紙漿和紙張的基本結構是由氫鍵結合在一起的纖維素纖維氈墊。 纖維素是一種具有 600 至 1,500 個重複糖單元的多醣。 纖維具有高抗拉強度,可吸收用於將紙漿改性成紙和紙板產品的添加劑,並且柔軟、化學穩定且呈白色。 製漿的目的是將纖維素纖維與纖維來源的其他成分分離。 在木材的情況下,這些包括半纖維素(具有 15 到 90 個重複的糖單元)、木質素(高度聚合和復雜,主要是苯丙烷單元;它們充當將纖維粘合在一起的“膠水”)、提取物(脂肪、蠟、醇類、酚類、芳香酸、精油、油樹脂、硬脂醇、生物鹼和色素)以及礦物質和其他無機物。 如表 1 所示,這些成分的相對比例因纖維來源而異。
表 1. 紙漿和紙張纖維來源的化學成分 (%)
軟木 |
硬木 |
稻草 |
竹 |
棉 |
|
碳水化合物 |
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α-纖維素 |
38-46 |
38-49 |
28-42 |
26-43 |
80-85 |
半纖維素 |
23-31 |
20-40 |
23-38 |
15-26 |
nd |
木質素 |
22-34 |
16-30 |
12-21 |
20-32 |
nd |
提取物 |
1-5 |
2-8 |
1-2 |
0.2-5 |
nd |
礦產及其他 |
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nd = 無可用數據。
針葉樹和落葉樹是紙漿和紙張的主要纖維來源。 次要來源包括小麥、黑麥和大米的秸稈; 甘蔗渣等甘蔗; 竹子、亞麻和大麻的木質莖; 以及種子、樹葉或韌皮纖維,例如棉花、馬尼拉麻和劍麻。 大多數紙漿由原生纖維製成,但再生紙占生產的比例越來越大,從 20 年的 1970% 上升到 33 年的 1991%。88 年,木基生產佔全球紙漿產能的 1994%(176 億噸,圖 1); 因此,以下文章中對紙漿和造紙工藝的描述側重於木材生產。 基本原理也適用於其他纖維。
圖 1. 全球紙漿產能,按紙漿類型分類