北林造纸课件

1、北 京 林 业 大 学第三章 添料北京林业大学1、 什么是添料，加添？ 添料是指纸浆中加入非纤维性的物质； 在纸浆中加入添料，改变纸张的性质，更好的满足使用的需要，这一生产过程称为加添。2目的：提高纸的质量，增加产量，改进操作，减少流失，降低成本。 北京林业大学2-1 施胶 2-1-1概述 一、一、施胶目的和方法：施胶目的和方法： 1施胶：是指使纸和纸板取得抗水性能的加工程序； 2目的：使纸张具有抗拒流体的渗透能力。 3施胶度：纸张经施胶后其抗水性能的大小用施胶度表示。 4施胶方法： 纸内施胶或内部施胶 纸面施胶或表面施胶 1）纸内施胶：在纸浆中加入施胶剂，再抄成具有增液性能的纸和纸板施胶的主

2、要方法。 2）纸面施胶：在纸的表面浸入施胶剂，以取得增液性能。 3）双重施胶：纸料内和纸面上均进行施胶。 北京林业大学二、施胶和施胶剂的发展二、施胶和施胶剂的发展 1、胶料： 1）用于纸内施胶：松香胶、强化松香胶、合成胶、分散松香胶。 2）用于纸面施胶：氧化淀粉、聚乙烯醇、羟甲基纤维素、动物胶、合成树脂。 2、松香来源： 天然萃取松香和树脂松香及塔罗油松香。 3、发展： 高游离松香胶松香皂胶强化松香胶分散松香胶。 发展趋势：提高施胶的效果，降低成本，由酸性施胶转向中性，甚至向碱性施胶发展。北京林业大学2-1-2 纸内施胶 一松香胶体系：一松香胶体系： 1 、 松 香 ：、 松 香 ： 是 一

3、种 大 分 子 有 机 酸（C19H29COOH），是由松香酸和海松酸等多种酸性物质的异构体组成的混合物，而不是单一的有机化合物。 1）化学属性：化学反应主要是受酸性基团（羟基）和共轭不饱和双键支配。 2）物理属性：相对密度1.011.09，软化点750C左右，熔点：901350C,不溶于水，溶于甲醇、乙醇、二硫化碳等有机溶剂。北京林业大学3）主要质量标准（造纸松香）：）主要质量标准（造纸松香）： a. 酸值：以1g松香用碱中和时，所消耗KOH的毫克数。酸值越高说明松香中含松脂酸量越高；一般为150170mg KOH 。 b. 皂化值：1g松香与碱完全皂化时所消耗的KOH毫克数。表示松香中的树

4、脂酸和脂类的总含量，此值与酸 值 之 差 越 大 ， 说 明 松 香 中 含 脂 越 高 ; 一 般 为160185mg KOH 。北京林业大学2、皂化松香胶：皂化松香胶： 1）皂化松香胶的熬制：皂化松香胶的熬制：（见P69） 皂化反应：皂化反应： 2C12H29COOH + Na2CO32C12H29COONa + CO2 + H2O 2C12H29COOH + NaOHC12H29COONa + H2O C12H29COOR + NaOH C12H29COONa + H2O 皂化的结果使不溶于水的松脂酸变成可溶于水的松脂酸钠；皂化剂多用纯碱（Na2CO3），原原因：因：a. 反应温度易控制

5、； b.反应中产生的大量CO2有利松脂酸的分解。北京林业大学 2） 皂化松香胶的分类和用碱量计算： （1）分类： a.中性松香胶（褐色胶）：中性松香胶（褐色胶）：全部松香酸都皂化为松脂酸钠，胶液呈中性或微碱性，颜色为暗褐色。 b.白色胶：白色胶：将松香部分皂化，剩余的松脂酸成微粒，均匀分散在已皂化的松值酸钠溶液中，胶液呈白色，白色胶中游离松香2040% 。北京林业大学c.用碱量用碱量A计算：计算： O(100C)% / M1 = AP / M2 A = (OM2/M1P)(100- C)% M1测定皂化值用KOH的当量； O松香的皂化值； P熬胶用碱的纯度； M2熬胶用碱的当量； C松香胶的游

6、离松香含量（5%）； d熬胶用水量熬胶用水量：取决于松香胶中游离松香的含量。游离松香含量越高，用水量则越少，以防止松香胶聚凝沉淀。 北京林业大学3、施胶理论： 1)接触角理论：接触角理论： 渗透速度 V = dL/dt = rcos /4L , L：渗透深度(cm)；t: 浸透时间(s); ：液体的比表面积自由能，N/cm ； ：液体的粘度(Pa s)； r：毛细管半径(cm)； ：液、固两相间接触角(度)。 接触角理论认为：胶体产生抗水作用原因是：胶体改变了纸页表面的性质，加大了液固间的接触角，减少了纸页表面对水的附着力。见P72 SV = SL + LVcos SV = A1S1V + A

7、2S2V ； A1 + A2 = 1 北京林业大学北京林业大学北京林业大学良好的施胶效果取决于：良好的施胶效果取决于： a. 选用比表面自由能较低的施胶剂。 b. 胶料沉淀物应强力分散，并均匀分布，尽量增大胶料覆盖面积； c. 胶料沉淀物应牢固地覆着在纤维的表面，获得稳定的比表面自由能。北京林业大学2）矾土的水解作用：）矾土的水解作用： 矾土溶液主要组成为Al(H2O)63+ ，在不同PH值时，水解所生成的络合物组分见P74表。在PH = 46时，为Al(H2O)63+，它能与羟基起络合反应，甚至可能与羟基络合，导致羟联反应。3）松香胶沉淀物的形成和化学组成：）松香胶沉淀物的形成和化学组成：

8、在松香胶中加入矾土，生成游离松香及水和松香酸铝。对于完全皂化的松香胶，则为游离松香和少量二松香酸铝。 北京林业大学北京林业大学4）松香胶沉淀物与纤维）松香胶沉淀物与纤维的附着理：的附着理： （1）配位理论：）配位理论： 配位理论认为施胶应是水和铝离子、松香酸和纤维素进行络合反应的结果。 a. 水和铝离子中的羟基能被络和能力更强的松香酸离子（Ab）所取代：Al(OH)(H2O)52+ +2Ab Al(H2O)5Ab2+ + 2H2OAl(H2O)63+ +Ab Al(H2O)5Ab22 + + H2O b. 水和松香酸铝又与纤维素表面的阴离子起络合反应，使松香胶沉淀物附着在纤维上。北京林业大学（

9、2）界面动电势学说界面动电势学说： 界面动电势学说认为，在施胶过程中，带负电荷的松香胶优先吸附铝离子而带正电荷，然后被带负电荷的纤维素所吸附。此理论基于：纤维素表面始终带负电荷（P75)。 无论是配位理论，还是界面动电势系统均认为：施胶过程应加入足够铝离子，维持PH在5左右，尽可能排出其它阴离子杂质的干扰，因促进络合反应，使施胶纸张表面电荷接近等电位点，从而保证取得预期的施胶效果。北京林业大学5）施胶效应的完成：）施胶效应的完成： （1）松香胶沉淀物吸附于纤维表面，或与纤维通过配位健而络合，仅仅是取得施胶效应的一个必要历程。 （2）松香胶属两性物质，在干燥过程中，处于纤维表面的松香胶沉淀物的极

10、性羧基部分会发生内取向，使非极性部分向外，表面自由能下降，取得良好憎液性能。（但这种内取向是不稳定的） （3）配位键理论认为：水和铝离子能起羟联反应而连接在一起。因此在干燥过程中，松香胶沉淀物发生羟联反应，失去配位键的水分子，形成各种聚合体而连接在一起。 （4）松香酸铝能与纤维素的羧基构成配位键，在干燥过程中也能产生羟联反应，从而使松香胶沉淀物获得稳定内取向。北京林业大学北京林业大学北京林业大学4、影响施胶的因素： 1）浆料的性质： a. 不同浆料具有不同的施胶效应。纤维素含量越高，半纤维素含量越少，施胶越困难。 GP竹（草）浆KP木浆、蔗渣浆半漂半化学浆人造丝浆棉浆 b. 打浆度越高，施胶效

11、果越好。 2） PH值：PH = 4.75.5 3）阳离子：碱金属离子会给施胶造成困难；如钙离子等会造成松香酸钙沉淀，妨碍松香酸与水合铝离子的结合。 4）阴离子： 络合能力： ClSO42CH3COO草酸根OH北京林业大学 5）施胶温度：施胶温度最好控制在20250C，最高不超过350C；因为松香乳液在400C易发生凝聚。 6) 松香粒度：粒度小，有利于松香胶的分布，扩大施胶面积 。 7）打浆：提高打浆度能改善施胶的效果。 8）加填：添加填料会降低纸张的施胶度；现加胶后加矾，最后加填。 9）胶体稳定剂：胶体稳定剂有助于防止松香胶的凝聚，提高施胶效果。 10）网部和压榨部的影响：网部和压榨部脱水

12、不匀或过猛，会导致施胶不匀或施胶两面性。 11）干燥和压光的影响：施胶纸页应防止强干燥；干燥温度与松香胶沉淀物的组成有关。 压光对施胶不利。北京林业大学5、强化松香胶强化松香胶： 松香胶起施胶作用的官能基是（COOH），若能设法增加松香的羧基数量，则可望提高松香的施胶效能制备强化松香胶的理论依据。 1）马来松香一种改性松香；马来松香胶中的马来海松酸有三个羧基，因此增强了羧基的数量和活性，能显著提高施胶的能力。 马来松香定义：以100g松香所加入的马来酐的克数来命名，%； 2) 马来松香施胶：P79 北京林业大学北京林业大学6、分散松香胶：、分散松香胶： 含游离松香量接近或达100%的高游离松香

13、分散体。 1）制备方法逆转乳化法：其特征是：随着水的加入，松香液由水/油型，逆转为油/水型，制成稳定的松香分散体。 影响植被逆转胶的因素有：乳化剂的选择及其用量，搅拌速度，乳化温度和浓度等。北京林业大学2）施胶机理）施胶机理： a.松香与铝离子的反应； b. 胶料在纤维上的留着和矾土的消耗； c.胶料在纤维上的分布及对纸页强度的影响； d. 胶膜的稳定性；e.胶料的脱水性；f. 胶料的熔融性和施胶度；北京林业大学北京林业大学二合成胶 1、中性施胶与中性造纸：P83。 2、中性施胶的分类：提高浆料的pH值进行中性施胶可 1) 尽量少使用矾土，采用分散松香胶； 2）不使用矾土，如采用合成胶取代松香

14、胶； 3）合成胶的种类: a. 反应型：在碱性条件下，胶料直接与纤维反应，使胶料固着在纤维上,如烷基烯酮二聚体系列； b. 自行固着型：阳离子施胶剂,树脂型, 聚合型。 3、 烷基烯酮二聚物（AKD） 1） AKD的结构、性质和应用（P84）。北京林业大学2）AKD的施胶机理：的施胶机理：a. AKD与纤维共价键结合而固着在纤维上；松香胶施胶是胶料沉淀物吸附留存在纤维上；b. AKD有一反应基团，能直接和纤维素的羟基反应形成共价键结合，在纤维表面形成一层稳定的薄膜，使纤维由亲水性变成疏水性；c. AKD的疏水基包括一长而直的碳氢键，而松香胶是稠环结构；d. AKD与纤维的作用是使纤维表面的羟基

15、酯化；北京林业大学北京林业大学三、纸面施胶 一）目的和用途：一）目的和用途： 目的：目的： 1、提高憎液性能、适印性能和抗油性能。 2、 提高表面性能物理强度。 3、 减少纸页的两面差和变形。 4、 减少胶料的流失。 用途：用途： 用于质量要求较高和用途特殊的纸种。 北京林业大学二）纸面施胶的方法： 机内施胶：在纸机上进行施胶，使用较普遍。 机外施胶：将卸下的纸卷在纸机外的施胶装置上进行施胶。1、辊式纸面施胶：、辊式纸面施胶：（1）水平辊式纸面施胶：纸页所承受的张力较小，很少断头，一般安装在烘缸1/22/3之间；（2）垂直辊式纸面施胶：a. 两个施胶辊安装在垂直中心线上，并带有加压结构；b.

16、须严格控制纸页的水分含量在812%；c. 供胶量必须与纸页的通过量相适应，并有一定的循环量；d. 垂直辊式纸面施胶易产生断头，纸面两面施胶量容易不均匀。北京林业大学北京林业大学北京林业大学北京林业大学（3）倾斜辊式纸面施胶：a. 两个施胶辊安装的倾斜度较大，引纸操作方便；b. 施胶前纸页水分应控制在1012%c. 施胶后纸面产生皱折，可用伸展辊来展开；d. 多用于一般文化用纸的纸面施胶。北京林业大学北京林业大学北京林业大学2、槽式纸面施胶、槽式纸面施胶： 1）在施胶槽内盛放胶液，纸页经弹簧辊进入施胶槽，通过施胶辊使纸幅在槽内浸入胶液而达到纸面施胶的目的； 2）施胶槽设有夹套，可以通气加热胶液，

17、并保持胶液所需之温度； 3）多用于机外施胶，也可用于机内施胶。北京林业大学北京林业大学3、其它纸面施胶方法：其它纸面施胶方法：1) 烘缸纸面施胶：施胶作用是通过直接紧靠着烘缸表面的施胶辊来达到的，不仅能取得施胶效应，还能提高光泽度。 2) 压辊纸面施胶：用于某些光泽度要求较高的单面光纸，用于提高纸面光泽度和强度。3) 压光机纸的纸面施胶：只用于厚纸和纸板表面施胶（用于配有两台压光机的纸板机）。 特点：特点：压光机纸面施胶没有辅助干燥设备，干燥主要是通过其它压光棍的摩擦取得热量，要求进入压光机纸板水份为8%左右。 北京林业大学北京林业大学北京林业大学北京林业大学三）纸面施胶剂：三）纸面施胶剂：

18、1、淀粉和改性淀粉淀粉和改性淀粉 淀粉（C6H10O5）n 天然高分子化合物，粘度高，流动性差，易凝聚；改性（转化）淀粉是获得较广泛应用的表面施胶剂（P90）。 1）氧化淀粉：施胶科显著提高纸张的表面强度、平滑度，适应性，减少纸页掉毛、掉粉现象（P90）。 2）阳离子淀粉：施胶可改进印刷性能，减少纸面掉毛、掉粉，增加干燥速度，提高成纸强度。 3）酶化淀粉：粘度较低，流动性好，透明度高，可向纸内渗透，改善纸张表面强度、外观及物理性能。北京林业大学 4）阴离子淀粉：稳定性好，加入纸浆内可作松香胶的增效剂，是铜版纸较理想的涂布施胶剂。 甲基纤维素 MC 2纤维素衍生物纤维素衍生物 羧甲基纤维素 CM

19、C 羧乙基纤维素 HEC 羧甲基纤维素作为表面施胶剂，能取得良好的抗油性能，提高纸张的强度，但憎水性能较差。 3、聚乙烯醇、聚乙烯醇PVA：具有良好的胶粘强度和成膜性，能使纸张获得较强的抗油性能，能在纸面构成高度透明且柔软、抗张强度较大的抗油薄膜（P92）。 4、动物胶：、动物胶：常用的为白明胶；主要用于槽压施胶，高级纸种（P90)。北京林业大学2-2 加填 一、加填的目的和作用：一、加填的目的和作用： 一）加填的目的： 1 改进纸的光学性质：不透明度和密度； 2 改进纸的物理性能和印刷性能； 3 满足某些特殊性能的要求； 4. 节省纤维原料，降低生产成本；北京林业大学二）加填的作用二）加填的

20、作用： 1、填料的折光率和亮度比纤维大，能有效的提高纸张的不透明度，白度和亮度。 2、填料分散于纤维之间将空隙填平，能改进纸张的柔软性和可塑性，提高适印性能。 3、填料能吸附树脂，使纸浆中的树脂不致凝聚成大粒子，而有助于克服树脂障碍。 4、加填使纸张的物理强度下降。 三）加填方式三）加填方式 间歇式 浆内 连续式 网前箱北京林业大学二、填料的选用与性质 一）填料的选用：一）填料的选用： 一般情况：定量在 50g/m2以上的印刷纸，加用廉价的滑石粉，40g/m2以下薄型字典纸，需考虑加TiO2填料（P95表2-2)。 二）填料的种类和性质：二）填料的种类和性质： 天然填料：滑石粉、高岭土、白土、

21、石膏。 人造填料：碳酸钙、硫酸钡、钛白（TiO2）北京林业大学 1、滑石粉：可提高纸页的平滑度、匀度和光泽度，能改善纸张的印刷性能，对施胶影响较小； 2、 高领土（瓷土）：与滑石粉相似，但折光率较低，对纸张强度的影响最大； 3、碳酸钙： 天然：磨碎碳酸钙，白垩。 人造：沉淀碳酸钙,由石灰乳液通CO2制成。 用碳酸钙作填料，纸页的不透明度高，吸收型好，成纸柔软，紧密而有光泽，对纸的强度影响较小。 4、二氧化钛（钛白）：白度高，粒子小，具有较高的光泽度和光折射系数，用量少，对纸的强度影响小。 5、合成硅铝人造填料：成纸质量好，白度高，不透明度高。北京林业大学四、填料留着率 一）纸张填料留着率：一）

22、纸张填料留着率：是指纸张中所含的填料量A与加入纸料中填料量B的百分比； R = A / B 100% ；从控制生产出发，求得近似值已满足需要。 A：绝干纸中填料含量；B：加入纸料中填料量； 单程留着率 Rt = (CX) / H = 1(TY) / H ； H：流浆箱浆浓； C：伏辊处纸幅干度； T：网下白水浓度； X：到达伏辊处浆量占流浆箱浆量的比值，一般为35%。 Y：通过铜网流失的浆量占流浆箱浆量的比值，9597%北京林业大学一）填料留着机理及影响留着一）填料留着机理及影响留着的因素的因素： 1、留着机理：、留着机理： 填料留着由吸附过程、过滤过程、沉积过程及絮凝过程所决定。 1）机械截

23、流学说：认为填料由于机械过滤作用，使填料不能通过滤层而留在纸内（P97）。 2）胶体吸附学说：填料在水中带负电荷，当加入矾土后，因有水和铝离子产生，填料离子吸附铝离子而转成带正电荷，并与带负电荷的纤维相吸引而沉淀在纤维的表面上。 填料的留着是由于机械截留和胶体吸附双重作用的结果，而吸附作用更重要。北京林业大学2、 影响因素影响因素： 填料留着随下列情况的变化而增加： 1） 纸张定量和厚度的增加； 2）施胶对矾土用量的适当增加。 3） 纸张打浆度的提高； 4） 纤维长度的提高； 5）白水回用量增加； 6） 纸料温度提高； 7） 上网浓度的提高； 8）在纸料中加入助留剂；北京林业大学 随下列情况变

24、化而下降： 1）纸机车速提高； 2）真压箱、真空压辊，真空压榨等处的真空度提高； 3） 纸机网部振幅与振次的增大； 4） 网眼加大。 5）上网浓度降低。北京林业大学2-3 染色 一染色和调色的目的：一染色和调色的目的： 1生产颜色纸，纸浆需要染色； 2生产白纸也需要进行增白。 二色相的调配校正原理：二色相的调配校正原理： 纸张的染色是指在浆料中加入某一色料，使其有选择性吸收部分可见光，反射我们所要求的色泽光谱，这一生产过程称为染色和调色。P98 图2-16 P99 表2-4北京林业大学北京林业大学 三色料的分类和性质： 颜料：有色的填料, 耐光性较强，不溶于水，与 纤维无亲合力; 染色性能不如

25、染料。 色料 天然染料：着色力不强，光照易变色； 染料： 人造染料合成染料：溶于水，着色力 强，价格低廉，染色操作简单。 碱性染料 人造染料 酸性染料 直接染料北京林业大学一）碱性染料：一）碱性染料： 为具有氨基碱性基团的有机化合物。特点：特点： 1、可溶于水，呈碱性，着色力极强，色彩鲜艳，价格低廉，应用最广。 2、对木素亲合力极大，所以对机木浆和未漂化学浆易染色。 3、对纤维漂白浆亲合力较弱，需加媒染剂才能染色。 4、耐光、耐热性极差，对酸、碱、氯根不稳定，成品易退色。北京林业大学二）酸性染料：二）酸性染料： 为带有苯羟基或磺酸基的有机化合物。特点：特点： 1、呈酸性，极易溶于水，着色能力较

26、碱性染料差； 2、 耐光性、耐热性较碱性染料强； 3、PH = 4.54.7时，染色效果最好，不施胶的纸不得使用酸性染料； 4、酸性染料与植物纤维没有亲和力，需借助于矾土做媒染剂。 5、混合浆料的染色多用酸性染料。 北京林业大学三）直接染料：三）直接染料： 为具有磺酸基团的偶氮化合物，溶于热水； 1、直接染料与纤维亲合力很强，能直接对纤维进行染色。 2、其着色能力与鲜艳度比碱性染料差； 3、耐热型、耐光性好。四）荧光增白剂：四）荧光增白剂：一种荧光染料，白色染料。 机理(P100): 1、对含大量木素的机木浆和白度低于65%的纸浆料，不起作用。荧光增白剂只用于漂白浆；白度越高，增白效果越好。

27、北京林业大学四、染色操作及影响因素：四、染色操作及影响因素： 一一）染色操作：）染色操作： 1、浆内染色：将溶解好的染料液加入浆料中，进行间隙染色。 2、压光染色（纸面染色）：在压光辊上使纸张与染料液接触。多用于纸板和厚纸染色；用量少，颜色鲜艳，耐光强；易脱落。 3、浸渍染色：使原纸通过色料槽而着色。常用于皱纹色纸及其它薄型色纸。 4、涂布上色：属加工纸范畴。 北京林业大学二）影响因素： 1、纸浆性质： 不同浆料对染料有不同的亲合力。木素对碱性染料，纤维对直接染料有较大亲合力。 2、打浆： 提高打浆度有利于纤维的染色，能使染色加深。打浆度高，纤维分丝帚化好，有利于染料与纤维的结合。 3、胶料与

28、矾土： 松香胶对纤维着色有阻碍作用，而矾土对染料起媒染剂作用：对酸性染料，能促进上色；对直接染料和碱性染料，少量的矾土能促进上色。 4、填料： 由于填料与纤维争夺染料而有碍纤维着色。大多数填料对染料有较强的亲合力。北京林业大学 5、 PH值： 各种染料均有适宜的PH值范围。6、温度： 提高染色温度，能增强着色效果；但温度过高，会造成变色。7、其它化学药剂： 纸浆中残留的氧化剂和还原剂、钙盐对染色的不良影响很大。8、染色两面性： 剧烈脱水会降低染料的留着率，造成染色的两面性。颜料和酸性染料易出现两面性，直接染料次之，碱性染料染机木浆和本色浆不易出现两面性。北京林业大学2-4 助剂 造纸化学助剂非

29、纤维性的化学添加剂 ； 一使用助剂的目的、作用：一使用助剂的目的、作用：P104 二干强剂二干强剂增强剂：增强剂： 在纸浆中加用适当的添加剂，来提高纸张的（物理质量）干强度。 1、淀粉与植物胶：能提高纸张的强度，匀度，改进纸张的耐磨性、挺度和掉毛、掉粉现象。 2、淀粉衍生物改性淀粉，除了能提高干强度，还可以提高纸张的施胶度。 氧化淀粉 淀粉衍生物 阴（阳）离子淀粉 两性淀粉北京林业大学 3、水溶性纤维素衍生物： 羧甲基纤维素CMC 甲基纤维素MC 羟乙基纤维素HEC 均能有效提高纸张的干强度。4、高分子聚合物 聚丙烯酰胺： 聚胺 聚酰胺 a. 阴离子型和非离子型，需加入矾土，pH值在5以下； b. 阳离子型：无论在酸、中或碱性条件，加不加矾土，均可提高纸张强度，并有一定的施胶度。 北京林业大学三、湿强剂：三、湿强剂： 改变纸页的性质，增加纤维间的结合力。 湿强度是指纸被水浸透以后，仍能保持一定的机械强度和特性