1.現代造紙的原料有哪些?
答:現代造紙的原料有植物纖維(木材、竹、草類等),礦物纖維(石棉、玻璃絲等),其他纖維(尼龍,金屬絲等),還有用石油裂解得到的高分子材料。目前用於書寫、印刷、包裝的紙仍主要以植物纖維為主要原料製成。
2.造紙植物纖維原料的種類有哪些?
答:目前造紙工業用植物纖維原料主要可分為兩類:
木材纖維原料:直接從樹木中獲得的植物纖維。
非木材纖維原料:又分草類纖維原料、韌皮纖維材料和籽毛纖維材料。
3.紙張常用輔料的組成及作用是什麼?
答:輔料是指為滿足紙張的不同使用性能而添加到紙張中的各種助劑。輔料由填料、膠料、色料和其他化學助劑組成。
填料能改進紙張的平滑度和不透明度;膠料能使紙張具有抗水性能;色料能增加紙張的白度等;染料能給紙張上色;其他化學助劑可改變紙張的性質,以提供紙張某些特殊用途。
4.膠料的作用是什麼?
答:用植物纖維生產的紙張,因纖維本身和纖維間存在大量的毛細孔,而且構成纖維的纖維素、半纖維素含有大量親水的羥基,所以能吸收水或其他液體。為使紙張不被水或其他液體浸潤,需在紙中加入具有抗液性膠體物質或成膜物質,即膠料,給予紙張抗液體滲透和擴散的性能。在造紙工業中施加膠料的工藝過程稱為施膠。
5.施膠有哪些方法?
答:根據施膠效果的不同,施膠方法分為內部施膠和表面施膠兩種。內部施膠是將膠料加入紙漿中,再抄成具有憎液性的紙和紙板。常用膠料有松香膠料和合成膠料。表面施膠是在紙張表面塗上一層薄的膠料,從而使紙張具有憎液性能。常用膠料有澱粉、動物膠、及合成膠料等。表面施膠主要用於膠版紙、書寫紙和有憎液性要求的包裝紙和紙板。
6.表面施膠對印刷紙性能的影響有哪些?
答:①增加紙張的抗水能力及表面強度,可減少膠印中紙張的掉毛現象;②改進印刷適性,若表面膠料太少,印刷中紙張將吸收油墨中過多的連結料,造成印跡無光澤。相反,若表面膠料太多,將減慢油墨的乾燥速率,導致蹭髒和光亮汙點;③增加紙張的可擦性,表面施膠可減少油墨的滲透,因而易於把油墨擦掉,增加了紙面的抗磨擦能力;④增加紙張的強度,如耐破度、耐折度和抗張強度;⑤減少紙張的兩面差和變形。
7.填料的作用是什麼?
答:填料是為了使紙張獲得特定性能,如白度、不透明度、平滑度等,同時,填料的加入使紙張內部空隙變小變細,從而增加紙張的油墨吸收性,並且使得吸墨性變勻。通常加入漿料中的不溶於水或微溶於水的礦物質,在印刷紙中含量約為10%-25%,不同的紙張添加量不同,並且可能相差很大
8.印刷用紙填料應具有哪些特性?
答:印刷用紙的填料應具有高白度、高折射率、顆粒細小、水溶能力低、較低的密度及良好的化學穩定性,另外,最好資源豐富,價格低廉。
9.印刷用紙的常用填料有哪些?
答:最常用的無機填料有滑石粉、白土、鈦白粉和碳酸鈣。其中鈦白粉是昂貴優質的填料;有機合成填料為一些高分子物質。
10.填料對印刷紙張性能的影響有哪些?
答:印刷用紙加入填料可改進紙張的印刷適性,如增加紙張的白度、平滑度、不透明度、挺度。改善紙張對油墨的親合力、柔軟度和穩定性,從而有助於印刷品質量的提高。當然紙張中加入填料量太高也帶來一些不良的影響,主要表現為紙張強度的降低和施膠效果的下降,在印刷中易發生掉粉、掉毛現象,填料粒子傳遞到印版和橡皮布上會產生糊版等現象;由於填料有摩擦作用,還會磨損印版,但是用沉澱碳酸鈣(PCC)加填則可以使磨損印版降低到最低程度(金東目前採用)。
11.什麼是紙張的不透明度?
答:不透明度是指紙張不透光的性質,紙張的不透明度取決於紙張的光散射能力、紙張內部光散射界面的多少(即內部獨立粒子的數量)和散射界面折射率差異的大小。光散射界面越多,散射界面間折射率差異越大,則紙張的光散射能力越大,不透明度越高。
12.填料如何影響紙張的不透明度?
答:沒有加填料的紙張是由纖維和空氣組成。空氣存在於纖維間的孔隙中,由於纖維與空氣的折射率不同,因此當光束照射到紙張表面時,即有部分光在纖維與空氣界面上發生散射,賦予紙張一定(較低)的不透明度,反映到印刷中,主要表現為極易透印。在紙張中加入折射率大於纖維素的填料後,增加了紙張內部光散射界面的數量,即存在纖維與空氣間、填料與纖維間以及填料與空氣間三類不同的界面,在這三種界面中,填料與空氣間折射率的差值較大。因此光線在填料與空氣界面上得到最大散射,導致不透明度增加。
13.填料如何改善紙張表面平滑度?
答:纖維相互交織而形成的網絡總是存在大量的孔隙和表面凹凸不平處,加入細小顆粒填料後能改進紙張的柔軟性和可塑性,能進行更好壓光處理,從而可改進壓光後紙張的平滑度。
14.填料對紙張強度的影響如何?
答:纖維間的結合是紙張強度的基礎,填料的加入減少了纖維間的結合,所以加入大量填料會使紙張強度顯著下降。其中抗張強度、耐折度和耐破度下降較大,撕裂度下降較小,使用填料的用量有一定限制。
15.填料如何影響紙張的松厚度?
答:紙張纖維的密度為1g/cm3左右,而填料的密度大多在2.5-3.0g/cm3。因此填料的加入將會降低紙張的松厚度。但當加入的填料量較少時,松厚度隨填料量增加而增加,短纖維的紙張尤為明顯。
16.填料如何影響紙張的挺度?
答:紙張的挺度是紙張厚度和彈性模量的函數。填料對挺度的影響應將填料對松厚度和抗張強度的影響綜合起來考慮。當加填料量小時,填料的加入基本不影響紙張的挺度,當加填料量再增加時,挺度則隨填料量增加而顯著減小。
17.色料在紙張中的作用是什麼?
答:即使是經過漂白處理的紙漿纖維也是略呈黃色或灰白,這是由於紙漿纖維中所含木素傾向於吸收波長在400-500nm的紫色和藍色光所致,紙漿中木素含量愈多,其色澤也就愈深。因此要使紙張具有更高的白度,常在漂白漿中加入藍紫色或紅藍色染料。生產有色紙還必須進行染色處理。
18.色料的成分有哪些?
答:色料是用於紙張染色和調色的顏料和染料。顏料大多是無機物,多數不溶於水;染料有天然染料和合成染料之分,目前合成染料已完全取代天然染料,染料大部分能溶於水,或經化學處理後能溶於水。
19.紙張輔料中的其他化學助劑及作用?
答:為適應紙張某些特殊用途的需要,常在紙漿或紙中摻用各種類型的非纖維性添加劑。按其用途劃分,大致可分為如下幾類:
①溼強劑。溼強劑是為增加紙頁的溼強度而加入的助劑,如脲醛樹脂和酚醛樹脂等。
②幹強劑。如陽離子澱粉,聚丙烯醯胺等。
③助留劑。為減少造紙過程中填料和細小纖維的流失而加入的助劑,如聚丙烯胺、聚氧化乙烯和聚乙烯亞胺等。
④消泡劑。用於消除造紙過程中的泡沫。如矽油、松節油、十三醇、磷酸三丁酯、戊醇和辛醇等。
⑤抗水劑。主要用於對抗水能力有較高要求的紙中。如石蠟、金屬皂、乙二醛、三聚氰胺甲醒樹脂和丙烯酸二甲胺基乙脂等。
20.紙張如何進行簡單分類?
答:紙張通常依用途可以分為文化用紙、工業用紙、生活用紙和特殊用紙,其中文化用紙可以簡單地分為非塗布紙和塗布紙。未經塗布加工的紙張稱之為非塗布紙,如新聞紙、膠版紙、靜電複印紙和書寫紙等;經塗布加工的紙張稱之為塗布紙,如銅版紙、掛曆紙、亞光紙、玻璃卡紙等。
造紙術是我國古代四大發明之一,對世界文明的進步做出了巨大貢獻。從東漢發明家蔡倫總結前人的經驗,用樹皮、麻屑、碎布、破漁網等原料製成「蔡侯紙」開始,到東晉人張茂用竹子造紙,再到19世紀末,以木材為原料的機器造紙業迅速發展,造紙的原料一直離不開植物纖維,且生產過程中需要大量用水。據有關部門統計,目前我國造紙企業每生產一噸新聞紙,大約需要3.1立方米木材、相當於17棵成年的大樹,並要消耗100立方米的水。而我國人口眾多,森林和水資源都非常有限,國土的森林覆蓋率僅為16%,低於28%的世界平均水平,人均佔有水量只有世界平均水平的15%。由於水資源和森林資源短缺,滿足不了造紙業的需求,每年我國都要進口大量的紙、紙漿和紙製品,原料短缺成為我國造紙業發展的瓶頸,制約了經濟社會的可持續發展。造紙業尋求新原料、新工藝的任務迫在眉睫。在此形勢下,經過科技人員的不斷探索、多方試驗,石頭造紙技術應運而生。
石頭紙是以碳酸鈣為主要成分的石灰石、方解石等為主料,經過粉碎、造粒,加以高分子材料(樹脂)和多種無機物為輔料,經攪拌混勻,在高溫高壓的條件下軋成紙膜。用這種方法不僅可以生產書寫紙,經過塗布、印刷還可製成圖案各異的壁紙和各種包裝用紙。有關專家指出,用石頭造紙符合國家節能、環保及資源綜合利用的政策要求,是部分替代傳統造紙的新型產業。石頭紙的主要成分是碳酸鈣和矽酸鈣,因此具有安全、環保、無毒、防水、防潮、防油汙、防蟲蛀、耐撕、耐磨,可控制降解和價格實惠等優點。其原料石灰石、方解石等在我國廣泛存在,且可以回收再生。用石頭紙及衍生產品替代傳統紙張,每噸產品平均可替代1.6立方米的木材,充分體現了資源利用、健康環保、節約替代、循環經濟等一系列的先進理念。
在位於本市薊縣開發區的一家石頭造紙公司,記者首先看到了印有全國人大曆次會議簡介的石頭書寫紙,該紙看上去與普通紙無異,摸上去的手感像小學生用的圖畫紙,但略顯厚重。據該公司負責人介紹,自2010年起,全國人大和全國政協「兩會」已連續三年選用該公司的石頭紙作為會議用紙。據有關專家介紹,如果用傳統方法生產書寫紙,每生產一噸紙不僅要消耗大量的木材,而且要消耗淡水近200噸,耗電600千瓦時。並排放大量的廢水和上百種已確定的有害廢氣,有些設備落後的小廠排放物中包括二惡英、哥羅芳和大量的有機氯化物。二惡英、哥羅芳是致癌物質,有機氯化物可破壞臭氧層的結構,損害其過濾太陽紫外線的功能,這些都對人類環境造成了極大地傷害。這一現象引起了國家的高度重視,近年來已有上千家汙染嚴重的造紙企業被關閉或停產改造。
除書寫紙外,以石頭為原料製造的還有紙質環保包裝材料,分為工業包裝和生活包裝兩大系列,其中工業包裝材料有家電和工業儀器設備等的防塵罩和保護罩,生活包裝材料有各種包裝袋、購物袋、垃圾袋以及連卷袋等產品。該類產品由於填充了大量的碳酸鈣,具有十分強的社會價值和市場優勢。社會價值在於:1.產品具備光降解、氧化降解和生物降解等功能,經國家質檢中心檢測完全達到或超過國家降解標準要求。長期使用可從根本上解決嚴重危害地球環境的「白色汙染」問題,推進國務院「禁塑令」的有效實施,同時解決了塑料包裝、日用化工用品、家電產品等因為使用不可降解塑料包裝物造成的出口歐盟需要繳納環境處理費的問題。2.產品65%至85%原料採用了碳酸鈣,每使用一噸環保包裝材料,可節省有限的不可再生石油資源2.3噸。市場優勢在於:消費者在使用時不但承擔了社會環保責任,更重要的是讓消費者節省15%至30%的使用成本。因此該產品具有價格低、環保、可回收再利用、節省大量不可再生的石油資源等優勢。3.目前高填充可降解包裝材料已在全國部分國際國內知名連鎖商超廣泛推廣使用。該類產品由於填充了大量的碳酸鈣,具備光降解、氧化降解和生物降解功能,經國家質檢中心檢測完全達到國家降解標準要求。長期使用可從根本上解決嚴重危害環境的「白色汙染」問題,推進國務院「禁塑令」的有效實施,同時解決了我國產品因使用不可降解塑料包裝,出口歐盟國家需繳納環境處理費的問題。目前已在美的、格力、海爾、長虹等著名企業集團和麥德龍、華聯等大型超市得到推廣使用,取得了良好的社會效益和市場優勢。
另一種石頭紙產品是石頭壁紙,目前我國壁紙的年銷售量為5.3億平方米,主要有全紙壁紙、無紡壁紙、織物壁紙、天然材料壁紙和PVC塑料壁紙,其中全紙壁紙和無紡壁紙是採用植物纖維紙為基材通過表面複合、塗布、印刷和壓花等工藝完成,由於其基材全部採用優質木漿和少量的棉麻等天然植物纖維製成,所以價格很貴,普通老百姓只能望紙興嘆,因此銷量只佔壁紙市場銷量的4%左右;天然材料壁紙則以無紡紙為基材,將棉、麻、絲、竹、草等各種天然材料複合在無紡紙上再經印刷、列印或手刻成圖案,這種壁紙因摻雜著手工製作成分,所以價格比無紡壁紙還高,因此只佔壁紙市場的1%左右。其餘95%均為PVC壁紙,而PVC壁紙在生產過程中要添加大量的增塑劑、重金屬穩定劑和其他助劑,這些助劑都有慢性析出現象,人們長期接觸會對生殖系統、內分泌系統和神經系統造成不同程度的傷害,甚至孕婦腹中的胎兒也不能倖免。而石頭壁紙因採用了特殊結構的硅藻土和粉煤灰,替代了植物纖維和PVC塑料,不僅無毒且具備了吸附甲醛、苯以及其他有害物質的功能。並給人類生產、生活中大量產生的粉煤灰找到了充分利用的廣闊前景。
在該公司的生產線旁,記者見工人將石粉顆粒加進設備,在生產線的另一端,圖案新穎的石頭壁紙便從軋滾下源源而出。由於生產線是密封 的,整個生產過程中聽不到什麼噪音,也沒有刺鼻的氣味產生。據介紹,石頭壁紙在高溫高壓的條件下生成,整個生產過程無需像以木漿、草漿等為原料造紙那樣需要洗漿、漂漿,不排放強酸強鹼及廢水,單位能耗僅為傳統造紙工藝的三分之二,因此對提升和擴大無機粉體天然裝修材料的應用價值和應用範圍,進一步開發新型造紙技術都具有重要的指導意義和實用價值。
以石頭等為原料的新型環保造紙產業具有資金技術密集、規模效益顯著的特點,其產業關聯度強,市場容量大,是拉動文化教育、新聞、出版、印刷、包裝、機械製造以及民生消費等產業發展的重要力量。