造纸原理部分问题详解.docx

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造纸原理部分问题详解

绪论 

简述造纸生产流程及任务 

打浆——添料——纸料前处理和流送——纸的抄造和整理 

a、打浆：

对纸浆纤维进行必要的切短和细纤维化处理，以便取得生产纸或纸板所要求的物理性质和机械强度等性能。

b、添料：

添加色料、填料、胶料、助剂等；为了减少墨水对纸的浸渍、改善纸的白度、不透明度和印刷性能、改变纸的颜色或色调以及赋予纸特定的性质（例如提高干、湿强度等），需要在打浆的同时或在打浆后的贮浆池中加入胶料、填料、色料和其它助剂进行添料。

c、纸料前处理和流送：

净化、精选、流浆箱中的布浆、整流、上网； 

   打浆、添料后的纸料中难免混入金属或非金属杂质、纤维束或浆团和空气，需要对纸料进行净化、筛选、脱气等前处理，以免影响成品纸的质量和给造纸过程带来困难。

纸料的流体特性，使得纸料很容易输送到各个工段。

d、纸（纸板）的抄造和整理：

净化、筛选、脱了气的纸料流送进入流浆箱，均匀分布在造纸机网部脱水，首先抄成湿纸，接着经过压榨→干燥→压光→卷取→切纸→选纸或复卷→打包→入库。

第一章 打浆 

1．什么叫打浆？

打浆——利用物理方法处理悬浮于水中的纸浆纤维，使其具有适应纸机生产上要求的特性，并使所生产纸能达到预期的质量。

2．打浆的目的和任务是什么？

打浆前后浆料性质有什么变化？

 打浆的主要任务：

（一）改变纤维的形态，使纸浆获得某些特性（如机械强度、物理性能和胶体性质），以保证纸页的抄造质量。

（二）通过打浆调节和控制纸料在网上的滤水性能，以适应造纸机生产的需要，使纸页获得良好的成形，改善纸页的匀度和强度指标。

打浆作用的性质：

打浆是物理变化，打浆作用对纸浆产生的纤维结构和胶体性质的变化，都属于物理变化，并不引起纤维的化学变化或产生新的物质。

注：

打浆作用会使纤维表面暴露一些新的基团，但这是纤维本身原有的，与化学变化无关。

 3．打浆对纤维的作用原理是什么？

 六种主要作用：

（一）细胞壁的位移和变形 

（二）初生壁和次生壁外层的破除（三）吸水润胀  （四）细纤维化  （五）横向切断或变形  （六）产生碎纤维片 

4．纤维结合力有哪几种？

试用氢键理论解释纸页的强度是如何获得的？

纸的强度取决于①成纸中纤维间的结合力②纤维本身的强度③纸中纤维的分布和排列方向，而最终决定纸页强度的，是成纸中纤维间的结合力。

纤维的结合力有四种：

氢键结合力；化学主价键力；极性键吸引力；表面交织力 

其中，氢键的结合力最重要，与打浆的关系最密切。

打浆的主要目的之一就是增加氢键结合力，从而提高成纸的强度。

纤维间氢键的形成过程（I）----通过水分子形成的水桥连接 

氢键理论认为，水与羟基极易形成氢键。

经过打浆的纸料纤维，可以通过偶极性水分子与纤维形成纤维-水-水-纤维的松散连接的氢键结合。

纤维间氢键的形成过程（II）----单层水分子形成的氢键结合 

当纸料在网上滤水后，经过压榨进一步脱出水分，使两纤维间的距离靠拢，在纤维间形成了比较有规则的单层水分子连接的氢键结合，即纤维-水-纤维的氢键结合。

 纤维间氢键的形成过程（III）----过程完成，形成氢键结合 

纸页经加热干燥进一步脱除水分，水分蒸发时，纤维受水的表面力作用，使纸页收缩，纤维进一步靠拢，从而使纤维素分子间的羟基距离小于2.8 Å，最终形成了氢键结合，即纤维-纤维间的氢键结合 Ø 氢键理论认为，打浆过程的机械作用增大了纤维的外表面，游离出大量极性羟基 

（-OH+）,水与羟基极易形成氢键结合，形成极性水分子的胶体膜，当水分子蒸发时，相邻纤维间的羟基通过相面结合，从而将纤维结合在一起。

这就是纸强度增加的主要原因。

 Ø 氢键形成的条件：

有游离羟基的存在；两羟基之间的距离在2.8 Å以。

纤维的吸水润胀和细纤维化，都会使纤维的游离羟基增加，促进纤维间的氢键结合，从而提高纸页的物理强度。

7．目前打浆设备分为哪几种类型？

间歇式主要是槽式打浆机；连续式主要有锥形磨浆机、圆柱磨浆机、圆盘磨浆机 

8．打浆有哪几方式？

根据纤维在打浆中受到不同的切断、润胀、及细纤维化的作用，将打浆方式分为四种类型：

长纤维游离状打浆、短纤维游离状打浆、长纤维粘状打浆、短纤维粘状打浆。

 9．低浓打浆和高浓磨浆的原理是什么？

低浓打浆：

主要靠刀片直接对纤维进行冲击、剪切、压溃和摩擦。

高浓打浆原理：

与低浓打浆相比，高浓打浆作用不是靠磨盘直接作用于纤维，而是依靠磨盘间高浓浆料间的相互摩擦、挤压、揉搓和扭曲等作用使纤维受到磨浆，同时产生大量的摩擦热，使浆料软化，有利于浆料的解离。

11．什么叫打浆度？

打浆度，反映浆料脱水的难易程度，综合的表示纤维被切断、分裂、润胀和水化等打浆作用的效果。

 13．打浆对纸性质有什么影响？

为什么强度（裂断长，撕裂度，耐折度，耐破度）曲线随着打浆度升高出现转折现象？

（1）打浆对纸页性质 

a） 打浆性能曲线逐步上升（如纤维的结合力、紧度和收缩率）； b） 与结合力成正比的强度指标，都是先升后降（各种强度曲线）； 

c） 与纸页致密程度有关的指标，均随打浆程度加深而下降（如纤维平均长度、透气度和吸收性）。

（2）打浆存在一组基本矛盾：

就是纤维的结合力和纤维的平均长度。

随着打浆度的提高，纤维的结合力不断上升，并有利于提高纸页的各种强度。

但另一方面，随着打浆度的继续提高，纤维的长度不断减短，使纸页的各种指标下降。

（3）打浆与纤维结合力的关系：

随着打浆度的增加，纤维润胀和细纤维化增加，纤维的比表面积增大，游离出更多的羟基，促进纤维间的氢键结合，使纤维结合力不断上升。

曲线特征：

 初期上升很快，逐渐缓慢达到最高点。

（一）裂断长 

主要受纤维间结合力和纤维平均长度的影响。

同时与纤维的交织排列和纤维自身的强度等也有关。

 曲线特征：

初期上升很快，中期缓慢并达到最高点，后期下降。

（二）撕裂度：

主要受纤维平均长度的影响，其次是纤维结合力、纤维排列方向、纤维强度和纤维交织情况等。

曲线特征：

初期上升很快，中期缓慢并达到最高点，后期下降。

（比耐折度下降要早） （三）耐破度 （Bursting Strength）----纸页所能承受的最大压力。

主要受纤维间结合力和纤维平均长度的影响。

同时与纤维的交织排列和纤维自身的强度等也有关。

 曲线特征：

 初期上升很快，中期缓慢并达到最高点，后期下降。

Ø 比裂断长的曲线下降早一些，因为纸在破裂时，不仅受到拉力，同时也受到撕力作 用的影响。

（四）耐折度---纸页在一定的力下承受180度往复折叠的次数。

主要受纤维平均长度、纤维间结合力、纤维在纸页中的排列，纤维本身的强度和弹性等。

 曲线特征：

初期上升很快，中期缓慢并达到最高点，后期下降。

 （与耐破度曲线相似，转折点出现的更早些） 

第二章 造纸化学品及其应用 

2．施胶的方法有哪几种？

 纸施胶（浆施胶）；纸面施胶（表面施胶）；双重施胶（浆和表面均施胶） 

5．掌握松香施胶剂的施胶机理（用接触角理论解释纸施胶后为什么能抗水？

用配位理论解释胶料是如何附着在纤维上的？

施胶效应是如何完成的？

）有哪些影响施胶效果的主要因素？

 施胶效果的产生－－接触角理论 p67 图、公式 

液滴能否在纸面产生扩散使纸润湿主要取决于纸面对液滴的附着力和液滴本身的聚力之间平衡关系； 聚力是液滴本身固有的物理性质，一般不予改变。

唯一的方法是降低纸面对液滴的附着力。

而聚力

与附着力之间的平衡关系主要决定于液滴与纸面两相间接触角的大小。

                                                                               sv = sL + Lv cos    则cos = （sv － sL ）/Lv 当   > 900时， cos < 0，表面不润湿;为使表面不润湿，则应使  sv － sL < 0即降低纸面的sv。

配位理论认为，施胶效应是水合铝离子、松香酸和纤维素进行络合反应的结果。

松香胶料中的松香酸阴离子能与水合铝离子作用生成不同结构的松香酸铝共沉淀物水合松香酸铝，带正电的水合松香酸铝络合物被带负电荷的纤维所吸附，与纤维表面的羟基阴离子其络合作用，使松香胶料定着在纤维上，或先被两个松香酸子所取代再与纤维络合。

三个方程式P74 施胶效应的完成——配位理论 

施胶效应的最后取得是在纸页干燥过程中完成的。

松香胶料是两性分子，松香胶沉淀物定着到纤维表面之后，只有发生取向，使非极性的疏水基团朝外形成定向的规则排列，才能降低纸面的自由能，取得抗液性施胶效果。

配位理论认为：

水合铝离子能产生羟连反应，所以水合松香酸铝沉淀物在干燥过程也能产生羟连反应，使单铝变成双铝结合，逐渐失掉配位水，形成网状的凝聚物而连结在一起。

水合松香酸铝又能与纤维素的羧基构成配位键，在干燥过程也产生羟连反应，形成没有活性的大分子，使松香胶沉淀物获得稳定的取向，从而使纸面自由能降低，获得抗液性能。

 6．什么是中性施胶和中-碱性造纸？

有什么优点？

中性施胶是指在pH值大于6的弱酸性，接近于中性或弱碱性条件下进行的施胶。

 中-碱性造纸是指在接近于中性或弱碱性条件下进行抄纸。

 中性施胶剂就是为适应中性或碱性抄纸而发展起来的。

 7．纸加填的目的和作用是什么？

 常用填料：

滑石粉（Talc）、瓷土（又称高岭土（Al2O3·2SiO2·2H2O））、碳酸钙 

（1）、改变纸的光学性质 

通过改变折光率和光散射系数，增加纸页的不透明度和亮度，并防止透印。

（2）、改善纸页的表面性能和印刷适性 

加填可以改善纸页的平滑度和匀度，提高纸页的吸收性和吸墨性，并降低纸页的保水性和变形性。

 （3）、赋予纸页某些特殊功能 

如卷烟纸加碳酸钙，改进透气性，调节燃烧速度。

导电纸加入碳黑，以获得导电性。

 （4）、节省纤维原料，降低生产成本 

填料的价格是几角钱1kg，而纤维原料的价格是几元钱1kg。

因此加填可大大节约纤维用量，并大大降低生产成本。

当然，填料的加入量也不能过大，否则会大大降低纸页的强度指标。

 （5）、填料有大的比表面积，能吸附树脂，使纸浆中的树脂不致凝聚成大粒子，因而有助于克服树脂障碍。

加填具有一定的不利影响：

加填的纸，由于填料分散于纤维之间，使纸的结构疏松多孔，减少了纤维间相互的接触和氢键结合，使纸页的物理强度下降。

加填使纸印刷时掉粉掉毛现象增加。

加填会降低纸的施胶度，尤其是碱性填料对酸性施胶的危害更大。

8．填料留着率有哪些表示方法？

影响填料留着率有哪些主要因素？

试述填料的留着机理。

（一）填料留着率  

填料总留着率指保留在纸页中的填料质量与加入纸浆中填料质量的比。

 单程留着率比总留着率低。

  Ø 影响单程留着率的主要因素有车速、上网纸料浓度、纸页厚度、网案振动、脱水元件 性能、真空抽吸程度、成形网形式与特点以及浆料性质等。

  Ø 影响总留着率的主要因素是白水的循环使用情况 。

（二） 填料留着机理 

填料的留着受纸料脱水过程中吸附、过滤、沉积以及絮凝等综合影响。

1、 机械截留说：

认为填料是由机械过滤作用，截留在纸浆滤层的。

因而纸的定量越大，纤维的滤层越厚，填料的颗粒越大，则留着率也越高。

但无法解释细小颗粒留着率高的原因。

2、胶体吸附说：

认为填料粒子在水中带有负电荷，并吸附铝离子转变带正电荷，与带负电荷的纤维吸附并沉积在纤维的表面上。

在等电点附近，胶体易于絮聚，从而利于填料留着。

综上所述：

填料的留着是机械截留和胶体吸附综合作用的结果，以胶体吸附作用为主。

即颗粒较大的填料是靠机械截留作用而留着，颗粒较小的填料是靠胶体吸附作用而留着。

 9．染色的目的和作用是什么？

染料有哪些种类？

常用的染色方法有哪些？

 染色和调色的目的和作用 

a） 为了生产颜色纸需进行染色。

b） 生产白纸需对纸页进行调色，以使得每批产品的色调趋于一致。

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