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造纸制浆基础知识培训 主要内容 造纸纤维类型 纤维原料 木材纤维原料 非木材纤维原料 矿物纤维 化学合成纤维 动物纤维 植物纤维 针叶木 阔叶木 裸子植物门松柏纲植物因叶多为针状 故称为针叶木 商业上称为软木 如 云杉 冷杉 马尾松 落叶松 红松 白松 被子植物门的木本植物是阔叶的 故称为阔叶材 商业上称为硬木 如 杨木 桦木 枫木 桉木 榉木 槭木 相思木等 禾本科纤维原料 韧皮纤维原料 籽毛纤维原料 叶部纤维原料 针叶木 西部铁杉Tsugaheterophylla 叶部 针叶木 阔叶木 杨木 植物纤维 洞庭湖湿地出产的芦苇 草类纤维 竹子 竹类纤维 棉花 种毛纤维 木材纤维的性质 木材的化学成分 植物纤维原料主成分包括纤维素 半纤维素和木素三种 次成分包括果胶 淀粉 丹宁 色素 树脂 脂肪 蜡质 灰分等 一般来说 阔叶木纸浆比针叶木纸浆含有较多的半纤维素 28 42 和较少的木素 17 25 阔叶木中的纤维素含量与针叶木的近似 40 48 硫酸盐法制浆后 针叶木和阔叶木纸浆的纤维素含量增加 而半纤维素 木素和抽提物的含量减少 纤维素存在于一切植物的细胞壁内 是植物纤维的主要成分 约占40 98 它是在制浆过程中应极力设法保留的部分 半纤维素是非纤维素的碳水化合物 半纤维素的结构疏松无定形 易于吸水润胀 易溶于稀碱液 半纤维素也是在制浆过程中应该极力保留的部分 木素是由苯丙烷结构单元构成的芳香族的天然高分子化合物 不是单一的物质 是这一类性质相似物质的总称 是一种无定形结构的物质 原料中含木素愈多 则制浆愈困难 因木素使纤维互相粘在一起 化学制浆就是用化学药品使纤维原料中的木素溶出 使纤维互相分离成浆 细胞壁的结构组成 无定形半纤维素和木素位于微纤丝之间的空间 细胞壁由嵌在半纤维素和木素的无定形基质中的纤维素微纤丝组成 纤维素骨架中的最小结构单元 葡萄糖基 纤维素分子链 微纤丝 纤丝 细胞壁 以纤维素的微纤丝状态存在于细胞壁中 赋予细胞拉力强度 在细胞壁的各个层次按不同的方向排列 起到骨架物质的作用 微纤丝的排列方向不但决定着木材各向异性的特征 而且分出了细胞壁的各个壁层 指半纤维素和其它碳水化合物 渗透于骨架物质 增加细胞的刚性 木素 遍布于细胞壁之中 使细胞获得硬度 木材纤维的性质 细胞壁的结构 细胞壁各层的理化结构 细胞类型 典型纸浆纤维的一些形态学性质 主要内容 制浆造纸技术 制浆 什么是制浆 将造纸原料分散为单根纤维的过程叫制浆 获得的产品称为纸浆 制浆目的 溶出原料中的木素 使原料分离成单根的纤维 增加纤维的比表面积 单位重量纤维的表面积 制浆 制浆的基本要求 在纤维尽量不受或少受损失的前提下 消耗较少的动力 将植物纤维分离成单体纤维 使浆料具备一定的比表面积和交织性能 为纤维之间的重新结合创造条件 制浆的基本过程 备料 制浆 洗涤 筛选 漂白 筛选 制浆前把粗长的木材 禾草切成小块的料片并去除杂质的操作 制浆方法 化学法制浆 化学法制浆原理 用化学药液蒸煮料片 在高温下化学药剂与料片中的木素反应生成水溶物 使纤维分离分散成为浆料 化学浆的特点 这种方法制得的纸浆大致保留了纤维的天然长度 去除了大部分木素 能用来生产强度高 柔软的高档纸 缺点 得率低 污染大 机械法制浆 用物理方法将植物纤维原料分散成纤维 生产过程中不使用任何化学药品 原理 通过机械摩擦 剪切 撕裂 切割等作用将原料分散成纤维 特点 得率高 无污染 因保留了所有成分 杂细胞 木素 及对纤维的切断 使得用这种浆生产的纸强度低 发脆 漂白后发黄等 化学机械法制浆 先用温和的化学法处理原料 然后磨解成浆 特点 两段制浆 包括化学预处理和机械后处理两个阶段 化学预处理 浸渍 是用化学药剂将原料的非纤维成分溶解掉 实现纤维的软化 使纤维组织松弛 更适于磨浆 生物法制浆 以微生物或其制品 酶 对木片进行预处理 然后用机械法或化学机械法制浆 生物处理的目的 有选择性地分解 降解 原料中的木素 尽可能减少碳水化合物的损失 从而降低磨浆能耗 减轻废水污染 提高制浆强度 制浆纤维机械改性 又称叩解 凡是浆料中的纤维受到剪切力的作用均称为打浆 利用机械作用处理悬浮于水中的纸浆纤维 使其具有适应在造纸机上生产所要求的特性 并使所生产的纸张能达到预期质量的操作过程 打浆 打浆的目的和意义 打浆术语 1 打浆度 也叫叩解度 表示纸浆滤水快慢的程度 衡量打浆情况的一个指标 2 纤维长度 通常是指纸料中纤维的平均长度 3 纤维湿重 是间接表示纤维长度的一个指标 使一定量的稀释纸料通过框架 称量挂在框架上的湿纤维重量即为纤维湿重 4 纤维帚化率 是指纸料中经打浆后纤维受到分丝帚化的数目占总纤维数目的比率 5 保水值 指在一定条件下用高速离心机甩去纸料中的游离水而保留纤维内的结合水 用以表示纤维润胀和细纤维化的程度 从而间接的衡量纤维之间结合力的大小和预计到成纸的强度 用结合水量对绝干纤维量 表示 即 保水值 甩干后湿浆重 绝干重 绝干重 100 一 打浆对纤维的作用 细胞壁的位移和变形打浆的机械作用是次生壁中层的细纤维同心层发生位移和变形 使细纤维之间的间隙增大 水分子更容易渗入 为纤维的润涨创造了有利条件 使纤维变得柔软 对初生壁和次生壁外层的破除起到了重要的促进作用 初生壁和次生壁外层的破除由于初生壁和次生壁外层木素含量较多 能透水而不能润涨 并紧紧地束缚次生壁中层 使次生壁中层的细纤维得不到松散和润涨 需要通过打浆的机械作用和纤维之间的相互摩擦将初生壁和次生壁外层破除 才能使次生壁中层充分的润涨和细纤维化 润胀难以润胀的P层和S1层被破除后 S2层便开始润胀 由于S2层的各向异性的结构 因而有可能发生润胀 润胀的结果 有使纤维直径增大的趋势 并变得柔软可塑 又因吸水润胀 纤维的比容有所增加 使纤维细胞壁的结构变得松弛 降低了细纤维之间的内聚力 为打浆机械的进一步细纤维化作用提供了基础 润胀与纤维中所含的亲水性物质 即半纤维素 有关 横向切断切断 纤维横向发生断裂的现象 纤维的切断与润胀有一定的关系 纤维吸水润胀后具有良好的柔韧性 纤维就不容易被切断 纤维润胀不良而挺硬时 则容易切断 纤维切断后 断口增加 有利于水分的渗入 又能促进纤维的润胀作用 纤维切断 有利于纤维的分丝帚化和细纤维化 长纤维经适当切断后 可以提高纸张的匀度和平滑度 但过度切短会降低纸张的强度 特别是撕裂度 所以应根据纸种的要求和原料的特性 严格控制纤维切断的程度 细纤维化作用是指纤维的纵向分裂和帚化作用 纵向分裂 从纵向将纤维劈开 帚化 是指纤维两端的分丝和起毛现象 纵向分裂 帚化 二 打浆对杂细胞的作用 杂细胞的特点 壁薄且呈粗粒状 纤维素含量低而半纤维素含量高 薄壁细胞易打烂 半纤维素含量高易润胀 粗粒状则刀片难以 抓 到 一旦抓到 即被打烂 因此杂细胞在打浆过程中主要是润胀和打烂 而不能细纤维化 这也是草浆难打浆的原因 纤维数量大 打浆过程中 各根纤维所受外力不同 受到摩擦 挤压等力较大的纤维 其初生壁和次生壁外层的除去较易些 因而纤维吸水润胀和细纤维化较好 反之 有的纤维在破除初生壁和次生壁外层之前 就受到较强的剪切力作用 纤维受到横间切断的可能性就较大 因此 在打浆过程中往往出现这样的现象 在打浆初期即有一小部分纤维吸水润胀并产生细纤维化 而在打浆后期还有的纤维的初生壁和次生壁外层尚未破除 如果后一现象较多时 即说明打浆很不均匀 因而 在打浆过程中 应尽量采取措施 保证打浆的均匀性 打浆对纤维性能的影响 打浆度 纤维润胀和细纤维化 比表面积 游离羟基 结合力不断 结合力起始上升快 说明润胀和细纤化很快 中期上升渐慢 说明外表已暴露 结合面积增加速度越来越慢 后期 曲线逐渐平直 说明已高度细纤化 再进一步提高结合面积已很困难 结合力达到最高点 纤维平均长度近乎直接下降 其斜率大小取决于打浆方式 如重落刀 纤维长度下降快 反之轻落刀 纤维切断少 纤维平均长度下降慢 结合力和纤维平均长度是影响其他指标的主要因素 打浆对纤维性能的影响 裂断长裂断长是造纸生产中衡量纸页的抗张强度指标 主要受纤维间结合力和纤维平均长度的影响 同时与纤维的交织排列和纤维自身的强度等也有关 曲线特征 初期上升很快 中期缓慢并达到最高点 后期下降 在打浆初期 主要影响纸张裂断长的是纤维结合力 随着打浆时间的延长 纤维结合力虽然也继续有所提高 但是由于纤维平均长度的继续下降 也会影响到裂断长的变化 这种对比关系 自然就会使纸张的裂断长产生转折点 而转折现象产生的早晚则与打浆方式有密切的关系 此外 纤维本身的强度和在造纸机铜网上形成纸张的过程 也会在一定程度上直接影响纸张的裂断长 打浆对纤维性能的影响 耐折度指在一定张力下所能承受的180 往复的折叠次数 主要影响因素 纤维的平均长度 纤维结合力 纤维在纸页中的排列 纤维本身的强度和弹性等 最主要的是纤维平均长度 撕裂度表示纸张抗撕裂的能力 主要影响因素是纤维的平均长度 其次是纤维结合力 纤维排列方向 纤维强度和纤维交织情况 紧度主要影响因素 打浆度 制浆种类 半纤维素含量 网上脱水情况及压榨和压光的压力等 制浆的打浆度越高 半纤维素含量越多 加压越大 成纸的紧度就越大 不透明度主要影响因素 纤维结合力 打浆度越高 不透明度越低 伸长率和伸缩性伸长率指纸张受到张力至断裂时 伸长的百分率 伸缩性是表示纸张浸入水中或在不同湿度增湿或减湿时 尺寸的变化 伸长率和伸缩性都随打浆度的提高而上升 主要影响因素 打浆方式 制浆种类 纤维素的含量 纤维本身的强度和弹性 纤维的长度和纸页干燥时所受的张力大小等 吸收性和透气度吸收性表示纸张吸收水或其他液体的能力 透气度是鉴别纸层中间含有空隙的程度 也是检查纸张防潮能力的指标之一 吸收性 透气度随着打浆度的增加而降低 与结合力曲线相对称 打浆的基本矛盾 影响纤维结合力的主要因素 纤维性质对纸性能的影响 一 纤维越短 越利于成型 纤维越细 匀度越好 长纤维易絮聚 纤维长度和粗度均降低时 纤维有形成一个更加紧凑的网络系统趋势 抗张强度取决于纤维的长度和纤维的内在强度 当纤维结合较弱时 抗张强度主要受纤维结合的控制 如果纤维结合程度大 抗张强度主要受纤维内在强度的影响 抗张随纤维长度增加而提高 但当纤维长度达到一定程度时 抗张强度主要受纤维强度控制 不再受纤维长度的影响 纤维性质对纸性能的影响 二 纤维越长 结合越好 耐破度越大 纤维粗度越大 松厚度增大 耐破度降低 纸张撕裂度的变化基于纤维结合的变化 最初 随结合程度 撕裂度 当达到某一最大值后 随结合程度进一步 撕裂度 当纤维较长 有足够的结合时 撕裂度与纤维强度的平方成正比 如果纤维较短 结合较差 撕裂度对纤维强度的依赖性减弱 耐折度随着纤维长度和纸页紧度的增加而提高 纸的散射系数和不透明度随着纤维粗度的下降而降低 长纤维由于其高分子量 能提高纸页粗