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纖維與細(xì)胞(光學(xué)顯微鏡辨別) 纖維與雜細(xì)胞：植物由細(xì)胞組成，在造紙工業(yè)上將成熟的細(xì)長細(xì)胞稱為纖維，短、粗、異型細(xì)胞不適合造紙，稱為雜細(xì)胞 纖維形態(tài)：中空、壁厚、細(xì)長呈紡錘狀 長15.6mm(禾草、木材纖維)，寬0.0080.012mm,一、纖維細(xì)胞 壁的結(jié)構(gòu) 胞間層 middle lamella 初生壁 primary wall 次生壁外層 secondary wall 1 次生壁中層 S2 次生壁內(nèi)層 S3,化學(xué)成分在纖維中的分布,二、制漿造紙,二、制漿造紙,紙漿,植物,紙,（一）制漿,什么是制漿？ 將造紙原料分散為單根纖維的過程叫制漿，獲得的產(chǎn)品稱為紙漿。,制漿目的： 溶出原料中的木素，使原料分離成單根的纖維，增加纖維的比表面積（單位重量纖維的表面積）。,（一）制漿,制漿的要求：,制漿的要求：,在纖維盡量不受或少受損失的前提下，消耗較少的動力，將植物纖維分離成單體纖維，使?jié){料具備一定的比表面積和交織性能，為纖維之間的重新結(jié)合創(chuàng)造條件。,制漿的基本過程,（一）制漿,備料：制漿前把粗長的木材、禾草切成小塊的料片并去除雜質(zhì)的操作。 備料的基本過程： 1 原料的貯存 2原料的處理 3處理后料片的輸送和貯存,備料,削片機,（一）制漿,制漿方法：,（一）制漿,化學(xué)法制漿(CP,Chemical Pulping) 原理： 用化學(xué)藥液蒸煮料片，在高溫下化學(xué)藥劑與料片中的木素反應(yīng)生成水溶物，使纖維分離分散成為漿料。,木素從植物原料中溶解在水溶液中，可采用的方法： 增加木素的脂肪族和芳香族羥基或羧基的數(shù)量，來提高其親水性； 降解木素大分子為較小的能溶解在水中的碎片； 把親水取代基與木素大分子相連接，使它的衍生物可溶于水中,（一）制漿,通常采用的化學(xué)試劑為：,堿法制漿蒸煮原理,SH-、OH-等離子和木素發(fā)生親核反應(yīng)，使木素大分子的醚鍵斷裂，大分子變成小分子，并且親液性的酚羥基增加，木素的親液性增強，使木素自木片中溶出。,（一）制漿,SO32-或HSO3-和木素發(fā)生親核反應(yīng)，生成木素磺酸，木素磺酸與溶液中的鹽基結(jié)合，生成木素磺酸鹽，從木片中溶解出來。,酸法制漿蒸煮原理,化學(xué)法制漿中纖維素的分解,1、碳水化合物的降解反應(yīng)：剝皮反應(yīng)，100C以上開始；堿性水解，150C以上開始,（一）制漿,化學(xué)漿的特點： 這種方法制得的紙漿大致保留了纖維的天然長度，去除了大部分木素，能用來生產(chǎn)強度高、柔軟的高檔紙； 缺點：得率低，污染大。,化學(xué)法制漿工藝,化學(xué)藥液 原料備料裝鍋蒸煮(升溫、放汽、保溫) 黑液 放鍋洗滌篩選漂白紙漿(漂白漿),化學(xué)法制漿工藝,蒸煮過程：主要是脫木素的過程。（蒸煮曲線） 蒸煮溫度：155180 蒸煮時間：1.5h2h 蒸煮設(shè)備：間歇式和連續(xù)式、通常使用立式的蒸煮鍋,蒸煮條件的確定,在100C以前，蒸煮液濃度有所下降，但木素基本沒有溶出，此階段堿液向原料內(nèi)部浸透，主要溶解的物質(zhì)是原料的淀粉、果膠、脂肪、樹脂及低分子量的半纖維素。 初始脫木素階段：100150C這一升溫階段，蒸煮液濃度繼續(xù)下降，但木素溶出僅26.6%（對原木素）。 大量脫木素階段：150175C（最高溫度），木素溶出63.2%（對原木素），此時，木片已分散成漿。 殘余木素脫除階段：堿液濃度繼續(xù)下降，但木素溶出只有8%（對原木素），這一階段碳水化合物降解較多。,化學(xué)法制漿工藝,漂白：除去漿中的殘留木素或者改變木素發(fā)色基團的以提高紙漿的白度 白度：白色或接近白色的紙和紙板表面對藍(lán)光的反射率相對于藍(lán)光照射氧化鎂標(biāo)準(zhǔn)白板表面時反射率之比，稱為白度，以%表示。,未漂漿,漂白漿,化學(xué)法制漿工藝,漂白方法： a.氧化性漂白：利用氧化劑除去漿中殘留木素及發(fā)色物質(zhì) 特點：漂白白度高，穩(wěn)定性好，保持持久，紙和紙板長期存放不褪色 漂白劑：ClO2 NaClO H2O2 Na2S2O3 b. 還原性漂白：利用化學(xué)藥劑破壞紙漿中的發(fā)色基團，使紙漿變白 特點：漂白劑不起脫木素作用，只能脫色，穩(wěn)定性差，易產(chǎn)生“返黃”現(xiàn)象。 漂白劑：Zn2S2O4、 硼氫化鈉等，但還原漂劑價格高,將一定長度的原木送入磨木機內(nèi)，利用原木與高速旋轉(zhuǎn)的磨石之間的摩擦力，在磨石的擠壓、剪切和摩擦作用下，使原木離解成單根纖維，再用水把纖維從磨石表面沖刷下來，即成磨木漿。, 磨石磨木漿(SGW),指木片在兩個相對旋轉(zhuǎn)的磨盤間，利用磨盤與木片及木片與木片之間的摩擦力，使木片先被破壞成火柴狀，這些火柴狀的小木條經(jīng)過相互間的摩擦而離解成單根纖維制成的紙漿。, 木片磨木漿（RMP）,磨盤,料口,先用溫和的化學(xué)法處理原料，然后磨解成漿。,生物法制漿,以微生物或其制品（酶）對木片進行預(yù)處理，然后用機械法或化學(xué)機械法制漿。 生物處理的目的：有選擇性地分解（降解）原料中的木素，盡可能減少碳水化合物的損失。從而降低磨漿能耗，減輕廢水污染，提高紙漿強度。 主要采用：白腐菌、漆酶等（研究階段）,（二）造紙（papermaking）,造紙就是將制得的紙漿分散開來后獲得交織均勻的薄片。,（二）造紙（papermaking）,目前以濕法造紙為主，即 水 膠料 填料 水 紙漿打漿施膠加填調(diào)濃紙頁成型壓榨 干燥壓光整理紙或紙板,打漿(Beating) 利用物理機械方法處理漿料，使纖維經(jīng)擠壓、摩擦、揉搓、剪切等作用，互相分離成單根纖維 打漿的作用 （1）使細(xì)胞壁發(fā)生位移和變形 （2）破除初生壁(P)和次生壁的外層(S1) （3）細(xì)纖維化（分絲帚化纖維兩端與纖維表面微細(xì)纖維分散蓬松）,打漿與調(diào)料,未經(jīng)打漿的纖維,經(jīng)過打漿的纖維,打漿與調(diào)料,打漿目的,打漿和調(diào)料,打漿設(shè)備：,槽式打漿機,圓盤磨漿機,打漿,施膠(Sizing),施膠 通過向紙漿沖加入耐水性膠料或在紙幅表面涂膠，使紙張獲得抗拒液體擴散和滲透的能力。 施膠的作用 施膠的目的是改變纖維表面能，以控制水性液體向紙內(nèi)滲透。紙張施膠通常是出于以下目的： (1)最終使用的要求。如液體包裝、膠版印刷、潮濕食品包裝、冷凍家禽和農(nóng)產(chǎn)品裝運、可膠粘性、水基油墨的持留等。 (2)紙機操作。如施膠壓榨膠液持留、涂料持留、壓光機表面施膠液持留等。 (3)抵抗偶然性潤濕。如辦公用紙、谷物或化妝品包裝盒、食品雜貨包裝袋等。,施膠(Sizing),施膠方法： 紙內(nèi)施膠：將膠料直接加入紙漿內(nèi) 以松香膠為例，先將松香加堿和蒸汽熬成膠料，然后加入打漿后的紙漿中，用明礬作用將松香粒子沉淀在纖維上，在干燥高溫下松香熔化堵塞毛細(xì)孔。 表面施膠：用一種或兩種施膠劑涂于紙的單面或雙面使其有較高的憎水性 主要施膠劑為淀粉及其衍生物等,施膠(Sizing),(一)施膠劑必須能產(chǎn)生疏水性纖維表面 施膠劑應(yīng)能增加紙頁的疏水性，分子結(jié)構(gòu)上應(yīng)有疏水性基團。 施膠劑分子的疏水部分伸出纖維表面也是必要的。這樣，液體分子與紙頁表面接觸時將遇到疏水的施膠劑分子，而不是親水的纖維素和半纖維素分子。,加填(Fill),加填 向紙漿中加入適當(dāng)?shù)臒o機填料，以改善紙頁的光學(xué)性能(不透明)、印刷性能(表面光滑、均勻、吸墨性好)，降低成本，加入量在240%。 常用的填料： 滑石粉(成分:MgO 30.6%, SiO2 62%, 白度96.8% 瓷土(成分:Al2O3 39%, SiO2 45%,白度82%） CaCO3 TiO2 BaSO4,化學(xué)助劑,染色 根據(jù)要求可加入適當(dāng)染料制成希望色澤的紙 濕強劑：脲醛、三聚氰胺樹脂,(三) 造紙機(Papermaker),造紙機主要有 長網(wǎng)造紙機 圓網(wǎng)造紙機 夾網(wǎng)造紙機,長網(wǎng)造紙機,夾網(wǎng)造紙機,長網(wǎng)造紙機(Fourdrinier Machine),1799年法國印刷工洛伯特發(fā)明了無端網(wǎng)帶，1804年長網(wǎng)造紙機發(fā)明，自此機械化造紙?zhí)娲耸止萍?，紙的產(chǎn)量與應(yīng)用范圍逐年增加。 紙機的主要組成： 漿料流送部網(wǎng)部壓榨部干燥部壓光和卷曲,長網(wǎng)造紙機(Fourdrinier Machine),流漿箱 以穩(wěn)定的流速、均勻地將漿料迸上銅網(wǎng)。確保形成質(zhì)量均勻的紙頁。,長網(wǎng)造紙機(Fourdrinier Machine),網(wǎng)部：初步脫水形成厚薄均勻的濕紙幅,長網(wǎng)造紙機(Fourdrinier Machine),網(wǎng)部對紙頁質(zhì)量的影響： 決定紙張的定量與厚度 紙頁的方向性： 縱向（MD）和橫向（CD）：MD紙機運行的方向（原因：漿流速度低于網(wǎng)速，使較多的纖維長度沿成型網(wǎng)運行方向排列） 紙頁的正反面：反面-貼近網(wǎng)面的一邊細(xì)小纖維和填料通過網(wǎng)孔流失較多，成紙后表面相對粗糙。正面平滑和光潔的,長網(wǎng)造紙機(Fourdrinier Machine),壓榨部：擠壓脫水，增加紙頁緊度，干度達(dá)2542%,壓榨作用示意圖,1981年推出的寬壓區(qū)壓榨, 壓區(qū)內(nèi)有較長的停留時間,用于最后一道壓榨時,改進紙幅的結(jié)構(gòu),關(guān)鍵部件是固定的靴形加壓板(pressure shoe)和不透水的合成膠帶. 靴形板用潤滑油連續(xù)潤滑. 壓力維持時間是傳統(tǒng)壓榨的8倍, 實現(xiàn)了壓榨脫水的重大躍進.,長網(wǎng)造紙機(Fourdrinier Machine),干燥部：脫除濕紙頁中的水分，完成紙的施膠，使紙干度達(dá)到92-95% 作用：提高強度,增加平滑度。,干毯、紙頁和烘缸,長網(wǎng)造紙機(Fourdrinier Machine),壓光卷