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造纸纤维原料

造纸纤维原料是纸的基本成分是纤维,包括植物纤维、动物纤维、矿物纤维、合成纤维等。纤维原料的选择主要取决于纸张质量的要求及生产条件和地区资源情况。造纸工业所用纤维原料,绝大部分是植物纤维原料。

植物体内管状或长纺锤状的细胞,在造纸技术上称做纤维。作为造纸工业纤维原料的植物应该具备:纤维含量较高,资源充分,运输方便和制造费用合理等条件。植物纤维原料一般分为木材和非木材纤维原料两大类。常用木材有:①针叶木,如云杉、冷杉、马尾松、落林松、红松等;②阔叶木,如杨木、桦木、桉木等。常用的非木材纤维原料有:①禾本科植物,如麦草、稻草、芦苇、甘蔗渣、芒草、竹、龙须草等;②韧皮植物,如大麻、红麻、胡麻、黄麻、亚麻、桑皮、 楮皮、 棉茎皮、废麻绳袋等;③棉纤维(种毛纤维),如棉短线、破布等。

植物纤维形态①针叶木:含有管胞、射线细胞和射线管胞等,管胞占木材容积90%以上,长1.5~5.6mm,宽30~75m,是造纸的优质纤维;②阔叶木:含有韧型木纤维、纤维管胞和管胞三种纤维细胞,统称为木纤维。木纤维长0.7~1.7mm,宽20~40m,占木材容积的25~35%,其中以韧型木纤维最多。此外,阔叶木还含有导管细胞和射线细胞等;③禾本科植物:含有的纤维细胞约占细胞总量的50~60%,纤维一般长1~1.5mm,宽10~20m,另外含有薄壁细胞、表皮细胞和导管细胞、石细胞等。中国常用造纸植物纤维的形态和非纤维状细胞含量(平均值)见下表。禾本科植物及阔叶木所制纸浆,因其纤维较短和所含非纤维状细胞较高,质量不如针叶木。从纤维的横切面观察(见图),纤维细胞壁分为初生壁和次生壁,次生壁又分为外、中、内三层,细胞的中空部分为细胞腔。相邻细胞之间的物质为胞间层。细胞壁的各层均由宽25m的微细纤维构成。微细纤维由直径3.5m 的原细纤维构成。原细纤维则由大部按晶体排列的纤维素分子链构成。纤维在水中受到机械力的作用时,会发生细丝化和游离出更多的羟基,在纤维之间形成更多接触面积与氢键而增强纤维之间的结合,因而赋予纸较高的物理强度。

植物纤维的化学组分 造纸植物纤维的化学组成,随产地、品种的不同以及同一品种的不同部位有不同的含量。

①纤维素:纤维细胞最基本的组分,由d-葡萄糖基聚合而成的直链状高分子化合物,分子式为(C6H10O5)n 。如木材的纤维素约占总组分的40~50%,是制浆过程中需要尽可能保留的。纤维素在大气环境中非常稳定,所以纸张能够保存多年而不变质。

②半纤维素:由数量不同的几种糖基组成带支链的共聚物,主要含有聚木糖类和聚甘露糖类。如木材的半纤维素占总组分的20~35%,是制浆过程中需要适当保留的。

③木素:一种芳香族高分子聚合物,由苯基丙烷单元构成,分子的结构复杂。针叶木、阔叶木、草类原料中的木素结构也有较大差异。木素单元的侧链上带有多种功能基和化学键,具有相当强的化学反应能力,能够与OH、SO3H、SO、SH、S、H2SO3及氯水、ClO、ClO2、过氧化物等发生化学反应。这些反应构成了制浆工艺的理论基础。如木材的木素占总组分的15~35%,制浆过程中除去木素的程度,视浆种不同而异。

④抽出物:可溶于一些溶剂中的物质,有低分子碳水化合物、萜烯类、脂肪酸、芳香族酸、丹宁和色素等。这类物质在制浆过程中大部分被溶出。木材的抽出物约占总组分的3~10%。

⑤灰分及其他:不溶于中性有机溶剂中的物质,包括灰分(无机物)、淀粉、果胶质和蛋白质等。木材的灰分约占总组分的0.5%。

《制浆造纸手册》编写组编:《制浆造纸手册第一分册纤维原料和化工原料》,轻工业出版社,北京,1987。

华南工学院主编:《制浆造纸工艺》,轻工业出版社,北京,1982。


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