造紙基本知識A~Z 這些造紙知識你了解嗎?

A Adsorption (吸附)：吸附是一種物質在兩個物質之間界面上積累的作用。造紙過程中關鍵的吸附過程是濕部紙漿和填料對水溶性物質(淀粉、樹脂、染料等等) 的吸附,這是所有水溶性的濕部添加劑最終留著在紙上的關鍵一步�？焖傥�附對于可降解添加劑尤其重要(比如淀粉可以被生物降解) ,但這需要吸附劑具有高留著率,如細小組分的存在。

B Broke (損紙)：損紙看起來是造紙生產中不可避免的,但多數(shù)情況下,如果不考慮損紙問題,造紙化學將容易得多,因為不必考慮濕部添加劑的化學性質,只考慮表面用化學品。另一方面,不用表面化學品的損紙可能由于精漿等過程造成,當然也取決于造紙用水循環(huán)處理水平。和其他造紙化學品問題一樣,選用與濕部一致的表面化學品并將損紙按不同質量分別處理可以減少損紙損失。

C Calcium carbonate (碳酸鈣) ：碳酸鈣由于是使用最廣泛的造紙濕部填料和涂布顏料,通常被認為是對造紙過程有益的物質,由于其優(yōu)越的性價比,碳酸鈣將繼續(xù)取代高嶺土成為造紙主要填料和顏料。但在酸性條件下溶解是其致命弱點。在回收纖維造紙過程中,由于微生物產生的有機酸造成碳酸鈣分解會帶來一系列問題,有機酸和鈣離子將在系統(tǒng)中形成鈣垢,而反應產生的二氧化碳將在紙中形成空洞,這些問題在進入系統(tǒng)新鮮水中硬度含量較高時也可以發(fā)生。

D Deposition (沉積物) ：當系統(tǒng)中溶解性鈣離子含量較高時就可以形成沉積物。其他因素有時也可引起沉積物的形成,如:微生物導致的沉積物形成幾率就大大高于天然化學品。沉積物的形成可以造成紙機的速度下降并降低紙張的質量,因此,從源頭上對沉積物進行控制遠好于添加更多化學品來阻止沉積物的產生。這就需要對生料中輔助成分有一個很好的了解,但這需要作很多額外的努力來辦到。

E Electro static forces (電位) ：當帶電物質存在時就會形成電位,并使造紙原料呈現(xiàn)出帶電特性。這對于造紙化學,特別是濕部化學十分重要,盡管從總體上來說電位是平衡的;但如果造紙大部分原料象紙漿和填料帶有負電荷的話,將會由于需要中和電位而使造紙助劑用量增大,還將會產生疊氮物。

F Fines (細小組分) ：造紙系統(tǒng)中存在的微小的、膠體狀顆粒都是細小組分,涂布涂料配方中所有組成成分都是細小組分。濕部的平整度取決于漿料類型、精漿過程及填料使用等因素,細小組分的重要性在于其巨大的比表面積和顆粒數(shù)量,這將影響到濕部的施膠、濾水和留著以及紙的抗折力和滲透性。

G Glucuronic acid (葡萄糖醛酸) ：葡萄糖醛酸是象葡萄糖醛基木聚糖半纖維素聚合物的陰離子電荷的主體,它是一種由纖維素、半纖維素和淀粉的主鏈組成單糖———葡萄糖氧化形成的羧基酸,這種物質在纖維的潤漲中起很大作用,當在漿中存在時,它可以吸收陽離子添加劑,如果以溶解狀態(tài)存在時,還會形成陰離子垃圾。

H Hydrogen bonds (氫鍵) ：在造紙系統(tǒng)和紙產品中,氫鍵不屬于普遍類型的化學鍵,但對于造紙系統(tǒng)和紙產品來說,氫鍵絕對重要,氫鍵是一種氫原子和某個基團形成的共價鍵,在造紙過程中一般是和氧。在造紙過程中氫鍵一般存在于生料、水和可能形成氫鍵的地方,在紙產品中,氫鍵普遍存在于纖維之間、纖維和淀粉等添加劑之間,并可以給紙張一定的強度。

I Ions (離子) ：離子包括帶電原子和小分子,對水傳導率有很大影響,在許多造紙系統(tǒng)中離子往往不被重視,但有時會從整體上或單獨組分上在造紙濕部組分的靜電作用方面扮演重要角色。由于其存在于液相中,隨著水封閉循環(huán)會造成在水中積累,最終導致在紙機上形成沉積。

J Jar (動態(tài)濾水器) ：早在20 世紀70 年代初期動態(tài)濾水器(DDJ ) 在造紙過程中就是一個眾所周知的術語,也被稱作“Britt Jar”。在特定的造紙機械系統(tǒng),為摸索助留劑用量和種類進行的研究中,動態(tài)濾水器這一小小的實驗裝置可以大大減少實驗次數(shù),且針對性強,因此作用重大。動態(tài)濾水器的基本操作原理已經被優(yōu)化改良,目前全世界有多種動態(tài)濾水器的變體。另外,動態(tài)濾水器還用于測定細小纖維含量。

K Kraft pulps (牛皮紙漿) ：牛皮紙漿是一種重要的未漂或漂白生漿,而漂白生漿是最大的漿種。鑒于環(huán)境壓力,近15年漂白工藝已經發(fā)生了變化,非纖維素組分的含量和化學性質都改變了。非漂白牛皮紙漿化學正在形成和完善,一個很好的例子就是自20 世紀90 年代以來苯甲酸的合成和在漿上的應用。

L Lignin (木質素) ：木質素是造紙用生木漿中化學性質最復雜,而且最不需要的成分。在機械漿中木質素以其天然結構狀態(tài)大量存在,從而影響木漿的膨脹性能、纖維強度和韌性。未漂化學漿中殘留的木質素在制漿時需要負電荷,這也造成了許多負面影響。當然,木質素可以用作化工原料或燃料,而焚燒是牛皮紙漿廠處理木質素的主要方法。

M Monitoring (監(jiān)控) ：監(jiān)控將不再是造紙機械可有可無的附屬裝置。雖然目前有了針對大多數(shù)化學參數(shù)的專用傳感器,但即使對小型生產線來講,安裝、調試傳感器及相應的軟件的費用十分昂貴,造成傳感器的普及使用有些困難,多數(shù)情況下仍然要通過手工取樣進行非在線測定來檢測系統(tǒng)的化學特性。安裝使用傳感器可以使生產過程中的化學特性更加穩(wěn)定,使生產出的紙張性質穩(wěn)定均一(減少損紙) ,安裝使用傳感器還是劃得來的。

N Neutral papermaking (中性造紙) ：中性造紙是指流漿箱內的pH 范圍為6～8 ,是目前最普遍的造紙方法。因為不用添加酸或堿來調節(jié)系統(tǒng)的pH ,所以中性造紙也可以稱作自然造紙。與酸性造紙(pH < 6) 或堿性造紙(pH > 6) 相比,中性造紙不僅控制簡單,而且還有許多其他優(yōu)點。

O Organic chemistry(有機化學) ：有機化學應用范圍包括了除礦物填料/ 顏料和少數(shù)如明礬等的物質外的造紙用大部分生料原料。但在造紙過程中沒有發(fā)生任何化學反應,僅僅是將這些物質留在產品中。

P Polymers (聚合物) ：造紙過程中的大多數(shù)有機原料,從紙漿的主要成分———纖維素、半纖維素和木質素,到分散劑等少數(shù)添加劑都是聚合物。聚合物有許多不同類型———自然的或合成的、直鏈的或支鏈的、陰離子的或陽離子的(還有非離子的) 、水溶性的或水不溶的,等等。即使使用了木質衍生的聚合物,造紙過程不使用其他聚合物是不可能的。

Q Quaternary nitrogen atoms (疊氮原子) ：疊氮原子存在于很多造紙化學品中,其分子具有陽離子電荷。氮原子的疊氮結構(就是說氮原子直接與四個碳原子結合,而不是與碳水化合物結合) 的優(yōu)點是可以在任意pH 條件下保持正電荷。陽離子電荷有利于濕部化學品吸附和駐留在紙上。由于多數(shù)化學品都是聚合物,疊氮原子也常用作殺菌劑和柔軟劑。

R Retention(留著) ：留著現(xiàn)象是濕部化學的核心。生產過程中定義了幾種不同的留著率———總留著率(得率) 、單次留著率、首次留著率、網篩留著率等等。其中最重要的是單次留著率(SPR) ,細小纖維留著率高直接效應就是減少纖維損失,并且該參數(shù)對機器運行和成紙質量同樣重要。

S Starch (淀粉) ：淀粉是造紙過程中的一種重要聚合物,其化學分子式與造紙中的另一種化合物———纖維素極相似,然而研究發(fā)現(xiàn)二者的水溶性相差極大�；瘜W鍵的細微差別造成性質相差甚遠是造紙過程中有趣的一面。

T Temperature (溫度) ：溫度作為一種物理特性可以影響造紙過程中的許多化學現(xiàn)象,在干燥過程中可以促進合適化學反應發(fā)生來增加濕強。在濕部,溫度可影響很多問題,如: 沉積、泡沫、降解、微生物等,但由于我們對進入造紙系統(tǒng)的熱量控制不嚴,所以很難控制溫度的變化。

U Uniformity (均一性) ：均一性是任何連續(xù)生產中都希望具有的性質。從化學角度考慮,用生料漿的生產實現(xiàn)均一相對容易,但對于使用再生漿的生產就有些困難(不可能) ,所有生產線都要想辦法來減少各種情況下發(fā)生的損紙。對付化學性質不穩(wěn)定的最好的方法就是通過適當?shù)姆治龌驒z測,找出問題所在進而提出對策。

V van der Waals forces (范德華力) ：范德華力是所有物質之間相互吸引的自然力中的基本力,是由分子內不同偶極(分子內電荷分離) 間相互作用形成的。在物質分子間的粘接中(如:氣體液化) 和粒子聚合中范德華力起關鍵作用。 W Water (水) ：水對于很多生產來說是一種必不可少的原料,造紙過程也一樣。從表面上看,水起到傳遞、洗滌和化學反應載體等作用,但是在制漿和紙成形過程中,水對最終紙頁的性質有重要影響。造紙用水對環(huán)境影響很大,可以通過封閉循環(huán)使造紙廢水控制在最佳水平來減小對環(huán)境的影響。造紙用水封閉循環(huán)會引起系統(tǒng)內部化學性質發(fā)生的變化,這種變化是造紙系統(tǒng)不希望發(fā)生的。因此水的控制在優(yōu)化工藝及產品化學方面起致關重要的作用。

X Xylose (木糖) ：木糖在造紙化學品中并不重要,但是這是造紙中唯一以“x”開頭的詞匯。木糖是一種戊糖,存在于某些紙漿的半纖維素中,具有陰離子電荷。

Y Yield (產量) ：產量是衡量造紙所有原料總體留著效果的另一個途徑,它把造紙濕部化學的兩個主要因素聯(lián)系在了一起,既所有原料的留著和水的控制。

Z Zeta potential ( Zeta 電位) ：Z 是字母表中最后一個字母,Zeta 電位是表述細小顆粒表面電量最常用的方法,但這個數(shù)據目前多數(shù)情況下還處在討論階段,直接用于對造紙化學品的優(yōu)化調整還不多,Zeta 電位對于紙張質量濕部測定應該十分有用,相對于目前在線測定的一系列參數(shù),Zeta 電位的真正應用還有待于發(fā)展。

1.現(xiàn)代造紙的原料有哪些?

答：現(xiàn)代造紙的原料有植物纖維(木材、竹、草類等)，礦物纖維(石棉、玻璃絲等)，其他纖維(尼龍，金屬絲等)，還有用石油裂解得到的高分子材料。目前用于書寫、印刷、包裝的紙仍主要以植物纖維為主要原料制成。

2.造紙植物纖維原料的種類有哪些?

答：目前造紙工業(yè)用植物纖維原料主要可分為兩類：

木材纖維原料：直接從樹木中獲得的植物纖維。

非木材纖維原料：又分草類纖維原料、韌皮纖維材料和籽毛纖維材料。

3.紙張常用輔料的組成及作用是什么?

答：輔料是指為滿足紙張的不同使用性能而添加到紙張中的各種助劑。輔料由填料、膠料、色料和其他化學助劑組成。

填料能改進紙張的平滑度和不透明度;膠料能使紙張具有抗水性能;色料能增加紙張的白度等;染料能給紙張上色;其他化學助劑可改變紙張的性質，以提供紙張某些特殊用途。

4.膠料的作用是什么?

答：用植物纖維生產的紙張，因纖維本身和纖維間存在大量的毛細孔，而且構成纖維的纖維素、半纖維素含有大量親水的羥基，所以能吸收水或其他液體。為使紙張不被水或其他液體浸潤，需在紙中加入具有抗液性膠體物質或成膜物質，即膠料，給予紙張抗液體滲透和擴散的性能。在造紙工業(yè)中施加膠料的工藝過程稱為施膠。

5.施膠有哪些方法?

答：根據施膠效果的不同，施膠方法分為內部施膠和表面施膠兩種。內部施膠是將膠料加入紙漿中，再抄成具有憎液性的紙和紙板。常用膠料有松香膠料和合成膠料。表面施膠是在紙張表面涂上一層薄的膠料，從而使紙張具有憎液性能。常用膠料有淀粉、動物膠、及合成膠料等。表面施膠主要用于膠版紙、書寫紙和有憎液性要求的包裝紙和紙板。

6.表面施膠對印刷紙性能的影響有哪些?

答：①增加紙張的抗水能力及表面強度，可減少膠印中紙張的掉毛現(xiàn)象;②改進印刷適性，若表面膠料太少，印刷中紙張將吸收油墨中過多的連結料，造成印跡無光澤。相反，若表面膠料太多，將減慢油墨的干燥速率，導致蹭臟和光亮污點;③增加紙張的可擦性，表面施膠可減少油墨的滲透，因而易于把油墨擦掉，增加了紙面的抗磨擦能力;④增加紙張的強度，如耐破度、耐折度和抗張強度;⑤減少紙張的兩面差和變形。

7.填料的作用是什么?

答：填料是為了使紙張獲得特定性能，如白度、不透明度、平滑度等，同時，填料的加入使紙張內部空隙變小變細，從而增加紙張的油墨吸收性，并且使得吸墨性變勻。通常加入漿料中的不溶于水或微溶于水的礦物質，在印刷紙中含量約為10%-25%，不同的紙張?zhí)砑恿坎煌�，并且可能相差很�?

8.印刷用紙?zhí)盍蠎�具有哪些特�?

答：印刷用紙的填料應具有高白度、高折射率、顆粒細小、水溶能力低、較低的密度及良好的化學穩(wěn)定性，另外，最好資源豐富，價格低廉。

9.印刷用紙的常用填料有哪些?

答：最常用的無機填料有滑石粉、白土、鈦白粉和碳酸鈣。其中鈦白粉是昂貴優(yōu)質的填料;有機合成填料為一些高分子物質。

10.填料對印刷紙張性能的影響有哪些?

答：印刷用紙加入填料可改進紙張的印刷適性，如增加紙張的白度、平滑度、不透明度、挺度。改善紙張對油墨的親合力、柔軟度和穩(wěn)定性，從而有助于印刷品質量的提高。當然紙張中加入填料量太高也帶來一些不良的影響，主要表現(xiàn)為紙張強度的降低和施膠效果的下降，在印刷中易發(fā)生掉粉、掉毛現(xiàn)象，填料粒子傳遞到印版和橡皮布上會產生糊版等現(xiàn)象;由于填料有摩擦作用，還會磨損印版，但是用沉淀碳酸鈣(PCC)加填則可以使磨損印版降低到最低程度(金東目前采用)。

11.什么是紙張的不透明度?

答：不透明度是指紙張不透光的性質，紙張的不透明度取決于紙張的光散射能力、紙張內部光散射界面的多少(即內部獨立粒子的數(shù)量)和散射界面折射率差異的大小。光散射界面越多，散射界面間折射率差異越大，則紙張的光散射能力越大，不透明度越高。

12.填料如何影響紙張的不透明度?

答：沒有加填料的紙張是由纖維和空氣組成�？諝獯嬖谟诶w維間的孔隙中，由于纖維與空氣的折射率不同，因此當光束照射到紙張表面時，即有部分光在纖維與空氣界面上發(fā)生散射，賦予紙張一定(較低)的不透明度，反映到印刷中，主要表現(xiàn)為極易透印。在紙張中加入折射率大于纖維素的填料后，增加了紙張內部光散射界面的數(shù)量，即存在纖維與空氣間、填料與纖維間以及填料與空氣間三類不同的界面，在這三種界面中，填料與空氣間折射率的差值較大。因此光線在填料與空氣界面上得到最大散射，導致不透明度增加。

13.填料如何改善紙張表面平滑度?

答：纖維相互交織而形成的網絡總是存在大量的孔隙和表面凹凸不平處，加入細小顆粒填料后能改進紙張的柔軟性和可塑性，能進行更好壓光處理，從而可改進壓光后紙張的平滑度。

14.填料對紙張強度的影響如何?

答：纖維間的結合是紙張強度的基礎，填料的加入減少了纖維間的結合，所以加入大量填料會使紙張強度顯著下降。其中抗張強度、耐折度和耐破度下降較大，撕裂度下降較小，使用填料的用量有一定限制。

15.填料如何影響紙張的松厚度?

答：紙張纖維的密度為1g/cm3左右，而填料的密度大多在2.5-3.0g/cm3。因此填料的加入將會降低紙張的松厚度。但當加入的填料量較少時，松厚度隨填料量增加而增加，短纖維的紙張尤為明顯。

16.填料如何影響紙張的挺度?

答：紙張的挺度是紙張厚度和彈性模量的函數(shù)。填料對挺度的影響應將填料對松厚度和抗張強度的影響綜合起來考慮。當加填料量小時，填料的加入基本不影響紙張的挺度，當加填料量再增加時，挺度則隨填料量增加而顯著減小。

17.色料在紙張中的作用是什么?

答：即使是經過漂白處理的紙漿纖維也是略呈黃色或灰白，這是由于紙漿纖維中所含木素傾向于吸收波長在400-500nm的紫色和藍色光所致，紙漿中木素含量愈多，其色澤也就愈深。因此要使紙張具有更高的白度，常在漂白漿中加入藍紫色或紅藍色染料。生產有色紙還必須進行染色處理。

18.色料的成分有哪些?

答：色料是用于紙張染色和調色的顏料和染料。顏料大多是無機物，多數(shù)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，或經化學處理后能溶于水。

19.紙張輔料中的其他化學助劑及作用?

答：為適應紙張某些特殊用途的需要，常在紙漿或紙中摻用各種類型的非纖維性添加劑。按其用途劃分，大致可分為如下幾類：

①濕強劑。濕強劑是為增加紙頁的濕強度而加入的助劑，如脲醛樹脂和酚醛樹脂等。

②干強劑。如陽離子淀粉，聚丙烯酰胺等。

③助留劑。為減少造紙過程中填料和細小纖維的流失而加入的助劑，如聚丙烯胺、聚氧化乙烯和聚乙烯亞胺等。

④消泡劑。用于消除造紙過程中的泡沫。如硅油、松節(jié)油、十三醇、磷酸三丁酯、戊醇和辛醇等。

⑤抗水劑。主要用于對抗水能力有較高要求的紙中。如石蠟、金屬皂、乙二醛、三聚氰胺甲醒樹脂和丙烯酸二甲胺基乙脂等。

20.紙張如何進行簡單分類?

答：紙張通常依用途可以分為文化用紙、工業(yè)用紙、生活用紙和特殊用紙，其中文化用紙可以簡單地分為非涂布紙和涂布紙。未經涂布加工的紙張稱之為非涂布紙，如新聞紙、膠版紙、靜電復印紙和書寫紙等;經涂布加工的紙張稱之為涂布紙，如銅版紙、掛歷紙、亞光紙、玻璃卡紙等。