打浆工艺概述

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欢迎访问e展厅 展厅 1 造纸机械展厅 磨浆机, 压光机, 分丝机, 挤浆机, 洗浆机, ... 草浆打浆机理 在植物纤维化学的纤维形态一章已经讲过，草类纤维组织中除含有细长、两端呈锤状的纤维外，还有表皮细胞、导管、薄壁细胞等，后者统称为非纤维细胞。这些非纤维细胞在麦草中约占40%（面积法）。另外，一般说来，草类纤维的长度又较短。 用普通显微镜和电子显微镜观察，发现麦草纤维细胞壁也是分为初生壁（P），次生壁外层（S）、次生壁中层（S2）、次生壁内层（S3），其中以次生壁中层最厚。麦草的薄壁细胞的细胞壁也分三层，内、外层较薄，而中层较厚。此外，导管亦分为初生壁、次生壁外层、次生壁中层、次生壁内层等几层。 多年来，一直认为草浆不易打浆，即草浆不易实现外部细纤维化。我国一些研究者近年来对麦草化学浆进行了研究，在实验室用球磨对用NaOH+Na2S蒸煮的草浆进行磨浆，在磨浆过程中取样，用光学显微镜和电子显微镜进行观察，并在不同磨浆条件下抄成纸页测定其物理强度，以探讨在打浆过程中纤维形态的变化，试图找到使草浆较易取得细纤维化的方法，确定草浆的较合理的打浆途径。 用普通显微镜观察，磨浆过程纤维形态主要经历以下的变化：磨浆一开始纤维就起毛，薄壁细胞则因其壁薄而开始破碎；随后纤维就掉下了一些碎片，有如剥皮一样，随着磨浆作用加剧而逐渐剥下，这些易于剥下的部分是纤维的初生壁。麦草纤维的初生壁亦是网状结构，不会像次生壁中层那样在打浆时出现纵裂状细纤维化。初生壁像一层易破裂而发脆的皮肤，或像一个套筒裹在次生壁的外面，在打浆刚开始的阶段就被剥落下来。当初生壁被剥落干净以后，纤维就显得光滑。磨浆继续进行，纤维形态变化不大，而切断逐渐增多。在磨浆过程中，纤维不断吸水润胀，渐渐变得柔软。一直到80~90。SR时，纤维才有较明显的纵裂分丝。在此以后，纤维继续发展外部细纤维化，但此时纤维已被切得相当短，在显微镜视野内很难找到完整长度的纤维。原浆纤维长度0.79毫米，磨了18万转之后，打浆度为93。SR，而纤维长度被打短到0.44毫米，长度下降近于一半。 麦草的薄壁细胞多，在打浆过程中很易破碎，这是使麦草浆打浆度迅速升高的一个重要原因。这种由于薄壁细胞破裂而引起的打浆度升高，势必使麦草浆在抄纸过程中发生滤水困难。研究者用筛分器先把麦草浆部分非纤维细胞筛除，然后进行磨浆试验。试验结果表明，除去部分非纤维细胞后，浆张强度明显地得到改善。但是，筛除非纤维细胞后的麦草浆在磨浆过程中的纤维形态变化，其规律与未筛除非纤维细胞前相同，也就是说，麦草纤维依然很难取得细纤维化。这就说明麦草纤维这所以难于纤维化，并不是因为有薄壁细胞等杂细胞的存在，而仅仅是纤维本身的一种特性。 通过观察磨浆过程纤维形态的变化，可以看出，麦草纤维是可以实现外部细纤维化的，不过要相当长的打浆时间。为了对比起见，曾以相同条件进行鱼鳞松硫酸盐浆磨浆试验，观察其纤维形态变化。很显然，木浆易于细纤维化。麦草纤维为什么难于细纤维化？过去一般认为，这是由于麦草纤维的初生壁不易剥落，难于润胀，从而妨碍了细纤维化。最近的研究结果表明，麦草纤维的初生壁在磨浆开始阶段就很易剥落下来。根据观察认为，与木浆相比，麦草纤维在打浆过程中之所以难于细纤维化，主要原因是它的次生壁外层和次生壁中层之间的粘结较紧密，次生壁外层不易除掉。此外，麦草纤维次生壁外层较厚也是导致难于细纤维化的一个原因。 另外，也有人认为，草浆的整个细胞壁较厚，即纤维呈较小空腔的管状，这也可能是草类纤维难于细纤维化的另一原因。 综上所述，根据草浆的特点和生产需要，可以设想，在打浆过程中，考虑到草浆纤维较短，不宜再受到过多的切断作用，又要防止过度吸水润胀，但希望取得一定的细纤维化；草浆的非纤维细胞含量高，在打浆过程中，由于其易破碎而使打浆度上升很快，大大增加草浆的滤水困难；加之，由于草浆纤维次生壁外层和次生壁中层之间的粘结较紧密，不易细纤维化，因此，为了追求草类纤维化而加重打浆处理，看来是没有必要的。这样只会徒然增加动力消耗和降低生产能力，更严重的是，又会导致草浆在抄纸过程中滤水不良、粘压榨辊、粘烘缸，使纸页发生断头，直接影响到车速等不良后果。 有的研究者认为，稻麦草浆打浆的主要作用是使纤维润胀，并产生塑性变形，与此同时，应辅以轻度表面活化，也就是说，使纤维表面悄悄起毛，这样就能保证在纸页干燥成形后，纤维之间依然保持有良好的联结，以保证提高纸页强度。另外，试验结果认为，麦草浆若根本不进行打浆处理，其浆纸强度是较低的；但是，只要稍微打浆，使纤维表面稍为活化，打浆度只要达到30~40。SR，浆张强度就能达到较高水平，可以满足制造文化用纸的要求。若继续打浆，强度虽然尚能继续增加，但提高的幅度不大，而动力消耗和打浆上升引起滤水性能的下降，显然再继续打浆，其意义既不大，且又会带来许多不良影响，为此认为，草浆打浆应以轻度打浆较为合理。 打浆对纤维的作用 在打浆过程中纤维没有发生化学变化。不论应用何种型式的打浆设备，主要都是使纤维产生切断、压溃、润胀和细纤维化作用，而这些都是纤维细胞壁的变化。 在植物纤维化学中已经讲过，植物纤维的构造可分为胞间层（L）、初生壁（P）、次生壁外层（S1）、次生壁中层（S2）、次生壁内层或称三生壁（S3）。根据观察分析，纤维各层细胞壁无论在物理结构和化学组成上都是不同的，因而就具有不同的特性。可以认为，初生壁是一层类似塑料的多孔层薄膜，它的厚度为0.1~1微米，其细纤维成网状的排列。从结构观点来看，它是各向同性的，且木素含量较高，因而它只能透水，而不能润胀，反而还会在打浆时限制次生壁中层的润胀。至于次生壁外层，它是介于初生壁与次生壁中间的一个过渡层，在物理结构或化学成分上都比较接近初生壁的性质。次生壁中层是纤维的主要部分，比其它各层都显得厚得多，它的厚度为1.0~5.0微米，其细纤维的排列是高度各向异性的，且与纤维的轴向呈一定的角度，因而造成纤维的纵向结合强度大，而横向的结合强度弱，所以沿着纤维的横向润胀就较为容易。次生壁中层的木素含量较低，这一情况极其有利于纤维在打浆时的润胀。次生壁内层较薄，其木素含量也较低。 一般认为，打浆对纤维的作用和纤维的变化除压溃、揉搓、分裂以外，大体可主要分为以下五方面细胞壁的位移和变形，初生壁和次生壁外层的破除、润胀、细纤维化和切断等。当然这几方面的作用不是截然分开的，而是交错进行的。现分述如下： （一） 细胞壁的位移和变形 一些研究者认为，在次生壁中层的细纤维能发生位移。用偏光显微镜可以很容易观察到纤维上的亮点,这就是细纤维的位移.根据观察,未打浆的纤维有位移,而开始打浆后又出现了新的位移点,随着打浆过程的进行,位移点逐步扩大,并变得更为清晰。 打浆的机械作用使得次生壁中层一定位置的细纤维弯曲，这样细纤维之间空隙有所增加，以致能够进入较多的水分。当初生壁还没有被破除之前，次生壁中层发生位移和润胀又会使纤维更加柔软，从而促进初生壁的破坏。有些研究结果认为，对针叶树管胞来说，在制浆和打浆之后，位移和变形发生在髓射线的部位。 （二） 初生壁和次生壁外层的破除 蒸煮和漂白后的纤维仍存有一定数量的初生壁，影响着纤维润胀。同时，它和次生壁外层都会妨碍次生壁中层细纤维的细纤维化，影响着纤维的结合力。因此需要在打浆过程中借助于机械作用把初生壁和次生壁外层破坏，以利于纤维的润胀和细纤维化作用。 对于不同种类的纸浆，初生壁和次生壁外层破除的难易程度和破除的情况亦是不尽相同的。例如，亚硫酸盐纸浆的初生壁和次生壁外层破除，就比硫酸盐纸浆容易一些，其原因可能是由于在蒸煮过程中，亚硫酸盐的蒸煮药液和硫酸盐法的蒸煮药液，无论在其化学性质特别是PH值，或进入纤维的途径都是不相同的。因而造成了亚硫酸盐纸浆纤维的初生壁，甚至是次生壁外层在制浆过程中受到破坏的程度，均比硫酸盐法纸浆的为高，因而在打浆过程中较易于破除。 对初生壁破除情况进行的实验研究表明，用PFI磨对漂白亚硫酸盐木浆和未漂白硫酸盐木浆进行打浆，经过不同打浆时间的处理后，在显微镜下观察100根纤维的情况，并将观察结果分为四组。 （三）润胀 所谓润胀是指高分子化合物在吸收液体的过程中，伴随体积膨胀的一种物理现象。纸浆纤维之所以有润胀能力，主要是由于其带有羟基的关系，因而能在极性性液体中发生润胀。打浆时，纤维首先吸水而发生润胀，比容有时增加，纤维细胞壁结构变得更为松弛，内聚力则有所下降，从而提高了纤维的柔软性和可塑性。与此同时，由于润胀引起内聚力的降低，就更有利于打浆机械作用对细纤维纸的进一步细纤维化，其结果大大增加了纤维的表面积和游离的羟基数目，这无疑将会在纸页干燥时增加纤维之间的接触面积。 润胀程度同纸料的组成有关。半纤维素含量高的亚硫酸盐浆较容易润胀，而硫酸盐浆就比亚硫酸盐浆润胀程度小些。木素含量高的纸料不易润胀，因此漂白能改进这种纸料的润胀能力。 测定纸料润胀程度是比较困难的，若干种润胀测定方法均尚未被公认。现举亚米（Jayme）所介绍的离心机法，作为示例。亚米是采用未漂亚硫酸盐浆作为原料，在离心磨（Jokromill）中进行不同时间的打浆，取出后测定打浆度，再用离心机甩掉水分，测其保水值，并以此作为润胀程度的比较。 （四）细纤维化 细纤维化作用是指在打浆过程中，打浆设备的机械物理作用使纤维获得纵向分裂，并分离出细纤维，而且使纤维产生起毛现象。一般认为，细纤维化可分为外部细纤维化和内部细纤维化，上述情况必属于前者，而后者用一般光学显微镜是观察不到的。有的资料认为，在打浆过程中，纤维的细纤维化是在纤维吸水润胀以后，才开始的。由于吸水润胀，致使内聚力减少，细胞壁相邻的同心层之间的侧链有所破坏，从而给水分的进入，创造了条件，使层与层之间彼此滑动而使纤维变得柔软可塑。 许多研究者把打浆过程细胞壁的变化称为内部细纤维化。爱曼顿(Emerton）形象地提出打浆过程中纤维变形的两种型式，一种是细胞壁的弹性变形（1），一种是塑性变形（2）。爱曼顿指出，纤维细胞壁的变形可以是弹性或塑性的。纤维的塑性变形达到某一平衡状态；而弹性变形是，当其变形应力消失以后，纤维将恢复到其原始形状。委显然，通过打浆处理，希望能使纤维获得塑性变形。纤维细胞塑性变形的能力，是随着内部细纤维化过程的进展而提高的。内部细纤维化实质上是指破坏纤维细胞壁同心层间的连接的过程，从而使次生壁中层中发生层间的滑动。为此，当纤维处于高度润胀和细纤维化状态时，纤维将会保持良好的柔韧和可塑性，而纤维与纤维之间即可能保持优异的接触，有利于纤维的结合，和在随后纸张干燥时，得到较高的强度和紧度。 有人曾用超声波处理纤维浆料，结果的浆度上长很少，而润胀值却剧烈增加，初生壁和次生壁外层都充分保留着。用这种纸料抄出的纸页强度也很高，这足以说明超声波处理使纤维产生了强烈的内部细纤维化。 可以在普通显微镜下观察到，纤维的纵向分裂，以及由此而分丝出细纤维，这是外部细纤维化。前已述及，次生壁中层是细胞壁的主要部分，由于细纤维在其上是平行排列的，因而易于向两侧润胀，这样，如果次生壁外层未被破除，次生壁中层势必只能朝细胞腔方向作有限的向内润胀，而难于实现外部细纤维化。导致发生外部细纤维化的过程，首先有赖于细纤维之间的主要物质（半纤维素）的润胀。当有足够的润胀压力，就能使细纤维之间的氢键破裂，从而使纤维进一步朝两侧膨胀。如果没有次生壁外层的限制，次生壁中导就易于发生纵向分裂产生细纤维。但事实上，除非在一般高度粘状打浆的情况下，次生壁外层并没有全部除去。可是也有的资料指出，次生壁外层中半纤维素含量高，例如，在针叶木亚硫酸盐纸浆中，其次生壁外层有相当数量的木糖，它对氢键联结是特别有效的。因此，是否需要在打浆过程中除去全部次生壁外层，还是一个有待进一步研究的问题。 过去，曾认为外部细纤维化与由于纤维润胀而导致的氢键联结是发展纸张强度的最主要因素，可是这种论点不能解释为什么在打浆过程中，在大幅度外部细纤维化以前，强度已有显著增加这一事实。 纤维的外部细纤维化可提高交织能力，并能增加纤维的外表面积，有利于提高纸张强度，这是已确认的事实。 有些研究者曾测定了在木浆打浆过程中纤维外表面积的增长速度，这也大体说明了纤维外部细纤维化的增长速度。测定的结果是，对于针叶亚硫酸盐浆，当打浆度从14。SR增至约28。SR时，其外表面积大约增长一倍，而打至42。SR大约增长四倍。 要对于一根完整的纤维进行纵向分裂、分丝是比较困难的。但当纤维被切断后，在其切口处则极易发生纵向分裂和分丝。切断越多，细纤维化程度越剧。但是这对于纤维长度较低的草浆，若再受到严重切断，会更加降低纤维平均长度，对提高纸张强度是不利的。 综上所述可见，纤维的细纤维化和纤维的润胀是互相促进的。吸水润胀是为纤维的细纤维化创造有利条件；反之，纤维的细纤维化又能促进纤维进一步吸水润胀。这样反复相互影响着，在整个打浆过程中，这两个作用是互相促进的。 纤维的吸水润胀和细纤维化作用对纸张的性质有着很大的影响。内部细纤维化使纤维内聚力下降，次生壁中层的层间产生滑动，增加纤维的柔韧性和可塑性。外部细纤维化则使纤维露出细纤维，提高纤维间的交织能力。增大纤维的外比表面，在抄纸的干燥过程中，就能产生更多的氢键结合而使纸张具有较高的强度和紧度，目的有助于提高填料的留着。 (五) 切断 横向切断是指纤维受到足够大的剪切力的作用，而发生断裂的现象。纤维受到横向切断，主要是由于打浆设备的辊刀和底刀的剪切作用；其次，则是由于在打浆比压相当大的情况下，纤维彼此之间产生磨断的结果。 纤维的横向切断跟其吸水润胀，有着一定的关系。在同一打浆条件下，如果纤维吸水润胀情况比较好，纤维变得较柔软和可塑，这样就不再容易受到横向切断，而是较易于起细纤维化作用。反之，纤维吸水润胀不良时，纤维挺硬发脆，则易于受到横向切断。 一般情况下，在打浆过程中不希望过度地切断纤维，因为过度切断纤维，就会使纸张的强度大大降低，因此，要严格控制纤维受到适当的切断。对于棉麻浆则由于其纤维过长，因此必须加强纤维的切断，降低纤维的平均长度，以利于造纸过程中能够抄出组织均匀的纸张。所以，在处理用于吸墨纸、滤纸、绘图纸的破布浆时，通常惯于在打浆初期先用轻刀梳解，当纤维已经初步分开以后，再用重刀迅速切断。一般说来，减少纤维的长度，可以提高纸张均匀和平滑度，但降低了纸张的强度，特别是撕裂度，这也是矛盾的对立统一。不过对不同品种的纸张，要求切断纤维的长短也是不同的，具体情况要作具体分析。 上述五个方面的作用是指单根纤维而言的，在实际生产中，打浆处理的纤维数量是无法估量的，因而这许许多多的纤维在打浆过程中，由于种种关系，纤维受到的作用是不同的。有的纤维在打浆时可能吸水润胀和坳纤维化较好，也有的纤维则受到较强烈的切断作用，这主要是由于各根纤维所受外力不同。受到摩擦、挤压等力较大的纤维，其初生壁和次生壁外层的除去较易些，因而纤维吸水润胀和细纤维化就较好；反之，有的纤维在破除初生壁和次生壁外层之前，就受到较强的剪切刀作用，纤维受到横间切断的可能性就较大。因此，在打浆过程中往往出现这样的现象：在打浆初期即有一小部分纤维吸水润胀并产生细纤维化，而在打浆后期还有的纤维的初生壁和次生壁外层尚未被破除。如果后一现象较多时，即说明打浆很不均匀。因而，在打浆过程中，应尽量采取措施，保证打浆的均匀性。 各种浆的打浆特性 木材纤维大体分为针叶木和阔叶木两大类。对同一种制浆方法，阔叶木浆比针叶木浆需要打到更高的打浆度，才能取得相近的物理强度；但是阔叶木浆的纤维较短，既要提高其打浆度，而又要尽量避免过多的切断，确实是不太容易的，因此，阔叶木浆一般只能经受轻度打浆，取得不太高的物理强度。针叶木浆的纤维较长，其平均长度为2~3.5毫米，通常需要切短至0.6~1.5毫米，以保证抄得纸张的组织均匀。 在木浆中，早材和晚材的比例不同，也会影响到打浆的性质。晚材细胞壁厚而且硬，初生壁不易被破坏，打浆时纤维容易遭到切断，吸水润胀和细纤维化比较困难。而早材细胞壁较薄，性质又柔软，打浆时容易分离成单根纤维。研究工作指出，含早材纤维百分率高的纸页，其耐破度较大，而含晚材百分率高的纸页，则撕裂度较大。这种情况，可由用落叶松代替红松生产水泥袋纸的经验表明，落叶松含晚材多，纤维长，细胞壁厚，纤维本身强度好，打浆较困难，但对提高撕裂度有利。红松则早材较多，细胞壁较薄，性质柔软，易于吸水润胀，结合力较强，因此红松比落叶松易于打浆，并且纸张强度好，尤以耐破度更显著。 棉浆纤维细胞壁的细纤维同纤维主轴成45。角，因此要使纤维发生润胀和纵向分裂均比较困难，而较适宜于采取游离状打浆处理。另外，棉浆纤维较长，一般均在20~25毫米左右，需要将纤维大大加以切短，以便在造纸机上能够抄出组织较均匀的纸张。所以，对用于抄造吸墨纸、滤纸的破布浆打浆时，通常习惯于在打浆初期先用轻刀疏解，让纸料的纤维已经初步分开后，再用重刀迅速切短。生产含有破布浆的卫生纸、一般文化用纸或胶版纸时，破布浆经常先在半浆打浆机内进行疏解和切断，随后再在成浆机内或通过连续式的圆柱磨浆机进一步加工。 竹浆的纤维形态介于针叶木纤维和阔叶木纤维之间，因此竹浆的打浆要求比较接近于针叶木浆。 前已述及，稻麦草浆的纤维较短，在打浆过程中，既要避免过多的润胀和切断作用，又要取得一定的细纤维化。但是，稻麦草浆纤维次生壁外层和次生壁中层之间的粘结较紧密，不易细纤维化。此外，草浆的杂细胞含量较多，在打浆过程中，这些杂细胞极易破碎，结果是打浆度上升很快，增加了滤水困难。因此，应根据稻麦草浆的这些特点，结合纸张的质量要求，尽可能采取轻打浆的方法。 蔗渣浆也同样具有纤维短、杂细胞多的特点，其打浆方法也要特别加以注意。有些纸厂对蔗渣浆采取适当降低打浆度的措施，以改善其抄造性能。 荻苇浆的情况与此相似：纤维短，呈圆柱状，细胞壁厚，不易细纤维化，杂细胞多，半纤维素含量高，因而，在打浆过程中，打浆度上升也较快，徒然增加了滤水困难。为此，对于生产一般文化用纸，也应以轻度打浆较为合适。 影响打浆的因素 打浆的影响因素很多，例如打浆比压、打浆时间、纸料浓度、纸料性质、刀间距离、刀的特性、打浆温度、纸料PH值以及打浆时添加物料等都足以影响打浆。为了正确考虑打浆的内在联系，合理地制订打浆工艺规程，打出合乎纸张质量要求的纸料，因此有必要对上述因素加以讨论。 （一） 打浆比压 单位打浆面积上所受的力称为打浆比压。打浆比压是决定打浆方式的首要因素。也就是说，打浆究竟是属于游离状打浆或粘状打浆的范畴，先决条件在于打浆比压。正确地决定比压，也是能否缩短打浆时间，提高纸料质量和节约电耗的关键。 在纤维润胀以前迅速落下刀辊，亦即采用较高的打浆比压和较小的刀距，在较低浓度下将纤维切短，这就是游离的浆；反之，粘状打浆是在较高浓度、较低打浆比压的情况下进行的。在粘状打浆过程中，纤维获得较充分的润胀，具有一定弹性，因此大部分纤维只受到揉搓和压挤，仅有小部分被切断。 在一般情况，减小打浆比压可以避免过多切断纤维，但是降低比压的结果，又会延长打浆时间，所以一般打浆都是在尽可能不影响纸料性质的条件下，适当增加比压，因此提高打浆效率和节省动力消耗。打浆所用的比压大小，决定于纸浆种类和纤维性质。 除了比压大小之外，达到指定打浆比压的时间快慢也很重要。一般说来，如果采用的是逐步增加打浆比压的办法，其结果是纤维吸水润胀程度大，切断作用小。这种打浆方法适用于要求强度较高，而伸缩性不占重要地位的纸类。如果延长打浆时间，这种打浆办法适于生产薄页纸。相反，如果采用迅速增加打浆比压的办法，结果是纤维润胀分裂作用小，切断作用大，这种办法适用于一般书写纸和印刷纸的打浆。如果打浆一开始，就急速增加比压，打浆作用以切断纤维占绝对优势，这种打浆办法只能应用在滤纸、吸墨纸等一类要求吸收性能较好的纸类。 一般来说，飞刀与底刀之间比离较大，刀片之间的纤维层较厚，每根纤维所受作用力较小，即打浆比压较小。所以粘状打浆时，刀间距离不能小于0.08毫米，否则刀片会受到过多的磨损。 （二） 打浆浓度 纸料的浓度对打浆的质量有很大的影响。根据近年来打浆工艺的发展，打浆浓度可分为低浓、中浓、高浓三种，有人认为10%以下的浓度称为低浓打浆，10~20%的浓度称为中浓打浆，而高浓打浆的浓度在20~30%甚至更高。 在低浓打浆的范畴内，打浆浓度较高，则进入飞刀与底刀之间的浆层较厚，纤维数量增多，有利于促进纤维间的挤压和揉搓作用，有助于纤维分散、润胀和细纤维化。同时，单根纤维所分担承受的压力也相应减小，从而减少了纤维的切断作用。由此可见，打浆浓度较高，适合于粘状打浆的要求。例如，某厂生产水泥袋纸在用锥形精浆机进行打浆，将打浆浓度由原来的3~4%提高到5~6%，在同样成浆打浆度情况下，纸的耐破度和撕裂度均有显著提高。游离状打浆则要求切断纤维，而不希望纤维过多吸水润胀，打浆浓度可控制低一些。 总之，在低浓打浆的范畴内，纸料浓度的大小，应根据打浆方式、纸料性质和打浆设备构造等而决定。对于打浆机来说，在打粘状浆或一般纸料时，浓度也应大一些，但也要考虑到设备结构的限制，例如旧式打浆机纸料的浓度可达5~6%，新型打浆机的浓度还可高一些。而一般连续打浆设备，则多受浆泵和进料操作的限制，不易提高打浆浓度。不应该指出，提高打浆浓度，既可以提高单位时间的产浆量，降低单位产量的电耗，从而降低生产的成本，在经济上的合理性是不应忽视的。为此，不论是间歇或连续打浆，在设备条件允许下，根据生产纸种的质量要求，应尽量保持最大可能的打浆浓度。 中浓打浆（浓度10~20%）虽能有助于提高纸张强度，但效果既不甚显著，且动力消耗又高，因此未能在工业生产中获得应用。 早在二十多年前，在实验室进行的高浓打浆（20~30%）的研究，就已指出，高浓打浆能腻予纸张以较高的撕裂度、伸长率和耐破度等。到了六十年代，随着连续打浆设备结构的不断发展，高浓打浆设备也渐趋成熟，促进了高浓打浆在工业生产中的实现。 高浓打浆目前是采用附有强制喂料装置的盘式磨浆机，以解决浆料浓度大，流动性差等问题。一般可采用螺旋推进器作为喂料装置，将纸料推进高浓盘磨机中进行打浆。 如前述在打浆过程中，纤维受到刀片的冲击、压溃和纤维彼此之间的摩擦作用，其初生壁和次生壁外层得到破坏，从而促进纤维的吸水润胀和细纤维化。在低浓打浆时，由于大量的水在纤维间起着润滑作用，因此纤维间的摩擦力很小，对纤维的结构形态不易产生影响。低浓打浆主要靠底盘刀片的作用，因此要求磨盘刀片之间的缝隙必需保持在单根纤维厚度左右，务使纤维受到剧烈的摩擦作用。但是由于打浆设备在使用过程中会发生不均匀磨损，致使整个磨盘刀片间隙不可能完全一致。间隙太小处，纤维受到过度的压溃和切断；间隙过大处，纤维又得不到必要处理。因此，低浓打浆不易取得均匀的打浆效果。高浓打浆的情况则与此迥然不同。高浓打浆主要依靠磨盘间纸料的相互摩擦，而不是靠磨盘本身的作用，因此磨盘间的间隙可以加大，从而避免了纤维的过度压溃和切断。从纤维筛分组成和纤维形态的观察，可以明显地看出经过高浓打浆和低浓打浆的纸料存在着显著的差别。测定结果表明，高浓打浆时纤维长度变化不大，而低浓打浆时，长纤维比例大大降低，短纤维和细小纤维比例显著增加，因而打浆度上升较快，其滤水性能也较差。在纤维形态方面，经过高浓打浆的纤维细纤维化程度要比低浓打浆的大得多。另外，经过高浓打浓的纤维多呈扭曲状，而低浓打浆的纤维则呈宽带状。 由于高浓打浆能够更多地保持纤维的长度和强度，因此纸浆的撕裂度要比低浓打浆的高得多。同时，由于经高浓打浆后纤维多呈扭曲状，纤维具有很高的收缩能力，因此纸张的收缩率得到大大改善，这种情况对水泥袋纸、高速轮转印刷纸等纸种具有重要的意义。基于上述原因，在造纸机上对纸袋进行干燥时，纸张的收缩率有较大幅度的增加，其结果是纸张韧性和耐破度得到一定程度的提高，而抗张强度则可能有降低。综上所述，由于抗张强度变化不大，而伸长率有着较大幅度的增加，最终表现在纸韧性上在为提高，这点对纸袋的使用性能是极为重要的。 对长纤维浆来说单纯采取高浓打浆的处理方式，纤维没有能够得到足够的适当切断作用，不易保证成纸的匀度，因此，可以考虑采用两段打浆的方法，即在高浓打浆之后，再经过低浓打浆处理。两段打浆既能体现高浓打浆的优点，又能达到低浓均整和节约用电的目的。只要高浓和低浓两个阶段取得良好的配合而使纤维受到最小损伤，纸张的强度和质量都会比单独用高浓打浆或低浓打浆要高得多，此点可由表2-1-6看出。 目前用于高浓打浆的几种型式的盘磨机，均要求较高的制造精密度，并且磨盘材料必须选用优质的，这类盘磨机生产能力较大，电耗也高。 总的来看，高浓打浆是个技术方向，特别适用于处理厚壁纤维的马尾松和落叶松等浆料，而对阔叶木浆和草类纸浆等短纤维，更能发挥其效果，为利用短纤维浆生产高强度纸张开辟了新途径。 但高浓打浆也存有一些问题,例如动力消耗较大,纸张的紧度大,不透明度,尺寸的稳定性和挺度均较差,这些情况是值得注意的。 （三） 打浆温度 打浆时，由于纤维与刀片表面以及纤维彼此之间的摩擦作用，产生摩擦热，这些热量积聚在纸料中，造成浆温上升。打浆时间较长，浆温可能升高较多。温度升高的大小随打浆情况不同而有差异。游离状打浆处理一般纸料由于打浆时间较短，因此纸料中积聚热不大，温度上升不大显著。粘浆时间较长，往往易于出现升温较多的现象，例如，电容器纸用浆的打浆时间长达24小时左右，纸料中积聚热较大，温度上可能上升至60℃以上。 纸料温度过高，可能产生以下几种副作用：（1）影响纸料施胶效果，导致施胶效果的下降；（2）从亚硫酸盐木浆中游离出树脂，增加树脂障碍；（3）可能引起纤维产生脱水，纤维的吸水润胀作用大大降低，致使必须延长打浆时间，以达到要求的打浆度；（4）影响纸张的物理强度。以亚硫酸盐为例，在20℃和60℃温度下分别处理纸料，使其打浆最后均达50。SR，抄成浆张，测定其物理强度，发现在打浆温度为60℃时，其裂断长将比20℃打浆时降低22.7%，耐折度低74.3%,耐破度低43.2%,而只有吸水性能和透气度获得提高。这主要是由于较高的温度易引起纸料的脱水作用，使纤维素与纤维素之间一些氢键破裂，纸料润胀程度大大降低，在打浆过程中机械的切短作用大大加强，最终引起了纸张中纤维结合力的降低。 在工厂生产过程中，因季节和地区的不同，对打浆效果也是有影响的。通常发现夏季因温度高而给打浆工序带来一些麻烦，严重时，还需要考虑采用降温措施。冬季温度较低，则不存在浆温过高的问题。 （四） 通过量 在间歇式打浆操作中，每次处理浆量恒定不变，打浆效果主要取决于打浆比压、打浆浓度和打浆时间，如前述，打浆时间的长短又决定于打浆方法（比压和浓度），以及对打浆质量的要求。采取连续打浆操作时，打浆效应则主要决定于打浆比压、打浆浓度、连续打浆设备的台数以及单位时间纸料的通过量。在其他条件相同的情况下，增加通过量，相应地会缩短纤维受到打浆处理的时间。如果采取提高浆浓的同时，以增加纸料通过量，那又是另一个问题。 （五） 刀质和刀厚 游离状打浆宜于采用薄刀；反之，粘状打浆，则以采用厚刀较为适宜。厚刀比较不易切断纤维，而较易对纤维进行分丝细纤维化。如欲制造高粘状的纸料，则以石刀为最适宜，一般石刀的厚度比钢刀的大。 由于纸料和生产纸种的不同，打浆设备的刀片应根据实际情况选用不同的材料。钢刀切断纤维作用大，而石刀最适于粘状打浆。选用钢刀或石刀，这也要根据产品质量要求来决定。 （六） 纸料种类和化学组成的影响 各种不同纤维原料，经过不同方式的制浆手段，也会制得化学组成各不相同的纸浆。这种纤维结构和化学组成的区别，往往导致纸浆的打浆性能的差异。在第二节“打浆理论”中，已就纸浆的化学组成对打浆的影响，有所阐述。在这里，还应该着重指出，当纸浆中α-纤维素含量较多，半纤维素含量较少时，纤维不易取得润胀和细纤维化作用，纸张物理强度难以得到发展，但纸张的松度、多孔性和吸水性能则有较大增长。另外，如果木素含量较多，则又表明纤维细胞壁（特别是初生壁和次生壁外层），没有获得足够的破坏，直接影响到纤维的润胀和细纤维化。这些情况都是值得注意的。至于纤维结构对打浆的影响，则拟在阐述各种纸浆的打浆特性时，一併讨论。 此外，关于PH值对打浆的影响，各说不一，有人认为PH值在5~6或8.5~9.0的两个范围内，纤维润胀最大，容易打浆；但也有人认为PH值的大小对纸料的润胀关系不大。 打浆方式 如前所述，在打浆过程中，纤维主要发生细胞壁的位移和变形、初生壁和次生壁外层的破除、纤维的吸水润胀和细纤维化、横向切断、压溃、揉搓等作用，而这些作用在打浆整个过程中是同时发生，而绝不是孤立出现的。 以横向切断纤维为主的打浆方式称为游离状打浆，而以纵向分裂纤维使之细纤维化为主的，则称为粘状打浆。在实际打浆过程中，切断和分裂纤维两者是同时出现的，问题只是程度上的差别，所以我们设想打浆只有横切纤维的作用，而没有纵向分裂纤维的现象，是不可能的。反之，如果希望打浆对于纸料纤维只有纵向分裂，而不允许有横向切短作用，也同样是不可能的。 经过游离状打浆的纸料在抄纸时，在铜网上滤水较快，成纸质量相对来说是比较疏松多孔。而经过粘状打浆的纸料，由于纤维在打浆时细纤维化作用较好，纤维变得柔软可塑和有滑腻的感觉，纸料在抄纸时，在铜网上滤水较慢，成纸的紧度较大。 根据以上所述，可以按照对纤维切短和分裂程度的要求，将打浆大体分为以下四种方式：（1）长纤维游离状打浆；（2）短纤维游离状打浆；（3）长纤维粘状打浆；（4）短纤维粘状打浆。而在实际打浆操作中，游离状至粘状打浆之间，还有半游离状打浆，半粘状打浆等；同样，长纤维打浆是指以长纤维为主，而并没有排除短纤维打浆的同时存在。 长纤维游离状打浆方式要求分散纸料成为单纤维，纤维只是适当地切短，因此其打浆时间较短。长纤维游离状打浆生产的纸料在网上容易脱水，成纸组织匀度欠佳，缺乏透明性，表面不甚平滑，但成纸具有一定的机械强度。以前一直认为这种打浆方式适用于包装纸和工业滤纸的制造，但近年来则趋于认为包装纸应采用低打浆度，长纤维粘状打浆。 短纤维游离状打浆方式要求在分散纤维的基础上，同时高度切断纤维。这种纸料脱水也较容易，但纤维交织能力相当差，而成纸的组织较均匀，吸收能力甚强。短纤维游离状打浆方式生产的纸料适宜于抄制滤纸、吸墨纸、火柴盒纸以及其他一些要求吸收性能强和组织匀度高的纸类。 长纤维粘状打浆要求将纤维高度分裂和细纤维化，而尽可能避免纤维遭到横向切断。在抄纸时，纸料必须加水稀释至较低浓度。长纤维粘状打浆的纸料适合于生产强度大的薄纸，例如高打浆度的卷烟纸、电容器纸以及电话用纸等。电容器纸的打浆应打到打浆度达到90。SR以上，但纤维的长度也不应过长，以免影响纸张的匀度。水泥袋纸用纸料，也应采用长纤维粘状打浆，但打浆度只要求达到26~30。SR。 短纤维粘状打浆则要求一方面将纤维高度分裂和细纤维化，同时又对纤维进行适当的切断作用。这种纸料有滑腻感，更难于脱水，但易在网上形成组织均匀的湿纸。成纸吸收性小，并有相当大的强度。短纤维粘状打浆的纸料适合于生产一般证券纸、电缆纸等。 在实际操作过程中，在游离状打浆到粘状打浆之间还有半游离状、半粘状打浆等。例如，对于一般的胶版印刷纸，一方面要求一定的打浆，使纸料具有一定的细纤维化，以提高成纸的强度；另一方面又要控制打浆度，以避免印刷时收缩变形严重，为此其打浆度一般控制在30~40。SR。 打浆的简要术语 经过净制筛选以后的纸浆，还不宜直接用于造纸。利用物理方法处理悬浮于水中的纸浆纤维，使其具有适应造纸机生产上要求的特性，并使所生产纸张能达到预期的质量，这一操作过程，称为打浆。 由于纸浆纤维挺而有弹性，不加任何处理就用来抄纸，则在网上沉积时，难以取得均匀分布，而抄得纸张的强度势必很低。另外，未经打浆的纸浆，尚含有未离解的纤维束，这些纤维束光滑挺硬，有的太长，有的太粗，缺乏必要的切短和分丝，如用其抄纸，则所得产品显得疏松、多孔、表面粗糙、强度很低，不能满足一般的要求。经过打浆处理的纸料生产的纸，则组织紧密均匀、强度较大。 打浆的首要任务是通过机械作用给予纸料一些特定的性质，借以保证抄成纸或纸板后能取得预期的质量。在抄纸过程中，往往需要在纸浆中加用某些添加剂(例如胶料、硫酸铝、填料、色料等)，借以改进成纸质量；这些添加剂经常是在打浆过程中加入，使与纸浆取得均匀混合。 打浆本身是一个复杂细致的生产过程，它随着打浆设备的类型及打浆操作规程的不同，而有差异；同一纸料生产不同品种纸张，其操作规程也是各不相同的。因此造纸厂应该从实际情况出发，总结生产实践的经验，制订出合理和切实可行的打浆工艺操作规程，作为打浆工人控制打浆操作的依据。 打浆的简要术语： （1）打浆度：即一些工厂仍习惯采用的叩解度(。SR)。打浆度只表示纸浆的滤水性能。以2克绝干浆，稀释至1000毫升，在20℃条件下，通过80目网，从肖氏打浆度仪侧管排出的水量，即为测定的结果。打浆度是表示纸料性质的一项指标，根据纸料打浆度就可能掌握纸料将来在纸机铜网上的滤水速度，同时也可能概括预知将来生产纸张的机械强度、紧度和可整理性等，所以掌握纸料的打浆度是生产中一种重要的技术控制办法。单纯打浆度一项指标并不能完全代表纸料的性质，例如，我们可以用高度切断纤维(游离状打浆)的方式来达到45。SR；另外，也可采用高度细纤维化(粘状打浆)、但不怎样切短的方式来达到同样的45。SR打浆度。两种情况最终打浆度虽然相同，可是纸料的性质却相差悬殊，所以在生产中单凭打浆度作为生产技术上的唯一的控制指标是有缺点的，尚须与其他指标如纤维平均长度等结合起来考虑，才能进行合理的打浆。 测定纸料打浆度的仪器种类很多，我国造纸厂一般均应用肖氏打浆度仪。 （2）加拿大标准游离度(c. s. f)：对纸浆滤水性能的测定有各种方法，其中以游离度和打浆度获得较广泛应用。北美国家和日本多选用加拿大标准游离度，而欧洲和我国则习惯应用肖氏打浆度，游离度与打浆度有所不同的只是测定表示方法的的差别。凡是打浆度愈大，纸料的游离度就愈小，反之亦然。一般来说，游离度愈大的纸料，滤水速度愈快。加拿大标准游离度所用测量仪器与肖氏打浆度仪近似，但测定时其绝干纤维取样量为3克，游离度与打浆度可以互为换算。 （3）保水值：在标准状态下，用高速离心机把纸料中游离水甩出，并定量测定纸料内所保留的水量，即可得出纸料的保水值并由此而产生的纤维可塑性。这种方法是借离心分离使纤维间保存只有润胀水，而仅含有少量的纤维表面水和纤维之间的水，所以保水值指标可以说明纤维的润胀程度，从而反映出细纤维化程度，说明了纤维之间结合力的大小。 如上所述，打浆度仅能测定纸料的滤水性能，但是，打浆度的增长并不意味着纸张强度将会按直线比例增大。而保水值在打浆过程中的增长却是跟强度的增长趋于一致的。纸张强度主要取决于纤维间结合力和纤维长度，所以测出保水值，再测出纤维平均长度，就能很好地说明纸的强度。当前，一般认为测定这两个指标，比单纯用打浆度指标更能说明问题，但由于设备较贵，测定手续较麻烦，所以应用得不够普遍，目前国内纸厂生产上尚未正式采用。 （4）湿重：湿重是在打浆过程控制中常用的一个名词，它间接地去示了纤维的平均长度。湿重的测定多采用框架法，这是使用一特制的框架，使稀释了的纸料在测定打浆度的同时流过框架，在框架上挂住纤维的重量即为湿重。纸料中纤维平均长度越长，则框架上挂住的纤维越重，也就是湿重越大。 （5）水化度：有的工厂也用水化度作为一项指标。首先说明，在造纸工业中，“纤维水化”一词是不够严格的，因为这容易误解为纤维与水起化学作用，实际上水是与纤维上的羟基形成水桥，干燥时脱水形成氢键，并不是化学作用。 水化度是表示纤维在打浆过程中吸收结合水总量的一种方法。水化度的测定方法之一是煮沸法，即加热煮沸纸料1小时，利用加热方法去掉纤维的结合水，然后按照普通方法测定其打浆度；以不加热的纸料和加热煮沸纸料分别测得的打浆度的差值代表纸料纤维的水化度。另一种是酒精法，即将纸料放在酒精内，利用酒精将纤维的结合水置换出来，然后用普通方法测定打浆度，纸料在水中和在酒精中所测得的差值即表明纸料的水化度。上述两种测定纤维水化度的方法都存在一些缺点，容易引起误差。 (end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (2/12/2010)