第二章包装纸和纸板造纸

1、包装材料学 Materials for Packing Goods (packaging material) 第二章第二章 包装纸和纸板包装纸和纸板 Packaging Paper and BoardPackaging Paper and Board 1 纸和纸板纸和纸板 纸和纸板是一种古老的包装材料，即使在现代工业包纸和纸板是一种古老的包装材料，即使在现代工业包 装中，特别是在塑料的冲击下，仍然占据着重要位置。装中，特别是在塑料的冲击下，仍然占据着重要位置。 (1) 用于包装的纸和纸板占纸和纸板总产量的用于包装的纸和纸板占纸和纸板总产量的55%； (2) 在所有包装材料中纸包装材料占在所有包

2、装材料中纸包装材料占40 50%； 预计到预计到2010年纸类包装材料与纸容器的产量将分别增年纸类包装材料与纸容器的产量将分别增 加到加到2700万吨和万吨和3600万吨。万吨。 不论是过去，现在和将来，纸都会是一种主要包不论是过去，现在和将来，纸都会是一种主要包 装材料，因为纸具有其特点。装材料，因为纸具有其特点。 优点：优点： 原料来源广泛，价格低廉，易大批量生产。原料来源广泛，价格低廉，易大批量生产。 重量轻，易加工，耐高低温性能较好。重量轻，易加工，耐高低温性能较好。 易装潢印刷（吸收油墨）。易装潢印刷（吸收油墨）。 易回收再利用（绿色环保）。易回收再利用（绿色环保）。 缺点：缺点：

3、阻隔性、强度低（加工纸解决）。阻隔性、强度低（加工纸解决）。 耐水性差（加工纸解决）。耐水性差（加工纸解决）。 一、纸和纸板的制造过程一、纸和纸板的制造过程 造纸：造纸： 就是将植物纤维（主料），经过加工处理并添加就是将植物纤维（主料），经过加工处理并添加 有关物质（胶料、填料、颜料），而制得纸张的整个有关物质（胶料、填料、颜料），而制得纸张的整个 过程。过程。 基本工艺过程：基本工艺过程： 造纸 纸或纸板 制浆 纸浆原料 （一）（一）原料原料 1990年主要用浆种比例 14% 58% 28% 2002年主要用浆种比例 21% 32% 47% 木浆 用量 非木 浆用 量 废纸 浆用 量 我国造

4、纸工业纤维原料结构的变化我国造纸工业纤维原料结构的变化 1、纤维种类：植物、非植物原料和废纸。、纤维种类：植物、非植物原料和废纸。 2021-4-25第二章包装纸和纸板造纸 我国废纸利用快速增长的原因：我国废纸利用快速增长的原因： 、国家政策支持；、国家政策支持； 、造纸原料结构调整；、造纸原料结构调整； 、纤维原料短缺；、纤维原料短缺； 、废水处理投资少、成本低；、废水处理投资少、成本低； 、废纸处理设备较成熟可靠、投资少、见效快；、废纸处理设备较成熟可靠、投资少、见效快； 、提高产量、降低成本；、提高产量、降低成本； 、减少森林砍伐、保护环境和生态平衡；、减少森林砍伐、保护环境和生态平衡；

5、 2021-4-25第二章包装纸和纸板造纸 1针叶木（软木）：云杉；红松；落叶松。针叶木（软木）：云杉；红松；落叶松。 、木材类木材类 （30%） 2 阔叶木（硬木）：杨木；桦木；枫木。阔叶木（硬木）：杨木；桦木；枫木。 1 禾草类：甘蔗楂；稻；麦草；芦苇禾草类：甘蔗楂；稻；麦草；芦苇 。 、非木类非木类 2 竹类：毛；楠；慈竹竹类：毛；楠；慈竹 （70%） 3 其他：棉；麻（亚、大、红等）；皮。其他：棉；麻（亚、大、红等）；皮。 植物原料植物原料 （2）非植物原料）非植物原料 无机纤维无机纤维 玻璃、陶瓷（耐热纸）；石棉（滤纸，吸附性）；玻璃、陶瓷（耐热纸）；石棉（滤纸，吸附性）； 碳、金属

6、纤维（导电性）碳、金属纤维（导电性） 生产时：生产时： 拉成丝、切成段，单独或与植物纤维混合，适合在拉成丝、切成段，单独或与植物纤维混合，适合在 特殊商品的包装。特殊商品的包装。 特点：特点： 具有良好的绝缘、隔热、吸附或导电的性能。具有良好的绝缘、隔热、吸附或导电的性能。 合成纤维合成纤维 主要包括：主要包括： 、粘胶纤维；、粘胶纤维； 、聚烯烃（、聚烯烃（PE、PP、PVC等）纤维；等）纤维； 、尼龙（、尼龙（PA）纤维；）纤维； 、涤纶（、涤纶（PET）纤维等。）纤维等。 特点：特点： 机械强度较高，防潮耐水，耐腐蚀，尺寸稳定性机械强度较高，防潮耐水，耐腐蚀，尺寸稳定性 好等，非常适合于

7、商品包装使用（如茶叶袋滤纸）。好等，非常适合于商品包装使用（如茶叶袋滤纸）。 （3）废纸）废纸 某种意义上讲，仍属于植物纤维原料，有人称二次纤某种意义上讲，仍属于植物纤维原料，有人称二次纤 维，是造纸的重要原料来源之一（因不需要制浆手续，维，是造纸的重要原料来源之一（因不需要制浆手续， 分选后直接用于造纸）。分选后直接用于造纸）。 占造纸原料：占造纸原料： 我国为我国为40%左右；发达国家为左右；发达国家为50%以上。以上。 使用时要分类：使用时要分类： 用于高档纸生产，需分选和用于高档纸生产，需分选和 脱墨；脱墨； 一般用于瓦楞芯一般用于瓦楞芯 原纸生产。原纸生产。 特点：特点： 节约能源，

8、降低成本。但反复使用会质量下降。节约能源，降低成本。但反复使用会质量下降。 2021-4-25第二章包装纸和纸板造纸 1、节约原料，增加生成、节约原料，增加生成 全世界木材年需求量全世界木材年需求量20亿亿M3以上，年增长率不低于以上，年增长率不低于25； 生产生产1t再生新闻纸浆比生产再生新闻纸浆比生产1t磨木浆节约木材磨木浆节约木材2M3，生产，生产1t高白高白 度废纸脱墨浆比生产度废纸脱墨浆比生产1t漂白化学浆节约木材漂白化学浆节约木材5M3 。 2、减少污染，保护环境、减少污染，保护环境 废水的污染负荷轻，耗水量少，无废气污染，减少木材砍废水的污染负荷轻，耗水量少，无废气污染，减少木材

9、砍 伐率，有利于生态平衡和保护环境。伐率，有利于生态平衡和保护环境。 3、节省能源，降低能耗、节省能源，降低能耗 生产1T再生新闻纸浆比生产1T磨木浆节约能耗75左右， 生产1T高白度脱墨浆较生产1T化学浆节约能耗50以上。 4、节约投资，降低成本、节约投资，降低成本 投资只需原浆浆厂的2530，废水处理设施的投资低于 原浆浆厂，废纸浆的原材料成本、能耗、投资低，其生产成本 比原浆低。 废纸回用的意义：废纸回用的意义： 2021-4-25第二章包装纸和纸板造纸 目前，造纸所用的原料除特殊要求外，大目前，造纸所用的原料除特殊要求外，大 部分还是植物纤维原料；部分还是植物纤维原料； 下面重点介绍。

10、下面重点介绍。 2021-4-25第二章包装纸和纸板造纸 2、植物纤维原料的形态和结构、植物纤维原料的形态和结构 植物纤维原料的形态植物纤维原料的形态 自然界的植物都是由细胞构成的，在生长过程中，自然界的植物都是由细胞构成的，在生长过程中， 细胞不断长大变粗，细胞壁加厚，由于细胞在植物体细胞不断长大变粗，细胞壁加厚，由于细胞在植物体 内的位置、生理机能不同，随着生长分化，它们的形内的位置、生理机能不同，随着生长分化，它们的形 状多种多样。状多种多样。 下图；为植物细胞各种形态示意图下图；为植物细胞各种形态示意图 ： 图图2-1 植物细胞各种形态示意图植物细胞各种形态示意图 纤维与细胞（光学纤维

11、经辨别）纤维与细胞（光学纤维经辨别） 厚壁细胞（又称造纸纤维）：厚壁细胞（又称造纸纤维）： 上图左边部分，它们是一种中空细长，呈纺锤状，上图左边部分，它们是一种中空细长，呈纺锤状， 富有挠曲性和柔韧性。在植物体内起到机械支撑作用。富有挠曲性和柔韧性。在植物体内起到机械支撑作用。 在成纸后具有良好物理强度的造纸纤维。在成纸后具有良好物理强度的造纸纤维。 薄壁细胞（造纸上称杂细胞）：薄壁细胞（造纸上称杂细胞）： 上图右边部分，它们壁薄短小，不适合造纸，只上图右边部分，它们壁薄短小，不适合造纸，只 会在制浆造纸过程中增加化学药品和能量的消耗，并会在制浆造纸过程中增加化学药品和能量的消耗，并 在洗涤过

12、程中流失。在洗涤过程中流失。 原料原料纤维含量纤维含量 （%） 平均长度平均长度 （mm） 平均宽度平均宽度 （m ） 杂细胞含量杂细胞含量 （%） 稻草稻草460.928.154 麦草麦草62.11.3212.937.9 芦苇芦苇64.51.129.735.5 甘蔗渣甘蔗渣64.31.7322.535.7 毛竹毛竹68.82.0016.231.2 马尾松马尾松98.53.61501.5 红松红松98.23.6254.31.8 山杨山杨76.70.8617.423.3 白桦白桦73.31.2118.726.7 棉杆棉杆71.30.8327.728.7 表2-1 常用造纸原料的纤维含量及形态常用

13、造纸原料的纤维含量及形态 植物纤维结构植物纤维结构 木材纤维细胞沿树木木材纤维细胞沿树木 轴向紧密排列着，用电子轴向紧密排列着，用电子 显微镜观察，其细胞壁可显微镜观察，其细胞壁可 分为胞间层（分为胞间层（ML) ，初生，初生 壁壁(P)和次生壁和次生壁(S) 。 如图，如图，2-2所示。所示。 图图2-2 植物纤维细胞壁结构示意图植物纤维细胞壁结构示意图 (ML) (P) (S1) (S2) (S3) 纤维细胞壁的结构纤维细胞壁的结构 ： 胞间层（胞间层（ML)： 是相邻纤维细胞的连接层（是相邻纤维细胞的连接层（12m 厚），主要成厚），主要成 分是木素，极少数是纤维。分是木素，极少数是纤维

14、。 初生壁初生壁 (P)： 是细胞壁的外层，紧贴着胞间层，厚度很薄是细胞壁的外层，紧贴着胞间层，厚度很薄 （0.10.3 m ），含有较多的木素和半纤维素，是一），含有较多的木素和半纤维素，是一 层多孔薄膜，微细纤维在其上为不规则的网状排列，层多孔薄膜，微细纤维在其上为不规则的网状排列， 像套筒一样束在次生壁上，有碍次生壁和外界接触，像套筒一样束在次生壁上，有碍次生壁和外界接触， 有碍纤维的润涨和细纤维化，故在打浆中，将其打碎有碍纤维的润涨和细纤维化，故在打浆中，将其打碎 破除。破除。 次生壁次生壁 (S) 是细胞壁的内层。可分为：是细胞壁的内层。可分为： 1外层外层 (S1) 由多层细纤维组

15、成，是初生壁与次生壁中层的过由多层细纤维组成，是初生壁与次生壁中层的过 渡层（渡层（0.11m），化学组成与初生壁层接近，微纤维），化学组成与初生壁层接近，微纤维 排列方向几乎与纤维轴向垂直（缠绕角排列方向几乎与纤维轴向垂直（缠绕角70 90 ）；）； 它和初生壁层都会限制中层的润涨和细纤维化，打浆它和初生壁层都会限制中层的润涨和细纤维化，打浆 时需打碎破除。时需打碎破除。 2中层中层 (S2) 由多层细纤维组成，是纤维细胞壁的主体，厚度大由多层细纤维组成，是纤维细胞壁的主体，厚度大 约约 310m，占细胞壁厚，占细胞壁厚70%80%； 中层纤维素和半纤维素含量高，木素含量少，是打中层纤维素和

16、半纤维素含量高，木素含量少，是打 浆的主要对象。浆的主要对象。 3 内层内层 (S3) 由层数不多的细纤维组成，厚度很薄约由层数不多的细纤维组成，厚度很薄约0.1m， 占纤维壁占纤维壁10%； 内层纤维含量高，木素含量低，打浆中一般不考内层纤维含量高，木素含量低，打浆中一般不考 虑该层。虑该层。 细胞壁不是单一的结构细胞壁不是单一的结构,下面为基本组成顺序：下面为基本组成顺序： 植物纤维细胞壁植物纤维细胞壁 细纤维细纤维 微细纤维微细纤维 次微次微 细纤维细纤维 原细纤维原细纤维 纤维素晶体纤维素晶体 葡萄糖基经氧葡萄糖基经氧 桥联结；桥联结； 结构结构厚度，厚度，(m) 化学成分化学成分 (

17、%) 纤维素纤维素半纤维素半纤维素木素木素 ML （胞间层）（胞间层） P （初生壁）（初生壁） S1（次生壁外层）（次生壁外层） S2（次生壁中层）（次生壁中层） S3（次生壁内层）（次生壁内层） 12 0.030.10 0.100.20 0.500.80 0.070.10 0 10 35 55 55 10 20 25 35 40 90 70 40 15 5 表2-3 针叶木纤维细胞中化学成分的分布针叶木纤维细胞中化学成分的分布 表表2-4 针叶木纤维结构与化学成分分布针叶木纤维结构与化学成分分布 结构结构 厚度厚度 （m） 化学成分（化学成分（%） 纤维素纤维素半纤维素半纤维素木素木素 胞

18、间层胞间层 (ML) 1201090 初生壁初生壁 (P) 0.030.10102070 次生壁外次生壁外 (S1 )0.100.20352540 次生壁中次生壁中 (S2 )0.500.80553510 次生壁内次生壁内 (S3 )0.070.1055405 3、造纸植物纤维原料的化学组成、造纸植物纤维原料的化学组成 尽管纤维组成较为复杂，但主要是有纤维素、半尽管纤维组成较为复杂，但主要是有纤维素、半 纤维素、木素（约占纤维素、木素（约占90%左右）；及少量其他成（单左右）；及少量其他成（单 宁、果胶质、树脂、蜡、脂肪、色素）分组成。宁、果胶质、树脂、蜡、脂肪、色素）分组成。 （1）纤维素）

19、纤维素 纤维素是纤维细胞的主要成分，在造纸原料中约占纤维素是纤维细胞的主要成分，在造纸原料中约占 30%60%。是由大量葡萄糖基依据。是由大量葡萄糖基依据1,4- 苷键连接而苷键连接而 成的链状高分子化合物，其结构式如下：成的链状高分子化合物，其结构式如下： O C H 2O H O H H O H H H H H O H O H H C H 2O H O O O C H 2O H O O H H O H O H O H H C H 2O H H H O H O H H H H H H H O H O H n-2 2 简写为（简写为（C 6H 10O 5）n ；n葡萄糖基个数，称葡萄糖基个数，

20、称 为聚合度。为聚合度。 其中，天然纤维素的聚合度在其中，天然纤维素的聚合度在10000以上，纸浆中以上，纸浆中 纤维素的聚合度在纤维素的聚合度在1000左右。左右。 纤维素来源不同，纤维素来源不同，n不同，木质：不同，木质：3000；棉：；棉： 12000；亚麻：；亚麻：36000。 聚合度越大，纤维强度越大。在造纸过程中，纤聚合度越大，纤维强度越大。在造纸过程中，纤 维素应多保留少破坏，以提高纸的强度。维素应多保留少破坏，以提高纸的强度。 纤维素大分子中，每个基环上和两个末端基上的纤维素大分子中，每个基环上和两个末端基上的 羟基对其性质的影响：羟基对其性质的影响： 基环上基环上C 2 、

21、C 3上的仲醇羟基，上的仲醇羟基，C 6上的伯醇羟上的伯醇羟 基，可以发生氧化、酯化、醚化反应，分子间形成氢基，可以发生氧化、酯化、醚化反应，分子间形成氢 键、吸水、润涨、接枝共聚等。键、吸水、润涨、接枝共聚等。 两个末端葡萄糖基中，两个末端葡萄糖基中，C 4上多一个仲醇羟基，上多一个仲醇羟基， C 1上多一个苷羟基，此羟基上的氢原子容易转位，与上多一个苷羟基，此羟基上的氢原子容易转位，与 氧环的氧结合，使环式结构变为开链式结构。因此，氧环的氧结合，使环式结构变为开链式结构。因此， 第一碳原子便变成醛基，故苷键具有潜在的还原性。第一碳原子便变成醛基，故苷键具有潜在的还原性。 由于苷羟基的存在，

22、纤维素大分子对水解作用的由于苷羟基的存在，纤维素大分子对水解作用的 稳定性降低，在酸性介质中与水作用，可使苷键断裂，稳定性降低，在酸性介质中与水作用，可使苷键断裂， 纤维大分子降解。聚合度纤维大分子降解。聚合度 (n)从从10000以上，下降为以上，下降为 20003000。 （2）半纤维素）半纤维素 也是一种长链高分子的化合物，在原料中约占也是一种长链高分子的化合物，在原料中约占 10%30%。 与纤维素的区别与纤维素的区别：分子链不是由单一葡萄糖基组成，分子链不是由单一葡萄糖基组成， 而是由不同的糖基混合组成的链状分子结构，如：木糖、而是由不同的糖基混合组成的链状分子结构，如：木糖、 半乳

23、糖、阿拉伯糖、葡萄糖、甘露糖等。并且，由于原半乳糖、阿拉伯糖、葡萄糖、甘露糖等。并且，由于原 料不同，复合聚糖的组成不同。料不同，复合聚糖的组成不同。 特点特点：和纤维素相比，聚合度低（和纤维素相比，聚合度低（200左右），易水左右），易水 解和降解。解和降解。 作用作用：适当保留半纤维素，可提高木材的利用率和适当保留半纤维素，可提高木材的利用率和 纸页的吸收性、不透明性、不透气性、耐折度。纸页的吸收性、不透明性、不透气性、耐折度。 （3）木素）木素 广泛存在于木化植物中，是一种填充在胞间层、广泛存在于木化植物中，是一种填充在胞间层、 微细纤维之间的粘合剂，占造纸原料的微细纤维之间的粘合剂，占

24、造纸原料的10%30%。 木素的结构木素的结构 它是由苯丙烷结构单元，通过醚键和碳碳键连接，它是由苯丙烷结构单元，通过醚键和碳碳键连接， 形成三维空间网状结构的天然高分子化合物。其分形成三维空间网状结构的天然高分子化合物。其分 子结构十分复杂。子结构十分复杂。 木素分子结构单元：木素分子结构单元： OH OCH3 C C C 愈创木基丙烷 OH OCH3 C C C H3CO 紫丁香基丙烷 OH C C C 对羟基苯基丙烷 （甲基芳基醚键）（甲基芳基醚键） （-烷基醚键） H H H ( (芳基醚键) ( 芳基醚键芳基醚键) ( 烷基醚键烷基醚键) 木素的化学性质木素的化学性质 在化学制浆时，

25、木素是要求除掉的物质。在化学制浆时，木素是要求除掉的物质。 从木素的结构来看：从木素的结构来看： 有些键比较稳定。有些键比较稳定。 如：木素中连接两个结构单元的如：木素中连接两个结构单元的C-C键和二芳醚键是键和二芳醚键是 稳定的。稳定的。 有些键较易参与化学反应。有些键较易参与化学反应。 如：如：-芳基醚键、芳基醚键、-芳基醚键、芳基醚键、-烷基醚键、甲基烷基醚键、甲基-芳芳 基醚键。基醚键。 木素与不同种类的化学试剂（酸、碱、盐）木素与不同种类的化学试剂（酸、碱、盐） 作用，可发生亲核、亲电取代反应和氧化反应。作用，可发生亲核、亲电取代反应和氧化反应。 其中：其中： 亲核取代反应（亲核取代

26、反应（HO、SH、S），是化学），是化学 制浆脱木素的主反应，发生在苯丙烷结构单元的制浆脱木素的主反应，发生在苯丙烷结构单元的 侧链上；侧链上； 而纸浆漂白时（而纸浆漂白时（H2O2、Na2O2），木素发生），木素发生 亲电取代和氧化反应。亲电取代和氧化反应。 木素的作用：木素的作用： 使纤维之间、纤维细胞壁内连接起来（粘使纤维之间、纤维细胞壁内连接起来（粘 合作用）；合作用）； 使纸页具有一定的挺度使纸页具有一定的挺度,这对纸板和瓦楞原这对纸板和瓦楞原 纸而言，是十分重要的纸而言，是十分重要的 。 表2-2 常用造纸原料的化学组成常用造纸原料的化学组成 原料原料纤维素纤维素/% 半纤维素半纤

27、维素/%木素木素/%灰分灰分/%其它其它/% 红松红松53.1210.4627.690.428.31 落叶松落叶松52.5511.2727.440.368.38 马尾松马尾松51.8615.0828.420.334.31 杨木杨木43.2423.5017.100.3215.84 桦木桦木53.4321.223.910.820.64 柏木柏木44.1610.6932.440.4112.30 稻草稻草39.1222.4511.6613.3913.38 麦草麦草40.4025.5622.346.045.66 芦苇芦苇50.9722.1519.583.683.62 毛竹毛竹44.3521.4130.6

28、71.102.47 棉杆棉杆50.2319.2111.003.205.36 棉花棉花96.001.0000.202.80 （二）制浆（二）制浆 定义：是从植物体中提取纤维素的过程。定义：是从植物体中提取纤维素的过程。 目的：是将造纸植物纤维原料分散成单根纤维，目的：是将造纸植物纤维原料分散成单根纤维， 使之适合于纸张抄造的要求。使之适合于纸张抄造的要求。 分类：分类： 化学制浆（重点介绍）化学制浆（重点介绍） 制浆方法制浆方法 机械制浆机械制浆 化学机械法制浆化学机械法制浆 微生物法微生物法 绿色制浆绿色制浆 无污染化学制浆无污染化学制浆 化学法制浆：化学法制浆： 是一种历史悠久，技术成熟的制

29、浆方法。是一种历史悠久，技术成熟的制浆方法。 定义：将化学药品配成药液（蒸煮液），然后与备好定义：将化学药品配成药液（蒸煮液），然后与备好 的原料一起在蒸煮器内高压蒸煮，所得纸浆称为化学浆，的原料一起在蒸煮器内高压蒸煮，所得纸浆称为化学浆， 这种方法叫做化学制浆法。这种方法叫做化学制浆法。 碱氯法碱氯法 亚硫酸盐法亚硫酸盐法 化学制浆方法化学制浆方法 石灰法石灰法 碱法碱法 烧碱法（适应禾草类）烧碱法（适应禾草类） 硫酸盐法硫酸盐法 表表2-5 制浆方法的比较制浆方法的比较 种类种类方法方法药品成分药品成分特征特征适用原料适用原料纸浆用途纸浆用途 碱法碱法 石灰法石灰法Ca(OH) 2脱胶、脂

30、强，脱胶、脂强， 脱木素差脱木素差 禾草、棉、禾草、棉、 麻麻 纸板、证券纸、纸板、证券纸、 卫生纸卫生纸 烧碱法烧碱法NaOH脱木素强脱木素强芦苇、阔叶芦苇、阔叶 木木 文化用纸文化用纸 硫酸盐法硫酸盐法NaOH+Na2S 脱木素强，对脱木素强，对 纤维破坏小纤维破坏小 针叶木、竹、针叶木、竹、 芦苇芦苇 高档文化用纸高档文化用纸 和包装纸和包装纸 酸法酸法 亚硫酸盐法亚硫酸盐法Na2SO3、 MgSO3 等等 脱木素强，对脱木素强，对 纤维破坏小纤维破坏小 所有原料所有原料文化用纸文化用纸 2 硫酸盐法制浆的特点：硫酸盐法制浆的特点： 对原料的适用性广（针叶木、阔叶木、禾草类对原料的适用性

31、广（针叶木、阔叶木、禾草类 等）；等）； 纸浆质量好、强度高（特别适合于包装纸和纸纸浆质量好、强度高（特别适合于包装纸和纸 板的生产）；板的生产）； 废液回收技术成熟（回收化学药品，节约能源，废液回收技术成熟（回收化学药品，节约能源， 减轻环境污染）减轻环境污染）; 纸浆得率低（纸浆得率低（50%）;（机械：（机械：90%，化学机，化学机 械：械：70%） 硫酸盐法制浆的基本过程硫酸盐法制浆的基本过程: 硫酸盐法制浆的基本过程：硫酸盐法制浆的基本过程： 备料备料 蒸煮蒸煮 洗涤洗涤 筛选筛选 漂白。漂白。 1、备料、备料 是指在制浆前对植物纤维原料进行的加工处理，是指在制浆前对植物纤维原料进行

32、的加工处理， 以满足蒸煮工序需要的过程以满足蒸煮工序需要的过程 。 以木材原料的备料为例：以木材原料的备料为例： 锯断锯断去皮去皮 除节除节 削片削片筛选筛选 ，等工序。，等工序。 削片：削片： 是化学法制浆备料的重要环节，木片质量好坏直是化学法制浆备料的重要环节，木片质量好坏直 接影响纸浆的质量。接影响纸浆的质量。 木片的要求：木片的要求： 长短、厚薄一致整齐。长短、厚薄一致整齐。 长：长：1520mm 规格规格 厚：厚：35mm 宽：不限宽：不限 为什么要削成一定规格的小木片？为什么要削成一定规格的小木片？ 是为了便于化学药品（蒸煮液）浸透纤维而溶出是为了便于化学药品（蒸煮液）浸透纤维而溶

33、出 木素。木素。 蒸煮液渗透的途径，与液体在树中的蒸煮液渗透的途径，与液体在树中的 输导路线输导路线 相同：相同： 药液药液细胞腔细胞腔细胞壁纹孔细胞壁纹孔纤维间纤维间反应；反应； 首先，在一定温度和压力的作用下，使蒸煮液渗首先，在一定温度和压力的作用下，使蒸煮液渗 透到细胞腔，然后，从一根纤维到另一根纤维，通过透到细胞腔，然后，从一根纤维到另一根纤维，通过 纤维壁上的纹孔进入纤维间的区域而进行反应。纤维壁上的纹孔进入纤维间的区域而进行反应。 2、蒸煮、蒸煮 是化学制浆的关键工艺操作。是化学制浆的关键工艺操作。 除掉（溶解掉）木素；除掉（溶解掉）木素； 目的目的 适当保留半纤维素；适当保留半纤

34、维素； 尽量保留纤维素；尽量保留纤维素； （1）木素与纤维壁的结构）木素与纤维壁的结构 在纤维细胞的生长期内，纤维次生壁的形成一直在纤维细胞的生长期内，纤维次生壁的形成一直 在与木素的单元相结合，这不仅导致无规则、各种各在与木素的单元相结合，这不仅导致无规则、各种各 样的木素结构，而且贯穿整个纤维壁，因此，木素与样的木素结构，而且贯穿整个纤维壁，因此，木素与 纤维壁是一种互相穿透的化学结构。纤维壁是一种互相穿透的化学结构。 蒸煮液中的主要成分蒸煮液中的主要成分 硫酸盐法蒸煮液中，主要成分是硫酸盐法蒸煮液中，主要成分是 NaOH 和和 Na 2S。 Na 2S： 俗称俗称“硫化碱硫化碱”，在水溶

35、液中呈碱性。因为价格便宜，可部，在水溶液中呈碱性。因为价格便宜，可部 分代替分代替 NaOH 使用使用; 在在 NaOH 和和 Na 2S 的水溶液中，由于的水溶液中，由于 Na 2S 的离解，溶液的离解，溶液 中同时存在中同时存在 OH-、HS-、S2- 等基团。等基团。 水解反应：水解反应： Na 2S + H 2O HS - + OH - H +S 2- 木素大分子的解聚过程木素大分子的解聚过程 蒸煮液中的蒸煮液中的OH-、HS-、S2-基团，具有很强的亲核基团，具有很强的亲核 性。这些亲核试剂对木素结构中的醚键产生亲核进攻，性。这些亲核试剂对木素结构中的醚键产生亲核进攻， 使木素结构单

36、元的使木素结构单元的位和位和位的醚键断裂，木素大分子位的醚键断裂，木素大分子 发生碱化与硫化裂解反应，分子变小。发生碱化与硫化裂解反应，分子变小。 OH-、HS-、S2-基团基团 木素醚键 木素醚键 亲核进攻 亲核进攻 、 、位位 醚键断 醚键断 裂裂 碱化、硫化 碱化、硫化 解聚 解聚 硫酸盐法的得来：硫酸盐法的得来： 在废液回收中，在废液回收中，Na 2S的损失需要加入廉价的硫酸的损失需要加入廉价的硫酸 钠来补充药品，故称为硫酸盐法。钠来补充药品，故称为硫酸盐法。 蒸煮设备蒸煮设备 根据蒸煮操作工艺过程，有间歇式和连续式蒸煮。根据蒸煮操作工艺过程，有间歇式和连续式蒸煮。 常用间歇回转式蒸煮

37、器常用间歇回转式蒸煮器-蒸球（蒸球（1414、2525、40 40 ）。）。 3 m 图图 2-3 蒸球蒸球 3、洗浆、洗浆 是指纤维与废液分离的过程。是指纤维与废液分离的过程。 保证纸浆的清洁；保证纸浆的清洁； 目的目的 有利于化学药品的回收；有利于化学药品的回收； 有利于废液的无污染处理。有利于废液的无污染处理。 废液的主要成分：废液的主要成分： 木浆；糖类（葡萄糖、木糖、半乳糖）；化学药木浆；糖类（葡萄糖、木糖、半乳糖）；化学药 品等。共有品等。共有1560的物质溶解在废液中。的物质溶解在废液中。 置换法置换法逆流方式逆流方式 洗浆方法洗浆方法 稀释脱水法稀释脱水法 压榨法压榨法 洗浆原

38、则：以最少的清热水，洗出最高浓度的废洗浆原则：以最少的清热水，洗出最高浓度的废 液。液。 4、漂白、漂白 经洗涤后的纸浆可直接用来生产包装纸和纸板，经洗涤后的纸浆可直接用来生产包装纸和纸板， 这种浆称为本色浆。如果生产白度要求较高的包装纸这种浆称为本色浆。如果生产白度要求较高的包装纸 和纸板，必须经过漂白。和纸板，必须经过漂白。 漂白：漂白： 就是在不过分影响纸浆强度和造纸性能的前提下，就是在不过分影响纸浆强度和造纸性能的前提下， 尽可能除去残余木素和有色物质，使之达到希望的白尽可能除去残余木素和有色物质，使之达到希望的白 度。度。 白度：白度： 是质量检测指标，测定方法多种，常用蓝光法；是质

39、量检测指标，测定方法多种，常用蓝光法； 它是指白色或接近白色的纸或纸板表面对蓝光的它是指白色或接近白色的纸或纸板表面对蓝光的 反射率，以相对蓝光照射氧化镁标准板表面的反射百反射率，以相对蓝光照射氧化镁标准板表面的反射百 分率来表示。分率来表示。 漂白的方法：漂白的方法： 还原法还原法 使用还原性漂白剂，选择性地破坏纸浆中的有色使用还原性漂白剂，选择性地破坏纸浆中的有色 基团结构，使纸浆变白。基团结构，使纸浆变白。 常用还原性漂白剂：常用还原性漂白剂：ZnS 2O 4、Na 2S 2O4连二连二 亚硫酸钠亚硫酸钠。 特点：特点： 不发生脱木素作用，也不与纤维素反应，只是脱不发生脱木素作用，也不与

40、纤维素反应，只是脱 色，将发色物质分子上的发色基团变为无色基团。色，将发色物质分子上的发色基团变为无色基团。 一般称为表面漂白，白纸易返一般称为表面漂白，白纸易返“黄黄”。 氧化法氧化法 使用氧化性漂白剂，氧化破坏木素及有色物质，使用氧化性漂白剂，氧化破坏木素及有色物质， 使其溶解，除去有色基团，使纸张长期不褪色。使其溶解，除去有色基团，使纸张长期不褪色。 缺点：缺点： 它会或多或少地使纤维中的纤维素、半纤维素氧它会或多或少地使纤维中的纤维素、半纤维素氧 化，降低它们的聚合度。化，降低它们的聚合度。 氧化性漂白剂：氧化性漂白剂： NaClO、Ca(ClO)、ClO2 二氧化氯二氧化氯 、Na

41、2O2 过氧化钠过氧化钠.； ； 漂白工艺：漂白工艺： 为防止纤维素被氧化，提高纸浆白度，一般采用为防止纤维素被氧化，提高纸浆白度，一般采用 多段漂白工艺。即采用较为缓和的氧化手段分多次来多段漂白工艺。即采用较为缓和的氧化手段分多次来 完成漂白。完成漂白。 如：要使白度达到如：要使白度达到95%以上，需采用以上，需采用10段以上的段以上的 超级漂白工艺（缓和氧化、多段漂白、提高白度）。超级漂白工艺（缓和氧化、多段漂白、提高白度）。 （三）抄造（三）抄造 定义：将制得的纸浆纤维经适当处理后，在造纸机上定义：将制得的纸浆纤维经适当处理后，在造纸机上 抄造成纸或纸板的过程。抄造成纸或纸板的过程。 湿

42、法：纸浆湿法：纸浆+水；水； 抄造方法抄造方法 干法：纸浆干法：纸浆+空气空气 （喷胶使纤维结合）；（喷胶使纤维结合）； 泡沫成形：纸浆泡沫成形：纸浆+泡沫；泡沫； 目前，湿法造纸应用广泛；目前，湿法造纸应用广泛； 1、湿法抄造的原理、湿法抄造的原理 是以水作为纸浆的悬浮介质，使纤维充分分散，是以水作为纸浆的悬浮介质，使纤维充分分散， 然后由造纸机成纸。然后由造纸机成纸。 2、湿法抄造的基本工艺过程。、湿法抄造的基本工艺过程。 打浆打浆 调料调料 造纸机造纸机 （1）打浆）打浆 制浆后的纤维，虽然去掉了胞间层和木素，但是，制浆后的纤维，虽然去掉了胞间层和木素，但是， 还夹杂还夹杂 纤维束，纤维

43、细胞的初生壁还保留着纤维束，纤维细胞的初生壁还保留着，使单根，使单根 纤维表面光滑、本身硬挺，造不出具有使用价值的纸纤维表面光滑、本身硬挺，造不出具有使用价值的纸 页。页。 打浆的目的打浆的目的 1疏解纤维素成单根纤维。疏解纤维素成单根纤维。 2把纤维切成适当长度，并使两端帚化发毛。把纤维切成适当长度，并使两端帚化发毛。 3是裂解纤维壁层结构，使纤维暴露更多羟是裂解纤维壁层结构，使纤维暴露更多羟 基以利结合。基以利结合。 打浆的原理打浆的原理 采用机械手段，使水中的纤维产生挤压、摩擦、采用机械手段，使水中的纤维产生挤压、摩擦、 剪切、冲击等作用，使纤维受到弯曲、扭曲、压溃、剪切、冲击等作用，使

44、纤维受到弯曲、扭曲、压溃、 撕裂和裂断等力的作用，使纤维束分散，纤维次生壁撕裂和裂断等力的作用，使纤维束分散，纤维次生壁 破坏。破坏。 优点：优点： 在宏观上，有利于纤维间相互缠绕，增加交织强在宏观上，有利于纤维间相互缠绕，增加交织强 度和结合力，提高抗张强度、耐破度、耐折度、平滑度和结合力，提高抗张强度、耐破度、耐折度、平滑 度、紧度。度、紧度。 在微观上，使微细纤维之间足够接近，形成纤维在微观上，使微细纤维之间足够接近，形成纤维 素分子链间的氢键。素分子链间的氢键。 缺点：降低纤维的平均长度，影响纸张的性质缺点：降低纤维的平均长度，影响纸张的性质。 水桥的形成：水桥的形成： 打浆时，首先在

45、分子链之间，通过水分子作用形打浆时，首先在分子链之间，通过水分子作用形 成水桥，将纤维素分子链上的羟基组成适当排列。成水桥，将纤维素分子链上的羟基组成适当排列。 氢键形成：氢键形成： 纸张干燥时，由于水的表面张力作用，将纤维拉纸张干燥时，由于水的表面张力作用，将纤维拉 拢靠近在一起。在水分子最后被蒸发掉时，相邻羟基拢靠近在一起。在水分子最后被蒸发掉时，相邻羟基 已足够接近，从而形成氢键。已足够接近，从而形成氢键。 氢键结合的条件：氢键结合的条件： 氧原子相距小于氧原子相距小于30nm（2.552.75) 水桥水桥 氢键结合氢键结合 微 H H O 微 O O H H H HO O 细 HO O

46、 OH H 细 H H O OH O O 干燥时，脱水干燥时，脱水 H H H HO O 纤 HO O OH H 纤 H H O OH O O H H H HO O 维 HO O OH H 维 H H O O O H 打浆时纸页强度的影响打浆时纸页强度的影响 打浆是造纸的关键步骤，它决定纸页的最后性质。打浆是造纸的关键步骤，它决定纸页的最后性质。 纸页强度的影响因素：纸页强度的影响因素： 1 纤维本身强度；纤维本身强度； 2 纤维结合的数量、分布。纤维结合的数量、分布。 打浆不足：纤维结合数量少；打浆不足：纤维结合数量少； 一般说来一般说来 打浆过度：纤维切断多；打浆过度：纤维切断多； 因此，

47、根据纸页性质的不同要求，适度打浆，以因此，根据纸页性质的不同要求，适度打浆，以 免对纸页产生不良的影响。免对纸页产生不良的影响。 打浆度打浆度: 是衡量打浆程度的一种重要指标，由打浆度仪来是衡量打浆程度的一种重要指标，由打浆度仪来 测定。测定。 基本原理：基本原理： 就是测定水中浆料悬浮液的滤水性能。就是测定水中浆料悬浮液的滤水性能。 表示方法：表示方法： 我国采用肖伯尔我国采用肖伯尔瑞格勒度值表示，瑞格勒度值表示， 计算公式：计算公式： 打浆度打浆度=（1000 侧管流出的水量）侧管流出的水量）/10（SR) 测定方法：测定方法： 取含取含2g绝干浆的悬浮液绝干浆的悬浮液1000ml，然后过

48、滤，如果，然后过滤，如果 滤水时间短，滤水多，说明打浆度小；反之，打浆度滤水时间短，滤水多，说明打浆度小；反之，打浆度 高。高。 打浆与纸张物理性质的关系打浆与纸张物理性质的关系 1 2 3 4 4 5 6 7 8 9 1.结合力结合力 2.裂断长裂断长 3.耐折度耐折度 4.撕裂度撕裂度 5.平均纤维长度平均纤维长度 6.吸收性吸收性 7.透气度透气度 8.收缩率收缩率 9.紧度紧度 打浆度（打浆度（SR） 各项指标与最大值的比例（各项指标与最大值的比例（%） 204060801000 图图2-4 打浆与纸张物理性质的关系打浆与纸张物理性质的关系 （2）调料）调料 是施胶、加填、染色和添加其

49、他助剂等几个工艺是施胶、加填、染色和添加其他助剂等几个工艺 过程的总称。过程的总称。 也就是味改善纸和纸板的渗透性、适印性也就是味改善纸和纸板的渗透性、适印性 等性能，等性能， 在纸浆中加入辅料的过程。在纸浆中加入辅料的过程。 调料目的：调料目的： 在打浆过程中，加入适量的胶料、填料和增强剂在打浆过程中，加入适量的胶料、填料和增强剂 等。主要是从不同角度改进纸的某些性能。等。主要是从不同角度改进纸的某些性能。 添加剂（助剂）在纸页中的作用：添加剂（助剂）在纸页中的作用： 胶料胶料 石蜡、松香、沥青等疏水性物质；石蜡、松香、沥青等疏水性物质； 作用：提高纸页抗拒液体渗透的能力，使之具有作用：提高

50、纸页抗拒液体渗透的能力，使之具有 不洇水、防潮性能。不洇水、防潮性能。 1 抗水（包装用纸板）；抗水（包装用纸板）； 2 抗墨水（书写纸）；抗墨水（书写纸）； 3 抗油（食品包装纸）；抗油（食品包装纸）； 不洇水的好处不洇水的好处 4 抗油墨（印刷纸）；抗油墨（印刷纸）； 5 抗水蒸气（纸袋纸）；抗水蒸气（纸袋纸）； 6 抗血（鲜肉包装纸）抗血（鲜肉包装纸） 填料填料 瓷土（瓷土（Al 2O 3 2SiO 22H 2O），滑石粉），滑石粉 （3MgO 4SiO2 H 2O），碳酸钙（），碳酸钙（CaCO3）。）。 作用：作用： 1 降低成本；降低成本； 2 改善纸页的不透明性、平滑度；改善纸页

51、的不透明性、平滑度； 3 增加吸湿性；增加吸湿性； 4 提高适印性；提高适印性； 注意：加填过多会影响纸的强度。高强度包装纸注意：加填过多会影响纸的强度。高强度包装纸 和纸板一般不加填或少加填。和纸板一般不加填或少加填。 增强剂增强剂 非松香类施胶剂，一般做表面施胶。非松香类施胶剂，一般做表面施胶。 如；淀粉、如；淀粉、CMC、天然植物胶、醋酸纤维素、三、天然植物胶、醋酸纤维素、三 聚氰胺甲醛树脂等。聚氰胺甲醛树脂等。 作用：作用： 1 提高纸页的干强度提高纸页的干强度 淀粉、淀粉、CMC、天然植物胶、合成树脂等。、天然植物胶、合成树脂等。 2 提高湿强度提高湿强度 醋酸纤维素、三聚氰胺甲醛树脂、脲醛树脂。醋酸纤维素、三聚氰胺甲醛树脂、脲醛树脂。 其他：其他： 色料、助剂等。色料、助剂等。 （3）造纸机（抄纸机）造纸机（抄纸机） 经过打浆和调料后的纸浆，浓度调至经过打浆和调料后的纸浆，浓