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造纸原料各论

造纸原料各论莎草纸是由莎草植物的茎秆制成的。

剥掉外皮,沿长度方向将粘性纤维状内髓切成长约40cm 的薄条。

将薄条并排置于硬表面上,使其边缘轻微重叠。

之后将另一层薄条以合适的角度置于其上。

也可将两层薄条胶合在一起。

湿态下将两层锤合在一起,形成单片状结构(类似于纸页),然后进行干燥与抛光处理。

纸与莎草纸的区别纸与莎草纸的区别在于:纸的生产包括纤维分离、湿纸幅成形和干燥过程。

纸页中的纤维存在氢键结合,使其具有结合力和撕裂强度。

原料是一切工业生产的基础。

造纸原料的基本要求(一)原料质量要好(二)原料资源要丰富、集中(三)原料价格要低廉造纸纤维原料的分类植物纤维原料—Plant/vegetable fibers-木材-Wood--竹材-Bambo -禾草-Grass-韧皮-Bast--籽毛/种毛—Seed hair--叶-Leaf矿物纤维原料-Mineral fibers合成纤维原料-Synthetic fibers动物纤维原料-Animal fibers造纸纤维能够产生交织作用的强韧线状物质,包括天然纤维和人造纤维。

在造纸工业中,动物纤维通常不使用,矿物纤维也鲜有应用。

植物纤维在含水体系中易于被润湿,在干燥过程中可形成氢键结合。

造纸纤维原料中的细胞细胞是所有已知生物的基本结构和功能单元造纸纤维原料中细胞的功能传导细胞、支撑细胞和贮存细胞传导细胞和支撑细胞是按轴向排列的细长细胞对于阔叶木而言,导管为传导细胞,木纤维为支撑细胞对于针叶木而言,管胞兼具传导和支撑双重功能传导细胞和支撑细胞均为死细胞,其胞腔为水和空气所填充贮存细胞包括短且壁薄的薄壁细胞植物纤维原料中的细胞类型管胞-Tracheid薄壁细胞-Parenchyma导管-Vessel木纤维—Fiber表皮细胞—Epidermal cell石细胞—Stone cell阔叶木原料中的细胞导管-Vessels木纤维--Fibers--韧型纤维-Libriform fibers--纤维管胞—Fiber tracheids管胞(有时有)薄壁细胞-Parenchyma--木射线薄壁细胞-Ray parenchyma--纵向薄壁细胞-Longitudinal prenchyma造纸用针叶木原料针叶木:在制浆造纸工业中,针叶木称为软木,阔叶木称为硬木.针叶材主要分布在北半球(北回归线以北),阔叶材主要分布在南半球,但并不绝对。

针叶木是较原始的植物,阔叶木是进化程度较高的植物.针叶木原料中的细胞管胞-Tracheids木射线细胞-Ray cells--木射线薄壁细胞-Ray parenchyma--木射线管胞-- Ray tracheids纵向管胞占针叶木体积的90-95%,纵向管胞(通常称为管胞或纤维),其细胞细长、两端封闭且有具缘纹孔,管胞的平均长度为2-6mm,管胞的长宽比在100左右,管胞的长度和宽度随树种的不同而有所差异.针叶木管胞的主要功能是树木的机械支撑(晚材管胞)和水分的传输(早材管胞)早材管胞壁薄,横截面呈现出类似方型(正方形)的状态,细胞腔大晚材管胞壁厚,横截面呈长方形,细胞腔小,两端尖锐物理结构特征针叶木中主要是管胞,还有少量木射线薄壁细胞、木射线管胞。

这决定了针叶浆具有优良的性能。

针叶纤维中早材(Earlywood or springwood)细胞壁较薄,胞腔大,纹孔多,易变形,成浆后呈扁平带状,成纸强度好。

早材是在生长季前期形成的,早材细胞较大,细胞壁较薄晚材是在生长季后期形成的。

晚材细胞较小,细胞壁较厚木射线是由短细胞构成的带状结构,在木质结构中呈径向延伸状。

木射线的功能是储存营养物质以及沿树木水平方向传输营养物质.水分在管胞间的传输:管胞间水分的传输包括横向传输和纵向传输,是通过具缘纹孔来实现的。

水分在管胞与木射线细胞间的传输:水分也可以由管胞向木射线细胞传输。

每个管胞均与一个或多大木射线相邻。

交叉场纹孔鉴别针叶木纤维的最主要依据针叶木管胞按一定的间隔与木射线细胞相交,这些相交的部位称为交叉场。

在这里,木射线细胞的纹孔与管胞的纹孔相连,这些纹孔称为交叉场纹孔。

与其他部位的纹孔不同,交叉场纹孔随树种的不同具有不同的形状和大小,是鉴别针叶木纤维的主要依据交叉场纹孔的尺寸、形状和排列状态随树种的不同而不同.交叉场纹孔是纸浆中针叶木鉴别的最主要特征树脂道是针叶木细胞间的通道,是由相邻细胞的分离形成的.相邻细胞的分离出现在木质结构形成的早期,与孔隙(树脂道)相邻的细胞逐渐演变为泌脂细胞。

泌脂细胞是排列形成树脂道的活的薄壁细胞,早材和晚材中均有,其功能是向树脂道分泌树脂.树脂道可沿纵向或径向分布。

沿径向分布的树脂道位于木射线.树脂道是类似管状的细胞间区域,沿纵向和水平方向传输树脂.树脂道在活的针叶树中具有树脂传输通道的作用。

树脂可对针叶树起到防护作用。

纹孔是细胞壁的凹进处。

细胞间通过纹孔实现液体的横向传输.木材中的所有细胞均通过纹孔与相邻的细胞关联.在化学制浆过程中,蒸煮药液通过纹孔向针叶木木片中渗透。

化学组成特征在各种造纸原料中,针叶材纤维素含量仅次于棉、麻,是较高的;半纤维素较少;木素含量是最高的;还有较多的苯醇抽出物。

纤维素主要分布在细胞壁的次生壁中层,密度大,含量也高;半纤维素也主要分布在次生壁中,以外层和外层与中层交界处密度最大,内层也较大;木素在复合胞间层(M+P)中密度最大,但主要分布于次生壁中。

红松用途:建造房屋,制作家具、铁路枕木等。

造纸工业的良好原料,生产漂白浆、人纤浆以制造高级纸张或人造纤维,生产本色浆以制造纸袋纸等强韧包装纸类。

纤维特征:纤维细胞壁薄,易成扁平带状。

早材管胞壁上有具缘纹孔和交叉场纹孔。

木射线管胞内壁平滑。

纸浆中晚材纤维含量很低,是目前已知的针叶木浆中晚材纤维含量最低的品种,故成纸纤维结合力较强。

鱼鳞云杉形态:常绿高大乔木,高可达40m左右。

树干挺直,树皮褐色为鳞甲状,颇似马尾松木材色白皙,较松软,树干直而高大,纹理顺达。

容重0.38T/m³。

用途:与红松基本相同。

特别适于制造人纤浆和纸用浆。

纤维特征:纤维细胞形态适于造纸,木射线细胞较少,木射线管胞内壁平滑。

臭冷杉用途:建筑及器具制造。

是上等的造纸原料,与红松、鱼鳞云杉应用范围相同。

纤维特征:纤维细胞形态细长、扁平,具有交叉场纹孔沙松形态:常绿高大乔木,基干挺直,高达30-50m,胸围可达4m。

材质较松软,色白皙,微有松脂气味,纹理直。

晚材率较低,约占年轮宽度的1/5-1/2。

用途:可用于建筑、包装、乐器制作等方面。

经防腐处理可做电线杆、坑木等。

是生产纸用浆和人纤浆的良好原料。

纤维形态:与其它冷杉属纤维基本相同形态:落叶高大乔木,高可达40m以上,树干挺直,胸围可达3-4m。

树皮厚而富含单宁。

材质坚实,色深,耐腐性强,容重0.5T/m³。

用途:可用作枕木、坑木及建筑用材。

造纸工业用来生产化学浆纤维特征:纤维细长,细胞壁厚,打浆时不易帚化,成纸撕裂度高,但纤维结合强度较低。

晚材比例较大,壁上纹孔稀少,壁厚,直径较小。

马尾松形态:常绿高大乔木,可高达20-30m,粗可达2m左右。

叶为针状,两针一束,长约12-20cm 束束丛生,远望若马尾故得名。

树皮鳞状片。

生长迅速,15-20年即可成林,耐干旱瘠薄土壤,但不耐盐碱土。

木材纹理直,粗软有弹性。

树脂含量高。

白度较低,易受蓝变菌感染变蓝,使白度降低。

用途:可作建筑、枕木、矿柱等用。

可供采脂。

南方造纸主要材料。

纤维特征:早材纤维较宽,壁上纹孔较多,晚材相反,壁上有明显横节,胞腔较小,纹孔较少。

木射线管胞内多呈锯齿状。

由于纤维壁较厚,微纤维绕角较大,不适于高粘状打浆。

造纸用阔叶木原料与针叶树不同,阔叶树是树叶宽阔的一类树种。

针叶树的树叶细长且似针状。

热带地区的树种通常为阔叶材。

阔叶材的生长速度较针叶材快,但其纤维相对较短。

大多数阔叶树属落叶树种,如白桦、榆树、橡树和枫树。

然而,有些阔叶树属常绿树种,如杨梅树和槲树。

实际上,造纸工业所使用的仅是阔叶材中的材质较松软的品种,如杨木、桉木、桦木、榉木、相思木等。

用于制浆的阔叶材种类很多。

尤其对于热带和亚热带国家而言,其针叶材资源很有限,阔叶材的应用较多。

与针叶材相比,阔叶材在结构上更为高级和复杂。

对于针叶材而言,其机械支撑及营养物质的传输均由一种细胞——管胞完成。

随着由针叶材向阔叶材的进化,由管胞演变出两种特殊类型的细胞:导管细胞(用于营养物质的传输)和木纤维(用于木材的机械支撑)。

由管胞向导管细胞/导管分子和韧型纤维的演变管胞——环管状管胞——维管(状)管胞——导管细胞——纤维管胞——韧型纤维阔叶木的主要细胞导管细胞/分子-Vessel elements木纤维-Fibers--韧型木纤维(Libriform fibers)--纤维管胞(Fiber Tracheids)管胞(Tracheids)(有时有,有时没有)薄壁细胞-Parenchyma导管导管由导管细胞组成。

若干个导管细胞端口依次相连,形成沿树干方向纵向排列的管状结构,可达几米长。

与针叶材相比,导管的存在使阔叶材中水分的传输更容易些。

与针叶木管胞相似,阔叶木导管细胞是一种死细胞,管内含有水和空气。

导管上有纹孔。

对于活的阔叶树而言,导管在树干中起“传输通道”的作用,实现树液的传输。

导管细胞是阔叶材中尺寸最大的一类细胞,易于分辨。

在阔叶木的横切面上,导管呈现孔洞状。

因此,阔叶木被称为有孔材。

在一个年轮中,导管(孔)的尺寸及其分布与树种密切相关。

温带阔叶木可分为三大类:散孔材、环孔材和半环孔材。

在温带区域,环孔材较为常见。

在热带区域,散孔材较为常见。

除环孔材和散孔材外,阔叶材中也有半环孔材(或半散孔材。

散孔材导管在一个年轮中分布较均匀,导管尺寸较均一。

在环孔材中,早材导管的尺寸远大于晚材导管。

在半环孔材(或半散孔材)中,早材导管尺寸稍大于晚材导管,或其数量较多。

导管在制浆过程中的变化在制浆过程中,构成导管的导管细胞/分子发生分离,在纸浆中以导管细胞的形式存在,这种导管细胞也称为导管单元或导管碎片。

导管细胞的存在是阔叶木纸浆区别于针叶木纸浆的最显著特征/差异。

在化学制浆过程中,蒸煮药液主要通过导管向阔叶木木片内部渗透。

侵填体或填充体在一些阔叶材中,其导管可部分或全部为气泡状内容物所填充。

这种填充物称为侵填体(Tylosis),也称为填充体。

侵填体是与导管相邻的木射线薄壁细胞或纵向薄壁细胞贯穿纹孔对进入导管腔内的增生物。

由木射线细胞向侵填体的转化(橡木的横切面)显然,侵填体的形成是由导管中水分的缺失引起的。

含有侵填体的木材具有很好的抗液性能(液体有时不易透过木材)。

此类木材是极好的制桶材料。

阔叶木中的管胞维管状管胞和环管状管胞是较小的纤维状细胞,此类细胞在阔叶木中与导管共存,并相互联系在一起,主要起到水分的传输作用。

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