造紙材料與造紙工藝

1、5.3 造紙材料及造紙工藝造紙材料及造紙工藝l5.3.1 植物纖維的結(jié)構(gòu)形態(tài) 造紙用的植物纖維一般有針葉木、闊葉木、麥草、蘆葦、蔗渣、棉纖維等幾種。由于植物在不同地方生長，其纖維形態(tài)有一定的差異，植物部位不同，纖維形態(tài)也是不同的。1. 不同植物的纖維形態(tài)不同植物的纖維形態(tài) （1）針葉木針葉木 木質(zhì)由95的管細胞構(gòu)成，髓線細胞及樹脂道約5，其雜細胞不多，所得到的木漿較純，且纖維長，可用來造高強度的高級紙張。落葉松及落葉材馬尾松（2）闊葉木闊葉木 木質(zhì)部由2040是導管，纖維較針葉木短，含有很多雜細胞，造出的紙疏松，不透明，一般用來制造印刷類紙。包裝印刷紙的類別及特性桉樹楊樹及楊木包裝印刷紙的類別

2、及特性 3）麥草麥草 纖維一般長度在1.301.71mm之間，麥草制造的紙強度較低，一般用來制造書寫和印刷用紙。 （4）蘆葦蘆葦 其品種多，纖維長度一般在0.951.52mm之間，雜細胞含量約占35，蘆葦制造的紙強度低，一般用來制造印刷用紙。包裝印刷紙的類別及特性麥草生長和收割后的蘆葦（5）蔗渣蔗渣 是甘蔗制糖后殘剩的纖維物質(zhì)，纖維長度大部分為1.473.04mm，一般用來制造半透明紙，書寫紙、印刷用紙。包裝印刷紙的類別及特性（6）棉纖維棉纖維 棉纖維現(xiàn)為長度可達到2056mm。雜細胞含量很少，可用于制造鈔票紙、證券紙、曬圖紙等高檔紙。甘蔗甘蔗渣棉花包裝印刷紙的類別及特性 2. 木材纖維的結(jié)構(gòu)

3、木材纖維的結(jié)構(gòu) 在木材纖維結(jié)構(gòu)中，木素將纖維一束束的粘在一起，但胞間層濃度最大，占該部分組織容積的絕大部分，一般約80。木材在纖維細胞壁生長過程中最初會形成初生壁，初生壁內(nèi)沉積一層細胞壁，這層稱為次生壁，（次生壁分為三層，即內(nèi)層、主體、外層）在次生壁外層是第三層壁，最后是細胞腔。包裝印刷紙的類別及特性l5.3.2 植物纖維的化學成分及特點 在制漿過程中，將植物纖維經(jīng)加工處理，去掉植物纖維中含有的木質(zhì)素、果膠、樹脂、脂肪等其他成分，僅保留纖維素和半維素等有效成分。包裝印刷紙的類別及特性植物纖維原料1. 纖維素 植物纖維是紙張的基本組成部分，它是植物纖維的主要成分，它的化學結(jié)構(gòu)是脫水D葡萄糖單元通

4、過1，4苷鍵連接而成的高分子化合物。結(jié)構(gòu)式如下：包裝印刷紙的類別及特性HOHHOOHHOOHHOHHOOHHOHHOOHHOHOHOHOHOHOHOO纖維素纖維素分子鏈分子鏈H纖維素纖維素分子鏈分子鏈纖維素纖維素分子鏈分子鏈脫水 纖維素分子鏈之間通過脫水形成氫鍵，使紙張獲得了強度。包裝印刷紙的類別及特性2. 半纖維素 半纖維素是除纖維素和果膠以外的碳水化合物，也稱為非纖維素碳水化合物。與纖維素不同，半纖維素是由兩種或兩種以上單糖基組成的不均一聚糖，大多帶有短的側(cè)鏈。構(gòu)成半纖維素單糖主要是：D-木糖、D-葡萄糖和D-甘露糖、D-半乳糖。構(gòu)成半纖維素短的側(cè)鏈糖基有：木糖、葡萄糖、半乳糖、阿拉伯糖、

5、巖藻糖、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組織之中，維管植物細胞壁中含有存在木素量的大部分，而細胞間層物質(zhì)的大多數(shù)都是木素，它使纖維相互粘合而固結(jié)。木素的基本結(jié)構(gòu)單元見下頁圖所示。因此，要分離纖維，就必須溶解木包裝印刷紙的類別及特性素，這就是化學制漿的實質(zhì)。按照被保留在紙漿中木素的含量，可以將紙漿區(qū)分為軟漿和硬漿。軟漿木素含量在2%左右，硬漿木素含量約為8%，半化學漿木素含量高達15%，紙漿的漂白是在盡可能少損傷纖維素和半纖維素的情況下進一步除去殘留在紙漿中的木素。 包裝印刷紙的類別及特性 4. 其他成分其他成分 造紙原料中的次要化學物質(zhì)有果膠質(zhì)、礦物質(zhì)和各種抽

6、提物等。 果膠質(zhì)是聚半乳糖尾酸中一部分羧基被甲基酯化，一部分被中和成鹽的高分子化合物。其在木材及草類中含量很少，一般不超過1，在韌皮原料和嫩枝材中含量較多，在5以上。植物中天然果膠質(zhì)不溶于水，在水中或稀酸中加熱時，則易于溶解。 抽提物分為冷水抽提物、熱水抽提物、有機溶劑抽提物和稀堿液抽提物。其中包括果糖、單寧、淀粉、脂肪、樹脂、蠟類等。這些成分品種復雜多樣，含量極少。 礦物質(zhì)是指造紙原料燃燒后殘存的物質(zhì)，又叫灰分。木材灰分含量較少，一般都在1以下，草類原料灰分較高，在2以上；稻草灰分含量最高，達1015。包裝印刷紙的類別及特性l5.3.3 纖維形態(tài)及造紙輔料對紙張質(zhì)量的影響 1. 纖維長度及壁

7、腔比纖維長度及壁腔比 纖維長度影響紙張的撕裂度，纖維長可提高紙張的撕裂度、抗張強度、耐破度及耐折度，造紙纖維長度是植物纖維原料好與差的重要指標。 2壁厚 壁腔比 胞腔直徑 通常細胞壁薄而腔大的纖維制造的紙張抗張強度較大。反之壁厚腔小的纖維制造紙張強度較低，但紙頁疏松，吸水性好。包裝印刷紙的類別及特性 2. 造紙輔料造紙輔料 造紙過程中，一般包括施膠、加填、染色和填加助劑等工序。 （1）施膠）施膠 目的是使紙產(chǎn)品得到抗水性能和阻止液體向其滲透。經(jīng)施膠的紙產(chǎn)品不易被水及溶液體滲透。 一般施膠方法分為兩種類型，一種是內(nèi)部施膠也稱內(nèi)施膠，另一種是表面施膠又稱紙面施膠。 根據(jù)紙產(chǎn)品用途按需又可分為重施膠

8、、輕施膠、不施膠三類。 （2）內(nèi)部施膠用料）內(nèi)部施膠用料 松香膠料、合成膠料、其他膠料 包裝印刷紙的類別及特性松香酸分子結(jié)構(gòu)烷基乙烯酮二聚物（AKD）硬脂酸酐包裝印刷紙的類別及特性（3）表面施膠用原料）表面施膠用原料 動物膠、變性淀粉、聚乙烯醇、羧甲基纖維素、石蠟膠和其他表面施膠劑。明膠陽離子淀粉聚乙烯醇羧甲基纖維素包裝印刷紙的類別及特性 3. 加填加填 加填是在打漿時向紙料懸浮液中加入填料來改善紙張光學性質(zhì)和使紙張具有特定性能。加填可使紙張的不透明度和白度提高，增加紙張柔軟性，改善紙張平滑度，降低紙張吸濕性，增強紙張吸油墨性，使紙張具有良好的印刷適性。 （1）常用的加填原料 滑石粉、碳酸鈣、

9、高嶺土、鈦白粉，除以上幾種加填料外，還有燒石膏、鈣鎂白、碳酸鎂、硫酸鋇、鋅鋇白等。包裝印刷紙的類別及特性滑石粉高嶺土（2）加填料對紙張的影響）加填料對紙張的影響 包裝印刷紙的類別及特性0123455101520（%）粒徑(m)反射散射 對不透明度的影響：能提高紙張的不透明度填料顆粒細小，折射率高，使紙張不透明度明顯提高 對白度的的影響：能增強紙張的白度051015606570（%）白度填料量（%）合成合成Al(OH)3TiO2銳鈦礦銳鈦礦涂料白漿涂料白漿填料白土填料白土包裝印刷紙的類別及特性 對強度的影響：填料的加入減少了纖維間的結(jié)合，所以加填會使紙張強度顯著下降。其中抗張強度、耐折度和耐破度

10、下降較大，撕裂度下降較小。包裝印刷紙的類別及特性607080901005101520填料量%裂斷長度%0 6.05.0 4.03.051015200填料量%撕裂指數(shù)包裝印刷紙的類別及特性1.61.71.81.92.02.11.51020填料量%挺度樺木硫酸鹽漿云杉亞硫酸鹽漿包裝印刷紙的類別及特性 4. 染色染色 紙張除白色外還有其他顏色的，其他顏色的紙是經(jīng)過染色處理制造出來的。染料分為：堿性染料、酸性染料、直接染料、熒光增白劑。 5. 化學助劑化學助劑 助劑一般分為干增強劑、濕增強劑、助濾劑、消泡劑、防腐劑 包裝印刷紙的類別及特性彩色紙消泡劑制漿造紙的主要生產(chǎn)工藝流程如下：木素存在于植物的木化

11、組織之中，維管植物細胞壁中含有存在木素量的大部分，而細胞間層物質(zhì)的大多數(shù)都是木素，它使纖維相互粘合而固結(jié)。植物中天然果膠質(zhì)不溶于水，在水中或稀酸中加熱時，則易于溶解。打漿與紙張性能之間的關(guān)系如下圖所示包裝印刷紙的類別及特性纖維素分子鏈之間通過脫水形成氫鍵，使紙張獲得了強度。包裝印刷紙的類別及特性 對強度的影響：填料的加入減少了纖維間的結(jié)合，所以加填會使紙張強度顯著下降。木材灰分含量較少，一般都在1以下，草類原料灰分較高，在2以上；造紙過程中，一般包括施膠、加填、染色和填加助劑等工序。纖維素分子鏈之間通過脫水形成氫鍵，使紙張獲得了強度。加填可使紙張的不透明度和白度提高，增加紙張柔軟性，改善紙張平

12、滑度，降低紙張吸濕性，增強紙張吸油墨性，使紙張具有良好的印刷適性。分為硫酸鹽法制漿、亞硫酸鹽法、堿性亞硫酸鹽法。纖維長度影響紙張的撕裂度，纖維長可提高紙張的撕裂度、抗張強度、耐破度及耐折度，造紙纖維長度是植物纖維原料好與差的重要指標。包裝印刷紙的類別及特性填料顆粒細小，折射率高，使紙張不透明度明顯提高5.4 紙張制造l5.4.1 制漿方法及分類 制漿方法大致分成機械法、化學法、綜合法三大類。他們都是通過機械的、加熱的、化學的方法使木材（或其他纖維材料）轉(zhuǎn)化為纖維結(jié)構(gòu)的工藝過程。各種制漿方法各有優(yōu)缺點。 1. 機械制漿機械制漿 用機械方法磨碎纖維原料所得到的紙漿稱為機械漿，其原料可以是木材，也可

13、以是草。機械法制漿分為三類：白色磨木漿、褐色磨木漿、化學磨木漿。 2. 化學制漿化學制漿 分為硫酸鹽法制漿、亞硫酸鹽法、堿性亞硫酸鹽法。 3. 半化學法和化學機械法半化學法和化學機械法 半化學法和化學機械法制漿是將機械法和化學法制漿綜合。一般用來生產(chǎn)普通新聞紙、包裝紙、包裝紙板。在生產(chǎn)工藝中化學藥品用量少、生產(chǎn)成本低、紙漿得率高、環(huán)境污染小。l5.4.2 漂白 漂白的目的是將紙漿達到所預期的白度，同時不太影響紙漿的物理化學性能的工藝過程。未經(jīng)漂白的紙漿白度不高，目前生產(chǎn)上通常用氧化漂白和還原漂白兩種。 氧化漂白是除去紙漿中殘留的木素。 還原漂白是把木素中的發(fā)色基團有選擇地破壞其結(jié)構(gòu)。包裝印刷紙

14、的類別及特性HOHHOOHHOOHHOHHOOHHOHHOOH脫水干燥纖維素分子鏈纖維素分子鏈HOHOHOHOHOHOHOO纖維素分子鏈纖維素分子鏈H水橋分子間氫鍵l5.4.3 打漿 經(jīng)過打漿制造的紙可以改善紙張的強度、表面粗糙度和疏松多孔等性能。打漿是機械和物理過程，纖維在經(jīng)過打漿后，形態(tài)和性質(zhì)都發(fā)生了改變，能提高紙張的強度、耐破度和耐折度、平滑度、挺度和緊度及收縮性，但降低了撕裂強度和不透明度。包裝印刷紙的類別及特性包裝印刷紙的類別及特性打漿與紙張性能之間的關(guān)系如下圖所示（2）內(nèi)部施膠用料其中包括果糖、單寧、淀粉、脂肪、樹脂、蠟類等。軟漿木素含量在2%左右，硬漿木素含量約為8%，半化學漿木素含量高達15%，紙漿的漂白是在盡可能少損傷纖維素和半纖維素的情況下進一步除去殘留在紙漿中的木素。包裝印刷紙的類別及特性打漿與紙張性能之間的關(guān)系如下圖所示造紙過程中，一般包括施膠、加填、染色和填加助劑等工序。包裝印刷紙的類別及特性1 植物纖維的結(jié)構(gòu)形態(tài)造紙原料中的次要化學物質(zhì)有果膠質(zhì)、礦物質(zhì)和各種抽提物等。半化學法和化學機械法制漿是將機械法和化學法制漿綜合。包裝印刷紙的類別及特性在生產(chǎn)工藝中化學藥品用量少、生產(chǎn)成本低、紙漿得率高、環(huán)境污染小。包裝印刷紙的類別及特性CH3(CH2)16-C-O-C(