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26
2025
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02
造紙的原材料與化學(xué)處理
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木材和非木材纖維原料
造紙的主要原料包括木材（如松樹、桉樹等）和非木材纖維（如竹子、麥草、蘆葦?shù)龋?。這些原料主要由纖維素、半纖維素和木質(zhì)素組成。
木材的化學(xué)組成：木材主要由纖維素（約占 40%-50%）、半纖維素（約占 20%-30%）和木質(zhì)素（約占 20%-30%）組成。此外，還含有少量的提取物（如樹脂、單寧等）和灰分。纖維素是紙張的主要強(qiáng)度來源，半纖維素有助于提高紙張的結(jié)合強(qiáng)度，木質(zhì)素則需要在造紙過程中盡可能去除，以提高紙張的質(zhì)量。
非木材纖維的化學(xué)組成：非木材纖維的化學(xué)組成與木材有所不同。例如，竹子中的纖維素含量較高，而木質(zhì)素含量相對較低；麥草中的半纖維素含量較高。這些差異會影響造紙過程中的工藝參數(shù)和紙張性能。
化學(xué)制漿
目的：去除原料中的木質(zhì)素，分離出纖維素和半纖維素，以獲得高質(zhì)量的紙漿。
方法：主要有硫酸鹽法（又稱堿法制漿）和亞硫酸鹽法。
硫酸鹽法：使用氫氧化鈉（NaOH）和硫化鈉（Na?S）的混合溶液在高溫高壓下處理原料。在這個過程中，木質(zhì)素發(fā)生磺化、水解和碎片化等反應(yīng)，從而被溶解去除。反應(yīng)方程式如下：
木質(zhì)素 + NaOH + Na?S → 水溶性木質(zhì)素磺酸鹽 + 其他產(chǎn)物
亞硫酸鹽法：使用亞硫酸鹽溶液（如亞硫酸鈣、亞硫酸鎂等）在一定溫度和壓力下處理原料。木質(zhì)素在亞硫酸鹽的作用下發(fā)生磺化和水解反應(yīng)，生成水溶性的木質(zhì)素磺酸鹽。反應(yīng)方程式如下：
木質(zhì)素 + H?SO? + Ca²?/Mg²? → 水溶性木質(zhì)素磺酸鹽 + CaSO?/MgSO? + 其他產(chǎn)物
機(jī)械制漿
原理：通過機(jī)械力將原料纖維分離，而不進(jìn)行化學(xué)處理。這種方法保留了原料中的大部分木質(zhì)素，但紙張的強(qiáng)度和白度較低。
主要方法：包括磨石磨木漿（SGW）、盤磨機(jī)械漿（RMP）和熱磨機(jī)械漿（TMP）等。
二、造紙過程中的化學(xué)原理
紙漿的漂白
目的：去除紙漿中的有色物質(zhì)，提高紙張的白度。
方法：主要有氧化漂白和還原漂白。
氧化漂白：使用含氯化合物（如氯氣、次氯酸鹽等）、二氧化氯、過氧化氫等氧化劑進(jìn)行漂白。這些氧化劑能夠破壞紙漿中的有色物質(zhì)的發(fā)色基團(tuán)，使其變?yōu)闊o色或淺色。例如，次氯酸鹽漂白的反應(yīng)方程式如下：
有色物質(zhì) + NaClO → 無色物質(zhì) + NaCl + 其他產(chǎn)物
還原漂白：使用連二亞硫酸鈉（保險粉）等還原劑進(jìn)行漂白。還原漂白主要是將有色物質(zhì)還原為無色或淺色的物質(zhì)。反應(yīng)方程式如下：
有色物質(zhì) + Na?S?O? → 無色物質(zhì) + Na?SO? + 其他產(chǎn)物
紙漿的打漿和調(diào)料
打漿：通過機(jī)械作用使紙漿纖維分絲、帚化，增加纖維的表面積和結(jié)合力。打漿過程中，纖維的細(xì)胞壁會發(fā)生一定程度的破裂和變形，釋放出更多的羥基等活性基團(tuán)，有利于纖維之間的結(jié)合。
調(diào)料：在紙漿中加入各種化學(xué)助劑，以改善紙張的性能。常見的調(diào)料有：
施膠劑：如松香膠、合成施膠劑等，用于提高紙張的抗水性。施膠劑與紙漿纖維中的羥基等基團(tuán)發(fā)生反應(yīng)，在纖維表面形成一層疏水膜，從而降低紙張的吸水性。
填料：如碳酸鈣、滑石粉等，用于增加紙張的白度、平滑度和不透明度。填料顆粒填充在纖維之間，改善紙張的光學(xué)性能和印刷性能。
增強(qiáng)劑：如淀粉、聚丙烯酰胺等，用于提高紙張的強(qiáng)度。增強(qiáng)劑與紙漿纖維之間通過氫鍵、離子鍵等相互作用，增強(qiáng)纖維之間的結(jié)合力。
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