第二章磨打浆12节

第二章 磨（打）浆v本章主要介绍植物纤维原本章主要介绍植物纤维原料的处理方法与设备，纤料的处理方法与设备，纤维原料的特性与纸张性能维原料的特性与纸张性能的关系等的关系等主要内容主要内容 第一节 概述 第二节磨(打)浆原理 第三节磨(打)浆设备 第四节磨(打)浆工艺 第五节磨(打)浆对纸张性质的影响 第六节干浆板的碎解和浆料疏解 第七节磨(打)浆设备选型和生产流程设计 及磨(打)浆系统控制第一节 概述一、磨（打）浆的概念：纸料纤维在处理过程中受到剪切力的作用 打浆：打浆机 磨浆：磨浆机，连续设备二、磨（打）浆的目的和任务 目的：改善纤维的形态和性质，满足纸机需要，生产出的纸符合预期的质量指标。打浆两大任务：(1)改变纤维的形态，保证抄出的纸和纸板能取得预期的质量要求。(2)通过打浆控制纸料在网上的滤水性，以适应造纸机生产的需要。三、磨浆前后浆料性质的变化v纤维束疏解成单根纤维v纤维的平均长度下降v打浆度上升，纤维壁的破除，杂细胞被打烂。v温度上升 单根纤维的变化v比表面增加v柔软性增加 纤维结合力增加v氢键再分布vZeta电位变化第二节、磨(打)浆原理v在理解磨(打)浆原理之前，首先让我们了解纤维细胞壁的构造情况。（一）纤维细胞壁的构造v一个死亡的植物细胞v两端细长v纺锤状纤维细胞壁的构造纤维细胞壁的构造次生壁次生壁S外层外层S1（Outer layer)中层中层S2（Middle layer)内层内层S3（Inner layer)初生壁初生壁P胞间层胞间层M复合胞间层复合胞间层CML细胞壁细胞壁纤维细胞壁厚度与夹角细胞角隅细胞角隅胞间层（胞间层（MM）细胞壁细胞壁初生壁初生壁（P P）次生壁次生壁（S S）复合复合胞间层胞间层 （MLML）外层外层（S S1 1）中层中层（S S2 2）12 m0.10.3 m 0.10.3 m310 m 主要为木质素主要为木质素 主要为木质素，无微纤丝主要为木质素，无微纤丝 微纤丝松散、漫无规则微纤丝松散、漫无规则 不能纵向分丝、细纤维化不能纵向分丝、细纤维化内外以内外以70709090Z Z和和S S型缠型缠绕绕 不能纵向分丝、细纤维化不能纵向分丝、细纤维化1010（早材）到（早材）到20203030（晚材）（晚材）占细胞壁厚的占细胞壁厚的707090%90%可以纵向分丝、细纤维化可以纵向分丝、细纤维化纤维细胞壁各层的特点 S S1 1层微纤维结晶度较高，对化学作用较稳定，层微纤维结晶度较高，对化学作用较稳定，与与P P层结合较紧密，层结合较紧密，S S1 1紧紧套住紧紧套住S S2 2使使S S2 2不易分丝不易分丝纵裂，打浆时先将纵裂，打浆时先将P P、S S1 1剥离，剥离，S S1 1-S-S2 2结合较松弛，结合较松弛，生产半化学浆时往往在生产半化学浆时往往在S S1 1-S-S2 2之间分离，之间分离，S S2 2层是层是否易散开，与微纤丝夹角有关，角度越小，越否易散开，与微纤丝夹角有关，角度越小，越容易分丝量化，容易分丝量化，P P层薄而易碎层薄而易碎 各层的精细构造各层的精细构造 通过电子显微镜研究，可进一步了解纤维细胞壁的通过电子显微镜研究，可进一步了解纤维细胞壁的层状结构是由不同走向的微纤丝构成。层状结构是由不同走向的微纤丝构成。微细纤维的精细结构与半纤维素、木素的微细结构关系（二）、杂细胞的结构v杂细胞的含量v针叶木：1.5%，S S1 1层与层与S S2 2层层3030-60-60夹角夹角v阔叶木：17-27%，S S1 1层与层与S S2 2层层6060-80-80夹角夹角v非木材：40-60%，v麦草P层与层与S S1 1层结合紧密层结合紧密vS S2 2层细纤维化，必须先破除层细纤维化，必须先破除S S1 1层层二、磨(打)浆的作用（一）、磨（一）、磨(打打)浆对纤维的作用浆对纤维的作用1、初生壁、初生壁P和次生壁外层和次生壁外层S1的破除的破除vP层和S1层中木素含量较多，本身是网状结构,其存在影响S2层的吸水润胀。v打浆使S2层的细纤维产生位移和变形，有力吸水润胀，有利于P层和S1层的破除v 亚硫酸盐浆：P层和S1层不完整，易打浆2、吸水润胀、吸水润胀v、润胀（定义）：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。v、润胀的原因：纤维素大分子含有极性羟基 纸张吸水的原因：OOHOOOOOOOHOHOHOHOHCH2OHCH2OHOHOHOHCH2OHOHCH2OHn-22、润胀结果润胀结果：v 纤维吸水后，体积增大，径向增加20-30%。干燥时,纸张发生收缩的根源。胶版纸控制横行收缩率，磨浆时应减少纤维润润胀胀v内聚力下降，内部的组织结构变得更为松弛，纤维变软，有利于细纤维化。v能有效地增加纤维间的接触面积，提高成纸强度，使透气度下降。v有利于纵向细纤维化，不利于横向切断、影响纤维润胀的因素v纤维的吸水润胀与原料的组成、半纤维素的含量和制浆的方法等因素有关。半纤维素含量高的纸浆（麦草浆），有利于吸水润胀；木素含量高的纸浆不易润胀；硫酸盐纸浆比亚硫酸盐纸浆易于润胀。v、纤维润胀程度的测量：保水值3、细纤维化、细纤维化 纤维的细纤维化是包括外部细纤维化和内部细纤维化。v外部细纤维化：是指纤维的两端的帚化和纵向分丝，纤维表面游离出细小纤维。外部细纤维化结果：使纤维的比表面积增加，柔软性增加，游离出更多羟基。v内部细纤维化：是指纤维发生润胀后，细胞壁同心层之间彼此产生滑动。内部细纤维化结果：使纤维的刚性下降，塑性增加。细纤维化作用的结果细纤维化作用的结果v比表面增加v柔软性增加v氢键再分布：细胞壁内部和表面，增加了纤维的结合力对纸页的性质影响极大，是打浆的重要作用之一。4、切断或变形、切断或变形v切断是指纤维横向发生断裂的现象。v在打浆的过程中通常要适当地切断纤维，以提高纸张的匀度和平滑度，但纤维过短会降低纸张的强度，特别是纸张的撕裂度。v与润胀的关系：纤维润胀的好，变得柔软可塑，不容易被横向切断。反之容易被切断。纤维切断后，断口增加有利于吸水润胀，有利于纤维的细纤维化。5、产生纤维碎片v细小纤维的来源v三个方面：初生壁和次生壁外层的破除；杂细胞被打碎；横向切断产生碎片。6、其它次要作用v增加纤维柔软性v纤维的扭曲、卷曲、伸展压缩v溶解作用第二章第二章 磨（打）浆磨（打）浆v本章主要介绍植物纤维原本章主要介绍植物纤维原料的处理方法与设备，纤料的处理方法与设备，纤维原料的特性与纸张性能维原料的特性与纸张性能的关系等的关系等主要内容主要内容 第一节第一节 概述概述 第二节磨第二节磨(打打)浆原理浆原理v 第三节磨第三节磨(打打)浆设备浆设备v 第四节磨第四节磨(打打)浆工艺浆工艺v 第五节磨第五节磨(打打)浆对纸张性质的影响浆对纸张性质的影响v 第六节干浆板的碎解和浆料疏解第六节干浆板的碎解和浆料疏解v 第七节磨第七节磨(打打)浆设备选型和生产流程设计浆设备选型和生产流程设计 及磨及磨(打打)浆系统控制浆系统控制第一节第一节 概述概述一、磨（打）浆的概念：纸料纤维在处理过程一、磨（打）浆的概念：纸料纤维在处理过程中受到中受到剪切力剪切力的作用的作用v 打浆：打浆机打浆：打浆机v 磨浆：磨浆机，连续设备磨浆：磨浆机，连续设备二、磨（打）浆的目的和任务二、磨（打）浆的目的和任务 目的：改善纤维的形态和性质，满足纸机目的：改善纤维的形态和性质，满足纸机需要，生产出的纸符合预期的质量指标。需要，生产出的纸符合预期的质量指标。打浆两大任务打浆两大任务（1）改变纤维的形态，保证抄出的纸和纸板）改变纤维的形态，保证抄出的纸和纸板能取得预期的质量要求。能取得预期的质量要求。（2）通过打浆控制纸料在网上的滤水性，以通过打浆控制纸料在网上的滤水性，以适应造纸机生产的需要。适应造纸机生产的需要。三、磨浆前后浆料性质的变化三、磨浆前后浆料性质的变化单根纤维的变化单根纤维的变化v比表面增加比表面增加v柔软性增加柔软性增加 纤维结合力纤维结合力增加增加v氢键再分布氢键再分布vZetaZeta电位变化电位变化浆料性质的变化浆料性质的变化v纤维束疏解成单根纤维纤维束疏解成单根纤维v纤维的平均长度下降纤维的平均长度下降v打浆度上升，纤维壁的破除，杂细胞被打烂。打浆度上升，纤维壁的破除，杂细胞被打烂。v温度上升温度上升 v针叶木打浆前（实验室照片）针叶木打浆前（实验室照片）针叶木打浆后v 盘磨机磨浆盘磨机磨浆 PFIPFI磨浆磨浆第二节、磨第二节、磨(打打)浆原理浆原理v在理解磨在理解磨(打打)浆原理之前，首先让浆原理之前，首先让我们了解纤维细胞壁的构造情况。我们了解纤维细胞壁的构造情况。（一）纤维细胞壁的构造（一）纤维细胞壁的构造内层内层S3（Inner layer)次生壁次生壁S外层外层S1（Outer layer)中层中层S2（Middle layer)初生壁初生壁P胞间层胞间层M复合胞间层复合胞间层CML细胞壁细胞壁一个死亡的植物细胞；两端细长；纺锤状一个死亡的植物细胞；两端细长；纺锤状纤维细胞壁的构造纤维细胞壁的构造纤维细胞壁厚度与夹角纤维细胞壁厚度与夹角细胞角隅细胞角隅胞间层（胞间层（MM）细胞壁细胞壁初生壁初生壁（P P）次生壁次生壁（S S）复合复合胞间层胞间层 （MLML）外层外层（S S1 1）中层中层（S S2 2）12 m0.10.3 m 0.10.3 m310 m 主要为木质素主要为木质素 主要为木质素，无微纤丝主要为木质素，无微纤丝 微纤丝松散、漫无规则微纤丝松散、漫无规则 不能纵向分丝、细纤维化不能纵向分丝、细纤维化内外以内外以70709090Z Z和和S S型缠型缠绕绕 不能纵向分丝、细纤维化不能纵向分丝、细纤维化1010（早材）到（早材）到20203030（晚材）（晚材）占细胞壁厚的占细胞壁厚的707090%90%可以纵向分丝、细纤维化可以纵向分丝、细纤维化纤维细胞壁各层的特点纤维细胞壁各层的特点vP P层层：凌乱的网状，薄而易碎，打浆时易剥离凌乱的网状，薄而易碎，打浆时易剥离vS S1 1层层：微纤维结晶度较高，对化学作用较稳定，：微纤维结晶度较高，对化学作用较稳定，与与P P层结合较紧密，层结合较紧密，S S1 1与与S S2 2结合草木不同。结合草木不同。vS S2 2层层：是否易散开，与微纤丝夹角有关，角度：是否易散开，与微纤丝夹角有关，角度越小，越容易分丝帚化，越小，越容易分丝帚化，各层的精细构造各层的精细构造 微细纤维的精细结构与半纤维素、微细纤维的精细结构与半纤维素、木素的微细结构关系木素的微细结构关系（二）、杂细胞的结构（二）、杂细胞的结构v 杂细胞的含量杂细胞的含量 结构结构v针叶木针叶木：1.5%1.5%，分，分P P和和S S层，层，S S1 1层与层与S S2 2层层3030-60-60夹角，夹角，S S2 2几乎与轴平行几乎与轴平行v阔叶木阔叶木：17-27%17-27%，S S1 1层与层与S S2 2层层6060-80-80夹角夹角v麦草麦草：4040，壁薄易碎，壁上有纹孔，壁薄易碎，壁上有纹孔，S S2 2层与轴几层与轴几乎平行，乎平行，S S3 3呈交织状。呈交织状。v芦苇：芦苇：分分P P和次生壁外层和内层。和次生壁外层和内层。P P和胞间层合为一和胞间层合为一体，体，S S1 1与与S S3 3呈规则网状，呈规则网状，S S3 3微细纤维较微细纤维较S S1 1更近于轴更近于轴向。向。二、磨二、磨(打打)浆的作用浆的作用（一）、磨（一）、磨(打打)浆对纤维的作用浆对纤维的作用1、初生壁、初生壁P和次生壁外层和次生壁外层S1的破除的破除vP P层和层和S S1 1层中木素含量较多，其存在影响层中木素含量较多，其存在影响S S2 2层的吸层的吸水润胀。水润胀。v打浆使打浆使S S2 2层的细纤维产生位移和变形，有利于吸层的细纤维产生位移和变形，有利于吸水润胀和水润胀和P P层层S S1 1层的破除层的破除v 除去的难易与制浆方法和原料有关除去的难易与制浆方法和原料有关纤维次生壁的位移2、吸水润胀、吸水润胀v、润胀（润胀（定义）：是指高分子化合物在吸收液体定义）：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。的过程中，伴随着体积膨胀的一种物理现象。v、润胀的原因润胀的原因：纤维素大分子含有极性羟基与水：纤维素大分子含有极性羟基与水产生极性吸引。产生极性吸引。、润胀结果润胀结果：v 纤维吸水后，体积增大，径向增加纤维吸水后，体积增大，径向增加20-30%20-30%影响滤水，干燥时影响滤水，干燥时,纸张发生收缩的根纸张发生收缩的根源。源。v内聚力下降，内部的组织结构变得更为松内聚力下降，内部的组织结构变得更为松弛，纤维变软，弛，纤维变软，有利于细纤维化，不利于有利于细纤维化，不利于横向切断。横向切断。v能有效地增加纤维间的接触面积能有效地增加纤维间的接触面积提高成提高成纸强度，使透气度下降。纸强度，使透气度下降。、影响纤维润胀的因素、影响纤维润胀的因素v纤维的吸水润胀与原料的组成、半纤维素的纤维的吸水润胀与原料的组成、半纤维素的含量和制浆的方法等因素有关。含量和制浆的方法等因素有关。、纤维润胀程度的测量、纤维润胀程度的测量：保水值保水值3、细纤维化、细纤维化 包括外部细纤维化和内部细纤维化。包括外部细纤维化和内部细纤维化。v外部细纤维化外部细纤维化：是指纤维的两端的帚化和纵向分丝，：是指纤维的两端的帚化和纵向分丝，纤维表面游离出细小纤维。纤维表面游离出细小纤维。结果结果：纤维比表面积增加，柔软性增加，游离出更多羟：纤维比表面积增加，柔软性增加，游离出更多羟基。基。v内部细纤维化内部细纤维化：是指纤维发生润胀后，细胞壁同心层：是指纤维发生润胀后，细胞壁同心层之间彼此产生滑动。之间彼此产生滑动。结果结果：纤维的刚性下降，塑性增加。：纤维的刚性下降，塑性增加。对纸页的性质影响极大，是打浆的重要作用之一。对纸页的性质影响极大，是打浆的重要作用之一。纤维外部的细纤维化4、切断或变形、切断或变形v切断是指纤维横向发生断裂的现象。切断是指纤维横向发生断裂的现象。v适当地切断纤维，提高匀度和平滑度，但适当地切断纤维，提高匀度和平滑度，但过短会降低强度，特别是撕裂度。过短会降低强度，特别是撕裂度。v与润胀的关系与润胀的关系：润胀的好，不易切断。反润胀的好，不易切断。反之容易被切断。之容易被切断。5 5、产生纤维碎片、产生纤维碎片v细小纤维的来源细小纤维的来源v三个方面：初生壁和次生壁外层的破除；杂三个方面：初生壁和次生壁外层的破除；杂细胞被打碎；横向切断产生碎片。细胞被打碎；横向切断产生碎片。6 6、其它次要作用、其它次要作用v增加纤维柔软性增加纤维柔软性v纤维的扭曲、卷曲、伸展压缩纤维的扭曲、卷曲、伸展压缩v溶解作用溶解作用（二）磨(打)浆对杂细胞的作用v木浆的杂细胞被打烂木浆的杂细胞被打烂v草类原料的薄壁细胞被打烂草类原料的薄壁细胞被打烂v表皮细胞保持较完整表皮细胞保持较完整三、草类浆纤维磨三、草类浆纤维磨(打打)浆的特性浆的特性v麦草浆的特点：麦草浆的特点：平均长度短平均长度短0.9mm0.9mm、S S1 1厚厚、S S1 1 与与S S2 2结合紧密、结合紧密、夹角较大、杂细胞多、半纤维素含量高，夹角较大、杂细胞多、半纤维素含量高，v麦草浆难以外部细纤维化麦草浆难以外部细纤维化v原因原因四、磨(打)浆机理v分五个阶段v作用力：机械力 （低浓）v纤维间摩擦力 （高浓）v流体剪刀力v压缩力v剪切力v扭曲力v摩擦力