，通常称为造纸辅料，主要用于改善纸张的光学性能和降低纸张的生产成本。2）目的：1、改善纸页的光学性质和印刷性能增加纸页的不透明度和亮度，并防止透印；改善纸页的平滑度和匀度，提高纸页的吸收性和吸墨性，并降低纸页的保水性和变形性。2、满足纸张某些特殊能的要求卷烟纸加碳酸钙调节燃烧速度，导电纸加用碳黑，是为了取得导电性能3、节省纤维原料降低生产成本填料相对密度大，价格便宜，可代替纤维节约原理；改善纸张的干燥性能，有利于提高纸机车速，减少蒸汽消耗，降低生产成本。3）作用优：1、加填料以后，填料分散于纤维之间将空隙填平，能改进纸张的松软性，能更好地进行压光处理，使压光后的纸张更为平滑、匀整2、填料的折光率和白度比纤维大，能有效地提高纸张的不透明度和白度。3、填料能吸附树脂，使纸浆中的树脂不致凝聚成大粒子，有助于消除树脂障碍。4、提高了纸张的吸收性，减少了纸张的伸缩变形和保水性能，5、使用填料还可以提高纸料滤水性能缺：加填过多的影响(副作用)1.成纸强度降低。2.印刷时掉毛掉粉。3.对织物也有一定的影响(对成形网及脱水元件的磨损)4.施胶度也会相应下降。二、填料的种类及其特性与应用（15分钟左右）（一）种类分为：无机填料和有机填料两种1、无机填料分为：无机天然填料：滑石粉、研磨（重质）碳酸钙(GCC)、高岭土、生石膏、熟石膏、硅藻土、炭黑等无机人造填料：沉淀（轻质）碳酸钙(PCC)、二氧化钛、硫酸钡等2、合成有机填料：苯乙烯、脲酚树脂等（二）特性表3-4-1造纸填料的物理性质表3-4-1造纸填料的物理性质化学成份结晶形状白度%平均颗粒μm磨耗AT1000mg折射率相对密度比表面积m2.g－1天然产物高岭土Al4[(OH)3Si4O10]六角形,薄片70～880.3～512～351.562.84～7滑石粉Mg3[(OH)2Si4O10]单斜晶,白片70～880.2～55～251.572.75～20蒙脱土Al2[(OH)2Si4O10]六角形,薄片60～750.1～220～351.562.830～50重质碳酸钙CaCO3斜方晶(正菱形)三角形82～900.5～55～151.582.73～4重晶石BaSO4菱形93～952～520～351.641.640.7～2硫酸钙（无水石膏）CaSO4正菱形92～981～520～351.581.580.7～2人工产物沉淀硅酸盐各不相同多数非晶形94～960.1～0.50.5～31.542.130～150沉淀碳酸钙CaCO3六角形式菱形95～980.2～0.54～61.562.73～10氢氧化铝Al2(OH)3六角形96～980.50.5～21.582.42～4二氧化钛TiO2四方晶97～990.2～0.55～102.604.28～11硫酸钡BaSO4正菱形95～980.5～11～31.644.43～6由表可见：1、多数填料的折射率为1.53～1.65，与纤维素的折射率(1.53)接近，二氧化钛特高，适于薄纸生产；2、多数填料白度大于纸浆白度（80～85%）。3、填料的粒度愈小，比表面积愈大，散射能力就愈强；同样的填料加填，所得成纸的不透明度越大。（三）、常用几种填料的应用特点（难）1、滑石粉：天然矿石磨成，成片状、鳞片状或致密块状集合体，手感滑腻。磨细的滑石粉颗粒呈细小片状，在其平面上是疏水的，而在其边角上也是疏水的。滑石粉不易分散在水中，但能适度吸住纸浆中树脂颗粒，防止树脂颗粒在纸机生产上的凝聚。因质量较好、价格低、资源丰富，滑石粉长期以来作为树脂障碍控制剂。滑石粉加填的纸种包括印刷纸、书写纸、打字纸、有光纸等一般文化用纸。但其折射率和散射系统不太高，用它提高纸张的不透明度不如二氧化钛和碳酸钙明显，且添加量达到一定值后，会降低纸张的物理强度，影响纸张的施胶度。2、高岭土：又称白土或瓷土，其主要矿物成分是高岭石。使用高岭土作为造纸填料适用纸种有新闻纸、铜版原纸等。目前仅使用碳酸钙而未使用高岭土作为填料。优：增加纸张的平滑度和光泽度，提高纸张的印刷性能和不透明度及白度；缺：降低纸张的物理强度、松厚度，且添加到一定值后，影响纸张的施胶度。3、碳酸钙：重质和轻质两种天然碳酸钙－－研磨碳酸钙、白垩（e\）（GCC）人造碳酸钙－－沉淀碳酸钙（PCC）重质碳酸钙又称研磨碳酸钙:将天然碳酸钙原矿，通过球磨、辊碾、压碾等机械进行粉碎后，再用风选或水选进行分类。这种粒子为微细重钙或超微细重钙，一般的粒径为1～20μm左右。轻质碳酸钙又称沉淀碳酸钙：用二氧化碳化合法制造。原石灰石在石灰炉内用无烟煤或焦炭烧成生石灰，加水经过CO2反应后成为均一粒子的沉淀碳酸钙。沉淀碳酸钙白度高，是一种碱性填料，化学稳定性较差，能与硫酸铝起化学反应而放出二氧化碳。碳酸钙的灼烧损失大，达到40%。生产中使用干燥的商品轻质碳酸钙作为填料，而碳酸钙用量较大的造纸厂也可自制沉淀碳酸钙乳浊液。这样不但可保证抄纸所需要的质量，并且能节约成本。轻质（沉淀）碳酸钙：优：“四高一低”：白度高、不透明度高、厚度高、保留率高、磨耗低。缺：1、厂家数量多而规模小，2、成本优势不明显、质量不稳定；3、纸机速度越来越高，脱水速度慢、施胶剂用量大、两面差大、有时会产生假施胶现象。通常多用于中性施胶或不施胶的纸页中。轻质碳酸钙更细，白度更高，发展潜力大。重质碳酸钙优：1、资源丰富，有成本优势；2、部分重质碳酸钙填料与其他填料比有较大的白度优势；3、中性施胶在文化纸生产中得到了越来越广泛的应用。重质碳酸钙脱水快，用胶量少，两面差小；4、重质碳酸钙填料pH稳定，不易出现假施胶现象；5、重质碳酸钙的粒径容易控制，尘埃少。缺：1、重质碳酸钙磨耗高，对成形网、刮水板、压光棍磨损大2、缩短切纸刀和模压棍的使用寿命；3、重质碳酸钙填料的保留相对低，对保留助剂需求量大；4、重质碳酸钙填料对松厚度影响大、不透明度低。实际生产中：二种填料优势互补：改善脱水速度、降低磨耗、提高保留、增加纸张厚度、提高不透明度；通过控制二种填料混合比，在解决纸机对脱水速度的前提下提高轻钙的用量。股份公司3、8、9、10号机则采用白泥：轻钙：重钙按一定比例制备好加入。4、二氧化钛：又名钛白粉，是一种高级填料，其白度高（95%），粒度小（0.15-0.3），具有较高的光泽度和光散射系数，覆盖力强，能显著地增加纸页的白度和不透明度。用于不透明度极高的薄型纸或高级纸。四、加填对纸张性质的影响（重）（20分钟左右）1、对纸张强度性质的影响2、对浆内施胶的影响3、对填料在纸张Z向分布的影响4、对纸张光学性质的影响5、对纸张表面性质的影响6、对纸机湿部运转性能的影响1、对纸张强度性质的影响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。由于碳酸钙具有碱性缓冲作用，可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，其白度稳定性也因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、对浆内施胶的影响（插入图片）1）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。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。2）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。3）有些填料本身会与施胶剂反应，消耗掉部分施胶剂。因此无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、对填料在纸张Z向分布的影响对单面脱水的长网纸机（2号机）来说，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向上的分布不匀，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，两面结构不同，还导致纸张对油墨吸收性和印刷适应性的两面差。对夹网纸机（8号机）来说，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，但压光和印刷时，容易掉毛掉粉。4、对纸张光学性质的影响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。填料的聚集会增加粒度，引起光散射能力的降低。5、对纸张表面性质的影响加填可提高纸张（特别是压光纸）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，如碳酸钙会增大纸张的孔隙率，而细小的颗粒尤其是高岭土则会减少孔隙率。加填还可以解决印刷纸的透印问题。填料还会在很大程度上影响纸的印刷性能。6、对纸机湿部运转性能的影响由于大部分填料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积。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。加填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。四、加填、施胶及纤维的关系1、加填与施胶对纤维不利方面：1）填料具有大的比表面积，且独特的表面化学性质，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。填料吸附纸浆中大部分AKD，减少AKD在长纤维上的留着。AKD倾向于吸附在填料表面，吸附在填料上的AKD不会对施胶有积极作用。添加胶的量必须增加到能弥补