紙漿打漿技術(shù)研究進(jìn)展

紙漿打漿技術(shù)研究進(jìn)展摘要：在實(shí)驗(yàn)室條件下，分析了不同的打漿程度和打漿方式對(duì)纖維形態(tài)的作用，探討目前的打漿的基本方式，討論了亟待解決的關(guān)鍵技術(shù)和對(duì)策，并對(duì)其發(fā)展進(jìn)行了展望。關(guān)鍵字：打漿纖維形態(tài)打漿方式前言利用物理方法使懸浮于水中的紙漿纖維受到機(jī)械作用（即剪切力作用），統(tǒng)稱為打漿。漿料在送往抄紙前，需進(jìn)行打漿，其目的是根據(jù)紙張和紙板質(zhì)量要求和使用要求[1-2]的紙漿種類和特點(diǎn)，經(jīng)過打漿機(jī)的前期處理，改變纖維形態(tài)。打控可以控制紙料在網(wǎng)上的濾水性，來保證抄成的紙達(dá)到預(yù)期效果，對(duì)于最終形成的紙具有決定性影響，同時(shí)必須滿足造紙機(jī)生產(chǎn)的基本要求[3]。常用的大打漿設(shè)備是單球磨（Lampenmill）、六罐磨（Lokromill）、瓦利打漿機(jī)（Valleybeater）、PFI磨（PFImill）等1打漿對(duì)纖維的作用[4-5]1.1初生壁和次生壁外層部分破除在植物纖維化學(xué)中，木材的纖維細(xì)胞為厚壁細(xì)胞且是停止生長(zhǎng)的死細(xì)胞，其細(xì)胞壁可分為胞間層（ML層）、初生壁（P層）、次生壁外層（S1層）、次生壁中層（S2層）、次生壁內(nèi)層（S3層）。根據(jù)前人實(shí)驗(yàn)分析得出，無論在物理結(jié)構(gòu)還是化學(xué)組成上，纖維各層細(xì)胞壁都各有不同，所以就具有不同的特性。例如[6]，胞間層位于兩個(gè)細(xì)胞間，是兩細(xì)胞所共有，且木素濃度最高。初生壁是一層多孔的薄膜，它的厚度為0.1~1μm，其細(xì)纖維成網(wǎng)狀的排列，與胞間層統(tǒng)稱為復(fù)合胞間層（CML層）。至于次生壁外層，是介于初生壁與次生壁中間的一個(gè)過渡層，在物理結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成上比較接近初生壁的性質(zhì)。次生壁中層是纖維的主要部分，占S層厚度的70%~90%。S層的厚度決定細(xì)胞壁厚度的主要部分，整個(gè)S層決定著物理、化學(xué)及力學(xué)的性質(zhì)性質(zhì)。S2層的細(xì)纖維同心層受到打漿時(shí)的機(jī)械作用發(fā)生彎曲、位移和形變，造成纖維間間隙擴(kuò)大，使得水分子更易進(jìn)入，為纖維潤(rùn)張創(chuàng)造條件，纖維變得柔軟，對(duì)于初生壁和次生壁的破除具有積極的促進(jìn)作用。但根據(jù)制漿工藝和纖維原料的不同，P層和S1層破除難易程度也各不相同。1.2吸水潤(rùn)脹所謂潤(rùn)脹是指高分子化合物在吸收極性液體的過程中，伴隨著體積膨脹，內(nèi)聚力變小，纖維變軟，但仍保持外觀形態(tài)的一種物理現(xiàn)象。纖維吸水潤(rùn)脹屬于結(jié)晶區(qū)間的潤(rùn)脹。潤(rùn)脹劑極性小，只能進(jìn)入纖維素的無定形區(qū)發(fā)生潤(rùn)脹，潤(rùn)脹后X-射線圖不變，晶格不變。紙漿纖維之所以有潤(rùn)脹能力，主要原因是由于纖維素和半纖維素的分子結(jié)構(gòu)中含有極性羥基與水分子，它們發(fā)生極性吸引，因而能在極性性液體中發(fā)生潤(rùn)脹。纖維潤(rùn)脹在打漿過程中是一個(gè)重要問題[7]。在打漿過程中，纖維首先吸水而發(fā)生潤(rùn)脹，纖維細(xì)胞壁內(nèi)部結(jié)構(gòu)變得尤為松弛，內(nèi)聚力則有所下降，纖維比容和表面積增加，從而提高了纖維的柔軟性和可塑性。纖維吸水潤(rùn)脹與原料組成，制漿方法和半纖維素含量等因素密切相關(guān)。例如，半纖維素含量高的亞硫酸鹽漿容易潤(rùn)脹，而硫酸鹽漿就比亞硫酸鹽漿潤(rùn)脹程度小些。木素含量高的紙料不易潤(rùn)脹，因此漂白能改進(jìn)這種紙料的潤(rùn)脹能力。1.3細(xì)纖維化纖維的細(xì)纖維化是指在打漿過程中，打漿機(jī)的機(jī)械物理作用在細(xì)胞壁P層和S1層被部分破除，在纖維吸水潤(rùn)脹后大量產(chǎn)生，并分離出細(xì)纖維，而且使纖維產(chǎn)生起毛現(xiàn)象。一般認(rèn)為[8]，細(xì)纖維化可分為外部細(xì)纖維化和內(nèi)部細(xì)纖維化。在纖維發(fā)生潤(rùn)脹的情況下，內(nèi)部細(xì)纖維化使纖維內(nèi)聚力下降，次生壁同心層間產(chǎn)生滑動(dòng)，使纖維剛性減弱，同時(shí)增加了纖維的柔韌性和可塑性。外部細(xì)纖維化則使纖維分離出細(xì)纖維、微纖維、微細(xì)纖維，提高纖維間的交織能力。在抄紙的干燥過程中，增大纖維的外比表面，產(chǎn)生更多的氫鍵結(jié)合，提高了紙張的強(qiáng)度和緊度，有助于提高填料的留著，對(duì)紙頁性質(zhì)影響極大，也是打漿的重要作用之一。由于S2層纖維素含量多，所以細(xì)纖維化主要發(fā)生在S2層。在打漿過程中，S1層斷裂，纖維吸水潤(rùn)脹，受到剪切力作用，次生壁同心層間的相鄰纖維素分子間的氫鍵發(fā)生斷裂，纖維間內(nèi)聚力減小，細(xì)胞壁同心層間產(chǎn)生滑動(dòng)和分裂現(xiàn)象。綜上所述可知，纖維的細(xì)纖維化和纖維的潤(rùn)脹是互相促進(jìn)的。吸水潤(rùn)脹使得細(xì)胞壁內(nèi)部結(jié)構(gòu)變得松弛，為纖維的細(xì)纖維化創(chuàng)造有利條件；反之，纖維的細(xì)纖維化是水分更易滲入纖維間，又能進(jìn)一步促進(jìn)纖維吸水潤(rùn)脹。在整個(gè)打漿過程中，這樣反復(fù)的相互影響，這兩個(gè)作用也是互相促進(jìn)的。1.4切斷切斷是指纖維受到足夠大的剪切力的作用，而發(fā)生橫向的現(xiàn)象。纖維受到橫向切斷，主要是由于打漿設(shè)備的剪切力和纖維間摩擦造成纖維橫向發(fā)生斷裂的結(jié)果。纖維的橫向切斷跟吸水潤(rùn)脹有一定的關(guān)系。在相同的打漿條件下，當(dāng)纖維吸水潤(rùn)脹情況比較好，纖維變得柔軟和可塑，這樣就不再容易受到橫向切斷，而是較容易發(fā)生細(xì)纖維化作用。反之，纖維被切斷后，斷口的增加更加有利水分的滲入，有促進(jìn)纖維潤(rùn)脹的發(fā)生。1.5產(chǎn)生纖維碎片打漿過程中產(chǎn)生纖維碎片有三方面：（1）纖維初生壁和次生壁外層破除纖維受到打漿設(shè)備的機(jī)械摩擦力和纖維間的摩擦力，似的纖維初生壁和次生壁外層被磨碎而脫落，有的甚至被磨成碎片，麥草將尤為明顯。（2）紙漿中的雜細(xì)胞被打碎由于雜細(xì)胞短而粗，所以在打漿過程中易打成碎片。大多是薄壁細(xì)胞。（3）橫向切斷纖維產(chǎn)生碎片若將纖維兩端部分切斷，也會(huì)產(chǎn)生碎片。在實(shí)際生產(chǎn)中，由于各種因素影響，纖維受到的作用是不同的。例如[9]維吸水潤(rùn)脹和細(xì)纖維化較好，也有的纖維則會(huì)受到較強(qiáng)烈的切斷作用，這主要是由于各根纖維所受外力不同。當(dāng)纖維受到較大的摩擦力時(shí)，其初生壁和次生壁外層除去較容易些，因而纖維吸水潤(rùn)脹和細(xì)纖維化就較好；反之，有的纖維在破除初生壁和次生壁外層之前，就受到較強(qiáng)的剪切刀作用，纖維受到橫間切斷的可能性就較大。在打漿過程中往往出現(xiàn)如下的現(xiàn)象[10]：在打漿初期即有一小部分纖維吸水潤(rùn)脹并產(chǎn)生細(xì)纖維化，而在打漿后期還有的纖維的初生壁和次生壁外層尚未被破除。如果后一現(xiàn)象較多時(shí)，即說明打漿很不均勻?？傊?，在打漿過程中，應(yīng)盡量采取措施，保證打漿的均勻性。2打漿工藝紙張的種類很多，且具有不同的性質(zhì)。首先找到最適合紙種的打漿方式，制定好工藝條件，執(zhí)行操作規(guī)程，達(dá)到提高產(chǎn)量，保證質(zhì)量，降低能耗和充分發(fā)揮設(shè)備效率的目的[11,12]。在生產(chǎn)實(shí)踐中，由于不同的漿種和打漿設(shè)備的不同，會(huì)生成不同的產(chǎn)品。因此根據(jù)紙張不同的性質(zhì)，結(jié)合紙料特性和設(shè)備的特點(diǎn)，如何打漿是我們?nèi)缃窀討?yīng)該去探討的工藝。2.1打漿方式根據(jù)打漿過程中，纖維發(fā)生細(xì)胞壁的位移和變形、初生壁和次生壁外層的破除、纖維的吸水潤(rùn)脹和細(xì)纖維化、橫向切斷等作用，將以橫向切斷纖維，降低纖維長(zhǎng)度為主的打漿方式稱為游離狀打漿；而以縱向分裂纖維使之吸水潤(rùn)脹，細(xì)纖維化為主的，則稱為粘狀打漿。所以將打漿方式分為四種類型：（1）長(zhǎng)纖維游離狀打漿；（2）短纖維游離狀打漿；（3）長(zhǎng)纖維粘狀打漿；（4）短纖維粘狀打漿。長(zhǎng)纖維游離狀打漿方式要求以疏解為主，將紙料分散成為單纖維，并適當(dāng)?shù)厍卸汤w維，以保證打漿生產(chǎn)的紙料在網(wǎng)上容易脫水。由于纖維長(zhǎng)，其成紙組織勻度欠佳，缺乏透明性，表面不甚平滑，不透明度高，具有較強(qiáng)撕裂度和耐破度，多用于制成具有一定的機(jī)械強(qiáng)度成紙。如：牛皮紙等。短纖維游離狀打漿方式要求在將纖維分散的基礎(chǔ)上，同時(shí)切斷纖維，避免紙漿潤(rùn)脹和細(xì)纖維化。這種紙料脫水較容易，但纖維交織能力相當(dāng)差，而成紙的組織較均勻，紙頁松軟，強(qiáng)度小，吸收能力較強(qiáng)。適宜于生產(chǎn)濾紙、吸墨紙等吸收性強(qiáng)紙類。長(zhǎng)纖維粘狀打漿要求纖維細(xì)纖維化，紙漿潤(rùn)脹，盡可能避免纖維發(fā)生橫向切斷，使纖維具有一定長(zhǎng)度。這種紙料打漿度高，脫水困難，上網(wǎng)時(shí)易發(fā)生絮聚，影響成紙勻度，所以在抄紙時(shí)，紙料必須加水稀釋至較低濃度。長(zhǎng)纖維粘狀打漿的紙料適合于生產(chǎn)強(qiáng)度大的薄紙，例如卷煙紙、字典紙以及電話用紙等。短纖維粘狀打漿則要求將纖維潤(rùn)脹和細(xì)纖維化，同時(shí)又對(duì)纖維進(jìn)行適當(dāng)?shù)那袛嘧饔?。這種紙料有滑膩感，上網(wǎng)脫水則更難，但易在網(wǎng)上形成組織均勻的濕紙。成紙吸收性小，并有相當(dāng)大的強(qiáng)度。短纖維粘狀打漿的紙料適合于生產(chǎn)一般證券紙、電纜紙等[13]?？偨Y(jié)在造紙工業(yè)中，早期工藝經(jīng)過洗滌、篩選、漂白和凈化后，未打漿的漿料含有許多纖維束。由于存在纖維粗長(zhǎng)，表面光滑挺硬且富有彈性，纖維比表面積小不宜結(jié)合的性能。將未打漿的紙漿用于抄造，不能均勻分布，不易成紙，表面粗糙起毛，結(jié)合強(qiáng)度低，紙頁性能差，不能滿足紙廠的基本要求。因此，打漿是造紙中重要組成部分，有效的打漿有利于紙張的抄造。[14]參考文獻(xiàn)[1]大連輕工業(yè)學(xué)院：打漿與調(diào)料[M].輕工業(yè)出版社，1984年[2]陳蘇平，皮道映，孫優(yōu)賢.打漿過程控制的現(xiàn)狀和趨勢(shì)[J].中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