《纸张及性能》PPT课件.ppt

,第三章 纸张及性能,第一节 印刷纸概述,1.纸的分类2.纸的规格及度量,我国造纸工业与世界造纸工业在结构方面的主要差距,中国造纸产业的发展现状,1.中国已成为世界纸张消费、生产和进口大国,2003年10月-2004年底国内新增产能,我国对纸及纸板需求总体预测,国内造纸产业正逐步走向新型工业化发展的道路,在技术装备方面,南平纸厂新闻纸机，幅宽5.5米，车速1800米/分；山东晨鸣高级文化纸机，幅宽4.55米，车速1100米/分；红塔仁恒纸板机，幅宽4.8米，车速600米/分；金东纸业高级纸文化纸机，幅宽9.7米，车速1500米/分（2台）；广东维达纸业卫生纸机，车速2200米/分 泰格林纸高级文化纸机，幅宽6.9米，车速1800米/分芬欧汇川，宁波中华,纸机向宽幅、高速、高效、低能耗和提高单机能力的方向发展,企业平均规模有了较大提高,企业平均规模由年产约6500吨上升到1万多吨，但与世界造纸企业平均年产4万吨规模相差甚大。,2001年我国造纸企业规模结构,2005年规模100万吨以上企业有:,镇江金东纸业,山东晨鸣集团公司,宁波中华纸业,山东华泰集团有限公司等,中国最大的工业用纸企业,2005年规模30万吨以上企业有:,福建:南纸股份有限公司、青山股份有限公司；黑龙江：佳木斯股份有 限公司；湖南：岳阳纸业集团；河北：冀腾纸业；上海：韩松潜力纸业,江苏：无锡龙达荣成纸业；苏州紫兴纸业；常熟亚太纸业；安徽：马鞍山山鹰纸业；江西：纸业集团；山东：太阳纸业；泉林纸业有限责任公司、博汇纸业、红塔仁恒；广东：广州造纸股份有限公司；广东东莞纸业等。,造纸的纤维原料结构有了较大改善,木浆比重有所提高，废纸原料得到较充分利用,2003年 2004年 同比（万t）（）（万t）（）（）木浆 820 21 970 22 18.29 非木浆 1170 30 1180 26 0.85废纸浆 1920 49 2305 52 20.05总量 3910 4455 13.94,中国木浆进口量以平均每年 22%的幅度大幅增长，每年国家用于纸浆及纸制品进口的外汇高达七十亿美元。,纸张产品的质量档次提高,纤维原料结构的发展变化，技术装备与管理水平的提高,我国铜板纸历年供给和需求情况（万吨）,山东十强纸业公司：,晨鸣 华泰 太阳 博汇 银河 泉林 鲁南 海王 华金 华润,APP（Asia Pulp&Paper）亚洲纸业,金红叶,中国最大的造纸企业，也是世界上最大的单一铜版纸生产厂,中国最大的无碳复写纸企业,亚龙,金华盛,金东,金海,中国最大的纸制品加工企业,中国乃至亚洲最大的生活用纸企业,中国最大的制浆企业,名列福布斯2004年“全球2000领先企业”第336位,在14个国家/地区设有生产企业，全球员工总数26,000人。,是世界领先的跨国森林工业集团之一，总部设在芬兰赫尔辛基，在赫尔辛基证券交易所上市。世界第三大纸和纸制品生产商，具有百年历史。核心产品主要包括：杂志纸、新闻纸、文化纸、特种纸，以及木产品、不干胶标签材料和RFID标签。其他业务还包括林业、能源等。,芬欧汇川集团（UPM）,一、我国纸张的发展史,我们的祖先最开始记载信息和传送信息是用刻凿的骨头、鹿角和木头，平面状的信息载体是我们对现在书写材料的基本理解。后来是石板、陶土板、木板、金属板或腊制板。公元105年，蔡伦用树皮、竹子和纺织品（鱼网、绢）作了大量实验，发明了世界上第一张纸。,无论古籍上的记载，还是考古发掘的实物，都证实我国西汉时期人们已经造纸、用纸。古代的造纸工艺原理与现代的无根本区别。其过程大致为：原料分离 捶捣帚化 抄纸成型 脱水干燥,一、纸张的定义,是以加工处理的纤维为主要成分，结合使用目的加入适量的添加剂，在网上或帘上交织形成纤维间相互粘结的薄片物质。,二、纸张的分类,1、按定量或厚度分,纸：定量在200g/m2以下或厚度在0.1mm以下的纸；,纸版：定量在200g/m2以上或厚度在0.1mm以上的纸；,2、按纤维原料分,植物纤维纸：,非植物纤维纸：,书写纸、印刷纸、包装纸,矿物纤维纸,硅酸盐纤维纸,云母纸、玻璃纤维纸,石棉纤维纸,金属纸,合成纸,3、按制造方法分,手工纸,机制纸,例：宣纸属于我国特有的文化遗产,湿法造纸,干法造纸,泡沫成型法造纸,4、按纸和纸板的实际用途分（暂分为4大类）,（1）文化用纸（cultural paper）,（2）生活用纸（domestic paper）,（3）包装用纸（packaging paper）,（4）技术用纸（technical paper）,5、按加工类型（造纸工业标准化体系）分,涂布印刷纸和纸板,非涂布印刷纸和纸板,铜板纸,邮票纸,压纹胶版印刷涂布纸,铸涂纸（玻璃卡纸）,铸涂白纸板,新闻纸、字典纸、地图纸,胶印书刊纸、凸版印刷纸,钞票纸、防伪证券纸,邮票纸、盲文印刷纸,色卡纸、信封纸,6、按纸的系列分（六大系列）：,（1）古纸（ancient paper）,（2）手工纸（hand made paper）,（3）机制纸（machine made paper）,（4）加工纸（converted paper）,（5）特种纸（speciality paper）,（6）功能纸（functional paper）,包装用纸,二、纸的分类,三、纸张的规格,1、包装形式,平板纸：,卷筒纸：,是将纸张按一定规格裁成定长、定宽的纸张,是将纸卷在纸卷芯上呈圆柱状的纸张,2、尺寸,（1）平板纸的幅面尺寸,常见的有：880mm1230mm（大度）；787mm1092mm（正度）850mm1168mm；900mm1280mm 1000mm1400mm；787mm960mm 690mm960mm,（2）卷筒纸宽度尺寸,常见的有：787mm；880mm；1092mm1575mm；900mm；1000mm1562mm；1400mm；1280mm1230mm,（3）幅面尺寸的确定方法,1/2原则,相似原则,3、质量,（1）定量,指单位面积的纸张所具有的质量，一般以每平方米面积的纸张克重来表示。以g/m2表示。,（2）令重,指每500张全开纸页的总质量。,令重与定量的换算公式如下：,四、纸张的选择和使用,（1）尺寸,1、纸张的选用,纸张生产部门按国家标准规定生产的纸张称做全开（787mm1092mm），把一张全开纸裁切或折叠成面积相等的若干小张，叫多少开数，装订成册即为多少开本。,书籍、期刊的开本，大多数是以2的几何级数（2n）来裁切的，这样便于在装订时使用机器折叠成册。也有为满足特殊需要而采用非及几何级数的畸形开本。例如：12K,14K,18K,20K等。,比较权威的文献资料或社会名流的作品，一般选用大32开（850mm1168mm；880mm1230mm）美观大方，庄重，很适合于印制各种专著,科技类图书及大专教材一般采用16开本,容量较大、文字、图标多,中、小学生教材及通俗读物一般采用32开,便于携带、存放,儿童读物，一般采用小开本，24开、64开,小巧玲珑,（2）定量,一般在满足印刷和使用要求的前提下，应尽量选择定量较小的纸张，以降低成本。,2、使用纸张的几个基本概念,（1）令和方,令：每500张完全相同的纸页为一令。,方：不足1令的尾数按方计算，1张纸为2方。,1令=500张=1000方,（2）印张：,印刷机在全张纸上印一面为一个印张，在全张纸两面印出的印刷品为两个印张。,印张数=面数/开数,印张数=（面数/开数）（1+a%）,3、书刊用纸的开切和用纸量的计算,正文用纸的开切和用纸量的计算,用纸令数=印张数印数（千册）=（面数/开数）印数（千册）/1000,第二节 纸张的构成,一、纸的定义,1、传统定义,纸是以植物纤维为主要原料制成的薄片物质。,2、现在定义,纸是以植物纤维或矿物纤维或其他纤维（或石油裂解）为主要原料制成的薄片物质。,植物纤维：,木材、草类；,矿物纤维：,石棉、玻璃丝；,其它纤维：,尼龙、金属丝；,石油裂解物：,高分子单体合成纸,二、纸张的构成,纸张,植物纤维,辅料,纤维素,半纤维素,木素,填料,胶料,染料,其它化学助剂,第四周，周二，第七次,纤维间能相互黏结。,纤维能形成随机取向的层次结构。,三、造纸纤维原料所需条件,纸张是纤维间通过氢键相互黏结起来的随机取向的层次网络。构成网络的纤维必须满足两个条件：,植物纤维,植物体中的厚壁细胞,四、造纸纤维的结构,纤维是植物中细而长，两端尖，中空，有一定的壁厚，呈纺锤状的细胞。,植物纤维细胞层次结构,五、造纸植物纤维原料的种类,非木材纤维原料,占世界上造纸90%以上,木材纤维原料,再生纤维原料,废纸,1、木材纤维原料(wood fiber),特点：,木材纤维长短不一，约在2.53mm；,纤维的聚合度为500左右；,一般可制作成各种浆料，如磨木浆、硫酸盐木浆、亚硫酸盐木浆等；,是制造文化用纸的主要原料,（1）针叶木：木质由95的管细胞构成，髓线细胞及树脂道约5，其杂细胞不多，所得到的木浆较纯，纤维长，可用来造高强度的高级纸张。,（2）阔叶木：木质部由2040是导管，纤维较针叶木短，含有很多杂细胞；造出的纸疏松，不透明，一般用来制造印刷类纸。,（3）桦木（birch）产于我国大、小兴安岭，长白山等地的树种，有白皮桦、红皮桦、黑桦等。材质稍硬、致密，不易割开。纤维细胞壁较厚，打浆耗电多。,（4）落叶松（larch）纤维细胞壁较厚，不易打浆，消耗动力多。比较适合采用硫酸盐法制浆，生产如水泥袋 等重质包装纸。,（5）红松（korean pine）木质松软，纹理直通，用途甚广。能够采用酸法或碱法纸浆，生产漂白浆，抄造高级 文化用纸。,2、非木材植物纤维(non-wood fiber),草类植物纤维特点：,a.短而细长，长约0.52mm，直径约为0.010.02mm；,b.纤维的聚合度为3000左右；,c.半纤维素的含量较高；,d.一般与木浆一起制造低档的文化用纸和包装用纸。,（1）麦草：纤维一般长度在1.301.71mm之间；麦草制造的纸强度较低，一般用来制造书写和 印刷用纸。,（2）芦苇：其品种多，纤维长度一般在0.951.52mm之间；杂细胞含量约占35，芦苇制造的纸强度低，一般用来制造印刷用纸。,（3）蔗渣：是甘蔗制糖后残剩的纤维物质，纤维长度大部分 为1.473.04mm；一般用来制造半透明纸，书写纸、印刷用纸。,（4）棉纤维：棉纤维现为长度可达到2056mm。杂细胞含 量很少；可用于制造钞票纸、证券纸、晒图纸等高档纸。,韧皮纤维材料特点：,a.纤维粗而长，长度约在2530mm，直径约为0.0120.025mm；b.纤维的含量较高，约为80；c.纤维的聚合度约为3600左右；d.常用于制造有价证券和较薄而又紧密的印刷纸。,籽皮纤维材料特点：,a.纤维素含量极高，可占98以上；b.纤维的长度为2040mm,直径约为0.0120.037mm；c.聚合度为12000，具有较高的强度和柔韧性；d.主要用于制造钞票纸及其他高级纸张。,3、再生纤维（secondray fiber）,每回收1吨废纸，可再造出800公斤新纸，挽救17棵大树，节约3立方米的垃圾填埋空间，还可以节约50%以上的纸能源，减少35%的水污染,六、造纸纤维原料的化学组成,1、碳水化合物主要是多糖，约占原料一半以上。它们包括纤维素和不溶水的非纤维素多糖，如半纤维素、淀粉、果胶质等。其主要组分是纤维素和半纤维素。,2、苯酚类物质约占原料的15%35%。其主要组分为木素。,3、萜烯类主要为挥发性物质（如松节油）和松香酸。这类物质在针叶木中约占5%，而在草类及阔叶木中含量较少。,4、其它少量组分，如脂肪酸、醇类、蛋白质及无机物等。,七、植物纤维组分的性能,1、纤维素（cellulose）,19世纪30年代，法国农学家payen第一次从植物中分离出来,特点：,化学分子式为(C6H10O5)n，由葡萄糖脱水聚合后生成的高分子化合物，和淀粉为同分异构物质。两者含有相同的碳和氢，并且水解后都得到D-葡萄糖。纤维素分子链之间通过脱水形成氢键，使纸张获得了强度。,是构成植物纤维的主体，是构成细胞壁的骨架；,不溶于稀酸、稀碱及一般有机溶剂；也不溶于水和中性无机溶剂，在酸的催化下可水解得到葡萄糖。,其强度由聚合度（葡萄糖基的数目）来决定，聚合度愈大，其强度亦愈大。,亲水性好纤维素大分子中每个基本单元上均有三个醇羟基。,具有膨润性，但无水溶性失去刚性，具有柔软性,无色、无味、无臭的碳水化合物，纯净的纤维素纤维具有一定的 白度、韧性、强度和弹性。,2、半纤维素(semi-cellulose 或hemicellulose),是多种复合聚糖的总称。一类是以戊糖为主的复合聚糖，简称聚戊糖；另一类为以己糖为主的复合聚糖，简称聚己糖。其聚合度较小，与纤维素相比不过半数，故而得名。,特点：,聚合度比纤维素小得多；因为半纤维素虽然也是一种线形高分子化合物，但具有支链结构，其平均聚合度很低，将近200。,能够溶于沸水、稀碱液和热稀酸中；,吸附性和亲水性较好。,一定数量的半纤维素会使打浆工序变得易于操作、时间缩短，节省电耗。,提供更多的极性基团，在打浆过程中增加纤维的润胀、水化和细纤维化，提高纤维的柔软性，增加纸张的强度。,半纤维素含量高的纸张，其形稳性差,3、木素(lignin),具有空间立体网状结构的天然高分子化合物，约占植物纤维原料的20%30%。,特点：,在植物中起到黏结纤维，增强植物组织强度的作用在胞间层中木素的含量最高，因而要分离纤维就必须除去木素。,能溶解于酸、碱溶液中，在各种氧化剂的作用下能够发生分解；化学结构上极不稳定，当它受到温度影响或酸、碱试剂作用时，都会引起化学变化，即使在较温和的条件下也会引起木素结构的改变。,是疏水物质，不易吸水润张。因而，纤维中木素含量高时会显得硬而脆，不便于纤维间的相互交织。所以制浆过程中要一定程度的除去木素；,受光照日晒时产生发色基团使纸张变黄，影响纸张白度 新闻纸耐久性差的主要原因。,4、其他成分,（1）果胶质,其在木材及草类中含量很少，一般不超过1，在韧皮原料和嫩枝材中含量较多，在5以上。植物中天然果胶质不溶于水，在水中或稀酸中加热时，则易于溶解。,（2）抽提物,其中包括果糖、单宁、淀粉、脂肪、树脂、蜡类等。,（3）矿物质（又叫灰分）,是指造纸原料燃烧后残存的物质。,含量较少，一般都在1以下，草类原料灰分较高，在2以上；稻草灰分含量最高，达1015。,八、辅料,为满足纸张的不同 使用性能而加到纸张中的各种助剂。,填料：改进纸张的平滑度和不透明度；胶料：使纸张具有抗水性能；色料：造彩纸和白纸（加增白剂）；化学助剂：提高纸浆的抄造性和纸张的质量。,第四周，周四，第八次,1、填料及加填作业,填料为了使纸张取得特定性能，如不透明度、白度等，而加入浆料中的不溶于水或微溶于水的矿物质。,（1）印刷用纸中对填料的要求,高白度、高折射率、颗粒细小；水溶能力低和较低的密度；应具有良好的化学稳定性，防止与纸中组分以 及造纸过程中的其它组分发生反应。,（2）加填作业,加填：,在造纸过程中，相互交织的植物纤维之间形成一些不均匀的孔眼和空隙，造成纸张表面凹凸不平。为了克服这些弊病，在纸浆中加入矿物质，使纸张取得特定性能的作业过程叫加填。,加填的作用：,a.改变纸的光学性质（白度、不透明度）；b.改善纸页的表面性能和印刷适性（平滑度、匀度、吸湿变形）；c.赋予纸页某些特殊功能;d.节省纤维原料，降低生产成本,加填料量过多的后果（即加填的负作用）,a.会造成纸张的强度降低和施胶效果的下降在；b.在印刷中易发生掉毛、掉粉现象；c.磨损印版、降低耐印力。,（3）常用的填料,天然：碳酸钙、滑石粉、硫酸锌、和白土。,人造填料,沉淀碳酸钙,二氧化钛、锌钡白、硅铝酸钠等,A、滑石粉 Mg3Si4O10(OH)2是我国用的最多的填料,a、粉末状的矿物质，白度要求在90以上；n=1.561.57(注：有白色、灰色、淡绿色、淡黄色，造纸采用白色)b、质地极软，粒子呈鳞片状，有皂滑的手感；c、价格低廉。,作用：,可提高纸张的平滑度、柔软性和光泽度，对施胶度和强度的影响较小，但过多的加入会使纸张出现“掉粉”现象。,B、碳酸钙（CaCO3）碱性物质 n=1.56,天然CaCO3：是由石灰石磨碎而成的，球形颗粒，白度为90；,沉淀CaCO3：是由制碱厂将白泥通过特殊沉淀方法制得的，白度为95；,作用：,提高纸张的白度和平滑度，增加纸张吸收油墨的能力，使纸张紧而有光泽，成纸柔软性强。,研磨碳酸钙(GCC),针状沉淀碳酸钙（PCC）,C、白土（膨润土、高领土又称瓷土）,a、是一种纯度不同的硅酸铝；b、主要成分是高岭石（）；c、白度在90以上，n=1.56。d、折光率较低，其余性能与滑石粉相似。,可以提高浆料中细小纤维的留着率,作用；,D、二氧化钛（TiO2）也称钛白,a、白度在98以上，n=2.62；b、是性能最优良的一种填料；c、颗粒细腻，分散度高并具有良好的遮盖力；d、良好的白度和光泽度；e、折射率高，使纸张具有良好的不透明度；f、价格高,（4）填料加入量,取决于纸种、所选填料的性质，浆料的种类，纸机的抄造条件等，一般可在240之间变化。,（5）填料对纸张性质的影响,对纸张光学性质的影响,a.不透明度,光散射能力,不透明度,纸张内部光散射界面的多少,散射界面折射率差异的大小,a)未加填料时：,纸张=纤维+空气,b)加入填料后:,b.白度,对表面平滑度和印刷适性的影响,a.加入细小颗粒填料后可改进压光后纸张的平滑度。,b.填料使油墨能较好地在纸张表面润湿和铺展；,c.填料粒子的存在形成了更多有利于油墨渗透的细小毛孔；,d.填料的加入能使纸张具有更好的形稳性，更利于多色印刷。,对纸张强度的影响,加填会使纸张强度显著下降，其中抗张强度、耐折度和耐破度下降较大，撕裂度下降较小。,对纸张松厚度和挺度的影响,a.填料的加入将会降低纸张的松厚度,b.挺度：加填量小时，基本上不受影响；加填量多时，随加填量的增加而显著减少。,对印刷造成的影响,填料含量过多掉粉、掉毛、透印,2、胶料及施胶作业,胶料是指加入纸张中的具有抗液性的胶体物质 或成膜物质。,施胶施加胶料的工艺过程,（1）施胶的原因：纤维本身和纤维间存在大量的毛细孔;纤维素、半纤维素含有大量亲水的羟基,能吸收水或其他液体;在未加任何辅料的纸上书写或印刷，墨水或油墨就会迅速浸透和扩散，造成字迹图像模糊不清和透印。,（2）施胶的方法,内部施胶,是在造纸的过程中在纸浆中加入胶料，使胶料沉淀在纤维上再抄造成具有憎液性的纸张的方法。,表面施胶,是将造好的纸张或纸板浸入成膜性胶料溶液中，或将胶料溶液涂布其上，从而使纸张具有憎液性能。,（3）施胶的分类（施胶的程度）,重施胶、（中等施胶）、轻施胶、不施胶,墨水划线法、表面吸收重量法（Cobb法）、表面吸收速度法（液滴法）、浸没法（吸收重量法）、液体渗透法和毛细管吸收高度法等。,（4）施胶度的测定方法,适用于大多数中等或轻施胶的纸或纸板,适用于使用中常与水发生接触的纸种,适合于高施胶度的纸种,适合于未施胶纸,其它胶料:石蜡胶、石蜡松香胶、沥青胶,内部施胶：,合成胶料,动物胶,表面施胶,淀粉,其它胶料,（5）常用胶料,、聚乙烯醇（PVA）,：石蜡胶、藻朊酸钠、合成树脂、苯乙烯,松香胶料,松香胶,松香胶的分类,中性胶（褐色胶）：松香完全被皂化，胶料中不含游离松香白色胶：游离松香的含量一般在1045之间。高游离松香胶：胶液中游离松香的含量高达7090。,不溶于水,可溶于水,石蜡松香胶,强化松香胶,石蜡与松香混合熬胶并经乳化得到，具有较好的施胶效果。,是一种改性松香胶，目前用得最多的是马来松香胶。,具有软化点高、酸价高、皂化价高、抗氧化稳定性强的特点；作为造纸施胶剂，用量低，施胶效果好。,淀粉,用阳离子淀粉进行表面施胶的纸张印刷，可以获得良好的印品均匀性、高的清晰度，印刷品色泽鲜艳，透印少，由于表面强度高，用高粘度的油墨印刷时也很少发生拉毛现象。,聚乙烯醇（PVA）,具有很强的成膜特性，能使纸张获得较强的抗油性能。PVA对于增加纸张的抗油阻力、拉毛阻力（表面强度）和空气阻力比淀粉更为有效。它可以单独使用，也可以与淀粉混合使用。,（6）表面施胶对印刷性能的影响,对纸张抗水能力的影响,对纸张油渗性的影响,采用高光泽油墨印刷的纸张，表面施胶程度应控制在一定的范围：,表面胶料太少，纸张吸收油墨中过多的连结料，则印迹无光泽；,表面胶料太多，将减慢油墨的干燥速度，导致蹭脏和光亮污点；,对纸张可擦性影响,对纸张强度的影响,3、色料,1、定义 是指加入纸张中用于纸张染色和调色的颜料和染料。,作用 生产白纸时的“显白”和生产有色纸时的“调色”。,（1）调色,是指用少量染料利用“互补色”原理对纸张进行颜色的调整，使纸张的白度提高。,（2）染色,为了增加纸张的花色品种，满足不同的使用要求，利用不同反射性的色料改变纸张颜色叫染色，或上色、加色。,2、常用色料,碱性染料：盐基槐黄、盐基玫瑰红、盐基品蓝,对木素具有很强的亲和力，对纤维也有一定的亲和力,酸性染料：酸性金黄、酸性桃红、酸性湖蓝、酸性青莲,对木素和纤维素都没有亲和力，要靠媒染剂（硫酸铝）进行,直接染料：直接大红、直接橘黄、直接品蓝,对纤维素有很强的亲和力，但是对酸敏感,荧光增白剂,1）反射可见光2）将紫外光转化成可见的蓝色或红色荧光，起补色效应。,3、染色的方式：,浆内染色压光染色浸渍染色涂布上色,4、影响染色的因素,1）纸浆的性质,3）残余化学物质的影响,氧化和还原性物质,酸性或碱性大的物质,颜色的深浅和色泽不一,2）矾土的影响,4）施胶和加填的影响,5）温度的影响,6）纸机生产条件,胶料对染料与纤维的吸附有阻碍作用。,填料与染料有较强的亲和力，甚至比纤维吸收的染料还多。,温度对染色效果影响很大，特别是直接染料。,例如：直接红4B,纸机车速高，脱水强烈，染料的留着低，造成染色两面性,烘缸温度过高，会造成染料褪色或者形成块状色斑，还可能 出现染料转移的现象。,4、化学助剂,增干强度剂,可以提高纸张的抗张强度和耐折度，在一定程度上克服纸张掉毛、掉粉的缺陷，并能增加纸张的挺度。例：阳离子淀粉，聚丙烯酰胺等,增湿强度剂,提高纸张在润湿条件下的强度，对一般印刷纸在生产中提高纸机的车速创造了条件。例：脲醛树脂、酚醛树脂,助留剂,可以提高胶料、填料等在纸浆中的驻留率，并加快抄纸时的脱水速度。例：聚丙烯胺、聚氧化乙烯、聚乙烯亚胺,消泡剂,用于消除造纸过程中的泡沫。例：硅油、松节油、高分子醇类（戊醇、辛醇）、煤油,抗水剂,主要用于要求具有高抗水能力的纸中。例：石蜡、金属皂、乙二醛。,第二节 造纸工艺,造纸,将植物经过加工处理，并添加有关物质后而抄造成纸的整个过程。,一、纸张的制造过程,制浆（纸料制备）、造纸（纸和纸板的抄造）,打浆，非纤维性物质的添加,纸料上网前处理（稀释、筛选和净化），纸的抄造和整理。,制浆：是指采用机械方法或化学方法或机械化学相结合等的方 法，使植物纤维原料离解，变成以纤维为主体的本色浆或漂白纸浆的生产过程。,造纸：是把悬浮于水中的纸浆纤维，经过各种加工结合成合乎要求的纸页。,制浆,化学制浆,机械制浆,动力机械,填料，胶料、色料及其它添加料,成品纸或纸板,造纸,第五周，周二，第九次,二、制浆工艺,采用化学或机械的方法将黏结在一起的纤维分离，制成纸浆,碱法制浆硫酸盐法,酸法制浆亚硫酸盐法,（1）化学法制浆,机械木浆,机械草浆,普通磨木浆,木片磨木浆：将木材切成片后再磨浆,热磨机械浆,（2）机械法制浆,加入化学药剂升温蒸煮，溶出和去除木素，从而分离纤维,占比重较高,不使用任何化学药剂。,1、制浆方法,半化学法,化学机械法,4、其它新制浆方法,蒸汽爆破法,生物制浆,3、化学机械法,化学法,化学法制浆,就是利用化学药剂在一定温度和压力下处理植物纤维原料，溶出和去除原料中的木素，尽可能地保留纤维素和不同程度地保留半纤维素，使原料纤维彼此分离成浆。,工艺流程,原料,切片,蒸煮,洗涤,漂白,药液,蒸汽,漂白剂,1）碱法制浆,原理：,烧碱（NaOH）,硫化钠（Na2S）,+,原料,蒸煮,S2-、HS-、OH-,与木素结构单元发生反应,能溶于水的低分子物质,使木素结构单元之间的连结发生断裂,从而使植物纤维离解成单根纤维,特点：,浆料具有良好的物理强度（故将硫酸盐浆称为牛皮浆）、较高的抗热性；,不透明度较差，得浆率低；,成浆颜色较深，漂白较困难（要采用多段漂白），废液回收设备复杂。,用途：,可抄造纸袋纸、电缆纸、电容器纸和包装 纸等。是目 前最主要的制浆方法。,漂白的硫酸盐针叶木浆常用于印刷用纸和文化用纸；,硫酸盐草浆大多用于印刷用纸和文化用纸的抄造。,2）酸法制浆又称亚硫酸盐法Ca(HSO3)2,原理：,亚硫酸和亚硫酸氢钙的水溶液,原料,+,蒸煮,与木素反应,木素生成可溶解的磺化木素,纤维浆料,脱去磺化木素,特点：,这种浆料的纤维长，并有良好的结合力；,漂白容易，纤维虽硬但具有一定的韧性；,机械强度不如碱法制得的纤维好。,用途：,未漂白的亚硫酸盐木浆可与机械木浆混合抄造新闻纸；,未漂白的亚硫酸盐木浆与其它化学浆料组合抄造书刊印刷用纸；,漂白的亚硫酸盐木浆，其纤维纯净、白度高且柔软，是抄造胶版纸、书写纸、涂布纸原纸的主要原料。,3）化学法制浆所得常见浆料,a)化学木浆,硫酸盐木浆,亚硫酸盐木浆,颜色较深，未经漂白的木浆只用于抄造包装用纸的牛皮纸和其它工业用纸和纸板，半漂白的木浆可配抄新闻纸；经多段漂白的木浆可替代破布浆抄造证券纸、高级胶版纸和地图纸等,浆料较白净、柔软、色泽较淡，可直接用于配抄新闻纸、凸版纸。漂白的亚硫酸盐木浆常用于制造高级书写纸、印刷用纸和证券纸等。,b）化学草浆,化学稻草浆,化学麦草纸,化学苇浆,破布浆,（a）化学稻草浆、化学麦草浆 特点：是以稻草或麦秆为纤维原料，用苛性钠蒸煮而制得的浆料；浆料纤维素含量少，半纤维素和杂细胞含量较多，纤维短小，纤维组织也较疏松，使成纸的物理力学性能较差；纸张表面较为平滑，均匀度和透明度较好，有“发响”的特点；纸张伸缩性较好。麦草浆 稻草浆,（b）化学苇浆 以芦苇为纤维原料，用硫酸盐法或亚硫酸盐法制得的浆料。优点：纤维扁平而短，纤维素含量较高。具有一定的柔韧性和弹性；纸张均匀性好，表面较平滑、不透明性较好；缺点：浆料中存在一种苇膜，使成纸的纸面上产生亮晶 晶的雪片小点，印刷时会脱落而造成“脱粉”现象。机械强度较低，只适宜配抄一般的书写用纸、印刷用纸。,（c）破布浆 以破布、废棉、棉短绒为纤维原料，用石灰石和NaCO3对原料进行脱脂处理而得到的浆料。特点：纤维长，几乎不含木素；纤维柔软而富有弹性，交织力较强；纸张具有结实柔软、强度高、耐磨、可长期存放、伸 缩性小等特点，是抄造高级纸张的最好纤维浆料。,机械制浆法,就是利用机械摩擦力磨解植物原料而得到纤维浆料的方法。,生产流程,原料的储存,备料,磨木机磨浆,蒸煮处理,筛选,磨木机磨浆,本色磨木浆,筛选,褐色磨木浆,本色磨木浆：,褐色磨木浆：,纤维僵硬且有一定的脆性，木素含量较高；纤维长短不一且短小纤维较多。主要用于新闻纸 的抄造和白纸板的中层和底层。,经蒸汽预热处理后，可使纤维较柔软，浆料的颜色呈褐色，漂白较困难，主要用于抄造黄纸板。,2、漂白,用适当的漂白剂通过氧化或还原或分解等反应，使纸浆中残留的木素进一步溶出，或保留木素的情况下使有色物褪色。,（1）常用漂白剂,a)还原性漂白剂,：Na2O2、H2O2、SO2、亚硫酸盐,作用：只对浆料中被氧化的木素分子进行还原，即使发色基团改变结构，使其脱色，用此漂白法得出的成纸白度稳定性差，经日晒后易恢复原色。故，这种方法只能暂时使浆料漂白。,用途：适用于得浆率高的磨木浆和化学机械浆。,b)氧化性漂白剂：,CI2、CIO2、NaOCI(次氯酸钠)、Ca(OCI)2（漂白粉）,作用：破坏浆料中残留的木素的结构，使其溶解，从而提高 纤维素的纯度，同时也提高纸浆的白度。,用途：一般用于化学木浆。,二、造纸工艺,对纤维浆料进行再处理，并根据纸张的用途和要求，在以适当的纤维配比和加入适量的添加剂后，抄造成纸页的过程。,造纸机的结构：,干部,湿部,1、打浆,就是采用机械的方法浆浆料中的纤维切短、压碎，从而提高纤维的均匀度，进一步使纤维细化，使生产的纸张达到预期的质量指标。,（1）打浆的目的：,改善纤维的形态和性能,1）将纤维束分离成单根的细小纤维；,2）使纤维表面起毛，纤维变得柔软可塑；,3）将长纤维进行适当的切短。,（2）打浆对纤维形态的改变（即对纤维的作用）：,1、细胞壁的位移和变形,作用：增大纤维间隙，使水易于渗入，为润胀提供 条件；促进P层以及S1层的去除。,现象：S2层同心层产生弯曲发生位移和变形。,利用打浆设备的机械作用力和纤维之间的相互摩擦，呈膜状或碎片的形式除掉。,2、初生壁和次生壁外层的破除,方式：,使S2层中的细纤维分离出来，使其达到充分的润胀和被细纤维化。,作用：,注意：不同制浆方式、不同纤维原料，其初生壁和次生 壁外层去除难易程度不同,纤维柔软可塑，外表面积增大，内部组织结构松弛，分子间的内聚力下降，有利于纤维的细纤维化。,3、吸水润胀（水化或润胀水化）,纤维体积（直径）变大。,现象：,原因：,纤维素和半纤维素分子结构中存在有无定形区 和大量羟基（极性基团）。,结果：,纤维润胀,纤维纵向分裂，两端帚化，纤维表面分丝起毛，分离出大量的细小纤维，增加了纤维的外表面积，称为外部细纤维化。,4、细纤维化,由于吸水润胀，纤维的内聚力减小，次生壁的层与层之间产生滑动，使纤维变得柔软可塑，称为内部细纤维化。,结果：,成纸强度增加。,为什么？,5、切断,现象：纤维发生横向断裂。,适当切短，可以提高纸张的组织均匀性和平滑性；,过分的切短，降低纸张强度,6、产生纤维碎片及其他次要作用,初生壁和次生壁外层的破除；杂细胞被打碎；纤维被横向切断时产生的碎片。,（3）打浆的作用,a、使纤维细胞发生位移变形，使纤维变形和细纤维化；,b、增强了纤维间的结合力，提高了纸张的强度；,c、使纸张的平滑度增加，紧度增加；,d、吸收性和透明度下降。,打浆前后纤维的形状,（4）打浆对纸张性质的影响,1结合力 2裂断长 3耐折度 4撕裂度 5纤维平均长度 6吸收性 7透气度 8收缩率 9紧度,1）纤维结合力与打浆的关系,随着打浆的进行，纤维结合力不断增长。,纤维结合力的上升分为三个阶段：,第一阶段（打浆初期）：纤维结合力快速上升 第二阶段（打浆中期）：纤维结合力上升缓慢 第三阶段（打浆后期）：纤维结合力曲线平直。,2）裂断长（抗张强度）,纸和纸板所能承受的最大张力。,将纸的一端固定，另一端垂直下垂，纸条因本身重量断裂时的计算长度。,曲线特征：初期上升很快，中期缓慢并达到最高点，后期下降。,影响因素,3)耐破度,纸张耐破度的主要影响也是纤维结合力，其次才是纤维的平均长度、纤维本身的强度和纤维交织情况等。,4、耐折度,第五周，周四，第十次,5、撕裂度,影响纸张撕裂度的主要因素是：纤维平均长度，其次才是纤维结合力、纤维强度等。,6、透气度,透气度是鉴别纸层中间含有孔隙的程度,100毫升空气透过纸张所需要的时间。,7)吸收性,吸收性的大小又与纤维的纯度和半纤维素的含量有关。,8)不透明度,10）脆性,纤维的长度对纸张的脆性影响较大。,9）紧度,2、纸料上网,沿纸机横幅均匀分布纸料。有效地分散纤维，防止絮聚。,3、纸页的压榨脱水,1）脱水;2）提高纸页紧度;3）消除纸面的网痕;4）传递湿纸页,网部脱除98.3%水；压榨部1.1%；干燥部0.6%三者之间成本：1:70:300,4、纸页的干燥,脱水、提高纸页强度、平滑度,5、压光,提高纸的平滑度、光泽度、厚度和纸幅的均匀性；提高纸页的紧度。,纸页的抄造方法,干法造纸：以空气为介质,湿法造纸：以水为介质（目前采用最多）,湿法造纸机,长网造纸机,圆网造纸机,夹网造纸机,6、纸页的涂布加工,原纸的选择,涂料制备,涂布机涂布,干燥,涂布作业类型,按涂布机与造纸机的关系分为,机内式涂布,机外式涂布,按涂布次数分为,单层涂布：单铜纸,双层涂布：双铜纸,涂料的成分,颜料碳酸钙、高岭土、钛白、锻白,胶粘剂淀粉、干酪素、聚乙烯醇、合成树脂胶乳,助剂：分散剂、消泡剂、流动化剂、润滑剂、荧光增白剂、增塑剂、PH值调节剂,涂布纸的网点再现,未涂布纸的网点再现,第三节 纸张的结构,形成纸张整体的元素和分布。,一、纸张的水平结构,理想二维网络：把n根纤维通过随机方法放在 面积为A的平面上形成的理想 纤维网络，即为2D纸页。,纸张表面微观结构,二、纸张的Z向结构（即垂直结构）,纸页中纤维间是分层排列，是由多层2-D纸页组成的多平面纤维网络，即MP纸页。,三、纸张的孔隙结构,描述纸张孔隙结构几何特性的参数：,1）孔隙率,纸张的孔隙率是指纸张孔隙体积与纸张的总体积之比,2）平均孔半径,通过半径为平均孔半径的孔的流体流量与通过单位面积上所有孔隙的流体流量相等。,又称等效孔半径,一般情况下，纸张纵向平均孔半径最大，而沿厚度方向的孔半径最小。,3）孔径分布,把纸张中结构复杂的孔隙模型化成一系列平行的圆柱毛细管。,四、纸张的基本结构,1、纸张的正面和反面,（1）纸张的正面：,毛布面（Felt Side）,比较平滑、紧密。,（2）纸张的反面：,网面(Wire Side)，在纸页成型过程中与网接触，而使纸面产生网印，因此反面总是比较粗糙，也比较疏松。,（3）纸张的两面性对印刷质量的影响,1）可导致印刷品质量的不均匀性，不利于印刷品 质量的控制。,2）纸张的正面平滑度较高，着墨效果较好，但表面 强度较反面低，即在印刷中更易发生拉毛现象。,3）纸张的反面则较为粗糙，着墨效果较正面差，但表面强度较高，在印刷中不易发生拉毛现象。,（4）纸张正反面的判断方法,方法一：放大镜直直接观察法铜网印迹；,方法二：润湿观察法可用水（或弱碱液）,方法三：划痕法,（5）正反性能比较,2、纸张的纵横向即丝偻性,（1）纵向（Machine direction）,在纸页抄造过程中与造纸机运行方向平行的为 纸张的纵向。,（2）横向（Cross direction）,在纸页抄造过程中与造纸机运行方向垂直的方向 为纸张的横向。,（3）横纹纸,以纸幅的横向作为纸张的长度，在纵向上切出纸张的宽度。即长度方向与横向一致的纸叫横纹纸。,（4）纵纹纸,长度方向与纵向一致的纸叫纵纹纸。,（也称横向纸）,（也称纵向纸）,例如：规格为787mm1092mm的单张印刷纸，当相对湿度从50升到65时，纵向伸长率为0.05%，横向伸长率为0.15%。,若787mm1092mm为纵纹纸，则,纵向伸长率：长边伸长10920.05%=0.55mm,横向伸长率：短边伸长7870.15%=1.18mm,若787mm1092mm为横纹纸，则,横伸长率：长边伸长10920.15%=1.64mm,纵向伸长率：短边伸长7870.05%=0.40mm,印刷方向伸长严重的是横纹纸。,（5）纸张纵横向的测定,纸业浸湿卷曲法,（1）裁取50mm50mm的试样，将试样放在水面上，观察 纸张卷曲的方向，与卷曲轴平行的方向为纸张的纵向。,（2）按互相垂直的方向切取两条长约200mm、宽15mm试样，并在每一条试样上做一个记号，使其重叠，用手指捏 住一端，另一端自由地弯向左方或右方（或手指下方）：,如两个纸条分开，下面的纸条弯曲大，则上面的一条为纸张的横向；,如上面纸条压在下面的纸条上，两个纸条不分开，上面的纸条为横向。,（3）按纸条的强度分辨纸张的纵横向。一般纵向抗张强度大于横向抗张强度，抗张强度大的方向为纸张纵向，小的为横向。,3、纸张的匀度(formation),是指纸张中纤维分布的均匀程度(uniformity)，即纸在一定面积上的纤维和结构组成的分布情况。,（1）匀度的检测方法,如透过光看上去质地如同毛玻璃，说明纸的结构是均匀的；,如透过光看上取去斑斑点点，或像云彩花，则说明匀度不好。,（2）纸张匀度对纸张性能的影响,平滑度和不透明度低；,耐折度、撕裂度和抗张强度差异大；,导致含水量不均，易出现起泡，起皱等纸病；,为使含水量均衡，加长烘干时间，从而导致纸张发脆，易产生静电。,第四节 纸张的物理性能 与印刷适