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制浆造纸工艺概述制浆造纸造纸制浆纸浆植物纸制浆什么是制浆？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）。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。备料制浆洗涤筛选漂白纸浆制浆的基本过程制浆备料：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原料场的基本要求防火与安全：防止自燃、雷击、人为事故等排水：保证排水沟畅通；注意垛基构造通风：通风道、垛间距离、垛的长度方向运输：原料特点、运输设备照明：照明灯塔、埋设电缆注意：堆垛方法、堆垛规格、堆垛间距备料原木的贮存1.水上贮存：均匀水分，防止腐烂，简化搬运操作；沉底与污泥问题等2.地面贮存：降低水分与树脂含量，腐烂变质问题；注意：堆垛方法、堆垛规格、堆垛间距备料削片机制浆方法料片制浆纸浆化学法机械法化学机械法生物法化学法制浆化学法制浆(CP,ChemicalPulping)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：①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；②降解木素大分子为较小的能溶解在水中的碎片；③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化学法制浆通常采用的化学试剂为：酸法制浆碱法制浆亚硫酸盐法：SO32-烧碱法：NaOH硫酸盐法：NaOH+Na2S化学药剂石灰法：Ca(OH)2碱法制浆蒸煮原理SH-SH-OH-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，100°C以上开始；碱性水解，150°C以上开始化学法制浆化学浆的特点：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。化学法制浆方法比较种类化学法药品成分特征适用原料纸浆用途石灰法Ca(OH)2脱胶、脂强，脱木素差禾草、棉、麻纸板烧碱法NaOH脱木素强芦苇、阔叶木文化用纸碱法硫酸盐法NaOH+Na2S脱木素强，对纤维破坏小针叶木、竹、芦苇高档文化用纸和包装纸酸法亚硫酸盐法MSO3脱木素强，对纤维破坏小所有原料文化用纸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)↓↑本色浆漂白剂化学法制浆工艺蒸煮过程：主要是脱木素的过程。（蒸煮曲线）⑴蒸煮温度：155～180℃⑵蒸煮时间：1.5h~2h⑶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100°C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：100~150°C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：150~175°C（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。化学法制浆工艺洗涤与筛选•洗涤：⑴通过挤压、过滤等作用将废液从纸浆当中分离出来其中：黑液：碱法制浆的废液红液：酸法制浆的废液⑵洗涤设备：常用真空洗浆机、压力洗浆机⑶洗涤方式：多段逆流洗涤化学法制浆工艺筛选：⑴将纸浆中的杂质分离去除的过程。⑵筛选设备：振动筛、离心筛、锥形除渣器化学法制浆工艺碱回收利用加热、蒸发和燃烧有机物的方法将废液中的无机物如Na2S和Na2CO3进行苛化（即加入Ca(OH)2），最终废液中生成NaOH，重新送入蒸煮工段使用。减少了造纸废液对环境的污染循环利用化学药剂回收利用废液中的木素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：ClO2NaClOH2O2Na2S2O3b.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，但还原漂剂价格高机械法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。机械法分为磨石磨木浆和木片磨木浆。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，漂后发黄等。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)磨石料箱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。APMP碱性过氧化氢化学机械浆APMP工艺是将制浆与漂白结合在一起同时完成的工艺过程：主要是浸渍和磨浆洗后木片常压预汽蒸一段螺旋压榨、预浸常压预蒸仓二段螺旋压榨、预浸常压预蒸仓一段常压磨浆洗涤脱水二段常压磨浆消潜筛选APMP特点：杨木APMP与BCTMP相比较有能耗低、化学药品消耗较低、白度和强度较高的特点；但针叶木APMP与BCTMP相比较未表现出明显优势。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）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。质成纸均匀分散，在网上脱介泡沫泡沫法：纸浆空气干法：纸浆水湿法：纸浆造纸造纸（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宏观：增加纤维之间的接触面积，增强纤维间的交织力微观：游离出更多的羟基，利于分子链间的氢键结合氢键结合水分子结构是一个四面体。氧原子位于四面体的中心，两个氢原子和两个孤电子队占据四面体的角顶。O—H键之间的键角被压缩到104.5度。纤维间氢键的形成过程----通过水分子形成的水桥连接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)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。施胶(Sizing)施胶剂要能先被吸附在纤维表面随后留着在纸页中内施胶剂的主要留着机埋是施胶剂粒子与纤维和细料的异质凝聚(Heterocoagulation)。为了改善施胶剂的留着，有必要赋予施胶剂粒子正电荷，以便它们被负电荷的纤维和细料吸附并留着。纤维表面带有负电荷施胶(Sizing)胶料分子定向排列如果是两亲分子，胶料分子必须良好定向于纤维表面，它们的非极性基团朝向外面以形成疏水性的纤维表面。COOOOOOOHHHHHHHOOH随机COHOCOHOCOHOCOHO极性非极性极性施胶(Sizing)疏水性表面加填(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2—40%。常用的填料：滑石粉(成分:MgO30.6%,SiO262%,白度96.8%瓷土(成分:Al2O339%,SiO245%,白度82%）CaCO3TiO2BaSO4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。长网造纸机网部：初步脱水形成厚薄均匀的湿纸幅长网造纸机网部对纸页质量的影响：⑴决定纸张的定量与厚度⑵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）⑶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压榨部：挤压脱水，增加纸页紧度，干度达25—42%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(pressureshoe)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压光卷取及后整理压光后的纸页压光前的纸页提高纸的平滑度、光泽度和厚度均匀性。圆网造纸机(1)构成由网槽、圆网、毛布、伏辊、压榨、烘缸等构成(2)单圆网造纸机：主要用于生产薄纸(3)多圆网造纸机可用于生产厚纸板多层纸板带水