生活中偶爾會碰到這樣的情形,看報紙時,有時會看到紙張背面的字,難道是產(chǎn)生了特異功能? 非也,這在造紙術(shù)語上叫透印,或者是不透明度這個指標不夠。
不透明度是指紙張不透光的性質(zhì),紙張的不透明度取決于紙張的光散射能力、紙張內(nèi)部光散射界面的多少(即內(nèi)部獨立粒子的數(shù)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。
造紙產(chǎn)品主要是用作生產(chǎn)資料,其中一半以上用于印刷材料,因此大部分紙張必須能夠提供不透明性。
紙張的不透明性,就本質(zhì)說是紙張“光學(xué)均一性”結(jié)構(gòu)對光散色的結(jié)果,在紙中形成不透明性的機理有:反射、折射、衍射和吸收。
影響紙張不透明度的因素很多,主要因素為纖維結(jié)合力,此外,顏料的性狀和用量,助留劑的使用,紙的定量、紙機壓榨和壓光的線壓力等,也對不透明度有影響,紙的各個指標都是相互制約的,而造紙的過程就是使所有的原材料的性能都達到最大化,使各個指標達到一個平衡。
下面從以下幾個方面談?wù)動绊懠垙埐煌该鞫鹊囊蛩兀?
原料
1)植物細胞本身是無色透明的,植物纖維之所以不透明,是因為含有木素、樹脂和其它使纖維不透明、并帶有由白色到深褐色的物質(zhì)。
2)木素含量多、半纖維素含量少的漿種可提高紙張的不透明度。
磨木漿及盤磨機械漿中木素含量高,光散色系數(shù)大,不透明度高,化學(xué)漿中木素含量低,光散色系數(shù)小,不透明度低。
并且木素含量多的紙漿不易打漿,纖維之間結(jié)合力差,故不透明度好,反之,半纖維素含量少,纖維之間結(jié)合力差,不透明度也好。
3)幾乎含有原木所有成分的磨木漿纖維是最不透明的,在紙的配比中加入磨木漿,有助于提高紙的不透明度。
4)在各種紙漿中,西班牙草紙漿具有最大的不透明度,其次是闊葉木漿、針葉木漿、最后是草漿。與棉漿相比,亞麻或大麻纖維能使紙張有更多的不透明度。
5)麻類纖維原料最大的特點是纖維含量高,纖維細長、強度高、纖維彈性好,用麻類纖維原料生產(chǎn)的紙,紙質(zhì)柔軟細膩,不透明度高。
6)闊葉木漿纖維細小,比表面積較大,所以反光折光好,不透明度高。泰國的桉木透氣度指標雖很大,但其纖維太細小,強度低,在短纖維原料中,綜合強度和不透明度指標,葡萄牙和巴西的桉木為最佳短纖維原料。
實際生產(chǎn)中,要結(jié)合其它指標綜合考慮。
7)纖維細胞壁厚腔小的纖維比較僵硬,纖維之間結(jié)合差,抄成紙的強度低,但紙質(zhì)較疏松,透氣性好 ,吸水性好,不透明度好。
顏料
顏料的晶形、顆粒大小、大小分布以及分散性能等,均影響紙張的不透明性。紙張中顏料的性能是由許多因素組合在一起決定的,例如質(zhì)量平衡、顏料留駐率、電荷化學(xué)性質(zhì)以及散色等,使所有性能都達到最大化是非常重要的。
顏料種類的選擇要考慮到施膠及生產(chǎn)成本等因素。
1)顏料提供不透明性的機理
2)紙中成分的折射率
紙內(nèi)部不透明性絕大部分來源于折射率的不同,顆粒大小對于整個顏料散射的貢獻不大。紙中折射率最小的成分是空氣1.00,也是性能價格比最好的遮光劑, 折射率最大的是金紅石型鈦白粉2.72。
3)顏料在紙配料中要有良好的分散
當顏料與一種具有較低折射率的介質(zhì)( 最好是空氣)接觸時,其較高的折射率才能被充分利用,當顏料接觸到另一個顏料顆粒時,散射效率就會降低。
實際上有5個或更多的顏料顆粒相互接觸時,估計總的散射效率將會減少50%, 所以說,保持顏料良好分散是充分地應(yīng)用鈦白粉散射能力的關(guān)鍵,不良的分散將會造成局部的擁擠,顏料顆粒變得很緊密地包裹在一起,降低顏料的折射、反射和散射效率,提高紙張的不透明度。
機器調(diào)節(jié)、稀釋、漿料的使用、加入點以及添加順序等這些過程的目標都是為了最大化顏料在原料中的分散程序。
如進口碳酸鈣具有分散性好的優(yōu)點,可以保證紙張的均一性,折光性好,從而使紙張的不透明度高。
4)不同顏料對不透明度的貢獻不同
碳酸鈣、滑石粉、鈦白粉、白炭黑及瓷土等顏料在紙中加填均可提高紙的不透明度,由于它們的粒子形狀、粒子大小及折射率不同,所以對不透明度的貢獻也不同。
對同一種顏料來說,顆粒的大小能夠影響紙張的不透明度的高低,顆粒越小,在同一用量下對提高紙張不透明度也越大,同時,顏料的顆粒細,覆蓋能力就越大。
但是顏料粒子不能太細,否則保留率太低,并因光線繞射,透明性也大。
在同等質(zhì)量的白色顏料中,二氧化鈦的表面積最大,折射率最高,金紅石型二氧化鈦在白色顏料中折射率最高,性能也最佳。
鈦白粉是最后一個加入到造紙機中的助劑,因它是貢獻不透明性的主要顏料。
5)提高顏料的含量可改進紙張的不透明度
紙張不透明度的提高與填料的加入量并不是成比例的關(guān)系。
提高顏料的含量可改進紙張的不透明度,但會造成紙張機械強度的降低及產(chǎn)生掉毛掉粉現(xiàn)象。
為了保持顏料有較高的存留率,必須克服電荷需求,當顏料粒子非常小的時候,則無法通過過濾機理來實現(xiàn)經(jīng)濟保留,所以,必須使用助留劑系統(tǒng),通常是使用一種相反電荷的聚合物或淀粉助留體系,將顏料附著到纖維矩陣網(wǎng)絡(luò)中,每一種造紙成分都具有各自的電荷需求。
打漿的影響
1)紙的緊度越高,從紙內(nèi)擠出的空氣越多,紙層中空氣介質(zhì)越少,紙反而接近于均質(zhì),光線的折射少,易于透過紙層。
紙的透明性越大,所以可以通過減少打漿程度來改進紙的不透明度。
2)當打漿度升高時,由于纖維結(jié)合力增大,故紙頁在干燥時,因表面張力的作用,使纖維極易靠攏,促進氫健的形成和結(jié)合力的提高,與此同時,紙張發(fā)生收縮,緊度增大,于是就減小了“光學(xué)均一性”結(jié)構(gòu),使不透明度下降。
紙頁成形的影響
1)用陶瓷脫水板代替案輥,改進紙頁勻度,可提高不透明度。
2)復(fù)合壓榨取代普通壓榨,采用可控中高輥壓光機,改善紙頁緊度狀況,降低壓榨、壓光各部線壓力來提高不透明度。
3)用聚酯成形網(wǎng)及白水回收系統(tǒng)來提高細小纖維保留率,提高紙頁不透明度。
4)隨著紙頁表面粗糙度的提高,光散射增加,紙面越粗糙,紙越不透明,紙面的網(wǎng)紋和毯紋也增加紙的粗糙度,因此紙的不透明度增加,可以假定認為,在紙的定量變化不大的范圍內(nèi),紙的不透明度與每平方米的克重成正比。
5)干毯貼缸越緊,紙越透明,可通過降低干毯貼缸程度來提高不透明度。
6)細小纖維的光散色系數(shù)比中長纖維組分大1倍以上,纖維在成形網(wǎng)上分布均勻,致密,無針孔,不透明度高。
責(zé)任編輯:史聰
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