紙漿與紙張檢測‧第十九卷（簡體書）

芬蘭造紙工程師協會組織編寫的20本造紙書中的一本。紙漿和紙張的相關測試對于生產、品控和銷售非常重要。本書對實驗室條件下紙漿和紙張的性能測試的方法和原理進行了論述。其中，對于基礎和標準的方法只做了簡單的闡述，但對于影響紙和紙板最終用途的測試進行了詳細的論述。
本書實用性與先進性較強，可供制漿、造紙、印刷以及造紙化學品相關企業、科研院所的科研、管理與工程技術人員閱讀參考，也可作為高校相關專業師生的科研與教學參考用書。

呂衛軍，男，1976年生，教授級高工。本科畢業于天津科技大學，博士畢業于北京林業大學，現就職于中國制漿造紙研究院。曾參與過多項“國家科技支撐”項目，主持發改委重大產業化項目1項。2012開始組建“造紙實驗設備研發中心”，創建了“中紙”品牌。近五年發表核心期刊4篇，EI3篇，SCI4篇，實用新型專利3項，發明專利3項，省部級科技進步獎1項。

目錄

第1章 紙漿與紙張的檢測目標 15
1.1 為什么要檢測紙漿和紙制品 15
1.2選擇合適的檢測和分析方法 15
1.2.1 工藝分析 16
1.2.2產品分析 16
1.2.3選擇檢測方法的案例 16
1.3 檢測與表征 18
參考文獻 19
第2章 單根纖維性能 20
2.1簡介 20
2.2紙漿纖維的鑒定 20
2.2.1 木材種類的鑒定 20
2.2.2不同類型的紙漿的鑒定 20
2.3纖維的尺寸及其變化 21
2.3.1木材纖維的尺寸變化 21
2.3.2紙漿纖維尺寸的變化 22
2.4 纖維尺寸的測量 23
2.4.1纖維長度 23
2.4.2纖維寬度和纖維壁厚 24
2.5 纖維特性 25
2.5.1挺度 26
2.5.2纖維表面細纖維化 27
2.5.3纖維壁孔隙率 28
2.5.4單根纖維強度 30
2.5.5測量零距抗張強度評估單根纖維強度 31
2.5.6纖維形變的量化 32
2.6 測量單根纖維的原因 36
參考文獻 36
第3章 紙漿造紙性能 40
3.1 傳統的實驗室檢測程序 40
3.1.1實驗前紙漿處理 41
3.1.2紙漿的干物質含量 41
3.1.3漿料濃度 41
3.1.4漿料解離 41
3.1.5化學漿的實驗室打漿 42
3.1.6傳統實驗室打漿機 43
3.1.7實驗室磨漿 45
3.1.8紙漿濾水性能 46
3.1.9纖維長度，粗度和強度的分析 49
3.1.10實驗室紙頁的制備 50
3.1.11實驗室紙頁的濕壓 52
3.1.12實驗室紙頁的干燥 52
3.1.13實驗室紙頁壓光 52
3.1.14實驗室紙頁的調溫調濕和檢測 52
3.2 紙漿造紙潛力的評價 53
3.2.1傳統的紙漿評價 53
3.2.2傳統紙漿評價方法的問題 53
3.2.3利用屬性對比較紙漿 54
3.2.4化學漿的質量潛力 55
3.2.5機械漿 57
3.3 漿料優化 58
3.3.1使用單一紙漿檢測的優化問題 58
3.3.2不同等級紙漿檢測策略 58
3.3.3產品分析 59
3.3.4工藝分析 59
3.3.5漿料優化過程 60
3.3.6漿料優化方法的評價 63
參考文獻 64
第4章 再生紙漿的性質 67
4.1 概述 67
4.2 回收廢紙的質量問題 67
4.3 樣品制備和回收廢紙檢測 68
4.3.1 漿料特征 70
4.3.2強度性能 80
4.3.3光學特性 81
4.3.4紙漿和濾液的潔凈度 83
4.4 紙產品的檢測 85
4.4.1油墨剝離 85
4.4.2脫墨 87
參考文獻 90
第5章 絨毛漿 93
5.1 引言 93
5.2基礎漿料性能檢測 94
5.2.1干燥狀態下原始漿板性能檢測 94
5.2.2濕潤狀態下原始漿板性能檢測 95
5.3 絨毛漿性能檢測 96
5.3.1單位撕碎能 98
5.3.2干和濕網絡強度 99
5.3.3漿節含量 100
5.3.4 SCAN吸收檢測：吸收能力、吸收時間和比容體積 100
5.3.5其他檢測方法 102
5.3.6液體收集 104
5.3.7消費者與實驗室檢測對比 107
參考文獻 108
第6章 紙漿的化學分析 111
6.1引言 111
6.2干物質含量 111
6.3碳水化合物 112
6.3.1碳水化合物組成 112
6.3.2聚戊糖 112
6.3.3堿溶性碳水化合物的分類 112
6.3.4碳水化合物分子量和聚合度測定 113
6.3.5碳水化合物的官能團 116
6.3.6利用FTIR研究碳水化合物 118
6.4木素 118
6.4.1木素定量分析 118
6.4.2脫木素程度 119
6.4.3木素表征 119
6.5有機抽出物 123
6.5.1總抽出物 124
6.5.2抽出物分析 124
6.6纖維表層組成 125
6.7紙漿中的塵埃和纖維束 125
6.8返黃 126
6.9無機物 126
6.9.1灰分及其組成 126
6.9.2氯化物 127
6.9.3其他成分 127
6.9.4水抽出物的組成與性質 128
6.10溶解漿分析 128
6.11化學分析的未來 129
參考文獻 129
第7章 紙和紙板的物理性能 132
7.1檢測準備 132
7.1.1取樣 132
7.1.2恒溫恒濕 133
7.2基本性能 136
7.3強度性能 137
7.3.1抗張強度 137
7.3.2耐破度 140
7.3.3內撕裂度，撕裂度 140
7.3.4耐折度 145
7.3.5零距抗張強度 145
7.3.6表面強度 147
7.3.7紙張Z向強度 147
7.4挺度特性 148
7.4.1抗張挺度 148
7.4.2彎曲挺度 149
7.4.3共振法測定挺度 152
7.4.4聲波法測定挺度 153
7.5結構特性 154
7.6表面性能 155
7.7吸收性能 157
參考文獻 158
第8章 紙的光學性能 160
8.1光和紙的相互作用 160
8.2光澤度 161
8.3反射率測量 162
8.3.1 基本概念 162
8.3.2明度和顏色的數值描述 165
8.3.3 ISO亮度，R457 170
8.3.4 Y值 171
8.3.5 白度 171
8.3.6不透明度 172
8.3.7光散射因子和光吸收因子 172
8.4熒光材料的反射系數測量 173
8.5設備 174
8.5.1 測量方法 174
8.5.2影響檢測結果的設備參數 175
參考文獻 178
第9章 印刷紙的最終使用性能 179
9.1 運行性 179
9.1.1卷筒紙印刷中的運行性 179
9.1.2 平板紙印刷運行性 183
9.1.3與運行性問題有關的檢測時間 195
9.2 印刷適性和印刷質量 198
9.2.1 常用的紙張質量 198
9.2.2實驗室印刷適性和印刷質量的測定 202
9.2.3全尺寸印刷試驗 209
參考文獻 210
第10章 包裝紙和紙板的使用性能 214
10.1引言 214
10.2 強度和挺度性能 214
10.2.1 強度性能 215
10.2.2 彎曲挺度 215
10.2.3 抗壓性能檢測 215
10.2.4 壓痕性能 219
10.3 瓦楞紙板的檢測 220
10.3.1 邊壓強度的測定（ECT） 220
10.3.2平壓強度的測定（FCT） 221
10.3.3彎曲挺度 221
10.3.4耐戳穿強度 221
10.4 紙和紙板濕度和黏彈性的影響 221
10.5 防護和阻隔性能 222
10.5.1抗油性 222
10.5.2水蒸汽穿透率（WVTR） 223
10.6 食品包裝用紙和紙板 223
10.6.1 感官分析 223
10.6.2遷移試驗 224
10.6.3提取物的分析 225
10.6.4 微生物性能 225
10.6.5 未來需求 226
參考文獻 226
第11章 衛生紙 228
11.1 取樣和樣品的處理 229
11.2熟化 229
11.3克重（定量） 230
11.4厚度 231
11.5吸收性能 232
11.6抗張強度和伸長性 235
11.7濕抗張強度 236
11.8柔軟度 238
11.9 紙巾的其他性能 239
參考文獻 239
第12章 耐久性紙張 243
12.1耐久性紙的歷史沿革 243
12.2紙張耐久性要求及檢測 245
12.2.1 紙張組成和性能 245
12.2.2加速老化 246
12.3耐久型紙的種類 247
參考文獻 248
第13章 紙漿與紙張物理檢測結果的可靠性 250
13.1引言 250
13.2了解測量不確定度的重要性 250
13.3測量的不確定度、重復性和再現性 251
13.4測量結果不確定度的評估和表述的程序 252
13.4.1基本程序 252
13.4.2 紙漿與紙張檢測中的實際應用 253
13.5紙漿與紙張檢測中產生不確定度的主要因素 254
13.5.1 材料和取樣 255
13.5.2采用的檢測方法 255
13.5.3 檢測設備 256
13.5.4 檢測環境 256
13.5.5 操作人員 256
13.6不同測量中不確定度的大小、重復性和再現性 256
13.7小結 257
參考文獻 258
第14章 紙漿與紙張的檢測標準 260
14.1引言 260
14.2標準化機構 261
14.3國際標準化組織（ISO） 261
14.3.1概論 261
14.3.2 標準的發展史 262
14.3.3與紙漿、紙和紙板相關的ISO工作 262
14.4歐洲標準化委員會（CEN） 263
14.4.1 概論 264
14.4.2 CEN標準的發展 264
14.4.3 CEN在紙漿、紙和紙板標準方面的貢獻 264
14.5行業標準 265
14.5.1 SCAN-檢測標準 265
14.5.2 TAPPI標準 265
14.6 標準的優勢 266
參考文獻 266
附錄 267
計量單位換算表 272

第1章 紙漿與紙張的檢測目標
1.1 為什么要檢測紙漿和紙制品
檢測生產過程中的原料、中間體和最終產品是所有工業過程中的一個共同特點。從某種意義上說，只要生產產品，就要進行檢測。如今，檢測是所有工業活動的一個非常重要的組成部分。由于工業生產過程變得越來越復雜，產品的一致性要求也越來越嚴，相關檢測也變得越來越重要。
檢測過程試圖定量的表征產品或（和）中間體的某些相關特性或特征。當檢測技術使用到物理或化學方法時，我們不可能總是肯定一個特定的檢測得到的結果剛好就是我們所關注的產品的特征，因此需要考慮檢測的方法與需要檢測的特征相匹配。
在工業生產中，檢測的原因可能不盡相同。檢測中間體或最終產品可能是用來控制工藝條件，也可能是用來控制最終產品質量的一致性和使產品達到相關的質量要求，還可能是為了獲得用于推銷產品的特征。在所有這些情況下，對給定產品選擇相應的檢測方法也就不盡相同。因此，在進行檢測前，顯然需要考慮選擇什么樣的檢測方法。
如今，在生產過程中增加了許多直接的在線檢測。在線測量無疑可以提高生產效率和產品質量控制的可能性，因此，工廠希望盡可能的使用在線檢測來控制生產工藝和產品質量。在許多情況下，合適的傳感器和儀表的缺乏阻礙了過程控制的進一步發展。
盡管在線檢測在不斷的增加，傳統的實驗室檢測基于以下原因仍不可或缺：
-所有必要的檢測是不可能都在線實現的。
-在線檢測設備需要實驗室檢測校準。
-在線檢測不能夠在標準化條件進行。
-客戶可能需要對所購產品非常具體的檢測。
1.2選擇合適的檢測和分析方法
為原料、中間體或最終產品選擇適當的相關分析與檢測顯然對檢測方案的成功來說至關重要。檢測與分析的識別和建立，必須基于對相關工藝和產品的分析。以下是做分析時需要提出的基本問題：
-工藝條件是什么？我們要檢測的變量是什么？
-檢測分析描述的是材料或產品的什么特性或功能？
分析回答這些問題可以找到相關的檢測和分析要求。下面的討論描述了最關鍵最重要的兩個問題。
1.2.1 工藝分析
工藝分析是為了確定流程的控制變量。控制好可控變量，就能保證工藝流程順暢，產品的質量就能達到要求。工藝分析需要使用現有經驗和知識[1]。
工藝分析的第一步是確定能夠影響最終產品性能的關鍵控制變量。如果由于生產過程中一個控制變量的改變，一個重要的產品或工藝特征隨即發生改變，而其他特征也隨著這個重要特征的改變而變，那么這個變量就是一個關鍵的控制變量。相關特征構成一對關鍵特征。打漿度對紙張性能的影響就是這樣一個例子。隨著打漿度提高，抗張強度增大，但不透明度會降低，如果抗張強度和不透明度是紙的重要特征，那么打漿度則是一個關鍵的控制變量。在這個例子中，就需要通過檢測抗張強度和不透明度這兩個產品特征來控制打漿過程。
工藝分析可用構建矩陣來實現，其中每行代表一個控制變量對多個不同的工藝變量或產品特征的影響。這使從反向思維上確定影響重要特征控制變量變得簡單。
關鍵變量是工藝控制相關檢測的目標。本章第2.3節提供了范例及進一步的討論。
1.2.2產品分析
產品分析的目的是確定生產中涉及到的具體產品或材料的性能。產品分析的要求如下：
-確定關系到產品功能行為和使用的重要特征和需求
-確定可為相關行為能提供定量信息的測量方法。
產品分析可以被看作是建立一個矩陣，其中的行表示與產品有關的不同的功能要求，而列則描述不同的可測量的性能。通過恰當地完成這樣的矩陣，可以得到一個對不同的功能需求和產品可測性質之間關系的很好的概括。這也是選擇用于產品開發或（和）描述一個產品的潛在的最終用途的檢測方法時所使用的手段。
1.2.3選擇檢測方法的案例
1.2.3.1確定用于工藝控制系統的檢測
工藝控制系統的總目標是使產品在不同的工藝條件下盡可能的保持恒定的質量。這需要通過調整工藝的控制變量，保持一個或幾個相關的和可測的產品質量參數恒定。
為了選擇適合作為控制系統目標變量的可測的產品性質，有必要知道：
-關鍵工藝控制變量和工藝變化對不同可測產品質量參數（屬性）的影響。那些作為工藝控制系統的目標變量必須對這個工藝的變化和變異很敏感。
-工藝控制系統的目標變量和需要保持不變的質量參數之間的關系。
選定的作為控制系統目標變量的屬性不一定是該產品在其最終使用情況下的行為標準。
這種方法的一個典型的例子就是使用紙漿的游離度值來控制機械制漿工藝過程。制漿工藝過程的變化極大地影響游離度值。隨游離度值變化機械漿的造紙性質有很大的不同。因此這個屬性非常適合作為目標變量來控制機械制漿工藝過程。
還要注意作為一個工藝控制目標變量的某一確定屬性的適用性可能從一個情況到另一個情況發生變化。例如雖然加拿大標準游離度已經證明了它對機械制漿過程的控制是有用的，但它對控制化學漿的打漿作用很小。
一個單個的變量有時不足以起到控制作用。如果一個以上的變量是必要的，那么所有的變量應盡可能相互獨立。總之，他們應該包括工藝變化的最大可能范圍[2]。
1.2.3.2確定用在工藝和設備開發中的檢測
設備或工藝開發工作的目標是創造新的設備或工藝或改進現有的設備或工藝。這里需要知道和描述的一點是新設備是什么或改進后的設備相對于舊設備就產品而言有什么影響。以漿廠為例，從檢測角度出發，應該以下列方式確定目標：
-通過開發工藝或設備，纖維、紙漿或紙的性質得到了提高。
-監測以上性質變化的檢測。
-描述漿料各性能和相關設備或工藝的工作機理之間關系的檢測。
為了給設備或工藝的進一步發展和改進提供合理的基礎，知道單根纖維和紙漿的作用機理是必要的，因此，測定單根纖維的性能對于以上目的是有幫助的。
檢測僅對所監測漿料性能的一些變化意義重大, 而漿料的性能可以通過開發涉及這些性能的設備來改善，以使這些漿料的性能能夠描述造紙過程中或生產最終產品時紙漿的行為。這個“黑匣子”方法在工藝過程或設備開發中頻繁得到應用。這種方法描述了給定紙漿處理的結果，但不一定是由該設備作用于紙漿而產生的結果。
一種設備或工藝的改變會對特定紙漿性能產生影響，對這種影響進行定量的一個方法是將普通漿料采用新、舊設備或工藝分別進行處理，然后分析處理結果[2]。

表1-1. 確定用于描述紙產品功能檢測的例子
紙需具備的功能 能用來描述這些功能的可測特征
足夠的強度 抗漲強度
耐破強度
撕裂強度
Z向強度
適當的結構 松厚度
透氣度
合適的光學性能 白度
不透明度
色度
適當的表面特性 平滑度或粗糙度
表面強度
足夠的挺度 彎曲挺度
康克拉平面壓縮強度
抗壓檢測
邊壓強度

1.2.3.3確定用于描述紙產品的檢測
紙的典型功能要求可能涉及其在打印機和復印機的運行性能、在不同的工藝下的印刷適性以及最終使用的其他方面，這些都需要轉換成材料可測量的特性來描述其最終使用功能。這個轉換過程分為兩個階段，第一階段定義需要的檢測或分析的類型，第二階段選擇合適的檢測方案。例如，紙的運行性能當然需要它有足夠的強度，所以必須選擇適當強度特性如抗張強度或撕裂強度這類指標進行測量。
1.3 檢測與表征
在本書中，檢測是用來取得數值結果的過程。檢測結果應對與其相關的不確定性因素做出估算。正如在這本書后面所指出的，檢測結果的不確定性受檢測過程本身的變化（包括設備和人員的變化）、被測材料的性質和結構的變化和檢測條件對結果的影響的制約。
檢測是工藝過程中的一個步驟，目的是得到材料和最終產品等的總體表征。檢測僅覆蓋需要測量的特性，因此表征這個概念要比檢測更廣。表征過程總是包含下列步驟[2]：
-對案例設定必要的目標
-規劃所需的必要實驗工作，以獲得必要的信息
-進行視為必要的實驗（檢測），以獲得所需的信息
-評價檢測結果以得出結論
表征顯然包含內容多于檢測。一個有效的表征需要對工藝和材料有深入的了解，否則規劃和選擇正確的檢測是不可能的。對于結果的專業判斷和評價也需要對工藝過程和產品有深入的了解。
評價檢測結果的最簡單和最常用的方式是將結果與經常代表目標值的另一數值直接比較。這種比較包括對獲得的結果和所述目標值之間差異的顯著性進行評估。這種評估必須從一定程度上考慮這兩個值的不確定性。
表征過程的最后階段包括將得到的結果與設定的目標進行比較。只有表征方式的選擇與表征目標切題，才能得到相應的結果[2]。

參考文獻
[1].Holm, H. and Paulapuro, H., Paperi Puu 59(11):691(1977).
[2].evlin, J.-E. and Paulapuro, H., Paperi Puu 69(5):410(1987)