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2025
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02
造纸的原材料与化学处理
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木材和非木材纤维原料
造纸的主要原料包括木材（如松树、桉树等）和非木材纤维（如竹子、麦草、芦苇等）。这些原料主要由纤维素、半纤维素和木质素组成。
木材的化学组成：木材主要由纤维素（约占 40%-50%）、半纤维素（约占 20%-30%）和木质素（约占 20%-30%）组成。此外，还含有少量的提取物（如树脂、单宁等）和灰分。纤维素是纸张的主要强度来源，半纤维素有助于提高纸张的结合强度，木质素则需要在造纸过程中尽可能去除，以提高纸张的质量。
非木材纤维的化学组成：非木材纤维的化学组成与木材有所不同。例如，竹子中的纤维素含量较高，而木质素含量相对较低；麦草中的半纤维素含量较高。这些差异会影响造纸过程中的工艺参数和纸张性能。
化学制浆
目的：去除原料中的木质素，分离出纤维素和半纤维素，以获得高质量的纸浆。
方法：主要有硫酸盐法（又称碱法制浆）和亚硫酸盐法。
硫酸盐法：使用氢氧化钠（NaOH）和硫化钠（Na₂S）的混合溶液在高温高压下处理原料。在这个过程中，木质素发生磺化、水解和碎片化等反应，从而被溶解去除。反应方程式如下：
木质素 + NaOH + Na₂S → 水溶性木质素磺酸盐 + 其他产物
亚硫酸盐法：使用亚硫酸盐溶液（如亚硫酸钙、亚硫酸镁等）在一定温度和压力下处理原料。木质素在亚硫酸盐的作用下发生磺化和水解反应，生成水溶性的木质素磺酸盐。反应方程式如下：
木质素 + H₂SO₃ + Ca²⁺/Mg²⁺ → 水溶性木质素磺酸盐 + CaSO₃/MgSO₃ + 其他产物
机械制浆
原理：通过机械力将原料纤维分离，而不进行化学处理。这种方法保留了原料中的大部分木质素，但纸张的强度和白度较低。
主要方法：包括磨石磨木浆（SGW）、盘磨机械浆（RMP）和热磨机械浆（TMP）等。
二、造纸过程中的化学原理
纸浆的漂白
目的：去除纸浆中的有色物质，提高纸张的白度。
方法：主要有氧化漂白和还原漂白。
氧化漂白：使用含氯化合物（如氯气、次氯酸盐等）、二氧化氯、过氧化氢等氧化剂进行漂白。这些氧化剂能够破坏纸浆中的有色物质的发色基团，使其变为无色或浅色。例如，次氯酸盐漂白的反应方程式如下：
有色物质 + NaClO → 无色物质 + NaCl + 其他产物
还原漂白：使用连二亚硫酸钠（保险粉）等还原剂进行漂白。还原漂白主要是将有色物质还原为无色或浅色的物质。反应方程式如下：
有色物质 + Na₂S₂O₄ → 无色物质 + Na₂SO₃ + 其他产物
纸浆的打浆和调料
打浆：通过机械作用使纸浆纤维分丝、帚化，增加纤维的表面积和结合力。打浆过程中，纤维的细胞壁会发生一定程度的破裂和变形，释放出更多的羟基等活性基团，有利于纤维之间的结合。
调料：在纸浆中加入各种化学助剂，以改善纸张的性能。常见的调料有：
施胶剂：如松香胶、合成施胶剂等，用于提高纸张的抗水性。施胶剂与纸浆纤维中的羟基等基团发生反应，在纤维表面形成一层疏水膜，从而降低纸张的吸水性。
填料：如碳酸钙、滑石粉等，用于增加纸张的白度、平滑度和不透明度。填料颗粒填充在纤维之间，改善纸张的光学性能和印刷性能。
增强剂：如淀粉、聚丙烯酰胺等，用于提高纸张的强度。增强剂与纸浆纤维之间通过氢键、离子键等相互作用，增强纤维之间的结合力。
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