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紙張的基本特性(上)
2007/05/22 01:33
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前言:紙張的結構和特點

紙張是一種非勻質材料,結構複雜,其結構特點可歸納為如下幾方面:
1)具有多種元素:纖維、填料、膠料和色料等,其中纖維是紙張結構最基本的元素,纖維原料的種類和加工方法不同,紙張的結構和性質也各不相同。填料、膠料等也因品種不同而有性能差異。

2)纖維、填料、膠料和色料在紙頁X-Y-Z3個方向上的分佈具有各向異性,表現在纖維的排列方向不同,不同尺寸的纖維分佈不同,以及填料、膠料、色料和空氣含量等的分佈不同。這種結構的各向異性,主要決定於抄紙的方法和使用的設備

3)大多數紙張具有兩面性,即紙張兩面的性質不同。

4)紙張具有孔隙結構,紙張的多孔結構(孔隙率)決定了紙張具有透氣性、吸濕性、吸收性和可壓縮性,這是紙張能吸收水、油墨等液體物質的基礎。

5)纖維、填料、膠料和色料之間的結合決定著紙張的機械強度和與其他物質的結合力。(生命經緯2006.8.24

印刷品的優劣,都因著紙張油墨互存關係,了解兩者的特性,對幫助改善印刷品品質有極大作用。現在讓我為大家介紹一下印刷其中一樣必需品──紙張,它的特性。

其實,要知道紙張的特性,最好先了解造紙過程,就更能明白它的特性如何形成。造紙纖維過去是從樹木中提取的,但為了生態環境,現在造紙的纖維已大大減少了 樹木纖維的成分,而從其他植物和海洋植物中,提煉出可以製造紙張的纖維,務求造出來的紙張與傳統的紙張,特性完全一樣。 

生產紙張主要分為兩大工序,即製漿和造紙。


一、紙漿Pulp
當有適當的木材和植物纖維後,便要將之製成纖維狀紙張,而紙漿的製造方法可分為:機械性、化學性和半化學性。

1
、機械性:
原料以機械的壓力,研磨等物理方式,去製成斷碎的細纖維。機械紙漿以磨木紙漿為主要,其原料為闊葉樹與針葉樹,而這方式的生產效率能高達90-95%

機械紙漿造成的紙張,因沒有加添任何化學品,故木材原料的木質素,完全含於紙漿內,唯如原料中含有色物質或深色雜質,將影響未來紙張的顏色,而性質方面,它是比較脆弱,而不透明度高,排水性佳,適合高速大量抄紙。其所抄造的紙張之緊度低,平滑度高,而富彈性,吸墨能力強,可加速油墨乾燥等,印刷適應性良好。

2
、化學性Chemical
因機械紙漿留有甚多的非纖維素成分,如木質Lignin等,使抄造出來紙容易受光線照射使紙張的色澤有變及更脆弱的現象。為了改善這缺點,便產生化學性的紙漿製造方法。

化學紙漿是用化學品混入來蒸煮Cooking木材,使原料的纖維容易分離。蒸煮目的是要以化學品與木質等原料產生化學反應,以排除木質素,以留下纖維素來作紙漿的用料。

因蒸煮過程中,可加入不同的化學品,使製造出來的紙漿性質有所不同,化學品可分為亞硫酸紙漿Sulphite、堿法紙漿Alkaline及硫酸鹽紙漿Kraft

亞硫酸紙漿的性質,色澤較淺,可不須經漂白步驟也可用作抄紙使用,製造的紙張,白度較高,紙質較柔軟,其物理性質亦較弱。而堿法紙漿的特性,是較柔軟和高不透明度,此紙漿製造的紙張,物理性質較強,主要是其纖維較短小。硫酸鹽紙漿是現時比較普遍的方法。因其是用Na2S來蒸解,蒸解容易而且效果良好,而用此紙漿所造的紙張,強度較優,柔軟性良好,而且耐久性佳,而經漂白後紙張白度更能大大提高。

3
、半化學性Semi-Chemical
一種介乎於機械紙漿與化學紙漿之間的方法。先將原料裡非纖維成分與纖維之間之結合力溶解,再用機械方法使纖維分離。半化學性方法所用的化學品是亞硫酸鈉Na2SO3)及亞硫酸氫鈣Ca(HSO3)2),另加碳酸鈉Na2CO3)及碳酸氫鈉NaHCO3)充當緩衝劑。而此漿的特性,是從原料得到的纖維可達65-85%,造出來的紙張,性質較硬,而此紙漿能製造出不同用途的紙張,如新聞紙、印畫紙、書寫用紙及瓦楞紙等,使用彈性較大,而成本卻比其他方法較為低。


 圖片來源:印刷主要材料


造紙Papermaking 
(二)紙Paper當有了紙漿後,便要經多種後期續製造程序,才能造出成為印刷時用的紙張。而造紙過程主要包括:1.打漿Beating or Refining2.加添礦物質和不同的填料Utilization of Wet-End Additives3.抄紙Forming & Pressing

1.
打漿Beating or Refining
打漿的主要目的,是要將紙漿作切斷及磨潰的程序,以改變它的物理特性。因紙漿本身含有大量的纖維素,如果直接用此紙漿來造紙,紙張的物理特性會十分弱,而且表面亦會出現疏鬆多孔的現象。因此,要改善這情況,打漿是造紙的重要程序之一。

打漿的過程中對纖維所做的效果,是除去纖維素外部的薄膜,增加含水量,同時切斷纖維素之間的引力,以水的化學引力取代,增加纖維的柔軟度。切斷纖維能使它更短小,而且纖維會被拉長、拉直、捲曲及壓撕,部分纖維因而會成為糊狀。

打漿方法主要分為游離打漿和黏狀打漿。游離打漿是以切斷作用為主,紙漿的濃度較低。此方法的打漿機的刀刃較銳利,刀刃的齒距較密,在打漿時纖維容易被切斷,使所抄造出的紙張會出現密度小而膨鬆、不透明、伸縮性小,油墨容易附著等特性。不過,此方法所抄造出來的紙張,其表面平滑度較低,並容易起毛。

黏狀式打漿方法是用破裂磨潰等原理。其所用的紙漿濃度較高,而打漿機的刀刃較鈍,刀刃齒距較稀疏,切斷纖維時容易產生長短不一的現象,使所抄造出來的紙張擁有的物理特性較強,紙質緊密,紙張表面平滑度佳,透明度較高且不易起撓等特性。但紙張的伸縮性較大,對油墨吸收效果較差。


2.填料、上膠和染色Utilization of Wet-End Additives
填料程序是在紙漿中加入適量的礦物質和色料,務求造出紙張用途所要求的物理特性。添加填料可使紙張的平滑度增加、提高不透明度和白度、增加厚度和重量、改善紙張的吸墨能力及印刷適應性等。填料的種類很多,常用的有白土Clay、石棉、滑石、石膏、碳酸鈣CaCO3、硫化鋅及碳酸鎂等,以填寫纖維間的空隙。

上膠程序主要是使紙張具有抵抗水分滲透的能力,而且可加強紙張的硬度、堅韌性、抗張力、抗濕性、提升紙張表面平滑度及減少起毛現象,同時也改善紙張的印刷適應性。上膠的種類有松香Rosin、澱粉Starch、蠟乳液等。

染色程序目的是要改善紙張的色調或增加紙張的白度。亦使用螢光料,使照射到紙張的紫外光轉為白光,以增加白度。

3、抄紙Forming & Pressing
抄紙程序是將已製好的紙漿加入大量的水,使紙漿中的纖維產生水化作用,使纖維隨著水流分佈在金屬網上,此形成所謂縱向Machine Direction, MD和橫向Cross Direction, CD的纖維方向性,其後進入造紙機,使纖維緊黏著造紙毛氈上,以減去大部分水分,並會經過乾燥及壓光等程序而成為可用的紙張。(資料來源:〈紙張的基本特性印藝165期/作者:君陽

附表列出了一些變數是會在造紙張序中影響其性質。

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