造纸原理与工程

一．造纸生产流程：a.打浆；b.加填；施胶；c.纸料前处理和流送、流浆箱中的布浆、整流、上网；d.在造纸机上通过成形、压榨、干燥、压光、考取、复卷或截切、包装、入库。

见P17 图0-14第一章打浆一．打浆：1．什么是打浆:利用物理方法使浆料中的纤维产生切断、压溃、润胀和细纤维化作用。

2．为什么要打浆：未经打浆的浆料中含有很多纤维束，且纤维太常太粗，表面光滑而富有弹性，纤维比表面积小又缺乏结合性能，不能满足草纸的要求。

3．打浆的任务：通过一些机械作用给于纸料一些特殊的性质，（机械强度、物理性质、胶体性质），借于保证抄成纸或纸板后能取得预期的质量。

并控制纸料在网上的滤水性能；是纸叶获得良好的成形。

一．常用打浆术语：0SR”：也叫“叩解度”，只表示纸浆的滤水性，0SR愈高，1．打浆度；Degree Schopper Riegler:“滤水性愈差，用肖氏打浆仪测定。

2．Canada标准有力度（Canada Standard Freeness）：游离度与打浆度不同的只是测定表示方法的不同（C·S·f）。

C·S·f愈大，0SR愈小，滤水速度越快。

北美和日本使用C·S·f，我国和欧洲使用0SR。

3．湿重：间接地表示了纤维的平均长度。

测定多采用框架法，纤维平均长度越长，框架上挂住的纤维越多，则湿重越大。

4．保水值（%）：纤维间的润胀水，及少量纤维表面水和纤维之间的水保水值指针可以说明纤维的润胀程度，从而反映出细纤维化程度，说明了纤维之间的结合力。

§2 打浆理论二．打浆对纤维的作用：1．细胞壁的位移和变形：2.出生壁和次生壁外层的破除（P层和S1层）3、润胀：润胀是指高分子化合物在吸收液体的过程中，伴随体积膨胀的一种物理现象。

纸浆纤维之所以有润胀能力，主要是由于纤维和半纤维分子结构中所含有的极性羟基与水分子产生吸引。

使水分子进入无定形区而发生润胀，纤维润胀后，其内聚力下降，组织结构变得松弛，其比表面积和比容量增大，有利于细纤维化。

4、细纤维化：细纤维化作用是指在打浆过程中，打浆设备的机械物理作用使纤维获得纵向分离，并分离出细纤维，而且使纤维产生起毛现象。

内部细纤维化：纤维细胞壁同心层的连接被破坏，次生壁中层发生层间滑动。

外部细纤维化：纤维纵向产生分裂两端帚化，纤维表面分丝起毛。

5、切断：指纤维横向发生断裂的现象。

原因：（1）打浆设备的的剪切作用。

（2）打浆比压相当大。

一般情况下，在打浆过程中不希望过度的切断纤维，因为过度切断纤维，就会使纸张的强度大大降低。

三．纸张强度、纤维的结合及其影响因素水分子在浆料中的三种结合形式：P25二）影响纤维结合力的因素：见新书P25。

1．原料种类的影响：结合力的大小：CP棉浆＞草浆＞MWP2.半纤维素的影响：含半纤维素多的纸浆易打浆，抄成的纸张强度也高。

半纤维素含量多的纸料，打浆时易吸水润胀，增加了纤维的比表面积和结合面积，因此提高了纸张强度。

原因是：新书P25。

3．纤维素的影响：纤维素含量和聚合度（DP）高的纤维强度好，打浆时不易切断，而润长和细纤维化程度高，所以纸张强度也高。

4．木素的影响：新书P26。

木素含量高，纸的强度差。

5．纤维长度的影响：新书P26。

纤维长度与纸张的强度有重要关系（尤其是对撕裂度），当决定纸张强度的纤维结合力增长到一定程度时，纤维长度就显示出它的重要性。

对于机械浆，纤维长度非常重要。

为什么强度曲线随着打浆度升高出现转折现象？6、添加剂的影响：见新书P26。

加入亲水性物质，会增加纸的强度。

加入有机物或无机物时，会降低纸的强度。

§3 打浆工艺低浓打浆和高浓打浆的区别？1）高浓打浆的原理：低浓打浆时，刀片直接与纤维作用，而高浓打浆时，靠纤维之间的相互摩擦作用进行打浆，这是高浓与低浓打浆的主要区别。

见P372)高浓打浆浆料的性能：a.更多的保留了纤维的长度和强度，很少增加细小纤维的组分，成浆的撕裂度很高。

b.纤维多是扭曲和卷曲状，纤维具有很高的收缩能力，能大大提高纸张的收缩率和韧性，纸张强、韧、耐破度高。

（对于水泥袋纸、卷烟纸、高速轮印刷纸非常重要）c.不足：设备复杂，动耗大，（成纸紧度大，不透明度达）尺寸的稳定性、纸的刚性和挺度均较差。

见P382．中浓打浆：因效果不显著，动耗大，未能在工业上获得应用。

三．打浆质量检查一）打浆度：打浆度值反映浆料脱水的难易程度，综合的表示纤维被切断、分裂、润胀和水化程度。

打浆度= 1000－斜管排出的水量（ml）/ 100RS见p43二）纤维长度：显微镜法测定方法纤维湿重法1．显微镜法：见P432．纤维湿重法：见P43三）水化度保水值（WRV）：纤维保留水分的能力，测量浆料的保水值是为了测定纸浆打浆后纤维吸水润胀的程度。

见P43水化度：离心保水值=｛（湿浆重—干浆重）/干浆重｝×100%经高速离心处理的湿纸浆所含水分的重量，与该浆绝干重量的百分比率。

四）筛分析（筛分）：通过筛分析使纤维长度得到分级，测出各级纤维的长度和百分率。

见P44五）紧度：P44§4 草浆打浆一．草浆打浆的特点：1．草浆打浆帚化困难，即草浆不易实现外部细纤维化。

2．草浆的非纤维细胞含量高，在打浆过程中，由于其易破碎而使打浆度上升很快，大大增加草浆的滤水困难。

3．草浆打浆应以氢度打浆较为合理。

§5 打浆设备间歇式：槽式打浆机连续式：圆柱磨浆机锥形磨浆机，圆盘磨浆机一）间歇式打浆机：槽式打浆机，见P47。

二）连续打浆设备：1．锥形磨浆机：见P48。

2．圆柱磨浆机：见P49。

特点： a.打浆的适应性强，可打木、竹、草、棉、麻浆。

b.打浆的质量好，切断作用小，帚化分丝能力强。

d.生产能力达，但动耗大，刀辊的磨损较快。

设备维修工作量大。

见P50 三．圆盘磨浆机：1．概述：见P50优点：生产能力大，成浆质量好，电耗低，占地少，效率高，适应性能强。

2．盘磨机的类型和结构：a．类型立式 b. 单盘磨：一个磨盘固定，另一个转动。

卧式双盘磨：两个磨盘同时转动，方向相反。

三盘磨：两边两个磨盘固定，中间磨盘转动，形成二个磨区。

单流式：如两台串联的单盘磨。

三盘磨双流式：如两台并联的单盘磨。

3．盘磨机打浆的原理：见P52 图1-294．盘磨的结构和齿型：见P52。

1）齿型疏解型—正锯齿型和斜锯齿型帚化型—平齿型和圆弧齿型以疏解纤维，轻微打浆，切断作用为主的采用细沟、细齿和浅齿；以分丝帚化为主的，采用较大的齿宽；对浓度较高的浆料，采用窄的齿纹和浅齿，以减少浆料在齿忠沉积和堵塞。

2）粗磨区：浆料入口处，盘间间隙大，采用浅齿沟和宽的齿纹，能促进浆料迅速疏解，并使浆料均匀进入精磨区。

精磨区：盘齿较窄，齿沟较深，线速度大，有利于纸浆精磨。

3）磨纹倾角：磨齿与磨盘半径之间的夹角，见P534)挡坝式封闭圈：见P54。

5）磨齿的材质：见P54。

四）高浓打浆设备—高浓盘磨。

1．纸浆浓度20%，浆料流动性差。

2．采用强制均匀进料。

3．采用窄齿和浅齿槽。

4．高浓磨浆产生大量热量（蒸汽），故常用空心转轴。

5．磨盘需有较大的梯度，以便顺利进料和排除蒸汽。

一．浆辅助设备一）碎解设备：i.水力碎解机：用于浆板，废纸和板纸的碎解处理。

优点：疏解能力强，占地面极少，产量大，效率高，电耗低，对纤维没有切断作用。

立式间歇式单转盘类型双转盘卧式连续式高转盘见P61高浓水力碎浆机：浓度≥12%；多用于处理废纸。

特点：在高浓下，浆料互相摩擦，转子对浆料七四类作用，单位能耗低50%以上，化学药品生20% ，流程简单。

ii.疏解设备：齿盘式疏解机高频疏解机孔盘式疏解机带有锥度的齿盘式主要用来疏解草浆、木浆、棉短绒浆和废纸。

原理：在机械力、水利和超声波的作用下，纤维素或纸片受到强烈的疏解，被分解成单根纤维。

1.添料1．什么是添料，加添？添料是指纸浆中加入非纤维性的物质；在纸浆中加入添料，改变纸张的性质，更好的满足使用的需要，这一生产过程称为加添。

2．目的：提高纸的质量，增加产量，改进操作，减少流失，见低成本。

见P67施胶胶料用于纸内施胶：松香胶、强化松香胶、合成胶、分散松香胶。

用于纸面施胶：氧化淀粉、聚乙烯醇、羟甲基纤维素、动物胶、合成树脂。

§1-2 纸内施胶三、影响施胶的因素：1、浆料的性质：1）不同浆料具有不同的施胶效应。

GP＞竹（草）浆＞KP木浆、蔗渣浆＞半漂半化学浆＞人造丝浆＞棉浆2）打浆度越高，施胶效果越好。

2、PH值：PH = 4.7~5.53、阴离子：见P77：碱金属离子会给施胶造成困难；松香酸钙沉淀。

4、阳离子：见P77：络合能力Cl－＜SO42－＜CH3COO－＜草酸根＜OH－5、施胶温度：施胶温度最好控制20~250C，最高不超过350C6、松香粘度的影响：P77~78 。

7、打浆对施胶的影响：P788、加添对施胶的影响：P789、胶体稳定剂的影响：P7810、网部和压榨各部对施胶的影响：P7811、干燥和压光的影响：四、强化松香胶：1、松香胶起施胶作用的官能基是（COOH），若能设法增加松香的羧基数量，则可望提高松香的施胶效能——制备强化松香胶的理论依据。

2、马来松香：P79马来松香定义：以100g松香所加入的马来酐的克数来命名。

%五、分散松香胶：含游离松香量接近或达100%的高游离松香分散体。

1、制备方法——逆转乳化法：其特征是：随着水的加入，松香液由水/油型，逆转为油/水型，制成稳定的松香分散体。

2、施胶机理：P81。

六、合成胶1．中性施胶与中性造纸：P83。

2．中性施胶的分类：合成胶的种类反应型：在碱性条件下，胶料直接与纤维反应，使胶料固着在纤维上。

自行固着型：阴离子施胶剂树脂型聚合型3．烷基烯酮二聚物（AKD）1）AKD的结构、性质和应用。

2）AKD的施胶机理。

i.纸面施胶一）目的和用途：目的：1．提高憎液性能、适印性能和抗油性能。

2. 提高表面性能物理强度。

3. 减少纸页的两面差和变形。

4. 减少胶料的流失。

用途：用于质量要求较高和用途特殊的纸种。

§2 加填三）加填方式间歇式浆内连续式网前箱ii.填料的选用与性质一）填料的选用：一般情况：定量在50g/m2以上的印刷纸，加用廉价的滑石粉，40g/m2以下薄型字典纸，需考虑加TiO2填料。

二）填料的种类和性质：天然填料：滑石粉、高领土、白土、石膏。

人造填料：碳酸钙、硫酸钡、钛白（TiO2）a)滑石粉（30.6%MgO，62%SiO2）和高领土（瓷土）滑石粉目前使用最广泛，白度较高。

P95 表2-2 2-3高领土：39%Al2O345%SiO2。

P952．碳酸钙：天然：磨碎碳酸钙，白垩。

人造：沉淀碳酸钙,由石灰乳液通CO2制成。

P963．二氧化钛（钛白）98%TiO24．合成硅铝——人造填料：四．填料留着率一）纸张填料留着率：是指纸张中所含的填料量A与加入纸料中填料量B的百分比：R = A / B ×100% 从控制生产出发，求得近似值已满足需要。