造纸材料及造纸工艺

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,5.3,造纸材料及造纸工艺,5.3.1 植物纤维的结构形态,造纸用的植物纤维一般有针叶木、阔叶木、麦草、芦苇、蔗渣、棉纤维等几种。由于植物在不同地方生长，其纤维形态有一定的差异，植物部位不同，纤维形态也是不同的。,1.不同植物的纤维形态,（1）,针叶木,木质由95的管细胞构成，髓线细胞及树脂道约5，其杂细胞不多，所得到的木浆较纯，且纤维长，可用来造高强度的高级纸张。,落叶松及落叶材,1,（2）,阔叶木,木质部由2040是导管，纤维较针叶木短，含有很多杂细胞，造出的纸疏松，不透明，一般用来制造印刷类纸。,包装印刷纸的类别及特性,桉树,杨树及杨木,2,包装印刷纸的类别及特性,3,3）,麦草,纤维一般长度在1.301.71mm之间，麦草制造的纸强度较低，一般用来制造书写和印刷用纸。,（4）,芦苇,其品种多，纤维长度一般在0.951.52mm之间，杂细胞含量约占35，芦苇制造的纸强度低，一般用来制造印刷用纸。,包装印刷纸的类别及特性,麦草,生长和收割后的芦苇,4,（5）,蔗渣,是甘蔗制糖后残剩的纤维物质，纤维长度大部分为1.473.04mm，一般用来制造半透明纸，书写纸、印刷用纸。,包装印刷纸的类别及特性,（6）,棉纤维,棉纤维现为长度可达到2056mm。杂细胞含量很少，可用于制造钞票纸、证券纸、晒图纸等高档纸。,甘蔗,甘蔗渣,棉花,5,包装印刷纸的类别及特性,6,2.木材纤维的结构,在木材纤维结构中，木素将纤维一束束的粘在一起，但胞间层浓度最大，占该部分组织容积的绝大部分，一般约80。木材在纤维细胞壁生长过程中最初会形成初生壁，初生壁内沉积一层细胞壁，这层称为次生壁，（次生壁分为三层，即内层、主体、外层）在次生壁外层是第三层壁，最后是细胞腔。,包装印刷纸的类别及特性,7,5.3.2 植物纤维的化学成分及特点,在制浆过程中，将植物纤维经加工处理，去掉植物纤维中含有的木质素、果胶、树脂、脂肪等其他成分，仅保留纤维素和半维素等有效成分。,包装印刷纸的类别及特性,植物纤维原料,8,1.纤维素,植物纤维是纸张的基本组成部分，它是植物纤维的主要成分，它的化学结构是脱水D葡萄糖单元通过1，4苷键连接而成的高分子化合物。结构式如下：,CH,2,OH,O,OH,HO,H,OH,CH,2,OH,OH,OH,CH,2,OH,OH,OH,OH,O,O,O,O,H,n,1,4,2,3,1,2,3,4,4,3,2,1,包装印刷纸的类别及特性,9,H,O,H,H,O,O,H,H,O,O,H,H,O,H,H,O,O,H,H,O,H,H,O,O,H,H,O,H,O,H,O,H,O,H,O,H,O,H,O,O,纤维素,分子链,H,纤维素,分子链,纤维素,分子链,脱水,纤维素分子链之间通过脱水形成氢键，使纸张获得了强度。,包装印刷纸的类别及特性,10,2.半纤维素,半纤维素是除纤维素和果胶以外的碳水化合物，也称为非纤维素碳水化合物。与纤维素不同，半纤维素是由两种或两种以上单糖基组成的不均一聚糖，大多带有短的侧链。构成半纤维素单糖主要是：D-木糖、D-葡萄糖和D-甘露糖、D-半乳糖。构成半纤维素短的侧链糖基有：木糖、葡萄糖、半乳糖、阿拉伯糖、岩藻糖、鼠李糖和葡萄糖醛酸、半乳糖醛酸等。,3.木素,木素存在于植物的木化组织之中，维管植物细胞壁中含有存在木素量的大部分，而细胞间层物质的大多数都是木素，它使纤维相互粘合而固结。木素的基本结构单元见下页图所示。因此，要分离纤维，就必须溶解木,包装印刷纸的类别及特性,11,素，这就是化学制浆的实质。按照被保留在纸浆中木素的含量，可以将纸浆区分为软浆和硬浆。软浆木素含量在2%左右，硬浆木素含量约为8%，半化学浆木素含量高达15%，纸浆的漂白是在尽可能少损伤纤维素和半纤维素的情况下进一步除去残留在纸浆中的木素。,包装印刷纸的类别及特性,OH,OCH,3,OH,OH,OCH,3,OCH,3,愈疮木基,紫丁香基,对羟苯基,12,4.其他成分,造纸原料中的次要化学物质有果胶质、矿物质和各种抽提物等。,果胶质是聚半乳糖尾酸中一部分羧基被甲基酯化，一部分被中和成盐的高分子化合物。其在木材及草类中含量很少，一般不超过1，在韧皮原料和嫩枝材中含量较多，在5以上。植物中天然果胶质不溶于水，在水中或稀酸中加热时，则易于溶解。,抽提物分为冷水抽提物、热水抽提物、有机溶剂抽提物和稀碱液抽提物。其中包括果糖、单宁、淀粉、脂肪、树脂、蜡类等。这些成分品种复杂多样，含量极少。,矿物质是指造纸原料燃烧后残存的物质，又叫灰分。木材灰分含量较少，一般都在1以下，草类原料灰分较高，在2以上；稻草灰分含量最高，达1015。,包装印刷纸的类别及特性,13,5.3.3 纤维形态及造纸辅料对纸张质量的影响,1.,纤维长度及壁腔比,纤维长度影响纸张的撕裂度，纤维长可提高纸张的撕裂度、抗张强度、耐破度及耐折度，造纸纤维长度是植物纤维原料好与差的重要指标。,2,壁厚,壁腔比,胞腔直径,通常细胞壁薄而腔大的纤维制造的纸张抗张强度较大。反之壁厚腔小的纤维制造纸张强度较低，但纸页疏松，吸水性好。,包装印刷纸的类别及特性,14,2.造纸辅料,造纸过程中，一般包括施胶、加填、染色和填加助剂等工序。,（1）施胶,目的是使纸产品得到抗水性能和阻止液体向其渗透。经施胶的纸产品不易被水及溶液体渗透。,一般施胶方法分为两种类型，一种是内部施胶也称内施胶，另一种是表面施胶又称纸面施胶。,根据纸产品用途按需又可分为重施胶、轻施胶、不施胶三类。,（2）内部施胶用料,松香胶料、合成胶料、其他胶料,包装印刷纸的类别及特性,COOH,C,H,3,松香酸分子结构,15,CH,3,(CH,2,),14,CH=C-O,CH,3,(CH,2,),14,CH,2,-CH-C=O,CH,3,(CH,2,),16,-C-O-C(CH,2,),16,CH,3,O,O,烷基乙烯酮二聚物（AKD）,硬脂酸酐,包装印刷纸的类别及特性,16,（3）表面施胶用原料,动物胶、变性淀粉、聚乙烯醇、羧甲基纤维素、石蜡胶和其他表面施胶剂。,明胶,阳离子淀粉,聚乙烯醇,羧甲基纤维素,包装印刷纸的类别及特性,17,3.加填,加填是在打浆时向纸料悬浮液中加入填料来改善纸张光学性质和使纸张具有特定性能。加填可使纸张的不透明度和白度提高，增加纸张柔软性，改善纸张平滑度，降低纸张吸湿性，增强纸张吸油墨性，使纸张具有良好的印刷适性。,（1）常用的加填原料,滑石粉、碳酸钙、高岭土、钛白粉，除以上几种加填料外，还有烧石膏、钙镁白、碳酸镁、硫酸钡、锌钡白等。,包装印刷纸的类别及特性,滑石粉,高岭土,18,（2）加填料对纸张的影响,包装印刷纸的类别及特性,0,1,2,3,4,5,5,10,15,20,（%）,粒径(m),反射,散射,对不透明度的影响：能提高纸张的不透明度,填料颗粒细小，折射率高，使纸张不透明度明显提高,19,对白度的的影响：能增强纸张的白度,0,5,10,15,60,65,70,（%）白度,填料量（%）,合成Al(OH),3,TiO,2,锐钛矿,涂料白浆,填料白土,包装印刷纸的类别及特性,20,对强度的影响：填料的加入减少了纤维间的结合，所以加填会使纸张强度显著下降。其中抗张强度、耐折度和耐破度下降较大，撕裂度下降较小。,包装印刷纸的类别及特性,60,70,80,90,100,5,10,15,20,填料量%,裂断长度%,0,21,6.0,5.0,4.0,3.0,5,10,15,20,0,填料量%,撕裂指数,包装印刷纸的类别及特性,22,1.6,1.7,1.8,1.9,2.0,2.1,1.5,10,20,填料量%,挺度,桦木硫酸盐浆,云杉亚硫酸盐浆,包装印刷纸的类别及特性,23,4.染色,纸张除白色外还有其他颜色的，其他颜色的纸是经过染色处理制造出来的。染料分为：碱性染料、酸性染料、直接染料、荧光增白剂。,5.化学助剂,助剂一般分为干增强剂、湿增强剂、助滤剂、消泡剂、防腐剂,包装印刷纸的类别及特性,彩色纸,消泡剂,24,5.4 纸张制造,5.4.1 制浆方法及分类,制浆方法大致分成机械法、化学法、综合法三大类。他们都是通过机械的、加热的、化学的方法使木材（或其他纤维材料）转化为纤维结构的工艺过程。各种制浆方法各有优缺点。,1.机械制浆,用机械方法磨碎纤维原料所得到的纸浆称为机械浆，其原料可以是木材，也可以是草。机械法制浆分为三类：白色磨木浆、褐色磨木浆、化学磨木浆。,2.化学制浆,分为硫酸盐法制浆、亚硫酸盐法、碱性亚硫酸盐法。,25,3.半化学法和化学机械法,半化学法和化学机械法制浆是将机械法和化学法制浆综合。一般用来生产普通新闻纸、包装纸、包装纸板。在生产工艺中化学药品用量少、生产成本低、纸浆得率高、环境污染小。,5.4.2 漂白,漂白的目的是将纸浆达到所预期的白度，同时不太影响纸浆的物理化学性能的工艺过程。未经漂白的纸浆白度不高，目前生产上通常用氧化漂白和还原漂白两种。,氧化漂白是除去纸浆中残留的木素。,还原漂白是把木素中的发色基团有选择地破坏其结构。,包装印刷纸的类别及特性,26,H,O,H,H,O,O,H,H,O,O,H,H,O,H,H,O,O,H,H,O,H,H,O,O,H,脱水干燥,纤维素,分子链,纤维素,分子链,H,O,H,O,H,O,H,O,H,O,H,O,H,O,O,纤维素,分子链,纤维素,分子链,H,水桥,分子间氢键,5.4.3,打浆,经过打浆制造的纸可以改善纸张的强度、表面粗糙度和疏松多孔等性能。打浆是机械和物理过程，纤维在经过打浆后，形态和性质都发生了改变，能提高纸张的强度、耐破度和耐折度、平滑度、挺度和紧度及收缩性，但降低了撕裂强度和不透明度。,包装印刷纸的类别及特性,27,包装印刷纸的类别及特性,打浆与纸张性能之间的关系如下图所示,28,5.4.4 纸张的抄造,一般抄纸分为两大类：湿法和干法。湿法是以水为介质，干法是以空气为介质，目前绝大多数用湿法生产纸张。,包装印刷纸的类别及特性,流浆箱,网案部,压榨部,干燥部,压光,卷纸,长网抄纸机示意图,29,湿法造纸又分为三大类：,长网造纸机,圆网造纸机,夹网造纸机,造纸机,包装印刷纸的类别及特性,30,制浆造纸的主要生产工艺流程如下：,包装印刷纸的类别及特性,31,