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1、單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,,單擊此處編輯母版文本樣式,,第二級,,第三級,,第四級,,第五級,,,,*,第十一章 造紙化學(xué)品,第一節(jié) 概 述,第十一章 造紙化學(xué)品,西漢早期麻紙（甘肅放馬灘出土）,西漢前期，人們從,“,積漂絮成絮片,”,中得到啟示，,發(fā)明,了紙,2.,紙的發(fā)明,（質(zhì)脆、書寫不流暢）,,,公元,105,年，蔡倫改進造紙術(shù)。他用樹皮、麻頭、破布和舊魚網(wǎng)做造紙原料，擴大了原料來源，降低了造紙的成本，同時又提高了紙的產(chǎn)量和質(zhì)量。從此，紙逐步取代竹木簡和帛。為紀(jì)念蔡倫的功績，人們把這種紙叫作“蔡侯紙”。,3.,蔡倫,改進,造紙術(shù),,地區(qū),材料,缺點,古埃及,植物紙草,,古希臘

2、,羊皮,,古巴比倫,泥板,,古印度,白樹皮、樹葉,,一些文明古國使用的書寫材料,4,、造紙術(shù)的傳播與貢獻,易發(fā)脆斷裂、難保存,太貴,笨重,難保存,,造紙術(shù)是我國的四大發(fā)明之一，由我國傳遍世界，促進了文化的交流和教育的普及，深刻地影響了世界文明的發(fā)展進程，是中華民族對世界科學(xué)文化的一項重大貢獻。,造紙術(shù)的貢獻,“,軟鋼板”,。反映國力和文化發(fā)展水平。,,是,“朝陽工業(yè)”,，而不是“夕陽工業(yè)”。,,國際上認為是,六大支柱產(chǎn)業(yè)之一,。,造紙工業(yè)在國民經(jīng)濟中的地位,產(chǎn)量：（萬噸）,,1992,年： 美國 加拿大 中國 日本,,紙漿,5928 22

3、84 1198 1120,,,紙及紙板,7472 1659 1725 2832,,2013,年 紙漿,5359 2641 1418 1072,,,紙及紙板,8340,2046,,4950,,308,9,國內(nèi)外造紙工業(yè)的現(xiàn)狀,人均紙和紙板消耗量,13.7kg,,1998,年紙及紙板 產(chǎn)量,2144,萬噸，人均紙和紙板消耗量,26.2kg ;,美國,336.5kg,，日本,237.1kg,。,,2013,年紙和紙板人均消費量前,4,名的國家統(tǒng)計,,盧森堡,345.7,比利時,337.9,,美國,312.0,芬摩納哥,277.7

4、,ａ、污染嚴(yán)重：造紙工業(yè)廢水是我國最大的工業(yè)污染之一，每年造紙中段水的排放量,30,多億,m,3,，相當(dāng)于全國廢水排放總量的,1/6,；,,ｂ、用水量大：我國 造紙企業(yè)一般為,200~300 m,3,/t,，用水少的為,100~150 m,3,/t,。世界上最低紀(jì)錄：,50 m,3,/t,。,存在的問題：,造紙工業(yè)的發(fā)展趨勢前景,潛力巨大；,,能源、資源、環(huán)保；,,用途增加；,,特殊功能；,,規(guī)?；?，專用化。,ａ．造紙機是向大型化、高速化方向發(fā)展：抄寬,9.68m,，車速,1200m/min,。,,ｂ．朝著車速更高、動力消耗更少，生產(chǎn)紙張質(zhì)量更好的夾網(wǎng)紙機發(fā)展。,,ｃ．為了節(jié)約和充分利用纖維原

5、料，向薄型化、輕量化方向發(fā)展，生產(chǎn)薄型、低定量紙張。,紙是一種特殊的材料,,紙是由纖維（包括植物纖維和非植物纖維）,,和非纖維添加物交織,,而成的多孔性網(wǎng)狀,,結(jié)構(gòu)薄型材料。,,據(jù)研究，一張普通的,A4,打印紙，大致由,2500,萬根左右的植物纖維構(gòu)成。,造紙原料,,造紙原料主要是,木材,和,草類纖維,原料。,,但并非所有的高等植物都適合造紙。,,對原料的要求：,,1.,其中的纖維素含量不得低于總量的五分之二，否則紙漿的收獲率太低。,,2.,原料豐富，運輸方便。,,3.,原料的采購價格不能太高,。,,造紙工業(yè)中目前常用的原料有木材、蘆葦、竹子、蔗渣、稻麥桿、高梁桿、玉米桿、龍須草、芨芨草、小葉

6、樟、芒桿等。此外，還按需要使用一部分棉、舊麻、破布、樹枝皮、回收的廢紙、切紙邊等。,,木材普通分為兩類：,,1.,針葉樹,,云杉、紅松、馬為松等,,2.,闊葉樹,,楊木、樺木等,18,造紙過程中的主要工序,造紙過程通常分為制漿、抄紙、涂布加工三道工序。,19,1,、制漿工序,制漿過程是將含纖維的原料,分離,,出纖維,的過程。,,,（,1,）,蒸煮,是以化學(xué)方法使含纖維原料分理出纖維的過程。,,,（,2,）,洗滌,將蒸煮后的漿液除了纖維外的其他成分洗滌除去，如木素、糖料、殘余化學(xué)品等。,,,（,3,）,漂白,將漿液中殘留的有色物經(jīng)漂白劑處理，進一步消除有色物質(zhì)。,20,2,、抄紙工序,抄紙工序,

7、,主要是將制漿工序制備的漿料生產(chǎn)成紙和紙板的過程，是由懸浮在液體中的纖維在網(wǎng)上錯綜交織成,均勻的纖維層,，再經(jīng)過壓榨和干燥之后,,即得成品紙。,,包括（打漿、施膠、加填料、,,抄紙等過程）,21,3,、涂布加工,該工序主要是根據(jù)用戶要求對抄紙的原紙進行再加工處理，獲得原紙所沒有的某些特性紙張。,,分為：,涂布加工、變性加工、成型加工。,,制 漿,由植物纖維原料分離出纖維而得紙漿的過程。主要可分為機械法、化學(xué)法和化學(xué)機械法，分別制得機械紙漿、化學(xué)紙漿和化學(xué)機械紙漿。,打 漿,是利用機械作用處理懸浮于水中的,紙漿纖維,，使其具有適應(yīng)在造紙機上生產(chǎn)所要求的特性，并使所生產(chǎn)的紙張能達到預(yù)期質(zhì)量的操作過

8、程。,抄 紙,纖維懸浮液,涂 布,將糊狀聚合物、熔融態(tài)聚合物或聚合物熔液涂布于紙、布、塑料薄膜上制得復(fù)合材料,(,膜,),的方法。,26,造紙化學(xué)品的定義及分類,造紙化學(xué)品：各工藝過程中所需用的化學(xué)藥品統(tǒng)稱為造紙化學(xué)品。,,,不包括,：常用的酸、堿、鹽等無機藥品，,,滑石粉，白土等無機填料，是基本化工原料。不屬于精細化學(xué)品的范圍。,,,,造紙助劑,：用來提高效率、減少,,消耗的助劑，用量少、附加值大、,,專項作用和輔助作用明顯等特點，,符合,,精細化學(xué)品的特點。,,,,助 劑,第二節(jié) 制漿化學(xué)品,制漿過程是將含纖維的原料,分離出纖維,的過程。,,,,1.,機械法,,,,,2.,化學(xué)法

9、,,,,,,3.,其他方法,,,,,堿法,,亞硫酸鹽法,,硫酸鹽法,,氯堿法,微生物制漿,,有機溶劑法制漿,,爆破法制漿,,在制紙漿過程中，能輔助蒸煮劑提高蒸煮效率的化學(xué)藥品。,,可加快脫木素速度，縮短蒸煮時間，制漿速度快，耗能小，堿和漂白化學(xué)品用量小，纖維得率高，減少廢液負荷，環(huán)境污染小。無臭。,,,作用原理：,適當(dāng)?shù)膶⒃现械哪舅爻ナ估w維分離，同時使纖維和半纖維受到不同程度降解，改善蒸煮,,1,蒸煮助劑,主要的無機蒸煮助劑,多硫化鈉,亞硫酸鈉,硼氫化鈉,連二亞硫酸鈉,主要的有機蒸煮助劑,蒽醌及其衍生物,硝基蒽醌,2,漂白助劑,,通過各種漿料方法生產(chǎn)出來的漿料，由于漿料中存在,木素和其他有

10、色物質(zhì),，故都呈褐色至淡黃色不等。蒸煮或磨碎后沒有經(jīng)過漂白的漿料稱為,本色漿,，若生產(chǎn)色澤潔白的紙或色紙，必須漂白。漂白過程中，盡量除去色素的同時，還應(yīng)盡量減少漂白時對纖維素和半纖維素的損傷，以生產(chǎn)出質(zhì)量好、白度穩(wěn)定的漿料。,莎草紙,漂白,助劑,,指在漂白過程中，用于,提高,漂白劑穩(wěn)定性，,減少,無效分解或,減少,纖維素降解，保持漂白后漿強度的化學(xué)藥品。,,漂白助劑的作用原理,,1,加速漂白劑與發(fā)色基團的作用,,2,提高各種漂白劑的利用率,,3,改善各類漂白過程的條件,,常見的漂白助劑及應(yīng)用,3,廢紙脫墨劑,再生紙,是以廢紙做原料，將其打碎、去色制漿經(jīng)過多種工序加工生產(chǎn)出來的紙張。其原料的,8

11、0%,來源于回收的廢紙，因而被譽為低能耗、輕污染的環(huán)保型用紙。城市廢紙多種多樣，以不同類別的廢紙為原料再制成不同的再生復(fù)印紙、再生包裝紙等。,利用廢紙制漿的關(guān)鍵工序是脫墨。,脫墨劑,-,使黏附在紙張上的油墨、顏料顆粒及膠黏物脫落所用的化學(xué)藥品。,,脫墨方法,：,,（,1,）洗滌法,-,是把從廢紙上脫離下來的與紙漿懸浮液共存的油墨等污物用脫水處理的方法進行污水,-,清水輪流置換洗滌，使油墨污物和紙漿纖維分離。,,（,2,）浮選法,-,在與紙漿懸浮液共存的油墨及污物中不斷通入微小空氣氣泡，使氣泡吸附油墨及污物并浮到表面然后排除。,37,脫墨劑的種類及其各成分的作用,種類：,,堿類和過氧化物,,表面

12、活性劑類,,螯合劑類,,吸附劑類,,成分：,,無機成分和有機成分,,,,,,,,,,,,,47,4,消泡劑,泡沫是制漿、造紙及廢液處理中一個較為嚴(yán)重的問題。缺乏對泡沫足夠的認識和控制能導(dǎo)致減產(chǎn)或降低產(chǎn)品質(zhì)量，還能造成環(huán)境污染,。,,48,泡沫的形成,,消泡劑,-,用于消除各工藝過程中出現(xiàn)泡沫的化學(xué)品。,,作用原理,-,主要是降低液體的表面張力，即消泡劑能在泡沫的液體表面鋪展，并置換膜層上的液體，使液膜層厚度變,,薄至機械失穩(wěn)點而達到消泡目的。,,幾種重要的消泡劑,,,,,,,,,,,,,,,,,59,5,廢液治理劑,制漿造紙工業(yè)是一個產(chǎn)量大、用水多、消耗化學(xué)藥品多、污染嚴(yán)重的工業(yè)。隨著人們環(huán)境

13、意識的增強和廢液有害物質(zhì)的不斷發(fā)現(xiàn)，對廢液排放標(biāo)準(zhǔn)要求越來越高。,,,處理廢液的最佳方法是廠內(nèi)處理，但我國目前還是采取廠外處理法，所用的處理劑稱為廢液治理劑。,60,絮凝劑,是指能使溶膠變成絮狀沉淀的凝結(jié)劑。,,絮凝原理,：造紙廢液中雜質(zhì)的粒徑分布,10,-1,~10,-7,cm,，其中在,10,-4,~10,-7,cm,范圍細而輕的粒子是造成渾濁和顏色的主要原因。它們在水中不易沉淀，需加入藥物改變物質(zhì)的界面特性，使膠體聚合，形成易于沉淀或上浮分離的大顆粒。,,絮凝劑多為電解質(zhì)，加入水中電解出帶相反電荷的部分與膠體粒子的電荷中和，粒子間斥力消失，便可形成大顆粒沉淀，水即 澄清。,,,,61,絮

14、凝劑的種類,無機絮凝劑：硫酸鋁、氯化鋁等,,有機絮凝劑：聚丙烯酰胺、聚丙烯酸鈉等,62,生物處理劑,利用生物處理劑對造紙廢水處理是今后廢水處理的發(fā)展方向之一。,,生物處理劑：活性淤泥、微生物,,處理劑、生物活性炭、酶制劑等。,絮凝劑,生物處理劑,助 劑,第三節(jié) 抄紙化學(xué)品,抄紙是將制漿工序制備的漿料生成原紙的過程。,,抄紙化學(xué)品包括功能化學(xué)品和過程化學(xué)品。,,功能化學(xué)品提高抄紙質(zhì)量和功能；過程化學(xué)品提高紙機效率、減少纖維和填料損失。,常用抄紙化學(xué)品：施膠劑、增強劑、助留助濾劑。,植物纖維紙中，纖維本身和纖維之間存在許多毛細孔，有相當(dāng)大的吸水性。在它們上面書寫，墨水會很快擴散開來，使字跡

15、模糊不清 ，即“,洇水,”現(xiàn)象。在紙漿中加入某種助劑，它能在纖維表面形成疏水層，從而降低水滲透進毛細管的速度，這個過程稱為,施膠,，所加的助劑稱為,施膠劑,。,,機理：是通過在,纖維表面,形成一個憎水層來實現(xiàn)。,,1,施 膠 劑,,,,為什么同樣的紙張，用不同的墨水書寫卻會產(chǎn)生截然不同的現(xiàn)象：有的洇水，有的不洇？,,因為圓珠筆所用的“墨水”是油性的，在未施膠的紙上書寫也不會洇，而普通的藍、紅墨水中含有水分，用來書寫結(jié)果會洇。同理，用中國墨硯和毛筆即令在吸水性特強的（生）宣紙上揮毫，也不會發(fā)洇。因為墨是用墨灰和骨膠制成，蘸墨就等于用骨膠粒子去填充纖維間的毛細管，實際起了局部施膠的作用，所以不

16、洇。,,至于用筆尖劃破紙面挑松纖維，也會造成局部洇水，那是另一回事了。有些小學(xué)生常用橡皮沾點口水擦紙面改正錯字，由于口水未干，再用鋼筆寫字墨水一接觸紙面一定會發(fā)洇。,？,施膠方法：,,紙,內(nèi),施膠或內(nèi)部施膠,,紙,面,施膠或表面施膠,,1,）紙內(nèi)施膠：在,紙漿,中加入施膠劑，再抄成具有增液性能的紙和紙板,——,施膠的主要方法。,,2,）紙面施膠：在紙的,表面,浸入施膠劑，以取得增液性能。,,,3,）雙重施膠：紙料內(nèi)和紙面上均進行施膠。,,,,造紙上常用的施膠劑大約有四大類：,,1,植物膠料,：松香，淀粉。,,2,動物膠料,：包括骨膠、皮膠、干酪素。,,3,礦物膠料,：指的是水玻璃、石蠟等。,,

17、4,合成膠料,：如甲醛樹脂、聚乙烯醇等。,幾種施膠劑,,,（,1,） 淀粉及其改性物,,淀粉是一種天然高分子化合物，它是一種重要的表面施膠劑和紙張增強劑。在施膠系統(tǒng)中使用的是改性淀粉。使用淀粉改性物作為表面施膠劑最大的優(yōu)點就是原料豐富，價格便宜，非常適合中國的國情，另外表面增強效果明顯，可改善印刷效果。但淀粉是高分子水溶性物質(zhì)，結(jié)構(gòu)中含有親水基，在成膜后難以抵擋液體的滲透。這就需要用變性淀粉和其它的表面施膠劑配合使用來達到紙張的要求。表面施膠中最常用的是氧化淀粉。,（,2,）聚丙烯酰胺,(PAM),,PAM,作為表面施膠劑，應(yīng)和乙二醛混合，兩者在干燥過程中可形成交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。由于紙頁中存在三價鋁離

18、子和鈣離子等，,PAM,分子中的部分,-CONH,：基團又水解成,-COOH,，這些金屬多價離子會與,PAM,中的,-COOH,產(chǎn)生離子交聯(lián)鍵，從而使紙而產(chǎn)生抗水性。,PAM,價格高，質(zhì)量好，適合和價格便宜的淀粉配合使用。,（,3,）,CMC,是一種白色的粉末狀、粒狀或纖維狀物質(zhì)，無臭、無味、無毒，是一種很好的表面施膠劑。,CMC,一般粘度在,300mPa·S,以下，取代度在,0,．,6—0,．,75,時，比較適合用作表面施膠劑。,,（,4,） 苯乙烯,-,馬來酸酐聚合物,(SMA),,SMA,是苯乙烯和馬來酸酐的交替共聚物，為淺琥珀色粘液，固含量為,25,％,-40,％，在水中可無限稀釋。主

19、要用于涂布，證券紙、防油紙、復(fù)寫紙、復(fù)印紙等，可提高紙張的耐磨性能、強度、吸油性。,（,5,）動物膠,,動物膠是從動物的骨頭、皮或筋中提煉出來的一種蛋白質(zhì)。上等的皮膠和骨膠色淺而透明，又稱明膠。皮膠和骨膠都可用于表面施膠，但最適合高級紙張的還是皮膠，與骨膠相比，皮膠的粘度、覆蓋能力和成膜性均好于骨膠，能產(chǎn)生更強韌的膜，因而能賦于紙張更大的強度。由于動物膠價格昂貴，故多限用于高級紙張的表面施膠。使用動物膠時，先將其在冷水中充分溶脹，再置于,50—600C,左右的熱水中溶解，在攪拌中制成,4,％,-l0,％濃度的膠料。如有必要，可加少量有機酸或堿來提高溶解度。為降低其粘度，可加入適量硫酸鋁。在動物

20、膠中添加,2,％,-3,％肥皂,(,對動物膠量,),，可以提高紙張色澤、不透明度和光澤度；加入少量氯化鈉、甘油、不干性油、醋酸鈉等，還能改善紙張的耐揉性。動物膠與淀粉混合時，加入,0,．,25,％,-l,．,0,％肥皂,(,對動物膠量,),，可以防止動物膠淀粉的離散。,,80,增強劑：用于提高紙和紙板物理強度的化學(xué)品。,漿內(nèi)增強劑根據(jù),使用效果,不同，分為,增干強劑和增濕強劑,兩種。,,增干強劑,是指在造紙過程中增強纖維間的結(jié)合，以提高紙張的物理強度，而不影響濕強度的化學(xué)品。,,干強劑,作用機理,：①增加纖維間結(jié)合的表面積②提高纖維間的結(jié)合強度③改進結(jié)合鍵 的分布，對纖維強度沒影響。,2,增

21、強 劑,81,增濕強劑：,指能使紙張完全被水浸濕或被水 飽和時仍能保持其部分強度的化學(xué)品。,濕強度：是紙遇水或在潮濕環(huán)境中，紙張纖維間相互結(jié)合能力的大小量度。有些工業(yè)用紙需要有較高的濕強度，如：鈔票紙、藥棉紙、手巾紙、膏藥紙等。,,增濕強劑分為永久性和暫時性兩種。,,永久性增濕強劑用在包裝材料中。,,暫時性增濕強劑用在一次性外衣等。,82,助留劑、助濾劑,：用以提高造紙過程中纖細物和填料留著率的化學(xué)品。,由于打漿作用形成細小的纖維、加入填料和其他化學(xué)品均會在漿料和白水系統(tǒng)中生成纖細物，纖細物在造紙機和濕部系統(tǒng)中起重要作用，如不穩(wěn)定控制將會使纖維、填料等大量流失，增加原料消耗，且使

22、成紙質(zhì)量下降或波動。,,,作用機理：一般是通過膠體吸附和機械截留來實現(xiàn)。,,,,,3,助流劑、助濾劑,助 劑,第四節(jié) 涂布加工化學(xué)品,84,涂布加工是提高造紙質(zhì)量、增加造紙性能、滿足用戶要求的重要手段。,,涂布加工過程用的涂布劑主要用以,,防止液體和氣體滲入紙品或,,防止紙氧化退色及增加紙張,,功能。,,涂布劑：涂布顏料、膠黏劑、,,分散劑、其他助劑和溶劑組成。,85,1,涂布膠黏劑,涂布膠黏劑,:,涂布加工中能使顏料相互黏合，并黏著于原紙，使涂布紙有良好的亮度和印刷性能的化學(xué)品。,,涂布膠黏劑的功能：,①,用作水溶液或分散液，既是顏料的分散介質(zhì)又是運載介質(zhì),②,能使顏料或干燥涂布面與

23、紙面黏著,③,使顏料和涂料具有保水性,④,提高涂布紙的印刷適用性,⑤,使涂布層具有耐水性能等。,86,2,涂布顏料分散劑,定義,：,使固體顏料粒子呈懸浮狀態(tài)，防止在流體介質(zhì)中凝聚或沉降，降低高濃涂料粘度,,使之具有良好流動性而加入的化學(xué)品。,,主要作用,：分散顏料，使之在涂布劑中不易結(jié)成較大的顆粒，引起涂料的不穩(wěn)定；涂布過程中均勻分布涂層薄且光滑，具有較高遮蓋力，提高涂布質(zhì)量。,87,3,涂布消泡劑、阻泡劑,阻泡劑作用：防止涂布過程中吸入空氣而產(chǎn)生泡沫。,,消泡劑作用：消除涂料系統(tǒng)中已產(chǎn)生的泡沫。,88,4,涂布防腐劑、防霉劑,防腐劑,：是防止酪素、淀粉等天然膠黏劑配成涂料在加工涂布過程中發(fā)生

24、變質(zhì)。,,防霉劑,：對涂布紙賦予抗酶,,性能，提高紙的使用價值。,89,5,涂布用憎水劑、防水劑,憎水性：指紙有不透水滴的性質(zhì)，能防止水的滲透，通過使構(gòu)成紙的紙漿纖維表面疏水化，增大其與水的接觸角，可賦予紙頁憎水性。,,防水性：指紙張不僅對水而且對蒸汽都有防止透過的能力，是靠樹脂之類的物質(zhì)填充纖維間的空隙來達到目的。如：石蠟等。,助 劑,第五節(jié) 其他造紙用化學(xué)品,91,熒光增白劑：一種無色的有機化合物，它能吸收人眼看不見的紫外線，然后再發(fā)射出人眼可見的藍紫色熒光。,,熒光增白劑能顯著提高作用物的白度和光澤，所以被廣泛用于紡織、造紙、塑料及合成洗滌,,劑等工業(yè)。,92,阻燃劑,是指能夠提

25、高紙張的防火阻燃效率，點燃后僅碳化而不燃燒的化學(xué)品。,,常用的阻燃劑：聚磷酸銨、銻化物等,,燃燒的基本要求：燃料、熱、氧,,作用原理：阻燃劑在點火后分解吸熱，并放出不燃性氣體稀釋可燃性氣體而起到阻燃效果。,93,微膠囊,是一種內(nèi)部含有液體且經(jīng)加壓可以液化的微粉體，廣泛用于紙制品中。,,,特性：,a,、內(nèi)容物為液體，表觀上為固體粉末，擠壓能順利逸出。,b,、液體可長時保存。,c,、膠囊外殼多為半透膜。,94,應(yīng)用實例,香料膠囊油墨：能在印刷物上附著芬芳香味，使其保留時間較長，只要用手摩擦，就能奇妙的散發(fā)出香味來。,,嵌香型家用衛(wèi)生紙：將香料做成微米大小的微膠囊用于附著在衛(wèi)生紙上，使用時用手揉搓即散發(fā)清爽的薄荷香味。,