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1、,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,第六章 填料與色料化學(xué),第六章 填料與色料化學(xué),1,第一節(jié) 造紙用填料,造紙?zhí)盍鲜且环N顆粒細(xì)小的白色顏料，是紙料中除纖維之外占比例最大的組分，其加入量可占到紙料組分的2040。一般加填的目的是降低紙張生產(chǎn)成本，且紙張的許多性質(zhì)都需要通過加填才能達(dá)到；而有些填料的價(jià)格也遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過纖維，因此，加填已經(jīng)成為紙張生產(chǎn)中必不可少的工藝過程。,第一節(jié) 造紙用填料造紙?zhí)盍鲜且环N顆粒細(xì)小的白色顏料，是紙料,2,填料的粒度遠(yuǎn)小于纖維，紙張
2、中加入填料后，通過填充紙頁中纖維間的空隙，可提高紙頁的勻度和表面平滑度。加填是控制紙張光學(xué)性質(zhì)的主要手段，加填可提高紙張的不透明度和白度。纖維易于吸水潤脹，加填后可提高紙張的尺寸穩(wěn)定性，減少紙張的吸水變形。通過加填還可以調(diào)整紙張對油墨的吸收性，增加紙張的適印性等。如果不是生產(chǎn)高不透明度的紙張，加填還可以降低紙張生產(chǎn)成本。,但加填對紙張和造紙過程也有不利影響，會減少纖維間的結(jié)合，造成紙的強(qiáng)度下降，印刷時(shí)易掉毛掉粉，會增加對紙機(jī)的磨蝕。,填料的粒度遠(yuǎn)小于纖維，紙張中加入填料后，通過填充紙頁中纖維間,3,造紙?zhí)盍线x用的一般原則：,顆粒細(xì)而勻，純度高，以增加覆蓋能力和填料留著率；,白度高；亮度大、無雜
3、質(zhì)、有光澤；,相對密度大，不易溶解于水；,折光率高，散射系數(shù)大，以提高紙張的不透明度；,化學(xué)性能穩(wěn)定，不易受酸堿作用，不易產(chǎn)生氧化和還原；,資源豐富，便于加工；,價(jià)格低廉，運(yùn)輸方便。,造紙?zhí)盍线x用的一般原則：,4,1、填料的性質(zhì),光學(xué)性質(zhì),顆粒形態(tài)與粒度,比表面積,表面化學(xué),pH值,溶解性,磨蝕性,1、填料的性質(zhì),5,1.1 填料的光學(xué)性質(zhì),填料對光的反射、吸收和透射決定了填料的亮度、顏色、光散射系數(shù)、不透明度和光澤度等光學(xué)性質(zhì)。,如亮度由填料的光反射能力決定；顏色由填料對可見光的選擇性吸收決定，大部分填料為白色顏料，即對可見光沒有吸收等。,折射率是由填料的化學(xué)成分和分子結(jié)構(gòu)決定的一項(xiàng)基本性質(zhì)
4、。填料的遮蓋力主要取決于填料的折射系數(shù)和粒度及其分布。其中二氧化鈦填料是遮蓋力最強(qiáng)的造紙?zhí)盍稀?1.1 填料的光學(xué)性質(zhì),6,1.2 填料粒度與顆粒形態(tài),填料粒度的大小、粒度分布及填料粒子的聚集程度強(qiáng)烈的影響著填料的光學(xué)性質(zhì)。根據(jù)光學(xué)理論，高折射球形填料粒度在0.20.3um具有最大遮蓋能力，可以獲得最大不透明度。以最佳粒度為中心，粒度分布范圍越窄，越有利于提高不透明度。實(shí)際上，只有二氧化鈦填料的粒度在最佳范圍之內(nèi)，一般填料的粒度要比最佳粒度大。,如果填料具有多孔或聚集結(jié)構(gòu)，而孔的尺寸在最佳粒度范圍內(nèi)，也可獲得高光散射能力，煅燒高嶺土、合成硅石和某些類型的沉淀碳酸鈣就屬此類填料。扁平狀的顆粒如高
5、嶺土，在其球形當(dāng)量直徑為0.701.50um時(shí)獲得最大遮蓋力。棱柱形的和偏三角形的沉淀碳酸鈣分別在其當(dāng)量0.400.50um和0.901.5um時(shí)達(dá)到最大的光散射能力。,1.2 填料粒度與顆粒形態(tài),7,填料的粒度和形狀還影響成紙的光澤度，片狀的、顆粒細(xì)小的填料可使紙張獲得高光澤度。此外，片狀的顏料粒子可降低紙張的透氣性和松厚度，但經(jīng)過超級壓光后，紙頁的平滑度和光澤度較高。,填料的粒度和形狀也影響成紙的強(qiáng)度和印刷性能，加填粒子越細(xì)，對紙頁強(qiáng)度的不利影響越大，而不同粒子的形狀影響不同。,提高片狀填料的加填量，紙頁的松厚度降低。但經(jīng)煅燒形成帶有微孔的剛性填料聚集體后，隨加填量提高，紙頁松厚度則略有提
6、高，而球形粒子的聚集體則顯著提高紙頁的松厚度。,紙頁透氣性同樣受填料粒度和粒子形狀的影響。粒度越大，加填紙頁的透氣度越大；隨粒度的增大，塊狀填料加填紙頁透氣度的提高速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于片狀填料。,填料的粒度和形狀還影響成紙的光澤度，片狀的、顆粒細(xì)小的填料可,8,1.3比表面積,顆粒比表面積由顆粒粒度、粒度分布及顆粒形狀決定。填料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。通常比表面積大的填料可提供更多的散射界面，有利于提高加填紙張的光學(xué)性質(zhì)，同時(shí)由于增加紙張的吸墨性而提高紙頁的適印性。,但會削弱紙頁的強(qiáng)度，這主要是由于加填后影響了紙張中纖維間的結(jié)合。同時(shí)，比表面積大的填料更容易吸附施膠劑，且比
7、紙料中其他組分易于流失而增加了施膠的難度。,1.3比表面積,9,1.4溶解性,填料的溶解性都比較差，如天然黏土型填料的溶解性極為有限，且不受pH值的影響；滑石粉由于含有部分可溶的菱鎂礦，使其在酸性條件下的溶解度略高一些；碳酸鈣在酸性條件下部分溶解，且隨溫度的增高，其溶解度降低。,1.5 pH值,填料懸浮液的pH值與其表面基團(tuán)和可溶成分有關(guān)，白土的懸浮液呈微酸性，滑石粉和碳酸鈣懸浮液呈堿性。,1.6磨損性,填料的磨損性主要取決于填料的硬度和填料的粒度與粒度分布。高損性的填料會對紙機(jī)網(wǎng)部和印刷版造成過多的磨損。填料的硬度越高、粒度越大、粒度分布越不均勻，磨損性就越大。,1.4溶解性,10,2、填料
8、的類型,高嶺土,研磨碳酸鈣(GCC),輕質(zhì)碳酸鈣(PCC),滑石粉,二氧化鈦,工程顏料或改性顏料,2、填料的類型,11,高嶺土,水洗高嶺土,剝片高嶺土,煅燒高嶺土,工程瓷土,高嶺土,12,碳酸鈣,根據(jù)生產(chǎn)方式的不同可分為研磨碳酸鈣（GCC）和沉淀碳酸鈣（PCC）。研磨碳酸鈣由天然石灰石等研磨而成，而沉淀碳酸鈣則是人工合成的填料。,研磨碳酸鈣根據(jù)其粉碎程度可分為超細(xì)研磨碳酸鈣、細(xì)磨碳酸鈣和粗磨碳酸鈣。超細(xì)磨碳酸鈣的平均粒度為0.50.9um，主要用于紙張涂布，有時(shí)也用作填料。細(xì)磨碳酸鈣的平均粒度一般為13um，主要用作填料。粗磨碳酸鈣的粒度則大于3um，用作填料時(shí)一般認(rèn)為對抄紙網(wǎng)的磨損太大。,碳
9、酸鈣,13,沉淀碳酸鈣是一種合成碳酸鈣，一般的生產(chǎn)工藝為：石灰石（CaCO,3,）先經(jīng)高溫煅燒形成CaO，CaO與水反應(yīng)生成Ca(OH),2,泥漿，然后在一定的條件下，通入CO,2,氣體，所得沉淀物即為沉淀碳酸鈣。與研磨碳酸鈣不同的是，沉淀碳酸鈣可以通過控制其晶型、粒度和顆粒形狀等有針對性的改善成紙性質(zhì)，而且沉淀碳酸鈣帶有表面正電荷。,碳酸鈣填料對紙的物理強(qiáng)度影響較小，可提高紙張的不透明度，增加紙張的吸墨性。成紙柔軟、光澤好、白度高，可用于印刷紙和字典紙。但由于研磨碳酸鈣和沉淀碳酸鈣在顆粒形狀、粒度和粒度分布上的差異，對紙張的加填性質(zhì)差別也很大。,沉淀碳酸鈣是一種合成碳酸鈣，一般的生產(chǎn)工藝為：
10、石灰石（CaC,14,研磨碳酸鈣粒度較大且不均一，遮蓋力較差，略高于滑石粉，是一種成本較低的經(jīng)濟(jì)型填料。而沉淀碳酸鈣粒度小而均勻，且結(jié)構(gòu)疏松，粒子的幾何形狀和聚集形式有利于增加光散射界面，具有良好的遮蓋力，可替代部分價(jià)格昂貴的二氧化鈦顏料。加填沉淀碳酸鈣使紙張具有較高的不透明度和松厚度，網(wǎng)部磨損低，但研磨碳酸鈣對紙頁強(qiáng)度和內(nèi)部施膠影響較小。,決定沉淀碳酸鈣光散射能力的主要因素是其結(jié)晶形狀。針形的碳酸鈣具有最高的光散射系數(shù)，菱面體最低，偏三角面體居中。在較低的加填量下，菱面體具有最高的光散射系數(shù)，因此，在加填量不小于5時(shí)，菱面體加填的紙頁不透明度最高。加填量超過5，則菱面體加填紙張的不透明度相對
11、較低，比偏三角面體加填紙張低。,研磨碳酸鈣粒度較大且不均一，遮蓋力較差，略高于滑石粉，是一種,15,3、加填對紙張性質(zhì)的影響,3.1 填料對紙張強(qiáng)度性質(zhì)的影響,紙張的強(qiáng)度性質(zhì)取決于纖維間的結(jié)合，加填后，由于填料不能與纖維形成有效的結(jié)合或填料妨礙了纖維間的結(jié)合，使得紙張強(qiáng)度下降。,由于碳酸鈣具有堿性緩沖作用，可中和紙張中的酸性物質(zhì)，補(bǔ)償纖維類物質(zhì)的酸性降解反應(yīng)，因此，加填碳酸鈣可使不含機(jī)械木漿的紙和機(jī)械漿抄成的紙的耐久性得以改善。長時(shí)間儲存時(shí)，其白度穩(wěn)定性也會因使用碳酸鈣填料而提高。尺寸穩(wěn)定性則由于加填后纖維間的結(jié)合減少而提高。,3、加填對紙張性質(zhì)的影響,16,3.2 加填對漿內(nèi)施膠的影響,由于
12、填料具有很大的比表面積，對施膠劑的吸附作用遠(yuǎn)大于纖維，使得相當(dāng)部分施膠劑吸附在填料上。但填料又是易流失組分，使得吸附于填料上的施膠劑也隨之流失。其次，大部分施膠劑要通過與纖維的反應(yīng)固著到纖維上才能產(chǎn)生施膠作用，填料對施膠劑的吸附，相應(yīng)減少了施膠劑在纖維上的吸附份額，降低了施膠劑對纖維的固著。另外，有些填料本身會與施膠劑反應(yīng)，消耗掉部分施膠劑。,結(jié)果不論采用何種施膠劑和施膠方法，加填總是降低施膠劑的施膠效果。,3.2 加填對漿內(nèi)施膠的影響,17,3.3 填料在紙張Z向的分布,對單面脫水的長網(wǎng)紙機(jī)來說，紙張靠抄紙網(wǎng)的一面（反面）填料含量較少，而另一面填料較多，導(dǎo)致填料在紙張Z向上的分布不勻，即所謂
13、的兩面差。由于填料性質(zhì)與纖維差異很大，填料分布的兩面差也就導(dǎo)致紙張的亮度、顏色、平滑度和光澤度等光學(xué)性質(zhì)的兩面差，兩面結(jié)構(gòu)不同，還導(dǎo)致紙張對油墨吸收性和印刷適應(yīng)性的兩面差。,對夾網(wǎng)紙機(jī)來說，在網(wǎng)部進(jìn)行兩面脫水，填料分布比較對稱，但接近脫水元件外面一層含有相對較多的填料，使得紙的兩個(gè)網(wǎng)面的填料含量高，中間部分低。紙的中間層填料含量低，使紙的剛性大，表面填料含量高，有利于提高印刷性能，但在壓光和印刷時(shí)，容易掉毛掉粉。,3.3 填料在紙張Z向的分布,18,3.4 加填對紙張光學(xué)性質(zhì)的影響,填料可防止紙漿纖維的細(xì)纖維化部分和纖維性細(xì)小纖維塌陷在纖維上，而增加紙張的光散射能力。填料的這種作用取決于纖維的
14、種類、細(xì)小纖維含量、打漿程度和填料的粒度，粒度較小的填料有利于防止細(xì)纖維和細(xì)小纖維的塌陷。填料的聚集會增加粒度，引起光散射能力的降低。,3.4 加填對紙張光學(xué)性質(zhì)的影響,19,3.5加填對紙張表面性質(zhì)的影響,加填可提高紙張（特別是壓光紙）的平滑度，有填料存在時(shí)，紙張對水和油墨的吸收更均勻。,填料對紙張孔隙率的影響取決于填料顆粒的尺寸和形狀，粗大的顆粒，如碳酸鈣會增大紙張的孔隙率，而細(xì)小的顆粒尤其是高嶺土則會減少孔隙率。,加填還可以解決印刷紙的透印問題。填料還會在很大程度上影響紙的印刷性能。,3.5加填對紙張表面性質(zhì)的影響,20,4、加填對紙機(jī)濕部運(yùn)轉(zhuǎn)性能的影響,由于大部分填料在水中具有一定的溶
15、解度，所以加填會引起紙機(jī)白水中可溶鹽濃度、甚至pH值的變化，加速系統(tǒng)的結(jié)垢和沉積。但填料對樹脂的吸附作用較強(qiáng)，尤其是滑石粉，加填又可減少樹脂障礙問題。,使用填料還可以提高紙料濾水性能，尤其是顆粒粗大的填料。但使用填料增加紙機(jī)磨損，特別是填料留著率低時(shí)，填料會截留在網(wǎng)子和案板之間，增加抄紙網(wǎng)與案板的磨損。降低填料磨損的主要方法是提高填料的純度。,4、加填對紙機(jī)濕部運(yùn)轉(zhuǎn)性能的影響,21,第二節(jié) 造紙色料,造紙用色料分為顏料、染料和熒光增白劑：,顏料：,與纖維沒有親和力，著色效果沒有染料好，大量使用會使紙張強(qiáng)度下降，主要應(yīng)用于有色涂布紙類。,染料：,是能使其他物質(zhì)獲得鮮明而牢固色澤的有機(jī)化合物，可進(jìn)
16、入纖維內(nèi)部，使纖維染色。一般有色紙的生產(chǎn)或紙張調(diào)色多使用染料。,熒光增白劑：,可吸收紫外光，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢姽夥瓷涑鰜?，可提高紙張的亮度（白度），主要用于不含機(jī)械漿的紙種。,第二節(jié) 造紙色料造紙用色料分為顏料、染料和熒光增白劑：,22,1、染料的種類和特性,按染料化學(xué)結(jié)構(gòu)分類，可分為偶氮染料、蒽醌染料、靛屬染料、酞菁染料和碳鎓染料等；,按染料用途分類，可分為纖維素纖維用染料、蛋白質(zhì)纖維用染料、合成纖維用染料和非纖維用染料；,按染料性質(zhì)分類，又可分為直接染料、堿性染料和酸性染料。造紙工業(yè)應(yīng)用的染料，通常以染料性質(zhì)分類。上述三種染料在造紙工業(yè)中都有應(yīng)用。,1、染料的種類和特性,23,堿性染料,堿性染料是具有氨基基團(tuán)的有機(jī)化合物，在水中能離解成陽離子，帶有正電荷?？膳c某些陰離子物質(zhì)，如木素、木素磺酸和陰離子染料形成不溶性沉淀。也可直接吸附到木素的纖維上，具有很好的親和力。,堿性染料色澤鮮艷、色譜齊全，不洇色；但耐光、耐熱性差，染色紙易退色。造紙工業(yè)常用的堿性染料有鹽基金黃、鹽基亮綠、鹽基槐黃、鹽基玫瑰紅、鹽基品藍(lán)等。,堿性染料,24,堿性染料的使用特點(diǎn)：,對機(jī)械漿、未漂硫酸鹽漿和半化學(xué)漿有較
造紙用填料及色料化學(xué)ppt課件
