楊木P-RC APMP細(xì)小纖維篩分組分對紙張性能的影響

林 濤， 李 雪， 宋建偉， 殷學(xué)風(fēng)， Mousa M.Nazhad

(1.陜西科技大學(xué) 輕工與能源學(xué)院 陜西省造紙技術(shù)及特種紙品開發(fā)重點實驗室 教育部輕化工助劑化學(xué)與技術(shù)重點實驗室， 陜西 西安 710021; 2.亞州理工學(xué)院 制漿造紙技術(shù)中心， 泰國 巴吞他尼 12110)

0 引言

P-RC APMP 制漿工藝是溫和的化學(xué)預(yù)處理加盤磨化學(xué)處理堿性過氧化氫漂白機(jī)械制漿方法，是上世紀(jì)90 年代基于APMP 制漿工藝而發(fā)展起來的新工藝[1-3].P-RC APMP由于其本身獨特的制漿工藝而含有相當(dāng)數(shù)量的細(xì)小纖維，可以預(yù)見這些細(xì)小纖維在造紙生產(chǎn)中宏觀上仍具有不同漿種細(xì)小纖維所具有的共性功能，比如，影響造紙濕部的運行、影響紙張的絕大部分物理強(qiáng)度和光學(xué)性能等[2].在P-RC APMP漿應(yīng)用越來廣泛的趨勢下，有必要對P-RC APMP漿的細(xì)小纖維進(jìn)行探討以使P-RC APMP漿得到更好利用.

不同網(wǎng)目篩分下的細(xì)小纖維因其尺寸、形態(tài)、比表面積、表面電化學(xué)等方面的差異會導(dǎo)致細(xì)小纖維吸水潤脹能力和表面吸附能力的不同，從而影響造紙濕部運行和紙張綜合性能.

本研究以18 °SR的楊木P-RC APMP為原料，利用SWECO圓形振動篩篩分出三個類別(P200、P300、P400)的細(xì)小纖維，觀察其形態(tài)，測定黏度、比沉降容積、表面電荷等參數(shù)，對比研究了不同P-RC APMP細(xì)小纖維篩分組分下所得紙張的性能，探討不同細(xì)小纖維篩分組分對紙張性能的影響.

1 實驗

1.1 實驗原料

18 °SR楊木P-RC APMP風(fēng)干漿(取自河南濮陽龍豐)、MgSO4(分析純)、去離子純凈水.

1.2 儀器設(shè)備

PFI磨漿機(jī)，SWECO圓形振動篩，多媒體光學(xué)顯微鏡，DDJ動態(tài)濾水儀，PCD-03型膠體電荷分析儀，LVDV2+型粘度計，纖維質(zhì)量分析儀(FQA)，BBS-3紙頁成型器，YQ-Z-48B白度儀，DC-HJY03電腦測控厚度緊度儀，SEO64抗張強(qiáng)度儀，格爾萊透氣度儀等.

1.3 實驗方法

1.3.1 漿料準(zhǔn)備

用PFI磨漿機(jī)進(jìn)行磨漿，將楊木P-RC APMP原漿(18 °SR)磨漿至68 °SR，測定水分后備用.

1.3.2 篩分

將原漿(18 °SR)充分疏解后利用SWECO圓形振動篩進(jìn)行篩分(200目篩網(wǎng))，初始篩分濃度為0.1%，并同時收集P200細(xì)小纖維組分和對應(yīng)篩后纖維組分，將篩出的細(xì)小纖維懸浮液靜置48 h后，抽出上層清夜，調(diào)濃后備用.

將68 °SR漿料充分疏解后利用SWECO圓形振動篩進(jìn)行多級篩分(200目、300目、400目篩網(wǎng))，篩分濃度為0.1%，分別得到P200、P300、P400 3個篩分的細(xì)小纖維組分和對應(yīng)篩后纖維組分.將篩出的細(xì)小纖維懸浮液靜置48 h后，抽出上層清夜，調(diào)濃后備用.用DDJ測定打漿后的未篩漿和篩后漿中的細(xì)小纖維含量，并計算細(xì)小纖維篩分收益率.

1.3.3 標(biāo)準(zhǔn)纖維的制備

將上述去除300、400目細(xì)小纖維后的漿料再用SWECO圓形振動篩進(jìn)行篩分(200目篩網(wǎng))，篩除其中剩余的細(xì)小纖維，然后與前面去除200目細(xì)小纖維后的漿料混合脫水，測定水分后備用.

1.3.4 細(xì)小纖維和篩除細(xì)小纖維后纖維形態(tài)觀察

對原漿(18 °SR)和68 °SR漿料篩分得到的細(xì)小纖維取樣制片，利用多媒體顯微鏡觀察細(xì)小纖維形態(tài)，同時觀察68 °SR漿料篩除P200細(xì)小纖維后纖維形態(tài)的變化.

1.3.5 細(xì)小纖維特性指標(biāo)測定

表面電荷、粘度、比沉降容積.

1.3.6 細(xì)小纖維FQA檢測

分別對68 °SR漿料篩分得到的細(xì)小纖維篩分組分(P200、P300、P400)用FQA進(jìn)行纖維質(zhì)量分析.

1.3.7 抄片與物理性能檢測

分別向標(biāo)準(zhǔn)纖維組分中添加P200、P300、P400細(xì)小纖維，并加入CPAM以助于細(xì)小纖維的留著.細(xì)小纖維添加比例為20%，CPAM的用量為0.04%.用添加細(xì)小纖維的紙漿進(jìn)行抄紙，同時設(shè)置純標(biāo)準(zhǔn)纖維(篩后未添加細(xì)小纖維)抄紙作為對照，按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)檢測手抄片物理性能.手抄片的定量為(60±3)g/m2.

2 結(jié)果與討論

2.1 細(xì)小纖維和篩除細(xì)小纖維后纖維形態(tài)特征

由圖1、圖2對比可以看出，原漿中P200細(xì)小纖維主要是帶狀和片狀，其他則為一些塊狀細(xì)小纖維，而68 °SR漿中的P200細(xì)小纖維可以觀察到一些絲狀組分和纖維碎片，還存在少量片狀組分.這說明，打漿度的提高可以增加絲狀細(xì)小纖維的含量，這些絲狀細(xì)小纖維是纖維表面不斷細(xì)纖維化后的結(jié)果.而對比68 °SR漿中的P300、P400細(xì)小纖維可以發(fā)現(xiàn)，絲狀組分和塊狀細(xì)小纖維有進(jìn)一步增多的趨勢，而大尺寸的纖維碎片和片狀組分則不斷減少.有資料顯示，絲狀細(xì)小纖維對紙張的強(qiáng)度性能的增加有積極的貢獻(xiàn)，它具有更高的壓縮常數(shù)，而片狀細(xì)小纖維對紙張更偏重于“填充”的作用[3].

圖1 原漿中P200細(xì)小纖維形態(tài)

圖2 68 °SR漿中不同篩分下細(xì)小纖維形態(tài)

圖3 篩除P200細(xì)小纖維后68 °SR漿纖維形態(tài)

由圖3可以看出，篩除P200細(xì)小纖維后的漿料中，已基本看不到細(xì)小纖維碎片和粒子， 絲狀纖維和單根纖維表面的細(xì)纖維化均可以明顯觀察到.

2.2 P-RC APMP細(xì)小纖維含量及篩分收益率

由表1可知，三種細(xì)小纖維篩分組分的篩分收益率均在80%以上，即可以用所制備收集的細(xì)小纖維進(jìn)行實驗，其性能可以表征打漿所得細(xì)小纖維的特征.另外，細(xì)小纖維篩分收益率隨著篩網(wǎng)目數(shù)的增加而遞減.

表1 細(xì)小纖維含量及收益率

注：細(xì)小纖維收益率=1-(篩分后的漿料細(xì)小纖維含量/未篩分的漿料細(xì)小纖維含量)

2.3 P-RC APMP細(xì)小纖維特性指標(biāo)

表2 P-RC APMP各細(xì)小纖維篩分組分特性指標(biāo)

由表2可以看出，表面電荷量：P200細(xì)小纖維

2.4 P-RC APMP細(xì)小纖維FQA指標(biāo)

由表3可以看出，P-RC APMP細(xì)小纖維的平均長度小于0.2 mm，且篩網(wǎng)目數(shù)越高平均長度越小，所配制細(xì)小纖維溶液中長度在0～0.2 mm之間的細(xì)小纖維含量均大于70%，其中P400細(xì)小纖維中的含量大于80%.從表中還可以看出，隨著篩網(wǎng)目數(shù)的增加，細(xì)小纖維卷曲和扭結(jié)程度均增大，而卷曲和扭結(jié)程度提高的同時，與纖維之間的結(jié)合點增多，結(jié)合面積增加，有利于成紙強(qiáng)度的提高.

表3 PRC-APMP各細(xì)小纖維篩分組分FQA指標(biāo)

說明：細(xì)小纖維溶液濃度為0.5 mg/L，設(shè)定檢測細(xì)小纖維的長度范圍為：0～0.2 mm.

2.5 不同P-RC APMP細(xì)小纖維篩分組分對成紙性能的影響

2.5.1 松厚度、透氣度

由表4可以看出，相對添加細(xì)小纖維所抄紙張，去除細(xì)小纖維后，紙張的松厚度最高.細(xì)小纖維組分在纖維網(wǎng)絡(luò)中發(fā)揮填充和架橋作用，去除細(xì)小纖維后，纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)合不再致密，大量的長纖維暴露出來，從而使紙張變得蓬松，所以，細(xì)小纖維對紙張的松厚度是不利的.且篩網(wǎng)目數(shù)越高的細(xì)小纖維越不利紙張松厚度，這是因為篩網(wǎng)目數(shù)越高的細(xì)小纖維尺寸更小，呈纖絲狀，絲狀組分比表面積大，與纖維間的交織面積更大，從而更易于充斥在纖維的空隙間，形成了一個緊湊而致密的纖維網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，從而更能降低紙張松厚度.細(xì)小纖維對紙張透氣度的影響與對紙張松厚度的影響趨勢基本一致，這是因為去除細(xì)小纖維后，增加了紙張纖維間的空隙，從而提高了紙張透氣度.添加P400細(xì)小纖維所抄紙張透氣度最低，P200與P300細(xì)小纖維對透氣度的影響差不多.這是因為篩網(wǎng)目數(shù)越高的細(xì)小纖維多數(shù)呈纖絲狀，尺寸及形態(tài)一致性更高，在紙張中它們可緊密地沉積在纖維表面，從而減少了紙張纖維間的空隙[6]，故添加P 400細(xì)小纖維的紙張透氣度最低.

表4 不同P-RC APMP細(xì)小纖維篩分組分對成紙性能的影響

2.5.2 抗張強(qiáng)度、耐破度

由表4看出，相對添加細(xì)小纖維所得到紙張的性能而言，篩出細(xì)小纖維后紙張的強(qiáng)度性能降低了，這說明細(xì)小纖維能增加紙張的強(qiáng)度性能.這是由于細(xì)小纖維的存在使得纖維之間接觸面積增大，形成了更多氫鍵，結(jié)合更為緊密，使得強(qiáng)度增加[7].另外由表4可以看出，添加不同目數(shù)的細(xì)小纖維后，所得紙張強(qiáng)度性能的大小順序是P400>P300>P200，這說明細(xì)小纖維越小，對紙張的強(qiáng)度越有利，這是因為篩網(wǎng)目數(shù)越高的細(xì)小纖維含有更多的絲狀組分，更易于充斥在纖維的空隙間，形成了一個致密而緊湊的纖維網(wǎng)絡(luò)，增加了纖維間的結(jié)合強(qiáng)度.因此添加細(xì)小纖維的級別越高，對強(qiáng)度影響更大.

2.5.3 不透明度

由表4可以看出，相對添加細(xì)小纖維所得到紙張，篩出細(xì)小纖維后紙張的不透明度最高，這是因為添加細(xì)小纖維后，紙頁中的空隙被細(xì)小纖維所填充，纖維間結(jié)合更加緊密，纖維間隙更少，減少了光線的反射或散射以及吸收的程度[8-10]，從而使得紙張的透明性增加，不透明度降低.另外細(xì)小纖維的級別越高，紙張的不透明度更低，這是因為篩網(wǎng)目數(shù)越高的細(xì)小纖維，其中纖絲狀細(xì)小纖維含量高，而篩網(wǎng)目數(shù)低的細(xì)小纖維中片狀細(xì)小纖維含量高，纖絲狀細(xì)小纖維含量高的細(xì)小組分對紙張的不透明度有消極的影響，而片狀細(xì)小纖維含量高的細(xì)小組分則有積極的影響[11-12]，故添加P400細(xì)小纖維的紙張不透明度最低.

3 結(jié)束語

(1)在打漿過程中，隨著打漿度的升高，絲狀細(xì)小纖維含量增多了.且篩網(wǎng)目數(shù)越高的細(xì)小纖維含有更多的絲狀組分，而大尺寸的纖維碎片和片狀組分則不斷減少.篩除細(xì)小纖維后的漿料中，纖維之間雖然不存在細(xì)小組分，但纖維表面仍有大量的絲狀纖維存在.

(2)篩網(wǎng)目數(shù)越高，所得細(xì)小纖維的表面電荷、粘度和絲狀組分含量越高.

(3) P-RC APMP細(xì)小纖維的平均長度不超過0.2 mm，且篩網(wǎng)目數(shù)越高，平均長度越短，卷曲和扭結(jié)程度均隨篩網(wǎng)目數(shù)的增加而增大.

(4)細(xì)小纖維能降低紙張的松厚度、透氣度，且細(xì)小纖維的級別越高降低程度越大.

(5)細(xì)小纖維能提高紙張的強(qiáng)度性能，且細(xì)小纖維的級別越高，對紙張的強(qiáng)度越有利.

(6)細(xì)小纖維能降低紙張的不透明度，且細(xì)小纖維的級別越高，不透明度越低.

[1] 陳 菊，張美云，王 建，等.打漿對楊木P-RC APMP質(zhì)量的影響[J].紙和造紙，2011，30(7)：27-30.

[2] 黃 馳，李魁偉.化學(xué)漿細(xì)小纖維的特性[J].國際造紙，2008，27(1)：42-44.

[3] 李海明，何北海.紙漿細(xì)小組分對紙張性能影響的研究進(jìn)展[J].中國造紙學(xué)報，2006，21(3)：102-106.

[4] Marton R,Robie J D.Characterization of mechanical pulps by a settling technique[J].Tappi J,1969,52(12):2 400-2 406.

[5] Karl Luukko,Hannu Paulapuro.Mechanical pulp fines:effect of particle size and shape[J].Tappi J,1999，82(2):95.

[6] 方 剛，林 濤，王志杰，等．不同打漿設(shè)備對二次細(xì)小纖維產(chǎn)生及質(zhì)量的影響[J]．中華紙業(yè)，2010，31(22)：38-42.

[7] 何志斌，倪永浩，周亞軍．高得率漿的特性及其對造紙過程濕部化學(xué)的影響．國際造紙，2007，26(3)：25-34.

[8] 王志杰,王 旸,王彬彬.APM P漿細(xì)小纖維與紙張性能的關(guān)系[J].紙和造紙,2007,26(2)：33-36.

[9] 宋建偉，林 濤,王志杰，等. 不同級別P-RC APMP細(xì)小纖維對紙張性能的影響[J].黑龍江造紙．2012(4)：4-7.

[10] 朱勇強(qiáng).造紙纖維和細(xì)小纖維的濕部化學(xué)特性[J].上海造紙，2004，35(1)：47-51.

[11] Sirvi? J,Nurminen I.Systematic changes in paper properties caused by fines[J].Pulp and Paper Canada,2004,105(8)：39-42.

[12] 劉麗莎，戴紅旗,王 燕,等.桉木漿細(xì)小纖維表面化學(xué)特性[J].中國造紙學(xué)報，2006，21(4)：44-47.