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1、 造纸原理与工程 第一章调料调料包括施胶 加填 调色 染色 添加化学助剂 配浆和调浓过程 调料的主要目的是从不同角度上采用不同的手段来满足纸张的某些质量要求和纸张抄造性能的需要 第一节施胶一 施胶的目的和方法施胶 用某些疏水性物质 使其附着在纤维 或纸张 的表面 从而减少纸张的毛细管作用和纸页对水的亲和力 防止水在纸张上渗透和扩散的工艺过程 施胶的目的 使纸页具有抗拒液体 特别是水和水溶液 渗透和扩散的性能 根据纸张使用情况 按施胶程度可把纸张分成三类 重施胶纸 施胶度0 75 2 0mm 轻度施胶纸 施胶度0 25 0 5mm 不施胶纸 施胶度在0 25mm以下 施胶方法分两种 内部施胶 也
2、称纸内施胶 在抄纸过程中胶料加进纤维水悬浮液中 混合均匀后再沉着到纤维表面上 表面施胶 也称纸面施胶 纸页形成后 在半干的纸页或干燥后的纸页上均匀涂上胶料 二 常用施胶剂施胶剂 加进 或涂于 纸页之后能使纸页具有抗液性能的物质称之为施胶剂 以松香为主体的施胶剂 松香胶 褐色松香胶 白色松香胶 分散松香胶 强化松香胶 石蜡松香胶 非松香胶 石蜡乳胶 硬脂酸钠 聚乙烯醇 动物胶 蛋白胶 淀粉及其衍生物 合成树脂胶 三 内部施胶 一 松香的三值松香主要成分是松香酸的同分异构物 分子式为C19H29COOH 含有少量酯类和杂质 松香的三值是衡量松香纯度的指标 酸值 是衡量松香中松香酸含量多少的指标 其
3、含义是 中和1g松香所需KOH毫克数 皂化值 指完全皂化1g松香所消耗的KOH的毫克数 酯值 皂化值与酸值之差 C19H29COOH KOHC19H29COOK H2O302561000 xx 56 1000 302 185 二 松香胶的制备1 松香的皂化剂工业生产一般用碳酸钠或氢氧化钠 2C19H29COOH NaCO32C19H29COONa H2CO3H2O CO2C19H29COOH NaOHC19H29COONa H2O皂化松香所需碱量可用下式计算 A O M2 M1 P 100 C 式中 A 所需的碱量 对松香质量 O 松香的皂化值M1 测定皂化值所用碱的当量M2 熬胶时所用皂化剂
4、的当量P 皂化剂的纯度 以 表示 C 松香胶中游离松香含量 以 表示 2 松香胶的制备 1 褐色松香胶制备NaOH有热法和冷法两种 冷法制备褐色松香胶过程 2 白色松香胶制备包括熬制 乳化开水桶和稀释三个步骤 冷却水套热水桶熬胶锅蒸汽蒸汽过滤器贮存池喷射乳化器乳化稀释池白色松香胶制备流程 白色松香胶以一种胶体悬浮液的形式而能保持稳定的原因 可以把白色松香胶料看成是由三部分组成 a 作为分散相的游离松香固体质点 b 作为分散介质的水 c 溶解于水的松香酸皂化物作为稳定剂 HOHHR COONaHONaOOC RR COOHR COONaHOR COONaHHOH 3 分散松香胶分散松香胶是游离度
5、接近或是100 的松香胶 即松香不转化为松香酸皂 而是以游离松香粒子形式存在于胶液中 因游离松香粒子多 施胶效果要优于皂化型松香胶 分散松香胶因所用松香有的经过改性 乳化剂类型不同 乳化条件不同等原因 制备的方法不尽相同 但基本方法大致如下 首先将天然松香及改性松香加热熔融 在常压下搅拌 加入乳化剂水溶液 经分散得到油包水型乳液 然后在高速搅拌下加水 使油包水型乳液转而为水包油型乳液 即使松香分散于水中制成乳液型胶 三 松香胶的沉淀和定着松香胶定着的方法是加沉淀剂 1 沉淀剂的种类和性质 1 硫酸铝 矾土 造纸明矾 主要组成是结晶硫酸铝 并带有12 18个结晶水 分子式Al2 SO4 3 nH
6、2O 是由铝矾土与硫酸反应制得 Al2O3 2SiO2 3H2SO4Al2 SO4 3 3H2O 2SiO2 2 明矾是硫酸铝和硫酸碱金属所形成的复盐 分子式为Al2 SO4 3 M2SO4 24H2O 式中M为钾 钠或铵 因含有低价的硫酸盐和多量的结晶水 其效果远不如造纸明矾 3 硫酸高铁分子式为Fe2 SO4 3 其作用与硫酸铝相同 但与松香酸构成黄色的沉淀物 因此只能用于本色纸张的施胶 4 铝酸钠分子式NaAlO2和NaAl2O4 是一种碱性的铝化合物 因此可提高施胶时的pH值 一般与硫酸铝混合使用 可以在pH 5 7的情况下施胶 因此可减少对设备的腐蚀 5 三氯化铝分子式AlCl3 其
7、作用与Al2 SO4 3差不多 2 松香胶粒的沉淀 界面动电势学说 配位理论 3 松香胶的定着 四 施胶程序和施胶操作1 施胶程序先加胶 充分混合均匀后再加硫酸铝沉淀剂 2 施胶操作 1 间歇式施胶主要适用于盆式打浆机 池式配浆或池式调浆等间歇操作过程 2 连续式施胶适用于连续打浆 调料的过程 可有几种情况 a 敞开式连续打浆系统中 胶料加入最后一台打浆机进口 沉淀剂加在叩后浆池 浆b 封闭式连续打浆系统中 叩后池加胶 纸机浆池加矾 或胶配浆箱加胶 冲浆池加矾 c 采用连续施胶器施胶 矾在施胶器进口加胶 中间加矾 施胶器3 松香胶和明矾的加入量浆松香胶加入量一般为0 5 2 0 对绝干纤维 而
8、硫酸铝加入量一般为松香量的1 5 3倍 加入量有两种表示方法 1 用胶料中松香质量对浆中绝干纤维量的 表示 这种表示方法适合于实际操作 2 用所需松香量占所生产成品纸的 表示 这种表示方法适用于设计部门 几种纸的施胶度和松香加入量纸种施胶度 mm 松香加入量 对成品纸 胶版印刷纸0 5 1 250 8 2 0书写纸0 5 1 251 0 2 5有光纸0 250 6 1 0打字纸0 250 5 0 7纸袋纸1 25 1 751 5 5 5包装纸0 5 1 250 7 1 0瓦楞芯纸1 1 5条纹牛皮纸0 5 1 250 8 1 0晒图纸35 40秒 抗水性 2 5 44 施胶过程控制条件主要条件
9、是pH值的控制 一般以4 5为宜 另外还有温度和胶料本身质量 五 中性施胶1 中性施胶的特点 1 在中性条件下抄纸 所得纸页不易老化 可提高纸页强度和寿命 2 能减轻设备的腐蚀 延长设备使用寿命 3 白水pH值高 无硫酸铝积累 白水易回收 利于减少排水污染 4 纸强度高 可节省打浆动力 5 可使用CaCO3做填料 节省纤维原料 降低成本 6 胶料成本较松香胶高 会增加成本 要靠加填来抵消 这样不利于不加填或少加填的纸种 7 施胶反应迟缓 尚有不稳定的问题 8 滤水性差 成纸较滑 挺度 紧度较差 9 微生物易滋生 腐浆和断头增多 损纸量加大 2 中性施胶剂的分类反应型中性施胶剂树脂型阳离子型聚合
10、物型四 表面施胶作用 提高纸页抗液性 改进纸张物理强度 挺度 耐擦性能 耐久性能 平滑度及手感性等 还可有效克服纸面掉毛掉粉 两面差等缺陷 施胶剂 淀粉及其衍生物 纤维素衍生物 聚乙烯醇 合成树脂 石蜡胶 动物胶等 用途 钞票纸 证券纸 胶版纸等 方法 槽法施胶 辊法施胶 烘缸施胶 压光施胶等 第二节加填一 加填的目的和作用加填就是在纸料的纤维悬浮液中加入不溶于水或微溶于水的矿物质 目的 改善纸张的某些特性 节约纸浆用量 作用 小颗粒的填料分散于纤维之间将孔隙填充 从而改进了纸张的平滑性 匀度 手感性 适印性 填料的折光率和亮度比纤维大 填充到纤维间隙中 增加了纸的折光能力 从而使纸的不透明度
11、 白度提高 二 填料的种类和性质 一 衡量填料好坏的标准1 折光率要高 散射系数要大 2 白度高 亮度大 无杂质 有光泽 3 颗粒细腻均匀 纯度高 4 密度大 不溶于水 5 化学稳定性好 6 资源丰富 加工简便 价格便宜 二 几种常见填料1 白土 铝盐 即高岭土 瓷土 铝矾土 分子式Al2O3 2SiO2 2H2O 相对密度2 56 折光率1 56 白度80 86 白度及折光系数低 但价格便宜 资源丰富 是使用较多的一种填料 它的应用只限于一般纸张 某些高级纸张则少用白土 因为其折光率不高 2 滑石粉 镁盐 最多用填料之一 分子式3MgO 4SiO 2H2O 相对密度2 7 白度90 97 折
12、光率1 57 折光率与白土相近 但白度较白土高 滑石粉柔软性好 加进纸页后能提高纸张的柔软性和印刷性能 且价格便宜 所以多数纸张都用其作填料 但由于折光率不高 对于某些不透明度要求高的薄页纸少用滑石粉而多用TiO2 3 碳酸钙 钙盐 也叫白垩 分磨碎碳酸钙和沉淀碳酸钙两种 分子式CaCO3 相对密度2 65 折光率1 66 白度98 沉淀碳酸钙比磨碎碳酸钙粒度要细一些 其优点是能控制纸张的燃烧 折光率和白度高 粒度较细 有较好的吸油墨性和柔软性能 缺点是由于微溶于水 呈碱性 能与硫酸铝作用 造成纸浆中的气泡 4 二氧化钛是一种高级填料 分子式TiO2 相对密度较大 为3 9 4 2 折光率也大
13、 为2 55 2 7 粒度小 白度97 99 不透明度高 覆盖能力强 化学稳定性好 价格高 少用 三 加填对纸张性质的影响 一 加填对纸张不透明度的影响利用高的折光率提高纸张不透明度 二 加填对纸张印刷性能的影响利用吸收性 柔软性和小的粒度改善纸张的吸油墨性 柔软性和平滑度 三 加填对纸张白度的影响利用高白度 高覆盖力提高纸张的白度 四 加填对施胶的影响填料中的碱土金属离子与松香酸生成不溶性盐 妨碍松香酸与水合铝离子结合 五 加填对纸张强度的影响填料粒子填充于纤维之间 减少纤维间的氢键结合 四 填料的加入量 留着率和留着机理 一 填料加入量填料加入量主要决定于以下因素 1 纸张品种不同品种 填
14、料加入量不同 几种纸张加入滑石粉量如下 胶版纸20 25 新闻纸4 7 书写纸15 25 打字纸10 有光纸10 图画纸30 2 浆料品种加入量 草浆 木浆 机浆 化浆 3 纸机车速与填料用量的关系加入量随车速提高而减少 二 填料留着率填料留着率 留存于纸张中填料量占加入纸料中填料量的百分比值 依测定的基准不同 又分为总留着率和单程留着率 总留着率是指纸页中填料量占开始加入纸浆中填料量的百分数 单程留着率是指纸页中填料量占上网纸浆中填料量的百分数 R Tz Tj 100 式中R 填料留着率 Tz 纸页中填料量 占纤维 Tj 浆中填料量 占纤维 一般可由测量灰分的方法来测定填料留着率 可用下式近
15、似计算 R A1 A2 100 式中A1 绝干纸页中灰分含量 A2 绝干纸料中灰分含量 以上测定 计算已可以满足生产控制需要 若要精确计算 可按下式进行 R 0 94 A1 C 100 A2 D A1 C 100 A1 D 100 式中C 纤维本身所含灰分 D 填料灼烧减量 0 94 抄纸后纸料的得率及纤维原料和胶料中的灰分平均含量的总修正系数工厂总留着率的统计计算法为 R 成品纸量 平均灰分 填料加入量 100 三 填料的留着机理 填料留着的机械过滤学说 填料留着的胶体吸附学说正确的解释应该是二者相结合 计量箱五 填料液的制备和加入方法振动筛 一 填料液的填料水制备回流 二 填料的送加填加入
16、方法填料液制备槽1 在打浆系统中填料液贮存槽加入2 在纸机前加入 第三节染色一 染色的目的染色 是指在纸浆或纸张中加入某一色料 使之有选择的吸收可见光中的大部分光谱 未被吸收而反射出来的光谱即为所需的色泽 因此染色是对色纸而言 调色 是指在纸浆中加进蓝色 紫色或紫红色使之与纸浆中相应呈现的橙色 淡黄色或绿 灰 黄色起互补作用而显出白色 是对白纸而言 增白 是指在纸浆中加进增白剂以获得更高白度 对造纸而言 染色有两个目的 1 对于色纸 通过染色生产出符合色泽要求的纸张 2 对于白纸 提高染色可以提高纸张的白度 二 色料的种类及其性质 一 色料的种类颜料色料天然染料染料碱性染料合成染料酸性染料直接染料 二 合成染料的性质及染色操作1 碱性染料特点 1 为含有可溶性氨基的化合物 故可溶于水 呈碱性 2 着色力强 着色后色泽鲜艳 且价格便宜 3 对木素有较强亲和力 对纤维素也有一定亲和力 因此不用媒染剂也可获得较好着色效果 4 耐酸 耐碱 抗氯和耐光性能较差 注意 1 染混合浆时要分开染 2 用水要经软化 3 溶解温度不可太高 2 酸性染料特点 1 是一种含有磺酸基团 SO3OH 或苯羟基团的
