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纤维与细胞(光学显微镜辨别) 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 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,一、纤维细胞 壁的结构 胞间层 middle lamella 初生壁 primary wall 次生壁外层 secondary wall 1 次生壁中层 S2 次生壁内层 S3,化学成分在纤维中的分布,二、制浆造纸,二、制浆造纸,纸浆,植物,纸,（一）制浆,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。,制浆的基本过程,（一）制浆,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。 备料的基本过程： 1 原料的贮存 2原料的处理 3处理后料片的输送和贮存,备料,削片机,（一）制浆,制浆方法：,（一）制浆,化学法制浆(CP,Chemical Pulping) 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。,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,通常采用的化学试剂为：,碱法制浆蒸煮原理,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： 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； 缺点：得率低，污染大。,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),化学法制浆工艺,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,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。 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）。 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。 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,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 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,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 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 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 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。 漂白剂：Zn2S2O4、 硼氢化钠等，但还原漂剂价格高,将一定长度的原木送入磨木机内，利用原木与高速旋转的磨石之间的摩擦力，在磨石的挤压、剪切和摩擦作用下，使原木离解成单根纤维，再用水把纤维从磨石表面冲刷下来，即成磨木浆。, 磨石磨木浆(SGW),指木片在两个相对旋转的磨盘间，利用磨盘与木片及木片与木片之间的摩擦力，使木片先被破坏成火柴状，这些火柴状的小木条经过相互间的摩擦而离解成单根纤维制成的纸浆。, 木片磨木浆（RMP）,磨盘,料口,先用温和的化学法处理原料，然后磨解成浆。,生物法制浆,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。 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）,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,打浆目的,打浆和调料,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 施胶的目的是改变纤维表面能，以控制水性液体向纸内渗透。纸张施胶通常是出于以下目的： (1)最终使用的要求。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、水基油墨的持留等。 (2)纸机操作。如施胶压榨胶液持留、涂料持留、压光机表面施胶液持留等。 (3)抵抗偶然性润湿。如办公用纸、谷物或化妆品包装盒、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 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 主要施胶剂为淀粉及其衍生物等,施胶(Sizing),(一)施胶剂必须能产生疏水性纤维表面 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。 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。,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： 滑石粉(成分:MgO 30.6%, SiO2 62%, 白度96.8% 瓷土(成分:Al2O3 39%, SiO2 45%,白度82%） CaCO3 TiO2 BaSO4,化学助剂,染色 根据要求可加入适当染料制成希望色泽的纸 湿强剂：脲醛、三聚氰胺树脂,(三) 造纸机(Papermaker),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 纸页的方向性： 纵向（MD）和横向（CD）：MD纸机运行的方向（原因：浆流速度低于网速，使较多的纤维长度沿成型网运行方向排列） 纸页的正反面：反面-贴近网面的一边细小纤维和填料通过网孔流失较多，成纸后表面相对粗糙。正面平滑和光洁的,长网造纸机(Fourdrinier Machine),压榨部：挤压脱水，增加纸页紧度，干度达2542%,压榨作用示意图,1981年推出的宽压区压榨, 压区内有较长的停留时间,用于最后一道压榨时,改进纸幅的结构,关键部件是固定的靴形加压板(pressure shoe)和不透水的合成胶带. 靴形板用润滑油连续润滑. 压力维持时间是传统压榨的8倍, 实现了压榨脱水的重大跃进.,长网造纸机(Fourdrinier Machine),干燥部：脱除湿纸页中的水分，完成纸的施胶，使纸干度达到92-95% 作用：提高强度,增加平滑度。,干毯、纸页和烘缸,长网造纸机(Fourdrinier Machine),压光卷