造纸植物纤维原料的分类:
造纸工业使用的原料主体是植物纤维,其他的纤维如矿物纤维,合成纤维,金属纤维等占的比重很小。
从理论上说,所有的脉管植物都可以生产出纸浆及纸,但不一定都有其经济意义。
制浆造纸工业用植物纤维原料品种繁多,大体可分为下列两种:
木材纤维原料
⑴、针叶材:裸子植物的绝大部分是针叶常绿的,故称为针叶木,商业上称为软木。如云杉、冷杉、铁杉、落叶松、红松、马尾松、火炬松、湿地松、臭松、柏木等
⑵、阔叶材:被子植物的木本植物是阔叶的,称为阔叶材,商业上称为硬木,如白杨、意大利杨、欧美黑杨、三倍体毛白杨、桦木、枫木、桉木、槭木、榕木等。
非木材纤维原料
竹 类:如毛竹、慈竹、白夹竹、南竹、小杂竹等;
⑵、禾草类:如稻草、麦草、芦苇、甘蔗渣、高粱秆、玉米秆、棉秆等;
⑶、韧皮类:如亚麻、黄麻、大麻、棉秆皮、桑皮、构皮、檀皮等;
⑷、籽毛类:如棉花、棉短绒。
上述原料中,木材纤维原料,尤其针叶木是造纸的优良原料,目前澳门正规赌博官方网址国应用最多的是马尾松、火炬松、湿地松。杨木、桦木等阔叶木也早已用于造纸、澳门正规赌博官方网址国木材资源较为紧缺,而禾本科植物原料来源丰富,因此在制浆原料中禾本科植物占的比重较大。
植物纤维原料化学组成
植物通过光合作用形成细胞壁物质,在这一过程中,植物由碳、氢、氧等元素组成一系列的有机物质,如纤维素、半纤维素、木素等三种高分子聚合物,而且含量很高,占纤维原料的大多数。此外还含有少量的单宁、果胶质、树脂、脂肪、蜡、配糖物以及不可皂化物等等。这些物质按其物理、化学性质是很不同的,树木中不同部位的元素组成变动不大,但不同植物原料的化学组成却有很大差别。
纤维素
纤维素是不溶于水的均一聚糖。它是由D-葡萄糖基构成的链状高分子化合物。纤维素大分子中的D-葡萄糖基之间按照纤维素二糖连接的方式联结。
纤维素具有特性的x射线图。高等植物的次生壁约含50%纤维素,某些绿色海藻类厚壁含多于80%纤维素,棉花的次生壁几乎全都是纤维素。
组成每一纤维大分子的葡萄糖基数目称为纤维素的聚合度。棉花初生壁纤维素的聚合度为2000~6000,次生壁平均为1400,与木材、麻类的相同。草类的纤维素平均聚合度则稍微低些,但用木材所制化学纸浆,由于蒸煮与漂白过程中纤维素的降解,其聚合度降低至1000左右。
半纤维素
半纤维素是除纤维素和果胶以外的全部碳水化合物(按惯例,少量的果胶质与淀粉除外),也称为非纤维素碳水化合物。
与纤维素不同,半纤维素是由两种或两种以上单糖基组成的不均一聚糖,大多带有短的侧链。
各种植物纤维原料的半纤维素含量、组成结构均不相同,同一种植物原料的半纤维素一般也会有多种结构,因此,半纤维素是非纤维素碳水化合物这样一群物质的总称。
在生产造纸用化学浆时,半纤维素是应当尽量多保留的成分,这不仅可提高制浆得率,而且对纸浆的打浆性能及成纸性能有良好的影响。但在生产纤维素衍生物用的化学浆时,半纤维素应尽量除去,以免影响纤维素的化学加工。
木素
木素是由苯基丙烷结构单元通过碳-碳键和醚键连接而成的具有三度空间结构的高分子聚合物,针叶木的木素与阔叶木中的木素其化学结构是不相同的,草类原料中的木素与木材木素也有所不同。
各种植物之间甚至在同一细胞的不同壁层之间,木素的结构也有很大的差异。因此,木素一词不是代表单一的物质,而是代表植物中某些共同性质的一群物质。
木素存在于植物的木化组织之中,维管植物细胞壁中含有存在木素量的大部分,而细胞间层物质的大多数则是木素,使纤维相互粘合而固结。
要分离纤维,就必须溶解木素,这就是化学制浆的实质。按照被保留在纸浆中木素的含量,可以将纸浆区分为软浆和硬浆。软浆木素含量在2%左右,硬浆木素含量约为8%,半化学浆木素含量高达15%,纸浆的漂白是在尽可能少损伤纤维素和半纤维素的情况下进一步除去残留在纸浆中的木素。
与碳水化合物组分有关的名词含义
1)综纤维素
综纤维素是指植物纤维原料中的全部碳水化合物,即纤维素与半纤维素之总和,故又称为全纤维素。
2)化学浆的α-纤维素、β-纤维素、γ-纤维素、工业半纤维素
用17.5%氢氧化钠(或24%KOH)溶液在20℃下处理综纤维素或漂白化学浆45分钟,非纤维素的碳水化合物大部分被溶出,留下的纤维素与抗碱的非纤维素碳水化合物,分别称为综纤维素的α-纤维素或化学浆的α-纤维素。
用漂白化学木浆时,在上述处理中所得溶解部分,用醋酸中和沉淀出来的那部分,称为β-纤维素;不沉淀的部分称为γ-纤维素。
在漂白化学浆中,α-纤维素包括纤维素和抗碱的半纤维素。β-纤维素为高度降解的纤维素与半纤维素。γ-纤维素全为半纤维素。β-纤维素与γ-纤维素包含植物原料制成漂白浆后留在浆内的天然半纤维素,也有一部分是纤维素在制浆过程中的降解产物。习惯上将β-、γ-纤维素之和称为工业半纤维素,以示与天然半纤维素有别。
3)功能基
植物纤维原料的功能基主要有甲氧基、乙酰基及羧基。甲氧基主要在木素上,少量在半纤维素及果胶质上;乙酰基和羧基主要在半纤维素上,但化学浆的纤维素亦含有少量羧基。
植物纤维原料的少量成分:
有机溶剂抽提物
用中性有机溶剂抽提植物纤维原料,可将少量的许多化合物抽提出来,这些化合物的含量虽然不多,但对纤维原料的物理性质和制浆以及纸张性质却有一定的影响。
针叶树的抽出物主要存在于树脂道和射线薄壁细胞中,心材的含量也比边材高。在阔叶木中,抽出物主要存在于射线薄壁细胞与木薄壁细胞中。
果胶质
果胶酸是聚半乳糖醛酸,它不溶于水。果胶酸羧基中80%以上被甲基酯化,一部分被中合成盐,使其变成部分可溶于水的物质,称为果胶质。
双子叶植物的初生壁和某些植物皮部(如麻、棉秆皮、桑皮、檀皮)含果胶质较多,针叶木及草类原料的果胶质含量较少,这些原料的胞间层大部分为木素,只有少量的果胶质。通常单子叶植物的果胶含量仅是双子叶植物中果胶含量的10%。
灰分
植物纤维原料都含有一定量的矿物质,植物纤维原料燃烧和灰化后的物质称为灰分。木材与草类原料的灰分含量及组成均有很大的差别。
木材灰分含量一般较少,温带木材灰分含量为0.1~1.0%,但热带木材灰分则可高达5%。木材灰分的主要成分是钙、钾、镁。其次是锰、钠和磷以及其它元素等,测出的元素取决于测定方法的灵敏度。
禾本科植物纤维原料的灰分比木材的含量高,除少数原料如竹在1%左右外,一般多在2%以上。稻草灰分高达10%甚至15%。稻草与麦草灰分中60%以上为二氧化硅,尤其叶部与梢部灰分含量及其中二氧化硅含量均很高。
灰份对一般制浆造纸影响不大。但草类原料灰分高对生产人造丝浆有影响,在制浆过程中要加以控制。草类原料的SiO2含量很高,对碱回收有极为不利的影响,因SiO2在黑液中存在使粘度增大并容易在蒸发过程结垢。
木材与非木材原料的主要化学组成的区别
针叶木
1)纤维素含量40~50%;
2)半纤维含量20%左右,大部份是聚葡萄糖—甘露糖(主链)—聚已糖,小部份为聚木糖(主链)——聚戊糖;
3)木素含量30%左右。
阔叶木
1)纤维素含量40~50%;
2)半纤维素含量30%左右,主要是聚木糖,大概80~90%;
3)木素含量20%左右。
草类原料
1)纤维素含量接近于木材;
2)半纤维素含量相当于阔叶木的高值,主要是聚木糖,大概90%;
3)木素含量接近于阔叶木的低值。
造纸工业使用的原料主体是植物纤维,其他的纤维如矿物纤维,合成纤维,金属纤维等占的比重很小。
从理论上说,所有的脉管植物都可以生产出纸浆及纸,但不一定都有其经济意义。
制浆造纸工业用植物纤维原料品种繁多,大体可分为下列两种:
木材纤维原料
⑴、针叶材:裸子植物的绝大部分是针叶常绿的,故称为针叶木,商业上称为软木。如云杉、冷杉、铁杉、落叶松、红松、马尾松、火炬松、湿地松、臭松、柏木等
⑵、阔叶材:被子植物的木本植物是阔叶的,称为阔叶材,商业上称为硬木,如白杨、意大利杨、欧美黑杨、三倍体毛白杨、桦木、枫木、桉木、槭木、榕木等。
非木材纤维原料
竹 类:如毛竹、慈竹、白夹竹、南竹、小杂竹等;
⑵、禾草类:如稻草、麦草、芦苇、甘蔗渣、高粱秆、玉米秆、棉秆等;
⑶、韧皮类:如亚麻、黄麻、大麻、棉秆皮、桑皮、构皮、檀皮等;
⑷、籽毛类:如棉花、棉短绒。
上述原料中,木材纤维原料,尤其针叶木是造纸的优良原料,目前澳门正规赌博官方网址国应用最多的是马尾松、火炬松、湿地松。杨木、桦木等阔叶木也早已用于造纸、澳门正规赌博官方网址国木材资源较为紧缺,而禾本科植物原料来源丰富,因此在制浆原料中禾本科植物占的比重较大。
植物纤维原料化学组成
植物通过光合作用形成细胞壁物质,在这一过程中,植物由碳、氢、氧等元素组成一系列的有机物质,如纤维素、半纤维素、木素等三种高分子聚合物,而且含量很高,占纤维原料的大多数。此外还含有少量的单宁、果胶质、树脂、脂肪、蜡、配糖物以及不可皂化物等等。这些物质按其物理、化学性质是很不同的,树木中不同部位的元素组成变动不大,但不同植物原料的化学组成却有很大差别。
纤维素
纤维素是不溶于水的均一聚糖。它是由D-葡萄糖基构成的链状高分子化合物。纤维素大分子中的D-葡萄糖基之间按照纤维素二糖连接的方式联结。
纤维素具有特性的x射线图。高等植物的次生壁约含50%纤维素,某些绿色海藻类厚壁含多于80%纤维素,棉花的次生壁几乎全都是纤维素。
组成每一纤维大分子的葡萄糖基数目称为纤维素的聚合度。棉花初生壁纤维素的聚合度为2000~6000,次生壁平均为1400,与木材、麻类的相同。草类的纤维素平均聚合度则稍微低些,但用木材所制化学纸浆,由于蒸煮与漂白过程中纤维素的降解,其聚合度降低至1000左右。
半纤维素
半纤维素是除纤维素和果胶以外的全部碳水化合物(按惯例,少量的果胶质与淀粉除外),也称为非纤维素碳水化合物。
与纤维素不同,半纤维素是由两种或两种以上单糖基组成的不均一聚糖,大多带有短的侧链。
各种植物纤维原料的半纤维素含量、组成结构均不相同,同一种植物原料的半纤维素一般也会有多种结构,因此,半纤维素是非纤维素碳水化合物这样一群物质的总称。
在生产造纸用化学浆时,半纤维素是应当尽量多保留的成分,这不仅可提高制浆得率,而且对纸浆的打浆性能及成纸性能有良好的影响。但在生产纤维素衍生物用的化学浆时,半纤维素应尽量除去,以免影响纤维素的化学加工。
木素
木素是由苯基丙烷结构单元通过碳-碳键和醚键连接而成的具有三度空间结构的高分子聚合物,针叶木的木素与阔叶木中的木素其化学结构是不相同的,草类原料中的木素与木材木素也有所不同。
各种植物之间甚至在同一细胞的不同壁层之间,木素的结构也有很大的差异。因此,木素一词不是代表单一的物质,而是代表植物中某些共同性质的一群物质。
木素存在于植物的木化组织之中,维管植物细胞壁中含有存在木素量的大部分,而细胞间层物质的大多数则是木素,使纤维相互粘合而固结。
要分离纤维,就必须溶解木素,这就是化学制浆的实质。按照被保留在纸浆中木素的含量,可以将纸浆区分为软浆和硬浆。软浆木素含量在2%左右,硬浆木素含量约为8%,半化学浆木素含量高达15%,纸浆的漂白是在尽可能少损伤纤维素和半纤维素的情况下进一步除去残留在纸浆中的木素。
与碳水化合物组分有关的名词含义
1)综纤维素
综纤维素是指植物纤维原料中的全部碳水化合物,即纤维素与半纤维素之总和,故又称为全纤维素。
2)化学浆的α-纤维素、β-纤维素、γ-纤维素、工业半纤维素
用17.5%氢氧化钠(或24%KOH)溶液在20℃下处理综纤维素或漂白化学浆45分钟,非纤维素的碳水化合物大部分被溶出,留下的纤维素与抗碱的非纤维素碳水化合物,分别称为综纤维素的α-纤维素或化学浆的α-纤维素。
用漂白化学木浆时,在上述处理中所得溶解部分,用醋酸中和沉淀出来的那部分,称为β-纤维素;不沉淀的部分称为γ-纤维素。
在漂白化学浆中,α-纤维素包括纤维素和抗碱的半纤维素。β-纤维素为高度降解的纤维素与半纤维素。γ-纤维素全为半纤维素。β-纤维素与γ-纤维素包含植物原料制成漂白浆后留在浆内的天然半纤维素,也有一部分是纤维素在制浆过程中的降解产物。习惯上将β-、γ-纤维素之和称为工业半纤维素,以示与天然半纤维素有别。
3)功能基
植物纤维原料的功能基主要有甲氧基、乙酰基及羧基。甲氧基主要在木素上,少量在半纤维素及果胶质上;乙酰基和羧基主要在半纤维素上,但化学浆的纤维素亦含有少量羧基。
植物纤维原料的少量成分:
有机溶剂抽提物
用中性有机溶剂抽提植物纤维原料,可将少量的许多化合物抽提出来,这些化合物的含量虽然不多,但对纤维原料的物理性质和制浆以及纸张性质却有一定的影响。
针叶树的抽出物主要存在于树脂道和射线薄壁细胞中,心材的含量也比边材高。在阔叶木中,抽出物主要存在于射线薄壁细胞与木薄壁细胞中。
果胶质
果胶酸是聚半乳糖醛酸,它不溶于水。果胶酸羧基中80%以上被甲基酯化,一部分被中合成盐,使其变成部分可溶于水的物质,称为果胶质。
双子叶植物的初生壁和某些植物皮部(如麻、棉秆皮、桑皮、檀皮)含果胶质较多,针叶木及草类原料的果胶质含量较少,这些原料的胞间层大部分为木素,只有少量的果胶质。通常单子叶植物的果胶含量仅是双子叶植物中果胶含量的10%。
灰分
植物纤维原料都含有一定量的矿物质,植物纤维原料燃烧和灰化后的物质称为灰分。木材与草类原料的灰分含量及组成均有很大的差别。
木材灰分含量一般较少,温带木材灰分含量为0.1~1.0%,但热带木材灰分则可高达5%。木材灰分的主要成分是钙、钾、镁。其次是锰、钠和磷以及其它元素等,测出的元素取决于测定方法的灵敏度。
禾本科植物纤维原料的灰分比木材的含量高,除少数原料如竹在1%左右外,一般多在2%以上。稻草灰分高达10%甚至15%。稻草与麦草灰分中60%以上为二氧化硅,尤其叶部与梢部灰分含量及其中二氧化硅含量均很高。
灰份对一般制浆造纸影响不大。但草类原料灰分高对生产人造丝浆有影响,在制浆过程中要加以控制。草类原料的SiO2含量很高,对碱回收有极为不利的影响,因SiO2在黑液中存在使粘度增大并容易在蒸发过程结垢。
木材与非木材原料的主要化学组成的区别
针叶木
1)纤维素含量40~50%;
2)半纤维含量20%左右,大部份是聚葡萄糖—甘露糖(主链)—聚已糖,小部份为聚木糖(主链)——聚戊糖;
3)木素含量30%左右。
阔叶木
1)纤维素含量40~50%;
2)半纤维素含量30%左右,主要是聚木糖,大概80~90%;
3)木素含量20%左右。
草类原料
1)纤维素含量接近于木材;
2)半纤维素含量相当于阔叶木的高值,主要是聚木糖,大概90%;
3)木素含量接近于阔叶木的低值。