導(dǎo)管黏出的原因及解決方案

陳 翠 劉洪斌

(天津科技大學(xué)天津市制漿造紙重點實驗室，天津，300457)

導(dǎo)管組分作為闊葉木運輸水分和營養(yǎng)物質(zhì)的通道，由一系列的導(dǎo)管細(xì)胞端壁相連而成，在闊葉木細(xì)胞結(jié)構(gòu)中起著重要的作用。但是，由于導(dǎo)管組分的存在和新型的5色、6色、8色等多色印刷機速度的大幅提高，使紙張平版印刷過程出現(xiàn)導(dǎo)管黏出的問題。特別是對含有漂白闊葉木漿、闊葉木機械漿的未涂布紙和輕量涂布紙來說，導(dǎo)管黏出對印刷過程和印品質(zhì)量的影響更為顯著。長期以來，制漿造紙工作者通過在制漿造紙的各個工段采用各種措施將導(dǎo)管黏出的程度大大降低。本文分析了導(dǎo)管黏出問題的產(chǎn)生機理和原因，提出降低和改進(jìn)紙張導(dǎo)管黏出的方法。

1 導(dǎo)管

導(dǎo)管是闊葉木一個共同的結(jié)構(gòu)特征，是闊葉木木材中水分和營養(yǎng)物質(zhì)的輸導(dǎo)組織，是由直徑很大的管狀細(xì)胞端壁相連而成。導(dǎo)管橫截面的掃描電子顯微鏡照片 (見圖1)顯示，在導(dǎo)管口區(qū)域常有覆蓋物，一般認(rèn)為是由營養(yǎng)物質(zhì)、鈣鹽、草酸或者抽出物組成，在制漿過程中這些物質(zhì)會被脫除［1］。導(dǎo)管分子的形狀獨特，且較大，有紡錘狀、圓柱狀、鼓狀等，導(dǎo)管組分的形態(tài)如圖2所示。如桉木的導(dǎo)管直徑為100～300 μm，每克紙漿大約含有2萬～15萬個導(dǎo)管組分。

相對于纖維來講，導(dǎo)管分子的結(jié)合能力較差，在較高的剝離功作用下，容易導(dǎo)致其從紙張表面剝離［2］。

研究表明［1］，導(dǎo)管組分和纖維有相似的化學(xué)組成和表面化學(xué)性質(zhì)，但是兩者纖維素和木素的含量不同，相對于纖維來說，導(dǎo)管組分的纖維素含量更高，并且導(dǎo)管組分即使在漂白后仍然保持較高的木素含量。不同種類闊葉木的導(dǎo)管組分也不同，Nina Marton的研究顯示［3］，橡樹中含有1．9%的導(dǎo)管組分，美國赤楊含有3．7%的導(dǎo)管組分，而桉木則含有5%的導(dǎo)管組分。

2 導(dǎo)管黏出機理

膠版印刷中的導(dǎo)管黏出現(xiàn)象是由導(dǎo)管組分引起的一個最普遍的問題。導(dǎo)管黏出問題是由紙張表面的闊葉木導(dǎo)管組分在印刷過程中被油墨拉出而引起的。對于未涂布的高級紙來說，導(dǎo)管黏出會在印刷區(qū)域的全色或者半色區(qū)域以小白點的形式出現(xiàn)。這些白點會在印刷品的同一區(qū)域重復(fù)，但是最終會變小，直到完全褪色。這些白點的形狀或者是細(xì)長的或者是1 mm以下見方的方形區(qū)域，如圖3所示［4］。如果含有較多的導(dǎo)管組分，印刷過程中導(dǎo)管黏出現(xiàn)象嚴(yán)重，印刷后的紙張如圖4所示［5］。導(dǎo)管組織本質(zhì)上是疏油的，但在傳統(tǒng)的膠版印刷中容易被潤濕液潤濕，在印刷幾百張印品后，這些導(dǎo)管組分就變得吸油，能夠接受油墨。因此，如果在印刷過程中發(fā)生了導(dǎo)管黏出問題，通常是在印刷了幾百張印品后開始變得明顯［6-7］。這種黏出不僅破壞紙張的表面，而且黏出的導(dǎo)管會在印刷毯上聚集，因此在印刷過程中要停機清洗這些聚集物，進(jìn)而影響到印刷機的效率［5］。

對于涂布紙級別，導(dǎo)管黏出會將局部涂層強度較弱的表面拉出，破壞紙張的表面。原紙表面的導(dǎo)管組分會阻止涂料進(jìn)入原紙結(jié)構(gòu)中，如果導(dǎo)管組分和原紙結(jié)合的不夠好，在膠版印刷時可能會發(fā)生導(dǎo)管黏出。

3 導(dǎo)管黏出的原因

紙張中闊葉木漿的含量、纖維與導(dǎo)管組分的結(jié)合程度是紙張導(dǎo)管黏出的決定性影響因素。通常認(rèn)為導(dǎo)管黏出主要是由闊葉木漿中較大的導(dǎo)管組分引起的，如果導(dǎo)管組分和纖維之間的結(jié)合力太弱，也會加重導(dǎo)管黏出問題。在印刷過程中導(dǎo)管黏出的數(shù)量取決于下列因素［1，4-5］:①紙張表面導(dǎo)管組分的數(shù)量、大小和形狀;②導(dǎo)管組分和纖維的結(jié)合力;③在有導(dǎo)管組分的區(qū)域，纖維和導(dǎo)管結(jié)合的數(shù)量;④油墨排斥。

3.1 紙張表面導(dǎo)管組分的數(shù)量、大小和形狀研究顯示［5-6］，紙張表面導(dǎo)管組分的數(shù)量越多，導(dǎo)管黏出的可能性就越大，導(dǎo)管較大的比表面積也會增加黏出的可能性，所以必須降低漿料中導(dǎo)管組分含量。此外，導(dǎo)管組分的形狀和大小也會影響導(dǎo)管黏出，大的、方形的導(dǎo)管組分會使黏出的可能性增大，闊葉木導(dǎo)管大且硬，而且比表面積小，在紙張表面鍵合不強，特別容易發(fā)生導(dǎo)管黏出［8］。

3.2 導(dǎo)管組分和紙張的結(jié)合力導(dǎo)管組分和紙張之間的結(jié)合力越大，在印刷過程中就越不容易被油墨拉起，導(dǎo)管黏出的可能性就越小。

3.3 纖維和導(dǎo)管結(jié)合的數(shù)量和結(jié)合力在有導(dǎo)管組分的區(qū)域，纖維和導(dǎo)管結(jié)合的數(shù)量越多，兩者之間結(jié)合力越大，導(dǎo)管黏出的可能性就越小。

3.4 油墨排斥平版印刷中的油墨排斥是指在印刷過程中，紙張表面潤濕性能差、表面能低，或者是紙張的局部可壓縮性波動減少了油墨的轉(zhuǎn)移。牢固吸附在紙張中的導(dǎo)管由于其較差的潤濕性不能完成油墨轉(zhuǎn)移，被黏出的導(dǎo)管留在印版上接觸油墨、吸收水分變得飽和，印刷后的紙張在顯微鏡下觀察時導(dǎo)管存在的地方呈清晰的白點狀。油墨排斥增加了印版上導(dǎo)管碎片的堆積，單個導(dǎo)管分子的影響逐漸降低。最近的研究顯示［2］，對紙張表面施膠后導(dǎo)管分子并沒有被淀粉所覆蓋。

4 導(dǎo)管黏出的解決方案

通過以上對導(dǎo)管黏出影響因素的分析，要降低導(dǎo)管黏出的可能性，可以采用以下方法:選取導(dǎo)管組分小和細(xì)長的闊葉木原料;降低漿料中的導(dǎo)管組分;用除渣器除去大的、方形的導(dǎo)管組分;降低導(dǎo)管組分的大小;增加導(dǎo)管和纖維之間的結(jié)合力;增加纖維的可變形性等。在實際生產(chǎn)中下列方法可以減少導(dǎo)管黏出現(xiàn)象。

4.1 原材料的選取

在生產(chǎn)中應(yīng)盡量選取導(dǎo)管含量少且形狀小、細(xì)長的原材料。有研究顯示［9］，放置一段時間的木片其導(dǎo)管黏出的可能性要大于新鮮木片的。其原因可以解釋為新鮮木片的導(dǎo)管和纖維可能有較好的結(jié)合能力，放置一段時間的木片其導(dǎo)管間的結(jié)合更好。圖5顯示了木片新鮮程度和 (白楊+山毛櫸)導(dǎo)管的含量對導(dǎo)管黏出的影響［9］。

4.2 打漿

打漿濃度和打漿能耗在減少導(dǎo)管黏出問題上是兩個重要的控制參數(shù)。圖6顯示了打漿濃度10%、20%和30%的漿料隨著游離度的提高導(dǎo)管黏出的情況。在游離度為350～400 mL的范圍內(nèi)，隨著打漿濃度的升高，導(dǎo)管黏出明顯減少。打漿濃度越高，這種降低越明顯。圖6中也顯示了導(dǎo)管黏出隨著游離度的下降迅速下降，游離度下降是由于增加了打漿能耗。在較高的打漿濃度下導(dǎo)管被有效破壞，使導(dǎo)管與纖維之間的結(jié)合更強［9］。

打漿對降低導(dǎo)管黏出有以下好處［9］:①導(dǎo)管組分的碎片化，打漿可以壓潰導(dǎo)管、減少導(dǎo)管數(shù)量，使其更好地與纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)合;②增加纖維和導(dǎo)管組分之間的結(jié)合，使導(dǎo)管組分能夠被纖維網(wǎng)絡(luò)束縛住;③增加纖維和導(dǎo)管組分的柔韌性;④紙張固化程度提高;⑤增加纖維和導(dǎo)管的鍵接點;⑥降低紙張表面的粗糙度，提高導(dǎo)管組分與紙張表面的結(jié)合力。

打漿會改變導(dǎo)管的尺寸和形狀，Panula-Ontto等人對桉木漿的研究發(fā)現(xiàn)［5］，含導(dǎo)管組分較多的紙漿經(jīng)打漿后，纖維平均長度增加，寬度降低，其寬長比由0．62 降低到0．51。

如圖7所示［5］，左圖是未打漿桉木漿抄造紙張的印刷實驗效果，明顯可以看到有很多的導(dǎo)管黏出;在漿料經(jīng)過PFI磨2000轉(zhuǎn)打漿后抄造紙張的印刷實驗效果見右圖，肉眼幾乎看不出紙張導(dǎo)管黏出的現(xiàn)象。

將漿料的游離度控制在400～500 mL的范圍對抄紙后導(dǎo)管的黏出控制是有效的，過度打漿會對漿料的濾水性能產(chǎn)生負(fù)面影響。

4.3 表面施膠

通過對紙張進(jìn)行表面施膠，纖維和導(dǎo)管組分會結(jié)合得更緊密，在印刷過程中導(dǎo)管的黏出量會降低更多。淀粉膠液會從紙張表面沿紙張厚度方向部分滲入，這種滲入會通過紙張的孔隙進(jìn)入到纖維和導(dǎo)管坑內(nèi)。在一定的范圍內(nèi)，淀粉膠液用量越高，淀粉滲入的就越多，導(dǎo)管和紙張表面的結(jié)合就越緊密。但是淀粉用量過高會降低紙張的不透明度，使紙張變得過硬［10］。

4.4 導(dǎo)管分離

使導(dǎo)管從纖維中分離出來，最好的方法就是使用除渣器。使用除渣器除去大的、方形的導(dǎo)管組分，保留那些小的、細(xì)長的組分。但是用除渣器分離導(dǎo)管組分不是對所有漿料都有效，除渣器只適用于那些短而寬、小的、筒狀的導(dǎo)管。在使用除渣器分離導(dǎo)管組分后接著進(jìn)行高濃磨漿是降低導(dǎo)管組分最有效的一種方法［11］。

4.5 紙機成形和壓榨

頂網(wǎng)紙機抄造的紙張比長網(wǎng)紙機抄造的紙張的導(dǎo)管黏出要少，在較高的壓力下，兩者的差別更大。提高第一壓榨或者第四壓榨的壓力能夠顯著地降低導(dǎo)管黏出，壓榨壓力的增加提高了纖維與纖維之間的結(jié)合，也提高了導(dǎo)管和纖維之間的結(jié)合。

4.6 生物酶法

4.6.1 纖維素酶和聚木糖酶處理

Dutt Dharm 的研究［12］顯示在 5% 漿濃、50℃、pH值為5的條件下，用0．5%的纖維素酶處理漂白硫酸鹽闊葉木漿纖維，然后稀釋到3%的漿濃，打漿至450 mL游離度，酶處理的效果使導(dǎo)管黏出量降低了87%(從160個/cm2降低到21個/cm2)。

Cooper E W的研究［13］顯示用纖維素酶和聚木糖酶在打漿前處理漂白闊葉木硫酸鹽漿，所得手抄片的導(dǎo)管黏出量減少了70%，酶處理改變了導(dǎo)管組分的化學(xué)結(jié)構(gòu)，使得導(dǎo)管組分在通常的打漿強度下比較容易破裂。

圖8是桉木漿中的一個導(dǎo)管組分在酶處理前后的變化［10］，導(dǎo)管比紙漿纖維有更大的表面積，吸附到導(dǎo)管上的酶對導(dǎo)管組分產(chǎn)生作用，可以看到導(dǎo)管結(jié)構(gòu)已受到部分破壞。

4.6.2 纖維預(yù)處理

Rakkolainen等人用1%的羧甲基纖維素 (CMC)處理漂白桉木漿，結(jié)果顯示漂白桉木漿纖維經(jīng)CMC處理后抄造的紙張在印刷過程中，沒有發(fā)現(xiàn)導(dǎo)管黏出現(xiàn)象，纖維上吸附的CMC大大提高了纖維與導(dǎo)管組分之間的結(jié)合力［14］。

5 結(jié)語

隨著越來越多地使用闊葉木漿，導(dǎo)管黏出問題也日益凸顯，漿料中導(dǎo)管組分的含量、大小、形狀，纖維與導(dǎo)管之間的結(jié)合力和油墨排斥等是影響導(dǎo)管黏出的因素，其中導(dǎo)管組分的含量和纖維與導(dǎo)管之間的結(jié)合力大小是主要影響因素。可以通過打漿、表面施膠、導(dǎo)管組分分離、改善濕部的工藝和生物酶處理來降低導(dǎo)管黏出的可能性。在一定的范圍內(nèi)適當(dāng)提高打漿度可以有效地降低導(dǎo)管黏出，施膠則是降低導(dǎo)管黏出最簡單、經(jīng)濟、有效的方法。生物酶法是較新的處理導(dǎo)管黏出問題的技術(shù)，需要進(jìn)一步研究和生產(chǎn)實踐數(shù)據(jù)的支撐。

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