09造纸原理与工程思考题

1、09造纸原理与工程思考题 郑重声明：有阴影部分为没有找到答案的题目，不要误以为是重点哈加油，祝大家考个好成绩！ 09轻化工程 绪论 1.我国造纸工业存在的问题及今后造纸工业的发展目标、采取的主要措施。 （1）存在的问题 . 造纸原料结构不合理，木浆比重低 . 纸和纸板总量不足，产品结构不合理 c . 企业规模小，技术装备落后 d . 水资源消耗大，环境污严重 （2）今后造纸工业的发展目标 a. 生产规模大型化 b. 产品高档化 c技术装备现代化 d生产清洁化和水资源的节约利用 （3）主要措施 2.纸和纸板的分类 a.文化用纸(cultural paper)泛指用于文化事业的纸张品种。 b.包装

2、用纸(packaging paper)：泛指商品包装用的纸和纸板。 c.技术用纸(technical paper)：主要是指工业生产和科研领域用的纸品。 d.生活用纸(domestic paper)：主要包括日常生活中使用的一次性纸品、医药卫生用纸品等。 3.简述造纸生产流程及任务 打浆添料纸料前处理和流送纸的抄造和整理 a、打浆：对纸浆纤维进行必要的切短和细纤维化处理，以便取得生产纸或纸板所要求的物理性质和机械强度等性能。 b、添料：添加色料、填料、胶料、助剂等；为了减少墨水对纸的浸渍、改善纸的白度、不透明度和印刷性能、改变纸的颜色或色调以及赋予纸张特定的性质（例如提高干、湿强度等），需要在

3、打浆的同时或在打浆后的贮浆池中加入胶料、填料、色料和其它助剂进行添料。 c、纸料前处理和流送：净化、精选、流浆箱中的布浆、整流、上； 打浆、添料后的纸料中难免混入金属或非金属杂质、纤维束或浆团和空气，需要对纸料进行净化、筛选、脱气等前处理，以免影响成品纸的质量和给造纸过程带来困难。纸料的流体特性，使得纸料很容易输送到各个工段。 d、纸（纸板）的抄造和整理：净化、筛选、脱了气的纸料流送进入流浆箱，均匀分布在造纸机部脱水，首先抄成湿纸，接着经过压榨干燥压光卷取切纸选纸或复卷打包入库。 第一章 打浆 1什么叫打浆？ 打浆利用物理方法处理悬浮于水中的纸浆纤维，使其具有适应纸机生产上要求的特性，并使所生

4、产纸张能达到预期的质量。 2打浆的目的和任务是什么？打浆前后浆料性质有什么变化？ 打浆的主要任务：（一）改变纤维的形态，使纸浆获得某些特性（如机械强度、物理性能和胶体性质），以保证纸页的抄造质量。（二）通过打浆调节和控制纸料在上的滤水性能，以适应造纸机生产的需要，使纸页获得良好的成形，改善纸页的匀度和强度指标。 打浆作用的性质：打浆是物理变化，打浆作用对纸浆产生的纤维结构和胶体性质的变化，都属于物理变化，并不引起纤维的化学变化或产生新的物质。 注：打浆作用会使纤维表面暴露一些新的基团，但这是纤维本身原有的，与化学变化无关。 3打浆对纤维的作用原理是什么？ 六种主要作用：（一）细胞壁的位移和变形

5、；（二）初生壁和次生壁外层的破除；（三）吸水润胀；（四）细纤维化；（五）横向切断或变形；（六）产生碎纤维片 4纤维结合力有哪几种？试用氢键理论解释纸页的强度是如何获得的？(重点) 纸的强度取决于成纸中纤维间的结合力纤维本身的强度纸中纤维的分布和排列方向，而最终决定纸页强度的，是成纸中纤维间的结合力。 纤维的结合力有四种：氢键结合力；化学主价键力；极性键吸引力；表面交织力 其中，氢键的结合力最重要，与打浆的关系最密切。打浆的主要目的之一就是增加氢键结合力，从而提高成纸的强度。 纤维间氢键的形成过程（i）-通过水分子形成的水桥连接 氢键理论认为，水与羟基极易形成氢键。经过打浆的纸料纤维，可以通过偶

6、极性水分子与纤维形成纤维-水-水-纤维的松散连接的氢键结合。 纤维间氢键的形成过程（ii）-单层水分子形成的氢键结合 当纸料在上滤水后，经过压榨进一步脱出水分，使两纤维间的距离靠拢，在纤维间形成了比较有规则的单层水分子连接的氢键结合，即纤维-水-纤维的氢键结合。 1 纤维间氢键的形成过程（iii）-过程完成，形成氢键结合 纸页经加热干燥进一步脱除水分，水分蒸发时，纤维受水的表面张力作用，使纸页收缩，纤维进一步靠拢，从而使纤维素分子间的羟基距离小于2.8 ?，最终形成了氢键结合，即纤维-纤维间的氢键结合 ? 氢键理论认为，打浆过程的机械作用增大了纤维的外表面，游离出大量极性羟基 （-oh+）,水

7、与羟基极易形成氢键结合，形成极性水分子的胶体膜，当水分子蒸发时，相邻纤维间的羟基通过相面结合，从而将纤维结合在一起。这就是纸张强度增加的主要原因。 ? 氢键形成的条件：有游离羟基的存在；两羟基之间的距离在2.8 ?以内。纤维的吸水润胀和细纤 维化，都会使纤维的游离羟基增加，促进纤维间的氢键结合，从而提高纸页的物理强度。 5.草类浆纤维打浆过程中的特性是什么？为什么说草类浆打浆比较困难？原因是什么？ （1）特性：草浆打浆分丝帚化困难，即草浆不易实现外部细纤维化。草浆的非纤维细胞含量高，在打浆过程中，由于其易破碎而使打浆度上升很快，大大增加草浆的滤水困难。草浆打浆的目的是使纤维疏解分散，表面稍稍起

8、毛活化，使纸页有足够的允度和强度。草浆打浆应以“充分疏解，轻度打浆”较为合理。 （2）草浆打浆难以细纤维化的原因：草浆纤维的胞腔小，s1层较厚，不易破除。且s1层与s2层之间黏结紧密，s1层的细纤维呈交叉螺旋形沿纤维横向排列，象一个套筒把s2层紧紧包住，限制了s2层的润胀。草浆纤维的细胞壁是多层结构的微纤维薄层，各层微纤维的排列方向往往不一致。横向排列多层的微纤维层限制了轴向排列的微纤维层的分丝和润胀。草浆纤维的微纤维缠绕角过大。微纤维的异向性。 6.纤维在打浆过程中的作用机理是什么？ （一）纤维润胀的原因是由于纤维素和半纤维素分子结构中所含极性羟基与水分子产生极性吸引，使水分子进入纤维素的无

9、定形区，使纤维素分子链之间距离增大，引起纤维变形。 （二）纤维润胀的意义： （1）纤维润胀后，其内聚力下降，纤维内部组织结构变得更为松弛。纤维比容和比表面积增加， 纤维直径可以膨胀增大23倍。 （2）有利于纤维的细纤维化，增加纤维间的接触面积，提高成纸强度，降低透气度。 （三）纤维润胀的影响因素： （1）原料的组成-木素是疏水性物质，因此木素含量高的原料纸浆，不易润胀。 （2）半纤维素含量-草类纤维的半纤维素含量高，含有较多的游离羟基，比纤维素有更大的亲水性，容易吸水润胀。 （3）制浆方法-不同的制浆方法使纸浆的木素、纤维素和半纤维素的含量不同，因此也影响到纤维的润胀程度。 7目前打浆设备分为

10、哪几种类型？ 间歇式主要是槽式打浆机；连续式主要有锥形磨浆机、圆柱磨浆机、圆盘磨浆机 8打浆有哪几方式？各种打浆方式的浆料有什么特征？木浆和草类浆的打浆有什么不同的特性？ 根据纤维在打浆中受到不同的切断、润胀、及细纤维化的作用，将打浆方式分为四种类型：长纤维游离状打浆、短纤维游离状打浆、长纤维粘状打浆、短纤维粘状打浆。 （1）长纤维游离状打浆特性：浆料脱水性好，成纸吸收性好，透气度大，不透明度高，撕裂度和耐破度较好，尺寸稳定性好，变形性小，但匀度欠佳，平滑度差。 （2）长纤维粘状打浆特性：浆料脱水困难，纤维长上时容易絮聚，但成纸强度大，吸收性小。 （3）短纤维游离状打浆特性：浆料脱水容易，纸的

11、组织均匀，纸质较松软，强度不大，吸收性强。 （4）短纤维粘状打浆特性：浆料脱水困难，成纸匀度好，吸收性小，有较大的强度。 9什么叫打浆浓度？如何区分低浓、中浓和高浓打浆？低浓打浆和高浓磨浆的原理是什么？它们对打浆质量、能耗有什么不同的影响？ （一）打浆浓度分为低浓（10%以下）、中浓（10-20%）和高浓（20-30%或更高）。 低浓打浆：主要靠刀片直接对纤维进行冲击、剪切、压溃和摩擦。 高浓打浆原理：与低浓打浆相比，高浓打浆作用不是靠磨盘直接作用于纤维，而是依靠磨盘间高浓浆料间的相互摩擦、挤压、揉搓和扭曲等作用使纤维受到磨浆，同时产生大量的摩擦热，使浆料软化，有利于浆料的解离。 （二）高浓打

12、浆的浆料特性 a. 更多的保留了纤维的长度和强度，很少增加细小纤维的组分，成浆的撕裂度很高。 b. 纤维多是扭曲和卷曲状，纤维具有很高的收缩能力，能大大提高纸张的收缩率和韧性，纸张强、韧、耐破度高。（对于水泥袋纸、卷烟纸、高速轮印刷纸非常重要） c. 不足：设备复杂，动耗大，（成纸紧度大，不透明度大）尺寸的稳定性、纸的刚性和挺度均较差。 10.影响打浆的主要因素有哪些？ （一）打浆比压；（二）打浆浓度；（三）浆料通过量和打浆效率；（四）打浆温度；（五）设备特性；（六）纸料种类和组成的影响；（七）ph 值及添加物对打浆的影响。 11什么叫打浆度？如何测定？有哪几种表示方法？ (一）打浆度，反映浆

13、料脱水的难易程度，综合的表示纤维被切断、分裂、润胀和水化等打浆作用的效果。(二）常用检测仪器有肖氏打浆度仪，加拿大游离度仪等 2 12.如何测定纤维的长度和保水值？如何测定浆料浓度？ 纤维长度的测定： （1）显微镜法：将纤维染色稀释后制片，用显微镜在显微测微尺下测量纤维的长度。 kajaani纤维分析仪、fqa纤维质量分析仪 、paptech纤维分析仪； （2）湿重法：它是利用纤维越长，在框架上挂住的纤维越多，称重越大的原理，以质量间接的表示纤维的长度，单位用克(g)表示。 保水值的测定：保水值=(湿浆质量-干浆质量)100干浆质量 (3)浆料浓度的测定:烘箱干燥法、红外线干燥法、离心分离法、

14、手拧干法 浆料浓度是每100ml（或g）液体浆料所含有绝干浆的克数，通常用百分数表示。 13打浆对纸张性质有什么影响？为什么强度（裂断长，撕裂度，耐折度，耐破度）曲线随着打浆度升高出现转折现象？(重点) （1）打浆对纸页性质 a) 打浆性能曲线逐步上升(如纤维的结合力、紧度和收缩率）； b) 与结合力成正比的强度指标，都是先升后降（各种强度曲线）； c) 与纸页致密程度有关的指标，均随打浆程度加深而下降（如纤维平均长度、透气度和吸收性）。 （2）打浆存在一组基本矛盾：就是纤维的结合力和纤维的平均长度。随着打浆度的提高，纤维的结合力不断上升，并有利于提高纸页的各种强度。但另一方面，随着打浆度的继

15、续提高，纤维的长度不断减短，使纸页的各种指标下降。 （3）打浆与纤维结合力的关系： 随着打浆度的增加，纤维润胀和细纤维化增加，纤维的比表面积增大，游离出更多的羟基，促进纤维间的氢键结合，使纤维结合力不断上升。 曲线特征： 初期上升很快，逐渐缓慢达到最高点。 （一）裂断长 主要受纤维间结合力和纤维平均长度的影响。同时与纤维的交织排列和纤维自身的强度等也有关。 曲线特征：初期上升很快，中期缓慢并达到最高点，后期下降。 （二）撕裂度：主要受纤维平均长度的影响，其次是纤维结合力、纤维排列方向、纤维强度和纤维交织情况等。 曲线特征：初期上升很快，中期缓慢并达到最高点，后期下降。（比耐折度下降要早） （三

16、）耐破度 (bursting strength)-纸页所能承受的最大压力。 主要受纤维间结合力和纤维平均长度的影响。同时与纤维的交织排列和纤维自身的强度等也有关。 曲线特征： 初期上升很快，中期缓慢并达到最高点，后期下降。 ? 比裂断长的曲线下降早一些，因为纸张在破裂时，不仅受到拉力，同时也受到撕力作 用的影响。 （四）耐折度-纸页在一定的张力下承受180度往复折叠的次数。 主要受纤维平均长度、纤维间结合力、纤维在纸页中的排列，纤维本身的强度和弹性等。 曲线特征：初期上升很快，中期缓慢并达到最高点，后期下降。 （与耐破度曲线相似，转折点出现的更早些） 14.碎解和疏解的含义是什么？目前有哪些碎

17、解设备和疏解设备？ （一）碎解设备：水力碎浆机 （二）疏解设备：高频疏解机 15.在生产流程设计中如何合理选用磨（打）浆设备？ 16.磨（打）浆控制系统有哪些基本类型？ （一）比能量控制 3 （二）游离度控制 （三）比能量比边缘负荷控制 第二章 造纸化学品及其应用 1.造纸工业中应用造纸化学品的目的和意义是什么？造纸化学品有哪些种类？它们的应用对纸张有什么直接或间接的作用？ （一）应用造纸化学品的意义： （1）使纸张具有某些特殊的性质如获得抗水性、印刷适性、颜色、强度、柔软度等。 （2）为了保护环境及充分利用能源和资源，提高产品质量。 （3）为了提高生产效率、改善操作环境。 （4）非纤维添加物

18、质对于造纸过程是必不可少的一种物质，它是仅次于纤维原料的造纸原料，对纸张质量将起着举足轻重的作用 。 （二）造纸化学品的种类和作用： 分为功能型添l （2）控制型添加物质是为了改善生产环境，防止或消除生产故障或实现某种工艺措施，至于它们是否成为纸中的成分并不重要，其对纸页性质的影响不大或是间接的。 助留、助滤剂； 消泡剂； 防腐杀菌剂； 树脂控制剂； 絮凝剂等。 2施胶的方法有哪几种？浆内施胶的目的是什么？什么叫施胶度和施胶量？测定纸页施胶度有哪几种方法？有什么不同的表示方法？ 纸内施胶（浆内施胶）；纸面施胶（表面施胶）；双重施胶（浆内和表面均施胶） 内部施胶的目的在于改变纤维的表面以便控制含

19、水液体向纸内的渗透。 3.浆内施胶有哪些种类？各有什么不同的性质和作用？ 浆内施胶有松香胶施胶、中性施胶、合成施胶剂 4.松香施胶剂有几种类型？各种类型的施胶剂如何制备和使用？ 以游离松香含量划分 褐色胶又称中性胶。不含游离松香，即全部松脂酸都被皂化，胶液呈中性或微碱性，颜色为暗褐色。 白色松香胶含有2040的游离松香。颜色呈乳白色，呈碱性。 高游离松香胶含有7080的游离松香。性质不稳定，易凝聚成大颗粒。 5掌握松香施胶剂的施胶机理（用接触角理论解释纸张施胶后为什么能抗水？用配位理论解释胶料是如何附着在纤维上的？施胶效应是如何完成的？）有哪些影响施胶效果的主要因素？(重点) 施胶效果的产生接

20、触角理论 p67 图、公式 液滴能否在纸面产生扩散使纸润湿主要取决于纸面对液滴的附着力和液滴本身的内聚力之间平衡关系； 内聚力是液滴本身固有的物理性质，一般不予改变。唯一的方法是降低纸面对液滴的附着力。而内聚力与 附着力之间的平衡关系主要决定于液滴与纸面两相间接触角的大小。 ?sv = ?sl + ?lv cos? 则cos? = (?sv ?sl )/?lv 当 ? 900时， cos? 配位理论认为，施胶效应是水合铝离子、松香酸和纤维素进行络合反应的结果。松香胶料中的松香酸阴离子能与水合铝离子作用生成不同结构的松香酸铝共沉淀物水合松香酸铝，带正电的水合松香酸铝络合物被带负电荷的纤维所吸附，

21、与纤维表面的羟基阴离子其络合作用，使松香胶料定着在纤维上，或先被两个松 4 香酸李子所取代再与纤维络合。三个方程式p74 施胶效应的完成配位理论 施胶效应的最后取得是在纸页干燥过程中完成的。松香胶料是两性分子，松香胶沉淀物定着到纤维表面之后，只有发生内取向，使非极性的疏水基团朝外形成定向的规则排列，才能降低纸面的自由能，取得抗液性施胶效果。配位理论认为：水合铝离子能产生羟连反应，所以水合松香酸铝沉淀物在干燥过程也能产生羟连反应，使单铝变成双铝结合，逐渐失掉配位水，形成状的凝聚物而连结在一起。 水合松香酸铝又能与纤维素的羧基构成配位键，在干燥过程也产生羟连反应，形成没有活性的大分子，使松香胶沉淀

22、物获得稳定的内取向，从而使纸面自由能降低，获得抗液性能。 6什么是中性施胶和中-碱性造纸？有什么优点？查阅资料，了解其发展情况。如何正确使用中性施胶剂akd？ （一）中性施胶是指在ph值大于6的弱酸性，接近于中性或弱碱性条件下进行的施胶。 中-碱性造纸是指在接近于中性或弱碱性条件下进行抄纸。 中性施胶剂就是为适应中性或碱性抄纸而发展起来的。 （二）中性施胶优点： （1）减少设备腐蚀； （2）提高纸页强度，防止老化，延长纸页的使用和保存时间，改善纸页的柔软性、松厚度和印刷适性； （3）可用碳酸钙加填； （4）白水ph高，无硫酸根积累，可提高白水回用率； （5）有利于白水的封闭循环，减少污染。 （三）akd的使用： akd不溶于水，制胶时需加入分散剂和乳化剂（如阳离子淀粉）。 akd适用于在ph值为8.2的条件下使用。 akd在水中不稳定，容易水解失效。为了减少akd发生水解，其加入点应靠近纸机上处。 akd在65.5以上时极易水解生成酮而丧失施胶效果，因此胶液应保持在较低的温度下。 施胶中可使用阳离子型的助留剂。 7纸张加填的目的和作用是什么？填料有哪些种类？它们有什么主要性质和特性？如何根据纸张的种类和要求选用填料？ 常用填料：滑石粉（talc）、瓷土（又称高岭土（al2o32sio2