制浆造纸技术分析

制浆造纸技术分析

范道豹 李银菊 杨文君

濮阳龙丰纸业有限公司 河南濮阳 457000

摘要：随着人类科技的不断发展，造纸技术也在不断变革，纸的质量越来越高，功能也越来越多。本文从制浆的方法、纸张的制造过程以及制浆造纸等关键控制步骤几个方面来分析制浆造纸技术，以期对相关人员和造纸工艺的改进与提升提供参考。

关键词：制浆造纸技术；制浆；生产

0引言

造纸术是我国的四大发明之一，造纸术的发明让人类文明的传播和传承进入了一个全新的时代，让文字的载体从沉重的竹简变为轻巧且便于携带的纸张。造纸原料由韧皮纤维扩大到草类，再发展为木材，进入21世纪以后木材制浆造纸发展很快，纸和纸板总产量已超过4亿吨。造纸的过程和步骤是冗长且繁琐的，作为造纸技术的第一步，制浆对纸张成型的质量有很大的影响，所以若想获得高质量的纸张，必须要提高制浆的工艺质量。在造纸术产生后的近千年里，由于技术水平有限，多采用机械制浆，而近些年随着科技的发展，化学制浆的应用越来越广泛，大大提高了制浆的效率和纸浆的质量。

1造纸原料

造纸的主要原材料是植物纤维，即木材，由大约50％的纤维素，30％的木质素以及20％的半纤维素碳水化合物和少量芳香族化合物组成。制浆过程旨在去除木质素而不降低纤维强度，从而释放纤维并去除引起纸张变色和将来可能崩解的杂质。半纤维素在造纸中的纤维间粘合中起重要作用。它的成分和功能类似于纤维素。木材中含有几种提取物，例如蜡、油性树脂，但它们对木材的强度特性没有帮助，这些也可以在制浆过程中去除。为了获得可用于造纸的纤维素，必须将木材或植物材料制浆以分离纤维并除去杂质。纸浆中的纤维素含量越高、纤维越长，纸张的强度、吸收性、柔软度就越好。与针叶木相比，阔叶木通常含有更多比例的纤维素，但纤维长度较短，而针叶木抄造的纸张则更具印刷适性。有些纸中使用碎布、亚麻、棉短绒及甘蔗渣。这些原料中纤维较长，能提高纸张的强度。有些纸中也使用某些合成材料，如醋酸纤维素和人造丝，使用这些原料可赋予纸张特殊的品质。废纸也被回收利用，经过提纯和有时脱墨后，通常将其与一次纤维混合并再次制成纸，既节约能源又解决原料短缺问题。

2制浆方法

通常来说，制浆包括机械制浆、化学制浆和二者混合的半化学制浆等三种方法。制浆一般是指将木材制成造纸所需的纸浆，利用特殊方法（一般指用机械方式、化学方式或者两种方式混合使用）将从树木等植物中提取的纤维原料制成本色纸浆或进行进一步的漂白。

2.1机械法制浆

2.1.1磨木浆

这是制浆的最基本形式，仅涉及剥去树皮的原木或木屑以分离纤维。磨木浆的质量很低，因为纤维被磨碎而仍然被木质素包围。这意味着生产的纸产品强度较弱，纸张变黄的速度更快。机械浆主要用于生产新闻纸，它们几乎不需要撕裂强度。虽然每吨木材的纸浆产量远高于化学制浆，耗水量约为化学制浆厂所需水量的三分之一，但所需的能量大约是化学工艺所需能量的两倍。

2.1.2热磨机械浆（TMP）／化学热磨机械浆（CTMP）

热磨工艺广泛用于机械制浆中，其目的是通过对木材原料进行预软化来减少能耗。在化学热机械制浆工艺中，首先用硫基化学物质浸渍木片，然后在蒸汽软化之前从纤维中提取一些树脂和木质素。两种方法都能够提高纸浆的强度，最终可用于更高品质的纸张用途。

2.2化学法制浆

2.2.1硫酸盐浆

硫酸盐法制浆是世界上最主要的纸浆生产方法，原因有两个，一是由于其多功能性，二是它能生产出高强度、长纤维、极低木质素含量的纸浆。这种工艺能够适应任何树种，包容性较强，但是主要的木材来源还是针叶木片。实际上，由于工厂会散发硫磺气味，世界上一些人口稠密的地区禁止使用硫酸盐法制浆。该生产过程涉及将木片在含氢氧化钠和硫化钠的蒸煮液中煮沸，将木质素和木质树脂与纤维素分离，然后将其洗涤并在必要时进行漂白。大多数硫酸盐浆厂都采用闭环系统生产，由此可回收和再利用98％的化学品。这意味着与其他工艺相比，生产大量纸浆只需要少量的化学品。硫酸盐法制浆也有一些弊端。其一是得率相比机械制浆低，另一个缺点是其颜色较深，如果要生产要求白度的纸张，则需要进行进一步漂白。

2.2.2亚硫酸盐浆

与硫酸盐浆相比，亚硫酸盐法制浆所生产出的纸浆纸质较硬，颜色较浅，因此只需要少量的漂白即可。其最终的用途主要是薄页纸产品。一般来说，亚硫酸盐法制浆的化学回收率不如硫酸盐法制浆高，尽管就能源使用而言，纸浆产量大致相当，亚硫酸盐法制浆略有优势。但是，两种化学制浆方法的用水量都相当大。

3漂白

众所周知，木素以及抽出物是纸浆颜色较深的原因，漂白的目的就是加入化学药剂来提高纸浆的白度。迄今为止，从生态环境方面的角度来说，造纸生产过程中的漂白部分是最具争议的。

3.1过氧化氢漂白

木质素含量高的机械浆通常使用过氧化氢来“增白”。原理是通过改变木质素的化学结构，使其颜色变浅，但木质素仍存在于纸浆中。虽然这个方法需要耗费很高的能量，而且价格昂贵，但是过氧化氢对生态环境是无害的。

3.2氯漂白

常规对纸浆进行脱木质素处理，以除去制浆后剩余的5％的木质素。传统上一直是先使用氯气，然后再用二氧化氯或次氯酸盐处理，目的是进一步使纸浆变白。然而，漂白一吨纸浆大概需要50～80kg的元素氯，其中，大约有10％的氯会与有机分子结合，形成工业废水中的有机氯。机械浆漂白与化学浆漂白不同，机械浆的漂白旨在最大程度地减少木质素的去除，这会降低纤维的得率。用于漂白机械浆的化学品选择性地破坏了着色杂质，但保留了木质素和纤维素材料的完整性。

4生物技术

生物技术用于制浆具有诱人的发展潜力，但目前基本上尚处于探索阶段，能用作辅助工艺的也很有限。自然界有些真菌或细菌能分泌出某种具有选择性，能主要作用于分解木素、半纤维素或纤维素的酶质，如果人们能培养这类菌种取得足够的木素分解酶，就可以不用化学品，并在常温常压下分解纤维原料中的木素而成浆，且不产生必须处理的污染物，这将带来制浆技术的革命性进展。但目前这—研究工作，尚处于探索菌种选择、培育酶的活性测定与提高等基础性工作。大量活性木素酶的取得不易，酶的反应时间过长，都是其能进人工业化应用的难点。预计短时间难于突破，但对于这一生物技术在制浆工艺方面的可能发展前景，很值得持续投入一定的科研力量。生物技术在制浆造纸技术中利用不同类型的酶，如木糖酶、脂肪酶等作为辅助性工艺应用于制浆原料及漂白工序预处理，废纸处理，树脂障碍处理均有不少研究，也有不少成果，并已有专门的酶制剂厂为造纸工业提供可供选择试验用的酶制剂，迄今作用比较显著能获得造纸工业较普遍重视的，已有供废纸脱墨酶及控带4树脂障碍的酶制剂。利用微生物进行好氧及厌氧生化处理制浆造纸企业排放的有机废水，以降低废水中生物及化学耗氧量，则是在国内外均认为比较经济有效，并得到较广泛采用的生物技术。

5结束语

各种制浆造纸分析技术作为重要的实验研究分析手段，发展非常迅速。应当指出的是，在实验数据分析中，各种分析技术已不是单一技术的使用，而是多项测试手段的综合。每一项分析技术都有其专长，也有其局限性，因此选择多种方法，以求获得信息的互补是很重要的。先进的分析技术在制浆造纸科学研究工作中的不断应用，必将推动制浆造纸工业研究的不断发展。

参考文献

[1]刘慧.现代分析技术在制浆造纸研究中的应用[J].民营科技,2014(02):27.

[2]曹春昱,樊永明. 制浆造纸科学技术学科发展现状与展望[A]. 中国造纸学会.2010-2011制浆造纸科学技术学科发展报告[C].中国造纸学会:中国造纸学会,2010:38.

[3]李宗任,陈小泉.现代测试技术在制浆造纸中的应用[J].湖南造纸,2008(02):31-33+39.