造纸原理与工程课件

1、造纸原理与工程 造造 纸纸 原原 理理 与与 工工 程程造纸原理与工程 绪 论 一、纸在国民经济和人民生活中的作用和地位 （一）纸的用途 1、载体载体文化、信息载体；工农业材料、产品载体。 2、保护、装饰材料保护、装饰材料日常生活使用；建筑使用。 3、加工材料加工材料充当特殊条件下的加工、工具材料。 （二）国家经济发展水平的标志 1、纸的消耗量与国内生产总值增长呈同步趋势。 2、纸的消耗量与人民生活水平提高呈同步趋势。造纸原理与工程 二、世界和国内造纸工业概况 （一）世界纸产量及主要产纸国家 2000年全世界纸产量32329.5万吨。 2000年产纸量列前10位的国家及产量、消费量（万吨） 顺

2、序 国 名 产 量 国 名 消费量 1 美 国 8549.5 美 国 9235.5 2 日 本 3182.8 中 国 3575 3 中 国 3050 日 本 3173.6 4 加拿大 2068.9 德 国 1911.2 5 德 国 1818.2 英 国 1288.4 6 芬 兰 1350.9 法 国 1137.6 7 瑞 典 1078.6 意大利 1094.2 8 法 国 999.1 加拿大 747.6 9 韩 国 930.8 韩 国 738.5 10 意大利 900 西 班牙 692.2造纸原理与工程 （二）我国纸产量、企业数 2001 年我国纸产量达3200万吨，居世界第2 位。 目前我国

3、有造纸企业 4000余家。 （三）目前我国造纸业存在问题及发展方向 1、问题：（1）设备落后； （2）能耗、物耗高； （3）产品质量差、档次低； （4）进口量大。 2、发展：2010年总产量将达5115.18万吨，表观 消费量5184.96万吨，人均消费量33.9 kg/人.年造纸原理与工程 三、纸和纸板的概念 （一）纸和纸板的概念 利用纤维原料和辅料通过各利用纤维原料和辅料通过各种加种加 工方法制成厚薄均匀的纤维层或纸化工方法制成厚薄均匀的纤维层或纸化 薄膜，称之为纸或纸板。薄膜，称之为纸或纸板。 （二）纸和纸板的区别 纸与纸板之间没有严格的界限，可按定量、厚度、层数等来区别。现在国内主要按

4、定量分。造纸原理与工程 四、纸和纸板的分类、规格和质量要求 （一）纸和纸板的分类 1、按抄造方法分 干法 湿法 手工纸 机制纸 2、按所用纤维原料分 植物纤维纸 矿物纤维纸 合成纤维纸 3、按纸或纸板用途分 文化用纸 技术用纸 包装用纸 生活用纸 造纸原理与工程 （二）纸和纸板的规格、尺寸 1、卷筒纸：原纸宽原纸宽 1575mm 1092mm 1575mm 1092mm 880mm 880mm 787mm787mm 2、平板纸：8808801230mm 1230mm 8808801092mm 1092mm 787 7871092mm 1092mm 787787960mm 960mm 690 6

5、90960mm 960mm 8508501168mm 1168mm 3、卷盘纸：卷烟纸宽卷烟纸宽29.029.0或或29.5mm29.5mm 电容器纸宽电容器纸宽9595、140140、240240和和280mm280mm 餐巾原纸宽餐巾原纸宽320mm 320mm （三）纸和纸板的质量要求 外观质量外观质量 物理性能物理性能 吸收性能吸收性能 光学性能光学性能 印刷性能印刷性能 化学性能化学性能 电气性能电气性能 造纸原理与工程 国家标准代号意义如下： GB GB 颁布年度颁布年度 当当年标准排号年标准排号 “ “国家标准国家标准”略写略写“国标国标”拼音拼音“guo guo biao”bi

6、ao”字头字头 如： GB1265490 表示1990年颁布国家标准第12654号， GB1291391表示1991年颁布国家标准第12913号。 造纸原理与工程 五、纸和纸板的抄造 确定纸和纸板生产过程可按以下步骤进行： （一）明确所生产产品的用途、特点、质量要求和性能指标。 （二）按照产品的特点和质量要求，决定使用的浆种及其配比，以及是否添加辅料和辅料 加入量。 （三）合理确定生产流程、工艺条件，选择合适的设备。 主要注意考虑如下几个问题： 造纸原理与工程 1、打浆的方法、方式和打浆程度； 2、辅料的加入位置； 3、纸料的净化方法和净化程度； 4、纸页的成形、脱水及干燥方法和要求，即 纸机

7、的适应型式； 5、纸页的压光方法和压光程度； 6、纸页的完成加工方法； 7、损纸的处理及回收； 8、白水及废水的处理、回用。造纸原理与工程 外购浆板 碎浆机 辅 料 制浆车间来浆 贮浆池 打 浆 贮浆池 配浆或调浆 （一种或多种） 净化、除气 流浆箱 网 部 压榨部 干燥部 超级压光 压光、卷取 复卷或裁切 选纸、打包 成 品 加 工 纸张抄造的基本过程造纸原理与工程 第一章第一章 打打 浆浆 第一节第一节 打浆的基本概念打浆的基本概念 利用物理的方法处理水中的纸浆纤维，利用物理的方法处理水中的纸浆纤维，使使 其具有适应造纸机抄造上所要求的特性，而抄其具有适应造纸机抄造上所要求的特性，而抄 出

8、来的纸张又能达到质量要求的一项工艺过程出来的纸张又能达到质量要求的一项工艺过程 称为打浆。称为打浆。 一、打浆的目的和意义 1、分散纤维，改变纤维的表面状态； 2、满足同种原料生产多种纸的需要； 3、满足不同浆种生产同种纸的需要。造纸原理与工程 二、打浆术语 1、纸浆 是造纸工业上对用以造纸的纤维原 料的统称，可以是本色的或是漂白的。 2、碎浆在干纸浆中加进足够量的水并将其处 理成悬浮液的形式，使纤维充分分散成为浆状物的过程。 3、浆料和纸料浆料是指未经打浆处理的纸浆。纸料则是指经过纸料制备系统处理后，能满足所生产的 纸张的特性要求和造纸机抄造性能要求，可供造纸机使 用的纸浆。 4、打浆、精浆

9、和磨浆都是指浆料纤维在两相 对运动的机械之间按所控制的条件经受反复处理的过程，因此三者的过程基本上是相同的，只是叫法不同而已， 主要是由处理设备的不同而有不同的叫法。造纸原理与工程 5、配浆是指按一定的比例将若干种性质不 尽相同的纸浆以及其它添加物进行混合的过程。 6、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。 7、游离度也是表示纸浆滤水性能的一个指 标。与打浆度不同之处只是测定方法的差别。 8、纤维长度通常是指纸料中纤维的平均长 度。 9、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。 10、纤维帚化率

10、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。造纸原理与工程 11、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（保水值（ 甩干后湿浆重绝干重甩干后湿浆重绝干重/ /绝干重）绝干重）100100 三、打浆前后纸浆性质的变化 经打浆的机械作用之后，只是浆料的物理性质发生了变化，而化学性质基本上是不变的亦即打浆过程是一个物理过程。 打浆过程中，浆料的纤维束被疏解分散成单根纤维，纤维的初生壁和次生壁外层受到破坏，纤维发生了润胀和细

11、纤维化，也有部分纤维被横向切断，纤维的比表面积增加，平均长度降低，纤维变得柔软可塑，因而反映整个浆料滤水性能降低。 造纸原理与工程 第二节第二节 打打 浆浆 理理 论论 一、打浆对纤维和杂细胞的作用 （一）打浆对纤维的作用 1、细胞壁的位移和变形 细胞壁 细胞腔 位移变形部位 位移变形前 位移变形后 纺锤状细胞造纸原理与工程 2、初生壁和次生壁外层 的破除 这两层的破除为纤维细胞壁的进一步润胀扫除了障碍。 3、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

12、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。造纸原理与工程 4、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。又分外帚化和内帚化。 纵向分裂 帚化造纸原理与工程 外帚化：是指将纤维外表面上细纤维间的结合力破坏，使细纤维分裂出来，纤维表面积增加，同时游离出细纤维上面的羟基。 内帚化：是指将纤维细胞壁中细纤维之间的连接破坏，游离出纤维里面的羟基，使S2层中的细纤维发生滑动而变得柔软可塑，进一步吸水润胀。 细纤维化作用为纸张强度和

13、紧度的提高创造了条件，是打浆作用的最终结果。 5、横向切断 是指纤维受到足够 大的剪切作用而发生断 裂的现象。 造纸原理与工程 在打浆过程中纤维经受上面所讲的五个方 面的作用的主要原因是外力，这些作用在纤维 上的外力可以分为两类： 第一类是挤压、弯曲、摩擦和扭曲力，这 一类的力主要是造成纤维的吸水润胀和细纤维 化作用。 第二类是剪切力，主要是造成纤维的横向 切断。 这两类外力除了主要来自打浆设备的飞刀 辊与底刀的作用外，还有水应力作用。造纸原理与工程 （二）打浆对杂细胞的作用 杂细胞的特点是壁薄且呈粗粒状，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“

14、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。造纸原理与工程 二、纸张的湿纸强度和干纸强度 湿纸强度湿纸强度是指抄造过程中，纸页干度 为3550以下时的强度，即纸页虽成形但未 经干燥时的强度。 纸页的湿强度纸页的湿强度是指经干燥以后的干纸 放在水中浸湿后的强度。 纸页的干强度纸页的干强度指抄造过程中，纸页干 度在50以上时的强度。 湿纸强度较低，干纸强度较高，而且随干 度增加而增加。纸页强度的好坏直接影响到纸 机的正常操作。造纸原理与工程 （一）构成湿纸页和干纸页强度的基础 构成纸页强度的基础主要是纤维间的摩擦 力和结合力。

15、湿纸页强度的基础主要是纤维间的摩擦力； 干纸页强度的基础除纤维摩擦力外，更主 要的是纤维间的结合力。 由于纤维间结合力要比摩擦力大得多，因 此纸页的干强度要比湿纸强度大得多。造纸原理与工程 （二）影响湿纸强度的因素 由于湿纸页强度主要决定于组成纸页的 纤维间摩擦力的大 小，因而影响纤维间摩擦力的因素就是影响湿纸强度的因素。 1、浆料纤维的形态结构和化学组成的影响 同样打浆度条件下，几种纸料湿纸强度顺序如下： KPKP木浆木浆SPSP木浆木浆 破布浆破布浆SPSP苇浆苇浆 蔗渣浆蔗渣浆 （1） 纤维长度和长宽比的影响 （2）纤维柔曲性的影响 （3）杂细胞含量的影响 （4）化学成分的影响 2、打浆

16、情况的影响 3、填料加入量的影响 4、抄纸过程的影响造纸原理与工程 由以上影响因素的分析，总结出纸机湿部断头多 的处理要领： 首先从近到远、从易到难找原因：是否有纸病如 粘网、破洞；各部拉力、毛布清洁、加压程度等。 找出原因后，再用下面方法解决： 掺用长纤维浆料；掺用长纤维浆料； 控制好打浆控制好打浆 加强脱水、提高干度；加强脱水、提高干度； 多除杂细胞；多除杂细胞； 少加填料；少加填料； 网案摇振网案摇振 提高纸页匀度和纤维交织程度提高纸页匀度和纤维交织程度 调节上网浓调节上网浓度度 调节浆速调节浆速造纸原理与工程 （三）决定干纸强度的因素 干纸强度是指干纸页的机械强度，包括抗抗 张强度、耐

17、破度、耐折度、撕裂度张强度、耐破度、耐折度、撕裂度等。 干纸强度并不是单由组成纸页的纤维的强 度来决定，更主要的是取决于组成纸页的纤维 之间的结合力。 影响纤维间结合力的因素就是影响干影响纤维间结合力的因素就是影响干纸强纸强 度的因素。度的因素。 1、纤维结合力的机理氢键结合氢键结合学说学说 四种学说：化学学说、物理学说、二度胶 体体系学说和氢键学说。 目前得到普遍认可的是氢键学说。造纸原理与工程 纤 H 纤 H 纤 OH 维 O O 维 O O 维 打 浆 HO 水 素 H 素 H 素 OH HO 结晶区 无定形区 纤维内部 游离出羟基 H H H O O O A H H B A H B 纤

18、 O 纤 干 燥 纤 O 纤 维 H H 维 H2O 维 H 维 O O O H H H O O 形成水桥 氢键结合 造纸原理与工程 氢键结合的条件：纤维之间距离在2.552.552.752.75 之内。 要实现这一要求，除外部条件外，纤维的 柔软性和水的表面张力是十分重要的因素。 纤维直径越小，水的表面张力越大。 纤维直径（m） 纤维间吸引力（kg/cm） 30 5.9 2 36.8 0.2 158.8 2、纤维间的结合建筑式 S S1 1S S1 1 S S1 1S S2 2 S S2 2S S2 2造纸原理与工程 3、影响纤维结合力的因素 由于纤维结合力决定了干纸的强度，因此 影响纤维结

19、合力的因素也就是影响干纸强度的 主要因素。 打浆是影响纤维结合力的主要因素。打浆是影响纤维结合力的主要因素。 （1）打浆对纤维结合力和干纸强度的影响 减小纤维直径 增加表面张力 打浆 纤维润胀、细纤维化 增加接触面 柔软可塑、增加外表面 增加氢键结合数目 游离出更多的羟基造纸原理与工程 打浆与纤维结合力及物理性质的关系打浆与纤维结合力及物理性质的关系造纸原理与工程 由图中曲线可以看出： 纤维结合力随打浆度的增加而增加，且在 打浆初期增加很快，以后逐渐缓慢下来。 干纸强度也随打浆度的增加而增加，且同 样在打浆初期增加很快，以后逐渐减慢，但增 加到一定程度之后反而出现转折，转为下降。 并且不同强度

20、指标，其转折点出现的迟早不同。 这是由于在打浆过程中，一方面增加了纤维结 合力，另一方面降低了纤维的平均长度，两者 都直接影响到干纸的强度，不过不同强度指标， 影响不同而已。造纸原理与工程 a、 抗张强度 转折点出现最晚。 b、耐折度 打浆度不太高时就发生转折。 c、撕裂度 转折出现最早。 抗撕裂面大 抗撕裂面小 d、耐破度 情况与抗张强度相似。 造纸原理与工程 （2）纸料种类对纤维结合力的影响 化学木浆化学木浆 棉浆棉浆 机械木浆机械木浆 (3) 纤维化学组成的影响 半纤维素 纤维素 木素 （4）添加物的影响 亲水性物质 疏水性物质造纸原理与工程 第三节第三节 打打 浆浆 工工 艺艺 一、打

21、浆方式和方法 （一）游离状打浆和粘状打浆 游离状打浆：以横向切断纤维为主的打浆游离状打浆：以横向切断纤维为主的打浆方式。方式。 粘状打浆：以润胀、细纤维化为主的打浆粘状打浆：以润胀、细纤维化为主的打浆方式。方式。 注意： 1、各种打浆方式没有截然的界线，游离状打浆中纤维也会 润胀和细纤维化。同样，粘状打浆中，纤维也会有切断。 2、打浆方式与打浆状态是不同的概念，打浆方式表示的是打浆作用的方向，而打浆状态则表示打浆的程度、结果。粘状 打浆方式可以打出游离浆。 我国以打浆度来衡量打浆程度（状态），当打浆度70SR称为粘状浆，介于3070SR之间称为半游离半粘状浆。 造纸原理与工程 各种打浆方式及打

22、浆状态 打 浆 方 式 打 浆 状 态 打 浆 度 游离状打浆长纤维游离浆1517 SR中纤维游离浆20 SR左右短纤维游离浆25 SR左右半游离半粘状打浆 半粘状半游离浆3045 SR 粘状打浆游离中粘状浆2060 SR造纸原理与工程 (二)低浓、中浓和高浓打浆 低浓打浆打浆浓度在6 6以下； 中浓打浆打浆浓度在6 62020之间； 高浓打浆打浆浓度在2020以上。 1、低浓打浆 打浆机理可用浆膜学说浆膜学说来解释。 相关因素：浆料浓度、刀片厚薄、飞刀转速浆料浓度、刀片厚薄、飞刀转速。 刀辊线速（m/s） 打浆方式 20 切断为主 25 切断与细纤维化均等 30 细纤维化为主造纸原理与工程

23、2、高浓打浆 打浆机理可用摩擦应力的理论摩擦应力的理论来解释。 高浓打浆的特点： （1）切断作用少，润胀、细纤维化作用强烈。 （2）经高浓打浆的纤维多呈扭曲状，成纸强度好，伸长率和伸缩率大。 （3）打浆温度高，进浆困难。 3、中浓打浆 未能推广使用。 造纸原理与工程 二、影响打浆的因素 （一）打浆比压和打浆时间 打浆比压：打浆时单位打浆面积上所受的打浆比压：打浆时单位打浆面积上所受的力。以力。以N/mN/m 或或PaPa表示。表示。 P PQ/FQ/F（N/mN/m ） Q刀辊及外加总有效力. (N) F打浆面积。(m) 打浆面积：打浆时飞刀与底刀接触面积。打浆面积：打浆时飞刀与底刀接触面积。

24、 造纸原理与工程 F=Z1Z2 1 2 L/ D cos1 cos2(m) 式中： Z1、Z2 分别为飞刀、底刀片数。 L 1 、 2分别为飞刀、底刀片厚。（m） L刀辊宽。 （m） D刀辊直径。（m） 1飞刀片与刀辊轴线倾斜角。 L=L/ cos 2底刀片与刀辊轴线倾斜角。 由上式可以看出： Z1 1 L/ cos1 飞刀辊刀片总面积。 Z2 2 L/ cos2 底刀刀片总面积。 D L刀辊圆周总面积。 一般底刀倾斜，飞刀不倾斜， cos1 1，即0 故F（Z1 1 L/ D L）（ Z2 2 L/ cos2 ） （ Z1 1 / D） （ Z2 2 L/ cos2 ） 式中Z1 1 / D

25、为刀辊刀片有效率。 L造纸原理与工程 打浆时间：将浆料打到符合要求打打浆时间：将浆料打到符合要求打浆质量所需的时间。浆质量所需的时间。 一般规律： 打游离浆：高比压，短时间； 打粘状浆：低比压，长时间。 减小比压，可减少切断，利于细纤维化； 增加比压，利于切断；迅速增加比压利于切断；逐步增加比压利于细纤维化。 打浆比压具体反映在飞刀与底刀之间的距 离上，实际生产中则由打浆电流来反映。造纸原理与工程 （二）打浆浓度 粘状打浆宜用较高浓度；游离打浆宜用较 低浓度。 （三）打浆温度 1、降低施胶效果； 2、造成树脂障碍； 3、降低打浆速度； 4、降低成纸强度。 （四）浆料通过量 其它条件相同时，通过

26、量大，浆料在 设备 中停留时间短，经受打浆作用小，反之则大。造纸原理与工程 （五）浆料种类及化学成分的影响 （六）刀片厚度及材质的影响 薄刀利于切断，厚刀利于细纤维化；钢刀 切断作用强，石刀分丝帚化作用好。 （七）添加物的影响 疏水性物质不利于打浆；亲水性物质利于 打浆。造纸原理与工程 三、各种浆料的打浆特性 （一）草类浆的打浆特性 （二）木浆的打浆特性 （三）棉、麻浆的打浆特性 （四）竹浆的打浆特性造纸原理与工程 四、打浆工艺 设计或选择打浆工艺可按如下步骤进行： 1 1、首先弄清楚所需生产的产品用途、特、首先弄清楚所需生产的产品用途、特性和性和 质量要求；质量要求； 2 2、确定生产规模；

27、、确定生产规模； 3 3、决定浆料配比；、决定浆料配比； 4 4、决定打浆方式；、决定打浆方式； 5 5、选择打浆设备型号、台数和排列组合、选择打浆设备型号、台数和排列组合的形的形 式；式； 6 6、设计打浆流程；、设计打浆流程； 7 7、制定打浆工艺技术条件。、制定打浆工艺技术条件。造纸原理与工程 （一）产品特征和生产规模 是进行流程设计、设备选型和原料选择的 主要依据。 （二）原料配比 选择原料配比要将必要性必要性和可能性可能性相结合。 （三）打浆方式的确定 由纸张的使用要求和质量标准所决定。 （四）打浆设备的选择、台数的确定和排列 组合 1、打浆设备的选择 2、打浆设备台数的确定造纸原理

28、与工程 （1）按打浆能力计算打浆设备台数 打浆设备的打浆能力是指每台打浆设备在单位时间内，能使浆料提高的总打浆度。即 打浆能力打浆能力 通过量（通过量（kg/hkg/h）打浆度的提高（打浆度的提高（SRSR） SRSR kg/h kg/h 台台 所需设备台数（每小时处理量所需设备台数（每小时处理量需提高打浆度）需提高打浆度）/ /打浆打浆能力能力 （2）按生产能力估算设备台数 台数处理量台数处理量/ /生产能力生产能力 3、打浆设备的排列组合 视具体情况选择并联或串联。造纸原理与工程 （五）打浆流程的设计 基本原则： 1、各设备间尽量满足顺流向排列，避免 迂回； 2、尽可能利用自然流送，并要有

29、一定的 流送位差； 3、要检修停用某台设备时，不应影响其 它设备的正常生产。造纸原理与工程 1 1、打浆机间歇打浆系统、打浆机间歇打浆系统 化浆车间来浆（或浆板）化浆车间来浆（或浆板） 打浆机打浆机 刀辊刀辊 送纸机浆池送纸机浆池 成浆池成浆池 间歇打浆系统间歇打浆系统打浆打浆机并联使用机并联使用 造纸原理与工程 2、打浆机连续打浆系统 化浆车间来浆（或浆板） 送纸机浆池 连续打浆系统打浆机串联使用 造纸原理与工程 3、圆柱精浆机（或精浆机）间歇、连续打浆系统 浆板或液体浆 水力 碎浆机 循环浆池 成浆池 送纸机浆池 圆柱精浆机 间歇、连续两用系统碎浆机、精浆机造纸原理与工程 4、盘磨机、圆柱

30、精浆机分别用于两种浆料的 连续打浆系统 浆板 化浆 来浆 水力 侧压 碎浆机 浓缩机 盘磨机 圆柱磨浆机 送纸机 叩前池 叩后池 浆池 中间池 送配浆 叩前池 连续打浆系统盘磨机、圆柱精浆机 造纸原理与工程 5、双圆盘磨浆机、匀整精浆机的连续打浆系统 化浆车间来浆 胶料 脱水机 叩后浆池 未叩浆池 填料 双圆盘磨 调浆箱 回流 矾液 送冲浆池 纸机浆池 匀整精浆机 连续打浆系统双盘磨、匀整精浆机 造纸原理与工程 （六）打浆工艺技术条件的制定 打浆工艺技术条件包括： 1 1、成浆打浆度；、成浆打浆度； 2 2、湿重；、湿重； 3 3、打浆、打浆浓度；浓度； 4 4、通过量；、通过量； 5 5、打

31、浆压力曲线（各台打浆设备、打浆压力曲线（各台打浆设备电流）。电流）。 其中1、2、3为固定条件，而4、5则为活条件随来浆情况和刀片新旧而变动。 生产新产品制定工艺条件一般要按三步走： 1、先在实验室进行小型试验，摸索初步数据； 2、再经中间试验车间的试验，定出初步条件； 3、用于大型连续生产中，经过考验、修改，总结出生产条件。造纸原理与工程 第二章第二章 调调 料料 调料包括施胶、加填、调色、染色、添加化学助剂、配浆和调浓过程。调料的主要目的是从不同角度上采用不同的手段来满足纸张的某些质量要求和纸张抄造性能的需要。 第一节第一节 施施 胶胶 一、施胶的目的和方法 施胶：用某些疏水性物质，使其附

32、着在纤维施胶：用某些疏水性物质，使其附着在纤维（或纸张）的表面，从而减少纸张的毛细管作用和纸页（或纸张）的表面，从而减少纸张的毛细管作用和纸页对水的亲和力，防止水在纸张上渗透和扩散的工艺过程。对水的亲和力，防止水在纸张上渗透和扩散的工艺过程。 施胶的目的：使纸页具有抗拒液体（特别是水和水溶液）渗透和扩散的性能。造纸原理与工程 根据纸张使用情况，按施胶程度可把纸张 分成三类： 重施胶纸重施胶纸施胶度施胶度0.750.752.0mm2.0mm； 轻度施胶纸轻度施胶纸施胶度施胶度0.250.250.5mm0.5mm； 不施胶纸不施胶纸施胶度在施胶度在0.25mm0.25mm以下。以下。 施胶方法分两

33、种： 内部施胶内部施胶也称纸内施胶。在抄纸过程也称纸内施胶。在抄纸过程中胶料中胶料 加进纤维水悬浮液中，混合均匀后再沉着到纤维表加进纤维水悬浮液中，混合均匀后再沉着到纤维表面上。面上。 表面施胶表面施胶也称纸面施胶。纸页形成后，也称纸面施胶。纸页形成后，在半在半 干的纸页或干燥后的纸页上均匀涂上胶料。干的纸页或干燥后的纸页上均匀涂上胶料。造纸原理与工程 二、常用施胶剂 施胶剂：加进（或涂于）纸页之后能施胶剂：加进（或涂于）纸页之后能使纸页具有抗液性能的物质称之为施胶剂。使纸页具有抗液性能的物质称之为施胶剂。 以松香为主体的施胶剂：以松香为主体的施胶剂： 松香胶褐色松香胶、白色松香胶、分散松香胶

34、； 强化松香胶； 石蜡松香胶。 非松香胶：非松香胶： 石蜡乳胶；硬脂酸钠；聚乙烯醇；动物胶；蛋白胶；淀粉及其衍生物；合成树脂胶。造纸原理与工程 三、内部施胶 （一）松香的三值 松香主要成分是松香酸的同分异构物，分子式为C19H29COOH，含有少量酯类和杂质。 松香的三值是衡量松香纯度的指标。 酸值酸值是衡量松香中松香酸含量多少的指是衡量松香中松香酸含量多少的指标。其含义是：中和标。其含义是：中和1g1g松香所需松香所需KOHKOH毫克数。毫克数。 皂化值皂化值指完全皂化指完全皂化1g1g松香所消耗的松香所消耗的KOHKOH的的毫克数。毫克数。 酯值酯值皂化值与酸值之差。皂化值与酸值之差。 C

35、19H29COOH + KOH C19H29COOK + H2O 302 56 1000 x x（561000）/302185造纸原理与工程 （二）松香胶的制备 1、松香的皂化剂 工业生产一般用碳酸钠或氢氧化钠。 2C19H29COOH + NaCO3 2C19H29COONa + H2CO3 H2O + CO2 C19H29COOH + NaOH C19H29COONa + H2O 皂化松香所需碱量可用下式计算： A A（O O M M2 2/M/M1 1 P P） （100100C C）(%)(%) 式中：式中：AA所需的碱量（对松香质量）所需的碱量（对松香质量） OO松香的皂化值松香的皂

36、化值 M M1 1测定皂化值所用碱的当量测定皂化值所用碱的当量 M M2 2熬胶时所用皂化剂的当量熬胶时所用皂化剂的当量 PP皂化剂的纯度（以表示）皂化剂的纯度（以表示） CC松香胶中游离松香含量（以表示）松香胶中游离松香含量（以表示）造纸原理与工程 2、松香胶的制备 （1）褐色松香胶制备 NaOH 有热法和冷法两种。 冷法制备褐色松香胶过程 松香 松香 松香 褐色胶乳液造纸原理与工程 （2）白色松香胶制备 包括熬制、乳化 开水桶 和稀释三个步骤。 冷却水套 热水桶 熬胶锅 蒸汽 蒸汽 过滤器 贮存池 喷射乳化器 乳化稀释池 白色松香胶制备流程 造纸原理与工程 白色松香胶以一种胶体悬浮液的形式

37、而能保持稳定的原因： 可以把白色松香胶料看成是由三部分组成： a a、作为分散相的游离松香固体质点；、作为分散相的游离松香固体质点； b b、作为分散介质的水；、作为分散介质的水； c c、溶解于水的松香酸皂化物作为稳定剂。、溶解于水的松香酸皂化物作为稳定剂。 H H O O H H R H H RCOONa H COONa H O O NaOOC NaOOCR RR RCOOH RCOOH RCOONa HCOONa H O O R RCOONa H COONa H H H O O H H 造纸原理与工程 （3）分散松香胶 分散松香胶是游离度接近或是100的松香胶，即松香不转化为松香酸皂，而

38、是以游离松 香粒子形式存在于胶液中。因游离松香粒子多，施胶效果要优于皂化型松香胶。 分散松香胶因所用松香有的经过改性，乳化剂类型不同，乳化条件不同等原因，制备的方法不尽相同，但基本方法大致如下： 首先将天然松香及改性松香加热熔融，在常压下搅拌，加入乳化剂水溶液，经分散得到油包水型乳液，然后在高速搅拌下加水，使油包水型乳液转而为水包油型乳液，即使松香分散于水中制成乳液型胶。造纸原理与工程 （三）松香胶的沉淀和定着 松香胶定着的方法是加沉淀剂。 1、沉淀剂的种类和性质 （1）硫酸铝（矾土、造纸明矾） 主要组成是结晶硫酸铝，并带有1218个结晶水，分子式Al2（SO4）3nH2O，是由铝矾土与硫酸反

39、应制 得： Al2O32SiO2 + 3H2SO4 Al2（SO4）3 + 3H2O + 2SiO2 （2）明矾 是硫酸铝和硫酸碱金属所形成的复盐，分子式为Al2（SO4）3M2SO424H2O，式中M为钾、钠或铵。 因含有低价的硫酸盐和多量的结晶水，其效果远 不如造纸明矾。 造纸原理与工程 （3）硫酸高铁 分子式为Fe2（SO4）3，其作用与硫酸铝 相同，但与松香酸构成黄色的沉淀物，因此只 能用于本色纸张的施胶。 （4）铝酸钠 分子式NaAlO2和NaAl2O4，是一种碱性的 铝化合物，因此可提高施胶时的pH值，一般与 硫酸铝混合使用，可以在pH57的情况下施 胶，因此可减少对设备的腐蚀。

40、（5）三氯化铝 分子式AlCl3，其作用与Al2（ SO4）3差不多。造纸原理与工程 2、松香胶粒的沉淀 界面动电势学说； 配位理论。 3、松香胶的定着 （四）施胶程序和施胶操作 1、施胶程序 先加胶，充分混合均匀后再加硫酸铝沉淀剂。 2、施胶操作 （1）间歇式施胶 主要适用于盆式打浆机、池式配浆或池式调浆等 间歇操作过程。 （2）连续式施胶 适用于连续打浆、调料的过程。可有几种情况： 造纸原理与工程 a、敞开式连续打浆系统中，胶料加入最后一台打浆机进口，沉淀剂加在叩后浆池。 浆 b、封闭式连续打浆系统中， 叩后池加胶，纸机浆池加矾；或 胶 配浆箱加胶，冲浆池加矾。 c、采用连续施胶器施胶，

41、矾 在施胶器进口加胶，中间加矾 。 施胶器 3、松香胶和明矾的加入量 浆 松香胶加入量一般为0.52.0（对绝干纤维），而硫酸铝加入量一般为松香量的1.53倍。 加入量有两种表示方法： （1）用胶料中松香质量对浆中绝干纤维量的表示，这种表示方法适合于实际操作。 （2）用所需松香量占所生产成品纸的表示。这种表示方法适用于设计部门。 造纸原理与工程 几种纸的施胶度和松香加入量 纸 种 施胶度（mm） 松香加入量（对成品纸） 胶版印刷纸 0.51.25 0.82.0 书写纸 0.51.25 1.02.5 有光纸 0.25 0.61.0 打字纸 0.25 0.50.7 纸袋纸 1.251.75 1.5

42、5.5 包装纸 0.51.25 0.71.0 瓦楞芯纸 11.5 条纹牛皮纸 0.51.25 0.81.0 晒图纸 3540秒（抗水性） 2.54 4、施胶过程控制条件 主要条件是pH值的控制，一般以45为宜。另外还有温度和胶料本身质量。造纸原理与工程 （五）中性施胶 1、 中性施胶的特点 （1）在中性条件下抄纸，所得纸页不易老化，可提高纸页强度和寿命； （2）能减轻设备的腐蚀，延长设备使用寿命； （3）白水pH值高，无硫酸铝积累，白水易回收，利于减少排水污染； （4）纸强度高，可节省打浆动力； （5）可使用CaCO3做填料，节省纤维原料，降低成本； （6）胶料成本较松香胶高，会增加成本，要靠

43、加填来抵消，这样不利于不加填或少加填的纸种； （7）施胶反应迟缓，尚有不稳定的问题； （8）滤水性差，成纸较滑，挺度、紧度较差； （9）微生物易滋生，腐浆和断头增多，损纸量加大。造纸原理与工程 2、中性施胶剂的分类 反应反应型型 中性施胶剂中性施胶剂 树脂型树脂型 阳离阳离子型子型 聚合物型聚合物型 四、表面施胶 作用：提高纸页抗液性，改进纸张物理强度、挺 度、耐擦性能、耐久性能、平滑度及手感性等；还可 有效克服纸面掉毛掉粉、两面差等缺陷。 施胶剂：淀粉及其衍生物、纤维素衍生物、聚乙 烯醇、合成树脂、石蜡胶、动物胶等。 用途：钞票纸、证券纸、胶版纸等。 方法：槽法施胶、辊法施胶、烘缸施胶、压光

44、施 胶等。造纸原理与工程 第二节第二节 加加 填填 一、加填的目的和作用 加填就是在纸料的纤维悬浮液中加入不溶于加填就是在纸料的纤维悬浮液中加入不溶于水或水或 微溶于水的矿物质。微溶于水的矿物质。 目的：改善纸张的某些特性； 节约纸浆用量。 作用：小颗粒的填料分散于纤维之间将孔隙填充，从而改进了纸张的平滑性、匀度、手感性、适印性。 填料的折光率和亮度比纤维大，填充到纤维间隙 中，增加了纸的折光能力，从而使纸的不透明度、白 度提高。造纸原理与工程 二、填料的种类和性质 （一）衡量填料好坏的标准 1 1、 折光率要高，散射系数要大；折光率要高，散射系数要大； 2 2、 白度高、亮度大，无杂质，有光

45、泽；白度高、亮度大，无杂质，有光泽； 3 3、 颗粒细腻均匀、纯度高；颗粒细腻均匀、纯度高； 4 4、 密度大，不溶于水；密度大，不溶于水； 5 5、 化学稳定性好；化学稳定性好； 6 6、 资源丰富，加工简便，价格便宜。资源丰富，加工简便，价格便宜。 （二）几种常见填料 1、白土（铝盐） 即高岭土、瓷土、铝矾土。分子式Al2O32SiO22H2O。相对密度2.56，折光率1.56，白度8086。白度及折光系数低，但价 格便宜，资源丰富，是使用较多的一种填料。 它的应用只限于一般纸张，某些高级纸张则少用白土，因为 其折光率不高。造纸原理与工程 2、滑石粉（镁盐） 最多用填料之一。分子式3MgO

46、4SiO2H2O。相对密度2.7，白度9097，折光率1.57。折光率与白土相近，但白度较白土高。 滑石粉柔软性好，加进纸页后能提高纸张的柔软性和印刷性能，且价格便宜，所以多数纸张都用其作填料，但由于折光率不高，对于某些不透明度要求高的薄页纸少用滑石粉而多用TiO2。 3、碳酸钙（钙盐） 也叫白垩，分磨碎碳酸钙和沉淀碳酸钙两种。分子式CaCO3。相对密度2.65，折光率1.66，白度98。沉淀碳酸钙比磨碎碳酸钙粒度要细一些。 其优点是能控制纸张的燃烧；折光率和白度高；粒度较细，有较好的吸油墨性和柔软性能。缺点是由于微溶于水，呈碱性，能与硫酸铝作用，造成纸浆中的气泡。 4、二氧化钛 是一种高级填

47、料。分子式TiO2。相对密度较大，为3.94.2，折光率也大，为2.552.7，粒度小，白度9799。 不透明度高，覆盖能力强，化学稳定性好。价格高，少用。 造纸原理与工程 三、加填对纸张性质的影响 （一）加填对纸张不透明度的影响 利用高的折光率提高纸张不透明度。 （二）加填对纸张印刷性能的影响 利用吸收性、柔软性和小的粒度改善纸张的吸油墨性、柔软性和平滑度。 （三）加填对纸张白度的影响 利用高白度、高覆盖力提高纸张的白度。 （四）加填对施胶的影响 填料中的碱土金属离子与松香酸生成不溶性盐，妨碍松香酸与水合铝离子结合。 （五）加填对纸张强度的影响 填料粒子填充于纤维之间，减少纤维间的氢键结合。

48、造纸原理与工程 四、填料的加入量、留着率和留着机理 （一）填料加入量 填料加入量主要决定于以下因素： 1、纸张品种 不同品种，填料加入量不同。 几种纸张加入滑石粉量如下： 胶版纸 2025 新闻纸 47 书写纸 1525 打字纸 10 有光纸 10 图画纸 30 2、浆料品种 加入量：草浆木浆，机浆化浆。 3、纸机车速与填料用量的关系 加入量随车速提高而减少。造纸原理与工程 （二）填料留着率 填料留着率：留存于纸张中填料量占加入填料留着率：留存于纸张中填料量占加入纸料中填料量的百分比值。纸料中填料量的百分比值。 依测定的基准不同，又分为总留着率总留着率和单程单程留着率留着率。 总留着率是指纸页

49、中填料量占开始加入纸浆中填料量的百分数。 单程留着率是指纸页中填料量占上网纸浆中填料量的百分数。 R R（Tz/TjTz/Tj）100100 式中式中 RR填料留着率，填料留着率， TzTz纸页中纸页中填料量（占纤维）填料量（占纤维） TjTj浆中填浆中填料量（占纤维）料量（占纤维）造纸原理与工程 一般可由测量灰分的方法来测定填料留着率。可用下式近似计算： R R(A(A1 1/A/A2 2) )100100 式中式中 A A1 1绝干纸页中灰分含绝干纸页中灰分含量（）量（） A A2 2绝干纸料中灰绝干纸料中灰分含量（）分含量（） 以上测定、计算已可以满足生产控制需要，若要精确计算，可按下式

50、进行： R R0.94(A0.94(A1 1C)(100C)(100A A2 2D)/(AD)/(A1 1C)(100C)(100A A1 1D)D)100100 式中式中 CC纤维本身所含灰分，纤维本身所含灰分， DD填料灼烧减量，填料灼烧减量， 0.940.94抄纸后纸料的得率及抄纸后纸料的得率及纤维原料和胶料中纤维原料和胶料中 的灰分平均含的灰分平均含量的总修正系数量的总修正系数 工厂总留着率的统计计算法为： R R （成品纸量（成品纸量平均灰分）平均灰分）/ / 填料加入填料加入量量 100100 造纸原理与工程 （三）填料的留着机理 填料留着的机械过滤学说 填料留着的胶体吸附学说 正

51、确的解释应该是二者相结合。 计量箱 五、填料液的制备和加入方法 振动筛 （一）填料液的 填料 水 制备 回流 （二）填料的 送加填 加入方法 填料液制备槽 1、在打浆系统中 填料液贮存槽 加入 2、在纸机前加入造纸原理与工程 第三节第三节 染染 色色 一、染色的目的 染色：是指在纸浆或纸张中加入某一色料，使之有选择的吸收可见光中的大部分光谱，未被吸收而反射出来的光谱即为所需的色泽，因此染色是对色纸而言。 调色：是指在纸浆中加进蓝色、紫色或紫红色使之与纸浆中相应呈现的橙色、淡黄色或绿（灰）黄色起互补作用而显出白色，是对白纸而言。 增白：是指在纸浆中加进增白剂以获得更高白度。 对造纸而言，染色有两

52、个目的： 1、对于色纸，通过染色生产出符合色泽要求的纸张。 2、对于白纸，提高染色可以提高纸张的白度。造纸原理与工程 二、色料的种类及其性质 （一）色料的种类 颜料颜料 色料色料 天然染天然染料料 染料染料 碱性染料碱性染料 合成染合成染料料 酸性染料酸性染料 直接染料直接染料 造纸原理与工程 （二）合成染料的性质及染色操作 1、碱性染料 特点： （1）为含有可溶性氨基的化合物，故可溶于水，呈碱性。 （2）着色力强，着色后色泽鲜艳。且价格便宜。 （3）对木素有较强亲和力，对纤维素也有一定亲和力，因此不用媒染剂也可获得较好着色效果。 （4）耐酸、耐碱、抗氯和耐光性能较差。 注意： （1）染混合浆

53、时要分开染； （2）用水要经软化； （3）溶解温度不可太高。 造纸原理与工程 2、酸性染料 特点： （1）是一种含有磺酸基团（SO3OH）或苯羟基 团的化合物，极易溶于水，呈酸性。溶解于水时趋向 于单分子的形式，因此染液的浓度可达8。 （2）着色力和鲜艳程度都不如碱性染料，而且耐 酸、耐碱和耐氯性也差，但对光的稳定性较强且耐久。 （3）对木素和纤维素都没有亲和力，要靠媒染剂 才能着色。 注意： （1）由于其对纤维没有亲和力，染色时要靠沉淀 剂定着，因此一般多用于施胶纸； （2）染混合浆料不会产生染色不匀或色斑问题； （3）可溶于冷水，用水不必软化。 造纸原理与工程 3、直接染料 特点： （1）

54、为含有磺酸基团的偶氮化合物。水溶性较酸 性染料差，易形成胶体溶液。溶解温度较高。 （2）着色能力稍次于碱性染料，色泽较暗，适于 深色纸张染色。 （3）耐光性比酸性染料还强。 （4）对纤维有很强亲和力，不用媒染剂即可取得 良好染色效果。 注意： （1）要用热水溶解，浓度要低，以免出现沉淀。 水硬度对染料略有影响。 （2）遇酸会凝结产生沉淀，因此不能在酸性情况 下染色。多用于不要求施胶的纸张。造纸原理与工程 合成染料的性质比较 性质 种类 碱性染料 酸性染料 直接染料染色基团氨基碱性基团苯羟基、磺酸基团磺酸基偶氮化合物色泽 鲜艳较差深暗着色能力强差较强 耐酸、碱、氯性较差，对碱敏感极差对酸敏感耐光

55、性差较强最佳在水中溶解性可溶易溶可溶热水溶解温度60704080以上亲和力对木素有强亲和力，对纤维素有一定亲和力对纤维素和木素无亲和力对纤维有强的亲和力媒染剂单宁酸（漂白浆）硫酸铝不用染色时pH值4.56.54.55.05.56.5上染顺序加胶加矾加染料加胶及染料加矾加胶及染料加矾适应范围磨木浆和未漂浆混合浆生产施胶纸不要求施胶的色纸造纸原理与工程 第四节第四节 配配 浆浆 一、配浆的目的 1、将各种浆料和损纸按照一定比例混合 在一起。 2、控制和稳定供纸机使用的浆料的浓度。 二、配浆的方法 间歇式间歇式 配浆池配浆池 敞开式配浆敞开式配浆 配浆配浆 配浆配浆箱箱 连续式连续式 管道配浆管道配

56、浆封闭式配浆封闭式配浆造纸原理与工程 （一）配浆池的间歇配浆 胶料、矾土、填料、染料等 配 浆 池 各种浆料及白水 送纸机 配后贮浆池 造纸原理与工程 （二）连续式配浆箱 A 溢流口 溢流室 进浆室 混合室 进浆口 闸板 进浆室 调节闸板 回流 进浆 出浆 混合室 出浆口 闸板式配浆箱AA面 A 闸板式配浆箱 矩形闸板 V形闸板造纸原理与工程 第五节第五节 添加剂的应添加剂的应用用 一、使用添加剂的目的及其系列产品 （一）使用添加剂的目的 1、在生产工艺及主要设备变化不大的情况下，可以较大幅度提高纸张的产量和质量，不需要特殊设备，简易可行，用量少，收效大。 2、赋予纸张某些特殊的性质。 3、解

57、决生产上的一些问题。 （二）添加剂的系列产品 添加剂的种类很多，但许多都是由一种主要原料发展（衍生）为一系列产品，通过不同的聚合工艺赋予产品不同官能基，不同的官能基则可对纸张或抄纸操作起到不同的作用。造纸原理与工程 例：聚丙烯酰胺 CH2CH 因带有不同类型、不 CO n 同数量的官能团及不 NH2 同分子量，可发挥絮凝、增强和分 散三种不同作用，形成系列产品。 有： 1、非离子型PAM; 基 分散剂 2、阴离子型PAM, 团 3、阳离子型PAM。 含 量 分子量 阴离子型PAM的应用 增强剂絮凝基造纸原理与工程 二、增干强剂（干强剂） （一）提高纸张干强度的意义 1、节约纤维原料，增大纸张强

58、度。 2、节约优质纸浆。 3、节约动力消耗。 （二）干强度助剂 也叫纤维粘合剂。主要是因为它有一定的分子量 和活性基团，能使纤维羟基结合从而提高强度。 1、淀粉及其衍生物 2、植物胶 3、水溶性纤维素衍生物 4、水溶性树脂造纸原理与工程 三、增湿强剂（湿强剂） （一）提高湿强度的意义 使部分纤维间产生抗水性结合，纸张泡在 水中仍可保持一定的强度，提高使用性能。 （二）湿强剂 湿强剂：使纤维间产生抗水性结合的助剂。 一般都是热固性树脂，如三聚氰胺甲醛树 脂、脲甲醛树脂、聚酰胺环氧树脂等。造纸原理与工程 四、助留与助滤剂 （一）提高纸料助留与助滤性能的意义 1、提高细小纤维与填料留着率； 2、增加

59、网案的脱水能力，增加产品产量； 3、改善纸页的两面性，提高纸张印刷性能等； 4、减轻白水处理负荷，提高网、毯清洁程度； 5、提高纸页干度，节省干燥部蒸汽用量。 单 71 灰 程 分 留 含 着 量 率 28 8 20 网面 顶面 填料含量 造纸原理与工程 （二）助留与助滤剂 1、无机产品：硫酸铝、硫酸钠等。 2、改性天然产品：阳离子淀粉、羧甲基纤维素等。 3、高分子聚合物：聚丙烯酰胺、聚乙烯亚胺、聚胺、聚酰 胺等。 （三）助留与助滤机理 助留机理： 1、Zeta电位控制 + +造纸原理与工程 2、嵌镶结合 3、架桥效应 M M MMMMMMMM + + + + + + + + + + + +

60、+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +造纸原理与工程 助滤机理： 1、使纤维和填料的电荷减少，存在于纤维、填料间充满 水的结构受到破坏，使水容易释出。 2、将电荷中和后，使细小纤维、填料重新排列，滤层疏 松，水易释出。 3、中和电荷后，纤维比表面积变化，水易通过滤层。 （四）助留和助滤剂的应用 脱水 留着 1、使用量 2、使用浓度 效 凝聚 3、加入位置 率 4、湍流对助留和助滤剂 脱水 使用的影响 留着 时间造纸原理与工程 五、纸料的除气和消泡剂 （一）纸料中空气的存在形式 游离态游离态 结合态结合态 （二）除去空气的必要性 空气的存在给纸张的抄造