印刷材料学教案.doc

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1、第一章印刷纸的组成纸是纸张和纸板的统称，有时也是纸张的简称。传统观念认为纸是以植物纤维为主要原料制成的薄片物质，但随着科学技术的发展，现代纸的含义已经扩展到更大的范围。就原料而言，有植物纤维，如木材、草类；矿物纤维，如石棉、玻璃丝；其它纤维，如尼龙、金属丝等。此外，还有用石油裂解而得到高分子单体来制成的合成纸。尽管如此，目前用于书写、印刷、包装的纸仍主要是以植物纤维为主要原料制成的，弄清楚这类纸的组成及其作用对于认识其性能及印刷适性是十分必要的。第一节植物纤维的组成与结构从结构上看，纸张是纤维间通过氢键相互粘结起来的随机取向的层次

2、网络。据此，构成网络的纤维必须满足下面两个条件：第一是纤维间能相互粘结；第二是纤维能形成随机取向的层次结构。由此可见，造纸纤维的首要条件是在不加任何连结料的条件下纤维之间自身就能相互粘结。在自然界中，能满足这一条件的纤维只有纤维素纤维(cellulosefiber)。这种纤维能通过氢键形成随机取向的层次结构，它能分散在水中，以水为载体，形成随机取向的层次结构，这是成纸层次网络的基础。所以，纤维素纤维是最基本的造纸原料，也是纸张最基本的组成。一、造纸植物纤维原料的种类自然界中大多数有生命的植物里所含纤维都可用于造纸。分离这些纤维，并

3、把它们分散在水中，通过脱水成型、干燥后即可制成随机取向的纤维网络。水的极性和纤维表面羟基的存在是形成分散液和成纸网络中纤维之间通过氢键粘结所必须的。通过选择合适的纤维素纤维原料，可得到不同用途纸张所需的强度、平滑度等性质。目前造纸工业用植物纤维原料主要可分为如下几类：1．木材纤维原料。这是直接从树木中获得的植物纤维。用于造纸的木材纤维原料可分为针叶木(needle-beeringtrees)和阔叶木(briad-loafedtrees)两类。针叶木又称之为软木(softwood)，质地松软，如云杉、冷杉、落叶松、柏树等属于针叶木。

4、阔叶木质地较硬，故又称之为硬木(hardwood)，如杨木、桦木、枫木等都属于阔叶木。2．非木材纤维原料。这类原料又可分为：(1)草类纤维原料。如稻草、麦草、芦苇、玉米杆等。(2)韧皮纤维材料。各种麻类及某些树种的树皮，如亚麻、黄麻、大麻、檀皮等。(3)籽毛纤维材料：如棉纤维。除上述天然植物纤维原料外，废纸作为造纸原料的用量在逐年增长。从废纸中获得的纤维称之为再生纤维(secondrayfiber)。再生纤维的利用可以节省天然植物纤维原料并减少造纸工业的能源消耗。二、造纸纤维原料的化学组成及特点造纸植物纤维原料的化学组分一般分为如

5、下几类：第一类是碳水化合物，主要是多糖，约占原料一半以上，它们包括纤维素和不溶水的非纤维素多糖，如半纤维素、淀粉、果胶质等。其中含量最多，称之为主要组分的是纤维素和半纤维素。第二类为苯酚类物质，这类物质约占原料的15％～35％。包含于该系统的大部分苯酚类物质为木素，它也被称之为主要组分。第三类为萜烯类，主要指挥发性物质(如松节油)和松香酸。这类物质在针叶木中约占5％，而在草类及阔叶木中含量较少。第四类为其它少量组分，如脂肪酸、醇类、蛋白质及无机物等。在纤维原料的化学组分中，纤维素、半纤维素和木素为主要组分，也是成品纸纤维的主要成分

6、，它们的性质对纸张的性质有很大的影响，因此，有必要了解这三种主要组分的结构和一般性质。1．纤维素。19世纪30年代，法国农业学家Payen第一次从植物中分离出纤维素(celluse)，并把它看成一种独立的化学物质。他首先指出，纤维素和淀粉为同分异构物质，因为两者含有相同的碳和氢，并且水解后都得到D一葡萄糖。约75年后才得出了纤维素准确的实验式为(C6H10O5)n，并通过乙酰化和硝化反应确定了纤维素在每一个C6H10O5单元上含有3个自由的羟基。后来，通过对纤维素进行酸性水解和甲基化反应及一系列研究确定纤维素是一个由脱水D-葡萄糖

7、单元通过ß一1，4甙键连接而成的线形高分子化合物。其结构式为：上面结构式中n为葡萄糖基的数目，称之为聚合度。n的数值为几百至几千甚至一万以上。随纤维的来源、制备方法和测定方法而异，用粘度法测得针叶木和阔叶木所提取的纤维素的平均聚合度约为4000~5000。从上面的分析，可得到纤维素在化学结构上有如下特点：(1)脱水D一葡萄糖是纤维素的结构单元，D一吡喃式葡萄糖基是相互以ß1，4一甙键联接而成的多糖。(2)纤维素大分子中每个基本单元上均有三个醇羟基。这些羟基对纤维素的性质有决定性的影响，可以发生氧化、酯化和醚化反应，分子间形成氢键、

8、吸水、润胀以及接枝共聚等等，都与纤维素分子中存在的大量羟基有关。(3)纤维素分子的两个末端基性质是不同的，在一端的葡萄糖基中，第四个碳原子上多一个仲醇羟基，在另一端的葡萄糖基中，则在第一个碳原子上多一个甙羟基，此羟基上的氢原子易移位与氧环的氧结合，