白漿:深度解析紙漿製程中的核心物料與品質管理
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白漿:深度解析紙漿製程中的核心物料與品質管理
哎呀,您有沒有過這樣的經驗?走進一間大型造紙廠,空氣中瀰漫著木頭與化學品交織的特殊氣味,然後在某個環節,您會看到一股股乳白色、黏稠的液體,像牛奶般潺潺流動,這就是我們今天要深度解析的主角——「白漿」。
到底什麼是「白漿」呢?簡單來說,在紙漿和造紙工業中,「白漿」通常指的是經過初步處理、漂白,且已去除大部分雜質的纖維懸浮液。 它正是製作各種紙張最基礎、最關鍵的原料,其品質直接決定了最終紙品的白度、強度、平滑度,甚至是印刷適性。我們今天會聚焦在造紙產業中的「白漿」,深入探討它的製備、品質控制以及在整個紙張生產鏈中扮演的不可或缺角色,讓您徹底搞懂這看似簡單,實則充滿學問的核心物料!
「白漿」的本質:從木材到纖維的華麗轉身
其實,「白漿」這個詞在不同產業中可能會有不同的涵義,例如陶瓷業的「泥漿」或食品業的某些白色液體混合物。但在造紙業,當我們提到「白漿」,腦海中浮現的絕對是那股潔白、流動性好、高純度的纖維懸浮液。它不是隨隨便便就能得來的,而是經過一系列複雜而精密的製程,才從堅硬的木材或回收紙中脫胎換骨。
白漿的主要組成成分
您可能會好奇,這白漿裡面究竟裝了些什麼?其實,它的核心非常單純,主要就是:
- 植物纖維: 這是主角!通常來自木材(如針葉木、闊葉木)或非木材(如竹子、稻草、甘蔗渣)的纖維素。這些纖維被分離、精製後,提供了紙張所需的骨架。
- 水: 佔據了絕大部分比例,是纖維的載體,讓白漿能夠在管線中順暢流動,並在抄紙機上均勻鋪展。
- 殘留化學物質(微量): 比如來自製漿或漂白過程的少量化學品,但在製備成最終白漿時,這些殘留物通常已經被清洗到非常低的水平。
- 添加劑(微量且選用性): 在某些情況下,為了調整白漿的特性或賦予最終紙張特殊功能,可能會在白漿階段加入極少量的填料、施膠劑、助留劑等,但這通常在「配漿」階段進行。
紙漿製程中的「白漿」:從木頭到潔白紙張的關鍵轉化
要製備出高品質的「白漿」,這可不是件容易的事!它涉及多個環節,每個環節都至關重要。我們可以將其製備過程粗略劃分為以下幾個主要步驟,當然,實際的工業製程會更加複雜和自動化。
白漿的製備流程:一步步來剖析!
從一棵棵大樹變成潔白柔軟的紙張,中間的變身過程真的很有趣,而「白漿」就是這變身旅程中非常重要的一站。它的製備流程大致是這樣的:
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原木處理與備料:
- 砍伐與運輸: 從森林中採伐木材,然後運到造紙廠。這第一步就得確保木材的品質,畢竟「好木材才能出好漿」嘛!
- 去皮: 木材運到廠區後,首先要通過巨大的去皮機,把樹皮剝除。樹皮含有大量色素和雜質,會影響最終紙漿的白度和品質,所以一定要去除乾淨。
- 削片: 去皮後的木材會被送入削片機,被削成大小均勻、適合蒸煮的木片。這一步的均勻性很重要,它會影響後續製漿的效率和均勻度。
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製漿(Pulping):分離纖維的魔法!
這是將木材中的纖維素纖維分離出來的核心步驟,主要分為化學製漿和機械製漿兩大類:
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化學製漿(Chemical Pulping):
主要透過化學藥劑將木材中的木質素(一種將纖維素粘合在一起的天然膠水)溶解並去除,從而釋放出純淨的纖維。最常見的化學製漿法是「硫酸鹽法」(Kraft Process),它能生產出強度高、品質好的紙漿。
- 蒸煮: 木片被送入巨大的蒸煮器,在高溫、高壓下與化學藥劑(如白液)作用。這過程會將大部分木質素溶解,釋放出纖維。
- 洗滌與篩選: 蒸煮後的紙漿(此時還是深棕色的「未漂白漿」)會被徹底清洗,以去除殘留的化學藥劑和溶解的木質素。接著,紙漿會通過篩選機,濾掉未蒸煮透的木片、節子等粗大雜質。
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機械製漿(Mechanical Pulping):
主要透過機械力將木材磨碎或研磨,從而分離纖維。這種方法的得漿率高,但纖維損傷較大,紙漿強度相對較低。常用的有磨木漿(Groundwood Pulp, GP)和熱磨機械漿(Thermo-Mechanical Pulp, TMP)。
無論哪種方法,製漿的目標都是獲得盡可能純淨、均勻的纖維漿料。
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化學製漿(Chemical Pulping):
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漂白:讓紙漿潔白如雪!
經過製漿後的紙漿通常呈現黃棕色,這是因為木質素雖然大部分被去除了,但仍有少量殘留,會讓紙漿顯色。為了生產潔白的紙張,紙漿必須經過漂白。
漂白通常採用多級工藝,使用不同的化學藥劑(如二氧化氯、過氧化氫、氧氣等),在不同的pH值和溫度下進行。現代漂白技術越來越注重環保,例如採用無元素氯漂白(ECF)或全無氯漂白(TCF)技術,盡量減少環境污染,這可是當今造紙業的一大趨勢呢!
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打漿與配漿:調整纖維,加入「魔法」!
- 打漿(Refining): 漂白後的紙漿會進入打漿機進行機械處理。這個步驟不是為了再次分離纖維,而是為了讓纖維在水中膨脹、增加表面積,同時在纖維表面產生「帚化」效應。簡單來說,就是讓纖維變得毛躁一點,這樣在後續抄紙時它們能更好地交織在一起,形成更強韌、更均勻的紙張結構。打漿程度會直接影響紙張的強度、緊度和透明度。
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配漿(Stock Preparation): 這一步就是調整「白漿」最終特性的關鍵了!此時,打漿後的紙漿會根據要生產的紙張種類,與水以及各種功能性添加劑進行精確混合。這些添加劑可能包括:
- 填料: 例如碳酸鈣、高嶺土,用來增加紙張的白度、不透明度和光滑度,同時降低成本。
- 施膠劑: 提高紙張的抗水性,防止墨水暈染。
- 助留劑: 幫助纖維和填料更好地保留在網部,減少流失。
- 染料: 如果要生產有顏色的紙張。
在這個階段,紙漿的濃度會被精確控制,使其達到適合抄紙機的最佳狀態。此時,我們所說的「白漿」就正式準備就緒,可以送往下一站——抄紙機了!
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送往抄紙機:
最終調配好的「白漿」會以極高的稀釋度(通常纖維含量只有0.5%到1%左右,簡直是水裡撈針!)被泵送到抄紙機的網部。在這裡,水會迅速瀝出,纖維在網上交織成濕紙頁,然後經過壓榨、烘乾等步驟,最終形成我們日常生活中使用的紙張。
為什麼「白漿」的品質至關重要?
哇,看完這些步驟,您是不是也覺得「白漿」的製備真是一門大學問啊?而且,它絕對是整個造紙過程中「核心中的核心」!為什麼我會這麼強調呢?因為「白漿」的品質,直接關係到最終紙張的方方面面:
- 決定紙張的視覺效果: 白度夠不夠?有沒有雜點?這些都是白漿純度、漂白效果的直接體現。想像一下,要是白漿本身就黃黃的、髒髒的,那抄出來的紙怎麼會是潔白的呢?
- 影響紙張的物理性能: 紙張的拉伸強度、撕裂強度、耐折度等等,都與白漿中纖維的品質、打漿程度息息相關。纖維損傷太多,紙張就容易破;打漿不夠,紙張就沒勁兒。
- 關乎生產效率和成本: 如果白漿的濃度不穩、雜質過多,輕則影響抄紙速度,重則可能導致斷紙,甚至損壞設備,那可真是會讓產線停擺,損失慘重啊!反之,品質穩定的白漿能讓抄紙機高速、穩定運行,提高產量,降低能耗。
- 影響後續加工和印刷適性: 紙張最終會被印刷、加工,做成書本、包裝盒等等。白漿的品質直接影響紙張的平滑度、吸墨性、墨跡乾燥速度等,這些都會影響印刷品的最終呈現效果。
所以說,對造紙廠而言,監控和控制好「白漿」的品質,簡直就是生命線!
「白漿」品質控制的黃金法則:確保每一滴都完美!
既然「白漿」如此重要,那麼在生產過程中,該如何確保它的品質穩定且符合要求呢?這就需要一套嚴格而科學的品質控制體系。從我的經驗來看,這可是一套組合拳,需要線上監測與實驗室分析雙管齊下。
關鍵參數監測:白漿的「健康」指標!
為了確保「白漿」的狀態良好,我們需要時刻關注以下幾個關鍵的「健康」指標:
- 濃度(Consistency): 這是最重要的參數之一!它指的是白漿中固體纖維所佔的重量百分比。一般來說,抄紙機前的白漿濃度非常低,大約在0.5%到1.2%之間。想像一下,這麼稀的漿料,一點點濃度波動都會對紙張的定量(每平方米重量)和均勻度產生巨大影響。所以,精確地控制和測量濃度,是穩定抄紙的基石。
- 白度(Brightness): 反映白漿的潔白程度,直接影響最終紙張的外觀。高白度的白漿,抄出來的紙自然就白皙亮麗。它通常通過光學儀器測量,單位是ISO白度或GE白度。
- 黏度(Viscosity): 白漿的流動性指標。黏度太高,泵送困難,容易堵塞管線;黏度太低,纖維容易沉降,影響均勻性。這與纖維的種類、打漿程度和添加劑都有關係。
- pH 值: 酸鹼度會影響許多化學反應的效率,例如施膠、助留劑的效用,以及設備的腐蝕。通常會將pH值控制在一個特定範圍內,以優化化學品的性能並保護設備。
- 雜質含量(Dirt Count): 白漿中不能含有肉眼可見的黑點、沙粒、未解離的纖維束等雜質。這些雜質會導致紙張出現「紙病」,影響外觀和使用性能。透過篩選和淨化可以有效去除。
- 纖維形態(Fiber Morphology): 包括纖維的平均長度、寬度、細度以及「細小纖維」(Fines)的含量。這些都會影響纖維的交織能力和紙張的物理強度。過多的細小纖維雖然能增加紙張的緊度,但也會影響脫水和抄紙速度。
控制方法與技術:讓白漿「聽話」!
要確保上述參數都維持在理想範圍內,現代造紙廠採用了許多先進的技術:
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線上感測器與自動化控制:
這可說是現代造紙廠的「智慧大腦」!在白漿輸送的關鍵節點,會安裝各種線上感測器,如濃度計、白度計、pH計等,它們可以即時監測白漿的各種參數。這些數據會傳送給中央控制系統(DCS),系統會根據預設的目標值,自動調整流量、添加劑的投放量、泵的轉速等等,形成一個閉環控制。這樣一來,就能讓白漿的品質波動降到最低,確保穩定性。我自己覺得,這種自動化程度真的是讓生產效率大幅提升的關鍵。
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實驗室分析:定期「體檢」不可少!
雖然線上監測很方便,但實驗室的精確分析依然不可或缺。生產人員會定期抽取白漿樣品,送到實驗室進行更精確、更全面的測試,比如纖維長度分佈、物理強度潛力、微量雜質分析等。這些數據可以驗證線上感測器的準確性,也能發現一些線上監測難以捕捉的問題,為製程優化提供更深層的依據。
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化學品添加劑的精確控制:
前面提到,配漿階段會加入各種添加劑。這些化學品的種類和用量都必須經過精確計算和控制。過多或過少都會影響紙張品質,甚至造成浪費。現在很多系統會根據紙漿的流量、濃度、目標紙張的特性等數據,智慧地計算並自動投放這些添加劑。
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流程優化與故障排除:
透過對歷史數據的分析,工程師可以不斷優化製漿和抄紙流程,找出影響白漿品質的潛在因素。當出現品質異常時,也能迅速根據監測數據,定位問題環節並排除故障。這就像醫生看病,得根據各種檢查結果來判斷病因、對症下藥。
常見的「白漿」問題與排除:實戰經驗分享!
在實際生產中,白漿的品質控制總是會遇到一些挑戰。下面我列舉一些常見問題以及可能的解決方案:
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問題一:白漿濃度不均勻
現象: 抄紙機前白漿的濃度持續波動,導致紙張定量不穩,有時厚有時薄。
可能原因: 漿泵故障、流量計不準確、濃度感測器校準問題、攪拌不充分、管道內纖維沉降。
排除方法:- 檢查並校準濃度感測器。
- 檢查漿泵運行是否穩定,有無氣蝕現象。
- 確保漿池內有足夠的攪拌,防止纖維沉降。
- 檢查管路設計,避免死角和纖維堆積。
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問題二:白漿白度不足或出現色澤不均
現象: 抄出來的紙張不夠白,或者紙張上出現黃斑、灰點。
可能原因: 漂白效果不佳(漂白劑用量不足、反應時間不夠、溫度不對)、原料漿本身的木質素殘留過多、水質問題、有色雜質混入。
排除方法:- 調整漂白工藝參數(藥劑濃度、溫度、pH、停留時間)。
- 檢查洗滌效果,確保木質素和其他有色物質被充分洗去。
- 檢查原木或回收紙的品質,必要時提高原料純度。
- 分析水質,確保沒有引入額外雜質。
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問題三:白漿雜質含量過高
現象: 抄出的紙張表面有明顯的黑點、粗糙顆粒,甚至小孔。
可能原因: 篩選工藝效率低(篩網破損、篩孔堵塞)、淨化器(如除渣器)運行不暢、系統中管道或設備脫落的碎片、回收紙漿中的油墨或塑料殘留未去除乾淨。
排除方法:- 定期檢查和清潔篩網、除渣器。
- 檢查管道和設備有無鏽蝕或脫落物。
- 優化回收紙漿的脫墨和淨化流程。
- 加強對原料的預處理。
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問題四:白漿黏度異常
現象: 白漿在泵送時壓力過高或過低,或在儲存時容易分層。
可能原因: 打漿度過高或過低、纖維種類變化、添加劑影響(如某些聚合物)。
排除方法:- 調整打漿機的運行參數,控制打漿度。
- 檢查纖維原料的均勻性。
- 評估所用添加劑對黏度的影響。
這些問題的解決,往往需要操作人員具備豐富的經驗,並且能夠快速分析數據、找出問題的根源。這也是為什麼造紙業的技術人員都特別專業的原因吧!
「白漿」在其他領域的應用概覽
雖然我們今天把大部分篇幅都獻給了造紙業的「白漿」,但其實在其他一些工業領域,也有類似概念的「白色漿料」,它們雖然稱呼不同,但本質上都是一種將固體顆粒均勻分散在液體中的懸浮液。
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陶瓷工業中的「泥漿」(Slip):
在陶瓷生產中,「泥漿」是將陶瓷粉料(如高嶺土、石英、長石等)與水及少量分散劑混合而成的懸浮液,通常用於「注漿成型」(Slip Casting)。高品質的泥漿要求顆粒分佈均勻、流動性好、穩定性強,這樣才能確保陶瓷製品的密度均勻、表面光滑,避免開裂。這就像造紙的白漿對紙張品質的重要性一樣,泥漿對陶瓷品質也至關重要。
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建築材料中的「石灰漿」、「水泥漿」:
在建築領域,我們常見的「石灰漿」(石灰與水混合)和稀釋的「水泥漿」雖然顏色不一定純白,但其形態和作用機制與白漿有異曲同工之處,都是作為一種流動性材料,用於填充、粘合或形成塗層。它們的流變性、穩定性也同樣需要精確控制。
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食品工業中的「豆漿」、「米漿」:
雖然我們不會稱它們為「白漿」,但從物理形態上看,豆漿、米漿等其實就是將植物蛋白和澱粉等固體成分,經過研磨、過濾後,高度懸浮在水中的乳白色液體。它們的均勻度、細膩度以及穩定性,也直接影響產品的口感和品質,跟工業白漿的原理其實蠻像的。
由此可見,這種將固體微粒均勻分散在液體中的「漿料」概念,在許多工業和日常應用中都扮演著關鍵角色。
我的觀點與產業洞察:白漿的未來,科技與環保並行
從我的角度來看,造紙業的「白漿」技術雖然已經非常成熟,但隨著科技的進步和環保意識的提升,它依然在不斷演進。
首先,自動化和智慧化是必然趨勢。 透過更精密的感測器、更智慧的控制演算法,以及結合大數據分析和人工智慧,未來白漿的製備和品質控制將會更加精準,甚至可以實現預測性維護和自我優化,大大提高生產效率並減少人為失誤。想像一下,系統能自己判斷哪裡出了問題,甚至提前預警,這對大型工廠來說,節省的成本和時間是難以估量的!
其次,環保將繼續是主旋律。 我認為,造紙廠會持續在水資源循環利用上投入更多。例如,盡可能實現「白水」(從濕紙頁中瀝出的含有少量纖維和填料的工藝水)的閉路循環利用,減少新鮮水耗和廢水排放。這不僅是法規要求,更是企業社會責任的體現。畢竟,我們只有一個地球,節約資源才是長久之計嘛!
此外,新材料的應用潛力無限。 像奈米纖維素(Nanocellulose)這樣的先進材料,已經開始在紙漿領域展現出巨大潛力。將少量奈米纖維素添加到白漿中,能夠顯著提升紙張的強度、透明度、甚至阻隔性能,同時可能減少傳統纖維的使用量。這對於開發高性能、輕量化的新型紙張產品,無疑是一個非常令人興奮的方向。
總之,「白漿」不僅僅是一種工業中間產品,它是連接森林資源與日常用紙的橋樑,也是衡量一個造紙廠技術水平和管理能力的重要標誌。它的每一滴,都凝聚著複雜的科學原理和精密的工程實踐。
常見相關問題與解答
Q1: 白漿的濃度如何測量?為什麼它這麼重要?
測量白漿濃度的方法有很多種,最常見且精確的是烘乾法(Oven Dry Method)。它的原理很簡單,就是取一定量的白漿樣品,測量其濕重,然後將其放入烘箱中徹底烘乾,直到所有水分蒸發,只剩下固體纖維。再測量烘乾後的乾重,用乾重除以濕重,就能得到精確的濃度百分比了。當然,這是實驗室的標準方法,比較耗時。
在生產線上,為了即時監控,通常會使用線上濃度感測器。這些感測器基於不同的原理,比如光學吸收法、微波法、或者剪切力感測法等,它們可以連續不斷地測量白漿的濃度並將數據傳輸給控制系統。雖然線上感測器需要定期校準來確保準確性,但它們對於維持製程穩定性來說是不可或缺的工具。
白漿濃度之所以重要,是因為它直接影響到紙張的定量和均勻度。如果濃度波動,那麼送入抄紙機的纖維量就不穩定,抄出來的紙張就會有厚薄不均的問題,導致品質不達標。此外,濃度還會影響白漿的流動性、脫水性能以及化學品添加的效率,所以精確控制濃度是確保整個造紙流程順暢高效的關鍵。
Q2: 為什麼白漿有時候會發黃?這是什麼原因造成的?
白漿發黃是造紙廠很頭痛的問題,它直接影響最終紙張的白度。主要有以下幾個原因:
- 木質素殘留: 這是最常見的原因。木質素是木材中的一種天然聚合物,本身帶有顏色。雖然化學製漿或漂白過程會盡力去除它,但如果去除不徹底,少量殘留的木質素會在光照或空氣氧化下變黃。所以,漂白效果不佳是導致白漿發黃的首要原因。
- 製漿或漂白過程的控制問題: 例如,化學藥劑用量不足、反應時間不夠、溫度或pH值不正確,都可能導致木質素去除不徹底或產生一些有色副產物。
- 原料問題: 如果使用的原木本身色素含量較高,或者回收紙漿中的油墨、雜質未能徹底去除,都可能使製成的白漿帶有底色。
- 水質問題: 某些水質中含有鐵離子等金屬雜質,這些雜質在漂白過程中可能與化學藥劑反應,形成有色絡合物,或者在紙漿中沉積,導致發黃。
- 微生物污染: 在漿料儲存或輸送過程中,如果環境條件適宜,微生物(如細菌、真菌)可能滋生,它們會代謝產生有色物質,或直接在漿中形成黏菌塊,導致白漿發黃或出現斑點。
解決發黃問題通常需要回溯到製程的每個環節,從原料選擇、製漿參數、漂白工藝到水質管理,逐一排查並優化。
Q3: 白漿的環保處理是怎麼做的?
在造紙過程中,特別是白漿的製備環節,會產生大量的「白水」(從抄紙機網部瀝出的水)。這些白水雖然被稱為「白」,但其實含有少量未截留的纖維、填料、以及一些溶解性物質。如果直接排放,不僅浪費水資源,也會對環境造成污染。因此,現代造紙廠對白水的處理非常重視,主要策略是閉路循環和廢水處理。
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白水回收與循環利用:
這是最主要的環保措施。從抄紙機網部瀝出的白水會被收集起來,通過篩網或浮選等物理方法去除其中夾帶的纖維和填料(這些固體物質會被回收利用)。淨化後的白水會被循環回用到製漿、洗滌、稀釋白漿等前段工藝中,替代新鮮水。這樣做可以極大地減少新鮮水的使用量和廢水的排放量。許多先進的造紙廠甚至能實現接近「零排放」的閉路循環系統。
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廢水處理:
即使是高度循環利用,仍然會有少量最終無法循環的廢水需要排放。這些廢水會被送往專門的廢水處理廠。處理過程通常包括:
- 物理處理: 通過沉澱、過濾等方法去除懸浮物。
- 化學處理: 加入混凝劑、絮凝劑等化學品,將廢水中的溶解性污染物凝聚沉澱。
- 生物處理: 利用微生物降解廢水中的有機污染物,這是最關鍵的一步。通常會建立大型的曝氣池或厭氧反應器。
- 深度處理: 對於特殊要求的廢水,可能還會進行膜分離、活性炭吸附等進一步處理,確保排放水質達到國家或地區的嚴格標準。
透過這些措施,造紙業在生產高品質白漿的同時,也能最大程度地降低對環境的影響,實現可持續發展。
Q4: 在製漿過程中,化學漿和機械漿的「白漿」有什麼根本區別?
雖然最終目標都是製成紙張,但化學漿和機械漿在纖維分離方式上的根本差異,導致它們製成的「白漿」在特性上有顯著的不同:
特徵 | 化學漿(Kraft / Sulfite Process) | 機械漿(Groundwood / TMP) |
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纖維分離方式 | 利用化學藥劑溶解並去除木質素,纖維素纖維被完整分離。 | 利用機械力(磨削、研磨)將木材磨碎,將纖維從木材中分離。 |
纖維特性 |
纖維長度較完整,損傷小,純度高。 保留了大部分纖維素,強度高,柔韌性好。 |
纖維較短,損傷大,同時含有較多細小纖維(fines)和殘留木質素。 強度相對較低,較脆。 |
木質素含量 | 極低,大部分木質素被化學藥劑溶解去除。 | 較高,大部分木質素保留在纖維中。 |
得漿率 | 通常較低(約45%~55%),因為木質素被去除。 | 非常高(約90%~95%),因為幾乎所有木材成分都被保留。 |
「白漿」的白度 |
經漂白後可達到極高的白度,且白度穩定性好,不易發黃。 這是因為大部分致色物質(木質素)已被去除。 |
漂白後白度相對較低,且由於木質素含量高,容易在光照下發黃(光致變色)。 需要使用更多的漂白劑才能達到一定白度。 |
典型應用 |
生產高強度、高白度的紙張,如印刷紙、書寫紙、包裝紙、衛生紙等。 紙張壽命較長。 |
生產報紙、雜誌紙等對強度和壽命要求不高、成本敏感的紙張。 紙張易泛黃、強度較差。 |
簡單來說,化學漿的「白漿」纖維更純淨、更強韌,是製造高品質紙張的首選;而機械漿的「白漿」雖然成本較低、得漿率高,但品質相對較差,適合對紙張要求不那麼高的產品。這兩種「白漿」各有優勢,廣泛應用於不同的紙張產品中。