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纸的组成与结构

2021-03-21 10:12:22

国标GB4687-84中规定,纸是从悬浮液中将植物纤维、矿物纤维、动物纤维、化学纤维或这些纤维的混合物沉积到适当的(专门)成型设备上,经过干燥制成的平整、均匀的薄片(片状物)。

纸是由纸浆纤维、辅料和水组成。手感干燥的纸水分含量约5%~6%。纸内绝大部分是纸浆纤维,辅料只是少量。

造纸纤维一般分为木材纤维、非木材纤维、及二次纤维,另外还有非植物纤维。

木材纤维的原料包括针叶木和阔叶木。针叶木称为软木,其纤维较长,平均长3~4mm,最长达8mm以上,直径约0.03mm。阔叶木又称硬木,其纤维长度较短,平均仅1.0mm。通常硬木能生产匀度好、表面平滑的纸张,而软木能抄出强度较高的纸。

木材纤维化学组成主要是纤维素、半纤维素和木素。纤维素约50%、木质素约30%、半纤维素20%。

纤维素分子由许多个葡萄糖分子组成。葡萄糖上带有许多羟基(-OH),当两个羟基靠近到一定距离时,就会形成氢键。借助氢键的力量,许多纤维素分子可以拉紧在一起。其结构形式为链长可达100~3000单位。

木质素则是一种具有芳香性的、结构单体为苯丙烷型的、三度空间立体结构高分子化合物。天然状态的木质素呈白色,它一旦受到化学或机械作用就会变成褐色或深褐色。木质素对纸的性能有不利影响,故要求纸张中含量越少越好。半纤维素是一种介于淀粉和纤维素之间的多糖化合物。它包括木聚糖、聚甘露糖、树脂、丹宁、树胶等碳水化合物。所以,严格地说,半纤维素应该叫做非纤维素的碳水化合物。半纤维素可使打浆容易、时间缩短、能耗减少.故在造纸过程中是有利的。

非木材纤维主要有禾本科纤维(如稻草、麦草、芦苇等),韧皮纤维(如麻类、树皮、棉杆皮等),种毛纤维类(如棉花、棉短绒)。禾本科纤维的细胞两端多呈尖削状,胞腔较小,除竹类、龙须草、甘蔗渣等的纤维较细长外,其他都较细而短,平均长度为1.0~1.5mm,平均宽度约l0~20μm。非纤维细胞含量也较多。竹子、龙须草等细长纤维的原料可遣强度较高的纸张。其他禾本科原料只能造强度要求不高的低档包装纸,或与长纤维纸浆搭配生产较好的纸张。韧皮纤维一般细长,有坚韧性.适于造高级及工业技术用纸。棉纤维性质坚韧,平均长度约18mm,平均宽度约20μm,是极好的造纸原料。

二次纤维即废纸已成为重要的造纸原料。废纸是一种混合纤维,废纸中含有的化学药品和无机添加剂使回收利用复杂化。为了从大连包装箱废纸中回用纤维,必须进行分离.一点不破坏并使纤维分离出来是不可能的。故用二次纤维造的纸不同于用纯纤维造的纸。尽管目前还难以概括它们的差异,但二次纤维造的纸不如纯纤维纸的强度好。

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非植物纤维一般是指工业纤维,分为无机纤维、合成纤维和金属纤维三大类。

纸的结构特点

a. 纸是一种多相的复合体,组成纸张结构的基础主要是较长和较短的植物纤维(合成纸另当别论),纤维素纤维的质量和加工程度是决定纸张质量的一个重要因素。此外,纸中还有各种不同的胶料、填料、染料粒子及微量成分等固相成分·也存在有水分、空气等液相和气相成分(尽管含量较少)。如此众多的成分构成一个多相的整体。每种成分都影响着纸的性质。

b. 纤维之间非均态的交织状况纤维之间交织状况与打浆方式和抄纸设备有关。大部分纤维是平行于纸面的,但短纤维有较多的机会与纸面垂直.还有一部分纤维可能与纸面呈一定角度。于是就构成了纸的三维空间结构。长网造纸机抄造出来的纸页,多数纤维按纸的纵向排列。一般说来,薄型纸为单层;定量大的则成两层甚至多层。而且同幅面的纸,中间的纤维层有可能比两边步。如果采取一些措施(如网部加振动器、多道压榨处理),则可使纸的结构层次趋向均匀。

c. 各向异性由于在纸的三个互相垂直的方向上,纤维和其他成分分布不同,排列不同、取向不同、因而导致纸的性质各向异性。即纸的纵向性、横向性质和竖向性质不一样。

d. 纸幅两面性质差异 在抄纸机上与网面接触的纸层和背离网面的纸层,其纤维及其他离子的分布状态不完全一样。于是纸页正面的表面性质跟反面的表面性质也不同。一般来说,正面较长纤维分布较多,表面平滑;而反面,细料或其他辅料离子较多,表面较粗糙。


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