2019最新打浆课件英语

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不同制浆方法和纤维原料,其P层和 S1层破除的难易程度也不同。
对某些化学浆,在制浆过程中已经破 除了P层,所以打浆时主要是破除S1层。
制浆造纸原理与工程
(三)横向切断或变形
切断是指纤维横向发生裂断的现象。主 要是纤维受到打浆设备的剪切力作用和纤 维间的相互摩擦作用所致。
纤维的切断与其润胀有一定的关系。 润胀良好的纤维不容易被切断。
用分辨率达1.5Å的电子显微镜还不能 看到。
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制浆造纸原理与工程
二、打浆的作用
五种主要作用(排列次序与作用先后无关) (一)细胞壁的位移和变形 (二)初生壁和次生壁外层的破除 (三)横向切断或变形 (四)吸水润胀 (五)细纤维化
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(一)细胞壁的位移和变形
打浆的机械作用 使S2层中的细纤维同心层产生弯曲,
的,是成纸中纤维间的结合力。
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纤维的结合力有四种:
氢键结合力(19 kJ/mol,纤维素间) 化学主价键力 (140--950 kJ/mol) 极性键吸引力 (Van der Waals Force) 表面交织力 其中,氢键的结合力最重要,与打浆 的关系最密切。
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一些物质的强度比较
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(一)氢键结合----水分子的结构
水分子结构是一 个四面体。氧原子位 于四面体的中心,两 个氢原子和两个孤电 子队占据四面体的角 顶。
O—H键之间的键 角被压缩到104. 5度。
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氢键的饱和性:
水分子之间的氢键只能和一个氧原 子结合;当第二个氧原子在靠近氢原子 之前,会被已经结合的氧原子排斥开。
曲线特征: 初期上升很快,中期缓慢并达到最
高点,后期下降。(比裂断长的曲线下 降早一些)
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(四)耐折度 (Folding Strength)
----纸页在一定的张力下承受180度往复折 叠的次数。主要受纤维平均长度、纤维间 结合力、纤维在纸页中的排列,纤维本身 的强度和弹性等。
曲线特征: 初期上升很快,中期缓慢并达到最高点,
(六)紧度 (Density)
紧度指纸页紧密的程度,用(g/cm3)表 示。该指标也可用紧度的倒数--松厚度 (Bulk)表示, 单位为(cm3/g)。该指标主要 受纤维结合力的影响。
曲线特征: 随打浆程度的增加,曲线不断上升。
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(七)不透明度 (Opacity)
不透明度是指纸页不透光的程度,该 指标对印刷纸尤为重要。该指标主要受纤 维结合力的影响。
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打浆作用的性质
打浆是物理变化,打浆作用对纸浆产 生的纤维结构和胶体性质的变化,都属于 物理变化,并不引起纤维的化学变化或产 生新的物质。
注意:打浆作用会使纤维表面暴露一 些新的基团,但这是纤维本身原有的,与 化学变化无关。
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关于打浆——— “纸是在打浆机中打出来的”
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纤维润胀的意义
纤维润胀是打浆过程中的一个重要问 题。纤维润胀后,其内聚力下降,纤维内 部组织结构变得更为松弛。纤维比容和比 表面积增加, 纤维直径可以膨胀增大2—3 倍。
有利于纤维的细纤维化,增加纤维间 的接触面积,提高成纸强度,降低透气度。
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纤维的润胀
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细纤维化与润胀的关系
互相促进: 纤维吸水润胀后组织结构松弛,为进
一步细纤维化创造了有利条件; 纤维的细纤维化,使水分更容易渗入,
又能促进纤维的进一步润胀。
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(六)打浆的其他作用
产生碎片 使纤维扭曲 卷曲 压缩(微压缩) 伸长等
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三、纤维结合力
纸的强度取决于 成纸中纤维间的结合力 纤维本身的强度。 而实验研究表明,最终决定纸页强度
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各层的组成
次生壁内层(S3, secondary wall 3) 由层数不多的细纤维同心层组成,厚
度约0.1 m,在纤维壁中所占比例不到 10%,木素含量低,纤维素含量高。该层 的化学性能稳定,微纤维的排列与S1层相 似,与纤维轴向呈70—90度角。
在打浆中一般不考虑S3层。
第 二章 磨(打) 浆
制浆造纸原理与工程
概述
打浆—— 浆料中的纤维受到剪切力的作用。
包括机械打浆、超声波打浆和水力打 浆等。
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打浆的主要任务:
(一)改变纤维的形态,使纸浆获得某些 特性(如机械强度、物理性能和胶体性 质),以保证纸页的抄造质量。 (二)通过打浆调节和控制纸料在网上的 滤水性能,以适应造纸机生产的需要,使 纸页获得良好的成形,改善纸页的匀度和 强度指标。
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各层的组成
次生壁中层(S2, secondary wall 2) 由许多细纤维的同心层组成,是纤维细
胞壁的主体。厚度为3--10 m,约占细胞 壁厚度的70—80%。该层纤维素和半纤维 素的含量高,木素的含量少,微纤维的排 列呈螺旋单一取向,与纤维轴向呈0—45度 角。
S2层是打浆的主要对象。
生产不同品种的纸和纸板,需要不同的
打浆设备、打浆方式和打浆工艺。
针对不同的纤维原料,也要采取不同的
打浆设备、打浆方式和打浆工艺。
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打浆理论
一、纤维细胞 壁的结构
胞间层 M 初生壁 P 次生壁外层 S1 次生壁中层 S2 次生壁内层 S3
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各层的组成
胞间层(M,middle lamella) 是细胞间的连接层,厚度为1--2 m,含
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各层的组成
次生壁外层(S1, secondary wall 1)
由若干层细纤维的同心层组成,厚度 为0.1--1 m,是P层与S2层的过渡层, 其化学成分与P层接近。微纤维排列的方 向与纤维轴向呈70—90度角,不规则交 错地缠绕在纤维壁上。
S1层微纤维的结晶度较高,对化学 和机械作用的阻力较大,会限制S2层的 润胀和细纤维化,故打浆时也需将此层 打碎破除。
曲线特征: 随打浆程度增加,曲线不断下降。
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(八)伸长率和伸缩性
(Stretch Ratio)
伸长率是指纸页受到张力至断裂时, 伸长的百分率。而纸的伸缩性是指纸张浸 入水中或在不同湿度下尺寸的变化。 纸浆的上述指标均随打浆度的提高而上升。 曲线特征:
随打浆程度增加而上升。
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纤维间氢键的形成过程(II) ----单层水分子形成的氢键结合
当纸料在网上滤 水后,经过压榨进 一步脱出水分,使 两纤维间的距离靠 拢,在纤维间形成 了比较有规则的单 层水分子连接的氢 键结合。
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纤维间氢键的形成过程(III) ----过程完成,形成氢键结合
纸页经加热干燥进 一步脱除水分,水分 蒸发时,纤维受水的 表面张力作用,使纸 页收缩,纤维进一步 靠拢,从而使纤维素 分子间的羟基距离小 于2.8 Å,最终形成了 氢键结合。
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(五)细纤维化
纤维的细纤维化从细胞壁P层和S1层 破除时开始,并在纤维吸水润胀后大量产 生。
细纤维化包括: 纤维外部的细纤维化 纤维内部的细纤维化
上述两种细纤维化作用,是打浆的重 要作用之一,对纸页性质影响极大。
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纤维外部的细纤维化
纤维分丝帚化,表面分丝起绒毛。 分离出大量的细纤维、微纤维、微细 纤维。从而大大增加了纤维的外比表面积, 促进了氢键的结合。
后期下降。(与耐破度曲线相似)
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(五)撕裂度 (Tearing Strength)
----纸页抗撕裂的能力。主要受纤维平均长 度的影响,其次是纤维结合力、纤维排列 方向、纤维强度和纤维交织情况等。
曲线特征: 初期上升很快,中期缓慢并达到最高点,
后期下降。(比耐折度下降要早)
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----纸页的抗张强度。主要受纤维间结合力 和纤维平均长度的影响。同时与纤维的交 织排列和纤维自身的强度等也有关。
曲线特征: 初期上升很快,中期缓慢并达到最高点,
后期下降。
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(三)耐破度 (Bursting Strength)
----纸页所能承受的最大压力。主要受纤 维间结合力和纤维平均长度的影响。同 时与纤维的交织排列和纤维自身的强度 等也有关。
纤维素极少,主要成分是木素。
初生壁(P, primary wall) 是细胞壁的外层,由微纤维组成,与胞
间层紧密相连,厚度为0.1—0.3 m,含有 较多的木素和半纤维素。
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各层的组成
初生壁是一层多孔的薄膜,不吸 水、不容易润胀,微纤维在初生壁上 作不规则的网状排列,有碍次生壁与 外界接触及纤维的润胀和细纤维化, 故在打浆时需将此层打碎破除。
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氢键形成的条件
有游离羟基的Байду номын сангаас在; 两羟基之间的距离在2.8 Å以内。
纤维的吸水润胀和细纤维化,都会使纤 维的游离羟基增加,促进纤维间的氢键结 合,从而提高纸页的物理强度。
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四、打浆与纸张性质的关系
思考题(学习要点) 1、打浆引起了纤维结合力的哪些变化,
引起了纤维形态的那些变化? 2、纸张强度性质的不同指标分别是由那
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纤维 (fiber) 的组成
细纤维 (fibril)
直径 300--500Å
微纤维 (micro fibril)
直径 250Å
微细纤维 (finer micro fibril) 直径 120Å
原细纤维 (elemental fibril) 直径 30Å
纤维素微晶体 (crystallile)
(一)纤维结合力
(Fiber-fiber Bonding)
随着打浆度的增加,纤维润胀和细纤 维化增加,纤维的比表面积增大,游离出 更多的羟基,促进纤维间的氢键结合,使 纤维结合力不断上升。
曲线特征: 初期上升很快,逐渐缓慢达到最高点。
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(二)裂断长 (Breaking Length)
纤维润胀的影响因素
原料的组成----木素是疏水性物质,因此 木素含量高的原料纸浆,不易润胀。
半纤维素含量----草类纤维的半纤维素含 量高,含有较多的游离羟基,比纤维素有 更大的亲水性,容易吸水润胀。
制浆方法----不同的制浆方法使纸浆的木 素、纤维素和半纤维素的含量不同,因此 也影响到纤维的润胀程度。
些因素决定的?
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打浆与纸页性质
1、纤维结合力随打 浆上升;
2、与结合力成正比 的强度指标,都是 先升后降;
3、与纸页致密程度 有关的指标,均随 打浆程度而下降。
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打浆与纸页性质
对于草浆, 打浆与纸页性质 的关系也与木浆 相似。 (本图为稻草浆 的打浆曲线)
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纤维外部的细纤维化
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对照:打浆前的情况
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纤维的内部细纤维化
指纤维发生润胀后,在次生壁同 心层之间彼此产生滑动,使纤维的刚 性下降,弹性削弱,塑性增加,纤维 变得柔软而有可塑性。
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细纤维化主要产生于S2层
这是由于: S2层纤维素含量高 细纤维的排列与轴向几乎平行 打浆作用使S1层破除 使该层易于产生细纤维化。
纤维切断后在断口处留下锯齿状的末 端,利于纤维的分丝帚化和细纤维化。
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(四)吸水润胀
“润胀”是指高分子化合物在吸收液体 的过程中,伴随着体积膨胀的一种物理现 象。纤维在打浆过程中也能吸水润胀。
纤维润胀的原因是由于纤维素和半纤 维素分子结构中所含极性羟基与水分子产 生极性吸引,使水分子进入纤维素的无定 形区,使纤维素分子链之间距离增大,引 起纤维变形。
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氢键的方向性:
当一个水分子的氢原子与另一个水分子 的氧原子形成O—H---O氢键而缔合在一起 时,尽量使O—H---O氢键保持直线形,以 求吸引最牢。
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共价键中氢氧原子的间距 0.99Å 氢键中的氢氧原子的间距 1.77Å
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纤维间氢键的形成过程(I) ----通过水分子形成的水桥连接
发生位移和变形; 使细纤维之间的间隙增大,水分子更
容易渗入,为纤维润胀创造了有利条件; 对P层和S1层的破除起了重要的促进
作用。
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纤维次生壁的位移
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(二)初生壁和次生壁外层的破除
通过打浆的机械作用和纤维之间的相 互摩擦作用将P层和S1层破除,以便使S2 层充分地润胀和细纤维化。
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