楊木P-RC APMP成紙性能的優(yōu)化

陳 菊 張美云 王 建 魏曉芬 董和濱 陳 碧

(1.陜西科技大學(xué)，陜西西安，710021;2.榆林學(xué)院，陜西榆林，719000)

楊木P-RC APMP成紙性能的優(yōu)化

陳 菊1張美云1王 建1魏曉芬1董和濱1陳 碧2

(1.陜西科技大學(xué)，陜西西安，710021;2.榆林學(xué)院，陜西榆林，719000)

利用不同游離度 (CSF)的楊木P-RC APMP進(jìn)行配抄，研究了各種高CSF漿 (骨架漿)和低CSF漿 (填充漿)的配比對(duì)成紙性能的影響，并探討了一定強(qiáng)度下的高松厚度漿料的最佳配比。結(jié)果表明，最佳配比為:填充漿CSF 60 mL，骨架漿CSF 600 mL，配比0.14∶1，在此條件下的混合漿與CSF 480 mL填充漿對(duì)比，所得成紙的松厚度提高14%，抗張強(qiáng)度和內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度分別有一定的提高。

楊木P-RC APMP;游離度;配比;松厚度;強(qiáng)度

近年來(lái)，由于化機(jī)漿的高松厚度性能，它已被廣泛應(yīng)用于紙張的生產(chǎn)。然而，與化學(xué)漿相比，其強(qiáng)度性能較低，限制了化機(jī)漿的進(jìn)一步使用。因此，提高化機(jī)漿的利用率，提高其強(qiáng)度性能成為了研究重點(diǎn)［1］。有研究表明，通過調(diào)節(jié)化機(jī)漿預(yù)處理過程中的堿用量，可獲得高強(qiáng)度或高松厚度的紙張［2］。然而，并不能使紙張同時(shí)具有高強(qiáng)度和高松厚度。最近對(duì)細(xì)小纖維獨(dú)特性能的研究表明［3-4］，在化機(jī)漿中添加細(xì)小纖維，可以在保證紙張一定松厚度的同時(shí)，提高紙張的強(qiáng)度［5-6］。

基于此，本實(shí)驗(yàn)利用不同游離度的漿料進(jìn)行配抄來(lái)獲得化機(jī)漿在保證成紙高強(qiáng)度的同時(shí)具有高松厚度，以增大國(guó)產(chǎn)速生材高得率漿在高檔紙板芯層中的使用量，同時(shí)平衡化機(jī)漿用量過大時(shí)成紙的松厚度和強(qiáng)度。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

A漿:國(guó)內(nèi)某廠楊木P-RC APMP一段高濃磨后漿料，游離度 (CSF)710 mL。

B漿:上述國(guó)內(nèi)某廠楊木P-RC APMP第二段低濃磨后漿，CSF 480 mL。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備與儀器

DCS-041P型PFI磨漿機(jī)，游離度儀，日本KUMAGAI RIKI KOGYO有限公司;TAPPI標(biāo)準(zhǔn)抄片器，陜西科技大學(xué)機(jī)械廠;KRK內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度儀，日本KUMAGAI RIKI KOGYO公司;DC-HJ Y03電腦測(cè)控厚度緊度儀，四川省長(zhǎng)江儀器廠;SEO64抗張強(qiáng)度儀，瑞典L＆W公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 漿料的制備

分別取A漿和B漿若干，浸泡24 h，于標(biāo)準(zhǔn)纖維解離器中解離5000轉(zhuǎn)，均衡水分測(cè)CSF，根據(jù)QB/T-1463—1992中的要求采用PFI磨進(jìn)行磨漿，漿濃10%，磨漿間隙0.2 mm。分別將漿料磨至CSF如表1所示。

表1 磨漿實(shí)驗(yàn)表

圖1 填充漿CSF對(duì)成紙性能的影響

1.3.2 抄紙并檢測(cè)成紙性能

本實(shí)驗(yàn)定義高CSF的A漿為骨架漿、低CSF的B漿為填充漿。根據(jù)表2中的配比、利用TAPPI標(biāo)準(zhǔn)抄片器進(jìn)行抄片，并進(jìn)行白水回收，前6張用來(lái)制白水，后6張抄造手抄片。經(jīng)壓榨后的濕紙頁(yè)，采用BBS-3紙頁(yè)成形器的干燥器進(jìn)行干燥，然后平衡水分，按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定紙張的定量、松厚度、抗張強(qiáng)度和內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度。

表2 配抄實(shí)驗(yàn)表 mL

2 結(jié)果與討論

2.1 填充漿對(duì)成紙性能的影響

圖1為填充漿CSF對(duì)成紙性能的影響。由圖1可知，骨架漿CSF一定，隨著填充漿CSF的增加，成紙的松厚度、抗張指數(shù)和內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度均呈下降趨勢(shì)。但是當(dāng)填充漿CSF大于60 mL，紙張松厚度下降趨勢(shì)增大，而抗張指數(shù)和內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度下降趨勢(shì)相對(duì)均變得緩慢。因?yàn)樵谙嗤珻SF的骨架漿中，填充漿CSF不斷提高，要保證混合漿具有相同的CSF，填充漿的配用量必然增大，骨架漿的用量隨之變少。紙張松厚度下降趨勢(shì)增大說(shuō)明，混合漿中粗大纖維減少，粗大纖維主要來(lái)自于骨架漿，因此骨架漿中的粗大纖維是混合漿料松厚度的保證。而且填充漿CSF越高，纖維越長(zhǎng)，纖維細(xì)纖維化程度越低，細(xì)小纖維難于填充紙張空隙，此時(shí)，其在漿料中的分布程度比本身的特性更為重要，保證了成紙的松厚度。

填充漿中細(xì)小組分在紙張結(jié)構(gòu)中起著填充和橋聯(lián)的作用，決定著成紙強(qiáng)度。隨著填充漿CSF的增加，細(xì)小組分細(xì)纖維化程度降低，所以，成紙強(qiáng)度都逐漸下降。

因此，不同CSF漿料配抄時(shí)，隨著填充漿CSF的增加，成紙的松厚度和強(qiáng)度性能都在降低，當(dāng)填充漿CSF小于60 mL時(shí)，成紙?jiān)讷@得較高松厚度的同時(shí)，保證成紙具有較高的強(qiáng)度性能。考慮到能耗問題，實(shí)驗(yàn)中未考慮CSF低于40 mL的填充漿，因此，填充漿CSF應(yīng)為40～60 mL。

2.2 骨架漿對(duì)成紙性能的影響

圖2為骨架漿CSF對(duì)成紙性能的影響。由圖2可知，配抄時(shí)，填充漿CSF一定時(shí)，骨架漿CSF不同，成紙松厚度變化不同。隨著骨架漿CSF的降低，成紙松厚度總體呈下降趨勢(shì)。當(dāng)骨架漿CSF低于600 mL，成紙松厚度下降趨勢(shì)增大。隨著骨架漿CSF的降低，纖維長(zhǎng)度減小，粗大組分降低，導(dǎo)致成紙松厚度總體呈下降趨勢(shì)。但骨架漿CSF較高時(shí)，纖維長(zhǎng)度和粗大纖維組分降低較小，成紙松厚度變化趨勢(shì)小。這表明，骨架漿中粗大纖維多，是紙張結(jié)構(gòu)的骨架，決定成紙的松厚度。

圖2 骨架漿CSF對(duì)成紙性能的影響

填充漿CSF一定時(shí)，隨著骨架漿CSF的降低，成紙抗張指數(shù)和內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度呈先上升后下降趨勢(shì)。骨架漿CSF為600 mL時(shí)，抗張指數(shù)和內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度均到最大點(diǎn)。這是因?yàn)?，前期骨架漿磨漿，纖維長(zhǎng)度降低較小，部分長(zhǎng)纖維分絲帚化，骨架漿與填充漿纖維間的結(jié)合力增加，導(dǎo)致成紙抗張強(qiáng)度和內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度增加;后期，隨著磨漿繼續(xù)，CSF持續(xù)降低，粗大纖維分絲程度增加，纖維間結(jié)合力也增加，但纖維切斷程度增大，纖維長(zhǎng)度降低，導(dǎo)致成紙的抗張強(qiáng)度和內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。因此，骨架漿CSF應(yīng)選擇600 mL。

綜上所述，骨架漿性能是影響不同CSF漿料配抄的關(guān)鍵因素。當(dāng)骨架漿CSF選擇600 mL時(shí)，與填充漿配抄，成紙具有較高的松厚度，同時(shí)抗張強(qiáng)度和內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度取得最大值，能夠改善成紙性能，保證成紙具有較高松厚度的同時(shí)還具有較高的強(qiáng)度性能。

2.3 不同游離度漿料配比對(duì)成紙性能的影響

圖3 不同CSF漿料配比對(duì)配抄的影響

圖3是填充漿相對(duì)于骨架漿的配用量對(duì)配抄的影響。其中把骨架漿配用量看作是單位1，縱坐標(biāo)代表填充漿配用量與骨架漿用量之比，也就是填充漿的配用量。

不同CSF漿料的配比是影響成紙配抄性能的另一因素。由圖3可知，不同CSF化機(jī)漿配抄，在達(dá)到混合漿相同CSF時(shí)，填充漿的配用量差距較為明顯。當(dāng)使用的骨架漿CSF越高時(shí)，配用的填充漿量越大，當(dāng)使用的骨架漿CSF越低時(shí)，配用的填充漿量越小。在生產(chǎn)中，填充漿的游離度越小，則磨漿程度就越高，磨漿能耗就越大，成本就越高。因此，為了降低成本和能耗，使用的填充漿用量要少，配比要小。當(dāng)填充漿CSF為60 mL，骨架漿CSF為600 mL，混合漿的配比分別為0.14∶1(即1∶7)，填充漿的配用量約占配抄成紙總質(zhì)量的12.5%。

綜上所述，不同CSF漿混合配抄時(shí)最優(yōu)工藝條件為:填充漿CSF 60 mL，骨架漿CSF 600 mL，填充漿與骨架漿的配比為0.14∶1。

2.4 混合漿與目標(biāo)漿性能對(duì)比

根據(jù)配抄實(shí)驗(yàn)的分析結(jié)果，選取最優(yōu)的配抄工藝條件:填充漿CSF 60 mL，骨架漿CSF 600 mL，配比為0.14∶1，混合漿CSF為475 mL。與目標(biāo)漿 (B漿)相比，其成紙性能對(duì)比如圖4所示。

圖4 目標(biāo)漿與混合漿成紙性能對(duì)比

與目標(biāo)漿成紙相比，不同CSF漿料混合配抄后，成紙的松厚度提高約14%，抗張強(qiáng)度和內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度分別提高約3%和5%?？梢姡貌煌珻SF的楊木P-RC APMP混合后抄紙，與相同CSF的目標(biāo)漿相比，成紙的抗張強(qiáng)度和內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度有一定提高時(shí)，成紙的松厚度顯著提高，可降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。

3 結(jié)論

利用不同游離度 (CSF)的楊木P-RC APMP進(jìn)行配抄，研究了各種高CSF漿 (骨架漿)和低CSF漿 (填充漿)的配比對(duì)成紙性能的影響。并探討了一定強(qiáng)度下的高松厚度漿的最佳配抄工藝。

3.1 配比相同骨架漿時(shí)，成紙的松厚度、抗張指數(shù)和內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度隨著填充漿CSF的降低而呈上升趨勢(shì)。

3.2 配比相同填充漿時(shí)，成紙的松厚度下降，抗張指數(shù)和內(nèi)結(jié)合指數(shù)隨著骨架漿CSF的降低而先提高后降低。

3.3 在保證成紙一定強(qiáng)度下，達(dá)到成紙高松厚度的最優(yōu)配抄工藝為:填充漿CSF 60 mL，骨架漿CSF 600 mL，配比為 0.14∶1。

3.4 在最優(yōu)工藝下，混合漿與CSF 480 mL填充漿相比，成紙松厚度提高14%，抗張強(qiáng)度和內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度分別有一定提高。

［1］Resalati，Hossein．The effects of APMP process variables on poplar pulp yields and properties［C］//International Mechanical Pulping Conference(2007)．2007．

［2］Yajun Zhou，Yun Zhirun，Jiang Zhihua．Overview of the Characteristics，Properties and Applications of High-yield Pulps［J］．Word Pulp and Paper，2007，26(1):1．

［3］Li Haijun，Ni Yonghao，Sain Mohini．Characterization of BCTMP fines and their effect on sizing［J］．Tappi Journal，2002，1(7):3．

［4］Retulainen E．Effect of fines on the properties of fiber networks［J］．Produce of Papermaking，1993，2(9):727．

［5］楊 波，侯慶喜，溫 浩．速生材楊木P－RC APMP漿和桉木漂白化學(xué)漿間的協(xié)同效應(yīng)［J］．中國(guó)造紙，2011，30(6):1．

［6］張美云，陳 菊，王 建，等．不同游離度楊木P－RC APMP配抄對(duì)成紙性能的影響［J］．中國(guó)造紙，2011，30(10):16．

The Study on Strength and Bulk of Aspen Chemi-mechanical Pulp

CHEN Ju1，*ZHANG Mei-yun1WANG Jian1WEI Xiao-fen1DONG He-bin1CHEN Bi2
(1．Shaanxi University of Science and Technology，Xi'an，Shaanxi Province，710021;2．Yulin College，Yulin，Shaanxi Province，719000)
(*E-mail:c．1juz@yahoo．com．cn)

It is a difficult job to balance the strength property and bulk of the paper using chemi-mechanical pulp as furnish．The effect of the different ratios of the P-RC APMP pulps with different freeness on paper property was studied in this paper．The results indicated that the mixed pulp containing 14 parts of the filler pulp with 60 mL CSF and 100 parts of the backbone pulp with 600 mL CSF can make the paper with reasonably good strength and balk properties．Compared to the paper made of filler pulp with 480 mL CSF，the bulk improves by 14%and tensile and internal bonding strength increase respectively．

aspen P-RC APMP;backbone pulp;appended pulp;bulk;strength

TS752;TS753

A

0254-508X(2011)12-0024-04

陳 菊女士;在讀碩士研究生;主要研究方向:化學(xué)機(jī)械漿性能、應(yīng)用與機(jī)理。

2011-07-25(修改稿)

本課題得到國(guó)家自然科學(xué)基金 (項(xiàng)目批準(zhǔn)號(hào):31070527)、陜西科技大學(xué)研究生創(chuàng)新基金資助。

(責(zé)任編輯:常 青)