打浆理论（二）
2007-07-12 23:01阅读：
（续上篇）
五、影响纤维结合力的因素
如前所述，纤维在打浆过程中所受到机械作用，是影响纸中纤维结合情况的主要因素，因为纤维的外表面面积和氢键数量均在很大程度上取决于打浆操作。但是，也还应该指出，纸张的纤维结合力的大小又与纤维的化学组成、物理性质以及纤维的排列等情况有关。也就是说，纤维的木素、半纤维素、纤维素的含量以及纤维长度和非纤维细胞含量等，也都会在一定程度上影响到纤维的结合。现就这方面的情况分述如下：
（一） 打浆的影响
在打浆过程中，纤维所受到机械处理的作用，是影响纸中纤维结合情况的主要原因。前面已提到，没有经过打浆的纸料是很难抄出符合质量标准的纸张，原因可能有以下几点：（1）没有经过打浆的纸料，其纤维外表还有一层妨碍纤维吸水润胀和细纤维化的初生壁和次生壁外层，阻碍了纤维进一步的结合；（2）未经打浆的纤维比较粗大，显得挺硬，因此也就妨碍了干燥时彼此间的接近程度；（3）更主要的是纤维外表面不大，因此纤维间结合力较差。因此可以看出，打浆对纤维结合力是很重要的，应认真地加以控制。
（二） 纸料种类的影响
不同种类纸料，无论是在物理结构和化学组成都是不相同的，一般说来，化学木浆的纤维结合力量大，棉浆次之，机械木浆最差。棉浆的纤维结合力虽不大，但由于棉浆纤维较长，本身强度又好，加之纤维之间表面交织力较大，因而抄出的纸张强度也较高。
（三） 半纤维素的影响
含半纤维素多的纸料容易打浆，抄成的纸张强度也高；反之，半纤维素含量少的纸料打浆时则感到困难，纸的强度也低（棉浆例外）。半纤维素含量多的纸料，打浆时容易吸水润胀，增加了纤维的比表面积和结合面积，因此提高了纸张的强度。尤其是打浆初期，含半纤维素较多的纸料其耐破度和抗张强度和发展特别明显。
半纤维素之所以具有这此作用，原因是由于半纤维的分子链比纤维素短且更为亲水,使得纤维在打浆时容易吸水润胀和细纤维化,经抄纸干燥时与邻近纤维表面能产生更强的结合.半纤维素主要是通过羟基互相结合,显示出一种类似胶粘的作用,所以能提高纸张强度。
应该指出，在纤维中的半纤维素并不是全部都有效，也不是全部聚戊糖都是有效的。实际上碱溶性半纤维素
更能代表纤维吸水润胀的关系。实践说明，碱法浆不如亚硫酸盐浆易打浆，其原因是碱性蒸煮剂的溶液溶出了碱溶性半纤维素，使得纤维在打浆时不易润胀，容易遭到碎裂。
对纸张强度来说，并非纸料的半纤维素含量越高越好。这是因为半纤维素太多的纸浆，打浆时吸水润胀过快，纸料还没有达到应有的强度时，打浆度已经提得很高了，这种纸料抄成的纸必然是透明发脆，反而强度低。另一方面，半纤维素多，即短小半纤维素链的百分率大，这样又会降低结合力的内在强度（即纤维强度）。因此，对于纸浆中半纤维素含量以多少为最适宜，还得参照纸张要求的性质，即以能够符合纸张质量标准来决定。但在一般情况下，用一般原料生产文化用纸，为了节约原料，提高制浆得率，在蒸煮和漂白过程中应尽量保留半纤维素。
（四） 纤维素的影响
纸料的半纤维素含量达到一定数值后，纸的耐折度和耐破度反而有所降低，可能是由于纸料中纤维素组成起着作用的缘故。一般说来，纤维素合度高的纤维，其抗张强度大，打浆时不很容易切断，所以在它被切到适当长短时，纤维已经获得充分疏解和细纤维化，纸张强度也随而增高。由于这种原因，凡是要求强度和紧度大的纸类，例如复写纸、电容器纸、钞票纸等，宜用纤维素聚合度高的纸浆作为原料；反之，如果希望纸质松软，如印刷纸，则应采用纤维素聚合度低的纸浆。但棉浆例外，棉浆纤维聚合度高，可是在水中的润胀较一般植物纤维差，所以不易分丝细纤维化，但纤维较长，纸的强度也高。
（五） 木素的影响
含木素多的纸浆亲水性极低，不易打浆，纤维之间的结合力不大，结果纸的紧度不仅很小，而且纸的强度也很差。另外，在植物纤维化学中已讲过，木素的分布在纤维中初生壁和次生壁外层较多，这将会影响纤维的润胀、细纤维化和纤维间的结合力。
（六） 纤维长度的影响
以往曾认为纤维长度是决定纸张强度的主要因素，凡是纸料纤维越长，成品纸的强度必然越高，这种看法并不完全正确。无可否认，纤维长度是影响纸张强度的因素之一，而且也是相当重要的因素，尤其是对撕裂度影响最大。但是就它的重要性来说却次于纤维的吸水润胀和细纤维化作用，因为真正足以防止成纸中纤维相互滑动的是纤维之间的结合力，所以应当说主要决定纸张强度的是纤维结合力。当然，在纤维结合力增长到了一定程度之后，纤维长度就显出它的重要性。纤维越长，当纸页受到力的作用时，纤维彼此之间滑动机会就越小，所以这类纸浆一般具有较高的化合力。至于机械浆，纤维长度更是非常重要的。
（七） 胶料、明胶、填料的影响
纸料中添加松香、石蜡、明矾和填料等一类疏水性物质，都会影响纤维之间的结合力，只不过影响程度不同而已。一般认为，使用松香胶施胶的结果，会降低纸张强度，尤其是对高度打浆的纸料，纸的强度下降更为厉害。纸料中加入胶料、明矾、填料等物质后，为什么会降低纸的强度呢？原因是纤维间如有上述无机物或有机物时，将使纤维与纤维隔开，减少了彼此之间的接触表面，影响到纤维的结合力。
但是，纸料中如果加入的是淀粉、蛋白质、植物胶等一类高分子量的亲水性物质，其结果不但不会降低纸的强度，反而可以增加纸的强度。淀粉之所以能够增加纸的强度，主要是因为它本身也有和纤维素一样的极性的羟基，由于羟基通过氢键结合，较之单纯纤维与纤维的结合更为牢固，所以可能引起纸张强度的增加。淀粉施胶过的纸张放到水中之后失去强度这一现象，也足以说明它是通过氢键结合的。
六、打浆与纸张性质的关系
在打浆过程中存在着一对矛盾，一方面增加了纤维的结合力，另一方面却降低了纤维的平均长度，这一对矛盾一直存在着，而对纸张的某一指标来说，某一方面起着主导作用，而对另一指标，也可能另一方面起着主导作用，这就需要根据具体情况进行具体研究、具体分析。
一般来说，由于打浆增加了纤维结合力，降低了纤维平均长度，所以它一方面能够提高纸的扩张强度、耐破度和耐折度，同时增加了纸的平滑性、挺硬性和紧度，但是另一方面却降低了纸的撕裂度和不透明性以及增加纸的收缩性。举例来说，透明性对印刷用纸来说是不利的，但在制造要求透明性高的描图纸时，却又正是所需要的。因此作为打浆工作者来说，必须根据客观实际的需要，善于运用和控制打浆的作用，尽量避免它对纸张所产生的不良影响。
为了进一步掌握打浆过程起见，现采用含100%纤维素的纸料，观察在打浆过程中纸张物理性能的变化，如图2-1-21所示。
图2-1-21
打浆与纸张物理性质的关系
1-纤维结合力 2-裂断长 3-耐折度
4-撕裂度 5-平均纤维长度 6-吸收
7-透气度 8-收缩率 9-紧度
从图中可以看出，随着打浆的进行，纤维结合力不断增长，而平均长度不断下降，并且在打浆初期，纤维结合力的上升和纤维长度的下降是以较快的速度发展着的。至于后期，两者速度均逐渐减慢，由于在打浆过程中两者发展的速度不同，因而对纸张性质各自产生不同程度的影响。现就各种指标分别讨论如下：
（一）裂断长
裂断长是纸和纸板抗张强度的一种表示方法。纸张裂断长的提高有赖于纤维结合力的增长，而纤维结合力的增大则取决于纤维比表面的增长，取决于纸料的打浆度。
通常，在打浆初期裂断长上升很快，以后渐渐缓慢下来，并且升到一定数值之后，裂断长即会下降，出现转折现象。当打浆比压较大时，这一转折现象更为明显。产生转折的原因，主要是受到纤维结合结合力和平均纤维长度两者变化的影响。在打浆初期，主要影响纸张裂断长的是纤维结合力；随着打浆时间的延长，纤维结合力虽然也继续有所提高，但是由于纤维平均长度的继续下降，也会影响到裂断长的变化。这种对比关系，自然就会使纸张的裂断长产生转折点，而转折现象产生的早晚则与打浆方式有密切的关系。此外，纤维本身的强度和在造纸机铜网上形成纸张的过程，也会在一定程度上直接影响纸张的裂断长。
（二）撕裂度
撕裂度与裂断开有所不同，影响纸张撕裂度主要是纤维平均长度，其次才是纤维结合力、纤维强度等。不论用那种纸料抄出的纸，在纸料打浆度还不很高的时候，撕裂度一般都是随着打浆度的增高而增大，这是由于纤维结合力的增长所致。也就是说，在这个阶段，纤维比表面已有很大的增加，因而纤维结合力的增加所起的作用大大超过纤维长度减少的作用，所以撕裂度曲线出现上升趋势，但因纤维长度是影响撕裂度的最主要因素，所以在纸料打浆度并没有提高多少的情况下，撕裂度就已经达到了最高点。其后，随着纤维长度的继续减小，并转为主导作用的方面，撕裂度即发生转折下降。从图2-1-21可以看到，转折点出现最早，这就说明，纤维平均长度是影响撕裂度的主要因素。
（三）耐折度
不论那一种原料的纸料，纸张的耐折度都同样是随着打浆的进行而有所提高，其发展趋势又与裂断长性质相似，即在达到最高值以后出现转折。纤维结合力对耐折度的影响，不如对裂断长影响那么大；但是，纤维平均长度却对耐折度有很大的影响，具体表现在耐折度很容易达到转折点，也就是说，在纸料打浆并不太高的情况下，耐折度即发生转折。
为了保证纸张具有较高的耐折度，打浆时应注意提高吸水润胀和细纤维化的程度，并尽可能避免纤维的切断作用。因此采用轻刀打浆是适宜的。耐折度除了受纤维平均长度和纤维结合力两者影响之外，还与纤维的弹性有关。纤维弹性大，纸的耐折度高，而纤维的弹性又与纸张的含水量有密切的关系。当水分含量较多时，耐折度随着弹性的增加而增加，但当水分含量达到一定限度后，又会使纤维结合力下降。不过一般的情况是，纸张最初一定限度内增加含水量时，纤维结合力损失不大，纸的耐折度将会随着纤维的弹性增加而上升，待含水量达到一定数量以后，由于增加纤维含水量所增进的纤维强度，对耐折度来讲，不如因为纤维之间产生大量水桥而使结合力下降的影响之深，这当然就使其产生转折现象。
从图2-2-21中以及从以上的解释均可看出，裂断长、撕裂度和耐折度三项指标的曲线形状相似，所不同的是转折点出现的迟早问题，其中以撕裂度的转折点出现最早，这是由于纤维长度对撕裂度的影响最大的缘故。
（四）耐破度
纸张耐破度的变化情况一般与裂断长相似，主要影响它的因素也是纤维结合力，其次才是纤维平均长度、纤维本身强度和纤维交织情况等。
因为影响耐破度和裂断长的因素完全相同，表现在曲线形状上也很相似，如图2-1-22所示。但是，耐破度曲线后部有下降较严重的现象，则是由于测定耐破度时，纸张不仅受到拉力，同时也受到撕力作用，所以在打浆度比较高的时候，耐破度下降程度大于纸张的裂断长。
（五）透气度
纸张的透气度是随着打浆的增长而降
低的。在打浆过程中，纤维结合力逐渐增大，纤维外表面积亦逐渐增加。此透气度曲线下降极快，如图2-1-22所示,接近于抛
图2-1-22
裂断长,耐破度与打浆度的关系
物线的形状。
纸张透气度一般在70~90。SR时接近于零，即是说在这时已经完全头皮化了。纸张达到完全不透气的时间迟早，首先决定于纸料种类。以含有较多半纤维素的草浆或本色化学木浆制成的纸张，其透气度一般是比较低的；会有较多机械木浆的透气度则较大，其原因是机械木浆含有较多的木素，而木素的存在是不利于纤维的润胀作用，结果成纸就显得疏松多孔。
（六）吸收性
纸张的吸收性也是随着打浆度的增长而降低，打浆对吸收性的影响情况基本上与透气度相同。这是由于以打浆度高的纸料抄成的纸一般结合较为紧密，纤维的比表面积较大，致使气孔大为减小，结果吸收性能大为降低。吸收性的大小又与纤维的纯度和半纤维素含量有关。纸料中α-纤维素含量高，吸收性能大；反之半纤维素含量高的纸料，由于在打浆过程中容易分丝和细纤维化，所以吸收性能低。
（七）不透明度
影响纸张不透明度的因素主要是纤维结合力。打浆度越高的纸料，纤维在纸机上干燥时由于表面张力的作用极易靠拢在一起，促进氢键的形成和纤维结合力的提高。与此同时，纸张发生收缩，并降低了纸的透气性和不透明度。若纸页中纤维之间存有空气，使光线在其里面受到多次折射，也会提高纸张的不透明度。打浆度越高，折射面越小，纸越透明，而不透明度越低。为此，在生产不透明度在的纸张时，宜于采用半纤维素少的纸浆作为原料，并且纸料的打浆度要低一些。
（八）紧度
纸张的紧度对纸张性质和物理强度均有一定的影响。紧度在的纸张，其透气度必然较低，不透明度较差，同时，在一定范围内其裂断长一耐破度均较高，而撕裂度则较小。
随着打浆度的上升，所抄成的纸张紧度和伸缩性也不断增加。据一些研究工作报导，打浆度与纸张的紧度等性质的关系如表2-1-4所示。
由表2-1-4看出，随着打浆时间的增加，纸料的打浆度开始增加得很快，随后逐渐减慢，这是由于到达打浆后期，纤维已高度吸水润胀和细纤维化，变成很粘的纸料，并且柔软可塑，进一步吸水润胀和细纤维化比较困难，但抄成的纸张紧度和密度大大地增加，透气度和多孔性则在为降低。这也是一些薄页纸（如电容器纸、防油纸等），要求高粘状打浆、打浆度很高的原因。
表2-1-4
打 浆
度 与 纸 的 性 质 关 系
序 号
|
打浆时间
(小时)
|
打浆度
(。SR)
|
纸 的 性 质
|
备 注
|
厚 度
(毫米)
|
强 度
(公斤/厘米2)
|
伸长度
(%)
|
1
2
7
8
10
12
|
0
1
7
12
24
46
|
15.2
21.5
82.0
86.0
89.5
96.0
|
0.35
0.19
0.12
0.11
0.10
0.08
|
0.11
0.67
2.75
4.00
4.40
4.00
|
3.0
3.1
3.5
3.1
3.2
5.9
|
试验的物料是漂白亚硫酸盐浆,抄出的纸的定量是相同的
|
试验的物料是漂白亚硫酸盐浆,抄出的纸的定量是相同的
影响纸张紧度的因素很多,最主要的是纸料的打浆度、打浆方式、纸料种类、半纤维素含量、网上脱水情况以及抄纸湿压和压光等。凡是纸料打浆度越高，半纤维素含量越多，则纸张紧度越大。
（九）收缩性
纸张的收缩性在很大程度上取决于打浆特性和纸料种类。一般说来，凡纤维长而又经过良好打浆的纸料，抄成纸后，收缩性都是比较高的。伸长率实际上是纸张拉断时的极限应变，伸长率越大表示纸的韧性越好，纸张就不易破损。这一指标对纸袋纸等具有重要的意义。例如，对静态强度和动态强度要求高的水泥袋纸，除了需要纤维长，强度高的硫酸盐纸浆作为原料外，还要求使用长纤维打浆方法，并在纸机上也采取适当措施，尽量提高纸的收缩率，从而增加了水泥袋纸的韧性，降低在装袋、运输、搬动时的破损率。
另一方面，如在生产要求伸缩变形不在的纸种，如胶版印刷和画报纸，除了在纸料品种的配比方面加以研讨外，还要特别注意到打浆工艺的制订，务必要做到打浆时间短一些，纤维长度不能过长，打浆度不宜过高，借以保证成品纸张取得较小的伸缩变形。
