[信息与通信]第01章 纸张的基础知识.ppt

包装印刷材料 主讲：曾台英 上海理工大学印刷与出版学院 第一篇 承印材料 第一章 纸张的基础知识 知识点 第一节 概述 第二节 纸张基本组成植物纤维 第三节 辅料 第四节 造纸工艺简介 第五节 纸页的涂布加工 第六节 纸张的结构 第一节 概述 一、纸的发展简史 二、纸张的概念 p 纸和纸板的统称，它是以处理的纤维为主 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的纤维间相互黏结的 薄片物质。 p 具有一定强度+多孔性 三、纸张的分类和规格 1、分类 p 按造纸工艺分类：手工纸和机制纸；普通纸 和加工纸等 p 按造纸原料分类：植物纸，合成纤维纸，矿 物纤维纸，金属纤维纸等 p 按纸张特性分类：有光纸和无光纸；涂料纸 和非涂料纸；绝缘纸和普通纸等 p 按纸张用途分类：文化用纸，生活用纸，包 装用纸等 p纸张和纸板区别 纸张和纸板的区别没有统一的规定，一 般通过定量、层数和厚度区分。 定量在225g/m2以下为纸张，在225g/m2 以上为纸板； 单层纤维交织成薄片物为纸张；两层以 上的纤维交织而成的薄片物为纸板； 厚度在0.25mm以下为纸张，在0.25mm 以上为纸板。 p产品用途分类 2、纸张规格 pGB147-89印刷、书写和绘图用原 纸尺寸，将印刷用纸分为卷筒纸和 平板纸两大类。 p卷筒纸 卷筒纸宽度尺寸(mm)：1575、1562、 1400、1280、1230、1092、1000、900、 880、787。允许偏差3mm。 卷筒纸长度(m)：卷筒新闻纸和印刷纸 的长度6000。 平板纸的幅度尺寸(mm): 10001400、 9001280、880 1230、787 1092、850 1168、889 1194等。 还有常见的幅度尺寸：690 960、787 960、880 1092。允许偏差3mm，偏 斜度3mm。 p平板纸 p纸张常用的开法 四、纸张的计量 p 纸和纸板的计量单位：定量、令量 p 定量：单位面积的纸或纸板具有的质量，以g/m2表示 p 令量 1令=500张（全张纸8801230) 令量即为：500张全张纸的重量。是平板纸常用的计 量单位。 第二节、纸张的基本组成-植物纤维 一、造纸植物纤维原料的种类 1、木材纤维原料 p针叶木（软木，长纤） p阔叶木（硬木，短纤） 特点：纤维长短不一，约2.53mm，纤维聚 合度5000左右，可制成各种浆料，如磨木浆 、硫酸盐木浆和亚硫酸盐木浆等，是制造文 化用纸的主要原料。 2、非木材纤维原料 p茎杆纤维原料：稻草、竹、芦苇、玉米杆等 p韧皮纤维材料：各种麻类及某些树种的树皮等 p籽毛纤维材料：如棉纤维。 茎秆纤维类：纤维大多短而细小，长约0.52mm， 纤维聚合度3000左右，多与木浆一起制造中、低档文 化用纸和包装用纸。 韧皮纤维类：纤维粗而长，长约2530mm，纤维 聚合度36000左右。常用于制造有价证券纸和较薄且 紧密地印刷纸。 籽毛纤维类：纤维长2040mm，聚合度12000左右 ，具有较高的强度和柔韧性，主要用于制造钞票纸及 其他高级纸张。 p非木材纤维原料特点 3、再生纤维原料 （混合废纸、旧报纸、废布、瓦楞纸箱、废棉胎等） 节约森林资源，保护生态环境 p几种纤维比较 亚麻 木 棉 丝 微细纤维 二、植物纤维结构 ML：胞间层 P：初生壁 S：次生壁 p外层S1 p中层S2 p内层S3 W：瘤层 请见p4 三、植物纤维的组成及性能 1、纤维素 2、半纤维素 3、木质素 4、少量果胶、树脂、 无机矿物质等 1、 纤维素 p 是不溶于水和多数有机溶剂的碳水化合物，其分子式 为(C6H10O5)n，每个分子单元上含有三个自由羟基-OH。 p 由于含有大量的羟基(可明显形成氢键)， 亲水性很好，且有膨润性(膨润导致失去弹 性而柔软性增强)，但无水溶性； p 应尽量不破坏纤维素，以保证各种植物纤 维的纤维素在纸张性能中起主导作用。 2、 半纤维素 p 是植物中与纤维共存的多糖结构。 p 半纤维素的羟基更具有游离性，因而半纤 维素的吸水、润胀能力大于纤维素。 p 纸浆中要保留一定量的半纤维素：对打浆 及纸张性能都有好处提供极性基团，打浆过 程中增加纤维的润胀和纤维细化，提高纤维 的柔软性，提高纸张强度； p 但半纤维素含量过高，纸张尺寸稳定性较 差，易因环境温湿度变化产生吸湿性而发生 变形。 3、木质素 p 由三种基本的苯丙烷结构单元通过C-O、C-C 键连接的立体网状分子。 p 在化学结构上极不稳定，在光、热、空气、 酸、碱的作用下，都会引起木质素结构的化学 变化，使纤维发黄、变脆，使纸张质地变脆， 机械强度下降，颜色发黄，影响纸张的白度。 p 木质素起到黏结纤维的作用，因此要解离纤 维，必须去除木质素-化学制浆的原理。 p不同造纸纤维原料的化学组成 要尽可能保持植物纤维中的 纤维素成分 适当保留半纤维素成分 必须去除木质素成分 p在造纸过程中 为什么？ 填料：白色粉末状的无机矿物质，加填量最多可达25% 。 加填：造纸时加入填料，填充纤维间交织的空隙和纸张 凹凸不平的表面，工业上称之为加填。 方法：使用白色粉沫状的矿物质和水调成悬浮液，再在 打浆机或其它适当地方加入。 填料特点： 1) 颗粒细腻而均匀 2) 色纯而白度高 3) 具有良好的化学稳定性 4) 透明度小而折射率大 5) 成本低 第三节、辅料 一、填料 p常用填料的性质和组成 p 加填作用： 1) 增加纸张的平滑度、不透明度、紧度和白度； 2) 提高纸张的定量和降低成本； 3) 可在纸张中形成更多细小的毛细孔，且填料粒子 比纤维易被油墨润湿，因而可改善纸张对油墨的亲和 力。 p 过量加填副作用 1)纸张强度降低、施胶效果下降，在印刷中易发生掉 毛、掉粉现象，而脱落下来的毛、粉易传递到橡皮布 或印版上，造成糊版现象； 2) 填料有摩擦作用，会磨损印版，使印版的耐印力 下降。 p不同纸张的加填量 纸张名称 加填量 新闻纸 26% 凸版纸 530% 胶版纸 1025% 字典纸 2030% 二、胶料 p施胶的目的 1）纸张获得一定抗拒液体渗透的能力； 2）防止印刷时网点扩散和书写时发生洇水； 3）提高纸张的机械性能和表面强度。 纸张为什么容易吸水？ 1) 由植物纤维交织而成的纸张，纤维间 存在大量的空隙 2) 纸张的纤维间存在着大量的毛细孔 3) 纤维中含有大量的纤维素和半纤维素 p 施胶方法：内部施胶+表面施胶(施胶效果) 重施胶+轻施胶(胶料加入量)： 施胶量一般约占浆料重量的0.259% 内部施胶：在造纸过程中向纸浆中加入胶 料，使胶料沉淀在纤维上再抄造成具有憎液 性的纸和纸板 松香、聚烷基烯酮胶料、石蜡、松香乳剂 、沥青胶等 p 表面施胶：将纸或纸板浸入成膜性胶料溶液中，在 纸面上形成部分连续的薄膜，从而使纸张具有憎液性 作用：用以改善纸张的表面性能，使吸墨性、匀均 性得到提高，表面平滑度也提高，同时也提高了纸张 的表面强度和挺度。 表面施胶胶料：改性淀粉、动物胶、聚乙烯醇、羧 甲基纤维素、甲基纤维素、石蜡胶。 三、色料 p包括颜料和染料。色料可改变和调整纸张的颜 色，又称为调色和染色 p减光法和加光法 请见p8 p常用色料 碱性染料-盐基槐黄、盐基玫瑰红、盐 基品蓝等； 酸性染料-酸性金黄、酸性桃红、酸性 湖蓝、酸性青莲等； 直接染料-直接大红、直接橘黄、直接 品蓝等。 四、其它化学助剂 1、湿强剂 2、干强剂 3、助留剂 4、消泡剂 5、抗水剂 第四节、造纸工艺简介 p将植物纤维原料加工处理成细小的纤维，并 加入适量的添加剂抄制成薄膜状物质的过程。 p制浆+造纸-两大工艺流程。 制浆：利用化学、机械或化学机械两者相结 合的方法将植物原料离解，变成以纤维素为主 体的漂白浆或本色浆的生产过程。 造纸：将纸浆通过各种加工过程制得纸张的 过程。 p制浆工艺 请见p9 2 离解 4 筛选 5 漂白 p制浆 p制浆方法：机械法、化学法、化学机械法 机械法：利用机械摩擦力磨解植物原料而得到 纤维浆料的方法； 机械木浆(磨木浆)、机械草浆 磨木机磨浆筛选本色磨木浆 原料储存备料 蒸煮处理磨木机磨浆筛选褐色磨木浆 机械浆特点 (1) 得浆率高达9098% ； (2) 环境污染小，设备和生产工艺简单，成本低 ； (3) 纸张组织均匀，质地松软，可压缩性强，吸收 性好，不透明度高； (4) 机械强度较差(纤维短小、木质素未被除去)、 弹性较小、伸缩性大、易发黄发脆。 磨木浆机（ Bauer double disc refiner， early 1950s ） 药液 漂白剂 原料 切片 蒸煮 洗涤 筛选 漂白 蒸汽 化学法：将化学药品与植物纤维原料放入蒸煮 容器中蒸煮，将原料中的木质素溶解除去，使原 料纤维彼此分离出来成浆的方法。 化学浆：碱法制浆+酸法制浆(化学试剂) 碱法制浆：NaOH+Na2S 硫酸盐浆：由碱法制得的化学浆；纤维粗而 坚韧，物理强度好，抗热性好，不透明度差， 漂白难； 用途：抄制纸袋纸、电缆纸、电容器纸、包 装纸，印刷用纸和文化用纸等 酸法制浆：亚硫酸+亚硫酸氢钙 亚硫酸盐浆：由酸法制得的化学浆，特 点是纤维长，并有良好的结合力，漂白容 易，纤维虽硬但具有一定的韧性，它的机 械强度不如碱法制得的纤维好。 用途：抄制新闻纸、凸版纸、各种高级 书写纸、印刷用纸、证券纸等。 化学机械法：采用半化学法和化学机械法两种。 制浆时首先用化学药品对原料进行预 处理，然后再用机械方法进一步磨解。 特点：得浆率较高，可达60%-85%；但纤维 束较多，木质素还大量存在。 用途：可抄制新闻纸、包装纸和各种包装纸板等 。 打浆 加入调料 纸料的稀释和精选 纸页的抄造 纸张的完成整理阶段- 压光、涂布、复卷、成令 p造纸 打浆 纸浆为什么要进行打浆？ 1）成束纤维 2）纤维长短不一 3）纤维粗细不一 打浆作用 （1）增加纤维间结合力； （2）提高纸张强度； （3）增加纸张平滑度和紧度； （4）降低吸收性和不透明度。 纸料浓度调节 纸浆 储浆池 调节箱 尘砂箱 筛浆机 充分搅拌均匀 调料的加入：向打浆完毕后得到的浆料中加入各种 辅料，填料、胶料、色料等 纸料稀释和精选 根据纸张厚度和定量进行浓度调节，纸料含量0.51% 精选目的：进一步除去纸料中的尘埃和杂质及残存的纤 维束 纸页的抄造 抄纸即为由纸浆形成纸页的过程。 方法：湿法造纸和干法造纸 送入纸浆 湿纸 湿纸 干纸 成品纸 含水99% 含水85% 含水65% 含水3%-5% 请见p12 第五节 纸页的涂布加工 （1）涂布加工的目的及对纸张的影响； （2）印刷涂料纸（铜版纸）的种类 （3）印刷涂料纸的生产 p涂料纸：即铜版纸 p涂布加工：利用瓷土、碳酸钙、钛白、胶黏剂和 助剂等配制成白色涂料，在涂布设备上将涂料涂敷 在原纸表面，再经过干燥和压光，制得的颜色洁白 、表面光滑、具有良好吸收性和印刷性能的涂料纸 。 p分单面涂布纸+双面涂布纸 p涂布量：1520g/m2 p涂布加工作用： 使凹凸不平的纸张表面平滑度和均匀性得到改 善，吸墨性提高；同时还可以改善纸张的光泽度 ，改善纸张的形稳性和不透明性。 p涂料纸的生产：原纸的制备 涂料制备 涂布机涂布 干燥 压光和表面整理 分切或复卷 非涂料纸和涂料纸的显微表面 非涂料纸和涂料纸的网点再现 未涂料纸网点再现 涂料纸网点再现 第六节 纸张的结构 p构成纸张的元素及它们在整个纸页中的排列和分 布。 纸张的结构特点： 1、具有多相复杂的结构元素； 2、结构元素在三个方向上分布各向异性； 3、具有孔隙结构； 4、结构元素之间存在结合力，构成纸张强度基础； 5、多数纸张结构具有双面性。 p纸张的正面和反面 请见p24 1.纸张两面性 2.纸张两面不匀的现象 3.对印刷纸质量的影响 4.克服纸张两面性的措施： 采用立式加网造纸机 纸张的两面性对印刷的影响 纸张两面平滑度和施胶度的差别，造成纸张 两面对油墨的接受性和吸收性不同。 当纸张两面吸收性差别较大时，印品两面 墨迹深浅不一，甚至会发生透印故障。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，在印刷中更易发生拉毛现象。相反 ，纸张的反面较粗糙， 着墨效果较正面差， 但表面强度高，在印刷中不易发生拉毛现象。 在实际印刷中也发现，与纸张正面接触的 橡皮布表