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造纸业常见问题全面解析

造纸业常见问题全面解析

一、造纸原料相关问题

(一)现代造纸原料种类

现代造纸的原料较为多样。植物纤维是极为常见的一类,包括木材、竹、草类等。木材纤维原料直接取自树木,是造纸的重要来源。非木材纤维原料又可细分,草类纤维原料如麦草、稻草等,在一些地区也被广泛应用;韧皮纤维材料如麻类等,具有独特的纤维特性;籽毛纤维材料同样在造纸原料中占有一席之地。此外,矿物纤维(如石棉、玻璃丝等)、其他纤维(尼龙、金属丝等)以及由石油裂解得到的高分子材料也可用于造纸。不过,目前用于书写、印刷、包装的纸仍主要以植物纤维为主要原料制成。这是因为植物纤维来源相对广泛,且在成本、工艺适应性等方面具有一定优势。例如木材纤维,其纤维长度适中、强度较好,能够满足多数纸张对物理性能的要求。

(二)造纸植物纤维原料分类

1、木材纤维原料

直接从树木中获取的植物纤维,不同树种的木材纤维在长度、粗细、强度等方面存在差异。例如针叶木纤维较长且强度较高,适合制造对强度要求较高的纸张,如牛皮纸等;阔叶木纤维相对较短,常用于生产一些普通书写纸、印刷纸等。

2、非木材纤维原料

草类纤维原料:如前文所述,常见的有麦草、稻草等。这类纤维原料的特点是资源丰富、成本较低,但纤维相对较短、强度较弱,在造纸过程中可能需要特殊处理以提高纸张质量,常用于生产一些中低端的纸张产品。

韧皮纤维材料:麻类等韧皮纤维具有较高的强度和韧性,所制纸张在某些特殊性能上表现突出,如一些用于艺术创作或特殊包装的纸张可能会采用韧皮纤维原料。

籽毛纤维材料:其在造纸原料中的应用相对较少,但也具有独特的纤维结构和性能,在一些特色纸张生产中可能会被选用。

二、纸张辅料相关问题

(一)辅料组成及作用概述

辅料是为满足纸张不同使用性能而添加到纸张中的各种助剂。它由填料、胶料、色料和其他化学助剂组成。填料能有效改进纸张的平滑度和不透明度,使纸张表面更加平整光滑,减少透印现象;胶料能赋予纸张抗水性能,防止纸张被水或其他液体浸润,确保纸张在不同环境下的稳定性;色料则可增加纸张的白度或实现纸张的染色,满足不同颜色纸张的生产需求;其他化学助剂可改变纸张的性质,以提供纸张某些特殊用途,如增强纸张的强度、改善印刷适性等。

(二)胶料相关问题

1、胶料的作用原理

用植物纤维生产的纸张,由于纤维本身和纤维间存在大量毛细孔,且构成纤维的纤维素、半纤维素含有大量亲水的羟基,所以极易吸收水或其他液体。为使纸张具备抗液性,需在纸中加入具有抗液性胶体物质或成膜物质,即胶料。胶料能够在纸张纤维表面形成一层保护膜或填充毛细孔,从而给予纸张抗液体渗透和扩散的性能。在造纸工业中施加胶料的工艺过程称为施胶。

2、施胶方法

内部施胶:将胶料加入纸浆中,再抄成具有憎液性的纸和纸板。常用胶料有松香胶料和合成胶料。内部施胶能够使胶料均匀分布在纸张内部,从根本上改变纸张的抗液性能。

表面施胶:在纸张表面涂上一层薄的胶料,从而使纸张具有憎液性能。常用胶料有淀粉、动物胶及合成胶料等。表面施胶主要用于胶版纸、书写纸和有憎液性要求的包装纸和纸板。表面施胶可以在纸张成型后进一步增强其表面的抗液性,同时还能改善纸张的表面强度等性能。

(三)填料相关问题

1、填料的作用

填料的主要目的是使纸张获得特定性能,如白度、不透明度、平滑度等。它通过填充纸张内部空隙,使空隙变小变细,从而增加纸张的油墨吸收性,并且使得吸墨性变匀。通常加入浆料中的不溶于水或微溶于水的矿物质,在印刷纸中含量约为 10% - 25%,不同的纸张添加量不同,并且可能相差很大。例如新闻纸对填料的需求相对较低,而铜版纸等对平滑度和白度要求较高的纸张则需要添加较多的填料。

2、印刷用纸填料特性

印刷用纸的填料应具有高白度、高折射率、颗粒细小、水溶能力低、较低的密度及良好的化学稳定性。另外,最好资源丰富,价格低廉。高白度可提升纸张的外观品质,高折射率有助于提高纸张的不透明度,颗粒细小能更好地填充纸张空隙且不影响纸张表面平整度,水溶能力低可保证填料在纸张使用过程中的稳定性,较低的密度可在一定程度上控制纸张重量,良好的化学稳定性确保填料不会与纸张中的其他成分发生不良反应。

3、常用填料种类

最常用的无机填料有滑石粉、白土、钛白粉和碳酸钙。其中钛白粉是昂贵优质的填料,具有极高的白度和折射率,能显著提升纸张的光学性能;有机合成填料为一些高分子物质,在一些特殊纸张或对纸张有特殊性能要求时可能会被选用。

4、填料对纸张性能的影响

印刷适性改进:加入填料可增加纸张的白度、平滑度、不透明度、挺度,改善纸张对油墨的亲合力、柔软度和稳定性,从而有助于印刷品质量的提高。例如,填料使纸张表面更加平滑,油墨在纸张表面的附着更加均匀,印刷出的图案更加清晰、色彩更加鲜艳。

不良影响:纸张中加入填料量太高也会带来一些问题。主要表现为纸张强度的降低和施胶效果的下降,在印刷中易发生掉粉、掉毛现象,填料粒子传递到印版和橡皮布上会产生糊版等现象;由于填料有摩擦作用,还会磨损印版,但是用沉淀碳酸钙(PCC)加填则可以使磨损印版降低到最低程度(金东目前采用)。

(四)色料相关问题

1、色料的作用

即使经过漂白处理的纸浆纤维也略呈黄色或灰白,这是由于纸浆纤维中所含木素倾向于吸收波长在 400 - 500nm 的紫色和蓝色光所致,纸浆中木素含量愈多,其色泽也就愈深。因此要使纸张具有更高的白度,常在漂白浆中加入蓝紫色或红蓝色染料。生产有色纸还必须进行染色处理,通过色料可以满足不同颜色纸张的生产需求,使纸张在外观上更加丰富多彩,满足包装、装饰等多种用途。

2、色料的成分

色料是用于纸张染色和调色的颜料和染料。颜料大多是无机物,多数不溶于水,如一些金属氧化物颜料等,它们能够提供较为稳定的颜色效果;染料有天然染料和合成染料之分,目前合成染料已完全取代天然染料,染料大部分能溶于水,或经化学处理后能溶于水,染料能够更加均匀地渗透到纸张纤维中,实现较为均匀的染色效果。

(五)其他化学助剂相关问题

为适应纸张某些特殊用途的需要,常在纸浆或纸中掺用各种类型的非纤维性添加剂。按其用途划分,大致可分为如下几类:

1、湿强剂

湿强剂是为增加纸页的湿强度而加入的助剂,如脲醛树脂和酚醛树脂等。在一些需要在潮湿环境下保持一定强度的纸张,如纸巾纸、湿纸巾等产品中,湿强剂能够确保纸张在遇水后不会轻易破裂或失去强度,提高纸张的使用性能和耐用性。

2、干强剂

如阳离子淀粉,聚丙烯酰胺等。干强剂可以增强纸张在干燥状态下的强度,包括抗张强度、耐折度等。在生产一些对强度要求较高的纸张,如包装纸、档案纸等时,干强剂能够有效提升纸张的物理性能,使其能够更好地承受外力作用,保护所包装或承载的物品。

3、助留剂

为减少造纸过程中填料和细小纤维的流失而加入的助剂,如聚丙烯胺、聚氧化乙烯和聚乙烯亚胺等。在造纸过程中,填料和细小纤维如果流失过多,会影响纸张的质量和性能,助留剂能够通过吸附、絮凝等作用,将填料和细小纤维保留在纸张中,提高纸张的均匀性和稳定性,同时也有助于降低生产成本。

4、消泡剂

用于消除造纸过程中的泡沫。如硅油、松节油、十三醇、磷酸三丁酯、戊醇和辛醇等。造纸过程中,由于搅拌、添加化学药剂等操作,容易产生泡沫。泡沫过多会影响纸张的生产效率和质量,如导致纸张出现孔洞、厚薄不均等问题。消泡剂能够快速消除泡沫,保证造纸过程的顺利进行。

5、抗水剂

主要用于对抗水能力有较高要求的纸中。如石蜡、金属皂、乙二醛、三聚氰胺甲醒树脂和丙烯酸二甲胺基乙脂等。在一些需要防水的纸张,如户外广告纸、食品包装纸等产品中,抗水剂能够增强纸张的抗水性能,防止水分渗透到纸张内部,从而保护纸张的完整性和所包装物品的质量。

三、纸张分类相关问题

纸张通常依用途可以分为文化用纸、工业用纸、生活用纸和特殊用纸。其中文化用纸可以简单地分为非涂布纸和涂布纸。

1、非涂布纸

未经涂布加工的纸张称之为非涂布纸,如新闻纸、胶版纸、静电复印纸和书写纸等。新闻纸主要用于报纸印刷,具有成本低、吸墨性好等特点;胶版纸常用于书籍、杂志印刷,其平滑度、白度等性能适中;静电复印纸则适用于复印机复印,要求纸张具有较好的挺度和静电吸附性能;书写纸主要用于书写,对纸张的书写流畅性、不洇墨性等有一定要求。

2、涂布纸

经涂布加工的纸张称之为涂布纸,如铜版纸、挂历纸、亚光纸、玻璃卡纸等。铜版纸表面涂布有一层白色涂料,具有极高的平滑度、白度和光泽度,常用于高档印刷品,如画册、海报等;挂历纸在铜版纸的基础上可能还具有一些特殊的涂层或处理,以满足挂历长时间展示的需求;亚光纸则是在涂布后经过特殊处理,使其表面呈现亚光效果,避免了高光纸张的反光问题,常用于一些对视觉效果有特殊要求的印刷品;玻璃卡纸具有较高的透明度和光泽度,可用于一些高档包装或装饰用纸。

造纸业涉及众多环节和复杂的技术工艺,从原料的选择到辅料的应用,再到纸张的分类和用途,每一个环节都相互关联、相互影响。深入了解这些常见问题,对于造纸企业提高产品质量、优化生产工艺、拓展市场应用等都具有极为重要的意义。无论是造纸行业从业者、相关科研人员还是纸张使用者,都能从对造纸业这些基础知识的掌握中受益,推动造纸业在技术创新、环保节能、产品多元化等方面不断发展进步,以满足现代社会对纸张日益多样化和高品质的需求。

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