目前，造纸工业所用填料一般为无机矿物性的，填料与纸浆纤维在结构形态与物理化学性质方面的差异将减少纤维间的结合，对纸张和造纸过程产生不利影响，造成纸张强度下降与纸机的磨蚀，并增加白水循环体系中细小组分的含量等，这在一定程度上增加了填料应用的困难性及复杂性，还会增加废水处理系统的负荷及运行成本。因此如何充分利用矿物填料造纸的性质降低生产成本，改善纸张性质，并尽量减小或避免填料对纸张的不利影响将成为今后造纸填料研究的重点。本文对国内外矿物填料造纸的类型及加工途径进行综述，对无机矿物填料造纸表面的改性方法进行了分类介绍，并对矿物填料造纸的发展趋势进行预测，以期为相关研究与开发提供参考。

　　1矿物填料造纸的类型及加工方法

　　目前造纸工业常用填料主要包括以下几类：

　　1.1天然矿物填料造纸

　　天然矿物填料造纸主要包括高品质天然矿物直接经过机械研磨或者简单化学加工处理而得到的粉体或浆料制品，如高岭土、滑石粉、重质碳酸钙等。

　　1.1.1高岭土（白土）

　　高岭土是一种天然矿物，主要矿物成分是高岭石，是造纸业最通用和消耗量最大的白色颜料，也是较常用的造纸填料，印刷与书写用纸是造纸级高岭土的主要消费领域。高岭土具有可塑性、分散性、耐火性、绝缘性等多种工艺性能，将其用作造纸填料，能提高纸张印刷性能、平滑度、白度等，但若用量过大会影响纸的物理强度和施胶度。高岭土资源遍布世界各地，在我国，高岭土矿点有700多处，可用作造纸填料的高岭土资源非常丰富，其产品主要有水洗高岭土和煅烧高岭土两种。前者主要有分散、除砂、分级、除铁、浮选、漂白等工艺；而后者则需经纯化处理（除铁、钛、石英等）、超细粉碎及煅烧处理才能得到，加填煅烧高岭土可显着提高纸张的油墨吸收性能。

　　1.1.2滑石粉

　　滑石粉即水合硅酸镁，理论分子式为3MgO·4SiO2·H2O，其主要矿物成分为一种具有层状结构的硅酸镁水合物。我国滑石资源非常丰富，纯度很高，经加工后的滑石粉白度高、密度大、折光指数高，是我国造纸工业传统的、用量较大的非金属矿填料。不同种类的纸张对滑石的物理特性要求不同，低档造纸填料级滑石的非滑石组分可以高达65%以上，对滑石类型、粒子形态等没有过高要求，高档造纸填料级的滑石则需要和其他矿物材料（如碳酸盐等）进行复配。我国滑石矿储量巨大，品质优良，通常情况下，采用干法超细加工方法（粗碎、细磨、分级等）即可得填料级滑石；对于原矿质量较差或者填料级别要求较高的滑石，可采用湿法选别（水力旋流器分级、湿法磁选、泡沫浮选、压滤、干燥等）来获得。

　　1.1.3重质碳酸钙

　　重质碳酸钙，简称重钙（GCC），主要是由天然方解石经机械加工而得，其主要化学成分为CaCO3，具有白度高，粒度小的特点，作为造纸填料可以显着提高纸页不透明度，增进纸张柔软性，提高油墨吸收性能，是一种比较理想的造纸填料。但是碳酸钙在酸性条件下会分解产生二氧化碳气体，因此其应用受到一定限制。近年来，世界范围的酸性造纸向中性和碱性造纸的转变给碳酸钙在造纸工业中的应用带来了生机。用机械方法（用雷蒙磨或其它高压磨）直接粉碎天然的方解石、白垩、贝壳等就可以制得粒度较粗的普通造纸填料级碳酸钙颗粒，高品质造纸级碳酸钙还需经过水洗、手选，振动筛除杂，粗碎，粉碎，分级等工艺。而碳酸钙的湿法生产在我国20世纪90年代以后才陆续建立，主要加工设备主要有研磨剥片机等，湿法生产的碳酸钙产品粒度分布均匀，吸油量少，主要用于造纸涂料。

　　1.2人造矿物填料造纸

　　人造矿物填料造纸是指以天然非金属矿物或化工厂的副产品为原料，经化学合成方法生产的产品，如轻质碳酸钙、硫酸钙、钛白粉等。

　　1.2.1轻质碳酸钙

　　轻质碳酸钙，又称沉淀碳酸钙，简称轻钙（PCC），是由化学加工方法制得的。将石灰石等原料煅烧生成石灰和二氧化碳，再加水消化石灰生成石灰乳，通入二氧化碳，碳化石灰乳生成碳酸钙沉淀，经脱水、干燥和粉碎即可制得轻钙产品。轻钙粒度一般比重钙小，但是表面较粗糙，比表面积大，因此吸油值较高，但随着轻钙比表面积的增大，施胶效率也随之降低，颗粒间小的间隙影响了纤维之间的结合，纸页的强度也因此降低。因此应根据纸张要求的不同合理选择造纸填料。

　　1.2.2二氧化钛

　　二氧化钛又称钛白粉，分子式为TiO2，造纸填料级二氧化钛一般选用锐钛矿型二氧化钛，由钛铁矿经硫酸分解、除杂、水解即可制得。二氧化钛粒度小，水溶性低，表面活性高，折射率和散射系数高，不但能增强纸张物理强度，还具有提高纸张的不透明度、白度，增加纸张的柔软性等诸多优点，是一种高级高效的造纸填料，主要用于高级纸张及薄型纸张的生产。在低定量纸的生产中，为兼顾纸张性能与生产成本，可以采用TiO2与其他较廉价的填料混合加填。此外，TiO2的一些特殊功能还使其在特种功能纸的生产中得到广泛应用。关于二氧化钛的合成，目前主要有干法及湿法两种途径。前者主要指激光气相合成法，后者主要包括水热合成法，水解法，溶胶凝胶法，相转移法，W/O微乳液法等。但是由于钛矿供应紧张且价格昂贵，二氧化钛目前只应用某些具有特殊要求的高档纸张，或者二氧化硅、氧化铝等其他填料配合使用，其应用范围受到限制。

　　1.2.3硫酸钙晶须

　　硫酸钙晶须（又称石膏晶须）是矿物纤维的一种，集增强纤维和超细无机填料二者的优势于一体，而且化学性能稳定，具有白色光泽，是一种性能优良的造纸填料。长径比较大（≥100）的晶须是制造特种石膏纸的优良材料，可节省高达70%的纸浆；长径比较小（≤50）的晶须可以作为纸张的高级填料，不但可以降低植物纤维的消耗，又能减少造纸废水的排放。CaSO4晶须的制备方法多种多样，以石膏为原料主要有水热法和常压酸化法两种制备途径，而以钙盐为原料则可以通过有机介质合成法得到粒度较低的晶须产品，此外，以废卤渣及氨碱厂废液与卤水为原料都可以制成合格的硫酸钙晶须。目前硫酸钙晶须作为造纸填料的应用还处于实验研究阶段，由于水溶性高而导致的低留着率仍是限制其应用的瓶颈，因此寻找一种合理有效的方式对硫酸钙进行表面改性进而降低其水溶性将成为今后硫酸钙晶须研究的重点。硫酸钙晶须虽然还没有在造纸业广泛应用，但该材料作为一项科技新产品，应用前景非常广阔。

　　1.2.4硅酸盐类填料

　　硅酸盐类填料为一种新型的人造无机填料，主要是由硅酸盐与其他无机化合物形成的一种硅化物，对改善纸张强度、白度等性质等有较好的效果，但是此类填料生产成本普遍较高。目前较为成熟的技术有合成硅铝填料与合成硅酸钙填料。前者需要在激烈搅拌条件下，把水玻璃加入到硫酸铝溶液中，所得无定形葡萄状沉淀即为最初的填料产品；后者主要是用水玻璃、盐酸和氯化钙制成。实验证实，硅酸铝纤维的加入使得纸张灰分、留着率、白度与不透明度等性能均有所提高，但是纸张抗张、耐折强度等有所降低。同时，硅酸铝填料用作功能纸填料时还可提高纸张导电率。

　　1.3特殊填料

　　特殊改性填料是一种新型填料，多指采用物理涂覆、化学包覆、胶囊化改性等现代改性技术制造的各种高性能填料，如聚乙烯粉、淀粉-脂肪酸复合物等。此类物质均以填料形式加入纸浆，留着率较高，具有改善纸张物理性能及施胶效果等功能。

　　近年来，随着资源的紧张与环保要求的提高，一些林业资源贫乏的国家变废为宝，以废旧皮革为填料，减少纤维消耗。将废旧皮革碎解，并用苯乙烯、丙烯酸乙酯等不同化学试剂分别处理后与蔗渣浆混合，进行抄纸，结果证明浆料的热稳定性因皮革屑的加入而得到提高，抗水性和透气性也得到不同程度提高。此法不但降低了纸张生产成本还减少了废皮革对环境的污染，为相关产业的循环发展提供了借鉴。

　　2矿物填料造纸的化学改性技术

　　目前造纸工业最常用的三大类填料是：碳酸钙、高岭土、滑石粉，但是随着造纸技术的发展及对纸张性能要求的提高，二氧化钛、硫酸钙、硅酸钙等矿物材料在造纸填料中所占比例也将越来越多。上述填料均为无机矿物材料，在实际应用过程中普遍存在与纸浆纤维结合能力差的问题，不但影响纸张质量也会因填料流失造成原料的浪费，并增加水处理负担。为减轻或避免此类负面效应，充分利用不可再生的天然矿物资源，在开发造纸填料方面的研究主要集中于对填料进行表面改性上。本文根据改性方式的不同，从以下几个方面来介绍矿物填料造纸的表面改性技术。

　　2.1碳水化合物沉淀包膜改性

　　可再生碳水化合物诸如淀粉、羧甲基纤维素、壳聚糖等与纸浆纤维具有良好的相容性，在一定条件下可在填料粒子表面形成一层疏水溶解的天然高分子沉淀膜。采用此法改性，操作简单，实用性强。

　　2.2聚合物连结-絮聚技术改性

　　某些聚合物在水中可以吸附到填料表面，提高填料与纸浆纤维的结合能力，当聚合物分子量较大时，还会以架桥机理形成絮聚，一般来讲，分子链越长的聚合物絮凝能力越强。采用聚合物改性填料，会使细小组分之间连结并形成较大空隙，不但可以提高留着率，还可以加快滤水。

　　2.3无机物改性

　　为改善填料在造纸中的应用性能，在一定条件下，可将特定无机化合物用于填料的改性处理。利用无机化合物在填料颗粒表面的沉淀反应或者螯合反应，在颗粒表面形成一层或多层“包膜”，已达到改善填料表面性质的目的。

　　此外，国外还有相关专利报导了二氧化碳，氟化氢酸性气体，氯化锌，铝盐无机化合物等物质用于造纸用碳酸钙的溶解抑制及改性，此类研究对于启发其他填料的改性方式、降低造纸成本等具有重要意义。

　　2.4偶联剂改性

　　低分子量的无机聚合物偶联剂，一部分官能团可与填料发生化学反应，另一部分官能团可与纸浆纤维表面形成静电结合，形成牢固的粘合，起到分子桥偶联作用，若能合理使用会增加填料的用量及利用价值。

　　3矿物填料造纸的发展趋势

　　造纸工业原料的成本在造纸总成本中占据相当大的比例，原料价格的高低与企业的盈亏息息相关，因此选择质优价廉的原料，加大矿物填料造纸的添加比例，不但可以节省日益紧张的植物纤维，还可以增加企业盈利，实现环境效益与经济利益的双赢。

　　矿物填料造纸在纸料中占有较大比例，在改善纸张性能及降低生产成本方面的优势不断凸显，其相关研究极具潜力。目前矿物填料造纸的主要发展趋势有：

　　（1）纸张中矿物填料造纸含量不断增大；

　　（2）矿物填料造纸种类多样化、复合化，功能性填料、新型填料投入应用，且用量不断增长；

　　（3）矿物填料造纸形状纤维化、多样化、多孔化。随着造纸工业的发展和环保要求的提高，造纸行业若要改变其原有的高能耗、高污染的特点，就必须提升装备水平并改善原材料结构，矿物填料造纸及其改性工程必将成为一个重要的研究方向，相关研究与技术的不断发展必将对造纸工业产生深远的影响。