造纸原理与工程课件

《造纸原理与工程》

绪论

开篇：纸是什么？（一）纸是一种特殊的材料。纸是由纤维（包括植物纤维和非植物纤维）和非纤维添加物交织而成的多孔性网状结构薄型材料。（二）纸是由植物纤维为主体的纤维物质构成的。

据研究者考究，一张普通的A4打印纸，大致由2500万根左右的植物纤维构成。（三）纸的形成

纸是由纤维悬浮液经滤网过滤得到的滤层、再经压榨和干燥后形成的。纤维悬浮液滤网过滤压榨干燥一、造纸工业

在国民经济中的地位“软钢板”。反映国力和文化发展水平。是“朝阳工业”，而不是“夕阳工业”。国际上认为是六大支柱产业之一。二、国内外造纸工业的

现状和发展中国人发明了造纸。西方人发展了造纸？中国造纸工作者的责任

我国著名造纸工作者陈丕扬先生（1899-1987）。上个世纪20年代先后毕业于美国麻省理工学院和缅因州立大学，获硕士学位。回国后筹建我国最大的新闻纸厂广东省营制纸厂（现广州造纸厂）。三、纸和纸板的分类及用途纸和纸板的界定：----以225(g/m2)的定量为一分界线，定量小于225(g/m2)的称为纸；大于225(g/m2)的称为纸板。

四、原纸尺寸和幅面尺寸卷筒纸原纸宽度：1575mm,1092mm,880mm,787mm。平板纸原纸尺寸：

880x1230mm,880x1092mm,787x1092mm,787x960mm,690x960mm,850x1168mm

纸的幅面尺寸：国家标准GB148-59规定：幅面尺寸分为A、B、C三组。

A:1682x2379mm(4倍A0)B:1499x2104mm(4倍B0)C:1834x2594mm(4倍C0)国际上通用ISO标准：A0—A6。

A0—全开本，A6—64开本。五、纸和纸板的性能指标

外观质量物理性能光学性能印刷适性电气性能六、纸与印刷（一）造纸与印刷的关系Papermaking–Printing造纸、印刷与包装的关系Papermaking-Printing-Packaging造纸产品中60％为包装用纸（其中部分也需要印刷）30％为文化用纸（书刊、宣传品等）（二）印刷方法1、凸版印刷印版中的图文凸出。分为平压凸印、圆压凸印和轮转凸印三种。印刷压力较大。2、凹版印刷印版中的图文凹陷，且深浅不同。也可分为平压凹印和轮转凹印两种。3、平版印刷印版的图文和空白部分在同一平面上。制版时，通过化学处理，使有图文的部分着墨，而空白处憎墨，从而形成印版。常用的有胶版印刷，多为轮转胶印机，印刷速度快，而印刷压力较小。（三）纸的印刷适（printability）1、印刷运行特性外观质量

----纸页表面不得有皱折、卷曲、孔眼和破损等；

纸页物理强度----

有良好的抗张强度和表面强度。前者为适应高速轮转印刷机的操作；后者为防止纸面掉毛掉粉造成糊版。2、适印质量----主要指标不透明度—衡量光学透印的指标。印刷不透明度----衡量油墨渗透的指标。平滑度----与印刷着墨程度有关。光泽度----与印品印后质量有关。（四）印刷油墨

油墨----

由颜料、填料、添加剂和舒展剂组成。颜料----它赋予油墨以色泽。分为有机和无机颜料。舒展剂----决定油墨的黏度、流动性、干燥性等特性，分为油料型、树脂型和溶剂型三类。

七、造纸生产流程打浆添料净化、筛选上网、抄造第一章纸料的流体和造纸

湿部化学特性第一节纸料的组成与特性一、纸料的组成纸料悬浮液体系是由固、液、气三相组成的复杂分散体系。固：主要是纤维、细小纤维，其次是胶料、填料、非纤维添加物液：主要成分是水，此外还有助留剂、助滤剂等气：主要是空气二、组成纸料各组分性质（一）水1.水是纸料悬浮液的介质，也是纸料的重要组分所有的湿法抄造都借助水作为悬浮液介质，水还会造成抄造环境，如抄造的酸碱性2.水具有较高的表面张力水具有比一般液体都高的表面张力，抄造过程中，湿纸幅形成强度、泡沫的形成与破灭，纸幅内施胶等造纸现象都受到表面张力的影响3.水能施纤维产生润涨直接导致纤维间结合力增加一些液体的表面张力纸浆纤维由于带有羟基，能在水这种极性溶液中发生润涨，导致比体积增加，纤维胞壁结构更为松弛，内聚力下降，提高了柔软性和可塑性，为打浆时的细纤维化创造了条件，并最终作为纸页纤维间结合的“粘合剂”。（二）纤维与细小纤维一般认为通过75μm（200目）的粒子构成细小纤维不能通过的粒子是纤维部分。因为通过200目的筛子不仅仅是细小纤维，还包括矿物填料，因此统称为细料固体粒子1.细料固体中的细小纤维与纤维的不同特性（1）细小纤维具有大的比表面积（2）细小纤维对造纸湿部添加剂有强烈的吸附能力2.细小纤维和纤维表面带有负电荷由于与半纤维素、氧化纤维素、氧化木素相关的表面基团的电离作用，纤维和细小纤维总是带负电荷3.纤维和细小纤维的离子交换行为纤维的离子交换能力来源于自然的酸性半纤维素纤维对各种无机离子吸附能力由强到弱的顺序为：N(CH3)3+<Li+<Na+<K+<Ag+<Ca2+<Mg2+<Ba2+<Al3+（三）功能性添加剂功能性添加剂是企图为变纸页中的一个成分而改变纸页的性能，如着色剂、施胶剂、湿强剂等（四）控制性添加剂用于改变湿部纸料的性能，如助留剂、消泡剂、防腐剂树、脂控制剂等。三、纸料的特性（一）纸料分散体系具有絮集的性质其絮聚的临界浓度为约为0.05％，在临界浓度以上，纤维之间由于没有足够的转动空间而容易产生碰撞，从而使纤维间相互交织，产生絮聚。（二）纸料分散体系还具有胶体的特性打浆后产生的纤维表面细纤维化，亦即纤维表面起毛和产生很多细小纤维及其它细料固体颗粒，从整体来看它具有胶体大小尺寸。配料中可能还有溶解的无机盐及聚电解质、表面活性剂、胶料、填料等。纸料分散体系的胶体颗粒表面还带有电荷，一般为负电荷。其相斥性使胶体颗粒具有一定分散稳定性。（三）纸料分散体的表面电动现象分散在水里的纸料胶体颗粒，其颗粒持有离子性及表面层的分子结构如果有极性的话，由于从悬浮液中选择性地吸附离子，表面具有了一定的电位便产生了动电行为。第二节纸料悬浮液的流体力学性质一、纸料悬浮液的流动状态和流动特性曲线（一）纸料悬浮液的流动状态流动状态可分为塞流、混流和湍流三种基本状态。（二）纸料悬浮液的流动特性曲线纸浆悬浮液的三种状态纸浆悬浮液的流动特性曲线二、影响纸料悬浮液流动状态和流动曲线的主要因素（一）悬浮液流动速度的影响当纸料浓度一定时（在临界浓度上）流动速度提高，对管道内纸料纤维施加的剪切力加强，纤维网络塞体瓦解直至完全分散，进入湍流状态。（二）纸料浓度的影响纸料浓度对流动过程中压头损失具有显著的影响。（三）纤维的物理结构和化学性质的影响较长纤维和表面粗糙及较柔软的纤维，能够增加纤硫酸盐木浆的流动特性曲线管道：76.2mm直径的铜管、直管打浆度：15.5。SR浆温19℃浆料：未漂硫酸盐木浆的机械缠结，进而增加纤维网络和絮聚的强度。非木材纤维纸浆由于在纤维形态、杂细胞含量、化学组成等方面与木材纤维纸浆有较大区别，因而两者的流动性有较大的差别。三、纸料悬浮液的流动特性（一）纸料悬浮液流动过程中的湍动1.湍动的概念当流体的雷诺数超过一定数值时，流体就处于湍动状态，这时管道内的每一个流体质点作不规则的、在速度大小和方向都发生变化的脉动，流体这种不规则的脉动在工程常称为湍动。2.湍动的表示方法湍动尺度和湍动强度湍动尺度是指在湍动力场中，发生速度波动的平均距离大小的量，即指湍动规模大小。湍动强度指在湍动场中，发生速度变化大小的量即湍动时产生剪切力的大小和湍动时产生的强度。3.湍动的类型（1）低强度湍动不能分散网络（2）高强大湍动剪切力不能作用于单根纤维上，不能分散纤维网络（3）高强微湍动强度很高而且尺度很小的湍动，强大的剪切力可以作用于每根纤维，从而破坏纤维絮聚物内在的强度，达到分散目的，所希望的湍动。4.湍动的特点生存期短，具有两重性，即分散纤维又给纤维创造碰撞交缠的机会。（二）纸料悬浮液的纤维絮聚1.纤维絮聚原因纤维与纤维之间相互发生碰撞产生机械交缠而连接起来的结果。纤维絮凝主要由两个原因造成：一是纤维几何尺寸以及纤维本身的模量等相关物理性能导致的纤维之间的相互缠绕。第二个原因是纤维之间电荷吸引力以及其它吸引力使纤维聚集起来。将长纤维打浆切短、添加短纤维、降低抄造浓度、改善浆料揣动效果等措施均可改善纸张匀度。合成聚合物电解质、淀粉、树胶和其它化学助剂对匀度可起有利或不利的影响。2.湍动和纤维絮聚的关系湍动的强度低，不足以将絮聚物分散，湍动的尺度很大时，絮聚物可完整的存在于大涡悬中，也不能分散絮聚物。高强度微湍动能分散絮聚物，但过强的湍动给消能造成困难。第三节造纸的纸料的湿部化学特性一、造纸湿部纸料配料组分的胶体化学特性（一）造纸湿部纸料配料组分的胶体化学特性可分为亲水体系和疏水体系疏液胶体的特性：微粒呈悬浮状，非溶液状态溶剂和微粒之间有微小作用力或亲和力在形成集聚方面具有热不稳定性微粒与周围介质之间的界面影响系统性能。亲液胶体的特性：小分子聚集体或高分子的真正溶液溶剂和微粒之间有强烈的吸引力微粒和周围介质之间没有真正的界面亲水体系是大分子溶液，属于一种稳定体系，而疏水体系是一个高度分散的多相体系，有很大的比表面积和很高的比表面自由能。造纸过程中疏水胶体体系：全部都分散在水中的填料分散在水中的细小纤维松香胶造纸过程中亲水胶体体系：溶解在水中的淀粉溶解在水中的树胶溶解在水中的半纤维素溶解在水中的表面活性剂、分散剂、增湿剂溶解在水中的助留剂、助滤剂、匀度助剂（二）造纸湿部分子间力主要有分子间的电性排斥力和吸引力及分子间结合力1.分子间电性结合力和吸引力纸料中的纤维素和半纤维素的羧基（糖醛酸），木素中含有的酸基以及来自制浆过程中的磺酸基，这些组分在水中产生电离，将某种离子送到水中，而配料组分粒子本身则带有与之相反的电荷。2.分子间的结合力1.亲水系统该系统一般指高分子部分，即分散相与水具有强亲和力的系统。如配料中溶于水的淀粉、半纤维素及溶于水的表面活性剂、分散剂、湿润剂和溶于水的助留剂、助滤剂、成形助剂等。2.疏水系统该系统是指分散相与水没有亲和力或只有很弱的亲和力的系统。其性质较为稳定，必须含有稳定剂才能较好生存，如分散在水中的填料、颜料、细小纤维及分散的松香胶液和水中的松香颗粒。疏水系统胶粒表面布满着同符号的电荷，其主要来源有两方面：一方面是吸附；一方面是表面上的分子产生电离。（四）双电层悬浮胶粒表面带有相同符号的电荷，界面电荷的存在会影响到造纸纤维悬浮液中离子的分布，离子表面带有同符号的离子，而反离子分布在它的周围。双电层包括吸附层和扩散层。与微粒表面电荷相对的离子，成为平衡离子，它被靠近表面的静电作用力和范德华力紧紧地吸附住。在该区域内电位可迅速减弱。这一吸附层又被称为stern层，它对离子的吸附能力非常强，可以阻止由于热运动使离子脱离固体表面。在stern层和其余溶液之间存在一个流体滑移面，离子呈扩散分布，离子在该区域受分子热运动的影。实际所测得的Zeta电位是指流体滑移面的电位，而不是真正的表面电荷。整个体系被称为双电层。双电层（五）凝聚、絮聚和稳定性胶体分子的聚集可以分为两种：一种是凝聚，另一种是絮聚。凝聚作用是指造纸湿部配料中许多细料固体颗粒形成丛状、串状的聚集体，在这种聚集中细料固体颗粒仍保持其个体身份，但在动力性质上失去了独立性，整个凝聚体作为一个运动单元。絮凝作用是指两个或多个细料固体颗粒聚集后，融合成一个新的大细料颗粒，比表面积减少，体系的比表面自由能有明显降低。二、絮聚和凝聚的相互作用凝聚表示细小聚集体的历程，可借助强烈的搅拌增加细料固体粒子碰撞次数和碰撞力而增加动能，使相近的固体细料粒子足以克服双电层排斥力，粒子得以结合。絮凝作用是长链分子的聚合物电解质（阴离子、阳离子、非离子和两性离子）、吸附到纤维或细料固体粒子表面上，通过桥联和嵌镶两种机理而发生聚集。三、电解质的聚集与吸附

无机盐明矾等电解质非离子聚合类阳离子将铵基引入聚合物链阴离子将羧基引入聚合物链两性离子四、与表面羧基的反应纤维表面上的羧基反映了其电离能力，平衡式如下：由于纤维表面羧基等基团的存在，使纤维表面带有负电荷。羧基可与松香酸铝构成配位键，干燥过程中能产生氢联反应，形成没有活性的大分子。加入聚电解质可以降低纤维表面的羧基电荷，产生电荷中和作用。五、溶解物与抄纸悬浮液组成的离子反应（一）造纸湿部纸料悬浮液中加入电解质的反应（1）[Al(H2O)6]3+和[RCOO-]生成松香酸铝，松香酸铝与纤维表面羧基起络合反应构成配位键。（2）染色中加入矾土液作为媒染剂，使带负电荷的酸性染料改变电性，更好地吸附纤维等固体上。（3）瓷土粒子表面吸附Ca2+Mg2+等阳离子改变自身电性，更容易吸附到纤维表面上。（4）排除纸料悬浮液中的干扰物质。配料中加入像矾土、聚合氯化铝、低分子量高电荷密度阳离子聚合物等中和剂来处理。（二）加入增强剂的反应增强剂主要有聚丙烯酰胺、聚胺、聚酰胺型阳离子聚合物及阳离子淀粉。聚丙烯酰胺：酰胺基中的氢与纤维中羟基结合，加强了氢键的结合强度，使纸干强度增加。三聚氰胺甲醛树脂：经盐酸处理后，盐酸中的H离子与树脂结合，使树脂粒子带上正电荷，被带负电的纤维吸附，减少了膨胀，增加了湿强度。（三）加入助留剂的反应1.中和反应被强力吸附的平衡离子与聚合离子的扩散区使悬浮水溶液中的微粒表面产生双电层。该电层在一定条件下有一定厚度。当电解质加入到悬浮液中，由于平衡离子数量和利用率的增加，双电层厚度减小。从而降低了微粒表面Zeta电位，降低了排斥力组分和净作用电位。微粒更易于彼此接近，并更有可能絮聚。这种由于加入过量平衡离子而使静电位移向零点荷状态的絮凝作用，称之为电荷中和作用。存在一个临界盐浓度，在该浓度下双电层充分压缩而使絮凝得以继续进行，通常称为临界絮凝浓度。化合价越高，离子降低表面电荷的效率越高，例如在离子化合价为+1，+2和+3时，所需临界絮凝浓度分别为4000：100：15。电荷中和反应2.嵌镶反应当高电荷密度（＞4毫克当量电荷/g）、低相对分子嵌镶结合量（＜100000）的阳离子聚合电解质与阴离子胶体微粒混合时，聚合物分子完全被吸附在微粒表面上，并形成局部带正电荷的补丁。此补丁有效地使该处微粒表面的阴离子变为阳离子，微粒表面的其余部分仍为阴离子。3.桥联结合高分子量聚合物具有较长的分子链段，聚合物是通过其一系列伸展到液相中的环状和尾状物而被吸附到微粒表面上的。这些环状和尾状物完全伸展出了双电层。桥联结合通过伸出来的环状和尾状物，吸附到第二微粒的负极表面上，就发生了絮凝作用。4.助滤剂加入的作用当将聚合物电解质或阳离子加入到纤维悬浮液中时，使产生纤维表面上微纤丝裂溃的表面电荷减少，从而减少了流体动力学比表面积。其结果是使流体从成型网络层流出的阻力减少。助剂使纤维内部以及外部的空隙区减少，减少了与纤维结合的水量。聚合物电解质使细小物质和纤维絮聚，使造纸配料的有效比表面积减少，使流体阻力减小。六、泡沫泡沫对湿法抄纸具有很大的影响：造成流浆箱浆料浓度波动，使纸料流动状态不稳定。封闭湿纸幅的微孔，造纸网部脱水困难，使纤维和未分散的填料聚集，影响纸幅匀度。形成浮浆，使纸料上网出现浆块，造成断头。降低纸板层间结合强度。产生泡沫孔、泡沫斑、树脂斑等纸病。泡沫是气相分散于液相中的分散体系。泡沫生成是由于纸料悬浮液中存在着表面活性物质。造成泡沫的表面活性物质：脂肪酸皂松香皂木素衍生物亚硫酸盐废液硫酸盐废液纸料中的施胶剂、助留剂、助滤剂消除、控制泡沫的方法：降低泡沫稳定剂的效能提高表面张力，降低表面黏度或减少氢键连接等形成局部薄弱点，使泡沫破灭。如使用具有表面张力或用憎水固体消泡剂第二章磨（打）浆

概述打浆——

浆料中的纤维受到剪切力的作用。包括机械打浆、超声波打浆和水力打浆等。打浆的主要任务：（一）改变纤维的形态，使纸浆获得某些特性（如机械强度、物理性能和胶体性质），以保证纸页的抄造质量。（二）通过打浆调节和控制纸料在网上的滤水性能，以适应造纸机生产的需要，使纸页获得良好的成形，改善纸页的匀度和强度指标。打浆作用的性质

打浆是物理变化，打浆作用对纸浆产生的纤维结构和胶体性质的变化，都属于物理变化，并不引起纤维的化学变化或产生新的物质。

注意：打浆作用会使纤维表面暴露一些新的基团，但这是纤维本身原有的，与化学变化无关。关于打浆———

“纸是在打浆机中打出来的”生产不同品种的纸和纸板，需要不同的打浆设备、打浆方式和打浆工艺。针对不同的纤维原料，也要采取不同的打浆设备、打浆方式和打浆工艺。

打浆理论一、纤维细胞壁的结构胞间层M初生壁P次生壁外层S1次生壁中层S2次生壁内层S3各层的组成胞间层（M，middlelamella）是细胞间的连接层，厚度为1--2

m，含纤维素极少，主要成分是木素。初生壁（P,primarywall）是细胞壁的外层，由微纤维组成，与胞间层紧密相连，厚度为0.1—0.3

m，含有较多的木素和半纤维素。各层的组成

初生壁是一层多孔的薄膜，不吸水、不容易润胀，微纤维在初生壁上作不规则的网状排列，有碍次生壁与外界接触及纤维的润胀和细纤维化，故在打浆时需将此层打碎破除。各层的组成次生壁外层（S1,secondarywall1）由若干层细纤维的同心层组成，厚度为0.1--1

m，是P层与S2层的过渡层，其化学成分与P层接近。微纤维排列的方向与纤维轴向呈70—90度角，不规则交错地缠绕在纤维壁上。

S1层微纤维的结晶度较高，对化学和机械作用的阻力较大，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。各层的组成次生壁中层（S2,secondarywall2）由许多细纤维的同心层组成，是纤维细胞壁的主体。厚度为3--10

m，约占细胞壁厚度的70—80%。该层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，与纤维轴向呈0—45度角。

S2层是打浆的主要对象。各层的组成次生壁内层（S3,secondarywall3）由层数不多的细纤维同心层组成，厚度约0.1

m，在纤维壁中所占比例不到10%，木素含量低，纤维素含量高。该层的化学性能稳定，微纤维的排列与S1层相似，与纤维轴向呈70—90度角。在打浆中一般不考虑S3层。纤维(fiber)的组成细纤维(fibril)直径300--500Å微纤维(microfibril)直径250Å微细纤维(finermicrofibril)直径120Å原细纤维(elementalfibril)直径30Å纤维素微晶体(crystallile)

用分辨率达1.5Å的电子显微镜还不能看到。二、打浆的作用五种主要作用（排列次序与作用先后无关）（一）细胞壁的位移和变形（二）初生壁和次生壁外层的破除（三）横向切断或变形（四）吸水润胀（五）细纤维化（一）细胞壁的位移和变形打浆的机械作用使S2层中的细纤维同心层产生弯曲，发生位移和变形；使细纤维之间的间隙增大，水分子更容易渗入，为纤维润胀创造了有利条件；对P层和S1层的破除起了重要的促进作用。纤维次生壁的位移（二）初生壁和次生壁外层的破除

通过打浆的机械作用和纤维之间的相互摩擦作用将P层和S1层破除，以便使S2层充分地润胀和细纤维化。不同制浆方法和纤维原料，其P层和S1层破除的难易程度也不同。对某些化学浆，在制浆过程中已经破除了P层，所以打浆时主要是破除S1层。（三）横向切断或变形

切断是指纤维横向发生裂断的现象。主要是纤维受到打浆设备的剪切力作用和纤维间的相互摩擦作用所致。纤维的切断与其润胀有一定的关系。润胀良好的纤维不容易被切断。纤维切断后在断口处留下锯齿状的末端，利于纤维的分丝帚化和细纤维化。（四）吸水润胀“润胀”是指高分子化合物在吸收液体的过程中，伴随着体积膨胀的一种物理现象。纤维在打浆过程中也能吸水润胀。纤维润胀的原因是由于纤维素和半纤维素分子结构中所含极性羟基与水分子产生极性吸引，使水分子进入纤维素的无定形区，使纤维素分子链之间距离增大，引起纤维变形。纤维润胀的意义

纤维润胀是打浆过程中的一个重要问题。纤维润胀后，其内聚力下降，纤维内部组织结构变得更为松弛。纤维比容和比表面积增加，纤维直径可以膨胀增大2—3倍。有利于纤维的细纤维化，增加纤维间的接触面积，提高成纸强度，降低透气度。纤维的润胀纤维润胀的影响因素

原料的组成----木素是疏水性物质，因此木素含量高的原料纸浆，不易润胀。半纤维素含量----草类纤维的半纤维素含量高，含有较多的游离羟基，比纤维素有更大的亲水性，容易吸水润胀。制浆方法----不同的制浆方法使纸浆的木素、纤维素和半纤维素的含量不同，因此也影响到纤维的润胀程度。（五）细纤维化

纤维的细纤维化从细胞壁P层和S1层破除时开始，并在纤维吸水润胀后大量产生。细纤维化包括：纤维外部的细纤维化纤维内部的细纤维化上述两种细纤维化作用，是打浆的重要作用之一，对纸页性质影响极大。纤维外部的细纤维化

纤维分丝帚化，表面分丝起绒毛。分离出大量的细纤维、微纤维、微细纤维。从而大大增加了纤维的外比表面积，促进了氢键的结合。纤维外部的细纤维化对照：打浆前的情况纤维的内部细纤维化

指纤维发生润胀后，在次生壁同心层之间彼此产生滑动，使纤维的刚性下降，弹性削弱，塑性增加，纤维变得柔软而有可塑性。细纤维化主要产生于S2层这是由于：

S2层纤维素含量高细纤维的排列与轴向几乎平行打浆作用使S1层破除使该层易于产生细纤维化。

细纤维化与润胀的关系互相促进：纤维吸水润胀后组织结构松弛，为进一步细纤维化创造了有利条件；纤维的细纤维化，使水分更容易渗入，又能促进纤维的进一步润胀。（六）打浆的其他作用

产生碎片使纤维扭曲卷曲压缩（微压缩）伸长等三、纤维结合力纸的强度取决于成纸中纤维间的结合力纤维本身的强度。而实验研究表明，最终决定纸页强度的，是成纸中纤维间的结合力。纤维的结合力有四种：

氢键结合力（19kJ/mol，纤维素间）化学主价键力(140--950kJ/mol)

极性键吸引力(VanderWaalsForce)

表面交织力其中，氢键的结合力最重要，与打浆的关系最密切。一些物质的强度比较（一）氢键结合----水分子的结构

水分子结构是一个四面体。氧原子位于四面体的中心，两个氢原子和两个孤电子队占据四面体的角顶。

O—H键之间的键角被压缩到104.5度。氢键的饱和性：

水分子之间的氢键只能和一个氧原子结合；当第二个氧原子在靠近氢原子之前，会被已经结合的氧原子排斥开。

氢键的方向性：当一个水分子的氢原子与另一个水分子的氧原子形成O—H---O氢键而缔合在一起时，尽量使O—H---O氢键保持直线形，以求吸引最牢。共价键中氢氧原子的间距0.99Å

氢键中的氢氧原子的间距1.77Å纤维间氢键的形成过程（I）

----通过水分子形成的水桥连接纤维间氢键的形成过程（II）

----单层水分子形成的氢键结合

当纸料在网上滤水后，经过压榨进一步脱出水分，使两纤维间的距离靠拢，在纤维间形成了比较有规则的单层水分子连接的氢键结合。纤维间氢键的形成过程（III）

----过程完成，形成氢键结合

纸页经加热干燥进一步脱除水分，水分蒸发时，纤维受水的表面张力作用，使纸页收缩，纤维进一步靠拢，从而使纤维素分子间的羟基距离小于2.8Å，最终形成了氢键结合。氢键形成的条件

有游离羟基的存在；两羟基之间的距离在2.8Å以内。纤维的吸水润胀和细纤维化，都会使纤维的游离羟基增加，促进纤维间的氢键结合，从而提高纸页的物理强度。四、打浆与纸张性质的关系思考题（学习要点）

1、打浆引起了纤维结合力的哪些变化，引起了纤维形态的那些变化？

2、纸张强度性质的不同指标分别是由那些因素决定的？打浆与纸页性质1、纤维结合力随打浆上升；2、与结合力成正比的强度指标，都是先升后降；3、与纸页致密程度有关的指标，均随打浆程度而下降。打浆与纸页性质

对于草浆，打浆与纸页性质的关系也与木浆相似。（本图为稻草浆的打浆曲线）(一)纤维结合力

（Fiber-fiberBonding）

随着打浆度的增加，纤维润胀和细纤维化增加，纤维的比表面积增大，游离出更多的羟基，促进纤维间的氢键结合，使纤维结合力不断上升。曲线特征：初期上升很快，逐渐缓慢达到最高点。(二)裂断长（BreakingLength）----纸页的抗张强度。主要受纤维间结合力和纤维平均长度的影响。同时与纤维的交织排列和纤维自身的强度等也有关。曲线特征：初期上升很快，中期缓慢并达到最高点，后期下降。（三）耐破度(BurstingStrength)----纸页所能承受的最大压力。主要受纤维间结合力和纤维平均长度的影响。同时与纤维的交织排列和纤维自身的强度等也有关。曲线特征：初期上升很快，中期缓慢并达到最高点，后期下降。（比裂断长的曲线下降早一些）（四）耐折度(FoldingStrength)----纸页在一定的张力下承受180度往复折叠的次数。主要受纤维平均长度、纤维间结合力、纤维在纸页中的排列，纤维本身的强度和弹性等。曲线特征：初期上升很快，中期缓慢并达到最高点，后期下降。（与耐破度曲线相似）(五)撕裂度(TearingStrength)----纸页抗撕裂的能力。主要受纤维平均长度的影响，其次是纤维结合力、纤维排列方向、纤维强度和纤维交织情况等。曲线特征：初期上升很快，中期缓慢并达到最高点，后期下降。（比耐折度下降要早）（六）紧度(Density)

紧度指纸页紧密的程度，用（g/cm3）表示。该指标也可用紧度的倒数--松厚度（Bulk）表示,单位为(cm3/g)。该指标主要受纤维结合力的影响。曲线特征：随打浆程度的增加，曲线不断上升。（七）不透明度(Opacity)

不透明度是指纸页不透光的程度，该指标对印刷纸尤为重要。该指标主要受纤维结合力的影响。曲线特征：随打浆程度增加，曲线不断下降。（八）伸长率和伸缩性

(StretchRatio)

伸长率是指纸页受到张力至断裂时，伸长的百分率。而纸的伸缩性是指纸张浸入水中或在不同湿度下尺寸的变化。纸浆的上述指标均随打浆度的提高而上升。曲线特征：随打浆程度增加而上升。(九)吸收性和透气度

(Absorption)

吸收性是表示纸张吸收水分或其他液体的能力；透气度是指纸张透过气体的能力。上述指标均随打浆度的提高而降低。曲线特征：随着打浆程度的提高而下降。（十）脆性(Brittleness)

脆性是纸页的物理性质之一，特别是对以草类浆抄造的纸和纸板更为重要。已经引起国内造纸工作者的重视，但是目前对脆性还没有一个明确的定义和统一的测试方法。打浆工艺一、打浆方式（一）长纤维游离打浆（牛皮纸、电缆纸和工业滤纸等）（二）长纤维粘状打浆（仿羊皮纸、纸袋纸、字典纸、描图纸等）（三）短纤维游离打浆（滤纸、吸墨纸、钢纸原纸、浸渍绝缘纸等）（四）短纤维粘状打浆（卷烟纸、电容器纸、证券纸等）四种打浆方式游离度、游离浆与游离打浆游离度----一种测量打浆程度的参数，其值恰与打浆度相反，打浆程度低的纸浆游离度较高。游离浆----游离度较高的纸浆。游离打浆----是一种以降低纤维长度为主的打浆方式，其与游离度（或打浆度）的高低无直接关系。即：游离打浆打游离浆二、打浆工艺参数（一）打浆比压

QP=------------F式中：P----打浆比压（N/m2,Pa）

Q----飞刀辊作用在底刀上的压力(N)F----飞刀与底刀的接触面积（m2）打浆比压与刀间距1、实际上飞刀与底刀不应完全接触，最小间距应为0.05—0.08mm。2、增加比压即减少刀间距。有利于纤维的切断和压溃，打浆速度加快，整根纤维的百分比减少。3、打游离浆要迅速缩小刀距，提高比压；而打粘状浆则应逐步缩小刀距，逐步提高比压。（参见表1-3、1-4、1-5）（二）打浆浓度

纸料的浓度对打浆的质量影响很大。打浆浓度的划分，是一个相对的概念，目前在造纸界尚未达成共识。有将打浆浓度分为低浓（10%以下）、中浓（10-20%）和高浓（20-30%或更高）。也有将常规打浆浓度（2-5%）定为低浓，6-8%定为中浓，超过10%定为高浓。低浓打浆

从理论上讲，适当提高打浆浓度，可减少纤维的切断，促进纤维间的挤压与揉搓作用，有利于纤维的分丝、润胀和细纤维化。但是受打浆设备的影响，常用打浆浓度为3—5%，新型打浆机，浓度可达

8—10%。低浓打浆

即使在低浓的范围内，适当提高打浆度对打浆质量也有明显的影响。（参见表1-6、1-7）。对于生产不同的纸种，打浆的浓度也不同。打游离浆，打浆浓度在3—5%范围内；打粘状浆，打浆浓度在6—8%左右。（参见表1-8）高浓打浆（一）高浓打浆原理与低浓打浆相比，高浓打浆作用不是靠磨盘直接作用于纤维，而是依靠磨盘间高浓浆料间的相互摩擦、挤压、揉搓和扭曲等作用打浆，同时产生大量的摩擦热，使浆料软化。高浓打浆高浓打浆工艺流程高浓打浆（二）高浓打浆的浆料特性高浓打浆

纤维受扭转作用对比

（*每100mm纤维扭转180度的次数）打浆浓度（%）打浆度（OSR）纤维扭转次数*18.053.01114.2551.523（三）浆料通过量和打浆效率

对同一打浆设备和打浆压力，单位时间内浆料通过量越大，则打浆作用越弱。通过量（kg/h）70019802890压力(kg/cm2)222打浆度(OSR)787771.5湿重(g)2.53.13.5裂断长(km)637052505080打浆效率

打浆效率取决于打浆时间、打浆比压和纸浆浓度。（参见表1-12）打浆效率=通过量（kg/h）x

OSR=kg

OSR/h式中

OSR----进出口浆料打浆度之差。（四）打浆温度

关于打浆温度对纸浆性质的影响，目前还没有一个确定的结论。早期的研究认为打浆温度升高会造成不良影响，但其实验条件与实际打浆过程相差较大，因此难以全面地分析这一参数的影响。打浆温度的影响

（原教材图有误，现更正）（五）刀片厚度和刀片材质

刀片薄，比压大，有利于纤维切断，适于打游离浆；刀片厚，有利于纤维的分丝、疏解和细纤维化，适于打粘状浆。材质：金属（碳素钢、不锈钢、青铜等），天然石（玄武岩、花岗岩和小麻石）。（参见表1-13）（六）纸料种类和组成1、纤维形态长宽比----长宽比小于45，纤维短而粗，打浆较困难。壁腔比----2x壁厚/胞腔直径。壁腔比大，纤维壁较厚，较难打浆。一般认为壁腔比小于1是好原料，等于1是中等原料，大于1是次等原料。2、纤维微观结构原料P层和S1层的厚度，S1层与S2层的结合紧密程度，各层细纤维的排列与纤维轴的缠绕角等，都影响打浆的难易程度。如亚麻纤维的细纤维与纤维轴近于平行，则打浆时容易分丝帚化；而草浆纤维S1层较厚，与S2层结合紧密，细纤维呈横向交叉螺旋状排列，与纤维轴的缠绕角大，打浆时较难分丝帚化。3、纸浆的化学组成纸浆中纤维素含量高，半纤维素含量低，打浆困难。半纤维素分子链短，有支链，并含有大量的羟基，容易吸水润胀。因此当多戊糖不少于3.5—4%时，打浆性能好；若多戊糖含量低于2.5—3%时，纸浆不易水化润胀。纸浆中木素含量多，也会妨碍纤维的润胀，纤维挺硬，成纸强度低。（七）pH值1、在实际打浆工艺中一般不调节pH值。2、在实验室研究中，有研究表明，加入NaOH打浆，可以增加纸页的耐破度和裂断长，其原因是NaOH通过纸浆中的酚羟基促进浆中内脂的水解，使纤维产生润胀作用，容易实现细纤维化。

还有研究表明，在未漂落叶松硫酸盐浆打浆时，加入NaOH同时配加磷酸钠，可以进一步提高纸页的强度指标。说明成纸强度与纤维羟基结合阳离子的形式有重要关系。纤维与Na结合时耐破度最高。由于加入磷酸钠可以提高羟基由Ca式向Na式结合的转化率。工艺参数影响分析几点注意：1、各个参数不是独立的，而是相关的，因此讨论某个参数（因素）的影响时，需要综合考虑关联的影响。2、打浆目前还是一种工艺，还不是一门科学，因此对工艺问题的分析，应注意“具体问题具体分析这一原则”。三、打浆质量检查（一）打浆度打浆度值反映浆料脱水的难易程度。常用检测仪器有肖氏打浆度仪，加拿大游离度仪等（见右图）。（二）纤维长度反映打浆对纤维的作用程度。常用分析方法有：显微镜法。Kajanni纤维分析仪。湿重法。（三）保水值常用方法为保水值（WRV，waterretentionvalue）。保水值较为直观地反映了纤维受打浆作用后的润胀程度，并与纸页的强度有一定的关系。（参见表1-14）(四)筛分析采用标准的网目分级（16目，30目，50目，100目和200目）对纸浆纤维进行筛分，以分析纸浆纤维长度的分布情况，并以此作为对打浆过程的监控。草浆打浆一、草浆打浆特点草浆打浆纤维帚化难，不易实现外部细纤维化。麦草打浆

麦杆硫酸盐浆（左图210SR，右图630SR，x160）芦苇打浆

芦苇化学浆（左图原浆，右图500SR，x160）草浆打浆难以细纤维化的原因（一）草浆纤维的胞腔小，S1层较厚，不易破除。且S1层与S2层之间黏结紧密，S1层的细纤维呈交叉螺旋形沿纤维横向排列，象一个套筒把S2层紧紧包住，限制了S2层的润胀。草浆打浆难以细纤维化的原因（二）草浆纤维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致。横向排列多层的微纤维层限制了轴向排列的微纤维层的分丝和润胀。如竹子、龙须草等原料的微纤维排列近于横向。草浆打浆难以细纤维化的原因（三）草浆纤维的微纤维缠绕角过大。研究发现，在结合程度相同的情况下，微纤维缠绕角小于100，纤维容易纵裂；微纤维缠绕角在100-300之间，能够帚化；微纤维缠绕角300-450之间，帚化较难；微纤维缠绕角大于450，很难帚化纵裂。草浆打浆难以细纤维化的原因（四）微纤维的异向性。微纤维在纤维壁上的缠绕方向有左旋型（“S”型）和右旋型（“Z”型），而缠绕型式多变者称为异向性大。异向性大的纤维，往往是“S”型与“Z”型交错排列，微纤维交缠在一起，即使是高度打浆，纤维也不易分丝帚化。二、草浆游离打浆打浆目的：生产一般文化用纸。打浆要求：打浆度较低，30—400SR。主要使纤维疏解分散，产生适当的润胀和塑性变形，纤维表面稍微起毛活化，使纸页有良好的匀度和足够的强度。不要过分追求细纤维化。建议采用：“充分疏解，轻度打浆”。草浆游离打浆注意：1、草浆纤维一般较短，不宜过多切断。2、草浆中非纤维细胞（杂细胞）含量多，在打浆中易破碎而引起滤水困难，甚至引起粘辊粘缸，造成纸页断头和纸病。草浆中的非纤维细胞（麦草浆）三、草浆粘状打浆打浆目的：生产薄页纸、拷贝纸、字典纸和描图纸等。打浆要求：充分疏解，提高打浆浓度（采用中高浓），采用粘状浆的打浆曲线，使用切断少和搓揉能力强的打浆设备（如盘磨等）。有待研究：对草浆打粘状浆的工艺，目前尚无统一的认识。应根据不同原料的纤维状况，进行认真的分析研究。打浆设备一、间歇式打浆机二、连续打浆设备（一）锥形磨浆机分为低速精浆机（线速8—11m/s），适于打游离浆；高速磨浆机（线速11—20m/s），适于打中度粘状浆；水化精浆机（线速18—30m/s），分丝帚化能力更强。锥形磨浆机打浆设备特点：小端进浆，大端出浆。通过调节转子（内锥）的进退，控制打浆压力和刀距。内循环式的锥形磨浆机，部分浆料可循环打浆，使纤维的分丝帚化能力提高。大锥度磨浆机，锥角较大（60-700），对纤维有较强的切断作用和离解作用。（二）圆柱打浆机圆柱精浆机工作原理：圆柱精浆机的刀辊是圆柱形，沿壳体的内表面，均匀分布着4把定子刀。浆料被叶轮送入转子刀和定子刀的间隙中。刀辊作圆周运动，定子刀由加压介质（高压水或蒸汽）推动作径向运动施加打浆压力。圆柱打浆机打浆特点：1、打浆适应性强，可打木浆、竹浆和草浆也可打半浆后的棉、麻浆等；2、打浆质量较好，成浆稳定。切断作用小，分丝帚化能力强；3、生产能力大，操作简单，但动力消耗大。4、通过量低，多台串联温度高，散热性差，石刀易爆裂。（三）圆盘磨浆机纸浆打浆的主流设备之一。并发展成为木片磨木浆和化学机械浆的主流制浆设备。盘磨机型号一般以磨盘直径命名，从

300--1250。圆盘磨浆机工作原理（三盘磨）盘磨机工作原理1、靠转盘与定盘之间的摩擦及纤维间的相互摩擦，进行打浆。2、打浆时，浆料一方面受进浆压力和离心力的作用，从磨盘中心向圆周作径向运动。另一方面，受磨盘转动的切向力的影响，沿磨盘同心圆的任一点作圆周运动。所以浆料质点的合成运动轨迹是沿螺旋渐开线走向四周。盘磨机工作原理3、为了使磨浆程度均匀，在定盘和转盘上设置了多层的交叉挡坝（封闭圈）。浆料运动时碰到挡坝受阻，将在定盘与转盘之间反复作折向运动，多次受到磨盘的作用。4、浆料纤维在行程中，反复受到摩擦力、冲击力、搓揉力、扭曲力和剪切力等的作用，在短短几秒钟内完成打浆过程。磨片的齿形齿形可分为疏解型和帚化型。疏解型----采用细沟、细齿和浅齿，如锯齿型等。帚化型----采用较大的齿宽，如平齿型等。磨盘分为粗磨区和精磨区。粗磨区的齿形为浅沟宽齿，精磨区的齿形为窄齿深沟。此外，两盘间还有锥形梯度。圆盘磨浆机磨盘的结构和齿形磨纹倾角磨盘倾角----磨齿与磨盘半径之间的夹角。倾角的方向和大小对浆料的流速有很大的影响。流速小，打浆作用强，但产量小。当盘磨的转动方向与齿纹倾斜方向相反时，“泵出作用”增强；当盘磨的转动方向与齿纹倾斜方向相同时，“拉入作用”增强。磨纹倾角的影响

（磨纹倾角一般在15-200）转盘与定盘上磨纹的相互位置转盘与定盘上磨纹的相互位置转盘与定盘的齿纹通常是交叉排列的。当齿纹相互平行时，切断作用最强。当齿纹相互垂直时，纤维的切断作用最小，而摩擦作用增强，对纤维的撕裂和帚化能力最大，而生产能力却随之下降。磨盘上的挡坝（封闭圈）设置挡坝的目的：延长浆料在盘磨内的停留时间，防止浆料顺齿沟直通外排。消除生浆片或纤维束，提高打浆的均匀度。特别是在小直径磨盘（600mm以下）上设置挡坝，效果显著。磨盘上封闭圈的布置形式磨齿的材质合金钢烧结陶瓷白口铸铁、冷激铸铁工程塑料三、打浆设备的

性能指标及其计算（一）打浆转速与线速

DnV=-------------(m/s)60V----打浆辊（磨盘）的线速度（m/s）;D----打浆辊（磨盘）的直径（m）;n----打浆辊（磨盘）的转速（r/min）。（二）打浆比压和刀距盘磨机的磨浆比压

Ga

P=--------其中

F=----(D2-d2)CrCsF4Ga----磨片间浆层所承受的轴向力（N）；Cr----转盘接触率，一般取0.3—0.5；Cs----定盘接触率，一般也取0.3—0.5。

打浆比压对打浆的影响

打浆比压的大小，主要影响纤维初切断的程度。比压越大切断能力越强，纤维的平均长度下降。游离打浆时不比压宜大，粘状打浆时比压宜小。比压过小会延长打浆时间，增加打浆动力消耗。（三）刃口比载荷（比刀缘负荷）理论

所谓的“比刀缘负荷理论”，1967年由WaltenBrecht提出。该理论认为，打浆时纤维在刀口或转盘齿的前缘聚集，打浆设备的特性与对纤维所做的功和刀口的长度有关，打浆所消耗的净功率除以刀口长度所得到的比刀缘负荷，是衡量打浆作用的重要指标。

比刀缘（刃口比）负荷理论对于圆柱精浆机，该理论的计算公式有：

Ne60NeBs=-------=-------------LpZ1Z2nL

该理论较好地反映了打浆机的打浆特性指标。（参见表1-15）（四）打浆能耗和打浆效率1、打浆有效功率（参见表１－１７）对于盘磨机

Ns=----------CrCsn3D5

2040g----浆料的密度；

----磨浆阻力系数，参见表1-16；n-----盘磨转速；

D----磨盘直径。打浆效率打浆效率

=有效功率/总功率=Ne/Nx100%磨浆单位电耗（Kw）每吨纸浆打浆提高１0打浆度所消耗的电量。

3AVKw=-----------------------

(度/t纸浆0SR)T(g2–g1)x100A----电机电流（Ａ）,T----每小时通过浆量（t）g1和g2----打浆前后的浆料打浆度，

----功率因数，0.85,V----电机电压（Ｖ）四、打浆辅助设备（一）碎解设备水力碎浆机－－广泛用于浆板、废纸和损纸的碎解处理，是一种疏解能力强，占地面积小，产量大，效率高，电耗低，且对纤维没有切断作用的优良疏解设备。可分为立式和卧式两大类。水力碎浆机水力碎浆机工作原理：立式水力碎浆机由槽体和转盘组成。打浆时槽体装有水和浆料，槽体底部装有带刀片的转盘。转盘转动，产生巨大的涡流，使浆料受到强烈的冲击和水力剪切作用，并受到刀片的机械作用和浆料相互的摩擦作用，使浆料纤维疏解得到分散，碎解后的浆料通过设在转盘下的筛形板，由放料口排出。２、疏解设备－高频疏解机高频疏解机高频疏解机可用于疏解草浆、木浆、棉短绒浆和废纸等。对纤维有一定的切断作用，处理废纸浆中的纸片或浆点子效果甚好。有孔盘式和齿盘式两种。齿盘式对浆料的疏解作用比孔盘式好。（二）纸浆浓度调节器

为了控制和稳定打浆浓度，必须设置纸浆浓度调节器。常用类型有：1、浆料运动阻力变送器（春拜式）2、转子式变送器（K-22K型浓度调节器）3、全通式转子变送器4、流线型变送器（刀式浓度变送器）（三）贮浆池

贮浆池的作用：为了保证打浆设备的连续和均衡的生产。一般分为原浆池、半浆池和成浆池。贮浆池分为卧式和立式两种。多采用卧式。贮浆浓度3.5—5%，浆料循环速度为15—20m/min。第三章非纤维添加物质的应用（一）

本章概述－－

添料（调料）的目的提高纸页质量，赋予纸页某些特殊功能。（如抗水、增强、柔软和色彩等）增加产量，改进操作，减少流失，降低成本。（如加填、助留、消泡等）

常用的添料工艺施胶加填染色使用化学助剂施胶一、概述（一）施胶的目的赋予纸页抗墨水、抗油、抗血、抗水和水汽浸蚀的功能。（二）施胶程度（施胶度）分为重施胶、中度施胶、轻度施胶和不施胶。（三）施胶方法纸内施胶（浆内施胶）纸面施胶（表面施胶）双重施胶（浆内和表面均施胶）（四）施胶剂松香胶类（松香胶、强化松香胶和分散松香胶等）合成胶（中性施胶剂AKD等）表面施胶剂（氧化淀粉、聚乙烯醇、羧甲基纤维素等）（五）施胶度的测定常用方法：墨水划线法表面吸收重量法（Cobb法）浸没法（吸收重量法）等Cobb法测定仪(六)施胶和施胶剂的发展概况1807年发明了松香胶浆内施胶。1807－1940，用硫酸铝作沉淀剂，酸性施胶（pH值4－5）。带来一些设备腐蚀，纸页脆性，白度下降等问题。1950－1970，开始寻求更有效的施胶剂和施胶工艺。50年代开始采用合成胶料，进行中性施胶。70年代后发展迅速。为碳酸钙加填提供了条件。

施胶和施胶剂的发展概况松香胶的发展1807－1920，皂化松香胶为主。1930－出现高游离松香胶（分散松香胶）。1940－出现强化松香胶。但是，国内目前使用最普遍的还是皂化松香胶。

施胶和施胶剂的发展概况合成胶料的发展国际上目前采用较多的合成施胶剂

1、AKD（AlkylKeteneDimers）烷基烯酮二聚物

2、ASA(AlkylSuccinicAnhydride)

烯基琥珀酐国内已有采用，但还不普及。二、施胶效果理论

（一）液体在纸页上的扩散与渗透

纸或纸板主要由纤维组成，纤维具有亲水性。纤维本身有微细管，纸页上又有许多孔隙，能起毛细管作用，这样液滴便会在纸面上产生扩散与渗透现象，使纸具有吸液性能。阻止纸页的吸液性能，就要防止液体在纸页上的渗透与扩散。（二）接触角与表面润湿

液滴能否在纸面产生扩散并使其润湿，主要取决于纸面对液滴的附着力和液滴本身的内聚力之间的平衡关系。附着力>内聚力－－液滴产生扩散内聚力>附着力－－形成液珠

纸页抗拒液滴润湿的方法1、降低纸面对液滴的附着力

2、增加液滴本身的内聚力内聚力是液滴本身固有的物理性质，一般不予改变。唯一的方法是降低纸面对液滴的附力。而内聚力与附着力之间的平衡关系主要取决于两相间接触角的大小。

液滴在纸面上

三相交界面的受力状况

杨氏方程（T.YoungEquation）

sv=sL+Lvcos

sv－－固、气两相间的比表面能；

sL－－固、液两相间的比表面能；

Lv－－液、气两相间的比表面能；

－－液、固两相间的接触角。

杨氏方程（T.YoungEquation）整理变形，得到

sv－sL

cos

=------------------

Lv以

=90o，cos

＝0，作为润湿的判据。当

>90o时，cos

<0，表面不润湿；当

<

90o时，1>

cos

>0，表面润湿。

为使表面不润湿，则应使

sv－sL<0

即降低纸面的

sv。可采用比表面能

较低的物质（施胶剂）均匀的分布在纤维表面，以降低纸面的sv

。

施胶理论－－Washburn方程：

液体在毛细管中的上升速度RdLrcosR=------=------------dt4LL－－浸透深度（cm）;t－－浸透时间(s)；－－液体比表面能自有能，（N/cm）；－－液体粘度（Pa.s）；

r－－毛细管半（cm）；－－液、固两相间接触角（度）。

对于某一纸种及某一液体，毛细管长度L，液体表面张力以及粘度可视为定值，因此液体在纸页上的渗透速率R只与毛细管半径r及纸面与液体两相间接触角有关。毛细管半径越小，接触角越大，则渗透越困难。

胶膜学说

根据上述公式，有研究者提出了“胶膜学说”。认为施胶可使松香沉积在纸面上，热固后形成胶膜可堵塞纸页的毛细管（降低毛细管半径），从而提高了纸页抗水能力。后来的电镜实验证明，施胶的纸面并没有被胶膜覆盖，胶粒也没有将毛细管都堵塞，因而否定了这一学说。（三）施胶效果的产生

－－接触角理论

根据T.Young方程和Washborn方程，增大液固间的接触角均有利于纸页阻抗液体的吸收。因此，接触角理论认为，施胶的效果主要是由于松香胶微粒被吸附在纸页的表面，改变了纸页表面的性质，即增大了液固间的接触角，减少了纸面对液体的附着力。

三、施胶过程理论

纤维和松香粒子在水中均带负电荷，相互不能接近。为了使松香胶粒子与纤维结合，必须消除这一障碍。由胶体电位（电泳淌度、Zeta电位）的研究证实，在pH4－6范围内，松香胶加入硫酸铝液后，所生成的沉淀物具有正电性，这一现象与施胶过程有重要的关系。（一）施胶过程中的铝离子化学1、水合铝离子矾土溶液的重要组成是硫酸根（SO4=）和具有六个水分子的三价水合铝离子[Al(H2O)6]+3。结构式

矾土的水解

pH主要产物

<4Al+34－5[Al(H2O)6]+3

5[Al(OH)(H2O)5]+25以上[Al(OH)2(H2O)4]+17.5－8[Al(OH)3(H2O)3]8以上[Al(OH)4(H2O)2]－12、松香胶沉积物的形成

在施胶过程中，加入沉淀剂（矾土等）后会使松香胶粒子与纤维吸附。但究竟是先使胶料粒子带上正电荷沉淀到纤维表面，还是先使纸浆纤维带上正电荷吸附胶料粒子？

界面动电势学说：实验结果表明：由于胶料粒子的负电位较高，粒径较小，所以优先吸附三价水合铝离子（六水铝离子）。

3、沉淀物的吸附和定着理论“界面动电势学说”只说明了吸附过程，但是没有回答定着机理。早期理论“游离松香学说”。可以解释一些施胶效果的原因，但无法解释松香与硫酸铝的共聚沉淀物作用。

（二）沉淀物的吸附和定着理论

中期理论“铝离子、胶体氢氧化铝学说”。解释了共沉淀物的作用，但还未能解决共沉淀物势如何定着到纤维表面上的实质问题。近代理论“配位学说”，提出了松香胶势通过水合铝离子的络合作用而与纤维结合在一起的理论。

（三）配位学说

配位理论认为，施胶效应是水合铝离子、松香酸和纤维素进行络合反应的结果。配位学说（四）施胶效应的完成

施胶效应的最后取得是在纸页干燥过程中完成的。松香胶料是两性分子，松香（R-COOH）中的羧基（-COOH）是一个极性基，具有亲水性。

R-基（C19H29-)为非极性基，是疏水性基团。施胶效应的完成

松香胶沉淀物定着到纤维表面之后，只有发生定向排列，才能取得抗液性的施胶效果。干燥前干燥后三、纸内施胶（一）松香胶体系1、松香松香是由称为树脂酸的一系列三环酸所组成，是一种复杂的混合体，松香酸是该系列的主要成分，其分子式为C19H29COOH，分子量302.04。松香是一种棕色透明的水不溶固体，其颜色从很浅的琥珀色到深红褐色不等。2、松香酸和海松酸的化学结构式3、松香的结构特性

松香的化学反应主要是受酸性基团（羧基）和共轭不饱和双键支配。因此，增加羧基含量和减少共轭不饱和值，均可增加松香胶与纤维素的亲和性，减少氧化趋势，从而提高其施胶效果。另一方面，树脂酸中大分子量的碳氢化合物又能有效地隔离两性分子中小分子量的极性羧基，松香分子经过适当的定向排列后，可以构成有效的疏水表面。4、松香的物理和化学性质相对密度1.07－1.09软化点75oC熔点90－135oC溶解性不溶于水，可溶于甲醇、乙醇、二硫化碳等有机溶剂。化学反应与碱反应生成溶于水的松香酸皂。5、松香的等级及性能按照色泽分为9级：1－2级：呈浅黄色，透明度好，但施胶效果差；3－5级：呈橙黄色且透明，适用于漂白纸张的施胶；6－9级：色泽较深，只适用于本色浆和纸板的施胶。6、松香的质量参数酸值：中和1克松香所消耗的KOH的毫克数。酸值越大，表明松香中含松香酸量越高，松香纯度越好。皂化值：指完全皂化1克松香所消耗的KOH毫克数。皂化值表示松香中包括松香酸在内的树脂酸和脂类的总含量。该值与酸值之差越大，说明松香中含脂越高，松香纯度越差。7、施胶用松香质量标准酸值：150－170mgKOH皂化值：160－185mgKOH不皂化物：不超过6－9％挥发物：0.5％灰分：小于0.05％（二）皂化松香胶1、皂化的目的皂化是将松香和皂化剂在一定的温度下反应，使不溶于水的松香酸转化为溶于水的松香酸钠。这一工艺过程，俗称熬胶。2、皂化反应皂化剂：纯碱2C19H29COOH+Na2CO3——>

2C19H29COONa+H2O+CO2

皂化剂：烧碱C19H29COOH+NaOH——>

C19H29COONa+H2O3、皂化用碱量的计算OM2A=------------(100－C)%M1PA－－用碱量，％，（对松香用量）O－－松香的皂化值（以％KOH计）M1－－测定皂化值所用KOH的当量M2－－熬胶用碱的当量P－－熬胶用碱的纯度，％C－－松香胶中游离松香的含量，％4、松香胶的分类以游离松香含量划分

褐色胶－－又称中性胶。不含游离松香，即全部松脂酸都被皂化，胶液呈中性或微碱性，颜色为暗褐色。