打浆对纤维的五个作用

打浆对纤维的五个作用

在打浆过程中纤维没有发生化学变化。不论应用何种型式的打浆设备，主要都是使纤维产生切断、压溃、润胀和细纤维化作用，而这些都是纤维细胞壁的变化。

在植物纤维化学中已经讲过，植物纤维的构造可分为胞间层（L）、初生壁（P）、次生壁外层（S1）、次生壁中层（S2）、次生壁内层或称三生壁（S3）。根据观察分析，纤维各层细胞壁无论在物理结构和化学组成上都是不同的，因而就具有不同的特性。可以认为，初生壁是一层类似塑料的多孔层薄膜，它的厚度为0.1~1微米，其细纤维成网状的排列。从结构观点来看，它是各向同性的，且木素含量较高，因而它只能透水，而不能润胀，反而还会在打浆时限制次生壁中层的润胀。至于次生壁外层，它是介于初生壁与次生壁中间的一个过渡层，在物理结构或化学成分上都比较接近初生壁的性质。次生壁中层是纤维的主要部分，比其它各层都显得厚得多，它的厚度为1.0~5.0微米，其细纤维的排列是高度各向异性的，且与纤维的轴向呈一定的角度，因而造成纤维的纵向结合强度大，而横向的结合强度弱，所以沿着纤维的横向润胀就较为容易。次生壁中层的木素含量较低，这一情况极其有利于纤维在打浆时的润胀。次生壁内层较薄，其木素含量也较低。一般认为，打浆对纤维的作用和纤维的变化除压溃、揉搓、分裂以外，大体可主要分为以下五方面细胞壁的位移和变形，初生壁和次生壁外层的破除、润胀、细纤维化和切断等。当然这几方面的作用不是截然分开的，而是交错进行的。现分述如下：

（一）细胞壁的位移和变形

一些研究者认为，在次生壁中层的细纤维能发生位移。用偏光显微镜可以很容易观察到纤维上的亮点,这就是细纤维的位移.根据观察,未打浆的纤维有位移,而开始打浆后又出现了新的位移点,随着打浆过程的进行,位移点逐步扩大,并变得更为清晰。根据用偏光显微镜拍照所得的照相图，位移可分为三种型式。打浆的机械作用使得次生壁中层一定位置的细纤维弯曲，这样细纤维之间空隙有所增加，以致能够进入较多的水分。当初生壁还没有被破除之前，次生壁中层发生位移和润胀又会使纤维更加柔软，从而促进初生壁的破坏。有些研究结果认为，对针叶树管胞来说，在制浆和打浆之后，位移和变形发生在髓射线的部位。

（二）初生壁和次生壁外层的破除

蒸煮和漂白后的纤维仍存有一定数量的初生壁，影响着纤维润胀。同时，它和次生壁外层都会妨碍次生壁中层细纤维的细纤维化，影响着纤维的结合力。因此需要在打浆过程中借助于机械作用把初生壁和次生壁外层破坏，以利于纤维的润胀和细纤维化作用。对于不同种类的纸浆，初生壁和次生壁外层破除的难易程度和破除的情况亦是不尽相同的。例如，亚硫酸盐纸浆的初生壁和次生壁外层破除，就比硫酸盐纸浆容易一些，其原因可能是由于在蒸煮过程中，亚硫酸盐的蒸煮药液和硫酸盐法的蒸煮药液，无论在其化学性质特别是PH值，或进入纤维的途径都是不相同的。因而造成了亚硫酸盐纸浆纤维的初生壁，甚至是次生壁外层在制浆过程中受到破坏的程度，均比硫酸盐法纸浆的为高，因而在打浆过程中较易于破除。

对初生壁破除情况进行的实验研究表明，用PFI磨对漂白亚硫酸盐木浆和未漂白硫酸盐木浆进行打浆，经过不同打浆时间的处理后，在显微镜下观察100根纤维的情况，并将观察结果分为四组。对于漂白亚硫酸盐浆，仅在500转，即稍为打浆至16。SR时，半数以上的纤维失掉了部分的初生壁；在2000转时，即约22。SR，纤维初生壁几乎全部受到破坏。而对于未漂硫酸盐浆，初生壁的破除速度大大减慢。随着打浆时间的增长，纤维的润胀和细纤

维化程度都有所提高，因而，纸页的抗张强度亦随之增加。

（三）润胀

所谓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，主要是由于其带有羟基的关系，因而能在极性性液体中发生润胀。打浆时，纤维首先吸水而发生润胀，比容有时增加，纤维细胞壁结构变得更为松弛，内聚力则有所下降，从而提高了纤维的柔软性和可塑性。与此同时，由于润胀引起内聚力的降低，就更有利于打浆机械作用对细纤维纸的进一步细纤维化，其结果大大增加了纤维的表面积和游离的羟基数目，这无疑将会在纸页干燥时增加纤维之间的接触面积。润胀程度同纸料的组成有关。半纤维素含量高的亚硫酸盐浆较容易润胀，而硫酸盐浆就比亚硫酸盐浆润胀程度小些。木素含量高的纸料不易润胀，因此漂白能改进这种纸料的润胀能力。

测定纸料润胀程度是比较困难的，若干种润胀测定方法均尚未被公认。现举亚米（Jayme）所介绍的离心机法，作为示例。亚米是采用未漂亚硫酸盐浆作为原料，在离心磨（Jokromill）中进行不同时间的打浆，取出后测定打浆度，再用离心机甩掉水分，测其保水值，并以此作为润胀程度的比较。

（四）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裂，并分离出细纤维，而且使纤维产生起毛现象。一般认为，细纤维化可分为外部细纤维化和内部细纤维化，上述情况必属于前者，而后者用一般光学显微镜是观察不到的。有的资料认为，在打浆过程中，纤维的细纤维化是在纤维吸水润胀以后，才开始的。由于吸水润胀，致使内聚力减少，细胞壁相邻的同心层之间的侧链有所破坏，从而给水分的进入，创造了条件，使层与层之间彼此滑动而使纤维变得柔软可塑。

许多研究者把打浆过程细胞壁的变化称为内部细纤维化。爱曼顿(Emerton）形象地提出打浆过程中纤维变形的两种型式，一种是细胞壁的弹性变形（1），一种是塑性变形（2）。爱曼顿指出，纤维细胞壁的变形可以是弹性或塑性的。纤维的塑性变形达到某一平衡状态；而弹性变形是，当其变形应力消失以后，纤维将恢复到其原始形状。显然，通过打浆处理，希望能使纤维获得塑性变形。纤维细胞塑性变形的能力，是随着内部细纤维化过程的进展而提高的。内部细纤维化实质上是指破坏纤维细胞壁同心层间的连接的过程，从而使次生壁中层中发生层间的滑动。为此，当纤维处于高度润胀和细纤维化状态时，纤维将会保持良好的柔韧和可塑性，而纤维与纤维之间即可能保持优异的接触，有利于纤维的结合，和在随后纸张干燥时，得到较高的强度和紧度。

有人曾用超声波处理纤维浆料，结果的浆度上长很少，而润胀值却剧烈增加，初生壁和次生壁外层都充分保留着。用这种纸料抄出的纸页强度也很高，这足以说明超声波处理使纤维产生了强烈的内部细纤维化。可以在普通显微镜下观察到，纤维的纵向分裂，以及由此而分丝出细纤维，这是外部细纤维化。前已述及，次生壁中层是细胞壁的主要部分，由于细纤维在其上是平行排列的，因而易于向两侧润胀，这样，如果次生壁外层未被破除，次生壁中层势必只能朝细胞腔方向作有限的向内润胀，而难于实现外部细纤维化。导致发生外部细纤维化的过程，首先有赖于细纤维之间的主要物质（半纤维素）的润胀。当有足够的润胀压力，就能使细纤维之间的氢键破裂，从而使纤维进一步朝两侧膨胀。如果没有次生壁外层的限制，次生壁中导就易于发生纵向分裂产生细纤维。但事实上，除非在一般高度粘状打浆的情况下，次生壁外层并没有全部除去。可是也有的资料指出，次生壁外层中半纤维素含量高，例如，在针叶木亚硫酸盐纸浆中，其次生壁外层有相当数量的木糖，它对氢键联结是特别有效的。因此，是否需要在打浆过程中除去全部次生壁外层，还是一个有待进一步研究的问题。