造纸生产过程中添加填料出于两个目的：一是改善纸张的光学性能、印刷性能及外观；二是用它替代部分造纸纤维，降低生产成本。

造纸工业常用的填料有：研磨碳酸钙、沉淀碳酸钙、高岭土、煅烧高岭土和滑石粉、二氧化钛等。

一、造纸工业用碳酸钙

大量地存在于地壳里，通产存在于三种形式的岩石中，即白垩、石灰石和大理石。造纸工业使用的碳酸钙分为两类：由研磨碳酸钙制造的天然产品和由化学沉淀制造的合成产品。前者称为研磨碳酸钙也称为重质碳酸钙（GCC），后者称为沉淀碳酸钙也成为轻质碳酸钙（PCC）。

1、研磨碳酸钙生产方法

研磨碳酸钙的生产方法分为干磨及湿磨两种。

干磨生产工艺流程举例如下:

图1干磨生产工艺流程举例

湿法生产工艺流程举例如下:

图2 湿法生产工艺流程举例

2沉淀碳酸钙生产方法

沉淀碳酸钙的生产方法有三种，即碳酸饱和法、石灰苏打法、氯化钙一碳酸钠法。三种方法中，碳酸饱和法应用得最普遍。控制反应条件如气流、温度、浓度、时间、添加剂等来控制粒子形态和粒径分布。

a.碳酸饱和法：

石灰石煅烧：CaCO₃=CaO+CO₂↑

石灰消化：CaO+H₂O=Ca（OH）₂+Q

消石灰碳酸化：Ca（OH）₂ +CO₂= CaCO₃+H₂O+Q

b.石灰苏打法：

Ca（OH）2 +Na2CO3= CaCO3+2NaOH

c.氯化钙碳酸钠法：

Na2CO3+CaCl2= CaCO3+2NaCl

相对于研磨碳酸钙而言，沉淀碳酸钙有更高的白度，更纯的化学成分，更好的产品一致性，粒子形态和粒径分布(更窄)更易控制，磨耗值低，颜料粒子表面带阳电荷，有利粒子的分散与留着。但总的来说，重质碳酸钙使用成本较低。

二、造纸工业用高岭土

高岭土是一种以高岭石族矿物为主要成分的勃土类集合体原料，经各种加工精制，可生产出各种等级的产品。高岭土之所以成为最主要的白色颜料之一，是因为它具有较高的白度、不透明性、物理化学的适应性，涂布后经超级压光整饰有明显的涂布感和光泽，有良好的印刷适应性以及它的来源广泛、价格低廉。

高岭土制造流程简图举例如下图所示:

图三高岭土制造流程简图

该工艺主要设计用于除去无用的附属矿物和改变高岭土性能以增进作为纸张填料和涂布颜料的使用性能。

三、造纸工业用煅烧高岭土

选择粒径细小的高岭土在控制条件下进行煅烧，导致细小高岭土局部熔化并形成它的聚集体。由于小心控制聚集体的孔隙尺寸(大约75%空隙容积)和粒径分布(80%粒子的当量球形直径介于25m和0. 45m之间)，煅烧过程大约14%的水也被除去。

图四 煅烧高岭土结构示意图

电子显微照片上可以看到煅烧高岭土聚集体中的空腔。煅烧烧高岭土聚集体内的空隙结构，可以吸收印刷油墨、控制油墨及其溶剂渗人纸内，显著改善透印，改善印刷性能，尤其是低定量纸。煅烧高岭土的粒子大部分介于0. 5-1. 5μm范围，这种粒径范围具有最佳的光学有效性。

国产煅烧高岭土使用的原料与国外不同，大多是煤炭伴生的煤系高岭岩。大多采用“先磨后烧”工艺，即：高岭岩经干法破碎→湿法研磨至<2μm粒子含量大于90%→干燥解聚→缎烧→解聚分级。

二氧化钛一般应用于高品质、对白度和不透明度有较高要求或特殊要求的纸种。缎烧高岭土能有效替代二氧化钦作填料，在保持相同光学性能的同时，降低生产成本。缎烧高岭土可作为颜料应用于颜料涂布纸和纸板中，改善涂层的光学性能和印刷性能，尤其能提高涂层的遮盖能力。

煅烧高岭土颜料常应用于铜版纸、低定量涂布纸、涂布白板纸、标签纸、涂布包装纸、无碳复写纸、热敏纸、低定量轮转凹版纸等纸种。

四、造纸工业用滑石粉

滑石粉在世界造纸工业中得到大量使用，尤其是远东地区和芬兰，主要用作造纸填料、涂布颜料和树脂吸附剂。

生产造纸用滑石粉的加工过程：矿石分级与精选→磨成细粉→最后制成成品。

图5 滑石粉生产流程

纯滑石的莫氏硬度为1，是自然界中硬度最小的矿物。但纯净的滑石在自然界很少，常与透闪石、蛇纹石、绿泥石、直闪石、叶蛇纹石、透辉石、菱镁矿、白云石、方解石等伴生，并混人杂质，以致改变了它的化学成分，增加了硬度和磨耗性，影响了产品的白度。片状滑石的平坦表面是疏水的、亲有机物的。薄片的边缘是亲水的，因此它可以分散于水中。

尽管滑石表现为显著的碱性，然而它在造纸过程中表现为化学惰性，它的阳离子交换能力很低，大约1. 2mmo1/100g (2. 4毫克当量/100g)，因此它对整个系统pH值的影响很小。

总的来说，滑石粉磨耗小，化学性质稳定，可在酸性条件抄纸，表面亲油可吸附有机物，使纸剂，可以吸附有机物质，使纸机白水、浆料系统比较洁净；它的蓝白色调能反射大部分紫外光区的光线，能激发荧光增白剂，从而使荧光增白剂更有效；可以作为二氧化钛的部分替代剂。

五、造纸工业用二氧化钛

白色颜料中二氧化钛具有最高的折射指数，它主要用于高档印刷书写纸及某些特种纸。二氧化钛可用硫酸盐法和氯化法生产。其产品有锐钛型和金红石型两种，一般认为二氧化钛颜料产品有近似球形粒子。

图6硫酸盐法二氧化钛生产流程

图7 氯化法生产二氧化钛生产流程

六、填料的选择及应用特性

1、不同纸张品种所用填料及其用量可参考下表：

2、填料对纸张性能的影响见下表

粉体圈小白整理

参考文献

1、造纸化学品及其应用 毕松林编着