第七章纸和纸板的 结构及结构 制浆造纸原理与工程
制浆造纸原理与工程 第七章 纸和纸板的 结构及结构
纸页结构的特征表述 ■纸张是由随机散乱的纤维排列而成,纤维一般平 置于纸张平面内,很少有厚度方向的排列,同时 在顺纸机的方向排列的纤维多于垂直纸机方向的 纤维。纤维的长度较短,纤维之间的交织力较低, 维之间必须有足够的结食力以提供纸张所必需 强度。纤维的规格和性能都具一定的分散性 因此,纸张是一种多相、非均质、非均匀分布且 具有三维结构的网状物材料。表征网状物参数主 要有:纤维的规格(长度、长径比等 纤维物 理性能、纡维的几何学定向、纤维结合力(结合 面积、结合强度)、多孔性等。 ■即使是采用的纤维原料完全一样,纸和无纺布以 及缜物结构 能都有明显的差异 制浆造纸原理与工程
制浆造纸原理与工程 纸页结构的特征表述 纸张是由随机散乱的纤维排列而成，纤维一般平 置于纸张平面内，很少有厚度方向的排列，同时 在顺纸机的方向排列的纤维多于垂直纸机方向的 纤维。纤维的长度较短，纤维之间的交织力较低， 纤维之间必须有足够的结合力以提供纸张所必需 的强度。纤维的规格和性能都具一定的分散性。 因此，纸张是一种多相、非均质、非均匀分布且 具有三维结构的网状物材料。表征网状物参数主 要有：纤维的规格（长度、长径比等）、纤维物 理性能、纤维的几何学定向、纤维结合力（结合 面积、结合强度）、多孔性等。 即使是采用的纤维原料完全一样，纸和无纺布以 及织物结构、性能都有明显的差异
半纤维素 纤维 多个纤丝 纤丝 纤维分子 纤维素 制浆造纸原理与工程
制浆造纸原理与工程
200 半运 300 400 若干常见工程材料的裂断长比较 制浆造纸原理与工程
制浆造纸原理与工程 若干常见工程材料的裂断长比较
纤维之间的结合理论 氢键结合理论 高分子材料界面的粘结力:化学主价键力 (30 kcal/mole)、氢键结合力(5 kcal/mole) 范德华力(2 kcal mole)、色散力 纸页干燥、吸水后强度发生巨大变化,并且 可以逆转。 Brougton和Wang的实验:用一系列不同极 性的液体浸渍纸页,纸页的强度与液体的极 性成反比,而与液体的表面张力无关 制浆造纸原理与工程
制浆造纸原理与工程 纤维之间的结合理论 氢键结合理论 高分子材料界面的粘结力：化学主价键力 （30kcal/mole）、氢键结合力(5 kcal/mole)、 范德华力(2 kcal/mole)、色散力。 纸页干燥、吸水后强度发生巨大变化，并且 可以逆转。 Brougton和Wang的实验：用一系列不同极 性的液体浸渍纸页，纸页的强度与液体的极 性成反比，而与液体的表面张力无关
氢键结合理 ■ Brougton和Wang的实验:纸页在水中成型后 分别采用三种方法干燥:正常干燥,冷冻后升 华,用有机溶剂取代水后蒸发。发现后两种处 理后纸页强度都比较低。 ■ Campbel的实验:纸分别用水,甲醇,丙醇 种液体浸渍,强度降低依次减小 ■ Nissan的实验:将纤维表面乙酰化,随着乙酰 化程度的增加,纸页强度降低。 制浆造纸原理与工程
制浆造纸原理与工程 氢键结合理论 Brougton和Wang的实验：纸页在水中成型后， 分别采用三种方法干燥：正常干燥，冷冻后升 华，用有机溶剂取代水后蒸发。发现后两种处 理后纸页强度都比较低。 Campbell的实验：纸分别用水，甲醇，丙醇 三种液体浸渍，强度降低依次减小。 Nissan的实验：将纤维表面乙酰化，随着乙酰 化程度的增加，纸页强度降低
部分溶出理论 在溶液中纤维表面高分子链段部分溶解, 在接触区域相互扩散,在溶剂脱除后粘 结在一起 ■植物纤维表面在水中部分溶解,但不溶 于丙酮或非极性溶剂,所以在水中能形 成强度好的纸页,在丙酮和非极性溶剂 中不能形成强度良好的纸张 醋酸纤维正好相反 制浆造纸原理与工程
制浆造纸原理与工程 部分溶出理论 在溶液中纤维表面高分子链段部分溶解， 在接触区域相互扩散，在溶剂脱除后粘 结在一起。 植物纤维表面在水中部分溶解，但不溶 于丙酮或非极性溶剂，所以在水中能形 成强度好的纸页，在丙酮和非极性溶剂 中不能形成强度良好的纸张。 醋酸纤维正好相反
氏页的固化机理 ■纤维在纸机上沉积成纸页后,随着水分的脱除, 在表面张力的作用下,纤维之间的距离越来越 小,表面张力在纤维之间产生的压强越来越大, 纤维表面的羟基距离小到2.5-35A0以内时, 纤维表面羟基中的氧原子与相邻纤维中的氢原 子形成氢键结合,使纤维之间相互结合,从而 使纸张具有一定的强度 纤维有效结合面积、结合键密度、纤维交织次 数、纸页单位体积结合键数量对纸张的各种性 能有直接的影响。 制浆造纸原理与工程
制浆造纸原理与工程 纸页的固化机理 纤维在纸机上沉积成纸页后，随着水分的脱除， 在表面张力的作用下，纤维之间的距离越来越 小，表面张力在纤维之间产生的压强越来越大， 当纤维表面的羟基距离小到2.5-3.5A0以内时， 纤维表面羟基中的氧原子与相邻纤维中的氢原 子形成氢键结合，使纤维之间相互结合，从而 使纸张具有一定的强度。 纤维有效结合面积、结合键密度、纤维交织次 数、纸页单位体积结合键数量对纸张的各种性 能有直接的影响
纤维尺寸、几何形状对纤维 结合的影响。 纤维可塑性及润涨性对纤维 结合的影响 制浆造纸原理与工程
制浆造纸原理与工程 – 纤维尺寸、几何形状对纤维 结合的影响。 – 纤维可塑性及润涨性对纤维 结合的影响
半纤维素对纤维结合的影响 半纤维素使纤维细胞壁的可塑性更好,纤维表面的结 合更为良好。 半纤维素分子由于分子量低,分子链段更为柔顺,使 得半纤维素和纤维素通过羟基形成氢键结合更为容易。 ■ Aiken实验:在破布浆中添加木糖可显著增加纸张强度, 而添加乙酰化的木糖显著降低纸张强度。 针叶木的半纤维素对于纤维结合的贡献比阔叶木大 ■ Klinstedt发现纸张强度与碱溶半纤维素含量更相关, 而与戊糖含量关系不大 ■半纤维素含量太高也会降低纸张强度 制浆造纸原理与工程
制浆造纸原理与工程 半纤维素对纤维结合的影响 半纤维素使纤维细胞壁的可塑性更好，纤维表面的结 合更为良好。 半纤维素分子由于分子量低，分子链段更为柔顺，使 得半纤维素和纤维素通过羟基形成氢键结合更为容易。 Aiken实验：在破布浆中添加木糖可显著增加纸张强度， 而添加乙酰化的木糖显著降低纸张强度。 针叶木的半纤维素对于纤维结合的贡献比阔叶木大。 Klinstedt发现纸张强度与碱溶半纤维素含量更相关， 而与戊糖含量关系不大。 半纤维素含量太高也会降低纸张强度