第一部分造纸工艺流程简介
一般印刷纸的生产分为纸浆和造纸两个基本过程。制浆就是用机械的方法、化学的方法或者两者相结合的方法把植物纤维原料离解变成本色纸浆或漂白纸浆。造纸则是把悬浮在水中的纸浆纤维，经过各种加工结合成合乎各种要求的纸页。
造纸厂一般需贮存足够用4～6个月的原料，使原料在贮存中经过自然发酵，以利于制浆，同时保证纸厂的连续生产。经备料工段把芦苇、麦草和木材等原料切削成料片（供生产化学浆）或木断（供生产磨木浆），再把小片原料放到蒸煮器内加化学药液，用蒸汽进行蒸煮，把原料煮成纸浆，或或把木断送到磨木机上磨成纸浆，也可经过一定程度的蒸煮再磨成纸浆。然后用大量清水对纸浆进行洗涤，并通过筛选和净化把浆中的粗片、节子、石块及沙子等除去。再根据纸种的要求，用漂白剂把纸浆漂到所要求的白度，接着利用打浆设备进行打浆。然后在纸浆中加入改善纸张性能的填料、胶料、施胶剂等各种辅料，并再次进行净化和筛选，最后送上造纸机经过网部滤水、压榨脱水、烘缸干燥、压光卷取，并进行分切复卷或裁切生产出卷筒纸和平板纸。如果生产要生产涂布印刷纸，则需要干燥中部或生产成卷筒纸后经涂布加工而实现。除以上基本过程外，还包括一些辅助过程，如蒸煮液的制备、漂液的制备、胶料的熬制及蒸煮废液和废气中的化学药品与热能的回收等。
第二部分高岭土在造纸上的应用
造纸流程中可能用到高岭土的地方为加填和涂布加工。
一、加填
加填就是向纸料中加入白色矿物的微细颜料或合成材料，改进纸的性质，更好的满足使用要求和节省纸浆，降低生产成本。
加填的目的与作用：
（1）改变纸的光学性能：加填能提高纸的不透明度和亮度，改善纸页的外观，解决纸的透印问题。
（2）改进纸的物理性能和印刷性能：加填可以改进纸的平滑度和匀度，增加纸的柔度和白度，提高纸张的吸收性和吸墨性，使纸张具有更好的适印性能，减少纸的伸缩变形。
（3）满足纸张某些特殊性能的要求：如卷烟纸加用碳酸钙，不仅是为了提高不透明度和白度，改进手感，更重要的是为了改进透气性，调节燃烧速度，使烟纸和烟草的燃烧速度相适应。
（4）节约纤维原料降低生产成本：用相对密度较大、价格较低的填料代替纸中部分纤维，既可节约纤维原料，又能改善纸张的干燥，减少蒸汽消耗，降低生产成本。
此外，加填的纸张，由于填料分散于纤维之间，减少了纤维间的相互联接和氢键结合，使纸张的物理强度下降，在常用的填料中白土（高岭土别名）对强度的影响最大，白垩次之，滑石粉和石膏更次之。加填使纸张掉毛掉粉现象增加，降低纸张的施胶度，尤其是碱性填料的危害更大。
填料的用量：
填料用量是指加入填料对纤维质量的百分比，少至2%以下，高
至40%以上，多数为10%~25%。一般情况下，填料用量主要根据以下因素确定。
（1）纸张的种类和质量要求：一般对于以提高纸张不透明度和适印性为加填目的的纸张，填料用量应大一些，如胶版印刷纸、字典纸等；对于施胶度要求较高的纸如书写纸，因加填会降低施胶度，填料用量应小一些；而配有大量磨木浆的纸，木素含量高，不透明度大，填料的用量更小一些。
（2）浆料种类：草浆的不透明度低，配用或全部使用草浆抄成的印刷纸，为了解决不透明度和印刷性能的问题，填料用量比较高，尤其是蔗渣浆不但填料用量大，而且还要常常加入碳酸钙。
（3）纸机车速与填料用量有关：由于加填能降低纸页的湿纸强度，因此为了保证纸机的抄造正常，在生产同一品种的情况下，一般是高速纸机的加填量低于中、低速纸机。
此外，加填量还与填料的种类有关。
高岭土以其白度高，粒度细，比重高，不易溶于水，折光率高，散射系数大，资源丰富，价格低廉等优势深受造纸填料的青睐。
高岭土用作填料的原因及效果选用原因
具有较高的白度，一般在90%以上
有较高的光折射率(1.62)，较高的散射系数(9.5~11.5)原因和效果由于填料白度一般比纤维高，为此可提高纸张的白度，填料本身的白度越大，则对与成纸白度的提高越大使填料具有较高的覆盖能力
填料大小能影响纸张的不透明度，填料的颗粒越小，
颗粒细腻，能较多的留着在纸中
具有较高的纯度，不含有沙粒和其他杂质，密度较
大(2.6)，不易溶于水
化学性质稳定，不易受酸碱等作用而产生变化在同一用量下对提高纸张的不透明度的值也越大，其覆盖能力也越大填料如分散于水，则会随同白水而流失在使用时，填料性质如改变，不符合要求
灼烧减量小
资源丰富，价格低廉等由于灼烧减量过高，在高温干燥时会有变色现象造成损失降低生产成本
从上表可以看出，高岭土用于填料可以大大改善纸张的性能。生产一种纸张是否需要加填，选用何种填料，用量多少，应根据纸张的质量要求与用途而定，同时要考虑生产成本与经济效益。一般生产书写纸、印刷纸、打字纸等文化用纸可选用滑石粉或高岭土为填料，生产卷烟纸和定量小于40g/m2的薄页纸可选用碳酸钙作填料，生产定量小于40g/m2不透明度要求高的薄页纸可选用二氧化钛为填料。
二、涂布加工
涂布加工是纸加工中最普遍的一种方法，涂布加工纸的种类和产量也是最多的，用途也是最广的。原纸经过涂布整饰以后，改善了纸页的表面性能，以提高适印性；提高纸页的表面强度及耐水耐油性，给纸以保护性；给纸以照相显影、记录模写、防锈防蚀等特殊性能等，也有以装饰为目的的，可见涂布纸的应用范围相当广泛。形成涂布纸主流的是用于印刷的颜料涂布纸。比如：铜版纸（印刷涂料纸）、低定量涂布纸（LWC ）、涂布白卡纸等。
下面以产量最大的印刷涂布纸为例讨论涂布加工纸的生产。
印刷涂料纸根据所要求的印刷适印性，应当具备下述各种特性：
1. 白度
涂料纸的白度主要取决于原纸的白度、涂布剂中颜料的白度、胶黏剂的种类、超压加工的程度等。
2. 平滑度
铜版纸的平滑度取决于原纸的匀度、涂层的均匀度、涂料的性质
及超压整饰的效果。
3. 光泽度
光泽度取决于涂布加工方式、颜料的种类、粒度分布、胶黏剂的种类、涂布量、超压强度等，它同平滑度有一定的对应关系。
4. 油墨吸收性
影响涂布纸油墨吸收性的因素有很多，如：涂布方式、颜料种类、原纸性能等。但是，关键的还是涂料中胶黏剂的含量，一般认为，涂料中胶黏剂含量越小，涂层的油墨吸收性就越高。
5. 不透明性
指印刷后的不透明性，若纸的不透明度低，纸张印刷后就会出现透印，也就是印刷后的油墨字迹在纸页的背面很容易被看见。透印对涂料纸的品质影响很大，它与纸张的不透明度和油墨渗透性有关。
6. 油墨的干燥性
油墨的干燥性取决于油墨的转移量和油墨吸收性，另外，涂层的PH 也是一个重要影响因素，一般是中性或微酸性的涂层干燥较慢，微碱性则干燥较快。涂层的PH 一般应控制在7.5~8.5之间。
7. 印刷表面强度
印刷表面强度也成为表面拉毛强度，它是指涂层整体或点状在涂刷过程中不从原纸上被粘黏掉或摘拉掉的能力。涂料纸的表面强度取决于原纸的表面强度及涂布层的强度，涂布层的强度和胶黏剂的种类、用量、涂层的抗水性有关。
瓷土，即高岭土或白土，是在纸张涂布中使用最普遍的一种白色
颜料，占颜料总消耗量的80%~90%，一般是和其他颜料配合使用，也可以单独使用。结合以上印刷涂料纸的各项决定因素，可以看出高岭土影响涂料纸的几项性能为：白度、平滑度、光泽度、油墨吸收性、不透明性、油墨的干燥性、印刷表面强度。
印刷涂料纸是由原纸及涂在原纸表面的涂层组成，涂层是有颜料、胶黏剂及添加剂组成。若涂料按重量来划分，大体的比例是：原纸占70%、颜料占25%、胶黏剂占5%；若按体积分：原纸占90%、颜料占9%、胶黏剂占1%。胶黏剂的用量很少，在上述分配比例中可以忽略不计，但是加入的种类很多，对涂料及成品纸的质量影响很大。
高岭土作为颜料，是涂料的主要成分，它的作用：①提高纸面的平滑度，改善油墨吸收性，以便于印刷；②增加纸页的白度、不透明度和光泽度；③改进涂布纸的外观。
颜料应具备以下特性：
（1）颜料的白度和不透明度要高，即遮盖能力要强，以提高涂布纸的白度和不透明度。
（2）颜料粒度适当。一般是粒度减小，可改善白度、不透明度和光泽度。但粒度太小时比表面积增大，使涂料粘度增大、流动性恶化，胶黏剂的需求量也增加。
（3）颜料粒子形状对涂料有很大影响。粒子形状直接影响着涂料形成涂层时的填充倾向。六角片状的粒子将使涂层有良好的平滑度和光泽度及油墨的吸收性。针状体会使涂料的流动性不好，而球状及片状的流动性较好，另外，球形粒子易使涂层形成多空状，使油墨吸
收性增强。
（4）颜料要易分散于水，使涂料既有较高的固含量，又有较好的流动性及稳定性。
（5）要有较好的化学稳定性，与涂料中其他成分要有较好的配合性，胶黏剂的用量要少。
（6）耐磨性要低，否则，将增加对涂布设备及印刷时印版的磨损。
用一种颜料很难满足上述诸性质的要求，一般是将几种颜料混合使用，有效的利用各种颜料的特长。涂布使用的颜料种类很多，特性各异，需要根据涂布质量要求及其价格作出合理的选择。白色颜料的分类
颜料的种类
天然颜料
无机颜料
有机颜料半合成颜料复合合成颜料合成颜料颜料名称瓷土、碳酸钙、滑石粉、二氧化硅等钛白粉、煅烧瓷土、氢氧化铝、氧化锌等锻白、锌白粉塑料颜料（聚苯乙烯）
涂料制备过程
1．颜料的预分散
将瓷土和碳酸钙粉沫配以一定的分散剂和氢氧化钠(调pH 值)加人水中高速搅拌制成均匀的分散液，要注意分散用量和搅拌时间。如果购入的颜料是液态则不需要预分散。
2．胶粘剂的制备
不同的胶粘剂溶解的方法各不相同。常用的淀粉、CMC、PVA通过加热进行溶解。淀粉熬制时需要控制温度和搅拌，过高的温度和剧烈的搅拌都会使淀粉链断裂，降低淀粉结合力。
3．涂料液的混合
先将颜料分散液加入混合器，在高速搅拌下加入抑泡剂、防腐剂，再按顺序加入胶粘剂和其它助剂，在搅拌快结束时加入消泡剂。应该注意先加颜料后加胶粘剂，以利于分散；搅拌不应带人空气，以防产生泡沫，加入胶乳时应注意胶乳的稳定性。
涂料的主要参数
1．粘度
粘度反映涂料的流变性，合适的粘度可以让精确的涂布量在瞬时转移到纸上形成均一的、连续的表面覆盖。粘度低流变性好，还可以避免麻坑的出现。但是低的粘度很可能意味着低的涂层强度，影响印刷，出现掉毛掉粉现象。
粘度分为布氏粘度和高剪切粘度(Hercules一赫克力士粘度) 。高剪切粘度对研究高速涂布机涂布是至关重要的。
2．涂料的固含量
高的固含量有利于降低干燥压力，能适应高速纸机。但是随着固含量的升高粘度会迅速上升。
3．涂料的保水性
涂料的保水性和粘度是影响涂布质量的关键因素，涂料保水性差会造成胶粘剂迁移过量，涂层强度下降，回流涂料固含量上升严重，出现结块小颗粒，造成刮刀条痕。通过保水仪测量标准纸样对涂料水分和胶粘剂在一定时间内的吸收量可测出保水值。预涂的保水性能是至关重要的。
4．pH 值
pH 值对使用某些胶粘剂的涂料强度、粘度和稳定性都有影响。pH 值高对重施胶的酸性原纸有利，对印刷有利。高的pH 值易使胶粘剂向原纸渗透加重，涂料泡沫增多。
涂料配方的设计
要求涂料具有良好的流动性(以保证涂于纸面的涂料很快流平) 、适当的渗透性、保水性(防止胶粘剂和水分的过量迁移，保证涂层自身结合强度、涂层和原纸有良好结合，保证涂料的稳定不结块的特性) 、高固含量(降低干燥压力) 和成纸具有良好的外观和印刷性能。
1．颜料的选择
颜料是涂料的主体，约占涂料重量的80—90％左右。
涂布用颜料应具备条件：
a ．白度和不透明度要高，即遮盖力要强。
b ．粒度要适当，粒子形状要合乎要求，2urn 以下颗粒占70％一100％为好。
c ．要易分散于水，以保证所制得的涂料既有较高的固含量，又有较好的流动性和稳定性。
d ．颜料要有较好的化学稳定性，与涂料中的其它成分要有较好的适应性，以降低胶粘剂的用量。
e ．比表面积适当以9—22rn2／g 左右为好。
涂布印刷纸最常用的两种颜料是瓷土和碳酸钙。
碳酸钙和瓷土性能的比较
┏━━━━┳━━┳━━┳━━━┳━━━┳━━━━┳━━━━┳━━━━┳━━━━┳━━━━┓┃
┃名
┃
┃瓷土
┃碳酸钙称┃光┃┃泽┃高┃低┃白┃┃度┃低┃高┃不透┃┃明度┃低┃高┃拉毛┃┃强度┃低┃高┃吸油墨┃┃速度┃┃低高┃油┃┃光泽度┃┃高低墨┃┃保水性┃┃┃高低┃胶粘剂┃┃需求量┃┃低高┃┃掩盖性┃┃┃高低┃┃┃┃┃┣━━━━╋━━╋━━╋━━━╋━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━━┫┣━━━━╋━━╋━━╋━━━╋━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━━┫┗━━━━┻━━┻━━┻━━━┻━━━┻━━━━┻━━━━┻━━━━┻━━━━┻━━━━┛
碳酸钙价格低，但由于光泽低颗粒大等严重缺点一直未被广泛使用。20世纪40年代轻质碳酸钙推出，软压光技术的发明，塑性颜料的使用。克服了碳酸钙涂料的缺点，出现了100％碳酸钙颜料的涂料配方。一般的涂料配方是瓷土和碳酸钙的配合使用，碳酸钙用在预涂填充纸面，瓷土用在面涂提供良好的光泽。塑性颜料是有机合成颜料，化学组成和胶乳类似，物理结构为中空的球体，具有极好的热塑性，特别是经过软压光后可以很好的改善光泽度，只用在面涂。
高岭土是一种弱酸弱碱盐，是一种矿产品，被分为原生矿床和次生矿床。原生高岭土是由像花岗岩之类的结晶岩石蚀变形成而保留在形成地的那种高岭土，如河北邢台产的高岭土；次生高岭土是由于地质的变化从原生地转移并沉积在一起形成的矿层，如广东茂名，湛江产的高岭土。因矿产的不同，地质和风化程度的不同，其组成和性质有较大区别。一般相对密度为2.57-2.67，折射率1.56，白度80%-90%，是似六角形的片状结构。它的化学组成为：Al2O 3.2SiO 2.2H 2O。高岭土
理想的化学组成为SiO 246.5%,Al2O 333.9,H 2O 14%,一般混有少量的
Fe 2O 3、TiO2、MgO、Na2O、K2O 等成分。不同的高岭土SiO 2和Al 2O 3的比
率不同，其水悬浮液的PH 也不同、大概在5.0-9.0这一范围。高岭土表面存在着游离的酸根和盐基，具有电化学性质，可以形成水分子
形成的水化膜，这使高岭土在水中易于分散。一般说SiO2和Al2O3的分子数越接近2:1高岭土的质量就越好，SiO2的含量高意味着没有风化完全；而Al2O3含量越高，对纸的光泽度和印刷适应性越好；Fe2O3的存在影响瓷土的白度，降低了瓷土的质量；TiO2、MgO、CaO、K2O 均属于瓷土中的杂质，其含量越低，高岭土的质量越好。TiO2存在使得色泽灰暗。K+、Na+等电解质增加，造成分散困难，使涂料的流动性差，甚至絮聚成凝胶状。
高岭土的粒度对印刷涂料纸的性能有很大的关系，此处粒度有两个含义：一个是指料的粒径，另一个是指不同粒径的分布。粒径及粒径分布是评价瓷土质量重要指标，通常用小于2μm粒径所占的百分比来评价。高岭土的粒径大小、形态及分布、影响瓷土的许多物理性质，如光学性质、流变性、纸张的平滑度、光泽度等。一般说小于2μm所占百分数越高，涂布纸的平滑度、白度、光泽度、不透明度越好。但是，太小的粒径含量过大，如0.1μm以下的超细颗粒的存在，会大大降低纸的不透明度和白度，并且颗粒越小，高岭土越难分散，胶黏剂的用量也高；若颗粒过大，涂布时容易形成刮痕，印刷时易从涂层上掉下颗粒状物质形成印刷障碍。所以，一般认为最适当的粒径在0.5-2微米之间，小于2μm所占的比率在80-90%之间。
煅烧高岭土属半合成材料，与天然的高岭土相比相对密度较高，在2.7左右，吸油量也较大。煤矸石经加工制成的煅烧高岭土化学成分基本是：SiO245%、Al2O 338%、烧失量15%、Fe2O 30.5%、TiO21.0%、
其他0.5%。在涂料配方中加入15%-20%的煅烧高岭土，可增加成纸的
松厚度，提高不透明度，减轻压光时亮度和不透明度的降低；由于煅烧高岭土的吸油量增大，可增加成纸的油墨吸收性，从而改进印刷适印性，所以煅烧高岭土越来越多地用在低定量涂布纸、涂布白板纸、高档铜版纸中。
通过这星期的学习，了解了造纸工艺的大概流程，并对其中用到高岭土的地方进行了进一步的学习：造纸填料和涂布颜料的选用条件、用量、作用等；高岭土能用于填料和颜料的原因、对成纸的影响、用量、竞争优势等。因为时间紧迫，还有许多地方不太明白，也有尚未学到的知识，今后的工作中还要不断学习，努力提升。
质技部
2013.1.11
李济源