纸浆与纸张检测—中芬合著：造纸及其装备科学技术丛书第十九卷/“十三五”国家重点出版物出版规
作者： 吕卫军
出版社：中国轻工业出版社 2017年08月
简介：
本书是芬兰造纸工程师协会组织编写的20本造纸书中的一本。纸浆和纸张的相关测试对于生产、品控和销售非常重要。本书对实验室条件下纸浆和纸张的性能测试的方法和原理进行了论述。其中，对于基础和标准的方法只做了简单的阐述，但对于影响纸和纸板*终用途的测试进行了详细的论述。
本书实用性与先进性较强，可供制浆、造纸、印刷以及造纸化学品相关企业、科研院所的科研、管理与工程技术人员阅读参考，也可作为高校相关专业师生的科研与教学参考用书。
【目录】
第1章纸浆与纸张的检测目标 15
1.1 为什么要检测纸浆和纸制品 15
1.2选择合适的检测和分析方法 15
1.2.1 工艺分析 16
1.2.2产品分析 16
1.2.3选择检测方法的案例 16
1.3 检测与表征 18
参考文献 19
第2章单根纤维性能 20
2.1简介 20
2.2纸浆纤维的鉴定 20
2.2.1 木材种类的鉴定 20
2.2.2不同类型的纸浆的鉴定 20
2.3纤维的尺寸及其变化 21
2.3.1木材纤维的尺寸变化 21
2.3.2纸浆纤维尺寸的变化 22
2.4 纤维尺寸的测量 23
2.4.1纤维长度 23
2.4.2纤维宽度和纤维壁厚 24
2.5 纤维特性 25
2.5.1挺度 26
2.5.2纤维表面细纤维化 27
2.5.3纤维壁孔隙率 28
2.5.4单根纤维强度 30
2.5.5测量零距抗张强度评估单根纤维强度 31
2.5.6纤维形变的量化 32
2.6 测量单根纤维的原因 36
参考文献 36
第3章纸浆造纸性能 40
3.1 传统的实验室检测程序 40
3.1.1实验前纸浆处理 41
3.1.2纸浆的干物质含量 41
3.1.3浆料浓度 41
3.1.4浆料解离 41
3.1.5化学浆的实验室打浆 42
3.1.6传统实验室打浆机 43
3.1.7实验室磨浆 45
3.1.8纸浆滤水性能 46
3.1.9纤维长度，粗度和强度的分析 49
3.1.10实验室纸页的制备 50
3.1.11实验室纸页的湿压 52
3.1.12实验室纸页的干燥 52
3.1.13实验室纸页压光 52
3.1.14实验室纸页的调温调湿和检测 52
3.2 纸浆造纸潜力的评价 53
3.2.1传统的纸浆评价 53
3.2.2传统纸浆评价方法的问题 53
3.2.3利用属性对比较纸浆 54
3.2.4化学浆的质量潜力 55
3.2.5机械浆 57
3.3 浆料优化 58
3.3.1使用单一纸浆检测的优化问题 58
3.3.2不同等级纸浆检测策略 58
3.3.3产品分析 59
3.3.4工艺分析 59
3.3.5浆料优化过程 60
3.3.6浆料优化方法的评价 63
参考文献 64
第4章再生纸浆的性质 67
4.1 概述 67
4.2 回收废纸的质量问题 67
4.3 样品制备和回收废纸检测 68
4.3.1 浆料特征 70
4.3.2强度性能 80
4.3.3光学特性 81
4.3.4纸浆和滤液的洁净度 83
4.4 纸产品的检测 85
4.4.1油墨剥离 85
4.4.2脱墨 87
参考文献 90
第5章绒毛浆 93
5.1 引言 93
5.2基础浆料性能检测 94
5.2.1干燥状态下原始浆板性能检测 94
5.2.2湿润状态下原始浆板性能检测 95
5.3 绒毛浆性能检测 96
5.3.1单位撕碎能 98
5.3.2干和湿网络强度 99
5.3.3浆节含量 100
5.3.4 SCAN吸收检测：吸收能力、吸收时间和比容体积 100
5.3.5其他检测方法 102
5.3.6液体收集 104
5.3.7消费者与实验室检测对比 107
参考文献 108
第6章纸浆的化学分析 111
6.1引言 111
6.2干物质含量 111
6.3碳水化合物 112
6.3.1碳水化合物组成 112
6.3.2聚戊糖 112
6.3.3碱溶性碳水化合物的分类 112
6.3.4碳水化合物分子量和聚合度测定 113
6.3.5碳水化合物的官能团 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脱木素程度 119
6.4.3木素表征 119
6.5有机抽出物 123
6.5.1总抽出物 124
6.5.2抽出物分析 124
6.6纤维表层组成 125
6.7纸浆中的尘埃和纤维束 125
6.8返黄 126
6.9无机物 126
6.9.1灰分及其组成 126
6.9.2氯化物 127
6.9.3其他成分 127
6.9.4水抽出物的组成与性质 128
6.10溶解浆分析 128
6.11化学分析的未来 129
参考文献 129
第7章纸和纸板的物理性能 132
7.1检测准备 132
7.1.1取样 132
7.1.2恒温恒湿 133
7.2基本性能 136
7.3强度性能 137
7.3.1抗张强度 137
7.3.2耐破度 140
7.3.3内撕裂度，撕裂度 140
7.3.4耐折度 145
7.3.5零距抗张强度 145
7.3.6表面强度 147
7.3.7纸张Z向强度 147
7.4挺度特性 148
7.4.1抗张挺度 148
7.4.2弯曲挺度 149
7.4.3共振法测定挺度 152
7.4.4声波法测定挺度 153
7.5结构特性 154
7.6表面性能 155
7.7吸收性能 157
参考文献 158
第8章纸的光学性能 160
8.1光和纸的相互作用 160
8.2光泽度 161
8.3反射率测量 162
8.3.1 基本概念 162
8.3.2明度和颜色的数值描述 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荧光材料的反射系数测量 173
8.5设备 174
8.5.1 测量方法 174
8.5.2影响检测结果的设备参数 175
参考文献 178
第9章印刷纸的*终使用性能 179
9.1 运行性 179
9.1.1卷筒纸印刷中的运行性 179
9.1.2 平板纸印刷运行性 183
9.1.3与运行性问题有关的检测时间 195
9.2 印刷适性和印刷质量 198
9.2.1 常用的纸张质量 198
9.2.2实验室印刷适性和印刷质量的测定 202
9.2.3全尺寸印刷试验 209
参考文献 210
第10章包装纸和纸板的使用性能 214
10.1引言 214
10.2 强度和挺度性能 214
10.2.1 强度性能 215
10.2.2 弯曲挺度 215
10.2.3 抗压性能检测 215
10.2.4 压痕性能 219
10.3 瓦楞纸板的检测 220
10.3.1 边压强度的测定（ECT） 220
10.3.2平压强度的测定（FCT） 221
10.3.3弯曲挺度 221
10.3.4耐戳穿强度 221
10.4 纸和纸板湿度和黏弹性的影响 221
10.5 防护和阻隔性能 222
10.5.1抗油性 222
10.5.2水蒸汽穿透率（WVTR） 223
10.6 食品包装用纸和纸板 223
10.6.1 感官分析 223
10.6.2迁移试验 224
10.6.3提取物的分析 225
10.6.4 微生物性能 225
10.6.5 未来需求 226
参考文献 226
第11章卫生纸 228
11.1 取样和样品的处理 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抗张强度和伸长性 235
11.7湿抗张强度 236
11.8柔软度 238
11.9 纸巾的其他性能 239
参考文献 239
第12章耐久性纸张 243
12.1耐久性纸的历史沿革 243
12.2纸张耐久性要求及检测 245
12.2.1 纸张组成和性能 245
12.2.2加速老化 246
12.3耐久型纸的种类 247
参考文献 248
第13章纸浆与纸张物理检测结果的可靠性 250
13.1引言 250
13.2了解测量不确定度的重要性 250
13.3测量的不确定度、重复性和再现性 251
13.4测量结果不确定度的评估和表述的程序 252
13.4.1基本程序 252
13.4.2 纸浆与纸张检测中的实际应用 253
13.5纸浆与纸张检测中产生不确定度的主要因素 254
13.5.1 材料和取样 255
13.5.2采用的检测方法 255
13.5.3 检测设备 256
13.5.4 检测环境 256
13.5.5 操作人员 256
13.6不同测量中不确定度的大小、重复性和再现性 256
13.7小结 257
参考文献 258
第14章纸浆与纸张的检测标准 260
14.1引言 260
14.2标准化机构 261
14.3国际标准化组织（ISO） 261
14.3.1概论 261
14.3.2 标准的发展史 262
14.3.3与纸浆、纸和纸板相关的ISO工作 262
14.4欧洲标准化委员会（CEN） 263
14.4.1 概论 264
14.4.2 CEN标准的发展 264
14.4.3 CEN在纸浆、纸和纸板标准方面的贡献 264
14.5行业标准 265
14.5.1 SCAN-检测标准 265
14.5.2 TAPPI标准 265
14.6 标准的优势 266
参考文献 266
附录 267
计量单位换算表 272
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第1章纸浆与纸张的检测目标
1.1 为什么要检测纸浆和纸制品
检测生产过程中的原料、中间体和*终产品是所有工业过程中的一个共同特点。从某种意义上说，只要生产产品，就要进行检测。如今，检测是所有工业活动的一个非常重要的组成部分。由于工业生产过程变得越来越复杂，产品的一致性要求也越来越严，相关检测也变得越来越重要。
检测过程试图定量的表征产品或（和）中间体的某些相关特性或特征。当检测技术使用到物理或化学方法时，我们不可能总是肯定一个特定的检测得到的结果刚好就是我们所关注的产品的特征，因此需要考虑检测的方法与需要检测的特征相匹配。
在工业生产中，检测的原因可能不尽相同。检测中间体或*终产品可能是用来控制工艺条件，也可能是用来控制*终产品质量的一致性和使产品达到相关的质量要求，还可能是为了获得用于推销产品的特征。在所有这些情况下，对给定产品选择相应的检测方法也就不尽相同。因此，在进行检测前，显然需要考虑选择什么样的检测方法。
如今，在生产过程中增加了许多直接的在线检测。在线测量无疑可以提高生产效率和产品质量控制的可能性，因此，工厂希望尽可能的使用在线检测来控制生产工艺和产品质量。在许多情况下，合适的传感器和仪表的缺乏阻碍了过程控制的进一步发展。
尽管在线检测在不断的增加，传统的实验室检测基于以下原因仍不可或缺：
-所有必要的检测是不可能都在线实现的。
-在线检测设备需要实验室检测校准。
-在线检测不能够在标准化条件进行。
-客户可能需要对所购产品非常具体的检测。
1.2选择合适的检测和分析方法
为原料、中间体或*终产品选择适当的相关分析与检测显然对检测方案的成功来说至关重要。检测与分析的识别和建立，必须基于对相关工艺和产品的分析。以下是做分析时需要提出的基本问题：
-工艺条件是什么？我们要检测的变量是什么？
-检测分析描述的是材料或产品的什么特性或功能？
分析回答这些问题可以找到相关的检测和分析要求。下面的讨论描述了*关键*重要的两个问题。
1.2.1 工艺分析
工艺分析是为了确定流程的控制变量。控制好可控变量，就能保证工艺流程顺畅，产品的质量就能达到要求。工艺分析需要使用现有经验和知识[1]。
工艺分析的*步是确定能够影响*终产品性能的关键控制变量。如果由于生产过程中一个控制变量的改变，一个重要的产品或工艺特征随即发生改变，而其他特征也随着这个重要特征的改变而变，那么这个变量就是一个关键的控制变量。相关特征构成一对关键特征。打浆度对纸张性能的影响就是这样一个例子。随着打浆度提高，抗张强度增大，但不透明度会降低，如果抗张强度和不透明度是纸的重要特征，那么打浆度则是一个关键的控制变量。在这个例子中，就需要通过检测抗张强度和不透明度这两个产品特征来控制打浆过程。
工艺分析可用构建矩阵来实现，其中每行代表一个控制变量对多个不同的工艺变量或产品特征的影响。这使从反向思维上确定影响重要特征控制变量变得简单。
关键变量是工艺控制相关检测的目标。本章第2.3节提供了范例及进一步的讨论。
1.2.2产品分析
产品分析的目的是确定生产中涉及到的具体产品或材料的性能。产品分析的要求如下：
-确定关系到产品功能行为和使用的重要特征和需求
-确定可为相关行为能提供定量信息的测量方法。
产品分析可以被看作是建立一个矩阵，其中的行表示与产品有关的不同的功能要求，而列则描述不同的可测量的性能。通过恰当地完成这样的矩阵，可以得到一个对不同的功能需求和产品可测性质之间关系的很好的概括。这也是选择用于产品开发或（和）描述一个产品的潜在的*终用途的检测方法时所使用的手段。
1.2.3选择检测方法的案例
1.2.3.1确定用于工艺控制系统的检测
工艺控制系统的总目标是使产品在不同的工艺条件下尽可能的保持恒定的质量。这需要通过调整工艺的控制变量，保持一个或几个相关的和可测的产品质量参数恒定。
为了选择适合作为控制系统目标变量的可测的产品性质，有必要知道：
-关键工艺控制变量和工艺变化对不同可测产品质量参数（属性）的影响。那些作为工艺控制系统的目标变量必须对这个工艺的变化和变异很敏感。
-工艺控制系统的目标变量和需要保持不变的质量参数之间的关系。
选定的作为控制系统目标变量的属性不一定是该产品在其*终使用情况下的行为标准。
这种方法的一个典型的例子就是使用纸浆的游离度值来控制机械制浆工艺过程。制浆工艺过程的变化极大地影响游离度值。随游离度值变化机械浆的造纸性质有很大的不同。因此这个属性非常适合作为目标变量来控制机械制浆工艺过程。
还要注意作为一个工艺控制目标变量的某一确定属性的适用性可能从一个情况到另一个情况发生变化。例如虽然加拿大标准游离度已经证明了它对机械制浆过程的控制是有用的，但它对控制化学浆的打浆作用很小。
一个单个的变量有时不足以起到控制作用。如果一个以上的变量是必要的，那么所有的变量应尽可能相互独立。总之，他们应该包括工艺变化的*可能范围[2]。
1.2.3.2确定用在工艺和设备开发中的检测
设备或工艺开发工作的目标是创造新的设备或工艺或改进现有的设备或工艺。这里需要知道和描述的一点是新设备是什么或改进后的设备相对于旧设备就产品而言有什么影响。以浆厂为例，从检测角度出发，应该以下列方式确定目标：
-通过开发工艺或设备，纤维、纸浆或纸的性质得到了提高。
-监测以上性质变化的检测。
-描述浆料各性能和相关设备或工艺的工作机理之间关系的检测。
为了给设备或工艺的进一步发展和改进提供合理的基础，知道单根纤维和纸浆的作用机理是必要的，因此，测定单根纤维的性能对于以上目的是有帮助的。
检测仅对所监测浆料性能的一些变化意义重大, 而浆料的性能可以通过开发涉及这些性能的设备来改善，以使这些浆料的性能能够描述造纸过程中或生产*终产品时纸浆的行为。这个“黑匣子”方法在工艺过程或设备开发中频繁得到应用。这种方法描述了给定纸浆处理的结果，但不一定是由该设备作用于纸浆而产生的结果。
一种设备或工艺的改变会对特定纸浆性能产生影响，对这种影响进行定量的一个方法是将普通浆料采用新、旧设备或工艺分别进行处理，然后分析处理结果[2]。
表1-1. 确定用于描述纸产品功能检测的例子
纸需具备的功能 能用来描述这些功能的可测特征
足够的强度 抗涨强度
耐破强度
撕裂强度
Z向强度
适当的结构 松厚度
透气度
合适的光学性能 白度
不透明度
色度
适当的表面特性 平滑度或粗糙度
表面强度
足够的挺度 弯曲挺度
康克拉平面压缩强度
抗压检测
边压强度
1.2.3.3确定用于描述纸产品的检测
纸的典型功能要求可能涉及其在打印机和复印机的运行性能、在不同的工艺下的印刷适性以及*终使用的其他方面，这些都需要转换成材料可测量的特性来描述其*终使用功能。这个转换过程分为两个阶段，*阶段定义需要的检测或分析的类型，第二阶段选择合适的检测方案。例如，纸的运行性能当然需要它有足够的强度，所以必须选择适当强度特性如抗张强度或撕裂强度这类指标进行测量。
1.3 检测与表征
在本书中，检测是用来取得数值结果的过程。检测结果应对与其相关的不确定性因素做出估算。正如在这本书后面所指出的，检测结果的不确定性受检测过程本身的变化（包括设备和人员的变化）、被测材料的性质和结构的变化和检测条件对结果的影响的制约。
检测是工艺过程中的一个步骤，目的是得到材料和*终产品等的总体表征。检测仅覆盖需要测量的特性，因此表征这个概念要比检测更广。表征过程总是包含下列步骤[2]：
-对案例设定必要的目标
-规划所需的必要实验工作，以获得必要的信息
-进行视为必要的实验（检测），以获得所需的信息
-评价检测结果以得出结论
表征显然包含内容多于检测。一个有效的表征需要对工艺和材料有深入的了解，否则规划和选择正确的检测是不可能的。对于结果的专业判断和评价也需要对工艺过程和产品有深入的了解。
评价检测结果的*简单和*常用的方式是将结果与经常代表目标值的另一数值直接比较。这种比较包括对获得的结果和所述目标值之间差异的显著性进行评估。这种评估必须从一定程度上考虑这两个值的不确定性。
表征过程的*后阶段包括将得到的结果与设定的目标进行比较。只有表征方式的选择与表征目标切题，才能得到相应的结果[2]。
参考文献
[1].Holm, H. and Paulapuro, H., Paperi Puu59(11):691(1977).
[2].evlin, J.-E. and Paulapuro, H., PaperiPuu 69(5):410(1987)
