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紙，不僅記錄了文明的變遷，也依然在今天的人類社會(huì)中占有重要的地位。按用途來(lái)說，紙可以分為包裝用紙、印刷用紙、工業(yè)用紙、辦公，文化用紙、生活用紙和特種紙等。他們之間除了肉眼可辨的外觀，在微觀層面有何不同？今天，我們將借助國(guó)儀量子的掃描電子顯微鏡，帶大家一探究竟。

01 掃描電鏡在造紙工業(yè)中的應(yīng)用

紙，由含植物纖維的原材料經(jīng)過制漿、調(diào)制、抄造、加工等工藝制成。

掃描電子顯微鏡是一種有效的顯微結(jié)構(gòu)分析工具，其優(yōu)點(diǎn)包括能夠直接觀察樣品表面結(jié)構(gòu)、樣品多角度觀察，景深大、圖像富有立體感，圖像放大范圍廣、分辨率高，對(duì)樣品污染和損傷小等。

隨著掃描電鏡技術(shù)的發(fā)展，其優(yōu)越的性能在造紙學(xué)科微觀領(lǐng)域中的應(yīng)用日益廣泛，可應(yīng)用于研究紙張纖維形態(tài)，造紙?zhí)盍戏N類和分布情況，涂布紙涂層形貌和結(jié)構(gòu)及分析涂料配方等，能夠幫助人們更好地理解紙張結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、工藝過程以及環(huán)境保護(hù)等相關(guān)問題。

現(xiàn)在，就讓我們用國(guó)儀量子掃描電子顯微鏡來(lái)觀察幾種不同類型的“紙張”吧！

02 古籍

古籍/3kV/ETD

古籍/10kV/BESD

使用ETD探測(cè)器能夠清晰的表征古籍的微觀形貌，其構(gòu)成的植物纖維粗細(xì)不均、堆積較為緊密；結(jié)合BSE探測(cè)器可以看到其表面附著較多的顆粒狀物質(zhì)；再結(jié)合能譜EDS結(jié)果分析，紙張表面含有C、O、Al、Si、Ca、S、Cl、Mg、K、Na、Cu、Fe等元素。由此可以判斷出，該古籍樣品污染較為嚴(yán)重。

03 A4紙

A4紙/3kV/ETD

A4紙/10kV/BESD

與古籍樣品相比，該A4紙樣品的纖維直徑總體比古籍樣品更細(xì)一些，輪廓更為清晰，堆積也較為緊密。除了纖維形態(tài)，在BSE探測(cè)器下，能夠清晰的觀察到纖維結(jié)合的空隙中的填料。研究表明，不同品牌的A4紙?zhí)盍系脑亟M成也是不同的，會(huì)出現(xiàn)Ca、O、C、N等元素的不同組合。

再使用EDS進(jìn)行對(duì)本樣品進(jìn)行進(jìn)一步分析時(shí)得到，該樣品的填料元素由Ca、O組成。填料的存在改善了植物纖維無(wú)法緊密排列成光滑表面的缺陷，從而保證了紙張的光滑度和印刷性能。

04 面巾紙&衛(wèi)生紙

面巾紙/3kV/ETD

衛(wèi)生紙/3kV/ETD

由圖可知，在掃描電子顯微鏡下，兩種樣品的纖維直徑差異并不大，都是十幾微米。但相比于A4紙樣品而言，面巾紙和衛(wèi)生紙的纖維排列較為稀疏，纖維間空隙大，堆積較為疏松，這也是衛(wèi)生紙比A4紙更容易撕破的原因。此外，可以發(fā)現(xiàn)樣品表面有很多非常纖細(xì)的纖維，這是因?yàn)闃悠吩谏a(chǎn)時(shí)經(jīng)過了一系列處理，紙張的柔軟度發(fā)生了改變，以避免刺激或劃傷皮膚。

05 棉柔巾

棉柔巾/3kV/ETD

棉柔巾在嚴(yán)格意義上講屬于無(wú)紡布，在掃描電鏡下可以觀察到它的纖維排列較為整齊，且直徑較為均一，在10微米左右。

綜上所述，在我們使用掃描電子顯微鏡對(duì)紙張進(jìn)行形貌表征時(shí)，能夠通過觀察紙張纖維的粗細(xì)程度、纖維堆積的緊密程度以及紙張纖維中填料劑量的多少對(duì)紙張所屬類型進(jìn)行初步推斷。隨著掃描電鏡技術(shù)的在造紙學(xué)科微觀領(lǐng)域中的應(yīng)用日益廣泛，可為紙張表面形貌分析、斷面分析、填料形態(tài)分析等提供有效的研究手段。

06 參考資料

CARLSSON L A, LINDSTR?M T.A shear-lag approach to the tensile strength of paper[J/OL].Composites Science and Technology, 2005, 65(2): 183-189.