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1造纸制浆基础知识培训2主要内容纤维类型木材纤维的性质造纸纤维制浆造纸流程打浆对纤维的作用打浆对成纸性能的影响纤维性质对纸性能的影响制浆造纸技术主要物理指标存在问题再造烟叶产品现状亟需开展的研究？讨论3造纸纤维类型纤维原料木材纤维原料非木材纤维原料矿物纤维化学合成纤维动物纤维植物纤维针叶木阔叶木裸子植物门松柏纲植物因叶多为针状，故称为针叶木。商业上称为软木。如：云杉、冷杉、马尾松、落叶松、红松、白松。被子植物门的木本植物是阔叶的,故称为阔叶材。商业上称为硬木。如：杨木、桦木、枫木、桉木、榉木、槭木、相思木等。禾本科纤维原料韧皮纤维原料籽毛纤维原料叶部纤维原料4针叶木西部铁杉Tsugaheterophylla叶部针叶木5阔叶木杨木6植物纤维洞庭湖湿地出产的芦苇（草类纤维）竹子（竹类纤维）棉花（种毛纤维）7木材纤维的性质①木材的化学成分②细胞壁的结构③细胞类型8①木材的化学成分木材细胞纤维素由葡萄糖单元连接起来的线型聚合物（多糖）半纤维素由木聚糖、葡甘聚糖、半乳葡甘聚糖、阿拉伯半乳聚糖及半乳聚糖构成的多糖聚合物（杂多糖）。增加纤维内部或之间的结合，对制浆和纸的性质是有益的。木素即木材的胶（与半纤维素一起将木材细胞结合起来），控制着细胞壁内的水分含量。抽提物主要是树脂酸和脂肪酸以及酯、蜡、萜类和酚类成分，它们可较容易地在碱性条件下脱除。抽提物可干扰漂白过程。植物纤维原料主成分包括纤维素、半纤维素和木素三种。次成分包括果胶、淀粉、丹宁、色素、树脂、脂肪、蜡质、灰分等。9组分木材含量/%硫酸盐浆含量/%松木桦木松木桦木纤维素39407364半纤维素3037↗1932木素2720↘64抽提物4311一般来说，阔叶木纸浆比针叶木纸浆含有较多的半纤维素（28%-42%）和较少的木素（17%-25%）。阔叶木中的纤维素含量与针叶木的近似（40%-48%）。硫酸盐法制浆后，针叶木和阔叶木纸浆的纤维素含量增加，而半纤维素、木素和抽提物的含量减少。↘↗10纤维素存在于一切植物的细胞壁内，是植物纤维的主要成分，约占40-98％，它是在制浆过程中应极力设法保留的部分。半纤维素是非纤维素的碳水化合物，半纤维素的结构疏松无定形，易于吸水润胀，易溶于稀碱液。半纤维素也是在制浆过程中应该极力保留的部分。木素是由苯丙烷结构单元构成的芳香族的天然高分子化合物，不是单一的物质，是这一类性质相似物质的总称，是一种无定形结构的物质，原料中含木素愈多，则制浆愈困难，因木素使纤维互相粘在一起。化学制浆就是用化学药品使纤维原料中的木素溶出，使纤维互相分离成浆。11②细胞壁的结构组成纤维素链（30-40个）微纤丝（直径3-5nm）纤丝（20nm）或片晶无定形半纤维素和木素位于微纤丝之间的空间细胞壁由嵌在半纤维素和木素的无定形基质中的纤维素微纤丝组成。纤维素骨架中的最小结构单元葡萄糖基纤维素分子链微纤丝纤丝细胞壁12物理作用骨架物质（钢筋）基体物质（沙石）结壳物质（水泥）以纤维素的微纤丝状态存在于细胞壁中，赋予细胞拉力强度。在细胞壁的各个层次按不同的方向排列，起到骨架物质的作用。微纤丝的排列方向不但决定着木材各向异性的特征，而且分出了细胞壁的各个壁层。指半纤维素和其它碳水化合物。渗透于骨架物质，增加细胞的刚性。木素，遍布于细胞壁之中，使细胞获得硬度。13木材纤维的性质——细胞壁的结构14细胞壁各层的理化结构植物纤维构造外观厚度/µm化学组成特性初生壁（P）一层类似塑料的多孔层薄膜，纤维呈网状排列，各向同性0.1-0.2木素含量较高只能透水，不能润涨，在打浆时会限制次生壁中层的润涨次生壁外层（S1）过渡层，接近P层0.2-0.3接近P层接近P层次生壁中层（S2）细纤维排列高度各向异性，且与纤维的轴向呈一定的角度1.0-5.0µm木素含量较低纤维的纵向结合强度大，横向的结合强度弱，沿纤维的横向润涨较为容易次生壁内层（S3）约1木素含量较低15③细胞类型针叶木长的管胞或纤维（90%-95%）：造纸纤维的基础射线细胞（10%）：窄而短的细胞（长度0.2mm）阔叶木纤维管胞和韧性纤维（30%-70%）导管（15%-40%）:短的（0.3-0.6mm）、大直径的（30-130mm）细胞薄壁细胞（5%-30%)16典型纸浆纤维的一些形态学性质木材类型中文名长度/mm宽度/µm细胞壁厚度/µm纤维粗度/（mg/m）针叶木香脂冷杉3-3.528-352.1-30.22-0.25欧洲赤松挪威云杉黑松黑云杉白云杉火炬松3.5-4.235-402.6-4.20.29-0.48湿地松长叶松短叶松花旗松加州铁杉辐射松阔叶木桦木1.0-1.218-302-40.08-0.11山毛榉1.0-1.316-293-5约0.12桉木0.9-1.011-1330.05-0.08杨木1.210-35约417主要内容纤维类型木材纤维的性质造纸纤维制浆打浆对纤维的作用打浆对成纸性能的影响纤维性质对纸性能的影响制浆造纸技术主要物理指标存在问题再造烟叶产品现状亟需开展的研究？讨论18制浆造纸技术19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）。20制浆制浆的基本要求：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：备料制浆洗涤筛选漂白筛选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21制浆方法22化学法制浆化学法制浆原理：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。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。23机械法制浆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。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，漂白后发黄等。24化学机械法制浆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。25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，提高制浆强度。26制浆纤维机械改性又称叩解，凡是浆料中的纤维受到剪切力的作用均称为打浆。利用机械作用处理悬浮于水中的纸浆纤维，使其具有适应在造纸机上生产所要求的特性，并使所生产的纸张能达到预期质量的操作过程。打浆27打浆的目的和意义分散纤维，改变纤维的表面状态满足同种原料生产多种纸的需要满足不同浆种生产同种纸的需要28打浆术语1、打浆度——也叫叩解度。表示纸浆滤水快慢的程度，衡量打浆情况的一个指标。2、纤维长度——通常是指纸料中纤维的平均长度。3、纤维湿重——是间接表示纤维长度的一个指标。使一定量的稀释纸料通过框架，称量挂在框架上的湿纤维重量即为纤维湿重。4、纤维帚化率——是指纸料中经打浆后纤维受到分丝帚化的数目占总纤维数目的比率。5、保水值——指在一定条件下用高速离心机甩去纸料中的游离水而保留纤维内的结合水，用以表示纤维润胀和细纤维化的程度，从而间接的衡量纤维之间结合力的大小和预计到成纸的强度。用结合水量对绝干纤维量％表示，即：保水值＝（甩干后湿浆重－绝干重）/绝干重×100％29（一）打浆对纤维的作用①细胞壁的位移和变形打浆的机械作用是次生壁中层的细纤维同心层发生位移和变形，使细纤维之间的间隙增大，水分子更容易渗入，为纤维的润涨创造了有利条件，使纤维变得柔软，对初生壁和次生壁外层的破除起到了重要的促进作用。30②初生壁和次生壁外层的破除由于初生壁和次生壁外层木素含量较多，能透水而不能润涨，并紧紧地束缚次生壁中层，使次生壁中层的细纤维得不到松散和润涨。需要通过打浆的机械作用和纤维之间的相互摩擦将初生壁和次生壁外层破除，才能使次生壁中层充分的润涨和细纤维化。③润胀难以润胀的P层和S1层被破除后，S2层便开始润胀，由于S2层的各向异性的结构，因而有可能发生润胀。润胀的结果，有使纤维直径增大的趋势，并变得柔软可塑。又因吸水润胀，纤维的比容有所增加，使纤维细胞壁的结构变得松弛，降低了细纤维之间的内聚力，为打浆机械的进一步细纤维化作用提供了基础。润胀与纤维中所含的亲水性物质（即半纤维素）有关。31④横向切断切断——纤维横向发生断裂的现象。纤维的切断与润胀有一定的关系。纤维吸水润胀后具有良好的柔韧性，纤维就不容易被切断。纤维润胀不良而挺硬时，则容易切断。纤维切断后，断口增加，有利于水分的渗入，又能促进纤维的润胀作用。纤维切断——有利于纤维的分丝帚化和细纤维化。长纤维经适当切断后，可以提高纸张的匀度和平滑度，但过度切短会降低纸张的强度，特别是撕裂度。所以应根据纸种的要求和原料的特性，严格控制纤维切断的程度。32⑤细纤维化作用是指纤维的纵向分裂和帚化作用。纵向分裂——从纵向将纤维劈开。帚化——是指纤维两端的分丝和起毛现象。纵向分裂帚化33（二）打浆对杂细胞的作用杂细胞的特点：壁薄且呈粗粒状，α－纤维素含量低而半纤维素含量高。薄壁细胞易打烂；半纤维素含量高易润胀；粗粒状则刀片难以“抓”到，一旦抓到，即被打烂，因此杂细胞在打浆过程中主要是润胀和打烂，而不能细纤维化。这也是草浆难打浆的原因。34纤维数量大，打浆过程中，各根纤维所受外力不同，受到摩擦、挤压等力较大的纤维，其初生壁和次生壁外层的除去较易些，因而纤维吸水润胀和细纤维化较好；反之，有的纤维在破除初生壁和次生壁外层之前，就受到较强的剪切力作用，纤维受到横间切断的可能性就较大。因此，在打浆过程中往往出现这样的现象：在打浆初期即有一小部分纤维吸水润胀并产生细纤维化，而在打浆后期还有的纤维的初生壁和次生壁外层尚未破除。如果后一现象较多时，即说明打浆很不均匀。因而，在打浆过程中，应尽量采取措施，保证打浆的均匀性。35打浆对纤维性能的影响打浆度↗，纤维润胀和细纤维化↗，比表面积↗，游离羟基↗，结合力不断↗。结合力起始上升快，说明润胀和细纤化很快，中期上升渐慢，说明外表已暴露，结合面积增加速度越来越慢。后期，曲线逐渐平直，说明已高度细纤化，再进一步提高结合面积已很困难，结合力达到最高点。纤维平均长度近乎直接下降，其斜率大小取决于打浆方式，如重落刀，纤维长度下降快。反之轻落刀，纤维切断少，纤维平均长度下降慢。结合力和纤维平均长度是影响其他指标的主要因素。36打浆对纤维性能的影响裂断长裂断长是造纸生产中衡量纸页的抗张强度指标。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。在打浆初期，主要影响纸张裂断长的是纤维结合力；随着打浆时间的延长，纤维结合力虽然也继续有所提高，但是由于纤维平均长度的继续下降，也会影响到裂断长的变化。这种对比关系，自然就会使纸张的裂断长产生转折点，而转折现象产生的早晚则与打浆方式有密切的关系。此外，纤维本身的强度和在造纸机铜网上形成纸张的过程，也会在一定程度上直接影响纸张的裂断长。37打浆对纤维性能的影响耐折度指在一定张力下所能承受的180°往复的折叠次数。主要影响因素：纤维的平均长度、纤维结合力、纤维在纸页中的排列、纤维本身的强度和弹性等，最主要的是纤维平均长度。撕裂度表示纸张抗撕裂的能力。主要影响因素是纤维的平均长度，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。38紧度主要影响因素：打浆度、制浆种类、半纤维素含量、网上脱水情况及压榨和压光的压力等。制浆的打浆度越高，半纤维素含量越多，加压越大，成纸