第二讲制浆造纸

1、重点知识回顾重点知识回顾l纸包装的特点纸包装的特点 其中：绿色包装的概念其中：绿色包装的概念l造纸原料的分类造纸原料的分类l造纸原料的生物结构：造纸原料的生物结构：纤维和杂细胞的特点纤维和杂细胞的特点 微细纤维的结构微细纤维的结构l造纸原料的化学组成：纤维素、半纤维素、木造纸原料的化学组成：纤维素、半纤维素、木素素&纤维与细胞纤维与细胞(光学显微镜辨别光学显微镜辨别)v纤维与杂细胞：植物由细胞组纤维与杂细胞：植物由细胞组成，成，在造纸工业上在造纸工业上将成熟的将成熟的细细长细胞长细胞称为称为纤维纤维，短、粗、异短、粗、异型型细胞不适合造纸，称为细胞不适合造纸，称为杂细杂细胞胞v纤维形态：中空、

2、壁厚、细长纤维形态：中空、壁厚、细长呈纺锤状呈纺锤状 长长15.6mm(禾草、木材纤维禾草、木材纤维)，宽宽0.0080.012mml一、纤维细胞一、纤维细胞l壁的结构壁的结构l胞间层胞间层 middle lamellal初生壁初生壁 primary walll次生壁外层次生壁外层 secondary wall 1l次生壁中层次生壁中层 S2l次生壁内层次生壁内层 S3化学成分在纤维中的分布化学成分在纤维中的分布木素木素纤维素纤维素 半纤维半纤维素素ML 90% 10%P70%10%20%S140%35%25%S215%55%35%S35%55%40%二、制浆造纸二、制浆造纸二、制浆造纸二、制

3、浆造纸造纸造纸 制浆制浆纸浆 植物 纸（一）制浆（一）制浆v什么是制浆？什么是制浆？ 将造纸原料分散为单根纤维的过程叫将造纸原料分散为单根纤维的过程叫制浆制浆，获，获得的产品称为得的产品称为纸浆纸浆。 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）。（一）制浆（一）制浆制浆的要求：制浆的要求： 制浆的要求：制浆的要求：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。 备料备料制浆制浆洗涤洗涤筛选筛选漂白漂白纸浆纸浆制浆的基本过程（一）制浆（一）制浆v备料

4、：制浆前把粗长的木材、禾草切成小块的料备料：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。片并去除杂质的操作。 v备料的基本过程：备料的基本过程：l1 原料的贮存l2原料的处理l3处理后料片的输送和贮存备料备料二、原料场的基本要求二、原料场的基本要求 防火与安全防火与安全：防止自燃、雷击、人为事故等排水排水：保证排水沟畅通；注意垛基构造通风通风：通风道、垛间距离、垛的长度方向运输运输：原料特点、运输设备照明照明：照明灯塔、埋设电缆注意：堆垛方法、堆垛规格、堆垛间距备料备料三、原木的贮存三、原木的贮存 1.水上贮存：水上贮存：均匀水分，防止腐烂，简化搬运操作；沉底与污泥问题等2.地面贮

5、存地面贮存：降低水分与树脂含量，腐烂变质问题；注意：堆垛方法、堆垛规格、堆垛间距备料备料削片机削片机（一）制浆（一）制浆纸浆生物法化学机械法机械法化学法制浆料片 制浆方法：（一）制浆（一）制浆化学法制浆化学法制浆(CP,Chemical Pulping)W 原理：原理： 用化学药液蒸煮料片，在高温下化学药剂与料片中的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。木素反应生成水溶物，使纤维分离分散成为浆料。W木素从植物原料中溶解在水溶液中，可采用的方法：木素从植物原料中溶解在水溶液中，可采用的方法：增加增加木素的脂肪族和芳香族木素的脂肪族和芳香族羟基或

6、羧基的数量，来提高其亲水羟基或羧基的数量，来提高其亲水性；性；降解木素大分子为较小的降解木素大分子为较小的能溶解在水中的碎片；能溶解在水中的碎片；把亲水取代基与木素大分子相连接把亲水取代基与木素大分子相连接，使它的衍生物可溶于水中，使它的衍生物可溶于水中（一）制浆（一）制浆l通常采用的化学试剂为：通常采用的化学试剂为：酸法制浆碱法制浆亚硫酸盐法：SO32-烧碱法：NaOH硫酸盐法：NaOH+Na2S化学药剂石灰法：Ca(OH)2碱法制浆蒸煮原理碱法制浆蒸煮原理SH-SH-OH-SH-、OH-等离子和木素发生亲核反应，使木素大分子的醚键断裂，大分子变成小分子，并且亲液性的酚羟基增加，木素的亲液性

7、增强，使木素自木片中溶出。（一）制浆（一）制浆SO32-或HSO3-和木素发生亲核反应，生成木素磺酸，木素磺酸与溶液中的盐基结合，生成木素磺酸盐，从木片中溶解出来。 酸法制浆蒸煮原理酸法制浆蒸煮原理化学法制浆中纤维素的分解化学法制浆中纤维素的分解1、碳水化合物的降解反应：、碳水化合物的降解反应：剥皮反应，剥皮反应，100100C C以上开始；碱性水解，以上开始；碱性水解，150150C C以上开始以上开始（一）制浆（一）制浆化学浆的特点：化学浆的特点：J 这种方法制得的纸浆大致保留了纤维的天然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、长度，去除了大部分木素

8、，能用来生产强度高、柔软的高档纸；柔软的高档纸；L缺点缺点：得率低，污染大得率低，污染大。（一）制浆（一）制浆化学法制浆方法比较化学法制浆方法比较化学法制浆工艺化学法制浆工艺 化学药液 原料备料装锅蒸煮(升温、放汽、保温) 黑液 放锅洗涤筛选漂白纸浆(漂白浆) 本色浆 漂白剂化学法制浆工艺化学法制浆工艺v 蒸煮过程：蒸煮过程：主要是脱木素的过程。（蒸煮曲线）主要是脱木素的过程。（蒸煮曲线） 蒸煮温度：蒸煮温度：155180 蒸煮时间：蒸煮时间：1.5h2h 蒸煮设备：间歇式和蒸煮设备：间歇式和连续式、通常使用立式的蒸煮锅连续式、通常使用立式的蒸煮锅蒸煮条件的确定蒸煮条件的确定l在在100C以前

9、，蒸煮液浓度有所下降，但木素基本没以前，蒸煮液浓度有所下降，但木素基本没有溶出，此阶段碱液向原料内部浸透，主要溶解的物有溶出，此阶段碱液向原料内部浸透，主要溶解的物质是原料的淀粉、果胶、脂肪、树脂及低分子量的半质是原料的淀粉、果胶、脂肪、树脂及低分子量的半纤维素。纤维素。l 初始脱木素阶段：初始脱木素阶段：100150C这一升温阶段，蒸煮这一升温阶段，蒸煮液浓度继续下降，但木素溶出仅液浓度继续下降，但木素溶出仅26.6%（对原木素）。（对原木素）。l 大量脱木素阶段：大量脱木素阶段：150175C（最高温度），木素（最高温度），木素溶出溶出63.2%（对原木素），此时，木片已分散成浆。（对原木

10、素），此时，木片已分散成浆。l 残余木素脱除阶段残余木素脱除阶段：碱液浓度继续下降，但木素溶出：碱液浓度继续下降，但木素溶出只有只有8%（对原木素），这一阶段碳水化合物降解较多。（对原木素），这一阶段碳水化合物降解较多。化学法制浆工艺化学法制浆工艺洗涤与筛选洗涤与筛选 洗涤：洗涤： 通过挤压、过滤等作用将废液从通过挤压、过滤等作用将废液从纸浆当中分离出来纸浆当中分离出来其中：其中： 黑液：碱法制浆的废液黑液：碱法制浆的废液 红液：酸法制浆的废液红液：酸法制浆的废液 洗涤设备：常用真空洗浆机、压洗涤设备：常用真空洗浆机、压力洗浆机力洗浆机 洗涤方式：洗涤方式： 多段逆流洗涤多段逆流洗涤化学法制浆

11、工艺化学法制浆工艺l筛选：筛选： 将纸浆中的杂质将纸浆中的杂质分离去除的过程。分离去除的过程。 筛选设备：振动筛选设备：振动筛、离心筛、锥形筛、离心筛、锥形除渣器除渣器框式摇摆筛框式摇摆筛离心式筛浆机离心式筛浆机化学法制浆工艺化学法制浆工艺v 碱回收碱回收 利用加热、蒸发和燃烧有机物的方利用加热、蒸发和燃烧有机物的方法将废液中的无机物如法将废液中的无机物如Na2S和和Na2CO3进行苛化（即加入进行苛化（即加入Ca(OH)2），最终废液中生成），最终废液中生成NaOH，重新送入蒸煮工段使用。，重新送入蒸煮工段使用。l减少了造纸废液对环境的污染减少了造纸废液对环境的污染l循环利用化学药剂循环利用

12、化学药剂l回收利用废液中的木素回收利用废液中的木素化学法制浆工艺化学法制浆工艺v 漂白：除去浆中的残留木素或者改变木素发色基团的以提漂白：除去浆中的残留木素或者改变木素发色基团的以提高纸浆的白度高纸浆的白度l白度：白色或接近白色的纸和纸板表面对蓝光的反射率相白度：白色或接近白色的纸和纸板表面对蓝光的反射率相对于蓝光照射氧化镁标准白板表面时反射率之比，称为白对于蓝光照射氧化镁标准白板表面时反射率之比，称为白度，以度，以%表示。表示。未漂浆漂白浆化学法制浆工艺化学法制浆工艺l漂白方法：漂白方法：a.氧化性漂白氧化性漂白：利用氧化剂除去浆中残留木素及发色物质：利用氧化剂除去浆中残留木素及发色物质F

13、特点：漂白白度高，稳定性好，保持持久，纸和纸板特点：漂白白度高，稳定性好，保持持久，纸和纸板长期存放不褪色长期存放不褪色F漂白剂：漂白剂：ClO2 NaClO H2O2 Na2S2O3b. 还原性漂白还原性漂白：利用化学药剂破坏纸浆中的发色基团，使：利用化学药剂破坏纸浆中的发色基团，使纸浆变白纸浆变白F特点：漂白剂不起脱木素作用，只能脱色，稳定性差，特点：漂白剂不起脱木素作用，只能脱色，稳定性差，易产生易产生“返黄返黄”现象。现象。F漂白剂：漂白剂：Zn2S2O4、 硼氢化钠等，但还原漂剂价格高硼氢化钠等，但还原漂剂价格高机械法机械法用物理方法将植物纤维原料分散成纤维，生产过用物理方法将植物纤

14、维原料分散成纤维，生产过程中不使用任何化学药品。机械法分为磨石磨木程中不使用任何化学药品。机械法分为磨石磨木浆和木片磨木浆浆和木片磨木浆。原理：原理：通过机械摩擦、剪切、撕裂、切割等作用将原料分通过机械摩擦、剪切、撕裂、切割等作用将原料分散成纤维散成纤维特点：特点：得率高，无污染得率高，无污染。因保留了所有成分。因保留了所有成分( (杂细胞、木素杂细胞、木素) )及对纤维的切断，使得用这种浆生产的纸强度低、发脆，及对纤维的切断，使得用这种浆生产的纸强度低、发脆，漂后发黄等。漂后发黄等。 磨石磨木浆磨石磨木浆(SGW)(SGW)磨石料箱 木片磨木浆（木片磨木浆（RMPRMP）磨盘料口 化学机械法

15、制浆化学机械法制浆(Semi-chemical Pulping)先用温和的化学法处理原料，然后磨解成浆。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特点：两段制浆，包括化学预处理和机械后处理两个阶段。两个阶段。化学预处理（浸渍）化学预处理（浸渍）是用化学药剂将原料的非纤维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，成分溶解掉，实现纤维的软化，使纤维组织松弛，更适于磨浆。更适于磨浆。APMP 碱性过氧化氢化学机械浆碱性过氧化氢化学机械浆是将制浆与漂白结合在一起同时完成的是将制浆与漂白结合在一起同时完成的主要是浸渍和磨浆主要是浸渍和磨

16、浆l洗后木片洗后木片 常压预汽蒸常压预汽蒸 一段螺旋压榨、预浸一段螺旋压榨、预浸 常压预蒸仓常压预蒸仓 二段螺旋压榨、预浸二段螺旋压榨、预浸 常压预蒸仓常压预蒸仓 一段常压磨浆一段常压磨浆 洗涤脱水洗涤脱水 二段常压磨浆二段常压磨浆 消潜消潜 筛选筛选 杨木杨木APMPAPMP与与BCTMPBCTMP相比较有能耗低、化学药相比较有能耗低、化学药 品消品消耗较低、白度和强度较高的特点；但针叶木耗较低、白度和强度较高的特点；但针叶木 APMPAPMP与与BCTMPBCTMP相比相比较未表现出明显优势。较未表现出明显优势。生物法制浆生物法制浆l以微生物或其制品（酶）对木片进行预处理，然以微生物或其制

17、品（酶）对木片进行预处理，然后用机械法或化学机械法制浆。后用机械法或化学机械法制浆。l 生物处理的目的：生物处理的目的：有选择性地分解（降解）原料有选择性地分解（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，提高纸浆强度。降低磨浆能耗，减轻废水污染，提高纸浆强度。主要采用：主要采用：白腐菌、漆酶白腐菌、漆酶等（研究阶段）等（研究阶段） （二）造纸（二）造纸（papermaking）l造纸就是将制得的纸浆分散开来后获得交织均造纸就是将制得的纸浆分散开来后获得交织均匀的薄片。匀的薄片。质成纸均匀分散，在网上脱介泡沫泡沫法：

18、纸浆空气干法：纸浆水湿法：纸浆造纸（二）造纸（二）造纸（papermaking）目前以湿法造纸为主，即 水 胶料 填料 水 纸浆打浆施胶加填调浓纸页成型压榨干燥压光整理纸或纸板打浆打浆(Beating) 利用物理机械方法处理浆料，使纤维经挤压、摩擦、利用物理机械方法处理浆料，使纤维经挤压、摩擦、揉搓、剪切等作用，互相分离成单根纤维揉搓、剪切等作用，互相分离成单根纤维打浆的作用打浆的作用（1）使细胞壁发生位移和变形（2）破除初生壁(P)和次生壁的外层(S1)（3）细纤维化（分丝帚化纤维两端与纤维表面微细纤维分散蓬松） & 打浆与调料打浆与调料未经打浆的纤维未经打浆的纤维经过打浆的纤维经过打浆的纤

19、维& 打浆与调料打浆与调料l打浆目的打浆目的宏观：增加纤维之间的接触面积，增强纤维间的交织力微观：利于分子链间的氢键结合 氢键结合氢键结合l水分子结构是一个水分子结构是一个四面体。氧原子位四面体。氧原子位于四面体的中心，于四面体的中心，两个氢原子和两个两个氢原子和两个孤电子队占据四面孤电子队占据四面体的角顶。体的角顶。l OH键之间的键角键之间的键角被压缩到被压缩到104. 5度。度。纤维间氢键的形成过程纤维间氢键的形成过程 -通过水分子形成的水桥连接通过水分子形成的水桥连接& 打浆和调料打浆和调料l打浆设备：打浆设备： 槽式打浆机槽式打浆机圆盘磨浆机打浆打浆& 施胶施胶(Sizing) 施胶

20、施胶 通过向纸浆冲加入耐水性胶料或在纸幅表面涂胶，使纸张通过向纸浆冲加入耐水性胶料或在纸幅表面涂胶，使纸张获得抗拒液体扩散和渗透的能力。获得抗拒液体扩散和渗透的能力。 施胶的作用施胶的作用l 纸张施胶通常是出于以下目的：纸张施胶通常是出于以下目的： 施胶施胶(Sizing) 施胶方法：施胶方法：纸内施胶：将胶料直接加入纸浆内纸内施胶：将胶料直接加入纸浆内l以松香胶为例，先将松香加碱和蒸汽熬成胶料，以松香胶为例，先将松香加碱和蒸汽熬成胶料，然后加入打浆后的纸浆中，用明矾作用将松香然后加入打浆后的纸浆中，用明矾作用将松香粒子沉淀在纤维上，在干燥高温下松香熔化堵粒子沉淀在纤维上，在干燥高温下松香熔化

21、堵塞毛细孔。塞毛细孔。表面施胶：用一种或两种施胶剂涂于纸的单面表面施胶：用一种或两种施胶剂涂于纸的单面或双面使其有较高的憎水性或双面使其有较高的憎水性l主要施胶剂为淀粉及其衍生物等主要施胶剂为淀粉及其衍生物等& 施胶施胶(Sizing)l 施胶剂应能增加纸页的疏水性，分子结构上施胶剂应能增加纸页的疏水性，分子结构上应有疏水性基团。应有疏水性基团。 l 施胶剂分子的疏水部分伸出纤维表面也是必施胶剂分子的疏水部分伸出纤维表面也是必要的。这样，液体分子与纸页表面接触时将遇要的。这样，液体分子与纸页表面接触时将遇到疏水的施胶剂分子，而不是亲水的纤维素和到疏水的施胶剂分子，而不是亲水的纤维素和半纤维素分

22、子。半纤维素分子。& 施胶施胶(Sizing)l 内施胶剂的主要留着机埋是施胶剂粒子与纤内施胶剂的主要留着机埋是施胶剂粒子与纤维和细料的异质凝聚维和细料的异质凝聚(Heterocoagulation)。l 为了改善施胶剂的留着，有必要赋予施胶剂为了改善施胶剂的留着，有必要赋予施胶剂粒子正电荷，以便它们被负电荷的纤维和细料吸粒子正电荷，以便它们被负电荷的纤维和细料吸附并留着。附并留着。& 施胶施胶(Sizing)(四四)胶料分子定向排列胶料分子定向排列l如果是两亲分子，胶料分子必须良好定向于纤如果是两亲分子，胶料分子必须良好定向于纤维表面，它们的非极性基团朝向外面以形成疏维表面，它们的非极性基团

23、朝向外面以形成疏水性的纤维表面。水性的纤维表面。l COOOOOOOHHHHHHHOOH随机COHOCOHOCOHOCOHO极性非极性极性 施胶施胶(Sizing)疏水性表面& 加填加填(Fill) 加填加填 向纸浆中加入适当的无机填料，以改善纸页的光学性能向纸浆中加入适当的无机填料，以改善纸页的光学性能(不透明不透明)、印刷性能、印刷性能(表面光滑、均匀、吸墨性好表面光滑、均匀、吸墨性好)，降低，降低成本，加入量在成本，加入量在240%。常用的填料：常用的填料：l滑石粉滑石粉(成分成分:MgO 30.6%, SiO2 62%, 白度白度96.8%l瓷土瓷土(成分成分:Al2O3 39%, S

24、iO2 45%,白度白度82%）lCaCO3 TiO2 BaSO4化学助剂化学助剂l染色染色 根据要求可加入适当染料制成希望色泽根据要求可加入适当染料制成希望色泽的纸的纸l湿强剂：脲醛、三聚氰胺树脂湿强剂：脲醛、三聚氰胺树脂( (三三) ) 造纸机造纸机(Papermaker)(Papermaker)l造纸机主要有造纸机主要有 长网造纸机长网造纸机 圆网造纸机圆网造纸机 夹网造纸机夹网造纸机长网造纸机夹网造纸机& 长网造纸机长网造纸机(Fourdrinier Machine) 1799年法国印刷工洛伯特发明了无端网带，年法国印刷工洛伯特发明了无端网带，1804年长年长网造纸机发明，自此机械化造纸替代了手工捞纸，纸的网造纸机发明，自此机械化造纸替代了手工捞纸，纸的产量与应用范围逐年增加。产量与应用范围逐年增