包装材料学 §12 纸与纸板的生产过程

§1.2纸与纸板的生产过程第一章包装用纸与纸板16:57:2650-2纸和纸板的生产过程是将木材或其他植物纤维原料用化学的、机械的、或二者相结合的方法离解成单根的纤维状物料，并将其净化漂白的生产过程，其产品就是纸浆。是将纤维及辅料的水悬浮液在细目网上脱水沉积，并使纤维间互相交织形成毡状薄张材料的过程。•制浆过程:•抄纸过程:第一章包装用纸与纸板16:57:2650-3一、制浆过程•制浆包括下列基本过程:备料-制浆-洗涤-筛选-漂白。第一章包装用纸与纸板16:57:2650-41.备料1)木材原料的备料•备料是指储存的原料经过一定要求的处理以满足蒸煮或磨浆需要的过程。第一章包装用纸与纸板16:57:2650-5锯断•磨木机要求原木长度为0.6m或1.2m，普通削片机要求原木长度2-2.5m。因此原木需要进行锯断。•锯木机分圆锯和带锯等形式。大型浆厂多用由普通圆锯组成的排锯。带锯则用于大直径原木的纵向劈开。第一章包装用纸与纸板16:57:2650-6剥皮•树皮的纤维含量低，杂质含量高，制浆时又多耗蒸煮药液，同时还影响成浆质量，所以一般都要对原木进行剥皮作业。•剥皮机械:摩擦式的圆筒剥皮机、装有爪刀的圆环式剥度机、水力式剥皮机以及挤压式的木片去皮机等，目前采用最多的是圆筒剥皮机。第一章包装用纸与纸板16:57:2650-7卡圆筒剥皮机第一章包装用纸与纸板16:57:2650-8除节、劈木•为了避免树节对磨石和磨木浆质量的影响，要进行原木的除节。•劈木的目的是劈开过大的原木，以利于装入磨木机。第一章包装用纸与纸板16:57:2650-9削片•削片：在化学浆及木片机械浆的生产中，要求将原木（或板皮）削成一定规格的木片，以适应制浆工序的需要。•木片要求长短厚薄一致、整齐，一般的规格为长15-20mm，厚3-5mm，宽度不限。削片现多采用圆盘削片机。八刀削片机第一章包装用纸与纸板16:57:2650-10筛选•用筛选机分选，以除去从削片机出来的木屑和大片，大片需再碎成较小木片。第一章包装用纸与纸板16:57:2650-112)非木材纤维原料的备料•非木材纤维原料由于种类多。特性各不相同因此其备料工艺、使用设备也有很大的区别。•常用的禾本科原料除蔗渣外，可用切断、筛选、净化、贮存等几个工序来概括。•非木材纤维原料的备料方法，又可分为干法备料与湿法备料两种。第一章包装用纸与纸板16:57:2650-12（1）干法备料以稻麦草纤维原料为例•切料目的是便于装锅与蒸煮。草片切短后可增加装锅量，可使药液的渗透均匀，并缩短渗透时间，易于蒸煮。•筛选、除尘：切断后的料草片经筛选、除尘以除去夹杂在其中的细末、尘土、谷粒等杂物，减小蒸煮药品的消耗，同时提高蒸煮质量。第一章包装用纸与纸板16:57:2650-13（2）湿法备料和湿法净化•湿法备料是利用特制水力碎草机将整根草秆撕断撕裂，并把草叶撕碎，然后把碎草叶与杂质分离，干净的湿草经脱水后送至蒸煮工序使用。•这种方法省去了切草、筛选等过程，并避免了上述过程所产生的飞尘污染。但此法还处于试验中，尚未投人工业使用。第一章包装用纸与纸板16:57:2650-142.制浆•机械法制浆、化学法制浆以及化学机械法制浆•制浆方法不同，浆料性质也不相同。第一章包装用纸与纸板16:57:2650-15(1)机械木浆木片磨木浆磨石磨木浆•磨石磨木浆是将木段压在磨石表面上，木段方向与磨石轴平行，利用圆木与高速旋转的磨石间的摩擦力，由旋转的磨石将木材纤维从圆木上分离下来，再用水将其从磨石表面冲洗下来，即制成磨木浆。•在各类制浆方法中，磨木浆是一种生产成本最低，制浆得率最高（几乎包括木材所有组分），环境污染最小的制浆方法。一般用于抄制新闻纸、瓦楞原纸等。•木片磨木浆是指木片在两个相对旋转的磨盘间，利用磨盘与木片及木片与木片之间的摩擦力，被分离成单根纤维而制成的纸浆。•该浆的质量一般比磨石磨木浆好，除了主要用于抄新闻纸以外，还可配抄其他种纸或纸板机械木浆特点：木材中的非纤维素物质几乎都留在纸浆中，制得的纸张略带黄色，在日光和空气的作用下，纸的颜色还会进一步变黄。由于木素等非纤维素物质的存在，纸的强度很低，为了改善这一状况常常在抄纸时配有一定比例的化学浆以生产各种印刷纸。第一章包装用纸与纸板16:57:2650-16(2)化学木浆•化学法制浆就是在一定温度和压力下，利用化学溶液(也称蒸煮液)溶解掉木片中的木素和其他杂质，尽且保留纤维素，并使纤维素尽可能免遭破坏，同时适当保留半纤维素。•根据所用化学药品的不同又可分为三类:苏打法、硫酸盐法和亚硫酸盐法。苏打法制浆•苏打法又称烧碱法。烧碱法蒸煮所用的化学药剂主要是氢氧化钠，也有少量碳酸钠。•此法主要适用于稻草、麦草等非木材纤维类原料，也可用于蒸煮阔叶木，一般不适用于针时木，原因是针叶木木素含量高，用此法碱耗高，漂白困难，得率低。硫酸盐法制浆•硫酸盐法制浆所用化学药剂主要是氢氧化钠和硫化钠，也含有少量碳酸钠、硫酸钠和亚硫酸钠等，由于碱回收过程中以廉价的硫酸钠作为补充药品，故称为硫酸盐法。•包装用纸与纸板主要是用硫酸盐法制浆和中性亚硫酸盐法制浆。第一章包装用纸与纸板16:57:2650-17硫酸盐法制浆工艺流程图第一章包装用纸与纸板16:57:2650-18硫酸盐法制浆优、缺点•硫酸盐法制浆具有原料适应性广(对木材剥皮要求低，既适用于针叶木，又适用于阔叶木和草类原料，也可以是木材加工厂的废料)，纸浆强度高，废液的碱回收技术成熟等特点，因此该法已成为最重要的化学制浆方法。•在制浆过程中产生的臭气，对环境的污染及人体健康是有害的。另外日前还不能有效地对纤维原料中的木素组分加以利用。与亚硫酸盐法相比得率低，原料消耗高，漂白、打浆等操作较困难，因此成本相应较高。第一章包装用纸与纸板16:57:2650-19亚硫酸盐法•传统的亚硫酸盐法制浆又称酸法制浆,它是将硫磺燃烧，生成的二氧化硫与石灰石和水进行反应，制成亚硫酸氢钙与亚硫酸混合液，把木片与该溶液放进蒸煮锅内在高温离压下蒸煮，蒸煮液中的亚硫酸（H2S04）与木素作用，使木素大分子降解，同时生成木素磺酸，木素磺酸与溶液中的盐基结合，生成木素磺酸盐，从木素中溶解出来，从而制成纸浆。•木素是贯穿于细胞壁和胞间层的网状大分子，无论是碱法制浆还是酸法制浆，蒸煮不仅除去胞间层木素，使纤维解离，而且还除掉了绝大部分细胞壁中的木素，使纤维变得柔软。在蒸煮过程中，化学药液对纤维素和半纤维素也有不同程度的作用，使纤维素大分子聚合度降低，半纤维素严重降解或溶解。第一章包装用纸与纸板16:57:2650-20(3)半化学浆和化学机械浆•半化学浆和化学机械浆属两段制浆法，即制浆时既用化学方法，也用机械方法将植物纤维原料离解成单根纤维状物料的过程。它包括化学预处理和机械后处理两个阶段。•由于化学处理比化学制浆法温和，所以制浆得率仍然可高达80%-90%。第一章包装用纸与纸板16:57:2650-21化学处理与机械处理的目的•化学处理的目的是实现纤维的软化，有助于提高浆的强度，降低磨浆能耗，节约生产成本。•使用的药品一般是氢氧化钠、碳酸钠、酸性亚硫酸钠、碱性或中性亚硫酸盐、碱性过氧化氢。•机械处理主要是利用摩擦产生的热量软化木片，削弱纤维的连接；离解纤维；实现单根纤维的细纤维化。•使用的主要设备是圆盘磨浆机。第一章包装用纸与纸板16:57:2650-22磺化化机浆（SCMP）•用亚硫酸钠或亚硫酸钠加氢氧化钠在一定温度下预处理木片，则称为磺化化机浆（SCMP）。它利用亚硫酸钠对木素的磺化使木素产生永久性软化，从而增加了纤维的柔软性和结合强度，可以获得较好的“撕裂度/抗张强度”的关系。•SCMP的流程为:•木片洗涤器—脱水筛—木片预热器—连蒸器—盘磨机1—盘磨机2—粗浆第一章包装用纸与纸板16:57:2650-23发展半化学浆和化学机械浆的目的•一是为了开辟制浆原料的来源，充分利用其他制浆方法不甚适合或较少使用的阔叶木；•二是为了降低生产成本，以生产得率相当高的纸浆，特别是可以利用阔叶木生产出与针叶木化学浆或机械浆性质相近的纸浆。•半化学浆和化学机械浆可用来抄造新闻纸、包装纸及各种包装纸板，经过漂白的半化学浆还可抄造书写纸、杂志纸等。第一章包装用纸与纸板16:57:2650-243.洗涤和筛选（1）纸浆洗涤。•在化学法制浆过程中，纤维从植物原料中分离出来，其他一些组分则溶解于蒸煮液中，成为蒸煮“废液”。•由于制浆方法不同，“废液”的色泽与性质也各不相同。一般亚硫酸盐蒸煮废液呈红色，称为“红液”；硫酸盐法蒸煮废液为黑色，俗称“黑液。•蒸煮结束时，纸浆与废液是混杂在一起的，为此纸浆需要进行分离与洗涤。第一章包装用纸与纸板16:57:2650-25洗涤的目的•一是对蒸煮后纸浆中的废液进行分离，同时又要使纤维细胞壁、细胞腔中的废液残留物扩散出来，把纸浆洗干净，为后续工序（如漂白）创造有利条件；•二是充分提取废液，在洗净纸浆的同时，要最大限度地提取废液并保持废液的温度，以便从中回收化学药品（或综合利用）、节约能源。第一章包装用纸与纸板16:57:2650-26纸浆洗涤方式•主要有三种:置换洗涤、稀释脱水洗涤和压榨洗涤。•三种洗涤过程都是利用了扩散、过滤、挤压等作用，所不同的只是一种洗涤类型往往是以某一作用为主，其他作用为辅。第一章包装用纸与纸板16:57:2650-27第一章包装用纸与纸板16:57:2650-28（2）纸浆筛选与净化•筛选是利用纤维与杂质之间尺寸大小的不同，用筛板将杂质分离。•净化是利用杂质的比重比纤维大，用重力沉降或离心分离的方式将杂质分离，以减少漂白药品的消耗。第一章包装用纸与纸板16:57:2650-29第一章包装用纸与纸板16:57:2650-30浆料由锥体上部的切线方向带压进入锥体并产生高速旋转，这时，离心力将好浆与杂质分开，好浆质量较轻，由中间负压带上行排出，而杂质较重甩至周围，受器壁阻力而减速下滑至排渣口排出。第一章包装用纸与纸板16:57:2650-314.纸浆的漂白•由于木素的存在，纸浆一般呈现一定的颜色，深的呈暗褐色，浅的呈灰白色。•包装纸及纸板除少部分外，大多数用本色浆制造，不需漂白。但随着商品经济的发展，人们对产品的包装、印刷、装潢要求越来越高，这也对包装纸及纸板的质量提出了更高的要求，需要更多的漂白包装纸及纸板以适应市场需求。第一章包装用纸与纸板16:57:2650-32纸浆的颜色•主要来源于纸浆中的木素，而纤维素和半纤维素一般不易转变为有色物质。•针对纸浆中木素的性质，漂白方法有两大类:氧化性漂白剂和还原性漂白剂。第一章包装用纸与纸板16:57:2650-33氧化性漂白剂•以氧化性的漂白剂氧化破坏木素及有色物质的结构，使其溶解，提高纸浆的纯度和白度；•其特点是漂白白度高，漂白稳定性好、持久，这是目前主要的漂白方法。•常用的漂白剂有次氯酸盐、氯气、二氧化氯等氧化型漂白剂。第一章包装用纸与纸板16:57:2650-34还原性漂白剂•以还原性的漂白剂使发色物质分子上的发色基团变为无色基团，令其脱色。该方法只破坏纸浆中的发色基团，使纸浆变白。漂白剂不起脱木素作用，只能脱色，对纤维组分不造成损害。•这种漂白方法得率高，但漂白稳定性差，易返黄。•它多用于机械木浆、化学机械浆和半化学浆这类含木素量高的纸浆。常用的漂白剂主要是过氧化物漂白剂如：H2O2、Na2O2。第一章包装用纸与纸板16:57:2650-35二、抄纸过程•1.纸料的准备•打浆、调料第一章包装用纸与纸板16:57:2650-36为什么打浆•经过筛选和净化的纸浆，还不宜直接用于造纸，必须经过打浆、调料等准备阶段。1.由于纸浆中还含有大量未解离的纤维束，抄出的纸张的纤维间也只有很小的结合力，不仅强度低，而且显得疏松多孔，表面粗糙，不能满足要求。2.打浆就是把纤维束疏解成单根纤维，并把纤维切成适当的长度，沿纤维方向摩擦分裂，两端帚化发毛，从而增加纤维表面的接触面积，提高纤维的交织能力。3.经过打浆压溃，使纤维内部渗进水而发生膨胀水化，变得柔软可塑，这样的纸浆方可用于抄纸。第一章包装用纸与纸板1