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1、造纸原理与工程 第三章 非纤维物质的应用第三章 非纤维物质的应用 华南理工大学华南理工大学 轻工与食品学院轻化工程系 武书彬 教授、博导 第三章 非纤维物质的添加 第一节 概述第一节 概述 第二节 内部施胶第二节 内部施胶 第三节 加填第三节 加填 第四节 染色与调色第四节 染色与调色 第五节 增湿强度和湿强树脂的应用第五节 增湿强度和湿强树脂的应用 第六节 增干强度和干强剂的应用第六节 增干强度和干强剂的应用 第七节 助留、助留和分散剂的应用第七节 助留、助留和分散剂的应用 第八节 其它添加物质的应用第八节 其它添加物质的应用 第九节 非纤维添加物质加入的动态控制第九节 非纤维添加物质加入的
2、动态控制 第十节 纸料的配浆、混合、调节和贮存第十节 纸料的配浆、混合、调节和贮存 第十一节 纸料制备系统的设计和控制第十一节 纸料制备系统的设计和控制 第一节 概述第一节 概述 1、应用非纤维添加物的目的、应用非纤维添加物的目的 使纸张获得某种新的功能性质使纸张获得某种新的功能性质 增强纸张原有的某种功能增强纸张原有的某种功能 使纸张具有所需要的性质使纸张具有所需要的性质 提高生产效率、增加产量提高生产效率、增加产量 为了系统的清洁、高效稳定运行为了系统的清洁、高效稳定运行 第一节 概述第一节 概述 2、非纤维添加物质的种类和作用、非纤维添加物质的种类和作用 2.1、分类、分类 根据使用目的
3、和作用的不同，可分为根据使用目的和作用的不同，可分为功能型添加物质功能型添加物质和和控制型添加物质 控制型添加物质 两大类两大类 功能型添加物质功能型添加物质一般作为纸或纸板的一种成分，以改变纸或纸板的性质 为目的 一般作为纸或纸板的一种成分，以改变纸或纸板的性质 为目的 （例如：施胶剂 、填料或颜料 、染料 、增强剂 、纤维分散剂或柔软剂 、 增白剂、特殊添加剂 ） （例如：施胶剂 、填料或颜料 、染料 、增强剂 、纤维分散剂或柔软剂 、 增白剂、特殊添加剂 ） 控制型添加物质控制型添加物质是为了改善生产环境，防止或消除生产故障或实现某种 工艺措施，其对纸页性质的影响不大或是间接的 （例如：
4、助留、助滤剂、消泡剂、防腐杀菌剂、树脂控制剂、絮凝剂等） 是为了改善生产环境，防止或消除生产故障或实现某种 工艺措施，其对纸页性质的影响不大或是间接的 （例如：助留、助滤剂、消泡剂、防腐杀菌剂、树脂控制剂、絮凝剂等） 第一节 概述第一节 概述 2、单段留着率和总留着率、单段留着率和总留着率 单程（段）留着率单程（段）留着率是指纸页中固体物质的质量与从 流浆箱堰口喷出的纸料中固体物质质量的百分比 是指纸页中固体物质的质量与从 流浆箱堰口喷出的纸料中固体物质质量的百分比 总留着率总留着率是指纸页中固体物质质量与用白水稀释前 从调量箱中流出纸浆中固体物质质量的百分比 是指纸页中固体物质质量与用白水稀
5、释前 从调量箱中流出纸浆中固体物质质量的百分比 单段留着率和总留着率之间的关系单段留着率和总留着率之间的关系是白水循环回用 程度的函数，它反映了白水系统封闭循环的程度 是白水循环回用 程度的函数，它反映了白水系统封闭循环的程度 第一节 概述第一节 概述 3、影响单段留着率和总留着率的因素、影响单段留着率和总留着率的因素 影响单程（段）留着率的主要因素影响单程（段）留着率的主要因素（1）纸机抄造工 艺，如上网纸料浓度、车速、纸页厚度；（ ）纸机抄造工 艺，如上网纸料浓度、车速、纸页厚度；（2）抄造 条件，如网案振动、脱水元件性能、真空抽吸程度、 成形网形式；（ ）抄造 条件，如网案振动、脱水元件
6、性能、真空抽吸程度、 成形网形式；（3）浆料的物理化学特性，如浆料种 类、比表面积、打浆度、表面电荷等；（ ）浆料的物理化学特性，如浆料种 类、比表面积、打浆度、表面电荷等；（4）填料与 化学助剂的使用情况。 ）填料与 化学助剂的使用情况。 影响总留着的主要因素影响总留着的主要因素是白水的循环使用是白水的循环使用 第一节 概述第一节 概述 4、湿强度、湿纸强度和干纸强度、湿强度、湿纸强度和干纸强度 4.1、基本概念、基本概念 纸页的湿强度纸页的湿强度是指经干燥后的纸张再被水润湿完全饱 和后所具有的强度。 是指经干燥后的纸张再被水润湿完全饱 和后所具有的强度。 湿纸强度（也称湿纸幅的强度，湿纸强
7、度（也称湿纸幅的强度，wet web strength） ） 是指纸页抄造过程未经干燥的湿纸页的强度，一般是 指进入烘缸前即干度为 是指纸页抄造过程未经干燥的湿纸页的强度，一般是 指进入烘缸前即干度为2050的湿纸页强度。的湿纸页强度。 干纸强度干纸强度是指经干燥后一定水分含量（一般在5 8）的成品纸的强度。 第一节 概述第一节 概述 4、湿强度、湿纸强度和干纸强度、湿强度、湿纸强度和干纸强度 4.2、湿强度、干强度的形成与影响因素、湿强度、干强度的形成与影响因素 纸页的湿强度纸页的湿强度主要来源于组成纸页的纤维之间的摩擦力，受纤维形态、成 分、纸页抄造过程纤维交织情况 、填料加入量等因素影响
8、 主要来源于组成纸页的纤维之间的摩擦力，受纤维形态、成 分、纸页抄造过程纤维交织情况 、填料加入量等因素影响 湿纸强度（也称湿纸幅的强度，湿纸强度（也称湿纸幅的强度，wet web strength）纤维之间的摩擦 力，摩擦力越大，湿纸强度也越大。 纤维之间的摩擦 力，摩擦力越大，湿纸强度也越大。通过添加施胶剂或湿强剂使纤维表面形成 交联网络减少纤维吸水润胀，或是在纤维间产生不溶性的 通过添加施胶剂或湿强剂使纤维表面形成 交联网络减少纤维吸水润胀，或是在纤维间产生不溶性的胶黏作用，胶黏作用，或是在纤 维间产生 或是在纤 维间产生共价结合共价结合而获得。而获得。施胶剂、湿强剂的性质、用量是决定湿
9、强度的主要 因素 施胶剂、湿强剂的性质、用量是决定湿强度的主要 因素 。 干纸强度干纸强度源于纤维间的氢键结合力和摩擦力，受纤维形态、纤维间的结合 力、纸张中应力分布和添加物质影响。主要决定于纤维之间的结合力。 源于纤维间的氢键结合力和摩擦力，受纤维形态、纤维间的结合 力、纸张中应力分布和添加物质影响。主要决定于纤维之间的结合力。 纤维间的结合力主要决定于纤维的表面状态，即纤维的表面积和表面游离羟基 的数目，打浆可改变纤维的表面状态，因此打浆决定了干纸强度 纤维间的结合力主要决定于纤维的表面状态，即纤维的表面积和表面游离羟基 的数目，打浆可改变纤维的表面状态，因此打浆决定了干纸强度 第二节 内
10、部施胶第二节 内部施胶 1、概 述、概 述 1.1、施胶的目的、分类、施胶的目的、分类 1.1.1 施胶的目的：是使纸或纸板具有抗拒液体（特别是水 和水溶液）扩散和渗透的能力，以适宜于书写或防潮抗 湿。 1.1.2 分类：根据纸张使用情况的不同，要求施胶程度的轻 重，大体可把纸分为 根据纸张使用情况的不同，要求施胶程度的轻 重，大体可把纸分为重施胶、中等施胶、轻施胶和不施 重施胶、中等施胶、轻施胶和不施 胶胶四种类型。四种类型。 第二节 内部施胶第二节 内部施胶 1、概 述、概 述 1.2、施胶方法、施胶程度的分析、施胶方法、施胶程度的分析 1.2.1 施胶方法：内部施胶、表面施胶和双重施胶三
11、种 1.2.2 施胶程度的分析 ：检查纸或纸板施胶程度有许多种 方法，常用的有墨水划线法、表面吸收重量法(Cobb法)、 表面吸收速度法(液滴法)、浸没法(吸收重量法)、液体渗 透法和毛细管吸收高度法等。 第二节 内部施胶第二节 内部施胶 1、概 述、概 述 1.3、施胶和施胶剂的发展、施胶和施胶剂的发展 几乎一发明了造纸就出现了采用淀粉胶对纸页进行表面施胶的方法； 1807年发明了松香胶浆内施胶 ； 50年代开始，为解决低pH施胶带来的不良影响，提出少用或不用硫酸铝沉淀剂，即中性施 胶，开始发展能与纤维素直接起化学作用的反应性胶料或称合成胶料 ； 60年代，开发了强化松香胶，寻找能代替硫酸铝
12、的沉淀剂，采用阳离子聚合物作沉淀剂或 少量硫酸铝作沉淀剂用于强化松香胶的施胶，实现了在5.66.5的pH条件下进行施胶 ； 70年代，发展高分散体松香胶，并用部分阳离子树脂与少量硫酸铝作沉淀剂，以提高施胶 pH，同时开发合成胶料进行中性施胶得到了顺速发展； 80年代，AKD、ASA为代表的中性施胶剂在造纸工业中应用逐步成熟，并得以推广； 90年代，中性施胶剂在我国造纸工业中逐步推广应用，适合较高pH条件下使用的阳离子分 散松香胶得到开发应用； 新世纪初，国外开发成功了新型的石油化学品聚合物高效表面施胶剂（如BK公司的532型 表面施胶剂），国内一些厂家将AKD用于表面施胶 第二节 内部施胶第二
13、节 内部施胶 2、液体在纸页的扩散和渗透机理、液体在纸页的扩散和渗透机理 2.1、纸页的组成及结构与液体在纸页上的扩散和渗透的关系纸页的组成及结构与液体在纸页上的扩散和渗透的关系 2.1.1 纸页的吸液性能纸或纸板的主要成分具有亲水性，且纤维本 身有微细管，形成纸页后纤维与纤维之间又有许多孔隙，具有多孔性， 能起毛细管的作用，这样液滴在纸面上便会产生扩散与渗透的现象，即 纸具有吸液性能。 纸或纸板的主要成分具有亲水性，且纤维本 身有微细管，形成纸页后纤维与纤维之间又有许多孔隙，具有多孔性， 能起毛细管的作用，这样液滴在纸面上便会产生扩散与渗透的现象，即 纸具有吸液性能。 2.1.2 液体在纸页
14、上的扩散与渗透 液滴能否在纸面产生扩散使纸面润湿主要取决于纸面对液滴的附着 力和液滴本身的内聚力间的平衡关系，当附着力大于内聚力则产生扩 散，反之内聚力大于附着力则液滴不扩散而成为珠状，而内聚力与附着 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。通过降 低液滴在纸页上的附着力可以抑止液滴的扩散。 液滴能否在纸面产生扩散使纸面润湿主要取决于纸面对液滴的附着 力和液滴本身的内聚力间的平衡关系，当附着力大于内聚力则产生扩 散，反之内聚力大于附着力则液滴不扩散而成为珠状，而内聚力与附着 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。通过降 低液滴在纸页上的附着力可以抑止液滴的扩散
15、。 第二节 内部施胶第二节 内部施胶 2、液体在纸页的扩散和渗透机理、液体在纸页的扩散和渗透机理 2.2、液滴在纸面上三相交界面的受力分析2.2、液滴在纸面上三相交界面的受力分析 SV SV 为固、气界面的表面张力，它力求将液 滴拉开附着在纸面上以减少固、气界面，因 此把它称之纸面对液滴的附着力。 为固、气界面的表面张力，它力求将液 滴拉开附着在纸面上以减少固、气界面，因 此把它称之纸面对液滴的附着力。SV SV 为固、 液界面的表面张力，它力求将液滴收缩以减 少固、液界面。 为固、 液界面的表面张力，它力求将液滴收缩以减 少固、液界面。LV LV 为液、气界面的表面张 力，它也力求将液滴收缩
16、以减少液、气界面。 为液、气界面的表面张 力，它也力求将液滴收缩以减少液、气界面。 SV SV 和和LV LV 的合力即为液滴的内聚力的合力即为液滴的内聚力 液滴在纸面上达到平衡即受力平衡，则附着力 与内聚力的关系为： SV =SV +LV COS 第二节 内部施胶第二节 内部施胶 2、液体在纸页的扩散和渗透机理、液体在纸页的扩散和渗透机理 2.3、接触角与毛细管作用2.3、接触角与毛细管作用 （1）液滴在三相交界处液滴切线与纸面的夹角称为液、固两相间的接触角）液滴在三相交界处液滴切线与纸面的夹角称为液、固两相间的接触角 （2）液滴在纸页上由于毛细管作用，首先使纤维湿润再沿毛细管向四周渗透， 渗透速度取决于液体的性质(表面张力和黏度)和纸页的结构(毛细管半径、长度、 纸页紧度、孔隙率)及表面性质 （3）毛细管上升方程式（3）毛细管上升方程式 （见教材p8
