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造纸基本知识A~Z 这些造纸知识你了解吗?

发布日期:2018-09-29

A Adsorption (吸附):吸附是一种物质在两个物质之间界面上积累的作用。造纸过程中关键的吸附过程是湿部纸浆和填料对水溶性物质(淀粉、树脂、染料等等) 的吸附,这是所有水溶性的湿部添加剂最终留着在纸上的关键一步。快速吸附对于可降解添加剂尤其重要(比如淀粉可以被生物降解) ,但这需要吸附剂具有高留着率,如细小组分的存在。

B Broke (损纸):损纸看起来是造纸生产中不可避免的,但多数情况下,如果不考虑损纸问题,造纸化学将容易得多,因为不必考虑湿部添加剂的化学性质,只考虑表面用化学品。另一方面,不用表面化学品的损纸可能由于精浆等过程造成,当然也取决于造纸用水循环处理水平。和其他造纸化学品问题一样,选用与湿部一致的表面化学品并将损纸按不同质量分别处理可以减少损纸损失。

C Calcium carbonate (碳酸钙) :碳酸钙由于是使用最广泛的造纸湿部填料和涂布颜料,通常被认为是对造纸过程有益的物质,由于其优越的性价比,碳酸钙将继续取代高岭土成为造纸主要填料和颜料。但在酸性条件下溶解是其致命弱点。在回收纤维造纸过程中,由于微生物产生的有机酸造成碳酸钙分解会带来一系列问题,有机酸和钙离子将在系统中形成钙垢,而反应产生的二氧化碳将在纸中形成空洞,这些问题在进入系统新鲜水中硬度含量较高时也可以发生。

D Deposition (沉积物) :当系统中溶解性钙离子含量较高时就可以形成沉积物。其他因素有时也可引起沉积物的形成,如:微生物导致的沉积物形成几率就大大高于天然化学品。沉积物的形成可以造成纸机的速度下降并降低纸张的质量,因此,从源头上对沉积物进行控制远好于添加更多化学品来阻止沉积物的产生。这就需要对生料中辅助成分有一个很好的了解,但这需要作很多额外的努力来办到。

E Electro static forces (电位) :当带电物质存在时就会形成电位,并使造纸原料呈现出带电特性。这对于造纸化学,特别是湿部化学十分重要,尽管从总体上来说电位是平衡的;但如果造纸大部分原料象纸浆和填料带有负电荷的话,将会由于需要中和电位而使造纸助剂用量增大,还将会产生叠氮物。

F Fines (细小组分) :造纸系统中存在的微小的、胶体状颗粒都是细小组分,涂布涂料配方中所有组成成分都是细小组分。湿部的平整度取决于浆料类型、精浆过程及填料使用等因素,细小组分的重要性在于其巨大的比表面积和颗粒数量,这将影响到湿部的施胶、滤水和留着以及纸的抗折力和渗透性。

G Glucuronic acid (葡萄糖醛酸) :葡萄糖醛酸是象葡萄糖醛基木聚糖半纤维素聚合物的阴离子电荷的主体,它是一种由纤维素、半纤维素和淀粉的主链组成单糖———葡萄糖氧化形成的羧基酸,这种物质在纤维的润涨中起很大作用,当在浆中存在时,它可以吸收阳离子添加剂,如果以溶解状态存在时,还会形成阴离子垃圾。

H Hydrogen bonds (氢键) :在造纸系统和纸产品中,氢键不属于普遍类型的化学键,但对于造纸系统和纸产品来说,氢键绝对重要,氢键是一种氢原子和某个基团形成的共价键,在造纸过程中一般是和氧。在造纸过程中氢键一般存在于生料、水和可能形成氢键的地方,在纸产品中,氢键普遍存在于纤维之间、纤维和淀粉等添加剂之间,并可以给纸张一定的强度。

I Ions (离子) :离子包括带电原子和小分子,对水传导率有很大影响,在许多造纸系统中离子往往不被重视,但有时会从整体上或单独组分上在造纸湿部组分的静电作用方面扮演重要角色。由于其存在于液相中,随着水封闭循环会造成在水中积累,最终导致在纸机上形成沉积。

J Jar (动态滤水器) :早在20 世纪70 年代初期动态滤水器(DDJ ) 在造纸过程中就是一个众所周知的术语,也被称作“Britt Jar”。在特定的造纸机械系统,为摸索助留剂用量和种类进行的研究中,动态滤水器这一小小的实验装置可以大大减少实验次数,且针对性强,因此作用重大。动态滤水器的基本操作原理已经被优化改良,目前全世界有多种动态滤水器的变体。另外,动态滤水器还用于测定细小纤维含量。

K Kraft pulps (牛皮纸浆) :牛皮纸浆是一种重要的未漂或漂白生浆,而漂白生浆是最大的浆种。鉴于环境压力,近15年漂白工艺已经发生了变化,非纤维素组分的含量和化学性质都改变了。非漂白牛皮纸浆化学正在形成和完善,一个很好的例子就是自20 世纪90 年代以来苯甲酸的合成和在浆上的应用。

L Lignin (木质素) :木质素是造纸用生木浆中化学性质最复杂,而且最不需要的成分。在机械浆中木质素以其天然结构状态大量存在,从而影响木浆的膨胀性能、纤维强度和韧性。未漂化学浆中残留的木质素在制浆时需要负电荷,这也造成了许多负面影响。当然,木质素可以用作化工原料或燃料,而焚烧是牛皮纸浆厂处理木质素的主要方法。

M Monitoring (监控) :监控将不再是造纸机械可有可无的附属装置。虽然目前有了针对大多数化学参数的专用传感器,但即使对小型生产线来讲,安装、调试传感器及相应的软件的费用十分昂贵,造成传感器的普及使用有些困难,多数情况下仍然要通过手工取样进行非在线测定来检测系统的化学特性。安装使用传感器可以使生产过程中的化学特性更加稳定,使生产出的纸张性质稳定均一(减少损纸) ,安装使用传感器还是划得来的。

N Neutral papermaking (中性造纸) :中性造纸是指流浆箱内的pH 范围为6~8 ,是目前最普遍的造纸方法。因为不用添加酸或碱来调节系统的pH ,所以中性造纸也可以称作自然造纸。与酸性造纸(pH < 6) 或碱性造纸(pH > 6) 相比,中性造纸不仅控制简单,而且还有许多其他优点。

O Organic chemistry(有机化学) :有机化学应用范围包括了除矿物填料/ 颜料和少数如明矾等的物质外的造纸用大部分生料原料。但在造纸过程中没有发生任何化学反应,仅仅是将这些物质留在产品中。

P Polymers (聚合物) :造纸过程中的大多数有机原料,从纸浆的主要成分———纤维素、半纤维素和木质素,到分散剂等少数添加剂都是聚合物。聚合物有许多不同类型———自然的或合成的、直链的或支链的、阴离子的或阳离子的(还有非离子的) 、水溶性的或水不溶的,等等。即使使用了木质衍生的聚合物,造纸过程不使用其他聚合物是不可能的。

Q Quaternary nitrogen atoms (叠氮原子) :叠氮原子存在于很多造纸化学品中,其分子具有阳离子电荷。氮原子的叠氮结构(就是说氮原子直接与四个碳原子结合,而不是与碳水化合物结合) 的优点是可以在任意pH 条件下保持正电荷。阳离子电荷有利于湿部化学品吸附和驻留在纸上。由于多数化学品都是聚合物,叠氮原子也常用作杀菌剂和柔软剂。

R Retention(留着) :留着现象是湿部化学的核心。生产过程中定义了几种不同的留着率———总留着率(得率) 、单次留着率、首次留着率、网筛留着率等等。其中最重要的是单次留着率(SPR) ,细小纤维留着率高直接效应就是减少纤维损失,并且该参数对机器运行和成纸质量同样重要。

S Starch (淀粉) :淀粉是造纸过程中的一种重要聚合物,其化学分子式与造纸中的另一种化合物———纤维素极相似,然而研究发现二者的水溶性相差极大。化学键的细微差别造成性质相差甚远是造纸过程中有趣的一面。

T Temperature (温度) :温度作为一种物理特性可以影响造纸过程中的许多化学现象,在干燥过程中可以促进合适化学反应发生来增加湿强。在湿部,温度可影响很多问题,如: 沉积、泡沫、降解、微生物等,但由于我们对进入造纸系统的热量控制不严,所以很难控制温度的变化。

U Uniformity (均一性) :均一性是任何连续生产中都希望具有的性质。从化学角度考虑,用生料浆的生产实现均一相对容易,但对于使用再生浆的生产就有些困难(不可能) ,所有生产线都要想办法来减少各种情况下发生的损纸。对付化学性质不稳定的最好的方法就是通过适当的分析或检测,找出问题所在进而提出对策。

V van der Waals forces (范德华力) :范德华力是所有物质之间相互吸引的自然力中的基本力,是由分子内不同偶极(分子内电荷分离) 间相互作用形成的。在物质分子间的粘接中(如:气体液化) 和粒子聚合中范德华力起关键作用。 W Water (水) :水对于很多生产来说是一种必不可少的原料,造纸过程也一样。从表面上看,水起到传递、洗涤和化学反应载体等作用,但是在制浆和纸成形过程中,水对最终纸页的性质有重要影响。造纸用水对环境影响很大,可以通过封闭循环使造纸废水控制在最佳水平来减小对环境的影响。造纸用水封闭循环会引起系统内部化学性质发生的变化,这种变化是造纸系统不希望发生的。因此水的控制在优化工艺及产品化学方面起致关重要的作用。

X Xylose (木糖) :木糖在造纸化学品中并不重要,但是这是造纸中唯一以“x”开头的词汇。木糖是一种戊糖,存在于某些纸浆的半纤维素中,具有阴离子电荷。

Y Yield (产量) :产量是衡量造纸所有原料总体留着效果的另一个途径,它把造纸湿部化学的两个主要因素联系在了一起,既所有原料的留着和水的控制。

Z Zeta potential ( Zeta 电位) :Z 是字母表中最后一个字母,Zeta 电位是表述细小颗粒表面电量最常用的方法,但这个数据目前多数情况下还处在讨论阶段,直接用于对造纸化学品的优化调整还不多,Zeta 电位对于纸张质量湿部测定应该十分有用,相对于目前在线测定的一系列参数,Zeta 电位的真正应用还有待于发展。

1.现代造纸的原料有哪些?

答:现代造纸的原料有植物纤维(木材、竹、草类等),矿物纤维(石棉、玻璃丝等),其他纤维(尼龙,金属丝等),还有用石油裂解得到的高分子材料。目前用于书写、印刷、包装的纸仍主要以植物纤维为主要原料制成。

2.造纸植物纤维原料的种类有哪些?

答:目前造纸工业用植物纤维原料主要可分为两类:

木材纤维原料:直接从树木中获得的植物纤维。

非木材纤维原料:又分草类纤维原料、韧皮纤维材料和籽毛纤维材料。

3.纸张常用辅料的组成及作用是什么?

答:辅料是指为满足纸张的不同使用性能而添加到纸张中的各种助剂。辅料由填料、胶料、色料和其他化学助剂组成。

填料能改进纸张的平滑度和不透明度;胶料能使纸张具有抗水性能;色料能增加纸张的白度等;染料能给纸张上色;其他化学助剂可改变纸张的性质,以提供纸张某些特殊用途。

4.胶料的作用是什么?

答:用植物纤维生产的纸张,因纤维本身和纤维间存在大量的毛细孔,而且构成纤维的纤维素、半纤维素含有大量亲水的羟基,所以能吸收水或其他液体。为使纸张不被水或其他液体浸润,需在纸中加入具有抗液性胶体物质或成膜物质,即胶料,给予纸张抗液体渗透和扩散的性能。在造纸工业中施加胶料的工艺过程称为施胶。

5.施胶有哪些方法?

答:根据施胶效果的不同,施胶方法分为内部施胶和表面施胶两种。内部施胶是将胶料加入纸浆中,再抄成具有憎液性的纸和纸板。常用胶料有松香胶料和合成胶料。表面施胶是在纸张表面涂上一层薄的胶料,从而使纸张具有憎液性能。常用胶料有淀粉、动物胶、及合成胶料等。表面施胶主要用于胶版纸、书写纸和有憎液性要求的包装纸和纸板。

6.表面施胶对印刷纸性能的影响有哪些?

答:①增加纸张的抗水能力及表面强度,可减少胶印中纸张的掉毛现象;②改进印刷适性,若表面胶料太少,印刷中纸张将吸收油墨中过多的连结料,造成印迹无光泽。相反,若表面胶料太多,将减慢油墨的干燥速率,导致蹭脏和光亮污点;③增加纸张的可擦性,表面施胶可减少油墨的渗透,因而易于把油墨擦掉,增加了纸面的抗磨擦能力;④增加纸张的强度,如耐破度、耐折度和抗张强度;⑤减少纸张的两面差和变形。

7.填料的作用是什么?

答:填料是为了使纸张获得特定性能,如白度、不透明度、平滑度等,同时,填料的加入使纸张内部空隙变小变细,从而增加纸张的油墨吸收性,并且使得吸墨性变匀。通常加入浆料中的不溶于水或微溶于水的矿物质,在印刷纸中含量约为10%-25%,不同的纸张添加量不同,并且可能相差很大

8.印刷用纸填料应具有哪些特性?

答:印刷用纸的填料应具有高白度、高折射率、颗粒细小、水溶能力低、较低的密度及良好的化学稳定性,另外,最好资源丰富,价格低廉。

9.印刷用纸的常用填料有哪些?

答:最常用的无机填料有滑石粉、白土、钛白粉和碳酸钙。其中钛白粉是昂贵优质的填料;有机合成填料为一些高分子物质。

10.填料对印刷纸张性能的影响有哪些?

答:印刷用纸加入填料可改进纸张的印刷适性,如增加纸张的白度、平滑度、不透明度、挺度。改善纸张对油墨的亲合力、柔软度和稳定性,从而有助于印刷品质量的提高。当然纸张中加入填料量太高也带来一些不良的影响,主要表现为纸张强度的降低和施胶效果的下降,在印刷中易发生掉粉、掉毛现象,填料粒子传递到印版和橡皮布上会产生糊版等现象;由于填料有摩擦作用,还会磨损印版,但是用沉淀碳酸钙(PCC)加填则可以使磨损印版降低到最低程度(金东目前采用)。

11.什么是纸张的不透明度?

答:不透明度是指纸张不透光的性质,纸张的不透明度取决于纸张的光散射能力、纸张内部光散射界面的多少(即内部独立粒子的数量)和散射界面折射率差异的大小。光散射界面越多,散射界面间折射率差异越大,则纸张的光散射能力越大,不透明度越高。

12.填料如何影响纸张的不透明度?

答:没有加填料的纸张是由纤维和空气组成。空气存在于纤维间的孔隙中,由于纤维与空气的折射率不同,因此当光束照射到纸张表面时,即有部分光在纤维与空气界面上发生散射,赋予纸张一定(较低)的不透明度,反映到印刷中,主要表现为极易透印。在纸张中加入折射率大于纤维素的填料后,增加了纸张内部光散射界面的数量,即存在纤维与空气间、填料与纤维间以及填料与空气间三类不同的界面,在这三种界面中,填料与空气间折射率的差值较大。因此光线在填料与空气界面上得到最大散射,导致不透明度增加。

13.填料如何改善纸张表面平滑度?

答:纤维相互交织而形成的网络总是存在大量的孔隙和表面凹凸不平处,加入细小颗粒填料后能改进纸张的柔软性和可塑性,能进行更好压光处理,从而可改进压光后纸张的平滑度。

14.填料对纸张强度的影响如何?

答:纤维间的结合是纸张强度的基础,填料的加入减少了纤维间的结合,所以加入大量填料会使纸张强度显著下降。其中抗张强度、耐折度和耐破度下降较大,撕裂度下降较小,使用填料的用量有一定限制。

15.填料如何影响纸张的松厚度?

答:纸张纤维的密度为1g/cm3左右,而填料的密度大多在2.5-3.0g/cm3。因此填料的加入将会降低纸张的松厚度。但当加入的填料量较少时,松厚度随填料量增加而增加,短纤维的纸张尤为明显。

16.填料如何影响纸张的挺度?

答:纸张的挺度是纸张厚度和弹性模量的函数。填料对挺度的影响应将填料对松厚度和抗张强度的影响综合起来考虑。当加填料量小时,填料的加入基本不影响纸张的挺度,当加填料量再增加时,挺度则随填料量增加而显著减小。

17.色料在纸张中的作用是什么?

答:即使是经过漂白处理的纸浆纤维也是略呈黄色或灰白,这是由于纸浆纤维中所含木素倾向于吸收波长在400-500nm的紫色和蓝色光所致,纸浆中木素含量愈多,其色泽也就愈深。因此要使纸张具有更高的白度,常在漂白浆中加入蓝紫色或红蓝色染料。生产有色纸还必须进行染色处理。

18.色料的成分有哪些?

答:色料是用于纸张染色和调色的颜料和染料。颜料大多是无机物,多数不溶于水;染料有天然染料和合成染料之分,目前合成染料已完全取代天然染料,染料大部分能溶于水,或经化学处理后能溶于水。

19.纸张辅料中的其他化学助剂及作用?

答:为适应纸张某些特殊用途的需要,常在纸浆或纸中掺用各种类型的非纤维性添加剂。按其用途划分,大致可分为如下几类:

①湿强剂。湿强剂是为增加纸页的湿强度而加入的助剂,如脲醛树脂和酚醛树脂等。

②干强剂。如阳离子淀粉,聚丙烯酰胺等。

③助留剂。为减少造纸过程中填料和细小纤维的流失而加入的助剂,如聚丙烯胺、聚氧化乙烯和聚乙烯亚胺等。

④消泡剂。用于消除造纸过程中的泡沫。如硅油、松节油、十三醇、磷酸三丁酯、戊醇和辛醇等。

⑤抗水剂。主要用于对抗水能力有较高要求的纸中。如石蜡、金属皂、乙二醛、三聚氰胺甲醒树脂和丙烯酸二甲胺基乙脂等。

20.纸张如何进行简单分类?

答:纸张通常依用途可以分为文化用纸、工业用纸、生活用纸和特殊用纸,其中文化用纸可以简单地分为非涂布纸和涂布纸。未经涂布加工的纸张称之为非涂布纸,如新闻纸、胶版纸、静电复印纸和书写纸等;经涂布加工的纸张称之为涂布纸,如铜版纸、挂历纸、亚光纸、玻璃卡纸等。

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