陈 翠 刘洪斌

(天津科技大学天津市制浆造纸重点实验室，天津，300457)

导管组分作为阔叶木运输水分和营养物质的通道，由一系列的导管细胞端壁相连而成，在阔叶木细胞结构中起着重要的作用。但是，由于导管组分的存在和新型的5色、6色、8色等多色印刷机速度的大幅提高，使纸张平版印刷过程出现导管黏出的问题。特别是对含有漂白阔叶木浆、阔叶木机械浆的未涂布纸和轻量涂布纸来说，导管黏出对印刷过程和印品质量的影响更为显著。长期以来，制浆造纸工作者通过在制浆造纸的各个工段采用各种措施将导管黏出的程度大大降低。本文分析了导管黏出问题的产生机理和原因，提出降低和改进纸张导管黏出的方法。

1 导管

导管是阔叶木一个共同的结构特征，是阔叶木木材中水分和营养物质的输导组织，是由直径很大的管状细胞端壁相连而成。导管横截面的扫描电子显微镜照片 (见图1)显示，在导管口区域常有覆盖物，一般认为是由营养物质、钙盐、草酸或者抽出物组成，在制浆过程中这些物质会被脱除［1］。导管分子的形状独特，且较大，有纺锤状、圆柱状、鼓状等，导管组分的形态如图2所示。如桉木的导管直径为100～300 μm，每克纸浆大约含有2万～15万个导管组分。

相对于纤维来讲，导管分子的结合能力较差，在较高的剥离功作用下，容易导致其从纸张表面剥离［2］。

研究表明［1］，导管组分和纤维有相似的化学组成和表面化学性质，但是两者纤维素和木素的含量不同，相对于纤维来说，导管组分的纤维素含量更高，并且导管组分即使在漂白后仍然保持较高的木素含量。不同种类阔叶木的导管组分也不同，Nina Marton的研究显示［3］，橡树中含有1．9%的导管组分，美国赤杨含有3．7%的导管组分，而桉木则含有5%的导管组分。

2 导管黏出机理

胶版印刷中的导管黏出现象是由导管组分引起的一个最普遍的问题。导管黏出问题是由纸张表面的阔叶木导管组分在印刷过程中被油墨拉出而引起的。对于未涂布的高级纸来说，导管黏出会在印刷区域的全色或者半色区域以小白点的形式出现。这些白点会在印刷品的同一区域重复，但是最终会变小，直到完全褪色。这些白点的形状或者是细长的或者是1 mm以下见方的方形区域，如图3所示［4］。如果含有较多的导管组分，印刷过程中导管黏出现象严重，印刷后的纸张如图4所示［5］。导管组织本质上是疏油的，但在传统的胶版印刷中容易被润湿液润湿，在印刷几百张印品后，这些导管组分就变得吸油，能够接受油墨。因此，如果在印刷过程中发生了导管黏出问题，通常是在印刷了几百张印品后开始变得明显［6-7］。这种黏出不仅破坏纸张的表面，而且黏出的导管会在印刷毯上聚集，因此在印刷过程中要停机清洗这些聚集物，进而影响到印刷机的效率［5］。

对于涂布纸级别，导管黏出会将局部涂层强度较弱的表面拉出，破坏纸张的表面。原纸表面的导管组分会阻止涂料进入原纸结构中，如果导管组分和原纸结合的不够好，在胶版印刷时可能会发生导管黏出。

3 导管黏出的原因

纸张中阔叶木浆的含量、纤维与导管组分的结合程度是纸张导管黏出的决定性影响因素。通常认为导管黏出主要是由阔叶木浆中较大的导管组分引起的，如果导管组分和纤维之间的结合力太弱，也会加重导管黏出问题。在印刷过程中导管黏出的数量取决于下列因素［1，4-5］:①纸张表面导管组分的数量、大小和形状;②导管组分和纤维的结合力;③在有导管组分的区域，纤维和导管结合的数量;④油墨排斥。

3.1 纸张表面导管组分的数量、大小和形状研究显示［5-6］，纸张表面导管组分的数量越多，导管黏出的可能性就越大，导管较大的比表面积也会增加黏出的可能性，所以必须降低浆料中导管组分含量。此外，导管组分的形状和大小也会影响导管黏出，大的、方形的导管组分会使黏出的可能性增大，阔叶木导管大且硬，而且比表面积小，在纸张表面键合不强，特别容易发生导管黏出［8］。

3.2 导管组分和纸张的结合力导管组分和纸张之间的结合力越大，在印刷过程中就越不容易被油墨拉起，导管黏出的可能性就越小。

3.3 纤维和导管结合的数量和结合力在有导管组分的区域，纤维和导管结合的数量越多，两者之间结合力越大，导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过程中，纸张表面润湿性能差、表面能低，或者是纸张的局部可压缩性波动减少了油墨的转移。牢固吸附在纸张中的导管由于其较差的润湿性不能完成油墨转移，被黏出的导管留在印版上接触油墨、吸收水分变得饱和，印刷后的纸张在显微镜下观察时导管存在的地方呈清晰的白点状。油墨排斥增加了印版上导管碎片的堆积，单个导管分子的影响逐渐降低。最近的研究显示［2］，对纸张表面施胶后导管分子并没有被淀粉所覆盖。

4 导管黏出的解决方案

通过以上对导管黏出影响因素的分析，要降低导管黏出的可能性，可以采用以下方法:选取导管组分小和细长的阔叶木原料;降低浆料中的导管组分;用除渣器除去大的、方形的导管组分;降低导管组分的大小;增加导管和纤维之间的结合力;增加纤维的可变形性等。在实际生产中下列方法可以减少导管黏出现象。

4.1 原材料的选取

在生产中应尽量选取导管含量少且形状小、细长的原材料。有研究显示［9］，放置一段时间的木片其导管黏出的可能性要大于新鲜木片的。其原因可以解释为新鲜木片的导管和纤维可能有较好的结合能力，放置一段时间的木片其导管间的结合更好。图5显示了木片新鲜程度和 (白杨+山毛榉)导管的含量对导管黏出的影响［9］。

4.2 打浆

打浆浓度和打浆能耗在减少导管黏出问题上是两个重要的控制参数。图6显示了打浆浓度10%、20%和30%的浆料随着游离度的提高导管黏出的情况。在游离度为350～400 mL的范围内，随着打浆浓度的升高，导管黏出明显减少。打浆浓度越高，这种降低越明显。图6中也显示了导管黏出随着游离度的下降迅速下降，游离度下降是由于增加了打浆能耗。在较高的打浆浓度下导管被有效破坏，使导管与纤维之间的结合更强［9］。

打浆对降低导管黏出有以下好处［9］:①导管组分的碎片化，打浆可以压溃导管、减少导管数量，使其更好地与纤维网络结合;②增加纤维和导管组分之间的结合，使导管组分能够被纤维网络束缚住;③增加纤维和导管组分的柔韧性;④纸张固化程度提高;⑤增加纤维和导管的键接点;⑥降低纸张表面的粗糙度，提高导管组分与纸张表面的结合力。

打浆会改变导管的尺寸和形状，Panula-Ontto等人对桉木浆的研究发现［5］，含导管组分较多的纸浆经打浆后，纤维平均长度增加，宽度降低，其宽长比由0．62 降低到0．51。

如图7所示［5］，左图是未打浆桉木浆抄造纸张的印刷实验效果，明显可以看到有很多的导管黏出;在浆料经过PFI磨2000转打浆后抄造纸张的印刷实验效果见右图，肉眼几乎看不出纸张导管黏出的现象。

将浆料的游离度控制在400～500 mL的范围对抄纸后导管的黏出控制是有效的，过度打浆会对浆料的滤水性能产生负面影响。

4.3 表面施胶

通过对纸张进行表面施胶，纤维和导管组分会结合得更紧密，在印刷过程中导管的黏出量会降低更多。淀粉胶液会从纸张表面沿纸张厚度方向部分渗入，这种渗入会通过纸张的孔隙进入到纤维和导管坑内。在一定的范围内，淀粉胶液用量越高，淀粉渗入的就越多，导管和纸张表面的结合就越紧密。但是淀粉用量过高会降低纸张的不透明度，使纸张变得过硬［10］。

4.4 导管分离

使导管从纤维中分离出来，最好的方法就是使用除渣器。使用除渣器除去大的、方形的导管组分，保留那些小的、细长的组分。但是用除渣器分离导管组分不是对所有浆料都有效，除渣器只适用于那些短而宽、小的、筒状的导管。在使用除渣器分离导管组分后接着进行高浓磨浆是降低导管组分最有效的一种方法［11］。

4.5 纸机成形和压榨

顶网纸机抄造的纸张比长网纸机抄造的纸张的导管黏出要少，在较高的压力下，两者的差别更大。提高第一压榨或者第四压榨的压力能够显著地降低导管黏出，压榨压力的增加提高了纤维与纤维之间的结合，也提高了导管和纤维之间的结合。

4.6 生物酶法

4.6.1 纤维素酶和聚木糖酶处理

Dutt Dharm 的研究［12］显示在 5% 浆浓、50℃、pH值为5的条件下，用0．5%的纤维素酶处理漂白硫酸盐阔叶木浆纤维，然后稀释到3%的浆浓，打浆至450 mL游离度，酶处理的效果使导管黏出量降低了87%(从160个/cm2降低到21个/cm2)。

Cooper E W的研究［13］显示用纤维素酶和聚木糖酶在打浆前处理漂白阔叶木硫酸盐浆，所得手抄片的导管黏出量减少了70%，酶处理改变了导管组分的化学结构，使得导管组分在通常的打浆强度下比较容易破裂。

图8是桉木浆中的一个导管组分在酶处理前后的变化［10］，导管比纸浆纤维有更大的表面积，吸附到导管上的酶对导管组分产生作用，可以看到导管结构已受到部分破坏。

4.6.2 纤维预处理

Rakkolainen等人用1%的羧甲基纤维素 (CMC)处理漂白桉木浆，结果显示漂白桉木浆纤维经CMC处理后抄造的纸张在印刷过程中，没有发现导管黏出现象，纤维上吸附的CMC大大提高了纤维与导管组分之间的结合力［14］。

5 结语

随着越来越多地使用阔叶木浆，导管黏出问题也日益凸显，浆料中导管组分的含量、大小、形状，纤维与导管之间的结合力和油墨排斥等是影响导管黏出的因素，其中导管组分的含量和纤维与导管之间的结合力大小是主要影响因素。可以通过打浆、表面施胶、导管组分分离、改善湿部的工艺和生物酶处理来降低导管黏出的可能性。在一定的范围内适当提高打浆度可以有效地降低导管黏出，施胶则是降低导管黏出最简单、经济、有效的方法。生物酶法是较新的处理导管黏出问题的技术，需要进一步研究和生产实践数据的支撑。

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