造纸工艺打浆工艺课件

1、造纸工艺打浆工艺课件造纸工艺打浆工艺课件第一节 概述一、磨(打)浆的概念 打浆（beating）：利用物理(机械)的方法处理悬浮于水中的纸浆纤维，使其具有适应造纸机生产上要求的特性，并使所产生的纸张能达到预期的质量要求，这一操作过程叫打浆。磨浆（refining）：这个术语是随着连续打浆的磨浆机的出现，而产生的 。是指利用盘磨等磨浆打浆设备连续处理纸浆悬浮液，赋予纸浆抄纸所要求的特性，这一操作过程。碎解：这个术语主要是用于碎解机中处理浆板、损纸、废纸及蒸煮后的一些浆料，制成纤维悬浮液，为打浆和磨浆作准备。这三个术语虽然应用范围不同，但有一个共同点，就是纸料纤维在处理过程中受到剪切力作用。纤维受

2、到的剪切力可以来自磨(打)浆设备的刀(或磨齿)的机械作用，也可以来自纤维与流体间的速度梯度和加速度所产生的剪切力。 造纸工艺-打浆工艺第一节 概述造纸工艺-打浆工艺第一节 概述磨浆和打浆的主要区别：在于打浆是间歇式的操作，在打浆过程中，纤维悬浮液在打浆设备的浆槽内循环并通过由回转的打浆辊飞刀和固定的底刀构成的打浆机构进行打浆，其特点是纤维通过打浆机构时与刀片成垂直的排列。磨浆是连续操作，在磨浆过程中，纤维悬浮液连续的通过磨浆设备，在由转子刀辊飞刀(或转盘磨齿)和固定的定刀(或定盘磨齿)构成的磨浆机构进行磨浆，其特点是纤维通过磨浆机构时与刀片(或磨齿)成平行状态。 造纸工艺-打浆工艺第一节 概述

3、磨浆和打浆的主要区别：造纸工艺-打浆工艺第一节 概述二、磨(打)浆的目的和任务 (一)磨(打)浆的目的 磨(打)浆的目的是根据纸张或纸板的质量要求和浆料的种类和特征，在可控的情况下用物理方法改善纤维的形态和性质，使制造出来的纸张或纸板符合预期的质量要求。造纸工艺-打浆工艺第一节 概述二、磨(打)浆的目的和任务造纸工艺-打浆工艺第一节 概述 (二)磨(打)浆的主要任务 (1)利用物理方法，对水中纤维悬浮液进行机械等处理，使纤维受到剪切力，改变纤维的形态，使纸浆获得某些特征(如机械强度、物理性能)，以保证抄造出来的产品取得预期的质量要求。 (2)通过磨(打)浆，控制纸料在网上的滤水性能，以适应造纸

4、机生产的需要，使纸幅获得良好的成形，改善纸页的匀度和强度。磨(打)浆是物理变化，磨(打)浆作用对纸浆所产生的纤维结构和胶体物质的变化都属于物理变化，并不引起纤维的化学变化和产生新的物质。 造纸工艺-打浆工艺第一节 概述 (二)磨(打)浆的主要任务造纸工艺-打浆工艺第一节 概述三、磨(打)浆前后浆料性质的变化磨(打)浆使浆料纤维受到剪切力作用，除了揉搓、疏解浆料，使纤维束分解为单纤维外，纤维细胞壁首先产生位移和变形，细胞壁的P层和S层被部分破除并产生纤维碎片，纤维被切断并发生扭曲、卷曲、压缩和伸长等状况。 同时，纤维吸水润胀和细纤维化，纤维表面分丝而分离出许多微细纤维，纤维两端帚化，游离出很多羟

5、基，纤维的比表面积增大，表面变的粗糙，而层间的内聚力下降，纤维变得更加柔软可塑，整体纸料的滤水性能下降。总之，磨(打)浆使纤维产生变形、润胀、细纤维化和切断等一系列的作用 。 造纸工艺-打浆工艺第一节 概述三、磨(打)浆前后浆料性质的变化造纸工艺-打浆工第二节 磨(打)浆原理一、纤维细胞壁的结构图l-2-1纤维细胞壁结构示意图l一胞间层、2一初生壁、3一次生壁外层、4一次生壁中层、5一次生壁内层 用电子显微镜观察植物纤维细胞壁，不难看到它可分为胞间层、初生壁和次生壁。 造纸工艺-打浆工艺第二节 磨(打)浆原理一、纤维细胞壁的结构造纸工艺-打浆工第二节 磨(打)浆原理一、纤维细胞壁的结构初生壁(

6、P)细胞壁的外层，与胞间层紧密相连，厚度很薄，约0.10.3m，含有较多的木素和半纤维素，是一层多孔的薄膜，不吸水而能透水，不容易润胀，微纤维在初生壁上作不规则的网状排列，像套筒那样束在次生壁上，有碍次生壁与外界接触，有碍纤维的润胀和细纤维化，故在打浆中需将此层打碎破除。 造纸工艺-打浆工艺第二节 磨(打)浆原理一、纤维细胞壁的结构初生壁(P)第二节 磨(打)浆原理一、纤维细胞壁的结构次生壁外层(S1)由若干层细纤维的同心层所组成，厚度较薄,约01lm，是P层与S2层的过渡层，其化学成分与P层接近，微纤维排列的方向几乎与纤维的轴向垂直(缠绕角70 。 90。)，不规则地交织在纤维壁上，S层和P

7、层结合较紧密，S1层的微纤维的结晶度比较高，对化学和机械作用的阻力较大，它和P层都会限制S2层的润胀和细纤维化，故打浆时也需将此层打碎破除。 造纸工艺-打浆工艺第二节 磨(打)浆原理一、纤维细胞壁的结构次生壁外层(S第二节 磨(打)浆原理一、纤维细胞壁的结构次生壁中层(S2)由许多细纤维的同心层所组成，是纤维细胞壁的主体，厚度最大约310m，约占细胞壁厚度的7080，纤维素和半纤维素的含量高，木素的含量少，微纤维的排列呈螺旋单一取向，几乎和纤维轴向平行(缠绕角O。45。)，S2层是磨(打)浆作用的主要对象。 造纸工艺-打浆工艺第二节 磨(打)浆原理一、纤维细胞壁的结构次生壁中层(S第二节 磨(

8、打)浆原理一、纤维细胞壁的结构次生壁内层(S3) 由层数不多的细纤维的同心层所组成，厚度也很薄约0.1m，在纤维壁中所占的比例不到10，木素的含量低，纤维素含量高，S3层化学性稳定，微纤维的排列与S1层相似，与纤维轴向的缠绕角约70。90。，在磨(打)浆中一般不考虑S3层。 造纸工艺-打浆工艺第二节 磨(打)浆原理一、纤维细胞壁的结构次生壁内层(S第二节 磨(打)浆原理一、纤维细胞壁的结构 细胞壁各层微纤维的排列和走向，与细胞轴向的缠绕角大小，对磨(打)浆的影响很大，缠绕角小的纤维容易分丝帚化，反之缠绕角大的分丝帚化困难。单根纤维的强度也主要取决于S2层微细纤维与细胞轴向的缠绕角，缠绕角越小，

9、纤维越长，单根纤维的强度则越大，但伸长率则越小。造纸工艺-打浆工艺第二节 磨(打)浆原理一、纤维细胞壁的结构 细胞壁各第二节 磨(打)浆原理二、杂细胞的结构 木材和非木材的杂细胞在含量、种类和形状上都不大相同，木材中的针叶木和阔叶木也不同，而非木材原料中差异更大。一般来讲，木材的杂细胞含量比非木材少，如针叶木含量只有1.5(面积法下同)左右，阔叶木含量约在1727之间，。非木材中如竹类接近2030，其他草类一般在4060之间。造纸工艺-打浆工艺第二节 磨(打)浆原理二、杂细胞的结构 木材和非木第二节 磨(打)浆原理二、杂细胞的结构 1针叶木造纸原料的杂细胞 针叶木杂细胞包括木射线薄壁细胞和木射

10、线管胞，两者形态相似，均为砖形。 木射线薄壁细胞，在电子显微镜下看到，其初生壁的微细纤维像纤维细胞那样，是网状结构，次生壁也分为三层，相当于S1、S2与S3层，其中S2层微细纤维的取向几乎平行细胞轴，Sl层与S2层微细纤维与细胞轴成30。60。造纸工艺-打浆工艺第二节 磨(打)浆原理二、杂细胞的结构 1针叶第二节 磨(打)浆原理二、杂细胞的结构 2阔叶木造纸原料的杂细胞 阔叶木的杂细胞包括导管细胞、木薄壁细胞、木射线薄壁细胞等。 阔叶木(水青冈树属一种)横卧木射线薄壁细胞的超薄层横切面的电子显微镜图中，其细胞壁可看出P+S1，S2和S3层，S2层最厚。从一个横卧木射线细胞的未处理的与脱木素的表

11、面显微镜图中，观察到P层有网状结构，次生壁分为三层，S1层与S2层微细纤维的取向与细胞轴成60。80。，在S3层的微细纤维取向与轴平行。造纸工艺-打浆工艺第二节 磨(打)浆原理二、杂细胞的结构 2阔叶木第二节 磨(打)浆原理二、杂细胞的结构 3禾草类杂细胞 禾草类杂细胞包括有薄壁细胞、表皮细胞、导管细胞等。 (1)麦草 麦草的杂细胞主要有表皮细胞、导管、薄壁细胞等，约是全部细胞的40，薄壁细胞是草浆中常见者，其特点是胞壁薄，容易变形破碎，壁上大多有纹孔。麦草的薄壁细胞形状有杆状、长方形、椭圆形等数种，其中以杆状为主。杆状细胞约占杂细胞总数的一半左右，其胞壁上有网状加厚。麦草锯齿状的表皮细胞较稻

12、草粗大、齿形尖、齿距大小均匀，麦草的导管有螺纹导管、环纹导管及纹孔导管三种，其中以纹孔导管最长。造纸工艺-打浆工艺第二节 磨(打)浆原理二、杂细胞的结构 3禾草类第二节 磨(打)浆原理二、杂细胞的结构 3禾草类杂细胞 ()芦苇 芦苇的导管细胞和薄壁细胞其共同的特点是细胞壁薄，但细胞壁仍分为三层，即初生壁、次生壁外层、次生壁内层，其初生壁很薄与胞间层合为一体，不大明显。在细胞交角的区域常出现空隙，即无胞间层组织。次生壁外层与次生壁内层间有明显的界线，两层厚度相差不多，薄壁细胞上微纤维排列，P层呈乱网状，S1、S3层呈规则的网状，S3层的微纤维角度较S1层更近于轴向，存在于纸浆中的薄壁细胞干燥时由

13、于微纤维呈网状排列收缩是各向同性的，因此细胞表面平坦，不出现起皱现象。导管细胞初生壁上微纤维也是网状，次生壁上由于有许多纹孔，纹孔口附近的微纤维作环状排列，其他部位的微纤维较紊乱。表皮细胞较厚，呈多层状态，胞腔较小其中常填有内容物。 造纸工艺-打浆工艺第二节 磨(打)浆原理二、杂细胞的结构 3禾草类第二节 磨(打)浆原理三、磨(打)浆对纤维细胞的作用 打浆对纤维的作用，主要是发生物理化学变化。不论使用何种类型的打浆设备，都使纤维产生切断、压溃、吸水润胀和细纤维化。当纤维的细胞壁受到以上的作用后，其主要变化发生在纤维的细胞壁。纤维的细胞壁变化有如下几种形式： 、打浆使纤维细胞壁产生位移和变形。细

14、胞壁产生位移和变形的原因是由于纤维在打浆过程中受到机械作用力后，使次生壁中层一定位置上的微纤维产生弯曲变形，使微纤维之间空隙有所增加，这就为纤维吸收更多的水分创造了条件，纤维吸水变形后变得柔软，对除去初生壁和次生壁外层具有重要作用。 造纸工艺-打浆工艺第二节 磨(打)浆原理三、磨(打)浆对纤维细胞的作用 第二节 磨(打)浆原理三、磨(打)浆对纤维细胞的作用 、打浆使纤维初生壁和次生壁外层发生破除。未去掉初生壁的纤维，显得光滑、挺硬，不易吸水润胀，因此，必须利用打浆设备的机械作用力和纤维之间的相互摩擦力，将初生壁和次生壁的外层破除，使次生壁中层的细纤维分离出来，才能达到纤维的充分润胀和细纤维化的

15、目的。在通常情况下，不同种类的纤维原料的初生壁及次生壁外层的除去难易程度也不相同，因此，在打浆时细纤维化的难易程度也不相同。如：麦草浆比木浆去除要困难，硫酸盐木浆比亚硫酸盐木浆的去除要困难。造纸工艺-打浆工艺第二节 磨(打)浆原理三、磨(打)浆对纤维细胞的作用 第二节 磨(打)浆原理三、磨(打)浆对纤维细胞的作用 、打浆后纸浆纤维吸水发生润胀。纤维初生壁未打破之前，纤维的吸水润胀程度较慢，经过打浆处理后，纤维初生壁及次生壁外层不断被打破，增大了纤维的吸水润胀，使纤维变得柔软可塑，外表面积增大，内部组织结构松弛，分子间内聚力下降，有利于细纤维化的进行。由于纤维素和非纤维素分子结构中存在着有无定形

16、区和大量的羟基，与水分子发生极性吸引，水分子进入无定形区，使纤维素分子链间距离增大，纤维外表面积增大，从而引起吸水润胀。造纸工艺-打浆工艺第二节 磨(打)浆原理三、磨(打)浆对纤维细胞的作用 第二节 磨(打)浆原理三、磨(打)浆对纤维细胞的作用 、经过打浆设备的物理(机械)作用，使纤维产生细纤维化。纸浆纤维在打浆的过程中受到打浆的机械作用而产生纵向分裂，表面分离出细小纤维，纤维两端帚化起毛的现象，称为细纤维化。由于细纤维化的产生，增强了纤维与纤维的交织能力，从而使生产纸张的物理强度有较大的提高。造纸工艺-打浆工艺第二节 磨(打)浆原理三、磨(打)浆对纤维细胞的作用 第二节 磨(打)浆原理三、磨

17、(打)浆对纤维细胞的作用 、由于打浆设备的剪切作用，纤维受到横向切断。纤维在打浆过程中，由于打浆设备的剪切作用，使纤维受到切断。同时，在打浆压力较大，浓度较高的情况下，纤维之间相互摩擦，也会造成纤维的横向切断。长纤维经过适当切短，可以提高纸张的组织均匀性和平滑性。但过分的切短，纸的强度就会降低。在通常情况下，纤维的切断与润胀的程度有关，在同一打浆条件下，吸水润胀得好，纤维具有良好的柔软性和可塑性，就不容易受到切断，而易于分丝帚化。反之，吸水润胀不好，纤维挺硬，则容易受到切断。 造纸工艺-打浆工艺第二节 磨(打)浆原理三、磨(打)浆对纤维细胞的作用 第二节 磨(打)浆原理三、磨(打)浆对纤维细胞

18、的作用 、产生纤维碎片 磨(打)浆过程中产生纤维碎片有三方面: (1)纤维的初生壁和次生壁外层破除由于纤维受到磨(打)浆设备刀片的机械摩擦力和纤维与纤维之间的摩擦力及水的剪切应力的作用，使纤维的初生壁和次生壁外层被磨碎脱落，有的成为碎片，尤其是稻麦草浆，产生的碎片更为明显，据研究表明，麦草的初生壁硬而脆，在磨(打)浆开始阶段就像剥皮一样逐渐脱落下来。 (2)纸浆中的杂细胞被打碎杂细胞一般粗短，多数在磨(打)浆过程中容易被打成碎片。尤其是薄壁细胞。 造纸工艺-打浆工艺第二节 磨(打)浆原理三、磨(打)浆对纤维细胞的作用 第二节 磨(打)浆原理三、磨(打)浆对纤维细胞的作用 、产生纤维碎片 (3)

19、纤维横向被切断产生碎片纤维在磨(打)浆过程中，横向被切断若在两端部，而被切断的部分也成为碎片。不过这碎片数量不多。 这些碎片的存在，一方面影响纸料的滤水性能，特别是草类纤维，因杂细胞含量多，纤维脱落的碎片也多，所以滤水性能差。另一方面这些碎片的存在会影响到纸页的物理强度。 造纸工艺-打浆工艺第二节 磨(打)浆原理三、磨(打)浆对纤维细胞的作用 第二节 磨(打)浆原理三、磨(打)浆对纤维细胞的作用 其他次要的作用 (1)增加纤维的柔软性当初生壁与次生壁外层被破除后，纤维就产生大量的吸水润胀，结果使纤维直径变大、比容增加、纤维细胞壁内部结构变得更加松弛、层间内聚力下降，从而使纤维变得更加柔软。 (

20、2)纤维的扭曲、卷曲、伸展和压缩高浓磨(打)浆时，纤维受到强烈的挤压、揉搓和扭曲等作用，使纤维纵向受到压缩，同心层产生滑动，结果造成纤维产生扭曲和卷曲形状。这些扭曲和卷曲状的纤维若再经过低浓磨(打)浆处理又可能被拉伸，结果使部分纤维由扭曲和卷曲状转变为带状，纤维显得更加柔软。 造纸工艺-打浆工艺第二节 磨(打)浆原理三、磨(打)浆对纤维细胞的作用 第二节 磨(打)浆原理三、磨(打)浆对纤维细胞的作用 其他次要的作用 (3)溶解作用在磨(打)浆过程中，纤维表面的部分半纤维素在磨浆打浆过程中，对水的可接近性增加以及化学结合受到破坏，从而使这部分半纤维素产生溶解作用。Peel认为其损失量在0.55的

21、范围内，这些溶解出来的物质可以被纤维再吸附。造纸工艺-打浆工艺第二节 磨(打)浆原理三、磨(打)浆对纤维细胞的作用 第二节 磨(打)浆原理四、磨(打)浆对杂细胞的作用禾草类的杂细胞含量较多，磨(打)浆对其的作用及变化也略有不同。一般来讲，薄壁细胞含量较高，但壁很薄，导管两端都是平直，壁也较薄，故磨(打)浆过程中容易被打碎成为碎片存在于纸料中。筛管的细胞壁也比较薄，属纤维素，但筛管细胞数量较少，加之制浆中流失，纸浆中一般不易找到。石细胞，属非纤维状的厚壁细胞，尺寸较小，易于在制浆洗涤过程中同洗涤水流失。表皮细胞，一般在磨(打)浆过程中不易被打碎。禾草类的杂细胞在磨(打)浆过程中的变化较为复杂 。

22、造纸工艺-打浆工艺第二节 磨(打)浆原理四、磨(打)浆对杂细胞的作用禾第二节 磨(打)浆原理四、磨(打)浆对杂细胞的作用麦草浆中的表皮细胞在磨(打)浆过程中不容易破坏，甚至到磨(打)浆后期，仍能发现较完整的锯齿状的表皮细胞，这和它的结构特殊性有关。 下图可以看出，麦草浆打浆度为21SR时，可以看到较完整的锯齿形表皮细胞，薄壁细胞也较完整。 图1-2-4麦草浆(2ISR)的杂细胞160造纸工艺-打浆工艺第二节 磨(打)浆原理四、磨(打)浆对杂细胞的作用麦第二节 磨(打)浆原理四、磨(打)浆对杂细胞的作用下图可以看出，麦草浆打浆度增加到63SR时，表皮细胞还较完整，但薄壁细胞已打成很多碎片了。图l

23、-2-5麦草浆(63SR)的杂细胞变化情况160造纸工艺-打浆工艺第二节 磨(打)浆原理四、磨(打)浆对杂细胞的作用下第二节 磨(打)浆原理五、草类浆纤维磨(打)浆的特性、草浆磨（打）浆纤维细胞变化的特点草类原料与木材原料在化学组成、纤维形态及结构上有很大的区别。反应在磨（打）浆上突出的特点是：草浆磨(打)浆帚化困难，即草浆磨(打)浆不易实现外部细纤维化。 PF磨对麦草浆的磨浆特性研究表明，在磨浆过程中纤维形态的变化如下：麦草纤维的P层易破碎脱落（P层是一层较薄的网状结构，像一层易破发脆的旧纱布包裹在S层的外面）。磨浆开始纤维很快起毛，薄壁细胞破裂成碎片脱落，打浆度迅速升高，当初生壁被剥落干净

24、以后，纤维显得很光滑，继续磨浆纤维形态变化不大，随着打浆度的提高，纤维逐步被切断。直到打浆度8090SR时，纤维才有较明显的纵裂分丝。在此以后纤维继续外部细纤维化。但此时纤维被切得很短，强度大大下降。原来纤维长度0.79mm，当打浆度93SR时，纤维长度只剩下0.44mm，长度降近一半。造纸工艺-打浆工艺第二节 磨(打)浆原理五、草类浆纤维磨(打)浆的特性、第二节 磨(打)浆原理五、草类浆纤维磨(打)浆的特性、草类纤维难细纤维化的原因 草类纤维难于细纤维化，据最近的研究其原因是： (1)草类原料的胞腔小，S1层较厚，S1层与S2层之间粘结紧密，S1层的细纤维呈交叉螺旋形沿纤维的横向排列，像一个套筒把龟层紧紧地包扎住，限制了S2层的润胀，磨(打)浆时S1层不易破除，难于润胀，因此草浆纵向分裂帚化困难。 (2)草类原料的细胞壁是多层结构的微纤维薄层，各层微纤维的排列方向往往不一样。如竹子、龙须草的微纤维排列多近于横向排列，多次限制了轴向排列的微纤维层的分丝和润胀，因此纤维纵裂帚化困难。 (3)微纤维的缠绕角度过大。通过对棉浆、麻浆和多种针叶浆的微纤维的观察发现，在结合强度相同的情况下，微纤维缠绕角小于10的纤维一般容易纵裂。缠绕角在1030间的纤维(如棉麻浆)，能够帚化纵裂。而缠绕角大于45(如麦草、芦苇、龙须草等草类纤维和部分阔叶木纤维)