第一章+植物纤维原料2.ppt

制浆原理与工程PulpingPrinciplesandEngineering,主讲教师:闫云涛yanyuntao,绪论,一、造纸术简介植物纤维原料制浆抄纸,造纸术的发明-蔡伦造纸,造纸先贤-蔡伦,蔡伦：湖南耒阳人，公元63年生，皇宫手工作坊的负责人。造纸：一千九百年前，用麻头、树皮、渔网、等制造出人类历史上第一张植物纤维纸。意义：推动人类历史文明的发展，是中华民族的骄傲和自豪！作为四大发明之一，永垂史册！,二、制浆造纸工艺过程简介,植物纤维原料备料蒸煮或磨浆洗浆废气废渣废气废水废液筛选净化漂白打浆调成抄纸废渣废水废渣废水废水网下白水,第一章植物纤维原料,第一节植物纤维原料的分类,一、纤维的概念两头尖、中间宽、内有空腔、纤细的植物细胞。,二、植物纤维原料的分类木材纤维类禾本科茎秆纤维类籽毛纤维类叶纤维类韧皮纤维类废纸,针叶材（softwood）：种子植物门裸子植物亚门(Gymnospermae)，这类植物的叶子多呈针状、条状或鳞型，材质比较松软，纤维较长。代表植物：松、柏、杉等。,水杉,云杉,马尾松,1、木材纤维原料,阔叶材（hardwood）种子植物门被子植物亚门(Angiospermae)，叶子多为宽阔状，材质坚硬，称之为硬木，造纸工业中使用的是材质较松软的品种，如杨、桉、柳、楹木、相思木等。,三倍体毛白杨,尾叶桉,马占相思,桉木片,杨木片,2、禾本科茎秆纤维类,禾本科纤维原料：竹子、芦苇、荻、芒秆、甘蔗渣、麦草等。,稻草,竹子,玉米杆,甘蔗渣,麦草,芦苇,芦竹,3、籽毛纤维原料：棉花、棉短绒及棉质破布等。,棉花,4、叶纤维原料：香蕉叶、甘蔗叶、龙须草等。,香蕉树,甘蔗基地,龙须草,4、韧皮纤维类：韧皮纤维原料：树皮类：桑皮、檀皮、构皮、棉秆皮等。麻类：红麻、大麻、黄麻、青麻、亚麻等。,大麻,棉秆,废新闻纸(ONP),纸箱与纸板废纸OCC（OldCorrugatedContainer）,6、废纸,第二节植物纤维原料的细胞种类,一、植物体的结构从植物的结构来看，大多数植物体可分为根、茎、叶三部分。采用富含纤维的部分制浆造纸！,图1-1禾草类植物叶部的表皮组织1气孔器2长细胞3栓质细胞4硅细胞5表皮毛,二、植物体内细胞的种类（3）虽然植物体内细胞种类很多，形态各异，就造纸性能而言，可以分为三种：薄壁细胞、导管、纤维细胞,（一）薄壁细胞特点：壁薄，短小，大多为圆形、椭圆或不规则的多面体（如图1-2）。存在部位：叶部、髓部以及茎杆的基本组织中。对制浆造纸的影响：蒸煮时增加化学药品的消耗。洗浆时滤水困难。抄纸时容易造成压花、粘辊。细胞交织力弱，成纸强度降低。,图1-2蔗渣的薄壁细胞,（二）导管是长而壁薄、腔大的细胞，如图1-3。在植物体中起输导作用。导管壁上有纹孔，供液体横向流动。不同的植物导管的形状及纹孔的形状和排列都有差别，在显微镜检验中常以此来作为鉴别原料的依据。,图1-3杨木的导管,（三）纤维细胞与植物学的分类不同，造纸工业中凡是两端尖锐、细长呈纺锤状的厚壁细胞都称为纤维细胞，如图1-4。针叶树的管胞、阔叶树的木纤维以及禾草类的韧皮部和维管束中的韧皮纤维等都为纤维细胞。就原料的质量而论，凡含纤维状细胞愈多的植物纤维原料质量就愈好。,图1-4稻草纤维细胞,第三节植物纤维原料的化学成分,植物纤维原料种类繁多，所含细胞形态各异，但所含化学成分可概括为：三大要素+少量组分（4）,一、纤维素纤维素是由葡萄糖基构成的直链状有机高分子化合物，相邻的两个葡萄糖基之间是1,4-苷键连结，每个葡萄基上含三个醇羟基，每个大分子两端各有一个末端基。其中，一个末端基上含有一个醛基，因此，纤维素大分子具有还原性。,二、半纤维素半纤维素是由两种或两种以上的糖基构成的带支链的有机高分子化合物，聚合度比纤维素低得多，浆中半纤维素含量高，滤水性差，难洗浆，易打浆、成纸紧度高、发脆、声响大。,三、木素木素是由苯丙烷结构单元，以碳一碳键和醚键构成的立体、网状高分子化合物。木素充填在细胞之间以及细胞壁内微细纤维之间，使植物体具有钢性。化学法制浆的主要目的就是脱除木素，原料中木素含量越高，制浆越困难。,四、其它少量组分除三大要素外。原料中尚有其它含量较少的组分，它们是细胞的分泌物或细胞腔内的贮存物。在一般常用的原料中含量不大，不会造成太大的困难。但少量原料若含量过多，对某些有特殊要求的纸张则必须采取相应的措施予以除去。,（一）树脂、脂肪一般的原料中含量较少，都在1%以下，但在松属木材中含量较多。它们的粘性较大、容易粘结成团，粘在铜网和压辊上则造成抄纸困难；在纸上则形成透明的树脂点，降纸了纸的质量。它们易与碱作用生成皂化物而溶于水中，所以含树脂多的松木一般都用碱法制浆以减少它们造成的危害。脂肪一般危害不大，也可以被皂化溶出,（二）淀粉、果胶淀粉为细胞腔内的贮存物质。含量不多易溶于热水，对制浆造纸没有什么影响一般的原料中含果胶不多，它们易被稀碱液分解溶出。在植物中以果胶酸盐的形式存在，被认为是植物中灰分的来源,（三）单宁、色素一般的原料中含量较少不致为害，含量高使纸浆的颜色变深不易漂白。少量木材的心材中色素含量较高，给制浆带来困难。,（四）灰分灰分是植物纤维原料中的无机盐类，主要是钾、钠、钙、镁、硫、磷、硅的盐类。一般木材中的灰分都在0.21.0%左右，草类原料中灰分较木材高达610%，,影响：一般的纸张对原料中灰分没有特殊的要求，但在生产电气绝缘纸时，必须除去灰分才能达到一定的质量要求。草类原料中，尤其是稻麦草灰分高，灰分中的SiO2的含量较高，蒸发时结垢，造成了碱回收困难。减少或消除碱回收中的硅干扰是一个需继续研究和解决的课题。,表1-4木材纤维原料的化学组成,*乙醚抽出物,第六节常用植物纤维原料的选择,一、纤维原料的化学组成一种原料是否适于造纸，首先要对它的化学组成进行分析。一般来说纤维素含量愈高的原料质量愈好。这是因为纤维素是组成纤维壁的主要组分，纤维素含量愈高制浆的得率愈高，纤维的强度愈大。如棉花、麻类，纤维素的含量都在90%以上，是造纸的上等原料。一般用来造纸的纤维原料纤维素的含量至少应在40%以上。,木素的含量愈少制浆愈容易，消耗的蒸煮化学药品愈少。半纤维素含量高的原料打浆容易，纤维的结合强度高。但用来制造人造丝浆时增加了制浆的困难、降低了得率。从一种纤维原料的化学组成分析的结果不仅可以看出原料的品质，而且可以确定最适宜的制浆方法和制造纸张的品种。,二、纤维原料的纤维形态纤维形态对成纸的性质影响极大。纤维形态是指纤维的长度、宽度、细胞壁的厚薄、细胞腔的大小以及纤维的外形等。构成纸张的强度是由纤维本身的强度以及纤维与纤维之间的结合强度构成的。,为了节省原料，都在满足一定需要的前提下尽量降低纸张的定量。纤维壁愈薄，每根纤维的重量愈轻，在同一定量的组成纸张的纤维根数愈多，纤维间的结合强度愈大。因此，在纤维本身的强度不是太低的情况下采用纤长而壁薄的纤维造纸更为有利。,三、其他(一)资源丰富资源丰富、收集方便，能保证正常生产的需要是一个十分关键的问题。（二）成本在决定采用某种植物纤维原料造纸时，必须考虑到就地取材，因地制宜，避免远途运输，增加成本。（三）环保问题随着人民生活水平的提高，环保意识越来越强。选择原料时必须考虑污染问题，制浆污染重的原料尽量不用或少用。（四）原料在国民经济中的地位造纸工业在选择原料时要考虑当地及工厂的实际情况，以