造纸涂布技术
现代造纸技术的发展
现代造纸技术的发展引言造纸技术作为人类文明历史上的一个重要里程碑，自古以来一直在不断发展。
现代造纸技术是一个融合了科学、工程和环保要求的复杂领域。
本文将深入探讨现代造纸技术的发展，从传统方法到现代工业化的制纸过程，以及对环境的影响和未来趋势。
传统造纸方法造纸的历史可以追溯到公元105年，最早由中国发明。
传统造纸方法主要包括手工造纸和纺织造纸。
手工造纸是最早的方式，它需要将植物纤维（如竹子、棉花和麻）浸泡在水中，然后将纤维混合成浆，再将浆液过滤并压制成纸张。
这种方法在古代埃及、印度和中国广泛使用。
另一种传统造纸方法是纺织造纸，它通常使用麻或棉纤维，并通过将纤维与胶质结合，然后在平面上展开并干燥制成纸张。
这种方法在旧日耶路撒冷和中世纪欧洲得到了广泛应用。
工业化制纸过程现代造纸工业经历了巨大的进步，实现了规模化生产和高效率。
工业化制纸过程主要包括以下几个步骤：1. 原材料准备现代纸张的主要原材料是木浆、废纸、亚麻、棉花、草木等。
这些原材料需要在工业设备中经过一系列处理步骤，如切割、剥皮、磨浆，以便制备成合适的浆液。
2. 制浆制浆是将原材料转化为纸浆的过程。
这可以通过化学处理、机械处理或它们的组合来实现。
化学处理主要涉及漂白和去除杂质，以确保纸张的质量。
3. 造纸造纸过程涉及将纸浆均匀地分布在细网上，然后将水分从纸浆中排除，使纸张干燥。
这个过程通常涉及大型滚筒或带有加热元件的机器。
不同的机器和工艺可以生产各种类型和质量的纸张。
4. 加工和涂布纸张可以经过进一步的加工和涂布，以改善其性能，如光泽度、光滑度和印刷质量。
这可以包括涂覆一层涂料，添加防水材料或进行其它特殊处理。
5. 裁切和包装最后，纸张被裁切成不同尺寸的张，然后包装好以供销售。
这一步骤通常涉及自动化设备和技术，以确保高效的包装和分发。
环境影响虽然现代造纸工业取得了巨大成功，但也伴随着一些环境挑战。
木浆的生产通常需要大量的水和能源，可能会导致水资源的过度消耗和排放的温室气体。
造纸术的起源与古代发展
古代造纸术不仅提高了信息记录和传 播的效率，还促进了科学、艺术等领 域的发展，如阿拉伯的《医典》等著 作都得益于这一技术。同时，造纸术 也推动了文化的交流与融合，如佛教 经卷的广泛传播就离不开纸张的使用。
造纸术起源于中国汉朝的蔡伦改进的工艺
1.2.1 Spread of the Silk Road
丝绸之路成为造纸术向外传播的重要途径
纸张成型与加工技术的发展
中国造纸术起源于西汉早期
• 据史书记载，公元前105年，蔡伦改进了 造纸工艺，标志着中国纸的发明与制造。 这一技术随后在汉朝广泛传播，成为中 国古代四大发明之一。
古代纸张成型与加工技术的不断发展
• 从最初的麻质纸到丝绸、棉麻混纺纸， 再到宋明时期的竹纸和草纸，古代纸张 材料不断创新。同时，纸张的切割、压 平和印刷等技术也得到了长足发展，为 后世印刷术的发展奠定了基础。
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古代造纸术的发展推动了文化的交流与传播
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1.2.2 东亚地区的普及与创新
东亚地区是造纸术起源地 考古发现，公元前105年蔡伦改进造纸技术，标志着造纸术在东亚的普及。 东亚地区的纸张创新与普及 公元6世纪，中国开始生产质地更好的细纸，8世纪日本发展出和纸制作技 术，东亚的纸张创新推动了其普及。 东亚地区的造纸术传播到其他国家 公元7世纪，中国的造纸术通过阿拉伯商人传入中东；13世纪，欧洲通过蒙 古帝国接触到造纸术，极大地推动了文化发展。 东亚的造纸术对全球文明的影响 造纸术的传播不仅改变了书写工具，还影响了艺术、教育、科学等各领域， 对全球文明产生了深远影响。
造纸工艺流程
1.5~2.5mm2
交货水分
单位 g/m2 mm S % 次 g/cm3
mN.m (g.cm)
个/ m2
%
规 A等
定 B等
C等
200，220，250，270，300，350，400，450
0.5 14 80.0 10 0.60-0.80 3.5(36.0) 4.0(40.8) 4.5(46.4) 4.5(46.4) 4.5(46.4) 6.5(67.0) 6.5(67.0) 10.0(103) 20 4 不许有 不许有 5.0-9.0
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4、干燥：把湿纸烘干到标准 水份，并使全幅水份均一， 纵向水份连续稳定。 作用：提高纸的强度、平滑 度
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5、施胶：在纸浆或纸页表面添加抗水性物质，使纸页 具有延迟流体的渗透性能 影响参数：吸水
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6、压光：通过上下辊 的加压使达到需要的紧 度，并对纸面起到一定 的修饰作用。 影响参数：平滑度、光 泽度、厚度和纸幅的均 匀性
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5、供浆系统
6）热分散：经过加热、搓揉、挤压使胶粘物细化，， 变成40um以下，看不见的细小颗粒。（胶粘物危害） 胶粘物危害：影响外观（与原纸颜色不协调）、容易导 致纸病（降低原纸强度）
热分散后
浆料
7）泵入流浆箱
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三、造纸段工序介绍
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工艺流程：
面浆
造 衬浆 纸 段 芯浆
底浆
复合 压榨
要求（可塑性、耐热、导电等），节省纤维原料降低 成本；滑石粉、白土、钛白粉、石膏 • 染色与调色：增白、加黄、调灰等 • 湿强剂：增加湿纸强度；完全浸水后的纸张强度； 相片纸、胶片纸 • 干强剂：增加干纸的强度，一般打浆实现，但打 浆高成本也高，同时其他撕裂、透气、稳定性会降低， 故而使用干强剂增加纸张强度。 • 助留、助滤和分散剂：助留——提高填料和细小 纤维的留着；助滤——改善滤水性能，提高脱水速率； 分散：使纤维在浆液中不絮聚。 • 除气剂、消泡剂、防腐剂、树脂控制剂、柔软剂、 抗静电剂、阻燃剂、防水剂、絮凝剂 4）贮浆池：纸浆浓度4-5%
最全造纸工艺流程
最全造纸⼯艺流程1、制浆⼯艺流程(1)植物纤维原料制浆（⽊浆、⾮⽊浆）⼯艺流程废液回收利⽤废液提取洗涤筛选浓缩说明：纤维离解对化学法制浆⼯艺是蒸煮过程，对机械法制浆⼯艺是粗磨过程，对化机法、半化学法制浆⼯艺是化学预处理过程和磨浆过程。
(2)废纸原料制浆⼯艺流程碎解脱墨（漂⽩）浓缩废纸除杂废⽔处理回⽤浓缩贮存热分散2、造纸⼯艺流程贮浆精磨流体浆贮浆配浆池浆板碎浆贮浆精磨贮浆．混浆贮存贮浆成浆调料抄前池⽩⽔回⽤流浆⽹稀释冲筛选净化说明：①造纸机的⼲部和湿部都要有损纸回抄过程；②以上⼯序可以根据制浆造纸企业制造⽅法、产品品种和档次的不同有所增加或删减。
⽊浆的制造参见：制浆⼚⽊浆可以按照下⾯的⼏个步骤制造：先，取出⽊材的树⽪。
脱去树⽪的过程1.⾸可以有⽔的参与，也可以没有。
树⽪通常会被回收⽤作纸浆和造纸的燃料。
．2.分离⽊材中的纤维素纤维，这可以通过下⾯⼏种⽅法完成：⽊材可以⽤研磨机（巨⼤磨⽯）来粉碎，然后⽤⽔浸泡制造研磨浆（GW）。
机械浆⽤于制造需要较⼩强度的纸品，如新闻纸和纸板。
⽊材也可以⽤盘磨机来粉粹在⾼温⾼压下⽤蒸汽来制热磨机械浆TM。
热磨机浆在质量上与研磨浆有所不同除了盘磨机化学品也可以⽤于分离纤维素维这种⽅法制造出来的⽊浆称化学热磨械浆CTM。
研磨浆、热磨机械浆和化学磨机械浆都称为机械浆机械浆将随时间推⽽变黄，这是由于纸浆有⽊质素化学是通过将碎⽊⽚和化学品在称为蒸器的⼤桶中混合制造出来的热的效果和化分解将纤维素纤维结合在⼀起的⽊质素⽽破坏⽊质纤维包含⽊质素和其他分解的材化学浆⽤于制的液体将被⼲燥并⽤作燃料。
．需要很结实的纸张，或与机械浆相混合给产品带来不同的特质。
化学浆包括硫酸盐浆。
纸浆也可以⽤废纸和废纸板来制造。
回收纸浆通常⽤于制造纸板、新闻纸和卫⽣纸。
进⾏中的研究致⼒于开发⽣物纸浆，类似于学制浆但使⽤真菌分解掉不想要的⽊质素保留纤维素纤维这将降低与化学制浆相关污染，具有重⼤的环境意义在流程的这个环节上⽣产出的纸浆就可以⾏漂⽩以制造⽩⾊纸品⽤于漂⽩纸浆的化物是造成环境问题的⼀个原因最近制浆⾏已经开始使⽤氯⽓的替代品，如⼆氧化氯、⽓、臭氧及双氧⽔纸浆混合物就被送到造纸机进⾏成形和⼲燥。
最新造纸涂布技术
way which leaves the desired coating quality at the desired production rate
计量——是指将过量的涂料从纸层移除，达到 需要的涂布量
1、典型的涂层厚度为5-20微米 2、典型的单面涂布量5-20克/平方米
Blade vs Airknife vs Rod/Metering Size Press 刮刀式涂布和棒式/计量式施胶涂布的比较
影响涂布机运转的因素
刮刀式涂布
Blade coaters are the most commonly used metering device in the paper & board industry ——在造纸工业的涂布应用中刮刀式涂布是最 常见的方式
刮刀压力越大，保水性越差
erational issues 操作方面
blade lines/streaks 刮刀条痕
blade wear can be high 刮刀磨损严重
Blade Coaters-Bent 刮刀涂布机 – 软刮刀
Bent blade coater advantages 软刮刀涂布的优点
短驻留为什么产生比较平滑的涂层表面？
fiber roughening
短驻留条痕short dwell streaks
短驻留涂布量为15克/平方米；长驻留涂 布和喷射涂布要高20克/平方米
消除短驻留涂布条痕的措施
喷射上料JET APPLICATOR
Voith Dynamic Jetflow C
影响因素主要包括： 流动速率 堰板宽度 喷射角 喷射距离
造纸背面涂布工艺流程
造纸背面涂布工艺流程
1. 原纸准备
•选择适合涂布的原纸，通常厚度为 80-120 克/平方米。
•用浆料或化学物质处理原纸表面，以提高涂层的附着力。
2. 涂料制备
•根据所需涂层性能配制涂料。
•涂料通常由以下成分组成：
–粘合剂（如淀粉、乳胶）
–填料（如碳酸钙、滑石粉）
–助剂（如流平剂、消泡剂）
3. 涂布
•将涂料均匀涂布在原纸背面。
•使用涂布机，可以采用多种涂布方式，例如涂布辊、网纹辊或刀片涂布。
4. 干燥
•将涂布后的原纸送入干燥器进行干燥。
•控制干燥条件（如温度、湿度），以确保涂层均匀干燥。
5. 表面处理
•干燥后，可以对涂层进行表面处理，例如：
–压光：使用高压辊压光涂层，使其光滑有光泽。
–涂饰：涂布一层清漆或保护层，以提高涂层的耐候性和耐磨性。
6. 检查和包装
•检查涂布纸的质量，包括涂层厚度、光泽、平滑度和附着力。
•将合格的涂布纸包装成卷或片，准备发货。
附加步骤（可选）
•预涂布：在涂布主涂层之前，涂布一层薄的底涂层，以增强涂层的附着力和均匀性。
•上机涂布：在造纸机上在线涂布背面涂层，以提高效率和降低成本。
•涂布图案：通过使用特殊涂布技术，在涂层上创建图案或纹理。
造纸工艺流程简介
... 造纸工艺流程简介...造纸的原料主要有两种：一种是含纤维的植物，还有一种就是现在比较环保的废纸在回收。
第一种原料造纸比较复杂一点，先要切碎，在加高浓度碱水进行高温蒸煮，还要经过CX筛、高频震动筛、洗浆机、压滤机等机械去除原桨中含有的碱水，然后进行漂白。
漂白后经洗涤加水配成0.03%的桨液就可以造纸了. 第二种就简单一点了。
将废纸、工业双氧水、脱墨剂、碱、水按一定比例配好，用水力碎桨机打一定的时间；最后用跳筛筛去杂质就可以造纸了。
不管用什么方法造纸，原理都是一样，就是把造纸原料的纤维打碎，再经高温从新结合。
造纸的工艺流程由如下几个主要环节组成：制浆段：原料选择→蒸煮分离纤维→洗涤→漂白→洗涤筛选→浓缩或抄成浆片→储存备用抄纸段：散浆→除杂质→精浆→打浆→配制各种添加剂→纸料的混合→纸料的流送→头箱→网部→压榨部→干燥部→表面施胶→干燥→压光→卷取成纸涂布段：涂布原纸→涂布机涂布→干燥→卷取→再卷→超级压光加工段：复卷→裁切平板（或卷筒）→分选包装→入库结束现代的造纸程序可分为制浆、调制、抄造、加工等主要步骤1. 制浆的过程制浆为造纸的第一步，一般将木材转变成纸浆的方法有机械制浆法、化学制浆法和半化学制浆法等三种。
2. 调制过程纸料的调制为造纸的另一重点，纸张完成后的强度、色调、印刷性的优劣、纸张保存期限的长短直接与它有关。
一般常见的调制过程大致可分为以下三步骤： a. 散浆 b. 打浆c. 加胶与充填3. 抄造过程抄纸部门的主要工作为将稀的纸料，使其均匀的交织和脱水，再经干燥、压光、卷纸、裁切、选别、包装，故一般常见之流程如下：a. 纸料的筛选将调制过的纸料再稀释成较低的浓度，并借着筛选设备，再次的筛除杂物及未解离纤维束，以保持品质及保护设备。
b. 网部使纸料从头箱流出在循环的铜丝网或塑料网上并均匀的分布和交织。
...c. 压榨部将网面移开的湿纸引到一附有毛布的二个滚辘间，藉滚辘的压挤和毛布的吸水作用，将湿纸作进一步的脱水，并使纸质较紧密，以改善纸面，增加强度。
造纸涂布作业安全操作指引
造纸涂布作业安全操作指引造纸涂布作业是造纸生产中的一个重要环节，为了确保作业过程的安全，保障人员的生命健康和设备的正常运行，特制定本安全操作指引。
一、作业前的准备1、人员培训所有参与造纸涂布作业的人员必须经过专门的安全培训，熟悉涂布作业的流程、设备操作方法以及相关的安全知识和应急处理措施。
2、个人防护装备操作人员应穿戴符合要求的个人防护装备，包括安全帽、工作服、防护手套、防护眼镜、耳塞等。
防护装备应保持完好无损，定期检查和更换。
3、设备检查在作业前，应对涂布设备进行全面检查，确保设备处于正常运行状态。
检查内容包括但不限于：传动部件的润滑情况、电气设备的接地和绝缘情况、涂布头的清洁和调整、干燥系统的温度控制等。
4、工作环境检查检查工作区域的照明、通风情况，确保工作环境安全、舒适。
清理工作区域内的杂物和障碍物，保持通道畅通。
5、原材料准备检查涂布所用的原材料，确保其质量符合要求，并且储存和搬运过程符合安全规范。
二、作业中的安全操作1、设备启动按照设备操作规程，依次启动涂布设备。
启动过程中，操作人员应密切观察设备的运行情况，如有异常声音、振动或气味，应立即停机检查。
2、涂布操作（1）在进行涂布操作时，操作人员应集中注意力，严格按照工艺要求控制涂布量、涂布速度和涂布均匀度。
（2）避免手部或身体其他部位接触正在运行的涂布部件，防止卷入或擦伤。
（3）定期检查涂布效果，如发现质量问题应及时调整设备参数或采取相应的措施。
3、干燥过程（1）在干燥过程中，严格控制干燥温度和风速，防止纸张过热、燃烧或变形。
（2）定期检查干燥设备的运行情况，确保通风系统正常工作，排除有害气体。
4、收卷和放卷（1）收卷和放卷操作应平稳进行，避免纸张张力过大或过小，导致纸张断裂或褶皱。
（2）操作人员应站在安全位置，防止被卷入收卷或放卷装置。
5、化学品使用（1）在涂布过程中使用的化学品应严格按照操作规程进行添加和使用，避免化学品泄漏和接触皮肤。
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当上料辊与纸张分离后，压力下降；压力甚至 低于大气压，形成气穴
驻留期大约持续20-50ms，依靠于车速和辊的 直径；在驻留期主要依靠纸张的吸水脱除涂料 中的水分。
在计量阶段，纸张上的涂料组成分两个 部分：
1、几微米厚的涂料滤饼 2、在滤饼表面的液体层
短驻留为什么产生比较平滑的涂层表面？
fiber roughening
短驻留条痕short dwell streaks
短驻留涂布量为15克/平方米；长驻留涂 布和喷射涂布要高20克/平方米
消除短驻留涂布条痕的措施
喷射上料JET APPLICATOR
Voith Dynamic Jetflow C
短驻留原纸回湿现象少 在涂布头处纸张的强度损失少
两种驻留上料的比较
由于短驻留上料涂料失水不严重，涂层滤饼不 容易形成
如果形成涂布滤饼，则在刮刀处涂料的固含量 比泵送过来的新鲜涂料要高，结果导致涂料头 的压力上升，结果导致过多的涂布缺陷产生和 纸张断头。
短驻留对纸张质量的影响
短驻留主要用于低、中量涂布6-11克/平方米 涂料固含量为59-64%
涂布纸的分类
Lightweight coated: 5-10 g/m2 per side Single-coated, medium weight 8-16 g/m2
per side Double-coated 14-26 g/m 2 per side Triplecoated 24-40 g/m 2 per side.
SPLIT容易形成RIBBED PATTERN在纸张表面和 涂布辊表面
纸机车速越高，RIBBED 又导致DROPLETSD 的 形成，最终涂布纸质量发生变化
解决RIBBED 的方法：采用JET APPLICATION喷 射上料装置
短驻留涂布SDTA
短驻留上料装置
对纸张强度要求没有长驻留高 刮刀承受的负荷小 纸张断头少
SDTA的脱水
压力 时间 原纸的吸受 一定温度下，涂料对脱水的抵抗力 温度
由于短驻留脱水时间，在驻留区承受的 压力小，所以不会导致涂料的强烈脱水
短驻留回流压区与计量刮刀之间的距离 为30-50mm
当纸机车速为1000-1500m/min时，驻留时间为 1.2-3毫秒；与6
从车速小于500米/分钟——1500米/分钟 都能适应
组成-上涂辊 背辊 涂料盘和刮刀片
由两个不同直径的辊子组成，辊子表面被橡胶 覆盖，均是主动
背辊（BACK ROLL）直径大，速度=纸机车速 上涂辊(APPLICATOR ROLL)直径是背辊的30-
40%，速度是纸机速度的15-25% 典型的辊间距离是0.5-1.5mm
Free jet applicators
FREE JET APPLICATOR的工作 原理
Paper
Backing roll
20°- 40°
Premetered colour 150 - 200... ml/m
Nozzle gap 0.6 - 1.2 mm
Colour supply
消除了FILM SPLIT 和溢流，喷出的层状 涂料均匀一致
上料装置应该具备的特征
使涂料盘外形与上涂辊一致，消除死角， 浆系统内的涂料降低到最低限度
用水冷壁冷却表面促使结露水，以防止 溢出物与喷溅物结垢硬化，从而方便清 洗
支持刮刀架的横梁要有较大的截面以防 止下弯，用水循环控制温度
有一组空气管操纵的夹紧装置
辊式涂布 APLICATION ROLL
滤饼层的厚度为2-4微米，相当于3-5克/平方 米涂料；大约3-6层颜料积层！
所以，辊式上料也称为 ---长驻留上料涂布
随着纸机车速的增加，进入压区、通过压区或回流到涂料盘的 涂料增加，容易导致飞溅SPLASH和漏涂现象的发生！
涂层分离SPLIT，不能形成完全均匀的表面， 取决于涂料的粘度和表面张力
最新造纸涂布技术
基本原理
所有的涂布机都具有两种功能：
Application 上料装置
metering
计量装置
Application consists of applying more
material than is needed in the final product
上料——是指将过量的涂料涂到纸张表面
关键参数
两辊之间的距离 上料辊的速度 涂料的粘度
涂布过程的三个阶段
1、上料阶段-涂料和纸张接触 2、驻留阶段-上料至计量之间 3、计量阶段-有刮刀、棒式和气刀计量
在接触阶段2-5ms，压区内的涂料承受了压力 脉冲，最大压力在05-4BARS，主要依靠于车速、 压区宽度和涂料粘度
辊式涂布的取代产品
两把刮刀，使得控制困难；纸张张力不 容易控制
Valmet Opticoat Duo
Valmet Opticoat
上述几种喷射上料涂布难以在实际生产 中应用。
Another example of premetered jet applicator (Valmet Opticoat).
Metering methods remove the excess in a
way which leaves the desired coating quality at the desired production rate
计量——是指将过量的涂料从纸层移除，达到 需要的涂布量
1、典型的涂层厚度为5-20微米 2、典型的单面涂布量5-20克/平方米
固含量要高，以达到节省能量的目的
印刷纸典型的固含量50-70% 某些功能性的颜料涂布纸固含量10-30% 随着纸机车速的提高，防止涂层里面出
现空气是非常关键的
目前涂布技术的发展
上料装置——保证纸张上每个点被涂料覆盖 计量装置——精确对纸张进行涂布
涂布上料和计量分类
上料系统