制浆造纸重点回顾.ppt

重点知识回顾 l纸包装的特点 其中：绿色包装的概念 l造纸原料的分类 l造纸原料的生物结构：纤维和杂细胞的特点 微细纤维的结构 l造纸原料的化学组成：纤维素、半纤维素、 木素 &纤维与细胞(光学显微镜辨别) v纤维与杂细胞：植物由细胞 组成，在造纸工业上将成熟 的细长细胞称为纤维，短、 粗、异型细胞不适合造纸， 称为杂细胞 v纤维形态：中空、壁厚、细 长呈纺锤状 长15.6mm(禾草、木材纤 维)，宽0.0080.012mm l一、纤维细胞 l壁的结构 l胞间层 middle lamella l初生壁 primary wall l次生壁外层 secondary wall 1 l次生壁中层 S2 l次生壁内层 S3 化学成分在纤维中的分布 木素纤维 素 半纤 维素 M L 90% 10% P70%10%20% S1 40%35%25% S2 15%55%35% S3 5%55%40% 二、制浆造纸 二、制浆造纸 造纸 制浆 纸浆 植物 纸 （一）制浆 v什么是制浆？ 将造纸原料分散为单根纤维的过程叫制浆， 获得的产品称为纸浆。 制浆目的： 溶出原料中的木素，使原 料分离成单根的纤维，增 加纤维的比表面积（单位 重量纤维的表面积）。 （一）制浆 制浆的要求： 制浆的要求： 在纤维尽量不受或少受损失的前提下，消耗较少的动力， 将植物纤维分离成单体纤维，使浆料具备一定的比表面积 和交织性能，为纤维之间的重新结合创造条件。 备料制浆洗涤筛选 漂白 纸浆 制浆的基本过程 （一）制浆 v备料：制浆前把粗长的木材、禾草切成小块的 料片并去除杂质的操作。 v备料的基本过程： l1 原料的贮存 l2原料的处理 l3处理后料片的输送和贮存 备料 二、原料场的基本要求 防火与安全：防止自燃、雷击、人为事故等 排水：保证排水沟畅通；注意垛基构造 通风：通风道、垛间距离、垛的长度方向 运输：原料特点、运输设备 照明：照明灯塔、埋设电缆 注意：堆垛方法、堆垛规格、堆垛间距 备料 三、原木的贮存 l水上贮存：均匀水分，防止腐烂，简化搬运 操作；沉底与污泥问题等 l地面贮存：降低水分与树脂含量，腐烂变质 问题； 注意：堆垛方法、堆垛规格、堆垛间距 备料 削片机 （一）制浆 制浆方法： （一）制浆 化学法制浆(CP,Chemical Pulping) W 原理： 用化学药液蒸煮料片，在高温下化学药剂与料片中 的木素反应生成水溶物，使纤维分离分散成为浆料。 W 木素从植物原料中溶解在水溶液中，可采用的方法： 增加木素的脂肪族和芳香族羟基或羧基的数量，来提高其亲水 性； 降解木素大分子为较小的能溶解在水中的碎片； 把亲水取代基与木素大分子相连接，使它的衍生物可溶于水中 （一）制浆 l通常采用的化学试剂为： 酸法制浆 碱法制浆 亚硫酸盐法：SO32- 烧碱法：NaOH 硫酸盐法：NaOH+Na2S 化学药剂 石灰法：Ca(OH)2 碱法制浆蒸煮原理 SH- SH- OH- SH-、OH-等离子和木素发生亲核反 应，使木素大分子的醚键断裂， 大分子变成小分子，并且亲液性 的酚羟基增加，木素的亲液性增 强，使木素自木片中溶出。 （一）制浆 SO32-或HSO3-和木素发生 亲核反应，生成木素磺 酸，木素磺酸与溶液中 的盐基结合，生成木素 磺酸盐，从木片中溶解 出来。 酸法制浆蒸煮原理 化学法制浆中纤维素的分解 1、碳水化合物的降解反应：剥皮反应，100C以上开始；碱性水解，150C以上开始 （一）制浆 化学浆的特点： J 这种方法制得的纸浆大致保留了纤维的天然 长度，去除了大部分木素，能用来生产强度 高、柔软的高档纸； L缺点：得率低，污染大。 （一）制浆 化学法制浆方法比 较 化学法制浆工艺 化学药液 原料备料装锅蒸煮(升温、放汽、保温) 黑液 放锅洗涤筛选漂白纸浆(漂白浆) 本色浆 漂白剂 化学法制浆工艺 v 蒸煮过程：主要是脱木素的过程。（蒸煮曲线） 蒸煮温度：155180 蒸煮时间：1.5h2h 蒸煮设备：间歇式和连续式、通常使用立式的蒸煮锅 蒸煮条件的确定 l在100C以前，蒸煮液浓度有所下降，但木素基本没 有溶出，此阶段碱液向原料内部浸透，主要溶解的物 质是原料的淀粉、果胶、脂肪、树脂及低分子量的半 纤维素。 l 初始脱木素阶段：100150C这一升温阶段，蒸煮 液浓度继续下降，但木素溶出仅26.6%（对原木素） 。 l 大量脱木素阶段：150175C（最高温度），木素 溶出63.2%（对原木素），此时，木片已分散成浆。 l 残余木素脱除阶段：碱液浓度继续下降，但木素溶 出只有8%（对原木素），这一阶段碳水化合物降解 较多。 化学法制浆工艺 洗涤与筛选 洗涤： 通过挤压、过滤等作用将废液从 纸浆当中分离出来 其中： 黑液：碱法制浆的废液 红液：酸法制浆的废液 洗涤设备：常用真空洗浆机、压 力洗浆机 洗涤方式： 多段逆流洗涤 化学法制浆工艺 l筛选： 将纸浆中的杂质 分离去除的过程 。 筛选设备：振动 筛、离心筛、锥 形除渣器 框式摇摆筛 离心式筛浆机 化学法制浆工艺 v 碱回收 利用加热、蒸发和燃烧有机物的 方法将废液中的无机物如Na2S 和Na2CO3进行苛化（即加入 Ca(OH)2），最终废液中生成 NaOH，重新送入蒸煮工段使用 。 l减少了造纸废液对环境的污染 l循环利用化学药剂 l回收利用废液中的木素 化学法制浆工艺 v 漂白：除去浆中的残留木素或者改变木素发色基团的以提 高纸浆的白度 l白度：白色或接近白色的纸和纸板表面对蓝光的反射率相 对于蓝光照射氧化镁标准白板表面时反射率之比，称为白 度，以%表示。 未漂浆漂白浆 化学法制浆工艺 l漂白方法： a.氧化性漂白：利用氧化剂除去浆中残留木素及发色物 质 F 特点：漂白白度高，稳定性好，保持持久，纸和纸板 长期存放不褪色 F漂白剂：ClO2 NaClO H2O2 Na2S2O3 b. 还原性漂白：利用化学药剂破坏纸浆中的发色基团， 使纸浆变白 F特点：漂白剂不起脱木素作用，只能脱色，稳定性差 ，易产生“返黄”现象。 F漂白剂：Zn2S2O4、 硼氢化钠等，但还原漂剂价格高 机械法 用物理方法将植物纤维原料分散成纤维，生产过 程中不使用任何化学药品。机械法分为磨石磨木 浆和木片磨木浆。 原理：通过机械摩擦、剪切、撕裂、切割等作用将原料分 散成纤维 特点：得率高，无污染。因保留了所有成分(杂细胞、木素 )及对纤维的切断，使得用这种浆生产的纸强度低、发脆， 漂后发黄等。 将一定长度的原木送入磨将一定长度的原木送入磨 木机内，利用原木与高速木机内，利用原木与高速 旋转的磨石之间的摩擦力旋转的磨石之间的摩擦力 ，在磨石的挤压、剪切和，在磨石的挤压、剪切和 摩擦作用下，使原木离解摩擦作用下，使原木离解 成单根纤维，再用水把纤成单根纤维，再用水把纤 维从磨石表面冲刷下来，维从磨石表面冲刷下来， 即成磨木浆。即成磨木浆。 磨石磨木浆(SGW) 磨石 料箱 指木片在两个相对旋转指木片在两个相对旋转 的磨盘间，利用磨盘与的磨盘间，利用磨盘与 木片及木片与木片之间木片及木片与木片之间 的摩擦力，使木片先被的摩擦力，使木片先被 破坏成火柴状，这些火破坏成火柴状，这些火 柴状的小木条经过相互柴状的小木条经过相互 间的摩擦而离解成单根间的摩擦而离解成单根 纤维制成的纸浆纤维制成的纸浆。 木片磨木浆（RMP） 磨盘 料口 化学机械法制浆(Semi-chemical Pulping) 先用温和的化学法处理原料，然后磨解成浆。 特点：两段制浆，包括化学预处理和机械后处理 两个阶段。 化学预处理（浸渍）是用化学药剂将原料的非纤维 成分溶解掉，实现纤维的软化，使纤维组织松弛， 更适于磨浆。 APMP 碱性过氧化氢化学机械浆 l l APMPAPMP工艺工艺是将制浆与漂白结合在一起同时完成的 l l 工艺过程：工艺过程：主要是浸渍和磨浆 l洗后木片 常压预汽蒸 一段螺旋压榨、预浸 常压预蒸仓 二段螺旋压榨、预浸 常压预蒸仓 一段常压磨浆 洗涤脱水 二段常压磨浆 消潜 筛选 l l APMPAPMP特点：特点：杨木APMP与BCTMP相比较有能耗低、化学药 品 消耗较低、白度和强度较高的特点；但针叶木 APMP与BCTMP 相比较未表现出明显优势。 生物法制浆 l以微生物或其制品（酶）对木片进行预处理，然 后用机械法或化学机械法制浆。 l 生物处理的目的：有选择性地分解（降解）原 料中的木素，尽可能减少碳水化合物的损失。从 而降低磨浆能耗，减轻废水污染，提高纸浆强度 。 主要采用：白腐菌、漆酶等（研究阶段） （二）造纸（papermaking） l造纸就是将制得的纸浆分散开来后获得交织 均匀的薄片。 （二）造纸（papermaking） 目前以湿法造纸为主，即 水 胶料 填料 水 纸浆打浆施胶加填调浓纸页成型压榨 干燥压光整理纸或纸板 打浆(Beating) 利用物理机械方法处理浆料，使纤维经挤压、摩擦 、揉搓、剪切等作用，互相分离成单根纤维 打浆的作用 （1）使细胞壁发生位移和变形 （2）破除初生壁(P)和次生壁的外层(S1) （3）细纤维化（分丝帚化纤维两端与纤维表面微 细纤维分散蓬松） & 打浆与调料 未经打浆的纤维经过打浆的纤维 & 打浆与调料 l打浆目的 宏观：增加纤维之间的接触面积，增强纤维间的交织力 微观：游离出更多的羟基，游离出更多的羟基，利于分子链间的氢键结合 氢键结合 l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。 l OH键之间的键 角被压缩到104. 5 度。 纤维间氢键的形成过程 -通过水分子形成的水桥连接 & 打浆和调料 l打浆设备： 槽式打浆机 圆盘磨浆机 打浆 & 施胶(Sizing) 施胶 通过向纸浆冲加入耐水性胶料或在纸幅表面涂胶，使纸 张获得抗拒液体扩散和渗透的能力。 施胶的作用 l 施胶的目的是施胶的目的是改变纤维表面能，以控制水性液体向纸内改变纤维表面能，以控制水性液体向纸内 渗透渗透。纸张施胶通常是出于以下目的： (1)(1)最终使用的要求。最终使用的要求。如液体包装、胶版印刷、潮湿食品 如液体包装、胶版印刷、潮湿食品 包装、冷冻家禽和农产品装运、可胶粘性、水基油墨的包装、冷冻家禽和农产品装运、可胶粘性、水基油墨的 持留等。持留等。 (2)(2)纸机操作。纸机操作。如施胶压榨胶液持留、涂料持留、压光机如施胶压榨胶液持留、涂料持留、压光机 表面施胶液持留等。表面施胶液持留等。 (3)(3)抵抗偶然性润湿。抵抗偶然性润湿。如办公用纸、谷物或化妆品包装盒如办公用纸、谷物或化妆品包装盒 、食品杂货包装袋等。、食品杂货包装袋等。 施胶(Sizing) 施胶方法： 纸内施胶：将胶料直接加入纸浆内 l以松香胶为例，先将松香加碱和蒸汽熬成胶 料，然后加入打浆后的纸浆中，用明矾作用 将松香粒子沉淀在纤维上，在干燥高温下松 香熔化堵塞毛细孔。 表面施胶：用一种或两种施胶剂涂于纸的单 面或双面使其有较高的憎水性 l主要施胶剂为淀粉及其衍生物等 & 施胶(Sizing) ( (一一) )施胶剂必须能产生疏水性纤维表面施胶剂必须能产生疏水性纤维表面 l 施胶剂应能增加纸页的疏水性，分子结构 上应有疏水性基团。 l 施胶剂分子的疏水部分伸出纤维表面也是 必要的。这样，液体分子与纸页表面接触时 将遇到疏水的施胶剂分子，而不是亲水的纤 维素和半纤维素分子。 & 施胶(Sizing) ( (二二) ) 施胶剂要能先被吸附在纤维表面随后留着在施胶剂要能先被吸附在纤维表面随后留着在 纸页中纸页中 l 内施胶剂的主要留着机埋是施胶剂粒子与纤 维和细料的异质凝聚(Heterocoagulation)。 l 为了改善施胶剂的留着，有必要赋予施胶剂 粒子正电荷，以便它们被负电荷的纤维和细料 吸附并留着。 l l 纤维表面带有负电荷纤维表面带有负电荷 & 施胶(Sizing) (四)胶料分子定向排列 l如果是两亲分子，胶料分子必须良好定向于 纤维表面，它们的非极性基团朝向外面以形 成疏水性的纤维表面。 l 施胶(Sizing) & 加填(Fill) 加填 向纸浆中加入适当的无机填料，以改善纸页的光学性能( 不透明)、印刷性能(表面光滑、均匀、吸墨性好)，降低 成本，加入量在240%。 常用的填料： l滑石粉(成分:MgO 30.6%, SiO2 62%, 白度96.8% l瓷土(成分:Al2O3 39%, SiO2 45%,白度82%） lCaCO3 TiO2 BaSO4 化学助剂 l染色 根据要求可加入适当染料制成希望色泽 的纸 l湿强剂：脲醛、三聚氰胺树脂 (三) 造纸机(Papermaker) l造纸机主要有 长网造纸机 圆网造纸机 夹网造纸机 长网造纸机 夹网造纸机 & 长网造纸机(Fourdrinier Machine) 1799年法国印刷工洛伯特发明了无端网带，1804年长 网造纸机发明，自此机械化造纸替代了手工捞纸，纸 的产量与应用范围逐年增加。 纸机的主要组成： 浆料流送部网部压榨部干燥部压光和卷曲 长网造纸机(Fourdrinier Machine) 流浆箱 以稳定的流速、均匀地将浆料迸上铜网。确保形成质量均 匀的纸页。 长网造纸机(Fourdrinier Machine) 网部：初步脱水形成厚薄均匀的湿纸幅 长网造纸机(Fourdrinier Machine) 网部对纸页质量的影响： 决定纸张的定量与厚度决定纸张的定量与厚度 纸页的方向性：纸页的方向性： 纵向（纵向（MDMD）和横向（）和横向（CDCD）：）：MDMD纸机运行的方向（纸机运行的方向（ 原