造紙工藝打漿工藝課件

第一章磨(打)漿第一節(jié)概述第二節(jié)磨（打）漿原理第三節(jié)磨漿打漿設(shè)備第四節(jié)磨（打）漿工藝第五節(jié)磨（打）漿對紙漿性質(zhì)的影響第六節(jié)干漿板的碎解和漿料的疏解第一章磨(打)漿第一節(jié)概述1第一節(jié)概述一、磨(打)漿的概念

打漿（beating）：利用物理(機械)的方法處理懸浮于水中的紙漿纖維，使其具有適應(yīng)造紙機生產(chǎn)上要求的特性，并使所產(chǎn)生的紙張能達到預期的質(zhì)量要求，這一操作過程叫打漿。磨漿（refining）：這個術(shù)語是隨著連續(xù)打漿的磨漿機的出現(xiàn)，而產(chǎn)生的。是指利用盤磨等磨漿打漿設(shè)備連續(xù)處理紙漿懸浮液，賦予紙漿抄紙所要求的特性，這一操作過程。碎解：這個術(shù)語主要是用于碎解機中處理漿板、損紙、廢紙及蒸煮后的一些漿料，制成纖維懸浮液，為打漿和磨漿作準備。這三個術(shù)語雖然應(yīng)用范圍不同，但有一個共同點，就是紙料纖維在處理過程中受到剪切力作用。纖維受到的剪切力可以來自磨(打)漿設(shè)備的刀(或磨齒)的機械作用，也可以來自纖維與流體間的速度梯度和加速度所產(chǎn)生的剪切力。

第一節(jié)概述2第一節(jié)概述磨漿和打漿的主要區(qū)別：

在于打漿是間歇式的操作，在打漿過程中，纖維懸浮液在打漿設(shè)備的漿槽內(nèi)循環(huán)并通過由回轉(zhuǎn)的打漿輥飛刀和固定的底刀構(gòu)成的打漿機構(gòu)進行打漿，其特點是纖維通過打漿機構(gòu)時與刀片成垂直的排列。磨漿是連續(xù)操作，在磨漿過程中，纖維懸浮液連續(xù)的通過磨漿設(shè)備，在由轉(zhuǎn)子刀輥飛刀(或轉(zhuǎn)盤磨齒)和固定的定刀(或定盤磨齒)構(gòu)成的磨漿機構(gòu)進行磨漿，其特點是纖維通過磨漿機構(gòu)時與刀片(或磨齒)成平行狀態(tài)。

第一節(jié)概述磨漿和打漿的主要區(qū)別：3第一節(jié)概述二、磨(打)漿的目的和任務(wù)

(一)磨(打)漿的目的

磨(打)漿的目的是根據(jù)紙張或紙板的質(zhì)量要求和漿料的種類和特征，在可控的情況下用物理方法改善纖維的形態(tài)和性質(zhì)，使制造出來的紙張或紙板符合預期的質(zhì)量要求。第一節(jié)概述二、磨(打)漿的目的和任務(wù)4第一節(jié)概述

(二)磨(打)漿的主要任務(wù)

(1)利用物理方法，對水中纖維懸浮液進行機械等處理，使纖維受到剪切力，改變纖維的形態(tài)，使紙漿獲得某些特征(如機械強度、物理性能)，以保證抄造出來的產(chǎn)品取得預期的質(zhì)量要求。(2)通過磨(打)漿，控制紙料在網(wǎng)上的濾水性能，以適應(yīng)造紙機生產(chǎn)的需要，使紙幅獲得良好的成形，改善紙頁的勻度和強度。磨(打)漿是物理變化，磨(打)漿作用對紙漿所產(chǎn)生的纖維結(jié)構(gòu)和膠體物質(zhì)的變化都屬于物理變化，并不引起纖維的化學變化和產(chǎn)生新的物質(zhì)。

第一節(jié)概述(二)磨(打)漿的主要任務(wù)5第一節(jié)概述三、磨(打)漿前后漿料性質(zhì)的變化

磨(打)漿使?jié){料纖維受到剪切力作用，除了揉搓、疏解漿料，使纖維束分解為單纖維外，纖維細胞壁首先產(chǎn)生位移和變形，細胞壁的P層和S層被部分破除并產(chǎn)生纖維碎片，纖維被切斷并發(fā)生扭曲、卷曲、壓縮和伸長等狀況。同時，纖維吸水潤脹和細纖維化，纖維表面分絲而分離出許多微細纖維，纖維兩端帚化，游離出很多羥基，纖維的比表面積增大，表面變的粗糙，而層間的內(nèi)聚力下降，纖維變得更加柔軟可塑，整體紙料的濾水性能下降。總之，磨(打)漿使纖維產(chǎn)生變形、潤脹、細纖維化和切斷等一系列的作用。

第一節(jié)概述三、磨(打)漿前后漿料性質(zhì)的變化6第二節(jié)磨(打)漿原理一、纖維細胞壁的結(jié)構(gòu)圖l-2-1纖維細胞壁結(jié)構(gòu)示意圖l一胞間層、2一初生壁、3一次生壁外層、4一次生壁中層、5一次生壁內(nèi)層用電子顯微鏡觀察植物纖維細胞壁，不難看到它可分為胞間層、初生壁和次生壁。第二節(jié)磨(打)漿原理一、纖維細胞壁的結(jié)構(gòu)7第二節(jié)磨(打)漿原理

一、纖維細胞壁的結(jié)構(gòu)初生壁(P)——細胞壁的外層，與胞間層緊密相連，厚度很薄，約0.1～0.3μm，含有較多的木素和半纖維素，是一層多孔的薄膜，不吸水而能透水，不容易潤脹，微纖維在初生壁上作不規(guī)則的網(wǎng)狀排列，像套筒那樣束在次生壁上，有礙次生壁與外界接觸，有礙纖維的潤脹和細纖維化，故在打漿中需將此層打碎破除。

第二節(jié)磨(打)漿原理

一、纖維細胞壁的結(jié)構(gòu)初生壁(P)—8第二節(jié)磨(打)漿原理

一、纖維細胞壁的結(jié)構(gòu)次生壁外層(S1)——由若干層細纖維的同心層所組成，厚度較薄,約0．1～lμm，是P層與S2層的過渡層，其化學成分與P層接近，微纖維排列的方向幾乎與纖維的軸向垂直(纏繞角70

?！?0。)，不規(guī)則地交織在纖維壁上，S１層和P層結(jié)合較緊密，S1層的微纖維的結(jié)晶度比較高，對化學和機械作用的阻力較大，它和P層都會限制S2層的潤脹和細纖維化，故打漿時也需將此層打碎破除。

第二節(jié)磨(打)漿原理

一、纖維細胞壁的結(jié)構(gòu)次生壁外層(S9第二節(jié)磨(打)漿原理

一、纖維細胞壁的結(jié)構(gòu)次生壁中層(S2)——由許多細纖維的同心層所組成，是纖維細胞壁的主體，厚度最大約3～10μm，約占細胞壁厚度的70％～80％，纖維素和半纖維素的含量高，木素的含量少，微纖維的排列呈螺旋單一取向，幾乎和纖維軸向平行(纏繞角O?！?5。)，S2層是磨(打)漿作用的主要對象。

第二節(jié)磨(打)漿原理

一、纖維細胞壁的結(jié)構(gòu)次生壁中層(S10第二節(jié)磨(打)漿原理

一、纖維細胞壁的結(jié)構(gòu)次生壁內(nèi)層(S3)——由層數(shù)不多的細纖維的同心層所組成，厚度也很薄約0.1μm，在纖維壁中所占的比例不到10％，木素的含量低，纖維素含量高，S3層化學性穩(wěn)定，微纖維的排列與S1層相似，與纖維軸向的纏繞角約70。～90。，在磨(打)漿中一般不考慮S3層。

第二節(jié)磨(打)漿原理

一、纖維細胞壁的結(jié)構(gòu)次生壁內(nèi)層(S11第二節(jié)磨(打)漿原理

一、纖維細胞壁的結(jié)構(gòu)

細胞壁各層微纖維的排列和走向，與細胞軸向的纏繞角大小，對磨(打)漿的影響很大，纏繞角小的纖維容易分絲帚化，反之纏繞角大的分絲帚化困難。單根纖維的強度也主要取決于S2層微細纖維與細胞軸向的纏繞角，纏繞角越小，纖維越長，單根纖維的強度則越大，但伸長率則越小。第二節(jié)磨(打)漿原理

一、纖維細胞壁的結(jié)構(gòu)細胞壁各12第二節(jié)磨(打)漿原理

二、雜細胞的結(jié)構(gòu)

木材和非木材的雜細胞在含量、種類和形狀上都不大相同，木材中的針葉木和闊葉木也不同，而非木材原料中差異更大。一般來講，木材的雜細胞含量比非木材少，如針葉木含量只有1.5％(面積法下同)左右，闊葉木含量約在17％～27％之間，。非木材中如竹類接近20％～30％，其他草類一般在40％～60％之間。第二節(jié)磨(打)漿原理

二、雜細胞的結(jié)構(gòu)木材和非木13第二節(jié)磨(打)漿原理

二、雜細胞的結(jié)構(gòu)

1．針葉木造紙原料的雜細胞針葉木雜細胞包括木射線薄壁細胞和木射線管胞，兩者形態(tài)相似，均為磚形。木射線薄壁細胞，在電子顯微鏡下看到，其初生壁的微細纖維像纖維細胞那樣，是網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，次生壁也分為三層，相當于S1、S2與S3層，其中S2層微細纖維的取向幾乎平行細胞軸，Sl層與S2層微細纖維與細胞軸成30?！?0。。第二節(jié)磨(打)漿原理

二、雜細胞的結(jié)構(gòu)1．針葉14第二節(jié)磨(打)漿原理

二、雜細胞的結(jié)構(gòu)

2．闊葉木造紙原料的雜細胞闊葉木的雜細胞包括導管細胞、木薄壁細胞、木射線薄壁細胞等。闊葉木(水青岡樹屬一種)橫臥木射線薄壁細胞的超薄層橫切面的電子顯微鏡圖中，其細胞壁可看出P+S1，S2和S3層，S2層最厚。從一個橫臥木射線細胞的未處理的與脫木素的表面顯微鏡圖中，觀察到P層有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，次生壁分為三層，S1層與S2層微細纖維的取向與細胞軸成60?！?0。，在S3層的微細纖維取向與軸平行。第二節(jié)磨(打)漿原理

二、雜細胞的結(jié)構(gòu)2．闊葉木15第二節(jié)磨(打)漿原理

二、雜細胞的結(jié)構(gòu)

3．禾草類雜細胞禾草類雜細胞包括有薄壁細胞、表皮細胞、導管細胞等。

(1)麥草麥草的雜細胞主要有表皮細胞、導管、薄壁細胞等，約是全部細胞的40％，薄壁細胞是草漿中常見者，其特點是胞壁薄，容易變形破碎，壁上大多有紋孔。麥草的薄壁細胞形狀有桿狀、長方形、橢圓形等數(shù)種，其中以桿狀為主。桿狀細胞約占雜細胞總數(shù)的一半左右，其胞壁上有網(wǎng)狀加厚。麥草鋸齒狀的表皮細胞較稻草粗大、齒形尖、齒距大小均勻，麥草的導管有螺紋導管、環(huán)紋導管及紋孔導管三種，其中以紋孔導管最長。第二節(jié)磨(打)漿原理

二、雜細胞的結(jié)構(gòu)3．禾草類16第二節(jié)磨(打)漿原理

二、雜細胞的結(jié)構(gòu)

3．禾草類雜細胞

(２)蘆葦蘆葦?shù)膶Ч芗毎捅”诩毎涔餐奶攸c是細胞壁薄，但細胞壁仍分為三層，即初生壁、次生壁外層、次生壁內(nèi)層，其初生壁很薄與胞間層合為一體，不大明顯。在細胞交角的區(qū)域常出現(xiàn)空隙，即無胞間層組織。次生壁外層與次生壁內(nèi)層間有明顯的界線，兩層厚度相差不多，薄壁細胞上微纖維排列，P層呈亂網(wǎng)狀，S1、S3層呈規(guī)則的網(wǎng)狀，S3層的微纖維角度較S1層更近于軸向，存在于紙漿中的薄壁細胞干燥時由于微纖維呈網(wǎng)狀排列收縮是各向同性的，因此細胞表面平坦，不出現(xiàn)起皺現(xiàn)象。導管細胞初生壁上微纖維也是網(wǎng)狀，次生壁上由于有許多紋孔，紋孔口附近的微纖維作環(huán)狀排列，其他部位的微纖維較紊亂。表皮細胞較厚，呈多層狀態(tài)，胞腔較小其中常填有內(nèi)容物。

第二節(jié)磨(打)漿原理

二、雜細胞的結(jié)構(gòu)3．禾草類17第二節(jié)磨(打)漿原理

三、磨(打)漿對纖維細胞的作用

打漿對纖維的作用，主要是發(fā)生物理化學變化。不論使用何種類型的打漿設(shè)備，都使纖維產(chǎn)生切斷、壓潰、吸水潤脹和細纖維化。當纖維的細胞壁受到以上的作用后，其主要變化發(fā)生在纖維的細胞壁。纖維的細胞壁變化有如下幾種形式：

１、打漿使纖維細胞壁產(chǎn)生位移和變形。細胞壁產(chǎn)生位移和變形的原因是由于纖維在打漿過程中受到機械作用力后，使次生壁中層一定位置上的微纖維產(chǎn)生彎曲變形，使微纖維之間空隙有所增加，這就為纖維吸收更多的水分創(chuàng)造了條件，纖維吸水變形后變得柔軟，對除去初生壁和次生壁外層具有重要作用。

第二節(jié)磨(打)漿原理

三、磨(打)漿對纖維細胞的作用18第二節(jié)磨(打)漿原理

三、磨(打)漿對纖維細胞的作用

２、打漿使纖維初生壁和次生壁外層發(fā)生破除。未去掉初生壁的纖維，顯得光滑、挺硬，不易吸水潤脹，因此，必須利用打漿設(shè)備的機械作用力和纖維之間的相互摩擦力，將初生壁和次生壁的外層破除，使次生壁中層的細纖維分離出來，才能達到纖維的充分潤脹和細纖維化的目的。在通常情況下，不同種類的纖維原料的初生壁及次生壁外層的除去難易程度也不相同，因此，在打漿時細纖維化的難易程度也不相同。如：麥草漿比木漿去除要困難，硫酸鹽木漿比亞硫酸鹽木漿的去除要困難。第二節(jié)磨(打)漿原理

三、磨(打)漿對纖維細胞的作用19第二節(jié)磨(打)漿原理

三、磨(打)漿對纖維細胞的作用

３、打漿后紙漿纖維吸水發(fā)生潤脹。纖維初生壁未打破之前，纖維的吸水潤脹程度較慢，經(jīng)過打漿處理后，纖維初生壁及次生壁外層不斷被打破，增大了纖維的吸水潤脹，使纖維變得柔軟可塑，外表面積增大，內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)松弛，分子間內(nèi)聚力下降，有利于細纖維化的進行。由于纖維素和非纖維素分子結(jié)構(gòu)中存在著有無定形區(qū)和大量的羥基，與水分子發(fā)生極性吸引，水分子進入無定形區(qū)，使纖維素分子鏈間距離增大，纖維外表面積增大，從而引起吸水潤脹。第二節(jié)磨(打)漿原理

三、磨(打)漿對纖維細胞的作用20第二節(jié)磨(打)漿原理

三、磨(打)漿對纖維細胞的作用

４、經(jīng)過打漿設(shè)備的物理(機械)作用，使纖維產(chǎn)生細纖維化。紙漿纖維在打漿的過程中受到打漿的機械作用而產(chǎn)生縱向分裂，表面分離出細小纖維，纖維兩端帚化起毛的現(xiàn)象，稱為細纖維化。由于細纖維化的產(chǎn)生，增強了纖維與纖維的交織能力，從而使生產(chǎn)紙張的物理強度有較大的提高。第二節(jié)磨(打)漿原理

三、磨(打)漿對纖維細胞的作用21第二節(jié)磨(打)漿原理

三、磨(打)漿對纖維細胞的作用

５、由于打漿設(shè)備的剪切作用，纖維受到橫向切斷。纖維在打漿過程中，由于打漿設(shè)備的剪切作用，使纖維受到切斷。同時，在打漿壓力較大，濃度較高的情況下，纖維之間相互摩擦，也會造成纖維的橫向切斷。長纖維經(jīng)過適當切短，可以提高紙張的組織均勻性和平滑性。但過分的切短，紙的強度就會降低。在通常情況下，纖維的切斷與潤脹的程度有關(guān)，在同一打漿條件下，吸水潤脹得好，纖維具有良好的柔軟性和可塑性，就不容易受到切斷，而易于分絲帚化。反之，吸水潤脹不好，纖維挺硬，則容易受到切斷。

第二節(jié)磨(打)漿原理

三、磨(打)漿對纖維細胞的作用22第二節(jié)磨(打)漿原理

三、磨(打)漿對纖維細胞的作用

６、產(chǎn)生纖維碎片磨(打)漿過程中產(chǎn)生纖維碎片有三方面:(1)纖維的初生壁和次生壁外層破除由于纖維受到磨(打)漿設(shè)備刀片的機械摩擦力和纖維與纖維之間的摩擦力及水的剪切應(yīng)力的作用，使纖維的初生壁和次生壁外層被磨碎脫落，有的成為碎片，尤其是稻麥草漿，產(chǎn)生的碎片更為明顯，據(jù)研究表明，麥草的初生壁硬而脆，在磨(打)漿開始階段就像剝皮一樣逐漸脫落下來。(2)紙漿中的雜細胞被打碎雜細胞一般粗短，多數(shù)在磨(打)漿過程中容易被打成碎片。尤其是薄壁細胞。

第二節(jié)磨(打)漿原理

三、磨(打)漿對纖維細胞的作用23第二節(jié)磨(打)漿原理

三、磨(打)漿對纖維細胞的作用

６、產(chǎn)生纖維碎片(3)纖維橫向被切斷產(chǎn)生碎片纖維在磨(打)漿過程中，橫向被切斷若在兩端部，而被切斷的部分也成為碎片。不過這碎片數(shù)量不多。這些碎片的存在，一方面影響紙料的濾水性能，特別是草類纖維，因雜細胞含量多，纖維脫落的碎片也多，所以濾水性能差。另一方面這些碎片的存在會影響到紙頁的物理強度。

第二節(jié)磨(打)漿原理

三、磨(打)漿對纖維細胞的作用24第二節(jié)磨(打)漿原理

三、磨(打)漿對纖維細胞的作用

７．其他次要的作用

(1)增加纖維的柔軟性當初生壁與次生壁外層被破除后，纖維就產(chǎn)生大量的吸水潤脹，結(jié)果使纖維直徑變大、比容增加、纖維細胞壁內(nèi)部結(jié)構(gòu)變得更加松弛、層間內(nèi)聚力下降，從而使纖維變得更加柔軟。(2)纖維的扭曲、卷曲、伸展和壓縮高濃磨(打)漿時，纖維受到強烈的擠壓、揉搓和扭曲等作用，使纖維縱向受到壓縮，同心層產(chǎn)生滑動，結(jié)果造成纖維產(chǎn)生扭曲和卷曲形狀。這些扭曲和卷曲狀的纖維若再經(jīng)過低濃磨(打)漿處理又可能被拉伸，結(jié)果使部分纖維由扭曲和卷曲狀轉(zhuǎn)變?yōu)閹?，纖維顯得更加柔軟。

第二節(jié)磨(打)漿原理

三、磨(打)漿對纖維細胞的作用25第二節(jié)磨(打)漿原理

三、磨(打)漿對纖維細胞的作用

７．其他次要的作用

(3)溶解作用在磨(打)漿過程中，纖維表面的部分半纖維素在磨漿打漿過程中，對水的可接近性增加以及化學結(jié)合受到破壞，從而使這部分半纖維素產(chǎn)生溶解作用。Peel認為其損失量在0.5％～5％的范圍內(nèi)，這些溶解出來的物質(zhì)可以被纖維再吸附。第二節(jié)磨(打)漿原理

三、磨(打)漿對纖維細胞的作用26第二節(jié)磨(打)漿原理

四、磨(打)漿對雜細胞的作用

禾草類的雜細胞含量較多，磨(打)漿對其的作用及變化也略有不同。一般來講，薄壁細胞含量較高，但壁很薄，導管兩端都是平直，壁也較薄，故磨(打)漿過程中容易被打碎成為碎片存在于紙料中。篩管的細胞壁也比較薄，屬纖維素，但篩管細胞數(shù)量較少，加之制漿中流失，紙漿中一般不易找到。石細胞，屬非纖維狀的厚壁細胞，尺寸較小，易于在制漿洗滌過程中同洗滌水流失。表皮細胞，一般在磨(打)漿過程中不易被打碎。禾草類的雜細胞在磨(打)漿過程中的變化較為復雜。第二節(jié)磨(打)漿原理

四、磨(打)漿對雜細胞的作用禾27第二節(jié)磨(打)漿原理

四、磨(打)漿對雜細胞的作用

麥草漿中的表皮細胞在磨(打)漿過程中不容易破壞，甚至到磨(打)漿后期，仍能發(fā)現(xiàn)較完整的鋸齒狀的表皮細胞，這和它的結(jié)構(gòu)特殊性有關(guān)。下圖可以看出，麥草漿打漿度為21°SR時，可以看到較完整的鋸齒形表皮細胞，薄壁細胞也較完整。

圖1-2-4麥草漿(2I°SR)的雜細胞×160第二節(jié)磨(打)漿原理

四、磨(打)漿對雜細胞的作用麥28第二節(jié)磨(打)漿原理

四、磨(打)漿對雜細胞的作用

下圖可以看出，麥草漿打漿度增加到63°SR時，表皮細胞還較完整，但薄壁細胞已打成很多碎片了。圖l-2-5麥草漿(63°SR)的雜細胞變化情況×160第二節(jié)磨(打)漿原理

四、磨(打)漿對雜細胞的作用下29第二節(jié)磨(打)漿原理

五、草類漿纖維磨(打)漿的特性１、草漿磨（打）漿纖維細胞變化的特點

草類原料與木材原料在化學組成、纖維形態(tài)及結(jié)構(gòu)上有很大的區(qū)別。反應(yīng)在磨（打）漿上突出的特點是：草漿磨(打)漿帚化困難，即草漿磨(打)漿不易實現(xiàn)外部細纖維化。PF磨對麥草漿的磨漿特性研究表明，在磨漿過程中纖維形態(tài)的變化如下：麥草纖維的P層易破碎脫落（P層是一層較薄的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，像一層易破發(fā)脆的舊紗布包裹在S層的外面）。磨漿開始纖維很快起毛，薄壁細胞破裂成碎片脫落，打漿度迅速升高，當初生壁被剝落干凈以后，纖維顯得很光滑，繼續(xù)磨漿纖維形態(tài)變化不大，隨著打漿度的提高，纖維逐步被切斷。直到打漿度80～90°SR時，纖維才有較明顯的縱裂分絲。在此以后纖維繼續(xù)外部細纖維化。但此時纖維被切得很短，強度大大下降。原來纖維長度0.79mm，當打漿度93°SR時，纖維長度只剩下0.44mm，長度降近一半。第二節(jié)磨(打)漿原理

五、草類漿纖維磨(打)漿的特性１、30第二節(jié)磨(打)漿原理

五、草類漿纖維磨(打)漿的特性２、草類纖維難細纖維化的原因

草類纖維難于細纖維化，據(jù)最近的研究其原因是：(1)草類原料的胞腔小，S1層較厚，S1層與S2層之間粘結(jié)緊密，S1層的細纖維呈交叉螺旋形沿纖維的橫向排列，像一個套筒把龜層緊緊地包扎住，限制了S2層的潤脹，磨(打)漿時S1層不易破除，難于潤脹，因此草漿縱向分裂帚化困難。(2)草類原料的細胞壁是多層結(jié)構(gòu)的微纖維薄層，各層微纖維的排列方向往往不一樣。如竹子、龍須草的微纖維排列多近于橫向排列，多次限制了軸向排列的微纖維層的分絲和潤脹，因此纖維縱裂帚化困難。(3)微纖維的纏繞角度過大。通過對棉漿、麻漿和多種針葉漿的微纖維的觀察發(fā)現(xiàn)，在結(jié)合強度相同的情況下，微纖維纏繞角小于10°的纖維一般容易縱裂。纏繞角在10～30°間的纖維(如棉麻漿)，能夠帚化縱裂。而纏繞角大于45°(如麥草、蘆葦、龍須草等草類纖維和部分闊葉木纖維)，很難帚化縱裂。

第二節(jié)磨(打)漿原理

五、草類漿纖維磨(打)漿的特性２、31第二節(jié)磨(打)漿原理

五、草類漿纖維磨(打)漿的特性２、草類纖維難于細纖維化的原因

(4)微纖維的異向性。微纖維在纖維壁上纏繞的方向上有左旋型(“S”型)，右旋型(“Z”型)，而纏繞型式多變者稱為微纖維的異向性大。有的纖維的S層的微纖維基本上沿同一方向平行排列，如亞麻多為“S”形排列，大麻為“Z”形排列，與纖維軸的纏繞角都小于10°，因而容易縱裂。而龍須草等草類纖維，往往是“S”形與“Z”形交錯排列，這種纖維即使是高度打漿，微纖維仍絞纏在一起，不易帚化縱裂。另外草類原料微纖維的排列往往不是在纖維的末端終止，而是繞過纖維末端繼續(xù)延伸到纖維的背后，因此完整的纖維很難帚化，而有斷口的纖維較易帚化。

第二節(jié)磨(打)漿原理

五、草類漿纖維磨(打)漿的特性２、32第二節(jié)磨(打)漿原理

六、磨(打)漿機理

水中紙漿纖維經(jīng)過打漿設(shè)備的機械處理后，變得柔軟可塑。它的原理就是利用打漿設(shè)備對纖維的作用，使纖維產(chǎn)生切斷、壓潰、吸水潤脹和細纖維化，使纖維表面積增大，從而增加纖維與纖維之間的結(jié)合力，這時在造紙機上脫水較慢，紙頁干燥時產(chǎn)生收縮，因而抄出的紙強度大為增加，紙漿經(jīng)打漿處理后，抄成紙張的性質(zhì)發(fā)生了根本的變化。隨著打漿的進行，纖維的結(jié)合力不斷上升，但纖維平均長度有所下降，經(jīng)過實踐證明，紙張的裂斷長、耐折度、撕裂度，耐破度、伸長率、吸收性、透氣度、不透明度、緊度和伸縮性等與打漿的方式都有密切的關(guān)系。因此在確定打漿方式時要根據(jù)紙張品種的不同合理選擇。

第二節(jié)磨(打)漿原理

六、磨(打)漿機理水中紙漿纖維33第二節(jié)磨(打)漿原理

六、磨(打)漿機理

刀口將捕獲的纖維或纖維絮團送到轉(zhuǎn)動的飛刀和固定的定刀之間，纖維或纖維絮團在此受到壓縮和剪切作用，從而使纖維發(fā)生變化。

第二節(jié)磨(打)漿原理

六、磨(打)漿機理34思考題１、紙漿磨（打）漿的主要原理是什么?

２、磨（打）漿對纖維有那些作用?

思考題35第一章磨(打)漿第一節(jié)概述第二節(jié)磨（打）漿原理第三節(jié)磨漿打漿設(shè)備第四節(jié)磨（打）漿工藝第五節(jié)磨（打）漿對紙漿性質(zhì)的影響第六節(jié)干漿板的碎解和漿料的疏解第一章磨(打)漿第一節(jié)概述36第一節(jié)概述一、磨(打)漿的概念

打漿（beating）：利用物理(機械)的方法處理懸浮于水中的紙漿纖維，使其具有適應(yīng)造紙機生產(chǎn)上要求的特性，并使所產(chǎn)生的紙張能達到預期的質(zhì)量要求，這一操作過程叫打漿。磨漿（refining）：這個術(shù)語是隨著連續(xù)打漿的磨漿機的出現(xiàn)，而產(chǎn)生的。是指利用盤磨等磨漿打漿設(shè)備連續(xù)處理紙漿懸浮液，賦予紙漿抄紙所要求的特性，這一操作過程。碎解：這個術(shù)語主要是用于碎解機中處理漿板、損紙、廢紙及蒸煮后的一些漿料，制成纖維懸浮液，為打漿和磨漿作準備。這三個術(shù)語雖然應(yīng)用范圍不同，但有一個共同點，就是紙料纖維在處理過程中受到剪切力作用。纖維受到的剪切力可以來自磨(打)漿設(shè)備的刀(或磨齒)的機械作用，也可以來自纖維與流體間的速度梯度和加速度所產(chǎn)生的剪切力。

第一節(jié)概述37第一節(jié)概述磨漿和打漿的主要區(qū)別：

在于打漿是間歇式的操作，在打漿過程中，纖維懸浮液在打漿設(shè)備的漿槽內(nèi)循環(huán)并通過由回轉(zhuǎn)的打漿輥飛刀和固定的底刀構(gòu)成的打漿機構(gòu)進行打漿，其特點是纖維通過打漿機構(gòu)時與刀片成垂直的排列。磨漿是連續(xù)操作，在磨漿過程中，纖維懸浮液連續(xù)的通過磨漿設(shè)備，在由轉(zhuǎn)子刀輥飛刀(或轉(zhuǎn)盤磨齒)和固定的定刀(或定盤磨齒)構(gòu)成的磨漿機構(gòu)進行磨漿，其特點是纖維通過磨漿機構(gòu)時與刀片(或磨齒)成平行狀態(tài)。

第一節(jié)概述磨漿和打漿的主要區(qū)別：38第一節(jié)概述二、磨(打)漿的目的和任務(wù)

(一)磨(打)漿的目的

磨(打)漿的目的是根據(jù)紙張或紙板的質(zhì)量要求和漿料的種類和特征，在可控的情況下用物理方法改善纖維的形態(tài)和性質(zhì)，使制造出來的紙張或紙板符合預期的質(zhì)量要求。第一節(jié)概述二、磨(打)漿的目的和任務(wù)39第一節(jié)概述

(二)磨(打)漿的主要任務(wù)

(1)利用物理方法，對水中纖維懸浮液進行機械等處理，使纖維受到剪切力，改變纖維的形態(tài)，使紙漿獲得某些特征(如機械強度、物理性能)，以保證抄造出來的產(chǎn)品取得預期的質(zhì)量要求。(2)通過磨(打)漿，控制紙料在網(wǎng)上的濾水性能，以適應(yīng)造紙機生產(chǎn)的需要，使紙幅獲得良好的成形，改善紙頁的勻度和強度。磨(打)漿是物理變化，磨(打)漿作用對紙漿所產(chǎn)生的纖維結(jié)構(gòu)和膠體物質(zhì)的變化都屬于物理變化，并不引起纖維的化學變化和產(chǎn)生新的物質(zhì)。

第一節(jié)概述(二)磨(打)漿的主要任務(wù)40第一節(jié)概述三、磨(打)漿前后漿料性質(zhì)的變化

磨(打)漿使?jié){料纖維受到剪切力作用，除了揉搓、疏解漿料，使纖維束分解為單纖維外，纖維細胞壁首先產(chǎn)生位移和變形，細胞壁的P層和S層被部分破除并產(chǎn)生纖維碎片，纖維被切斷并發(fā)生扭曲、卷曲、壓縮和伸長等狀況。同時，纖維吸水潤脹和細纖維化，纖維表面分絲而分離出許多微細纖維，纖維兩端帚化，游離出很多羥基，纖維的比表面積增大，表面變的粗糙，而層間的內(nèi)聚力下降，纖維變得更加柔軟可塑，整體紙料的濾水性能下降。總之，磨(打)漿使纖維產(chǎn)生變形、潤脹、細纖維化和切斷等一系列的作用。

第一節(jié)概述三、磨(打)漿前后漿料性質(zhì)的變化41第二節(jié)磨(打)漿原理一、纖維細胞壁的結(jié)構(gòu)圖l-2-1纖維細胞壁結(jié)構(gòu)示意圖l一胞間層、2一初生壁、3一次生壁外層、4一次生壁中層、5一次生壁內(nèi)層用電子顯微鏡觀察植物纖維細胞壁，不難看到它可分為胞間層、初生壁和次生壁。第二節(jié)磨(打)漿原理一、纖維細胞壁的結(jié)構(gòu)42第二節(jié)磨(打)漿原理

一、纖維細胞壁的結(jié)構(gòu)初生壁(P)——細胞壁的外層，與胞間層緊密相連，厚度很薄，約0.1～0.3μm，含有較多的木素和半纖維素，是一層多孔的薄膜，不吸水而能透水，不容易潤脹，微纖維在初生壁上作不規(guī)則的網(wǎng)狀排列，像套筒那樣束在次生壁上，有礙次生壁與外界接觸，有礙纖維的潤脹和細纖維化，故在打漿中需將此層打碎破除。

第二節(jié)磨(打)漿原理

一、纖維細胞壁的結(jié)構(gòu)初生壁(P)—43第二節(jié)磨(打)漿原理

一、纖維細胞壁的結(jié)構(gòu)次生壁外層(S1)——由若干層細纖維的同心層所組成，厚度較薄,約0．1～lμm，是P層與S2層的過渡層，其化學成分與P層接近，微纖維排列的方向幾乎與纖維的軸向垂直(纏繞角70

?！?0。)，不規(guī)則地交織在纖維壁上，S１層和P層結(jié)合較緊密，S1層的微纖維的結(jié)晶度比較高，對化學和機械作用的阻力較大，它和P層都會限制S2層的潤脹和細纖維化，故打漿時也需將此層打碎破除。

第二節(jié)磨(打)漿原理

一、纖維細胞壁的結(jié)構(gòu)次生壁外層(S44第二節(jié)磨(打)漿原理

一、纖維細胞壁的結(jié)構(gòu)次生壁中層(S2)——由許多細纖維的同心層所組成，是纖維細胞壁的主體，厚度最大約3～10μm，約占細胞壁厚度的70％～80％，纖維素和半纖維素的含量高，木素的含量少，微纖維的排列呈螺旋單一取向，幾乎和纖維軸向平行(纏繞角O?！?5。)，S2層是磨(打)漿作用的主要對象。

第二節(jié)磨(打)漿原理

一、纖維細胞壁的結(jié)構(gòu)次生壁中層(S45第二節(jié)磨(打)漿原理

一、纖維細胞壁的結(jié)構(gòu)次生壁內(nèi)層(S3)——由層數(shù)不多的細纖維的同心層所組成，厚度也很薄約0.1μm，在纖維壁中所占的比例不到10％，木素的含量低，纖維素含量高，S3層化學性穩(wěn)定，微纖維的排列與S1層相似，與纖維軸向的纏繞角約70?！?0。，在磨(打)漿中一般不考慮S3層。

第二節(jié)磨(打)漿原理

一、纖維細胞壁的結(jié)構(gòu)次生壁內(nèi)層(S46第二節(jié)磨(打)漿原理

一、纖維細胞壁的結(jié)構(gòu)

細胞壁各層微纖維的排列和走向，與細胞軸向的纏繞角大小，對磨(打)漿的影響很大，纏繞角小的纖維容易分絲帚化，反之纏繞角大的分絲帚化困難。單根纖維的強度也主要取決于S2層微細纖維與細胞軸向的纏繞角，纏繞角越小，纖維越長，單根纖維的強度則越大，但伸長率則越小。第二節(jié)磨(打)漿原理

一、纖維細胞壁的結(jié)構(gòu)細胞壁各47第二節(jié)磨(打)漿原理

二、雜細胞的結(jié)構(gòu)

木材和非木材的雜細胞在含量、種類和形狀上都不大相同，木材中的針葉木和闊葉木也不同，而非木材原料中差異更大。一般來講，木材的雜細胞含量比非木材少，如針葉木含量只有1.5％(面積法下同)左右，闊葉木含量約在17％～27％之間，。非木材中如竹類接近20％～30％，其他草類一般在40％～60％之間。第二節(jié)磨(打)漿原理

二、雜細胞的結(jié)構(gòu)木材和非木48第二節(jié)磨(打)漿原理

二、雜細胞的結(jié)構(gòu)

1．針葉木造紙原料的雜細胞針葉木雜細胞包括木射線薄壁細胞和木射線管胞，兩者形態(tài)相似，均為磚形。木射線薄壁細胞，在電子顯微鏡下看到，其初生壁的微細纖維像纖維細胞那樣，是網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，次生壁也分為三層，相當于S1、S2與S3層，其中S2層微細纖維的取向幾乎平行細胞軸，Sl層與S2層微細纖維與細胞軸成30?！?0。。第二節(jié)磨(打)漿原理

二、雜細胞的結(jié)構(gòu)1．針葉49第二節(jié)磨(打)漿原理

二、雜細胞的結(jié)構(gòu)

2．闊葉木造紙原料的雜細胞闊葉木的雜細胞包括導管細胞、木薄壁細胞、木射線薄壁細胞等。闊葉木(水青岡樹屬一種)橫臥木射線薄壁細胞的超薄層橫切面的電子顯微鏡圖中，其細胞壁可看出P+S1，S2和S3層，S2層最厚。從一個橫臥木射線細胞的未處理的與脫木素的表面顯微鏡圖中，觀察到P層有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，次生壁分為三層，S1層與S2層微細纖維的取向與細胞軸成60?！?0。，在S3層的微細纖維取向與軸平行。第二節(jié)磨(打)漿原理

二、雜細胞的結(jié)構(gòu)2．闊葉木50第二節(jié)磨(打)漿原理

二、雜細胞的結(jié)構(gòu)

3．禾草類雜細胞禾草類雜細胞包括有薄壁細胞、表皮細胞、導管細胞等。

(1)麥草麥草的雜細胞主要有表皮細胞、導管、薄壁細胞等，約是全部細胞的40％，薄壁細胞是草漿中常見者，其特點是胞壁薄，容易變形破碎，壁上大多有紋孔。麥草的薄壁細胞形狀有桿狀、長方形、橢圓形等數(shù)種，其中以桿狀為主。桿狀細胞約占雜細胞總數(shù)的一半左右，其胞壁上有網(wǎng)狀加厚。麥草鋸齒狀的表皮細胞較稻草粗大、齒形尖、齒距大小均勻，麥草的導管有螺紋導管、環(huán)紋導管及紋孔導管三種，其中以紋孔導管最長。第二節(jié)磨(打)漿原理

二、雜細胞的結(jié)構(gòu)3．禾草類51第二節(jié)磨(打)漿原理

二、雜細胞的結(jié)構(gòu)

3．禾草類雜細胞

(２)蘆葦蘆葦?shù)膶Ч芗毎捅”诩毎涔餐奶攸c是細胞壁薄，但細胞壁仍分為三層，即初生壁、次生壁外層、次生壁內(nèi)層，其初生壁很薄與胞間層合為一體，不大明顯。在細胞交角的區(qū)域常出現(xiàn)空隙，即無胞間層組織。次生壁外層與次生壁內(nèi)層間有明顯的界線，兩層厚度相差不多，薄壁細胞上微纖維排列，P層呈亂網(wǎng)狀，S1、S3層呈規(guī)則的網(wǎng)狀，S3層的微纖維角度較S1層更近于軸向，存在于紙漿中的薄壁細胞干燥時由于微纖維呈網(wǎng)狀排列收縮是各向同性的，因此細胞表面平坦，不出現(xiàn)起皺現(xiàn)象。導管細胞初生壁上微纖維也是網(wǎng)狀，次生壁上由于有許多紋孔，紋孔口附近的微纖維作環(huán)狀排列，其他部位的微纖維較紊亂。表皮細胞較厚，呈多層狀態(tài)，胞腔較小其中常填有內(nèi)容物。

第二節(jié)磨(打)漿原理

二、雜細胞的結(jié)構(gòu)3．禾草類52第二節(jié)磨(打)漿原理

三、磨(打)漿對纖維細胞的作用

打漿對纖維的作用，主要是發(fā)生物理化學變化。不論使用何種類型的打漿設(shè)備，都使纖維產(chǎn)生切斷、壓潰、吸水潤脹和細纖維化。當纖維的細胞壁受到以上的作用后，其主要變化發(fā)生在纖維的細胞壁。纖維的細胞壁變化有如下幾種形式：

１、打漿使纖維細胞壁產(chǎn)生位移和變形。細胞壁產(chǎn)生位移和變形的原因是由于纖維在打漿過程中受到機械作用力后，使次生壁中層一定位置上的微纖維產(chǎn)生彎曲變形，使微纖維之間空隙有所增加，這就為纖維吸收更多的水分創(chuàng)造了條件，纖維吸水變形后變得柔軟，對除去初生壁和次生壁外層具有重要作用。

第二節(jié)磨(打)漿原理

三、磨(打)漿對纖維細胞的作用53第二節(jié)磨(打)漿原理

三、磨(打)漿對纖維細胞的作用

２、打漿使纖維初生壁和次生壁外層發(fā)生破除。未去掉初生壁的纖維，顯得光滑、挺硬，不易吸水潤脹，因此，必須利用打漿設(shè)備的機械作用力和纖維之間的相互摩擦力，將初生壁和次生壁的外層破除，使次生壁中層的細纖維分離出來，才能達到纖維的充分潤脹和細纖維化的目的。在通常情況下，不同種類的纖維原料的初生壁及次生壁外層的除去難易程度也不相同，因此，在打漿時細纖維化的難易程度也不相同。如：麥草漿比木漿去除要困難，硫酸鹽木漿比亞硫酸鹽木漿的去除要困難。第二節(jié)磨(打)漿原理

三、磨(打)漿對纖維細胞的作用54第二節(jié)磨(打)漿原理

三、磨(打)漿對纖維細胞的作用

３、打漿后紙漿纖維吸水發(fā)生潤脹。纖維初生壁未打破之前，纖維的吸水潤脹程度較慢，經(jīng)過打漿處理后，纖維初生壁及次生壁外層不斷被打破，增大了纖維的吸水潤脹，使纖維變得柔軟可塑，外表面積增大，內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)松弛，分子間內(nèi)聚力下降，有利于細纖維化的進行。由于纖維素和非纖維素分子結(jié)構(gòu)中存在著有無定形區(qū)和大量的羥基，與水分子發(fā)生極性吸引，水分子進入無定形區(qū)，使纖維素分子鏈間距離增大，纖維外表面積增大，從而引起吸水潤脹。第二節(jié)磨(打)漿原理

三、磨(打)漿對纖維細胞的作用55第二節(jié)磨(打)漿原理

三、磨(打)漿對纖維細胞的作用

４、經(jīng)過打漿設(shè)備的物理(機械)作用，使纖維產(chǎn)生細纖維化。紙漿纖維在打漿的過程中受到打漿的機械作用而產(chǎn)生縱向分裂，表面分離出細小纖維，纖維兩端帚化起毛的現(xiàn)象，稱為細纖維化。由于細纖維化的產(chǎn)生，增強了纖維與纖維的交織能力，從而使生產(chǎn)紙張的物理強度有較大的提高。第二節(jié)磨(打)漿原理

三、磨(打)漿對纖維細胞的作用56第二節(jié)磨(打)漿原理

三、磨(打)漿對纖維細胞的作用

５、由于打漿設(shè)備的剪切作用，纖維受到橫向切斷。纖維在打漿過程中，由于打漿設(shè)備的剪切作用，使纖維受到切斷。同時，在打漿壓力較大，濃度較高的情況下，纖維之間相互摩擦，也會造成纖維的橫向切斷。長纖維經(jīng)過適當切短，可以提高紙張的組織均勻性和平滑性。但過分的切短，紙的強度就會降低。在通常情況下，纖維的切斷與潤脹的程度有關(guān)，在同一打漿條件下，吸水潤脹得好，纖維具有良好的柔軟性和可塑性，就不容易受到切斷，而易于分絲帚化。反之，吸水潤脹不好，纖維挺硬，則容易受到切斷。

第二節(jié)磨(打)漿原理

三、磨(打)漿對纖維細胞的作用57第二節(jié)磨(打)漿原理

三、磨(打)漿對纖維細胞的作用

６、產(chǎn)生纖維碎片磨(打)漿過程中產(chǎn)生纖維碎片有三方面:(1)纖維的初生壁和次生壁外層破除由于纖維受到磨(打)漿設(shè)備刀片的機械摩擦力和纖維與纖維之間的摩擦力及水的剪切應(yīng)力的作用，使纖維的初生壁和次生壁外層被磨碎脫落，有的成為碎片，尤其是稻麥草漿，產(chǎn)生的碎片更為明顯，據(jù)研究表明，麥草的初生壁硬而脆，在磨(打)漿開始階段就像剝皮一樣逐漸脫落下來。(2)紙漿中的雜細胞被打碎雜細胞一般粗短，多數(shù)在磨(打)漿過程中容易被打成碎片。尤其是薄壁細胞。

第二節(jié)磨(打)漿原理

三、磨(打)漿對纖維細胞的作用58第二節(jié)磨(打)漿原理

三、磨(打)漿對纖維細胞的作用

６、產(chǎn)生纖維碎片(3)纖維橫向被切斷產(chǎn)生碎片纖維在磨(打)漿過程中，橫向被切斷若在兩端部，而被切斷的部分也成為碎片。不過這碎片數(shù)量不多。這些碎片的存在，一方面影響紙料的濾水性能，特別是草類纖維，因雜細胞含量多，纖維脫落的碎片也多，所以濾水性能差。另一方面這些碎片的存在會影響到紙頁的物理強度。

第二節(jié)磨(打)漿原理

三、磨(打)漿對纖維細胞的作用59第二節(jié)磨(打)漿原理

三、磨(打)漿對纖維細胞的作用

７．其他次要的作用

(1)增加纖維的柔軟性當初生壁與次生壁外層被破除后，纖維就產(chǎn)生大量的吸水潤脹，結(jié)果使纖維直徑變大、比容增加、纖維細胞壁內(nèi)部結(jié)構(gòu)變得更加松弛、層間內(nèi)聚力下降，從而使纖維變得更加柔軟。(2)纖維的扭曲、卷曲、伸展和壓縮高濃磨(打)漿時，纖維受到強烈的擠壓、揉搓和扭曲等作用，使纖維縱向受到壓縮，同心層產(chǎn)生滑動，結(jié)果造成纖維產(chǎn)生扭曲和卷曲形狀。這些扭曲和卷曲狀的纖維若再經(jīng)過低濃磨(打)漿處理又可能被拉伸，結(jié)果使部分纖維由扭曲和卷曲狀轉(zhuǎn)變?yōu)閹?，纖維顯得更加柔軟。

第二節(jié)磨(打)漿原理

三、磨(打)漿對纖維細胞的作用60第二節(jié)磨(打)漿原理

三、磨(打)漿對纖維細胞的作用

７．其他次要的作用

(3)溶解作用在磨(打)漿過程中，纖維表面的部分半纖維素在磨漿打漿過程中，對水的可接近性增加以及化學結(jié)合受到破壞，從而使這部分半纖維素產(chǎn)生溶解作用。Peel認為其損失量在0.5％～5％的范圍內(nèi)，這些溶解出來的物質(zhì)可以被纖維再吸附。第二節(jié)磨(打)漿原理

三、磨(打)漿對纖維細胞的作用61第二節(jié)磨(打)漿原理

四、磨(打)漿對雜細胞的作用

禾草類的雜細胞含量較多，磨(打)漿對其的作用及變化也略有不同。一般來講，薄壁細胞含量較高，但壁很薄，導管兩端都是平直，壁也較薄，故磨(打)漿過程中容易被打碎成為碎片存在于紙料中。篩管的細胞壁也比較薄，屬纖維素，但篩管細胞數(shù)量較少，加之制漿中流失，紙漿中一般不易找到。石細胞，屬非纖維狀的厚壁細胞，尺寸較小，易于在制漿洗滌過程中同洗滌水流失。表皮細胞，一般在磨(打)漿過程中不易被打碎。禾草類的雜細胞在磨(打)漿過程中的變化較為復雜。第二節(jié)磨(打)漿原理

四、磨(打)漿對雜細胞的作用禾62第二節(jié)磨(打)漿原理

四、磨(打)漿對雜細胞的作用

麥草漿中的表皮細胞在磨(打)漿過程中不容易破壞，甚至到磨(打)漿后期，仍能發(fā)現(xiàn)較完整的鋸齒狀的表皮細胞，這和它的結(jié)構(gòu)特殊性有關(guān)。下圖可以看出，麥草漿打漿度為21°SR時，可以看到較完整的鋸齒形表皮細胞，薄壁細胞也較完整。

圖1-2-4麥草漿(2I°SR)的雜細胞×160第二節(jié)磨(打)漿原理

四、磨(打)漿對雜細胞的作用麥63第二節(jié)磨(打)漿原理

四、磨(打)漿對雜細胞的作用

下圖可以看出，麥草漿打漿度增加到63°SR時，表皮細胞還較完整，但薄壁細胞已打成很多碎片了。圖l-2-5麥草漿(63°SR)的雜細胞變化情況×160第二節(jié)磨(打)漿原理

四、磨(打