正文 第一節 纖維的打漿處理(1 / 2)

紙張是一種由纖維(主要是植物纖維)和其他固體顆粒物質交織結合而成、具有多孔性網狀物性質的特殊片狀材料。通過纖維原料和非纖維添加物質的選擇和調配,施加相應的加工製造過程和方法,可以達到滿足多種用途需要的、具有相應性能指標特點的種類繁多的紙製品。紙張結構的基本單元是纖維(最主要是植物纖維),據研究者考究,一般單根纖維的質量約為0.2μg,由此推算,對於一張普通的A4打印紙,如果不考慮非纖維添加物質的存在,將會有2500萬根右的纖維。紙張的生產過程是通過一定的工藝控製使這些基本單元(包含纖維及非纖維添加物質)形成一個具有三維空間的網狀結構。

構成紙頁的主要成分是植物纖維,因而造紙工作者很早便開始關注植物纖維的性能。其性能不僅包含了強度性能,同時也包含了其在紙張生產過程的濾水性能及其他性能。對於一個給定的植物纖維品種,在一定程度上講,其所能賦予紙張的強度性能與生產過程的濾水性能是矛盾的。因此,為了獲得一個高性能的紙張,並且在這個高性能紙張生產過程中有一個穩定、連續的生產過程,就需要對纖維進行處理。

應該說,紙張的性能主要是由纖維性能以及紙張的微觀結構共同決定。由於纖維性能對紙張的微觀結構也存在著明顯的影響,因此,如何更充分發揮纖維的性能,成為了造紙工作者始終追求的目標。紙漿纖維處理對造紙工作者並不陌生,所謂纖維處理就是出於各種不同的目的,改變纖維的形態或是性質,賦予纖維新性能的過程或方法。纖維的處理包含物理處理和化學處理。

植物纖維長度一般為1~3mm、直徑10~30μm。雖然這個尺寸對於宏觀物理而言,已經較小,但對於植物纖維的利用而言,這個尺寸明顯偏大。同時,通過化學分離所獲得的纖維表麵較為光潔,遊離羥基數量較少,不利於其後加工。因此,常規植物纖維的利用都是建立在對纖維進行進一步細化的基礎上。纖維的進一步細化,主要方式便是打漿。纖維的打漿處理是指利用剪切力對纖維進行一定的物理處理,改變纖維的物理形態,從而賦予良好的成紙性能及抄造性能,其主要通過調整纖維的比表麵積來實現。

一、纖維的特性

植物纖維的特性主要包括纖維長度、纖維長度分布、纖維粗度、纖維外表麵、纖維截麵、纖維卷曲、纖維細胞壁多層性、纖維“基石”、纖絲角、纖維素超分子結構等,其次是纖維的柔順性、結合點、結合頻率、單纖維橫向可壓縮性、變形、壓扁與壁厚、單纖維強度等。

(一)纖維的外觀形態

1.纖維長度

植物纖維是廣泛分布於種子植物中的一種厚壁組織。它的細胞細長,兩端尖銳,具有較厚的次生壁,壁上常有單紋孔。植物纖維的長度對紙張性能有較大影響,一般來說,纖維越長,成紙的強度越大。但是,隨著纖維長度的增加,纖維在水中容易絮聚,對成紙的勻度產生負麵影響。

另外,纖維的帚化率在較小的程度上進行變化時,成紙強度性能可能發生明顯的變化。也就是說,纖維的強度性能對帚化率的變化非常敏感。這是由於,帚化率的變化與纖維表麵遊離羥基的變化並不成比例。對於單根纖維來講,常規的打漿中,其帚化部分與總的表麵積的比值總是偏小,但帚化部分所帶來的遊離羥基的增加可能會非常高。例如,假設纖維表麵未帚化位置的羥基均不是遊離羥基,當帚化率從1%增加到2%時(這對纖維來講,已經進入深度打漿的範疇),其遊離羥基的增加幅度就達到100%,理論強度則增加1倍。雖然這個結論的假設是不成立的,但是卻可以在一定程度上解釋強度對帚化率的敏感性。由於強度對帚化率的敏感性高,同時也提醒我們注意,必須提高帚化率測試的準確性。