第二节：加填⏹一、加填的目的和作用⏹1、改变纸的光学性质⏹通过改变折光率和光散射系数，增加纸页的不透明度和亮度，并防止透印。
⏹2、改善纸页的表面性能和印刷适性⏹加填可以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。
⏹3、赋予纸页某些特殊功能⏹如卷烟纸加碳酸钙，改进透气性，调节燃烧速度。
导电纸加入碳黑，以获得导电性。
⏹4、节省纤维原料，降低生产成本⏹填料的价格是几分钱1kg，而纤维原料的价格是几元钱1kg。
因此加填可大大节约纤维用量，并大大降低生产成本。
⏹当然，填料的加入量也不能过大，否则会大大降低纸页的强度指标。
二、填料性能指标⏹1、粒度及其分布（小于2 m的百分率）；⏹2、白度（或亮度）、光泽度；⏹3、相对密度、在水中的溶解性；⏹4、折光率、光散射系数；⏹5、化学稳定性；⏹6、价格。
三、常用填料（Fillers）⏹1、滑石粉（Talc）⏹在国内使用最为广泛，白度较高（96.8%），粒子呈鳞片状，有皂滑的手感。
可提高纸页的平滑度和匀度，改善印刷适性。
对施胶的影响较小，价格低廉。
⏹2、瓷土（Clay）⏹又称高岭土。
使用较广泛。
除折光率较低外，其余性能与滑石粉相似。
此外，瓷土加填对纸页的强度指标影响较大。
3、碳酸钙（Calc ium Carbonate）用于造纸加填用的主要有两种：⏹天然碳酸钙－－⏹研磨碳酸钙、白垩（e\）（Grinding limestone, GCC）人造碳酸钙－－沉淀碳酸钙（Precipitated Products Made Synthetically, PCC）沉淀碳酸钙（PCC）⏹1) 针状体（霰石，aragonite PCC）⏹2) 偏三角面体（scalenohedral PCC）⏹3) 菱形六面体（rhombohedral PCC）4、二氧化钛（Titanium Dioxide）⏹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。
五、填料留着率⏹填料留着率的影响⏹1、纸张的质量；⏹2、产品的成本；⏹3、抄造工艺；⏹4、系统封闭与白水回用；⏹5、环境保护。
（一）纸张填料留着率⏹纸张填料留着率是指纸张种所含的填料量与加入纸料中的填料量的百分比值。
⏹（1）近似值：⏹ A⏹R = ----- x 100% (2-5)⏹ B⏹式中：⏹R----纸张填料留着率，％⏹A----绝干纸中填料的含量，％⏹B----绝干纸料中填料的含量，％⏹注意：该式中未考虑填料的灼烧量、纤维本身灰分以及纤维的流失量等因素。
其计算结果数值偏高。
⏹（2）精确值：⏹0.94 (A-C) (100-B-D)⏹R = ---------------------------- (2-6)⏹(B-C) (100-A-D)⏹C----纤维本身所含的灰分，％⏹D----填料灼烧减量，％⏹0.94----抄纸后纸浆的得率及纤维原料和胶料中⏹的灰分平均含量的总修正系数。
(二) 填料留着机理⏹1、机械截留说：⏹认为填料是由机械过滤作用，截留在纸浆滤层内的。
因而纸张的定量越大，纤维的滤层越厚，填料的颗粒越大，则留着率也越高。
但无法解释细小颗粒留着率高的原因。
⏹2、胶体吸附说：⏹认为填料粒子在水中带有负电荷，并吸附铝离子转变带正电荷，与带负电荷的纤维吸附并沉积在纤维的表面上。
在等电点附近，胶体易于絮聚，从而利于填料留着。
⏹综上所述：⏹填料留着是机械截留和胶体吸附双重作用的结果。
而在某些情况下，吸附的作用更为重要。
（三）填料留着的影响因素（提高留着率）⏹：⏹纸页定量和厚度增加⏹纸浆打浆度提高⏹施胶中硫酸铝用量的适当增加⏹纤维长度的提高⏹白水用量的增加⏹纸料温度的提高⏹上网浓度的提高⏹在纸料中加入助剂填料留着的影响因素（降低留着率）⏹纸机车速的提高⏹操作真空度提高（真空箱、真空伏辊和⏹真空压榨辊等处）⏹纸机网部振幅与频率的增大⏹纸机成型网网目增大⏹上网浓度降低高加填纸的发展趋势高加填纸也是一个造纸科学研究的热点课题。
如90年代中，国外学者采用纤维胞腔加填法（In Situ Lumen Loading），以提高加填率和降低纸页强度的损失。
五、助留助滤剂●（一）助留和助滤作用●助留是提高填料和细小纤维的留着，助滤是改善滤水性能，提高脱水速率。
多数情况下助留和助滤是同时进行的。
助留和助滤的目的●1、提高填料和细小纤维的留着率，减少流失，改善白水循环，减少污染。
●2、改善纸页的两面性，提高纸页的印刷性能。
●3、提高网部脱水能力，从而适应纸机车速的提高。
●●细小纤维概念●细小纤维一般指颗料状物料能通过200目筛网的部分。
该定义包覆了很宽范围内造纸配料中的许多物质，如细小纤维、填料等。
●细小纤维会影响纸页的结构、强度和光学性能。
细小纤维留着率低。
相应的会影响纸机的运行性、清洁性和化学品的效率。
留着的定义包含下面两个定义：●(1) 留着：指送到纸机湿部的物料数量与纸机干燥部纸卷的物料数量之比(一般值为90%～95%)。
●(2) 单程留着：指离开流浆箱的物质量与离开伏辊时纸幅中的物料含量之比(一般为20%～90%)。
流浆箱部分的配料留着包括有三种留着，即单程细小纤维留着、纤维留着和灰分留着。
二、纸料组分的主要留着方式●机械截留和胶体聚集●机械截留是指通过纤维沉淀在运动的织物上形成的网络对细小纤维的截留作用.●胶体聚集是细小组分留着的主要机理，包括由纯细小组分形成的絮凝物以及含有纤维的细小组分絮凝物，在后者中，细小纤维吸附在纤维表面上，这些细小组分随着纤维在纸机成形部被固定并结合在成形浆垫中。
(一)细小纤维的机械截留或过滤作用●机械截留是指通过纤维沉淀在运动的织物上形成的网络对细小纤维的截留作用.●在大量的细小纤维机械截留之前，纤维要形成一定厚度的浆垫，当纤维形成浆垫后，更多的细小纤维就会在更密的浆垫上被截留。
这一过程将会导致纸幅在网子的一面粗糙，而在毛毯一边形成平滑、致密的结构。
一般可通过控制定量来改变留着，良好的成形可通过均匀的浆垫来过滤细小纤维，促进细小纤维有更好的留着。
同样如果通过胶体机理形成的絮团越大，细小纤维的留着率就越大。
(二) 细小组分的胶体聚集●胶体聚集是细小组分留着的主要机理，包括由纯细小组分形成的絮凝物以及含有纤维的细小组分絮凝物，在后者中，细小纤维吸附在纤维表面上，这些细小组分随着纤维在纸机成形部被固定并结合在成形浆垫中。
助留、助滤剂的应用常用助留、助滤剂的种类● 1. 无机盐类●主要有硫酸铝、聚合氯化铝和氯化钙，其中硫酸铝是用量最大。
在造纸逐步转向中性抄造的现阶段，硫酸铝的消费量虽然正在逐年减少，但仍不失为一种主要的助留剂。
● 2. 天然有机聚合物类●主要有阳离子淀粉、阳离子瓜豆胶和壳聚糖等，其中阳离子淀粉是用量较大的一种，它对促进全程留着率和细小组分留着率均有重要的作用。
● 3. 高分子聚合物类●可分为非离子型、阳离子型、阴离子型和两性型等四类。
其代表是聚丙烯酰胺类聚合物。
由于聚丙烯酰胺（PAM）价格低廉及其改性产品的研制，使其成为有机高分子电解质的主要品种。
●此外，还有聚胺(PA)、聚乙烯亚胺(PEI)、聚酰胺(PPE)和聚环氧乙烷(PEO)等。
合成聚合物特性如下：●主键结构：聚丙烯酰胺、聚胺、聚乙烯亚胺、聚酰胺、聚氧化乙烯。
●平均相对分子质量：低相对分子质量：1～10万；中相对分子质量：10万～100万；高相对分子质量：100～500万；特高相对分子质量：500万以上。
●电荷类型：非离子型、阳离子型、阴离子型、两性型。
●电荷密度：低电荷密度1%～10%，中电荷密度10%～40%，高电荷密度40%～80%，特高电荷密度80%～100%。
●高分子量、低电荷密度的絮凝剂，常常用在高剪切力和湍流条件下细小粒子的留着上。
而低分子量、高电荷密度的阳离子产品则在低剪切力的造纸系统中用于电荷改性和留着方面。
1. 聚丙烯酰胺(PAM) 类●非离子型聚丙烯酰胺通过自由基链反应制备，由于聚丙烯酰胺聚合物是非离子型的，对纤维的亲合力小，故不是很好的助留剂。
为了增加有效性，必须在分子中引入离子基团。
一般有两种方法：(1) 丙烯酰胺与其他阴离子或阳离子的乙烯基单体共聚：用在共聚中的阳离子乙烯基单体通常是三甲胺甲基丙烯酸酯，如图所示，阳离子PAM在整个pH值范围内都有正电性。
(2) 非离子型聚丙烯酰胺的改性：通过改性使非离子聚丙烯酰胺分子上结合一个阳离子基团，通常应用Mannich反应来实现，如图所示。
这样形成的叔胺在酸性造纸系统中是阳离子化的。
●阳离子PAM应用在造纸时，通常含有20%～70%的阳离子基团，高分子量、低电荷量。
●阴离子PAM的生产可通过丙烯酸和丙烯酰胺共聚或通过PAM中氨基的水解，得到的产物是含有丙烯酰胺和丙烯酸基的一个混合物，由于丙烯酸的羧基是一个弱酸，一般在酸性条件下带电荷比在碱性条件下少。
在pH=2.8时，它将变为零电荷状态。
●PAM通常以乳液或以粉末状供应，使用之前要经过两步：第一，溶液或粉末在高剪切力清水作用下稀释到1%～2%固含量的溶液。
第二，一旦聚合物颗粒完全溶解，溶液就可稀释到非常低的浓度后再加入到浆中，必须在24h内制备以减小聚合物的降解，暴露在高剪切力下时会降解更快。
2. 聚胺( polyamine )●聚胺可通过二甲胺和环氧氯丙烷反应制得,带电荷的氮原子存在于分子主链中。
该产品具有低中等分子量和高电荷密度，通常不作为单组分留着系统而使用，与阴离子PAM一起用在二元助留体系中，聚胺通常以40%～50%的水溶液供应。
3. 聚酰胺多胺环氧氯丙烷●经过己二酸和二乙烯三胺缩聚，然后再与少量的环氧氯丙烷反应可生成阳离子聚酰胺—环氧氯丙烷树脂，其分子量较高，可作为助留剂，产品具有高电荷密度，也可作为湿强树脂使用，通常以20%～30%的溶液供应。
4. 聚二烯丙基二甲基氯化胺(poly-DADMAC)●聚二烯丙基二甲基氯化胺是一个中等相对分子质量(10万～100万) 的阳离子聚合电解质，其合成是通过二烯丙基二甲基氯化胺（DADMAC）聚合而成，具有高电荷密度。
聚合物通常以30%～50%的水溶液，最初用作电荷中和剂与干扰物反应，也可作为二元助留体系中的阳离子组分。
5. 聚氧化乙烯（PEO）●聚氧化乙烯对木素中酚基有较强的亲合力，因而会很强地吸附在机械木浆上，是一种很好的机木浆细小组分的助留剂。
它的合成是通过有催化剂的氧化乙烯聚合而成，如图7-6所示，PEO助留剂的相对分子质量大约为400万，其阴离子电荷度很低。
6. 聚乙烯亚胺（PEI）聚乙烯亚胺是通过乙烯亚胺在酸性催化剂、聚合物添加剂下开环聚合而成。
如图所示。
在支链结构中含有伯、仲、叔氨基，电荷密度随pH而变化，在酸性条件下，聚合物有很高的电荷密度，分子量分布范围较宽，PEI产品以15%～20%的碱性溶液供应，一般作为助留剂和电荷中和剂。