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再生新闻纸印刷适性的影响因素及提高途径 摘要 再生纤维是一种具有经济效益和社会效益的造纸资源，受到世界各国的 普遍关注。利用再生纤维生产新闻纸己受到广泛的认可。本论文主要研究利 用再生纤维抄造新闻纸的印刷适性及影响印刷适性的因素，旨在提高再生纤 维新闻纸的性能，扩大再生纤维的使用量。 影响再生纤维新闻纸的印刷适性的主要有基本物理性能、光学性能、力 学性能、吸收性等。良好的适性不仅能够保证印刷顺利进行，同时还决定纸 张的印后效果如透印、印刷色彩等等。 实验表明，改变压光机压力、环境湿度，增加原生纤维加入量，再生纤 维使用次数等因素对再生纤维新闻纸表面强度均有不同程度的影响。加入增 强剂及填料对纸张的印刷适性有明显改善。 关键词：再生纤维新闻纸印刷适性表面强度平滑度 i n f l u e n c ef a c t o ra n di m p r o v e m e n tw a yo f p r i n t a b i l i t y t os e c o n d a r yn e w s p a p e r a b s t i n c t s e c o n d a r yf i b e ri sav e r yi m p o r t a n tk i n do fp a p e rm a k i n gr e s o u r c eb e c a u s e o fe c o n o m i ca n ds o c i a lb e n e f i t ，s oi ti sc o n c e m e db ya l m o s ta l lt h ew o r l d t h e p o s s i b i l i t yt om a k en e w s p a p e rb ys e c o n d a r yf i b e ri sw i d e l ya c c e p t e d t h i st h e s i s m a i n l yd i s c u s s e st h ep r i n t a b i l i t yo fn e w s p a p e rm a d eb ys e c o n d a r yf i b e ra n dt h e i n f l u e n t i a lf a c t o r sa b o u tt h ep r i n t a b i l i t y t h ea i mi st oi m p r o v es e c o n d a r yf i b e r n e w s p a p e r s p e r f o r m a n c ea n de x p a n di t su s i n gq u a n t i t y 。 t h eq u a l i t i e s ，w h i c he f f i c tn e w s p a p e rp r i n t a b i l i t y ，i n c l u d eb a s i c p h y s i c a l p e r f o r m a n c e s ，o p t i c a lp e r f o r m a n c e s ，m e c h a n i c a lp e r f o r m a n c e s ，a b s o r b i n g d e t e r m i n et h ei m p r e s s i o no fn e w s p a p e rs u c ha sp r i n t i n gt h r o u g h ，p r i n t i n gc o l o r s e t c 。 i ti ss h o w e db ye x p e r i m e n t a lr e s u l t st h a t ：c h a n g i n gt h eb u l kb yc o n t r o l l i n g t h ep r e s s u r eo f c a l e n d a r i n g ，c h a n g i n gh u m i d i t yo fc i r c u m s t a n c e ，i n c r e a s i n gt h e p r o p o r t i o no fo r i g i n a lf i b e ro ri n c r e a s i n gt h eu s i n gt i m e so ff i b e rh a v ed i f f e r e n t d e g r e ei n f i u e n c et os e c o n d a r yf i b e rn e w s p a p e r ss u r f a c es t r e n g t h 。a n da d d i n gi n s o m ea d d i t i v e sa n df i l l e rc a ni m p r o v et h ep r i n t a b i l i t yo fs e c o n d a r yf i b e r o b v i o u s l y 。 k e yw o r d s ：s e c o n d a r yf i b e r ，n e w s p a p e r ，p r i n t a b i l i t y ，s u r f a c es t r e n g t h , s m o o t h n e s s u 再生新闻纸印刷适性的影响因素及提高途径 原创性声明及关于学位论文使用授权的声明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行 研究所取得的成果。除丈中已经注明g l 用的内容外，本论文不包含任何其他 个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究做出重要贡献的个 人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律责任 由本人承担。 论文作者签名 e l 期：! q q ! 生旦 论文使用授权的声明 本人完全了解陕西科技大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查 阅和借阅；本人授权陕西科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入 有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文和汇编 本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：导师签名： ， 期：! ! ! ! 生纽 再生新闻纸印刷适性的影响因素及提高途径 1 文献综述 随着我国经济的发展，人们对报纸、杂志的需求量日益增大，新闻纸的消费量也随 之增长。但是由于我国森林资源不足，随着全社会环保意识的加强，废纸原料已逐渐成 为我国造纸工业的主要资源之一。目前，全世界都在加大利用再生纤维生产新闻纸的力 度，对于改善再生纤维新闻纸性能的研究也在不断深入。 由于报纸时效性的要求，印刷速度的要求越来越高。目前报社印刷系统多采用从德 国、美国、日本进口的高速彩色印刷机，高速印刷车速可达1 2 万印张一1 4 万印张。为了 保证印刷的顺利进行，新闻纸就必须有较高的强度，再生纤维新闻纸强度尤其是表面强 度与国内外常用原生纤维新闻纸之间存在很大差距。为扩大再生纤维在新闻纸生产中的 使用量，必须改善其强度性能尤其是表面强度，在印刷过程中，改变印刷速度、印刷压力、 版材、版筒的曲度、油墨的厚度、温度等因素都会引起剥纸现象，如果其它因素不变，只 改变纸张的生产工艺，则临界拉毛速度反映了纸张的表面强度。目前关于提高胶印新闻 纸表面强度的研究较多，总的来说就是改变浆种、控制打浆浓度和打浆度、加入增强剂 等方法。对于再生纤维新闻纸来说，在回用过程中其纤维形态有了很大的变化，因此与 原生纤维新闻纸性能方面既有相同的地方，也有不同点。本研究主要是通过对再生纤维 新闻纸的印刷适性的研究，找出其存在的不足，并通过改变造纸工艺、加助剂、加填等 方法加以改善，使其尽可能的满足印刷的要求。 1 1 新闻纸的生产现状 随着印刷技术的飞速发展，报纸己由传统的单张、单色铅印转变为高速、多色胶印， 在彩报印刷中，双面彩报已是现在发展趋势，而双面彩报印刷时对纸张的要求更高。所 用的纸张白度要相应的提高，这样才可以提高报纸的质量，比较真实的反映图像的色彩； 纸张的平滑度要尽可能的高，这样会使图像的层次丰富、色彩生动；在机械强度方面， 要注重考虑纸张的表面强度和抗张强度，双面印刷要经过四次压印，若纸张掉毛、掉粉 严重，将会出现糊版影响印刷质量，若纸张抗张和撕裂强度较低，还会造成断纸，影响 印刷报纸的效率；随着印刷速度的提高，油墨干燥速度相应加快，以免出现背面蹭脏， 所以纸张的吸墨性要好：由于彩色胶版印刷必须先上润版液，润版液中的水分会引起纸 张变形，如果变形严重就会引起套印不准，印迹模糊，因此纸张的吸湿变形不宜太大。 总之，新闻纸生产正全面向着有高白度、高平滑度、高强度、高吸收性、低变形率的方 陕西科技大学硕士学位论文 向发展。 1 2 新闻纸的主要性能 新闻纸( n e w s p a p e o 俗名白报纸，主要供印刷报纸和杂志用。新闻纸纸质松软、富有 良好的弹塑性：一般不施胶，具有较大的吸收性能，以保证油墨很快地固定在印迹上： 纸面经过压光后，两面平滑度较高，但新闻纸易在空气中被氧化，耐日光照射性较差， 易泛黄、变脆，纸张抗水性差。 1 2 1 纸张的印刷性能和印刷适性 纸张的印刷性能( p r i n t i n gp e r f o r m a n c e ) ，即达到正常印刷所要求的纸张性能，概括起 来不外乎两方面：一是保证印刷生产的正常进行，称之为纸张的印刷运行性能( p r i n t i n g r u n n a b i l i t y ) 二是要获得预期的印刷效果，也即纸张的印刷适性( p r i n t a b i l i t y ) 。所谓的正 常印刷生产，是指纸张能无故障顺利通过印刷机，印刷出合乎要求的印刷品。由此可见 纸张的印刷运行性能是印刷对纸张最基本的要求，它是纸张的外观质量、流变性能、强 度和吸湿性等基本性质的综合表现。所谓预期印刷效果，是指能得到与使用的纸张质量 的等级相适应的印刷品质量。因此，纸张的印刷适性也是指直接影响印刷品质量的质量 性能的总称 1 2 2 影响新闻纸印刷适性的因素 纸张的用途不一样，其质量要求也不一样。影响纸张印刷适性的因素很多，对于新 闻纸来说，影响其印刷适性的主要因素有其光学性能、基本物理性能、力学性能及吸收 性等 1 2 2 1 基本物理性能 新闻纸的基本物理性能包括定量、厚度、紧度、横向变异系数、平滑度等。纸张的 基本物理性能对其它性能产生很大影响，是影响新闻纸印刷适性的重要因素。 ( 1 ) 定量、厚度及紧度 定量是指纸张单位面积的质量，以g m 2 表示。在技术方面，定量是进行纸张各种技 术指标( 如强度) 评价时的基本条件；在经济方面它是每公斤单价总价格相关的基本因素。 纸张是按面积大小使用的商品，然而纸张的销售是按质量进行计价的，因此，从经济的 观点考虑，应尽可能使用定量低的纸张。现国外为节约原料，新闻纸的定量己降到4 2 9 m 2 甚至以下。 厚度表示纸张的薄厚程度，以r a i n 表示。厚度影响纸张的不透明度和可压缩性。 紧度是指每立方厘米纸张的质量，以g c m 3 ，表示。国际上更多的是测量纸张的松 厚度( b u l k ) 。松厚度是紧度的倒数，是指1 9 重的纸张的体积有多大，用c m 3 g 表示。一 2 再生新闻纸印刷适性的影响因素及提高途径 般来说，紧度与纸张的抗张强度成正比，与撕裂度成反比。同时纸张的紧度同时还影响 纸张的吸墨性和不透明度：紧度愈大，吸收速度愈慢，纸张的不透明度随紧度的增加而 减小。 ( 2 ) 横向变异系数 纸张的横向变异系数是纸张定量的横向差异。在测出纸张单位面积的质量后，利用 下面公式可以求出纸张的横向变异系数： d 一d ： 2 s 式中： 横向变异系数； d l ，d 2 单位面积纸张的质量，g ； 譬一纸张的单位面积，吖。 横向变异系数是实际生产中经常测量的参数。其数值越大，纸张定量越不均匀；数 值越小，纸张定量越均匀。横向变异系数过大，会使卷筒纸两边松紧不一，印刷时在轮 转印刷机上受力不均，绷紧的一边往往先撕裂而造成断头只有较低的横向变异系数，才 能保证正常的印刷要求。 ( 3 ) 平滑度 平滑度( s m o o t h n e s s ) 是指纸张表面平整光滑的程度，它取决于纸张表面的形貌，描述 了纸张的表面结构特性。由于纸张平滑度的测量受到纸张透气度和空隙率的影响，因此 也常用粗糙度( r o u g h n e s s ) 表示纸张的平整程度。为了获得良好的印品，要求墨层均匀、 印迹清晰，必须使橡皮布与印刷纸张接触良好，印刷平滑度是在纸张上获得忠实于原稿 印刷品的首要条件，它决定了在压印瞬间，纸张表面与着墨印版或橡皮布表面接触的程 度，是影响油墨转移率、图文清晰度的重要因素。同时，纸张平滑度高是获得高质网点 必不可少的条件，尤其是对彩报印刷来说更为重要。平滑度高的纸张，着墨均匀，印刷 压力一致，油墨转移性好，墨层厚薄一致，能得到较高的实地密度，网点扩大率小，色 彩再现较为理想。 1 2 2 2 光学性能 纸张的光学性质主要包括白度、色度、不透明度等。光学性质主要研究纸张对光的 响应，即纸张与光相互作用的行为。报纸的用途决定了新闻纸除满足印刷工艺要求外， 印刷后良好的色泽、色调、外观也十分重要。新闻纸的色调要适于阅读，使人的视觉不 易疲劳。良好的不透明度是保证印刷质量的先决条件。 ( 1 ) 白度 陕西科技大学硕士学位论文 纸张的白度( b d g h t e n e s s ) 问题，其实是一个光学范畴上的问题。这是因为纸张是由纤 维素、填料和空气所组成的，为此形成了纤维一填料、纤维一空气和填料一空气的许多 界面。当一束光线照射到纸面时，发生了三种现象：( 1 ) 反射( 散射) ，( 2 ) 透射，( 3 ) 吸收。 就是说，一束光线照射到纸张以后，一部分光线反射回来，而进入纸张内部的那部分光 线除一部分被纤维吸收外，只有- - d , 部分透射到达纸张的反面。散射( 包括反射) 回来的 这部分光，就是我们平时所说的形成了纸张的白度。 根据k u b e lk a - m o n k 理论，纸张的白度( r ) ) 与光的散射系数和吸收系数关系如下： r 。= 1 + k s 、( 1 + k s ) 2 - l 式中： r 。纸张的白度； k 光吸收系数； s 光散射系数。 光散射系数( s ) 是指光通过材料的无限薄层被反射的漫反射的光通量部分，光吸收 系数( k ) 是指光通过材料的无限薄层被吸收的漫反射的光通量部分。纸张的白度是重要的 外观条件，是判断新闻纸的质量重要标准。 ( 2 ) 色度 纸张的色度是指纸张表面所表现的其它颜色，由于新闻纸大多数是白色的，现代对 色度要求越来越重视，印刷者使用时不仅关心纸张的i s o 白度，同时要注意c i e 白度对 人视觉的影响。 ( 3 ) 不透明度 纸张的不透明度是由总透射光量决定的，通常用反差率来描述。印刷不透明度为单 张纸背衬黑体时的反射率与背衬足够层数相同纸的反射率的比率，表示为如下： 印刷不透明度：孕1 0 0 a o 式中： r 0 一单层纸背衬黑体时的反射率； r 。背衬足够层数相同纸的反射率的比率。 纸张的不透明度对于新闻纸来说是非常重要的控制指标，只有纸张具有一定的不透 明度才能够防止纸张透显现象，以保证印刷质量。影响纸张不透明度的因素很多，主要 取决于浆料种类、填料与纸页的成型结构。磨木浆及盘磨机械浆中木素含量高，光散射 系数大，不透明度高：化学浆木素含量低，光散射系数小，不透明度低。填料的光散射 4 再生新闻纸印刷适性的影响因素及提高途径 系数较大，细小纤维组分的光散射系数比中、长纤维组分大i 倍以上。纤维在成形网上 分布均匀、致密、无针孔、不透明度高。另外不透明度随着纸张的定量的增大而升高， 随纸张的亮度的增高而降低。可见，影响不透明度的因素不是单一的，而是由几个因素 相互制约、相互影响的。 1 2 2 j 3 力学性能 影响新闻纸印刷适性的力学性能包括抗张强度、撕裂强度及表面强度。对于新闻纸 来说，纸张在印刷机上移动速度快，承受的力加大，纸张的力学性能是进行印刷的基本 保证，只有具有一定强度才能保证不起毛、不断纸，不影响印刷效果和印刷效率。 ( 1 ) 抗张强度 抗张强度( t e n s i l es t r 锄g t h ) 是指纸或纸板在一定条件下所能承受的最大张力，以宽度 为1 5 r a m 的标准试样测得纸样断裂时荷重来表示。测量结果通常以下面几种方式表示： a ：抗张强度 一定宽度的试样断裂时所承受的张力，k n m 。 b ：裂断长 裂断长是一种假定的强度概念，它表示纸条长度达到不能承受本身的重量时自行断 裂时的长度，它与厚度无关，适用于比较不同定量的纸或纸板的抗张性能。 l b - 上。j l 。1 0 3 。9 8 岛g 式中： l b _ 一裂断长，k m ； ，平均抗张力，n ； l 旷试样纸条的宽度，r a m ； 广纸张的定量，g 时。 作为高速轮转印刷机的印刷用纸，新闻纸的抗张强度是十分重要的，因为纸张在整个 印刷过程中均处在张紧的状态，纸的纵向受到一定的拉力作用，如果纸张的抗张强度低 于纸在运行时的拉力，那么在印刷过程中会经常出现纸张断裂现象，所以为了保证印刷 工艺的正常进行，一般对新闻纸的抗张强度有一定的要求。抗张强度主要由浆料性质决 定，其次取决于成纸的纤维结合强度，而结合强度又受配浆中化学浆打浆后的纤维形态 及加填量的影响。 ( 2 ) 撕裂度 撕裂度( t e a r i n gr e s i s t a n c e ) 多指内撕裂度，即撕裂预先切有切口的试样至一定距离所 需要的力。为消除定量的影响，通常用撕裂指数表示撕裂度。撕裂指数是平均撕裂度除 陕西科技大学硕士学位论文 以定量，其值按下式计算： x - 里 ”w 式中： x - 撕裂指数，m n m g , s _ 在实验方向上的平均刻度读数； i r 一同时撕裂试样的层数； 卜_ 换算因数即刻度的设计层数； w 一定量，g m 。 与纸张的抗张强度相似，纸张的撕裂度对于高速轮转印刷的新闻纸来说是同样重要。 原料纤维的处理方式如打浆度等以及纤维的长度直接与纸张撕裂度有关。 ( 3 ) 表面强度 表面强度( s u r f a c e s t r e n g t h ) 是指纸张表面纤维、胶料、填料问或纸张表面涂料粒子间 及涂层与纸基之间的结合强度。它表示了纸张在印刷过程中抗油墨中黏合剂黏结分离力 的能力。当纸面与着墨的印版或橡皮布分离，油墨的分离力大于纸面粒子的结合力时， 纸面便会产生肉眼可见的破裂现象，在破裂的纸面出现不连续或连续的未着墨区域的现 象称为拉毛( p i c k i n g ) ，因此，又常把纸张的表面强度称为拉毛阻力( p i c k i n gr e s i s t a n c e ) 。由 于拉毛现象被油墨拉下的纸面纤维、填料或涂料堆积在橡皮布和印版表面，脏污橡皮布 和印版，轻者需要印刷工人及时擦去，严重时会引起糊版，无法进行正常印刷。 在胶印中，图文的转移要在极短的以瞬间内来完成。也正是在这一瞬间，油墨和纸 张之间存在极其复杂的机械力的相互作用。随着机器速度的不断提高，力系中惯性力的 影响相对增大，要使油墨能较理想地转印到纸张上，就要求纸张具有一定的表面强度， 且其表面强度必须满足下列公式： 。 p x + u + n 式中： 卜纤维与填料和胶料之间的结合力； x 一油墨对纸张的粘力； i 卜一剥离张力； n 橡皮布的吸附力与粘度。 用加速印刷的方法测得的临界拉毛速度v 。表征纸张的表面强度，在众多方法中是 最为科学的。但对于不同的拉毛油或油墨，尽管相同的纸张，其临界拉毛速度是各不相 同的，这就不便于不同纸张之间的相互比较，也难以与实际印刷联系起来，对此，美国 6 再生新闻纸印刷适性的影响因素及提高途径 纸张化学学院( i p c ) 的研究者们进行了大量的研究，提出了用临界拉毛速度与拉毛实验油 墨塑性粘度的乘积( 称之为v v p 值) 来度量纸张拉毛阻力的大小。经研究指出，对于一定 的纸张，v v p 值为一常数。v v p 值的提出为比较不同粘度拉毛油测定的纸张表面强度提 供了方便。 1 2 2 4 吸收性 纸张的吸收性主要包括纸张的吸墨性、尺寸稳定性和吸水变形。目前新闻纸印刷多 采用渗透干燥的方式，因此要求其有较强的油墨吸收性才能保证快速印刷的需要，防止 出现背面蹭脏；新闻纸纸质松软，吸水性能好，水分会引起纸张变形，导致套印不准等 现象，严重影响印刷效果。只有具有良好的尺寸稳定性、较小的吸湿变形性、很强的油 墨吸收性的新闻纸才适合当前的多色高速胶印。 n 1 吸墨性 纸张的吸墨性即纸张的油墨吸收性，是指纸张对油墨的吸收能力，或者说油墨对纸 张的渗透能力。其测量方法主要有二甲苯吸收性以及k & n 油墨吸收法。对于新闻纸来 说，其印刷油墨以渗透干燥为主，印速快，要求纸张有较强的吸墨能力，多采用二甲苯 的吸收速度来衡量纸张的的油墨吸收性。 油墨的吸收性实际上是纸张和油墨两方面固有特性在一定印刷条件下的综合反映。 就纸张来说，它与纸张的疏松程度、纸张纤维的表面性质、填料、胶料含量等因素有关。 ( 2 ) 尺寸稳定性 纸张的尺寸稳定性是指纸张含水量变化引起的形变。众所周知，纸张含水量改变不 仅是导致纸张的膨胀或收缩，而且由于含水量变化，使得纸张局部尺寸变化，从而形成 其它形式的形变，诸如卷曲，皱褶、形成波浪形等等。这种变形一部分是可逆的，也有 一部分是不可逆的永久变形，影响印品质量。纸张的尺寸稳定性不仅和环境的温湿变化 情况有关，也与原料纸浆的品种和纯度有关，一般来说，半纤维素比纤维素的吸湿量大。 ( 3 ) 吸湿变形 纸张吸水后纤维润胀，尺寸伸展，干燥脱水后又会引起尺寸收缩，加之水分在纤维 间渗透或失去，使纤维之间产生位移，致使尺寸发生变化。这一性质对印刷工艺产生一 定的影响，特别是多色胶印，纵然车间的温度和湿度可以控制，但是由于润湿液的使用， 导致每印一色纸张的含水量有所增加，这给获得准确的套印精度带来一定的困难，因此 这个问题是不可忽略的。 衡量纸张吸湿变形的性质通常以伸缩率表示。按国家标准，浸水伸缩率s l ( ) 按 下式计算： 陕西科技大学硕士学位论文 s l = = ! = x 1 0 0 上 式中： l 浸水前纵向或横向两标志之间的距离，咖： i r 一浸水后纵向或横向两标志之间的距离，m m 。 纸张本身是有方向性的，在其纵横两个方向上吸湿变形是不相同的。对一根纤维来 说，一根干纤维完全润湿后，其直径可增加3 0 ，而其长度方向只能增1 - 2 ，因此，测 量并控制新闻纸的横向吸湿变形显得更为重要。 1 2 3 衡量新闻纸印刷效果的主要因素 印刷的目的是将油墨转移到纸张，在纸张表面上高质量的再现印版上的图文信息。 印刷密度和透印是评价印刷品质量的两个重要指标，无论何种印刷方式都希望能用印版 表面最低的油墨量在纸张表面获得高印刷密度、低透印值的印刷品。 1 2 3 1 透印 透印( p r i n t i n gt l l i o u g h ) 是指在印刷品反面可见印迹的现象。对于新闻纸这类需双面印 刷的低定量纸张，透印问题显得尤为重要。从光学性能的角度来看，透印的结果表现为 印品反面光反射率减小，因此是印刷后不希望发生的现象，透印程度可用透印值来表示： p t = i o g ( r 一r p ) 式中： ， p 1 _ - 透印值 r 。- - 未印纸张反面在背衬以足够厚相同纸张时的反射率： r 广印品反面在背衬以足够厚未印纸张时的反射率。 如果用p t s t 表示因纸张透背( s h o wt h r o u g h ) 所致的透印组分，p t p p 表示因油墨中颜 料所致的透印组分，p t v s 表示因油墨中连接料从油墨整体中分离渗入纸张孔隙取代空气 所致的透印组分，则透印值为： p t = p t s t + p t p p + p t v s 由上式可见，透印的程度取决于油墨对纸张的渗透程度和纸张本身不透明度两个方 面。对于使用同种油墨相同墨量来说，透印程度主要取决于纸张本身性能。 1 2 3 2 实地密度 网点是中心距相等而面积不等的规则排列的黑实点，它是平版印刷上的构成图文的 最基本单位，它担负着再现原稿色调及组织层次和图像轮廓的作用。密度值越高，说明 油墨的墨层越厚或饱和度越高；反之则说明油墨饱和度低或墨层薄或网点面积小。利用 相同的油墨、控制一定的墨量、在相同的条件下进行实地印刷密度，油墨的饱和度、油 8 再生新闻纸印刷适性的影响因素及提高途径 墨厚度、网点面积都相同，因此油墨的实地密度值表示油墨的转移率，反映了纸张对油 墨的吸收性。 1 3 利用再生纤维的重要性 废纸回收纤维已成为当代造纸工业的发展趋势之一，它将成为造纸工业的主要纤维 原料资源。2 0 年来，废纸脱墨已成为一种非常重要的技术，并且还在持续、稳定地发展。 利用废纸一再生纤维造纸己受到全球范围的认可。与用原生纤维木浆相比，使用再生纤 维造纸经济效益和社会效益都是非常可观的。一般来说，一吨废纸可造纸4 0 0 千克一8 0 0 千克，可节省2 立方米4 立方米木材，节约1 0 0 0 k w h 电，节水3 0 0 立方米。总之， 废纸回收具有投资省、速度快、成本低、效益好、节省能源与木材资源，以及减轻环境 污染等优点，因此受到世界各国的普遍重视。而中国作为世界第二纸张消费大国，废纸 回收利用率还达不到3 0 。加强我国废纸的回收利用，做好报纸的回收工作，以废报纸 为原料，解决了新闻纸厂原料短缺问题有着广阔的前景。 1 4 本课题研究的意义和主要内容 关于胶印新闻纸印刷适性的研究，欧美工业化国家有关研究所和新闻纸制造商在6 0 年代就己经开始，而且至今仍未间断，主要的研究方向也由早期的理论研究转变为生产 应用型研究。本研究对再生纤维配抄新闻纸的印刷适性进行研究，主要针对经常出现掉 毛掉粉，甚至剥纸现象，色彩再现能力较差等问题，为改善报纸厂生产的再生纤维新闻 纸的印刷性能进行大量的实验和研究，并对其性能加以改善，使其尽可能满足多色彩印 的要求，并将研究结果应用于生产实践，使科研工作与生产实践相结合。可见，本研究 具有非常实计的应用价值。 本课题的研究主要内容是：通过对福建南纸生产用的新闻纸用浆实际配比情况，即 美国进口废纸脱墨浆d i p 和自生产t m p 按9 ： l 的配比生产，按一定生产工艺，抄造一 定定量的手抄片，在恒温恒湿条件下研究影响再生纤维新闻纸性能，影响再生纤维新闻 纸表面强度的因素和再生纤维新闻纸印刷性的改善，最后通过加入改变造纸工艺、纤维原 料、外界环境等手段，以及加入助剂和填料等方法对其性能的不足之处加以改善，通过 研究分析找出合理方法，使得再生纤维配抄新闻纸尽可能满足现代报纸印刷的需求，服 务于生产实际当中。 9 陕西科技大学硕士学位论文 2 影响再生新闻纸表面强度的因素 2 1 引言 本章主要研究造纸工艺、环境因素、纤维的配比及纤维的使用次数等因 素对纸张性能尤其是纸张表面强度的影响情况：即松厚度、环境湿度、原生 纤维的配比以及纤维回用次数等方面进行详细的分析，总结出提高再生新闻 纸表面强度的合理方法，服务于实际的生产情况，满足现代报社高速印刷机 的需要。 2 2 实验部分 2 2 1 实验原料与药品 福建南纸进口的美国废纸经浮选法脱墨后所得的再生纤维，打浆度为6 0 0 s r ：加拿 大进口的漂白化学木浆，打浆度为3 1 0 s r ；季按型阳离子淀粉，取代度为0 0 3 2 ：天津 造纸研究所生产的低粘度拉毛油。 2 3 实验结果与讨论 2 3 1 松厚度的影响 对新闻纸来说，通过压光可以提高表面的平滑度是其必要的生产工艺，从而保证良 好的印刷效果。压光的大小将直接决定新闻纸的松厚度，并影响纸张的其它性能。在相 同的条件下抄片，为防止压光对纸张的破坏严重而影响测量，抄片时先加入1 o 的阳离 子淀粉，再利用不同的压力压光。 ( 1 ) 松厚度对纸张平滑度的影响 在不同压力下压光得到不同松厚度的纸张，对纸张平滑度的影响如图卜1 所示。 从图1 1 中可以看出，当纸张的松厚度大于1 7 1 c m 3 g 时，随着压光压力的增加，纸张 松厚度减小，纸张的粗糙度基本呈现线性减小，且两面差值基本不变；当松厚度小于1 7 1 c m 3 g 时，纸张的粗糙度反面减小的幅度明显加大，两面差明显减小：当纸张的松厚 度达到1 6 6 c m 3 g 时，正反面的的两面差仅为松厚度为1 7 1 c m 3 g 时两面差的5 0 左右； 当纸张的松厚度继续减小，平滑度进一步增大，两面差继续减小。 1 0 要生堑璺垄! 生! 垄堡竺墅堕里茎垦堡查堡堡 目1 1 甲 9 墨t 袭s 3 1 4 51 6 51 8 52 0 5 2 2 52 4 5 松厚度，c m 3 g 图1 - 1 松厚度与纸张粗糙度的关系 f 词 i 星查l f i g u r e l - ir e l a t i o no f b u l ka n dr o u g h n e s s ( 2 ) 松厚度对纸张裂断长和撕裂指数的影响 在不同压力下压光得到不同松厚度的纸张，对纸张的裂断长以及撕裂指数的影响分 别如图1 2 。1 3 所示。 4 目3 5 誊3 碟2 5 1 4 51 6 51 8 52 0 52 2 52 4 5 松厚度c 皿3 g 图1 - 2 松厚度与纸张裂断长的关系 f i g u r e l - 2r e l a t i o no f b u l i 【a n db r e a k i n gl e n g t h 1 嬲 芝9 0 翟2 ：8 薰；：3 冀懿 2 ： 1 4 51 6 51 8 52 0 52 2 52 4 5 松厚度，c u 3 g 图卜3 松厚度与纸张撕裂指数的关系 f i g u r e ! - 3r e l a t i o no f b u l ka n dt e a r i n gi n d e x 陕西科技大学硕士学位论文 从图l - 2 中可以看出，当松厚度的值大于1 6 5 c m 3 g 时随着压光压力的增加，纸张松 厚度的减小，纸张的裂断长呈现线性减小，但减小的幅度很小；但当松厚度的值小于1 6 5 c m 3 g 时，压光压力使松厚度减小对纸张的裂断长的破坏严重。 从图1 - 3 中可以看出，当纸张的松厚度大于1 5 0 c m 3 g 时，随着压光压力的增加，松 厚度的减小，纸张的粗糙度呈现线性减小，而撕裂指数的下降趋势十分明显，远远大于 裂断长的下降幅度；当纸张的松厚度小于1 s 0 c m 3 g 时，撕裂指数的破坏更加严重。 ( 3 ) 松厚度对纸张表面强度的影响 将未进行湿压榨和进行湿压榨的手抄片分别在不同的压光下进行压光处理，得到不 同松厚度的纸张。再生纤维新闻纸的临界拉毛速度与改变松厚度变化的关系如图1 - 4 、 1 5 所示。 2 7 0 之2 4 0 g2 1 0 蜊1 8 0 倒1 5 0 御1 2 0 趔9 0 缶岳 6 0 磐3 0 o 14 51 6 51 8 52 0 52 2 52 4 5 松厚度c m 3 g 厅词 l 星亘i 图i - 4 未进行湿压榨松厚度与纸张表面强度的关系 f i g u r e l - 4r e l a t i o no f b u l ka n ds u r f a c es t r e n g t hn o tt ow e tp r e s s i n g 2 7 0 之2 4 0 暑2 1 0 隧1 8 0 制1 5 0 仲1 2 0 魍9 0 睬6 0 錾3 0 o 1 4 5 1 6 51 8 52 0 52 2 5 撇c m 3 g 厅司 l ! 匕星查i 图i - 5 经过湿压榨表面强度与压光压力的关系 f i g u r e l 一5r e l a t i o no f s u r f a c es t r e n g t ha n dc a l a n d e rp r e s s i n gt ow e tp r e s s i n g 从图1 4 和图1 5 中可以看出，无论是进行湿压榨还是没有进行湿压榨的纸张，不 压光时纸张的临晃拉毛速度最大：压力增大，松厚度减小，临界拉毛速度减小。对于未 再生新闻纸印刷适性的影响因素及提高途径 进行湿压榨的纸张来说，当纸张的松厚度大于1 6 5 c m 3 g 时，纸张的临界拉毛速度随松 厚度的减小基本呈线形下降的趋势，且两面差减小，当纸张的松厚度小于1 6 5 c m 3 g 时， 纸张的临界拉毛速度下降严重；对于进行湿榨的纸张来说，其变化趋势与未进行湿压榨 的纸张l 临界拉毛速度与松厚度的关系基本相同，只是进行湿压榨后使得临界拉毛速度下 降严重的转折点由1 6 5 c m 3 g 下降为1 6 0 c m 3 g 左右，可见当进行湿压榨并没有提高纸 张的表面强度的绝对值，但使得其下降趋势减小，达到对纸张破坏严重时，纸张的松厚 度值较小由于松厚度减小纸张的平滑度增加，因此进行湿压榨有利于提高纸张的印刷适 性。 根据有关研究资料表明通过压光增加纸张的紧度，减小松厚度能增加纸张各项强度， 并成直线的比例关系；但当压力增加到一定程度之后，使得纸张的各种强度均随着紧度 的增加而下降。但由图1 2 至图1 5 可以看出，再生纤维的各项强度性能均随压光压力 的增加而减小。这主要是由于一方面再生纤维纸张的吸水能力很差，根据表2 - 6 ，在标 准大气压下，其它纸张的水分含量约为6 5 ，而再生纤维新闻纸的水分含量为5 ，相 差3 0 。研究表明，当纸张水分含量低时，压光可完全不增加纤维结合，甚至使纸张开 裂，实际上降低了纤维结合程度，因此，其裂断长和撕裂指数都随紧度的增加而下降： 另一方面当压光压力较小时纸张的表面粗糙，与拉毛油墨接触面积较小，不易使细小纤 维拉毛，压光压力增大，纸张平滑度增加，纸张与油墨接触面积增加，使得细小纤维易 于被拉毛，临界拉毛速度减小。所以，压光使得再生纤维新闻纸的各项强度性能都降低。 2 3 2 环境湿度的影响 ( 1 ) 环境湿度对纸张性能的影响 本项实验使用福建南纸厂生产的新闻纸。改变环境相对湿度，测量纸张的性质如表 1 1 所示。 表1 - 1 环境相对湿度对纸张性质的影响 t a b l e l - 1i n f l u e n c eo f c i r c u m s t a n c et e l a t i v eh u m i t i d yt oq u a l i t y 环境相对湿度405 0 5 5 6 0 7 0 定量，g m 松厚度，m 3 k g 白度( 正) ， 白度( 反) ， 裂断长，i o n 撕裂指数( 横向) ，m nm l ，g 临界起毛点( 正) ， 7 3 弛 g 3 舨 毁 组 化 档 4 如 城 觋 掘 们 的 ” 7 6 叭 剪 罱i 饥 掘 犏 的 3 7 盯 牾 8 掘 觚 诋 记 ：! o 8 m 酾 6 讯 觚 讯 鲫 加 陕西科技大学硕士学位论文 临界起毛点( 反) ，伽2 73 84 34 94 2 从表1 - 1 中数据可以看出，随着环境相对湿度的增加，白度降低，纸张的裂断长降 低，撕裂指数增加，表面强度正反面的变化趋势不同，正面随着环境湿度的增加而增加， 反面随着环境湿度增加先增加后减小。 ( 2 ) 环境湿度对纸张表面强度的影响 根据表1 1 所得纸样的临界起毛点查表可得纸样的临界拉毛速度。再生纤维新闻纸 的临界拉毛速度与环境湿度的关系如图1 - 6 所示。 1 9 0 11 7 0 越1 5 0 斓1 3 0 御1 1 0 耋9 ，0 。 5 0 3 54 55 56 57 5 环境湿度 f 词 i ! ! 星耍i 图卜6 表面强度与环境湿度的关系 f i g u r c l - 6r e l a t i o no f s u r f a c es t r e n g t ha n dc i r c u m s t a n c eh u m i t i d y 从图1 _ 6 中可以看出，随着环境湿度的增加，纸张两面的表面强度随环境湿度的变 化而变化的趋势有所不同。正面临界拉毛速度随环境相对湿度的增加而增加，反面的临 界拉毛速度随环境相对湿度的增加先增加后减小。当环境相对湿度小于6 5 时，反面的 临界拉毛速度大于正面：当环境相对湿度大于6 5 时，正面的临界拉毛速度大于反面。 虽然在环境相对湿度为5 5 时纸张反面临界拉毛速度最大，但两面差值也最大；环境相 对湿度在6 0 6 5 之间时纸张两面的临界拉毛速度均较高，且差值较小，因此这时是纸 张的最佳印刷环境。 对于纸张来说，环境的变化之所以会引起纸张水分的变化，是由于水蒸气进到纤维 结构中与大气保持了平衡。由于纸中的纤维而且微纤维中的细纤维都是通过纤维素和纤 维素之间的氢键结合在一起的，纸张中含有一定量的水分会提高微纤维的结合程度，因 此会提高纸张的强度；但当水分含量过高时，水中过多的经基能破坏使纤维结合在一起 的氢键，引起纸张的结合强度降低。对于原生纤维纸张来说，当环境相对湿度在5 0 5 5 时，纸张的强度就达到极值。但根据表1 - 6 及其结论可知，再生纤维纸张在相同的环境 相对湿度下，其水分含量小于其它纸张，其要在较高的环相对境湿度下才能够达到最大 强度。由于正面细小纤维的含量高于反面，吸水润胀能力更弱，所以正面表面强度达到 极值的环境湿度要高于反面。 1 4 再生新闻纸印刷适性的影响因素及提高途径 2 3 3 原生纤维配比的影响 ( 1 ) 原生纤维的配比对纸张性能的影响 依次增加抄片中原生纤维的使用量，其对纸张性能的影响如表1 - 2 所示。 表1 - 2 原生纤维使用量对纸张性能的影响 t a b l e l - 2i n f l u e n c eo f r a wf i b e rw i t hd o s a g et op a p e rq u a l i t y 从表1 2 中数据可以看出，原生纤维使用量的增加，使得纸张的印刷适性有所改善。 纸张白度、不透明度、裂断长、撕裂指数、表面强度均随着原生纤维的增加而提高，但擎 同时吸水变形也有所增加；纸张的粗糙度、透印值均随着原生纤维加入量的增加而有所 减小。 ( 2 ) 原生纤维配比量对纸张表面强度的影响 根据表1 - 2 所得纸样的临界起毛点查表可得纸样的临界拉毛速度。再生纤维新闻纸 的临界拉毛速度与原生纤维使用量的关系如图1 7 所示。 从图1 7 中可以看出，随着原生纤维加入量的增加，纸样的表面强度增加。当原生纤维 的加入量为1 0 时，纸张的正反面的临界拉毛速度分别由11 9 e m s 、1 3 0 c m s 上升到 1 6 8 c m s 和1 7 9 e m s ，分别上升了3 5 和3 0 ，上升趋势超过原生纤维的加入量大于1 0 ； 由于正面的临界拉毛速度的增加趋势大于反面，所以两面差减小。 陕西科技大学硕士学位论文 2 2 0 12 0 0 越1 8 0 制1 6 0 钾1 4 0 辩 8 0 051 01 52 0 一次纤维加入量 f 同 l ! e 星亘i 图1 - 7 表面强度与原生纤维加入量的关系 f i g u r e l - 7r e l a t i o no f s u r f a c es t r e n g t ha n dd o s a g et or a wf i b e r 2 3 4 纤维多次回用的影响 ( 1 ) 纤维多次回用对纸张的性能的影响 将纸张浸泡1 8 2 4 个小时后疏解重新抄片，经多次回用后对一纸张性能的影响，如 表1 3 所示。 表1 - 3 纤维多次回用对纸张性能的影响 t a b l e1 - 3i n f l u e n c eo f m a n yt i m e su s a g ef i b e rt op a p e r q u a l i t y 由表1 3 中数据可以看出，纤维的使用次数对纸张的各项性能均有所影响。随着纤 维使用次数的增加，纸张的白度减小；裂断长、撕裂指数减小；吸水变形率减小；粗糙 度增加，且减小趋势随使用次数的增加而减小。引起上述变化的主要原因是由于纤维在 回用过程中引起纤维形态的变化( 如图1 - 8 ) ，纤维变粗，纤维壁变薄，使得纤维的吸水润 胀能力减弱，并产生大量的细小组分。 1 6 再生新闻纸印刷适性的影响因素及提高途径 图1 - 8 回用次数对纤维形态的影响 f i g u r e l - 8i n f l u e n c eo f m a n yt i m eu s a g et of i b e rq u a l i t y ( 2 ) 纤维回用次数对纸张表面强度的影响 根据表1 3 所得纸样的临界起毛点查表可得纸样的临界拉毛速度。再生纤维新闻纸 的临界拉毛速度与纤维使用次数的关系如图1 - 9 所示。 。1 5 0 葛1 2 0 餐9 0 蓦6 0 羹3 0 0 圜 i 2 闻用次数3 4 图1 - 9 表面强度与回用次数的关系 f i g u r e l - 9 1 n f l u e n c eo f s u r f a c es t r e n g t ha n dm a n yt i m ei b a g e 1 7 陕西科技大学硕士学位论文 从图1 - 9 中可以看出，随着纤维使用次数的增加，纸张的表面强度减小。纤维回用 2 次时纸张的临界拉毛速度值下降超过1 0 ，纤维回用3 次时，纸张的临界拉毛速度减 小幅度最大，较小幅度为2 5 左右，但当纸张使用次数为4 次时，纸张临界拉毛速度的 减小幅度趋势减小。随着纸张回用次数的增加，纸张反面的临界拉毛速度下降更为明显， 纸张临界拉毛速度的两面差减小。 2 4 小结 ( 1 ) 改变压光压力使得纸张的松厚度减小，纸张的粗糙度基本呈现线形减小，且两 面差值减小；在一定范围内，纸张的裂断长、撕裂指数和临界拉毛速