造紙原理與工程課件

《造紙原理與工程》

緒論

開篇：紙是什么？（一）紙是一種特殊的材料。紙是由纖維（包括植物纖維和非植物纖維）和非纖維添加物交織而成的多孔性網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)薄型材料。（二）紙是由植物纖維為主體的纖維物質(zhì)構(gòu)成的。

據(jù)研究者考究，一張普通的A4打印紙，大致由2500萬根左右的植物纖維構(gòu)成。（三）紙的形成

紙是由纖維懸浮液經(jīng)濾網(wǎng)過濾得到的濾層、再經(jīng)壓榨和干燥后形成的。纖維懸浮液濾網(wǎng)過濾壓榨干燥一、造紙工業(yè)

在國民經(jīng)濟(jì)中的地位“軟鋼板”。反映國力和文化發(fā)展水平。是“朝陽工業(yè)”，而不是“夕陽工業(yè)”。國際上認(rèn)為是六大支柱產(chǎn)業(yè)之一。二、國內(nèi)外造紙工業(yè)的

現(xiàn)狀和發(fā)展中國人發(fā)明了造紙。西方人發(fā)展了造紙？中國造紙工作者的責(zé)任

我國著名造紙工作者陳丕揚(yáng)先生（1899-1987）。上個世紀(jì)20年代先后畢業(yè)于美國麻省理工學(xué)院和緬因州立大學(xué)，獲碩士學(xué)位。回國后籌建我國最大的新聞紙廠廣東省營制紙廠（現(xiàn)廣州造紙廠）。三、紙和紙板的分類及用途紙和紙板的界定：----以225(g/m2)的定量為一分界線，定量小于225(g/m2)的稱為紙；大于225(g/m2)的稱為紙板。

四、原紙尺寸和幅面尺寸卷筒紙原紙寬度：1575mm,1092mm,880mm,787mm。平板紙原紙尺寸：

880x1230mm,880x1092mm,787x1092mm,787x960mm,690x960mm,850x1168mm

紙的幅面尺寸：國家標(biāo)準(zhǔn)GB148-59規(guī)定：幅面尺寸分為A、B、C三組。

A:1682x2379mm(4倍A0)B:1499x2104mm(4倍B0)C:1834x2594mm(4倍C0)國際上通用ISO標(biāo)準(zhǔn)：A0—A6。

A0—全開本，A6—64開本。五、紙和紙板的性能指標(biāo)

外觀質(zhì)量物理性能光學(xué)性能印刷適性電氣性能六、紙與印刷（一）造紙與印刷的關(guān)系Papermaking–Printing造紙、印刷與包裝的關(guān)系Papermaking-Printing-Packaging造紙產(chǎn)品中60％為包裝用紙（其中部分也需要印刷）30％為文化用紙（書刊、宣傳品等）（二）印刷方法1、凸版印刷印版中的圖文凸出。分為平壓凸印、圓壓凸印和輪轉(zhuǎn)凸印三種。印刷壓力較大。2、凹版印刷印版中的圖文凹陷，且深淺不同。也可分為平壓凹印和輪轉(zhuǎn)凹印兩種。3、平版印刷印版的圖文和空白部分在同一平面上。制版時，通過化學(xué)處理，使有圖文的部分著墨，而空白處憎墨，從而形成印版。常用的有膠版印刷，多為輪轉(zhuǎn)膠印機(jī)，印刷速度快，而印刷壓力較小。（三）紙的印刷適（printability）1、印刷運(yùn)行特性外觀質(zhì)量

----紙頁表面不得有皺折、卷曲、孔眼和破損等；

紙頁物理強(qiáng)度----

有良好的抗張強(qiáng)度和表面強(qiáng)度。前者為適應(yīng)高速輪轉(zhuǎn)印刷機(jī)的操作；后者為防止紙面掉毛掉粉造成糊版。2、適印質(zhì)量----主要指標(biāo)不透明度—衡量光學(xué)透印的指標(biāo)。印刷不透明度----衡量油墨滲透的指標(biāo)。平滑度----與印刷著墨程度有關(guān)。光澤度----與印品印后質(zhì)量有關(guān)。（四）印刷油墨

油墨----

由顏料、填料、添加劑和舒展劑組成。顏料----它賦予油墨以色澤。分為有機(jī)和無機(jī)顏料。舒展劑----決定油墨的黏度、流動性、干燥性等特性，分為油料型、樹脂型和溶劑型三類。

七、造紙生產(chǎn)流程打漿添料凈化、篩選上網(wǎng)、抄造第一章紙料的流體和造紙

濕部化學(xué)特性第一節(jié)紙料的組成與特性一、紙料的組成紙料懸浮液體系是由固、液、氣三相組成的復(fù)雜分散體系。固：主要是纖維、細(xì)小纖維，其次是膠料、填料、非纖維添加物液：主要成分是水，此外還有助留劑、助濾劑等氣：主要是空氣二、組成紙料各組分性質(zhì)（一）水1.水是紙料懸浮液的介質(zhì)，也是紙料的重要組分所有的濕法抄造都借助水作為懸浮液介質(zhì)，水還會造成抄造環(huán)境，如抄造的酸堿性2.水具有較高的表面張力水具有比一般液體都高的表面張力，抄造過程中，濕紙幅形成強(qiáng)度、泡沫的形成與破滅，紙幅內(nèi)施膠等造紙現(xiàn)象都受到表面張力的影響3.水能施纖維產(chǎn)生潤漲直接導(dǎo)致纖維間結(jié)合力增加一些液體的表面張力紙漿纖維由于帶有羥基，能在水這種極性溶液中發(fā)生潤漲，導(dǎo)致比體積增加，纖維胞壁結(jié)構(gòu)更為松弛，內(nèi)聚力下降，提高了柔軟性和可塑性，為打漿時的細(xì)纖維化創(chuàng)造了條件，并最終作為紙頁纖維間結(jié)合的“粘合劑”。（二）纖維與細(xì)小纖維一般認(rèn)為通過75μm（200目）的粒子構(gòu)成細(xì)小纖維不能通過的粒子是纖維部分。因?yàn)橥ㄟ^200目的篩子不僅僅是細(xì)小纖維，還包括礦物填料，因此統(tǒng)稱為細(xì)料固體粒子1.細(xì)料固體中的細(xì)小纖維與纖維的不同特性（1）細(xì)小纖維具有大的比表面積（2）細(xì)小纖維對造紙濕部添加劑有強(qiáng)烈的吸附能力2.細(xì)小纖維和纖維表面帶有負(fù)電荷由于與半纖維素、氧化纖維素、氧化木素相關(guān)的表面基團(tuán)的電離作用，纖維和細(xì)小纖維總是帶負(fù)電荷3.纖維和細(xì)小纖維的離子交換行為纖維的離子交換能力來源于自然的酸性半纖維素纖維對各種無機(jī)離子吸附能力由強(qiáng)到弱的順序?yàn)椋篘(CH3)3+<Li+<Na+<K+<Ag+<Ca2+<Mg2+<Ba2+<Al3+（三）功能性添加劑功能性添加劑是企圖為變紙頁中的一個成分而改變紙頁的性能，如著色劑、施膠劑、濕強(qiáng)劑等（四）控制性添加劑用于改變濕部紙料的性能，如助留劑、消泡劑、防腐劑樹、脂控制劑等。三、紙料的特性（一）紙料分散體系具有絮集的性質(zhì)其絮聚的臨界濃度為約為0.05％，在臨界濃度以上，纖維之間由于沒有足夠的轉(zhuǎn)動空間而容易產(chǎn)生碰撞，從而使纖維間相互交織，產(chǎn)生絮聚。（二）紙料分散體系還具有膠體的特性打漿后產(chǎn)生的纖維表面細(xì)纖維化，亦即纖維表面起毛和產(chǎn)生很多細(xì)小纖維及其它細(xì)料固體顆粒，從整體來看它具有膠體大小尺寸。配料中可能還有溶解的無機(jī)鹽及聚電解質(zhì)、表面活性劑、膠料、填料等。紙料分散體系的膠體顆粒表面還帶有電荷，一般為負(fù)電荷。其相斥性使膠體顆粒具有一定分散穩(wěn)定性。（三）紙料分散體的表面電動現(xiàn)象分散在水里的紙料膠體顆粒，其顆粒持有離子性及表面層的分子結(jié)構(gòu)如果有極性的話，由于從懸浮液中選擇性地吸附離子，表面具有了一定的電位便產(chǎn)生了動電行為。第二節(jié)紙料懸浮液的流體力學(xué)性質(zhì)一、紙料懸浮液的流動狀態(tài)和流動特性曲線（一）紙料懸浮液的流動狀態(tài)流動狀態(tài)可分為塞流、混流和湍流三種基本狀態(tài)。（二）紙料懸浮液的流動特性曲線紙漿懸浮液的三種狀態(tài)紙漿懸浮液的流動特性曲線二、影響紙料懸浮液流動狀態(tài)和流動曲線的主要因素（一）懸浮液流動速度的影響當(dāng)紙料濃度一定時（在臨界濃度上）流動速度提高，對管道內(nèi)紙料纖維施加的剪切力加強(qiáng)，纖維網(wǎng)絡(luò)塞體瓦解直至完全分散，進(jìn)入湍流狀態(tài)。（二）紙料濃度的影響紙料濃度對流動過程中壓頭損失具有顯著的影響。（三）纖維的物理結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)的影響較長纖維和表面粗糙及較柔軟的纖維，能夠增加纖硫酸鹽木漿的流動特性曲線管道：76.2mm直徑的銅管、直管打漿度：15.5。SR漿溫19℃漿料：未漂硫酸鹽木漿的機(jī)械纏結(jié)，進(jìn)而增加纖維網(wǎng)絡(luò)和絮聚的強(qiáng)度。非木材纖維紙漿由于在纖維形態(tài)、雜細(xì)胞含量、化學(xué)組成等方面與木材纖維紙漿有較大區(qū)別，因而兩者的流動性有較大的差別。三、紙料懸浮液的流動特性（一）紙料懸浮液流動過程中的湍動1.湍動的概念當(dāng)流體的雷諾數(shù)超過一定數(shù)值時，流體就處于湍動狀態(tài)，這時管道內(nèi)的每一個流體質(zhì)點(diǎn)作不規(guī)則的、在速度大小和方向都發(fā)生變化的脈動，流體這種不規(guī)則的脈動在工程常稱為湍動。2.湍動的表示方法湍動尺度和湍動強(qiáng)度湍動尺度是指在湍動力場中，發(fā)生速度波動的平均距離大小的量，即指湍動規(guī)模大小。湍動強(qiáng)度指在湍動場中，發(fā)生速度變化大小的量即湍動時產(chǎn)生剪切力的大小和湍動時產(chǎn)生的強(qiáng)度。3.湍動的類型（1）低強(qiáng)度湍動不能分散網(wǎng)絡(luò)（2）高強(qiáng)大湍動剪切力不能作用于單根纖維上，不能分散纖維網(wǎng)絡(luò)（3）高強(qiáng)微湍動強(qiáng)度很高而且尺度很小的湍動，強(qiáng)大的剪切力可以作用于每根纖維，從而破壞纖維絮聚物內(nèi)在的強(qiáng)度，達(dá)到分散目的，所希望的湍動。4.湍動的特點(diǎn)生存期短，具有兩重性，即分散纖維又給纖維創(chuàng)造碰撞交纏的機(jī)會。（二）紙料懸浮液的纖維絮聚1.纖維絮聚原因纖維與纖維之間相互發(fā)生碰撞產(chǎn)生機(jī)械交纏而連接起來的結(jié)果。纖維絮凝主要由兩個原因造成：一是纖維幾何尺寸以及纖維本身的模量等相關(guān)物理性能導(dǎo)致的纖維之間的相互纏繞。第二個原因是纖維之間電荷吸引力以及其它吸引力使纖維聚集起來。將長纖維打漿切短、添加短纖維、降低抄造濃度、改善漿料揣動效果等措施均可改善紙張勻度。合成聚合物電解質(zhì)、淀粉、樹膠和其它化學(xué)助劑對勻度可起有利或不利的影響。2.湍動和纖維絮聚的關(guān)系湍動的強(qiáng)度低，不足以將絮聚物分散，湍動的尺度很大時，絮聚物可完整的存在于大渦懸中，也不能分散絮聚物。高強(qiáng)度微湍動能分散絮聚物，但過強(qiáng)的湍動給消能造成困難。第三節(jié)造紙的紙料的濕部化學(xué)特性一、造紙濕部紙料配料組分的膠體化學(xué)特性（一）造紙濕部紙料配料組分的膠體化學(xué)特性可分為親水體系和疏水體系疏液膠體的特性：微粒呈懸浮狀，非溶液狀態(tài)溶劑和微粒之間有微小作用力或親和力在形成集聚方面具有熱不穩(wěn)定性微粒與周圍介質(zhì)之間的界面影響系統(tǒng)性能。親液膠體的特性：小分子聚集體或高分子的真正溶液溶劑和微粒之間有強(qiáng)烈的吸引力微粒和周圍介質(zhì)之間沒有真正的界面親水體系是大分子溶液，屬于一種穩(wěn)定體系，而疏水體系是一個高度分散的多相體系，有很大的比表面積和很高的比表面自由能。造紙過程中疏水膠體體系：全部都分散在水中的填料分散在水中的細(xì)小纖維松香膠造紙過程中親水膠體體系：溶解在水中的淀粉溶解在水中的樹膠溶解在水中的半纖維素溶解在水中的表面活性劑、分散劑、增濕劑溶解在水中的助留劑、助濾劑、勻度助劑（二）造紙濕部分子間力主要有分子間的電性排斥力和吸引力及分子間結(jié)合力1.分子間電性結(jié)合力和吸引力紙料中的纖維素和半纖維素的羧基（糖醛酸），木素中含有的酸基以及來自制漿過程中的磺酸基，這些組分在水中產(chǎn)生電離，將某種離子送到水中，而配料組分粒子本身則帶有與之相反的電荷。2.分子間的結(jié)合力1.親水系統(tǒng)該系統(tǒng)一般指高分子部分，即分散相與水具有強(qiáng)親和力的系統(tǒng)。如配料中溶于水的淀粉、半纖維素及溶于水的表面活性劑、分散劑、濕潤劑和溶于水的助留劑、助濾劑、成形助劑等。2.疏水系統(tǒng)該系統(tǒng)是指分散相與水沒有親和力或只有很弱的親和力的系統(tǒng)。其性質(zhì)較為穩(wěn)定，必須含有穩(wěn)定劑才能較好生存，如分散在水中的填料、顏料、細(xì)小纖維及分散的松香膠液和水中的松香顆粒。疏水系統(tǒng)膠粒表面布滿著同符號的電荷，其主要來源有兩方面：一方面是吸附；一方面是表面上的分子產(chǎn)生電離。（四）雙電層懸浮膠粒表面帶有相同符號的電荷，界面電荷的存在會影響到造紙纖維懸浮液中離子的分布，離子表面帶有同符號的離子，而反離子分布在它的周圍。雙電層包括吸附層和擴(kuò)散層。與微粒表面電荷相對的離子，成為平衡離子，它被靠近表面的靜電作用力和范德華力緊緊地吸附住。在該區(qū)域內(nèi)電位可迅速減弱。這一吸附層又被稱為stern層，它對離子的吸附能力非常強(qiáng)，可以阻止由于熱運(yùn)動使離子脫離固體表面。在stern層和其余溶液之間存在一個流體滑移面，離子呈擴(kuò)散分布，離子在該區(qū)域受分子熱運(yùn)動的影。實(shí)際所測得的Zeta電位是指流體滑移面的電位，而不是真正的表面電荷。整個體系被稱為雙電層。雙電層（五）凝聚、絮聚和穩(wěn)定性膠體分子的聚集可以分為兩種：一種是凝聚，另一種是絮聚。凝聚作用是指造紙濕部配料中許多細(xì)料固體顆粒形成叢狀、串狀的聚集體，在這種聚集中細(xì)料固體顆粒仍保持其個體身份，但在動力性質(zhì)上失去了獨(dú)立性，整個凝聚體作為一個運(yùn)動單元。絮凝作用是指兩個或多個細(xì)料固體顆粒聚集后，融合成一個新的大細(xì)料顆粒，比表面積減少，體系的比表面自由能有明顯降低。二、絮聚和凝聚的相互作用凝聚表示細(xì)小聚集體的歷程，可借助強(qiáng)烈的攪拌增加細(xì)料固體粒子碰撞次數(shù)和碰撞力而增加動能，使相近的固體細(xì)料粒子足以克服雙電層排斥力，粒子得以結(jié)合。絮凝作用是長鏈分子的聚合物電解質(zhì)（陰離子、陽離子、非離子和兩性離子）、吸附到纖維或細(xì)料固體粒子表面上，通過橋聯(lián)和嵌鑲兩種機(jī)理而發(fā)生聚集。三、電解質(zhì)的聚集與吸附

無機(jī)鹽明礬等電解質(zhì)非離子聚合類陽離子將銨基引入聚合物鏈陰離子將羧基引入聚合物鏈兩性離子四、與表面羧基的反應(yīng)纖維表面上的羧基反映了其電離能力，平衡式如下：由于纖維表面羧基等基團(tuán)的存在，使纖維表面帶有負(fù)電荷。羧基可與松香酸鋁構(gòu)成配位鍵，干燥過程中能產(chǎn)生氫聯(lián)反應(yīng)，形成沒有活性的大分子。加入聚電解質(zhì)可以降低纖維表面的羧基電荷，產(chǎn)生電荷中和作用。五、溶解物與抄紙懸浮液組成的離子反應(yīng)（一）造紙濕部紙料懸浮液中加入電解質(zhì)的反應(yīng)（1）[Al(H2O)6]3+和[RCOO-]生成松香酸鋁，松香酸鋁與纖維表面羧基起絡(luò)合反應(yīng)構(gòu)成配位鍵。（2）染色中加入礬土液作為媒染劑，使帶負(fù)電荷的酸性染料改變電性，更好地吸附纖維等固體上。（3）瓷土粒子表面吸附Ca2+Mg2+等陽離子改變自身電性，更容易吸附到纖維表面上。（4）排除紙料懸浮液中的干擾物質(zhì)。配料中加入像礬土、聚合氯化鋁、低分子量高電荷密度陽離子聚合物等中和劑來處理。（二）加入增強(qiáng)劑的反應(yīng)增強(qiáng)劑主要有聚丙烯酰胺、聚胺、聚酰胺型陽離子聚合物及陽離子淀粉。聚丙烯酰胺：酰胺基中的氫與纖維中羥基結(jié)合，加強(qiáng)了氫鍵的結(jié)合強(qiáng)度，使紙干強(qiáng)度增加。三聚氰胺甲醛樹脂：經(jīng)鹽酸處理后，鹽酸中的H離子與樹脂結(jié)合，使樹脂粒子帶上正電荷，被帶負(fù)電的纖維吸附，減少了膨脹，增加了濕強(qiáng)度。（三）加入助留劑的反應(yīng)1.中和反應(yīng)被強(qiáng)力吸附的平衡離子與聚合離子的擴(kuò)散區(qū)使懸浮水溶液中的微粒表面產(chǎn)生雙電層。該電層在一定條件下有一定厚度。當(dāng)電解質(zhì)加入到懸浮液中，由于平衡離子數(shù)量和利用率的增加，雙電層厚度減小。從而降低了微粒表面Zeta電位，降低了排斥力組分和凈作用電位。微粒更易于彼此接近，并更有可能絮聚。這種由于加入過量平衡離子而使靜電位移向零點(diǎn)荷狀態(tài)的絮凝作用，稱之為電荷中和作用。存在一個臨界鹽濃度，在該濃度下雙電層充分壓縮而使絮凝得以繼續(xù)進(jìn)行，通常稱為臨界絮凝濃度?；蟽r越高，離子降低表面電荷的效率越高，例如在離子化合價為+1，+2和+3時，所需臨界絮凝濃度分別為4000：100：15。電荷中和反應(yīng)2.嵌鑲反應(yīng)當(dāng)高電荷密度（＞4毫克當(dāng)量電荷/g）、低相對分子嵌鑲結(jié)合量（＜100000）的陽離子聚合電解質(zhì)與陰離子膠體微?；旌蠒r，聚合物分子完全被吸附在微粒表面上，并形成局部帶正電荷的補(bǔ)丁。此補(bǔ)丁有效地使該處微粒表面的陰離子變?yōu)殛栯x子，微粒表面的其余部分仍為陰離子。3.橋聯(lián)結(jié)合高分子量聚合物具有較長的分子鏈段，聚合物是通過其一系列伸展到液相中的環(huán)狀和尾狀物而被吸附到微粒表面上的。這些環(huán)狀和尾狀物完全伸展出了雙電層。橋聯(lián)結(jié)合通過伸出來的環(huán)狀和尾狀物，吸附到第二微粒的負(fù)極表面上，就發(fā)生了絮凝作用。4.助濾劑加入的作用當(dāng)將聚合物電解質(zhì)或陽離子加入到纖維懸浮液中時，使產(chǎn)生纖維表面上微纖絲裂潰的表面電荷減少，從而減少了流體動力學(xué)比表面積。其結(jié)果是使流體從成型網(wǎng)絡(luò)層流出的阻力減少。助劑使纖維內(nèi)部以及外部的空隙區(qū)減少，減少了與纖維結(jié)合的水量。聚合物電解質(zhì)使細(xì)小物質(zhì)和纖維絮聚，使造紙配料的有效比表面積減少，使流體阻力減小。六、泡沫泡沫對濕法抄紙具有很大的影響：造成流漿箱漿料濃度波動，使紙料流動狀態(tài)不穩(wěn)定。封閉濕紙幅的微孔，造紙網(wǎng)部脫水困難，使纖維和未分散的填料聚集，影響紙幅勻度。形成浮漿，使紙料上網(wǎng)出現(xiàn)漿塊，造成斷頭。降低紙板層間結(jié)合強(qiáng)度。產(chǎn)生泡沫孔、泡沫斑、樹脂斑等紙病。泡沫是氣相分散于液相中的分散體系。泡沫生成是由于紙料懸浮液中存在著表面活性物質(zhì)。造成泡沫的表面活性物質(zhì)：脂肪酸皂松香皂木素衍生物亞硫酸鹽廢液硫酸鹽廢液紙料中的施膠劑、助留劑、助濾劑消除、控制泡沫的方法：降低泡沫穩(wěn)定劑的效能提高表面張力，降低表面黏度或減少氫鍵連接等形成局部薄弱點(diǎn)，使泡沫破滅。如使用具有表面張力或用憎水固體消泡劑第二章磨（打）漿

概述打漿——

漿料中的纖維受到剪切力的作用。包括機(jī)械打漿、超聲波打漿和水力打漿等。打漿的主要任務(wù)：（一）改變纖維的形態(tài)，使紙漿獲得某些特性（如機(jī)械強(qiáng)度、物理性能和膠體性質(zhì)），以保證紙頁的抄造質(zhì)量。（二）通過打漿調(diào)節(jié)和控制紙料在網(wǎng)上的濾水性能，以適應(yīng)造紙機(jī)生產(chǎn)的需要，使紙頁獲得良好的成形，改善紙頁的勻度和強(qiáng)度指標(biāo)。打漿作用的性質(zhì)

打漿是物理變化，打漿作用對紙漿產(chǎn)生的纖維結(jié)構(gòu)和膠體性質(zhì)的變化，都屬于物理變化，并不引起纖維的化學(xué)變化或產(chǎn)生新的物質(zhì)。

注意：打漿作用會使纖維表面暴露一些新的基團(tuán)，但這是纖維本身原有的，與化學(xué)變化無關(guān)。關(guān)于打漿———

“紙是在打漿機(jī)中打出來的”生產(chǎn)不同品種的紙和紙板，需要不同的打漿設(shè)備、打漿方式和打漿工藝。針對不同的纖維原料，也要采取不同的打漿設(shè)備、打漿方式和打漿工藝。

打漿理論一、纖維細(xì)胞壁的結(jié)構(gòu)胞間層M初生壁P次生壁外層S1次生壁中層S2次生壁內(nèi)層S3各層的組成胞間層（M，middlelamella）是細(xì)胞間的連接層，厚度為1--2

m，含纖維素極少，主要成分是木素。初生壁（P,primarywall）是細(xì)胞壁的外層，由微纖維組成，與胞間層緊密相連，厚度為0.1—0.3

m，含有較多的木素和半纖維素。各層的組成

初生壁是一層多孔的薄膜，不吸水、不容易潤脹，微纖維在初生壁上作不規(guī)則的網(wǎng)狀排列，有礙次生壁與外界接觸及纖維的潤脹和細(xì)纖維化，故在打漿時需將此層打碎破除。各層的組成次生壁外層（S1,secondarywall1）由若干層細(xì)纖維的同心層組成，厚度為0.1--1

m，是P層與S2層的過渡層，其化學(xué)成分與P層接近。微纖維排列的方向與纖維軸向呈70—90度角，不規(guī)則交錯地纏繞在纖維壁上。

S1層微纖維的結(jié)晶度較高，對化學(xué)和機(jī)械作用的阻力較大，會限制S2層的潤脹和細(xì)纖維化，故打漿時也需將此層打碎破除。各層的組成次生壁中層（S2,secondarywall2）由許多細(xì)纖維的同心層組成，是纖維細(xì)胞壁的主體。厚度為3--10

m，約占細(xì)胞壁厚度的70—80%。該層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，與纖維軸向呈0—45度角。

S2層是打漿的主要對象。各層的組成次生壁內(nèi)層（S3,secondarywall3）由層數(shù)不多的細(xì)纖維同心層組成，厚度約0.1

m，在纖維壁中所占比例不到10%，木素含量低，纖維素含量高。該層的化學(xué)性能穩(wěn)定，微纖維的排列與S1層相似，與纖維軸向呈70—90度角。在打漿中一般不考慮S3層。纖維(fiber)的組成細(xì)纖維(fibril)直徑300--500?微纖維(microfibril)直徑250?微細(xì)纖維(finermicrofibril)直徑120?原細(xì)纖維(elementalfibril)直徑30?纖維素微晶體(crystallile)

用分辨率達(dá)1.5?的電子顯微鏡還不能看到。二、打漿的作用五種主要作用（排列次序與作用先后無關(guān)）（一）細(xì)胞壁的位移和變形（二）初生壁和次生壁外層的破除（三）橫向切斷或變形（四）吸水潤脹（五）細(xì)纖維化（一）細(xì)胞壁的位移和變形打漿的機(jī)械作用使S2層中的細(xì)纖維同心層產(chǎn)生彎曲，發(fā)生位移和變形；使細(xì)纖維之間的間隙增大，水分子更容易滲入，為纖維潤脹創(chuàng)造了有利條件；對P層和S1層的破除起了重要的促進(jìn)作用。纖維次生壁的位移（二）初生壁和次生壁外層的破除

通過打漿的機(jī)械作用和纖維之間的相互摩擦作用將P層和S1層破除，以便使S2層充分地潤脹和細(xì)纖維化。不同制漿方法和纖維原料，其P層和S1層破除的難易程度也不同。對某些化學(xué)漿，在制漿過程中已經(jīng)破除了P層，所以打漿時主要是破除S1層。（三）橫向切斷或變形

切斷是指纖維橫向發(fā)生裂斷的現(xiàn)象。主要是纖維受到打漿設(shè)備的剪切力作用和纖維間的相互摩擦作用所致。纖維的切斷與其潤脹有一定的關(guān)系。潤脹良好的纖維不容易被切斷。纖維切斷后在斷口處留下鋸齒狀的末端，利于纖維的分絲帚化和細(xì)纖維化。（四）吸水潤脹“潤脹”是指高分子化合物在吸收液體的過程中，伴隨著體積膨脹的一種物理現(xiàn)象。纖維在打漿過程中也能吸水潤脹。纖維潤脹的原因是由于纖維素和半纖維素分子結(jié)構(gòu)中所含極性羥基與水分子產(chǎn)生極性吸引，使水分子進(jìn)入纖維素的無定形區(qū)，使纖維素分子鏈之間距離增大，引起纖維變形。纖維潤脹的意義

纖維潤脹是打漿過程中的一個重要問題。纖維潤脹后，其內(nèi)聚力下降，纖維內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)變得更為松弛。纖維比容和比表面積增加，纖維直徑可以膨脹增大2—3倍。有利于纖維的細(xì)纖維化，增加纖維間的接觸面積，提高成紙強(qiáng)度，降低透氣度。纖維的潤脹纖維潤脹的影響因素

原料的組成----木素是疏水性物質(zhì)，因此木素含量高的原料紙漿，不易潤脹。半纖維素含量----草類纖維的半纖維素含量高，含有較多的游離羥基，比纖維素有更大的親水性，容易吸水潤脹。制漿方法----不同的制漿方法使紙漿的木素、纖維素和半纖維素的含量不同，因此也影響到纖維的潤脹程度。（五）細(xì)纖維化

纖維的細(xì)纖維化從細(xì)胞壁P層和S1層破除時開始，并在纖維吸水潤脹后大量產(chǎn)生。細(xì)纖維化包括：纖維外部的細(xì)纖維化纖維內(nèi)部的細(xì)纖維化上述兩種細(xì)纖維化作用，是打漿的重要作用之一，對紙頁性質(zhì)影響極大。纖維外部的細(xì)纖維化

纖維分絲帚化，表面分絲起絨毛。分離出大量的細(xì)纖維、微纖維、微細(xì)纖維。從而大大增加了纖維的外比表面積，促進(jìn)了氫鍵的結(jié)合。纖維外部的細(xì)纖維化對照：打漿前的情況纖維的內(nèi)部細(xì)纖維化

指纖維發(fā)生潤脹后，在次生壁同心層之間彼此產(chǎn)生滑動，使纖維的剛性下降，彈性削弱，塑性增加，纖維變得柔軟而有可塑性。細(xì)纖維化主要產(chǎn)生于S2層這是由于：

S2層纖維素含量高細(xì)纖維的排列與軸向幾乎平行打漿作用使S1層破除使該層易于產(chǎn)生細(xì)纖維化。

細(xì)纖維化與潤脹的關(guān)系互相促進(jìn)：纖維吸水潤脹后組織結(jié)構(gòu)松弛，為進(jìn)一步細(xì)纖維化創(chuàng)造了有利條件；纖維的細(xì)纖維化，使水分更容易滲入，又能促進(jìn)纖維的進(jìn)一步潤脹。（六）打漿的其他作用

產(chǎn)生碎片使纖維扭曲卷曲壓縮（微壓縮）伸長等三、纖維結(jié)合力紙的強(qiáng)度取決于成紙中纖維間的結(jié)合力纖維本身的強(qiáng)度。而實(shí)驗(yàn)研究表明，最終決定紙頁強(qiáng)度的，是成紙中纖維間的結(jié)合力。纖維的結(jié)合力有四種：

氫鍵結(jié)合力（19kJ/mol，纖維素間）化學(xué)主價鍵力(140--950kJ/mol)

極性鍵吸引力(VanderWaalsForce)

表面交織力其中，氫鍵的結(jié)合力最重要，與打漿的關(guān)系最密切。一些物質(zhì)的強(qiáng)度比較（一）氫鍵結(jié)合----水分子的結(jié)構(gòu)

水分子結(jié)構(gòu)是一個四面體。氧原子位于四面體的中心，兩個氫原子和兩個孤電子隊(duì)占據(jù)四面體的角頂。

O—H鍵之間的鍵角被壓縮到104.5度。氫鍵的飽和性：

水分子之間的氫鍵只能和一個氧原子結(jié)合；當(dāng)?shù)诙€氧原子在靠近氫原子之前，會被已經(jīng)結(jié)合的氧原子排斥開。

氫鍵的方向性：當(dāng)一個水分子的氫原子與另一個水分子的氧原子形成O—H---O氫鍵而締合在一起時，盡量使O—H---O氫鍵保持直線形，以求吸引最牢。共價鍵中氫氧原子的間距0.99?

氫鍵中的氫氧原子的間距1.77?纖維間氫鍵的形成過程（I）

----通過水分子形成的水橋連接纖維間氫鍵的形成過程（II）

----單層水分子形成的氫鍵結(jié)合

當(dāng)紙料在網(wǎng)上濾水后，經(jīng)過壓榨進(jìn)一步脫出水分，使兩纖維間的距離靠攏，在纖維間形成了比較有規(guī)則的單層水分子連接的氫鍵結(jié)合。纖維間氫鍵的形成過程（III）

----過程完成，形成氫鍵結(jié)合

紙頁經(jīng)加熱干燥進(jìn)一步脫除水分，水分蒸發(fā)時，纖維受水的表面張力作用，使紙頁收縮，纖維進(jìn)一步靠攏，從而使纖維素分子間的羥基距離小于2.8?，最終形成了氫鍵結(jié)合。氫鍵形成的條件

有游離羥基的存在；兩羥基之間的距離在2.8?以內(nèi)。纖維的吸水潤脹和細(xì)纖維化，都會使纖維的游離羥基增加，促進(jìn)纖維間的氫鍵結(jié)合，從而提高紙頁的物理強(qiáng)度。四、打漿與紙張性質(zhì)的關(guān)系思考題（學(xué)習(xí)要點(diǎn)）

1、打漿引起了纖維結(jié)合力的哪些變化，引起了纖維形態(tài)的那些變化？

2、紙張強(qiáng)度性質(zhì)的不同指標(biāo)分別是由那些因素決定的？打漿與紙頁性質(zhì)1、纖維結(jié)合力隨打漿上升；2、與結(jié)合力成正比的強(qiáng)度指標(biāo)，都是先升后降；3、與紙頁致密程度有關(guān)的指標(biāo)，均隨打漿程度而下降。打漿與紙頁性質(zhì)

對于草漿，打漿與紙頁性質(zhì)的關(guān)系也與木漿相似。（本圖為稻草漿的打漿曲線）(一)纖維結(jié)合力

（Fiber-fiberBonding）

隨著打漿度的增加，纖維潤脹和細(xì)纖維化增加，纖維的比表面積增大，游離出更多的羥基，促進(jìn)纖維間的氫鍵結(jié)合，使纖維結(jié)合力不斷上升。曲線特征：初期上升很快，逐漸緩慢達(dá)到最高點(diǎn)。(二)裂斷長（BreakingLength）----紙頁的抗張強(qiáng)度。主要受纖維間結(jié)合力和纖維平均長度的影響。同時與纖維的交織排列和纖維自身的強(qiáng)度等也有關(guān)。曲線特征：初期上升很快，中期緩慢并達(dá)到最高點(diǎn)，后期下降。（三）耐破度(BurstingStrength)----紙頁所能承受的最大壓力。主要受纖維間結(jié)合力和纖維平均長度的影響。同時與纖維的交織排列和纖維自身的強(qiáng)度等也有關(guān)。曲線特征：初期上升很快，中期緩慢并達(dá)到最高點(diǎn)，后期下降。（比裂斷長的曲線下降早一些）（四）耐折度(FoldingStrength)----紙頁在一定的張力下承受180度往復(fù)折疊的次數(shù)。主要受纖維平均長度、纖維間結(jié)合力、纖維在紙頁中的排列，纖維本身的強(qiáng)度和彈性等。曲線特征：初期上升很快，中期緩慢并達(dá)到最高點(diǎn)，后期下降。（與耐破度曲線相似）(五)撕裂度(TearingStrength)----紙頁抗撕裂的能力。主要受纖維平均長度的影響，其次是纖維結(jié)合力、纖維排列方向、纖維強(qiáng)度和纖維交織情況等。曲線特征：初期上升很快，中期緩慢并達(dá)到最高點(diǎn)，后期下降。（比耐折度下降要早）（六）緊度(Density)

緊度指紙頁緊密的程度，用（g/cm3）表示。該指標(biāo)也可用緊度的倒數(shù)--松厚度（Bulk）表示,單位為(cm3/g)。該指標(biāo)主要受纖維結(jié)合力的影響。曲線特征：隨打漿程度的增加，曲線不斷上升。（七）不透明度(Opacity)

不透明度是指紙頁不透光的程度，該指標(biāo)對印刷紙尤為重要。該指標(biāo)主要受纖維結(jié)合力的影響。曲線特征：隨打漿程度增加，曲線不斷下降。（八）伸長率和伸縮性

(StretchRatio)

伸長率是指紙頁受到張力至斷裂時，伸長的百分率。而紙的伸縮性是指紙張浸入水中或在不同濕度下尺寸的變化。紙漿的上述指標(biāo)均隨打漿度的提高而上升。曲線特征：隨打漿程度增加而上升。(九)吸收性和透氣度

(Absorption)

吸收性是表示紙張吸收水分或其他液體的能力；透氣度是指紙張透過氣體的能力。上述指標(biāo)均隨打漿度的提高而降低。曲線特征：隨著打漿程度的提高而下降。（十）脆性(Brittleness)

脆性是紙頁的物理性質(zhì)之一，特別是對以草類漿抄造的紙和紙板更為重要。已經(jīng)引起國內(nèi)造紙工作者的重視，但是目前對脆性還沒有一個明確的定義和統(tǒng)一的測試方法。打漿工藝一、打漿方式（一）長纖維游離打漿（牛皮紙、電纜紙和工業(yè)濾紙等）（二）長纖維粘狀打漿（仿羊皮紙、紙袋紙、字典紙、描圖紙等）（三）短纖維游離打漿（濾紙、吸墨紙、鋼紙原紙、浸漬絕緣紙等）（四）短纖維粘狀打漿（卷煙紙、電容器紙、證券紙等）四種打漿方式游離度、游離漿與游離打漿游離度----一種測量打漿程度的參數(shù)，其值恰與打漿度相反，打漿程度低的紙漿游離度較高。游離漿----游離度較高的紙漿。游離打漿----是一種以降低纖維長度為主的打漿方式，其與游離度（或打漿度）的高低無直接關(guān)系。即：游離打漿打游離漿二、打漿工藝參數(shù)（一）打漿比壓

QP=------------F式中：P----打漿比壓（N/m2,Pa）

Q----飛刀輥?zhàn)饔迷诘椎渡系膲毫?N)F----飛刀與底刀的接觸面積（m2）打漿比壓與刀間距1、實(shí)際上飛刀與底刀不應(yīng)完全接觸，最小間距應(yīng)為0.05—0.08mm。2、增加比壓即減少刀間距。有利于纖維的切斷和壓潰，打漿速度加快，整根纖維的百分比減少。3、打游離漿要迅速縮小刀距，提高比壓；而打粘狀漿則應(yīng)逐步縮小刀距，逐步提高比壓。（參見表1-3、1-4、1-5）（二）打漿濃度

紙料的濃度對打漿的質(zhì)量影響很大。打漿濃度的劃分，是一個相對的概念，目前在造紙界尚未達(dá)成共識。有將打漿濃度分為低濃（10%以下）、中濃（10-20%）和高濃（20-30%或更高）。也有將常規(guī)打漿濃度（2-5%）定為低濃，6-8%定為中濃，超過10%定為高濃。低濃打漿

從理論上講，適當(dāng)提高打漿濃度，可減少纖維的切斷，促進(jìn)纖維間的擠壓與揉搓作用，有利于纖維的分絲、潤脹和細(xì)纖維化。但是受打漿設(shè)備的影響，常用打漿濃度為3—5%，新型打漿機(jī)，濃度可達(dá)

8—10%。低濃打漿

即使在低濃的范圍內(nèi)，適當(dāng)提高打漿度對打漿質(zhì)量也有明顯的影響。（參見表1-6、1-7）。對于生產(chǎn)不同的紙種，打漿的濃度也不同。打游離漿，打漿濃度在3—5%范圍內(nèi)；打粘狀漿，打漿濃度在6—8%左右。（參見表1-8）高濃打漿（一）高濃打漿原理與低濃打漿相比，高濃打漿作用不是靠磨盤直接作用于纖維，而是依靠磨盤間高濃漿料間的相互摩擦、擠壓、揉搓和扭曲等作用打漿，同時產(chǎn)生大量的摩擦熱，使?jié){料軟化。高濃打漿高濃打漿工藝流程高濃打漿（二）高濃打漿的漿料特性高濃打漿

纖維受扭轉(zhuǎn)作用對比

（*每100mm纖維扭轉(zhuǎn)180度的次數(shù)）打漿濃度（%）打漿度（OSR）纖維扭轉(zhuǎn)次數(shù)*18.053.01114.2551.523（三）漿料通過量和打漿效率

對同一打漿設(shè)備和打漿壓力，單位時間內(nèi)漿料通過量越大，則打漿作用越弱。通過量（kg/h）70019802890壓力(kg/cm2)222打漿度(OSR)787771.5濕重(g)2.53.13.5裂斷長(km)637052505080打漿效率

打漿效率取決于打漿時間、打漿比壓和紙漿濃度。（參見表1-12）打漿效率=通過量（kg/h）x

OSR=kg

OSR/h式中

OSR----進(jìn)出口漿料打漿度之差。（四）打漿溫度

關(guān)于打漿溫度對紙漿性質(zhì)的影響，目前還沒有一個確定的結(jié)論。早期的研究認(rèn)為打漿溫度升高會造成不良影響，但其實(shí)驗(yàn)條件與實(shí)際打漿過程相差較大，因此難以全面地分析這一參數(shù)的影響。打漿溫度的影響

（原教材圖有誤，現(xiàn)更正）（五）刀片厚度和刀片材質(zhì)

刀片薄，比壓大，有利于纖維切斷，適于打游離漿；刀片厚，有利于纖維的分絲、疏解和細(xì)纖維化，適于打粘狀漿。材質(zhì)：金屬（碳素鋼、不銹鋼、青銅等），天然石（玄武巖、花崗巖和小麻石）。（參見表1-13）（六）紙料種類和組成1、纖維形態(tài)長寬比----長寬比小于45，纖維短而粗，打漿較困難。壁腔比----2x壁厚/胞腔直徑。壁腔比大，纖維壁較厚，較難打漿。一般認(rèn)為壁腔比小于1是好原料，等于1是中等原料，大于1是次等原料。2、纖維微觀結(jié)構(gòu)原料P層和S1層的厚度，S1層與S2層的結(jié)合緊密程度，各層細(xì)纖維的排列與纖維軸的纏繞角等，都影響打漿的難易程度。如亞麻纖維的細(xì)纖維與纖維軸近于平行，則打漿時容易分絲帚化；而草漿纖維S1層較厚，與S2層結(jié)合緊密，細(xì)纖維呈橫向交叉螺旋狀排列，與纖維軸的纏繞角大，打漿時較難分絲帚化。3、紙漿的化學(xué)組成紙漿中纖維素含量高，半纖維素含量低，打漿困難。半纖維素分子鏈短，有支鏈，并含有大量的羥基，容易吸水潤脹。因此當(dāng)多戊糖不少于3.5—4%時，打漿性能好；若多戊糖含量低于2.5—3%時，紙漿不易水化潤脹。紙漿中木素含量多，也會妨礙纖維的潤脹，纖維挺硬，成紙強(qiáng)度低。（七）pH值1、在實(shí)際打漿工藝中一般不調(diào)節(jié)pH值。2、在實(shí)驗(yàn)室研究中，有研究表明，加入NaOH打漿，可以增加紙頁的耐破度和裂斷長，其原因是NaOH通過紙漿中的酚羥基促進(jìn)漿中內(nèi)脂的水解，使纖維產(chǎn)生潤脹作用，容易實(shí)現(xiàn)細(xì)纖維化。

還有研究表明，在未漂落葉松硫酸鹽漿打漿時，加入NaOH同時配加磷酸鈉，可以進(jìn)一步提高紙頁的強(qiáng)度指標(biāo)。說明成紙強(qiáng)度與纖維羥基結(jié)合陽離子的形式有重要關(guān)系。纖維與Na結(jié)合時耐破度最高。由于加入磷酸鈉可以提高羥基由Ca式向Na式結(jié)合的轉(zhuǎn)化率。工藝參數(shù)影響分析幾點(diǎn)注意：1、各個參數(shù)不是獨(dú)立的，而是相關(guān)的，因此討論某個參數(shù)（因素）的影響時，需要綜合考慮關(guān)聯(lián)的影響。2、打漿目前還是一種工藝，還不是一門科學(xué)，因此對工藝問題的分析，應(yīng)注意“具體問題具體分析這一原則”。三、打漿質(zhì)量檢查（一）打漿度打漿度值反映漿料脫水的難易程度。常用檢測儀器有肖氏打漿度儀，加拿大游離度儀等（見右圖）。（二）纖維長度反映打漿對纖維的作用程度。常用分析方法有：顯微鏡法。Kajanni纖維分析儀。濕重法。（三）保水值常用方法為保水值（WRV，waterretentionvalue）。保水值較為直觀地反映了纖維受打漿作用后的潤脹程度，并與紙頁的強(qiáng)度有一定的關(guān)系。（參見表1-14）(四)篩分析采用標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)目分級（16目，30目，50目，100目和200目）對紙漿纖維進(jìn)行篩分，以分析紙漿纖維長度的分布情況，并以此作為對打漿過程的監(jiān)控。草漿打漿一、草漿打漿特點(diǎn)草漿打漿纖維帚化難，不易實(shí)現(xiàn)外部細(xì)纖維化。麥草打漿

麥桿硫酸鹽漿（左圖210SR，右圖630SR，x160）蘆葦打漿

蘆葦化學(xué)漿（左圖原漿，右圖500SR，x160）草漿打漿難以細(xì)纖維化的原因（一）草漿纖維的胞腔小，S1層較厚，不易破除。且S1層與S2層之間黏結(jié)緊密，S1層的細(xì)纖維呈交叉螺旋形沿纖維橫向排列，象一個套筒把S2層緊緊包住，限制了S2層的潤脹。草漿打漿難以細(xì)纖維化的原因（二）草漿纖維的細(xì)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致。橫向排列多層的微纖維層限制了軸向排列的微纖維層的分絲和潤脹。如竹子、龍須草等原料的微纖維排列近于橫向。草漿打漿難以細(xì)纖維化的原因（三）草漿纖維的微纖維纏繞角過大。研究發(fā)現(xiàn)，在結(jié)合程度相同的情況下，微纖維纏繞角小于100，纖維容易縱裂；微纖維纏繞角在100-300之間，能夠帚化；微纖維纏繞角300-450之間，帚化較難；微纖維纏繞角大于450，很難帚化縱裂。草漿打漿難以細(xì)纖維化的原因（四）微纖維的異向性。微纖維在纖維壁上的纏繞方向有左旋型（“S”型）和右旋型（“Z”型），而纏繞型式多變者稱為異向性大。異向性大的纖維，往往是“S”型與“Z”型交錯排列，微纖維交纏在一起，即使是高度打漿，纖維也不易分絲帚化。二、草漿游離打漿打漿目的：生產(chǎn)一般文化用紙。打漿要求：打漿度較低，30—400SR。主要使纖維疏解分散，產(chǎn)生適當(dāng)?shù)臐櫭浐退苄宰冃?，纖維表面稍微起毛活化，使紙頁有良好的勻度和足夠的強(qiáng)度。不要過分追求細(xì)纖維化。建議采用：“充分疏解，輕度打漿”。草漿游離打漿注意：1、草漿纖維一般較短，不宜過多切斷。2、草漿中非纖維細(xì)胞（雜細(xì)胞）含量多，在打漿中易破碎而引起濾水困難，甚至引起粘輥粘缸，造成紙頁斷頭和紙病。草漿中的非纖維細(xì)胞（麥草漿）三、草漿粘狀打漿打漿目的：生產(chǎn)薄頁紙、拷貝紙、字典紙和描圖紙等。打漿要求：充分疏解，提高打漿濃度（采用中高濃），采用粘狀漿的打漿曲線，使用切斷少和搓揉能力強(qiáng)的打漿設(shè)備（如盤磨等）。有待研究：對草漿打粘狀漿的工藝，目前尚無統(tǒng)一的認(rèn)識。應(yīng)根據(jù)不同原料的纖維狀況，進(jìn)行認(rèn)真的分析研究。打漿設(shè)備一、間歇式打漿機(jī)二、連續(xù)打漿設(shè)備（一）錐形磨漿機(jī)分為低速精漿機(jī)（線速8—11m/s），適于打游離漿；高速磨漿機(jī)（線速11—20m/s），適于打中度粘狀漿；水化精漿機(jī)（線速18—30m/s），分絲帚化能力更強(qiáng)。錐形磨漿機(jī)打漿設(shè)備特點(diǎn)：小端進(jìn)漿，大端出漿。通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子（內(nèi)錐）的進(jìn)退，控制打漿壓力和刀距。內(nèi)循環(huán)式的錐形磨漿機(jī)，部分漿料可循環(huán)打漿，使纖維的分絲帚化能力提高。大錐度磨漿機(jī)，錐角較大（60-700），對纖維有較強(qiáng)的切斷作用和離解作用。（二）圓柱打漿機(jī)圓柱精漿機(jī)工作原理：圓柱精漿機(jī)的刀輥是圓柱形，沿殼體的內(nèi)表面，均勻分布著4把定子刀。漿料被葉輪送入轉(zhuǎn)子刀和定子刀的間隙中。刀輥?zhàn)鲌A周運(yùn)動，定子刀由加壓介質(zhì)（高壓水或蒸汽）推動作徑向運(yùn)動施加打漿壓力。圓柱打漿機(jī)打漿特點(diǎn)：1、打漿適應(yīng)性強(qiáng)，可打木漿、竹漿和草漿也可打半漿后的棉、麻漿等；2、打漿質(zhì)量較好，成漿穩(wěn)定。切斷作用小，分絲帚化能力強(qiáng)；3、生產(chǎn)能力大，操作簡單，但動力消耗大。4、通過量低，多臺串聯(lián)溫度高，散熱性差，石刀易爆裂。（三）圓盤磨漿機(jī)紙漿打漿的主流設(shè)備之一。并發(fā)展成為木片磨木漿和化學(xué)機(jī)械漿的主流制漿設(shè)備。盤磨機(jī)型號一般以磨盤直徑命名，從

300--1250。圓盤磨漿機(jī)工作原理（三盤磨）盤磨機(jī)工作原理1、靠轉(zhuǎn)盤與定盤之間的摩擦及纖維間的相互摩擦，進(jìn)行打漿。2、打漿時，漿料一方面受進(jìn)漿壓力和離心力的作用，從磨盤中心向圓周作徑向運(yùn)動。另一方面，受磨盤轉(zhuǎn)動的切向力的影響，沿磨盤同心圓的任一點(diǎn)作圓周運(yùn)動。所以漿料質(zhì)點(diǎn)的合成運(yùn)動軌跡是沿螺旋漸開線走向四周。盤磨機(jī)工作原理3、為了使磨漿程度均勻，在定盤和轉(zhuǎn)盤上設(shè)置了多層的交叉擋壩（封閉圈）。漿料運(yùn)動時碰到擋壩受阻，將在定盤與轉(zhuǎn)盤之間反復(fù)作折向運(yùn)動，多次受到磨盤的作用。4、漿料纖維在行程中，反復(fù)受到摩擦力、沖擊力、搓揉力、扭曲力和剪切力等的作用，在短短幾秒鐘內(nèi)完成打漿過程。磨片的齒形齒形可分為疏解型和帚化型。疏解型----采用細(xì)溝、細(xì)齒和淺齒，如鋸齒型等。帚化型----采用較大的齒寬，如平齒型等。磨盤分為粗磨區(qū)和精磨區(qū)。粗磨區(qū)的齒形為淺溝寬齒，精磨區(qū)的齒形為窄齒深溝。此外，兩盤間還有錐形梯度。圓盤磨漿機(jī)磨盤的結(jié)構(gòu)和齒形磨紋傾角磨盤傾角----磨齒與磨盤半徑之間的夾角。傾角的方向和大小對漿料的流速有很大的影響。流速小，打漿作用強(qiáng)，但產(chǎn)量小。當(dāng)盤磨的轉(zhuǎn)動方向與齒紋傾斜方向相反時，“泵出作用”增強(qiáng)；當(dāng)盤磨的轉(zhuǎn)動方向與齒紋傾斜方向相同時，“拉入作用”增強(qiáng)。磨紋傾角的影響

（磨紋傾角一般在15-200）轉(zhuǎn)盤與定盤上磨紋的相互位置轉(zhuǎn)盤與定盤上磨紋的相互位置轉(zhuǎn)盤與定盤的齒紋通常是交叉排列的。當(dāng)齒紋相互平行時，切斷作用最強(qiáng)。當(dāng)齒紋相互垂直時，纖維的切斷作用最小，而摩擦作用增強(qiáng)，對纖維的撕裂和帚化能力最大，而生產(chǎn)能力卻隨之下降。磨盤上的擋壩（封閉圈）設(shè)置擋壩的目的：延長漿料在盤磨內(nèi)的停留時間，防止?jié){料順齒溝直通外排。消除生漿片或纖維束，提高打漿的均勻度。特別是在小直徑磨盤（600mm以下）上設(shè)置擋壩，效果顯著。磨盤上封閉圈的布置形式磨齒的材質(zhì)合金鋼燒結(jié)陶瓷白口鑄鐵、冷激鑄鐵工程塑料三、打漿設(shè)備的

性能指標(biāo)及其計算（一）打漿轉(zhuǎn)速與線速

DnV=-------------(m/s)60V----打漿輥（磨盤）的線速度（m/s）;D----打漿輥（磨盤）的直徑（m）;n----打漿輥（磨盤）的轉(zhuǎn)速（r/min）。（二）打漿比壓和刀距盤磨機(jī)的磨漿比壓

Ga

P=--------其中

F=----(D2-d2)CrCsF4Ga----磨片間漿層所承受的軸向力（N）；Cr----轉(zhuǎn)盤接觸率，一般取0.3—0.5；Cs----定盤接觸率，一般也取0.3—0.5。

打漿比壓對打漿的影響

打漿比壓的大小，主要影響纖維初切斷的程度。比壓越大切斷能力越強(qiáng)，纖維的平均長度下降。游離打漿時不比壓宜大，粘狀打漿時比壓宜小。比壓過小會延長打漿時間，增加打漿動力消耗。（三）刃口比載荷（比刀緣負(fù)荷）理論

所謂的“比刀緣負(fù)荷理論”，1967年由WaltenBrecht提出。該理論認(rèn)為，打漿時纖維在刀口或轉(zhuǎn)盤齒的前緣聚集，打漿設(shè)備的特性與對纖維所做的功和刀口的長度有關(guān)，打漿所消耗的凈功率除以刀口長度所得到的比刀緣負(fù)荷，是衡量打漿作用的重要指標(biāo)。

比刀緣（刃口比）負(fù)荷理論對于圓柱精漿機(jī)，該理論的計算公式有：

Ne60NeBs=-------=-------------LpZ1Z2nL

該理論較好地反映了打漿機(jī)的打漿特性指標(biāo)。（參見表1-15）（四）打漿能耗和打漿效率1、打漿有效功率（參見表１－１７）對于盤磨機(jī)

Ns=----------CrCsn3D5

2040g----漿料的密度；

----磨漿阻力系數(shù)，參見表1-16；n-----盤磨轉(zhuǎn)速；

D----磨盤直徑。打漿效率打漿效率

=有效功率/總功率=Ne/Nx100%磨漿單位電耗（Kw）每噸紙漿打漿提高１0打漿度所消耗的電量。

3AVKw=-----------------------

(度/t紙漿0SR)T(g2–g1)x100A----電機(jī)電流（Ａ）,T----每小時通過漿量（t）g1和g2----打漿前后的漿料打漿度，

----功率因數(shù)，0.85,V----電機(jī)電壓（Ｖ）四、打漿輔助設(shè)備（一）碎解設(shè)備水力碎漿機(jī)－－廣泛用于漿板、廢紙和損紙的碎解處理，是一種疏解能力強(qiáng)，占地面積小，產(chǎn)量大，效率高，電耗低，且對纖維沒有切斷作用的優(yōu)良疏解設(shè)備?？煞譃榱⑹胶团P式兩大類。水力碎漿機(jī)水力碎漿機(jī)工作原理：立式水力碎漿機(jī)由槽體和轉(zhuǎn)盤組成。打漿時槽體裝有水和漿料，槽體底部裝有帶刀片的轉(zhuǎn)盤。轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生巨大的渦流，使?jié){料受到強(qiáng)烈的沖擊和水力剪切作用，并受到刀片的機(jī)械作用和漿料相互的摩擦作用，使?jié){料纖維疏解得到分散，碎解后的漿料通過設(shè)在轉(zhuǎn)盤下的篩形板，由放料口排出。２、疏解設(shè)備－高頻疏解機(jī)高頻疏解機(jī)高頻疏解機(jī)可用于疏解草漿、木漿、棉短絨漿和廢紙等。對纖維有一定的切斷作用，處理廢紙漿中的紙片或漿點(diǎn)子效果甚好。有孔盤式和齒盤式兩種。齒盤式對漿料的疏解作用比孔盤式好。（二）紙漿濃度調(diào)節(jié)器

為了控制和穩(wěn)定打漿濃度，必須設(shè)置紙漿濃度調(diào)節(jié)器。常用類型有：1、漿料運(yùn)動阻力變送器（春拜式）2、轉(zhuǎn)子式變送器（K-22K型濃度調(diào)節(jié)器）3、全通式轉(zhuǎn)子變送器4、流線型變送器（刀式濃度變送器）（三）貯漿池

貯漿池的作用：為了保證打漿設(shè)備的連續(xù)和均衡的生產(chǎn)。一般分為原漿池、半漿池和成漿池。貯漿池分為臥式和立式兩種。多采用臥式。貯漿濃度3.5—5%，漿料循環(huán)速度為15—20m/min。第三章非纖維添加物質(zhì)的應(yīng)用（一）

本章概述－－

添料（調(diào)料）的目的提高紙頁質(zhì)量，賦予紙頁某些特殊功能。（如抗水、增強(qiáng)、柔軟和色彩等）增加產(chǎn)量，改進(jìn)操作，減少流失，降低成本。（如加填、助留、消泡等）

常用的添料工藝施膠加填染色使用化學(xué)助劑施膠一、概述（一）施膠的目的賦予紙頁抗墨水、抗油、抗血、抗水和水汽浸蝕的功能。（二）施膠程度（施膠度）分為重施膠、中度施膠、輕度施膠和不施膠。（三）施膠方法紙內(nèi)施膠（漿內(nèi)施膠）紙面施膠（表面施膠）雙重施膠（漿內(nèi)和表面均施膠）（四）施膠劑松香膠類（松香膠、強(qiáng)化松香膠和分散松香膠等）合成膠（中性施膠劑AKD等）表面施膠劑（氧化淀粉、聚乙烯醇、羧甲基纖維素等）（五）施膠度的測定常用方法：墨水劃線法表面吸收重量法（Cobb法）浸沒法（吸收重量法）等Cobb法測定儀(六)施膠和施膠劑的發(fā)展概況1807年發(fā)明了松香膠漿內(nèi)施膠。1807－1940，用硫酸鋁作沉淀劑，酸性施膠（pH值4－5）。帶來一些設(shè)備腐蝕，紙頁脆性，白度下降等問題。1950－1970，開始尋求更有效的施膠劑和施膠工藝。50年代開始采用合成膠料，進(jìn)行中性施膠。70年代后發(fā)展迅速。為碳酸鈣加填提供了條件。

施膠和施膠劑的發(fā)展概況松香膠的發(fā)展1807－1920，皂化松香膠為主。1930－出現(xiàn)高游離松香膠（分散松香膠）。1940－出現(xiàn)強(qiáng)化松香膠。但是，國內(nèi)目前使用最普遍的還是皂化松香膠。

施膠和施膠劑的發(fā)展概況合成膠料的發(fā)展國際上目前采用較多的合成施膠劑

1、AKD（AlkylKeteneDimers）烷基烯酮二聚物

2、ASA(AlkylSuccinicAnhydride)

烯基琥珀酐國內(nèi)已有采用，但還不普及。二、施膠效果理論

（一）液體在紙頁上的擴(kuò)散與滲透

紙或紙板主要由纖維組成，纖維具有親水性。纖維本身有微細(xì)管，紙頁上又有許多孔隙，能起毛細(xì)管作用，這樣液滴便會在紙面上產(chǎn)生擴(kuò)散與滲透現(xiàn)象，使紙具有吸液性能。阻止紙頁的吸液性能，就要防止液體在紙頁上的滲透與擴(kuò)散。（二）接觸角與表面潤濕

液滴能否在紙面產(chǎn)生擴(kuò)散并使其潤濕，主要取決于紙面對液滴的附著力和液滴本身的內(nèi)聚力之間的平衡關(guān)系。附著力>內(nèi)聚力－－液滴產(chǎn)生擴(kuò)散內(nèi)聚力>附著力－－形成液珠

紙頁抗拒液滴潤濕的方法1、降低紙面對液滴的附著力

2、增加液滴本身的內(nèi)聚力內(nèi)聚力是液滴本身固有的物理性質(zhì)，一般不予改變。唯一的方法是降低紙面對液滴的附力。而內(nèi)聚力與附著力之間的平衡關(guān)系主要取決于兩相間接觸角的大小。

液滴在紙面上

三相交界面的受力狀況

楊氏方程（T.YoungEquation）

sv=sL+Lvcos

sv－－固、氣兩相間的比表面能；

sL－－固、液兩相間的比表面能；

Lv－－液、氣兩相間的比表面能；

－－液、固兩相間的接觸角。

楊氏方程（T.YoungEquation）整理變形，得到

sv－sL

cos

=------------------

Lv以

=90o，cos

＝0，作為潤濕的判據(jù)。當(dāng)

>90o時，cos

<0，表面不潤濕；當(dāng)

<

90o時，1>

cos

>0，表面潤濕。

為使表面不潤濕，則應(yīng)使

sv－sL<0

即降低紙面的

sv?？刹捎帽缺砻婺?/p>

較低的物質(zhì)（施膠劑）均勻的分布在纖維表面，以降低紙面的sv

。

施膠理論－－Washburn方程：

液體在毛細(xì)管中的上升速度RdLrcosR=------=------------dt4LL－－浸透深度（cm）;t－－浸透時間(s)；－－液體比表面能自有能，（N/cm）；－－液體粘度（Pa.s）；

r－－毛細(xì)管半（cm）；－－液、固兩相間接觸角（度）。

對于某一紙種及某一液體，毛細(xì)管長度L，液體表面張力以及粘度可視為定值，因此液體在紙頁上的滲透速率R只與毛細(xì)管半徑r及紙面與液體兩相間接觸角有關(guān)。毛細(xì)管半徑越小，接觸角越大，則滲透越困難。

膠膜學(xué)說

根據(jù)上述公式，有研究者提出了“膠膜學(xué)說”。認(rèn)為施膠可使松香沉積在紙面上，熱固后形成膠膜可堵塞紙頁的毛細(xì)管（降低毛細(xì)管半徑），從而提高了紙頁抗水能力。后來的電鏡實(shí)驗(yàn)證明，施膠的紙面并沒有被膠膜覆蓋，膠粒也沒有將毛細(xì)管都堵塞，因而否定了這一學(xué)說。（三）施膠效果的產(chǎn)生

－－接觸角理論

根據(jù)T.Young方程和Washborn方程，增大液固間的接觸角均有利于紙頁阻抗液體的吸收。因此，接觸角理論認(rèn)為，施膠的效果主要是由于松香膠微粒被吸附在紙頁的表面，改變了紙頁表面的性質(zhì)，即增大了液固間的接觸角，減少了紙面對液體的附著力。

三、施膠過程理論

纖維和松香粒子在水中均帶負(fù)電荷，相互不能接近。為了使松香膠粒子與纖維結(jié)合，必須消除這一障礙。由膠體電位（電泳淌度、Zeta電位）的研究證實(shí)，在pH4－6范圍內(nèi)，松香膠加入硫酸鋁液后，所生成的沉淀物具有正電性，這一現(xiàn)象與施膠過程有重要的關(guān)系。（一）施膠過程中的鋁離子化學(xué)1、水合鋁離子礬土溶液的重要組成是硫酸根（SO4=）和具有六個水分子的三價水合鋁離子[Al(H2O)6]+3。結(jié)構(gòu)式

礬土的水解

pH主要產(chǎn)物

<4Al+34－5[Al(H2O)6]+3

5[Al(OH)(H2O)5]+25以上[Al(OH)2(H2O)4]+17.5－8[Al(OH)3(H2O)3]8以上[Al(OH)4(H2O)2]－12、松香膠沉積物的形成

在施膠過程中，加入沉淀劑（礬土等）后會使松香膠粒子與纖維吸附。但究竟是先使膠料粒子帶上正電荷沉淀到纖維表面，還是先使紙漿纖維帶上正電荷吸附膠料粒子？

界面動電勢學(xué)說：實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：由于膠料粒子的負(fù)電位較高，粒徑較小，所以優(yōu)先吸附三價水合鋁離子（六水鋁離子）。

3、沉淀物的吸附和定著理論“界面動電勢學(xué)說”只說明了吸附過程，但是沒有回答定著機(jī)理。早期理論“游離松香學(xué)說”?？梢越忉屢恍┦┠z效果的原因，但無法解釋松香與硫酸鋁的共聚沉淀物作用。

（二）沉淀物的吸附和定著理論

中期理論“鋁離子、膠體氫氧化鋁學(xué)說”。解釋了共沉淀物的作用，但還未能解決共沉淀物勢如何定著到纖維表面上的實(shí)質(zhì)問題。近代理論“配位學(xué)說”，提出了松香膠勢通過水合鋁離子的絡(luò)合作用而與纖維結(jié)合在一起的理論。

（三）配位學(xué)說

配位理論認(rèn)為，施膠效應(yīng)是水合鋁離子、松香酸和纖維素進(jìn)行絡(luò)合反應(yīng)的結(jié)果。配位學(xué)說（四）施膠效應(yīng)的完成

施膠效應(yīng)的最后取得是在紙頁干燥過程中完成的。松香膠料是兩性分子，松香（R-COOH）中的羧基（-COOH）是一個極性基，具有親水性。

R-基（C19H29-)為非極性基，是疏水性基團(tuán)。施膠效應(yīng)的完成

松香膠沉淀物定著到纖維表面之后，只有發(fā)生定向排列，才能取得抗液性的施膠效果。干燥前干燥后三、紙內(nèi)施膠（一）松香膠體系1、松香松香是由稱為樹脂酸的一系列三環(huán)酸所組成，是一種復(fù)雜的混合體，松香酸是該系列的主要成分，其分子式為C19H29COOH，分子量302.04。松香是一種棕色透明的水不溶固體，其顏色從很淺的琥珀色到深紅褐色不等。2、松香酸和海松酸的化學(xué)結(jié)構(gòu)式3、松香的結(jié)構(gòu)特性

松香的化學(xué)反應(yīng)主要是受酸性基團(tuán)（羧基）和共軛不飽和雙鍵支配。因此，增加羧基含量和減少共軛不飽和值，均可增加松香膠與纖維素的親和性，減少氧化趨勢，從而提高其施膠效果。另一方面，樹脂酸中大分子量的碳?xì)浠衔镉帜苡行У馗綦x兩性分子中小分子量的極性羧基，松香分子經(jīng)過適當(dāng)?shù)亩ㄏ蚺帕泻?，可以?gòu)成有效的疏水表面。4、松香的物理和化學(xué)性質(zhì)相對密度1.07－1.09軟化點(diǎn)75oC熔點(diǎn)90－135oC溶解性不溶于水，可溶于甲醇、乙醇、二硫化碳等有機(jī)溶劑?；瘜W(xué)反應(yīng)與堿反應(yīng)生成溶于水的松香酸皂。5、松香的等級及性能按照色澤分為9級：1－2級：呈淺黃色，透明度好，但施膠效果差；3－5級：呈橙黃色且透明，適用于漂白紙張的施膠；6－9級：色澤較深，只適用于本色漿和紙板的施膠。6、松香的質(zhì)量參數(shù)酸值：中和1克松香所消耗的KOH的毫克數(shù)。酸值越大，表明松香中含松香酸量越高，松香純度越好。皂化值：指完全皂化1克松香所消耗的KOH毫克數(shù)。皂化值表示松香中包括松香酸在內(nèi)的樹脂酸和脂類的總含量。該值與酸值之差越大，說明松香中含脂越高，松香純度越差。7、施膠用松香質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)酸值：150－170mgKOH皂化值：160－185mgKOH不皂化物：不超過6－9％揮發(fā)物：0.5％灰分：小于0.05％（二）皂化松香膠1、皂化的目的皂化是將松香和皂化劑在一定的溫度下反應(yīng)，使不溶于水的松香酸轉(zhuǎn)化為溶于水的松香酸鈉。這一工藝過程，俗稱熬膠。2、皂化反應(yīng)皂化劑：純堿2C19H29COOH+Na2CO3——>

2C19H29COONa+H2O+CO2

皂化劑：燒堿C19H29COOH+NaOH——>

C19H29COONa+H2O3、皂化用堿量的計算OM2A=------------(100－C)%M1PA－－用堿量，％，（對松香用量）O－－松香的皂化值（以％KOH計）M1－－測定皂化值所用KOH的當(dāng)量M2－－熬膠用堿的當(dāng)量P－－熬膠用堿的純度，％C－－松香膠中游離松香的含量，％4、松香膠的分類以游離松香含量劃分

褐色膠－－又稱中性膠。不含游離松香，即全部松脂酸都被皂化，膠液呈中性或微堿性，顏色為暗褐色。