液體包裝類廢紙漿的抄紙性能研究

陳子成，張超善，孫立建，2

(1東北電力大學(xué) 化學(xué)工程學(xué)院，吉林 吉林 132012；2 東北林業(yè)大學(xué) 材料工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040)

液體包裝類廢紙漿的抄紙性能研究

陳子成1，張超善1，孫立建1，2

(1東北電力大學(xué) 化學(xué)工程學(xué)院，吉林 吉林 132012；2 東北林業(yè)大學(xué) 材料工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040)

摘要：液體包裝廢紙的再生利用對我國充分利用廢紙資源具有重要的意義。本文采用堿浸機(jī)械處理的方式對液體包裝廢紙進(jìn)行再制漿，并對其制漿得率的影響因素進(jìn)行了初步的探討。為了評價液體包裝廢紙漿的造紙性能，本文還對其在采用陽離子淀粉、陽離子殼聚糖時的增強(qiáng)作用，以及AKD施膠效果和紙漿在微粒助留體系作用下的留著性能等進(jìn)行了研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)堿濃為5%，浸泡溫度為30 ℃，浸泡時間為24 h時，其再制漿得率可達(dá)到50.32%。陽離子淀粉和陽離子殼聚糖都可以有效的增加液體包裝廢紙漿的抗張強(qiáng)度，相比之下，陽離子殼聚糖的增強(qiáng)效果更好。在AKD的用量為0.2%時，其施膠度可以達(dá)到42 S，由CPAM和鈉基改性膨潤土組成的微粒助留體系可以有效的提高紙漿的留著率。與0.1%的用量相比，鈉基改性膨潤土的用量為0.2%時其留著率更高。

關(guān)鍵詞：液體包裝廢紙；增強(qiáng)；施膠；助留

我國是一個造紙大國，但由于造紙?jiān)系亩倘保瑥U紙成為造紙?jiān)现性絹碓街匾闹参锢w維資源[1-5]。目前我國用于造紙的廢紙?jiān)现校M(jìn)口廢紙占有較大比例，如何充分收集和利用國內(nèi)廢紙資源是影響造紙工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的一個重要課題。由于社會的發(fā)展和生活水平的提高，液體包裝類紙板在我國的使用量逐年提高[6-8]。由于液體包裝類紙板具有一定的濕強(qiáng)度，因而采用目前造紙企業(yè)常規(guī)的廢紙制漿方法尚難以充分利用[9-13]。液體包裝紙板主要用于與鋁箔、聚乙烯膜等復(fù)合后制造紙質(zhì)容器包裝牛奶、果汁等液體產(chǎn)品，在對其進(jìn)行回收利用時上述復(fù)合材料很難分離，因而目前國內(nèi)外對其回收利用的報道很少。用來生產(chǎn)液體包裝紙板的紙漿主要是原生漂白木漿等高品質(zhì)的漿料，因而研究液體包裝紙板類廢紙?jiān)偕眉夹g(shù)有利于促進(jìn)其將來潛在的工業(yè)應(yīng)用。本文采用氫氧化鈉作為濕強(qiáng)破除劑來處理這類廢紙，并研究它的再制漿和抄紙性能，主要包括它的再制漿得率、增強(qiáng)性能、漿內(nèi)施膠性能以及留著性能等。

1實(shí)驗(yàn)

1.1實(shí)驗(yàn)材料

液體包裝廢紙板為實(shí)驗(yàn)室收集的用于包裝果汁、飲料、牛奶等的包裝盒。陽離子淀粉，殼聚糖，陽離子聚丙烯酰胺，鈉基改性膨潤土等為工業(yè)品。氫氧化鈉等試劑均為分析純。

1.2實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1液體包裝廢紙板的再制漿

將液體包裝盒剪開用清水清洗干凈后自然干燥，剪成1.5×1.5 cm2的碎片并檢測水分含量。稱取相當(dāng)于絕干25 g的原料在一定溫度下，將原料放入250 mL燒杯中用200 mL 5%的氫氧化鈉溶液浸泡指定的時間。將上述浸泡后的原料倒入標(biāo)準(zhǔn)纖維疏解器中疏解150 s，然后用80目的縫式篩漿機(jī)將塑料膜、鋁膜等雜質(zhì)篩除并對雜質(zhì)進(jìn)行烘干稱重，并按下式計(jì)算其再制漿得率，式中Y(%)為再制漿得率；M(g)為疏解前原料的總質(zhì)量(絕干)；m(g)為篩選雜質(zhì)的質(zhì)量(絕干)。

Y = (1-m/M)×100%.

1.2.2液體包裝廢紙漿的紙樣抄造

采用液體包裝廢紙漿抄造定量為70 g/m2的紙樣。將抄紙用的紙漿用水稀釋至2%的濃度，加入指定量的助劑如陽離子淀粉、陽離子殼聚糖、AKD(烷基烯酮二聚體)施膠劑、CPAM(陽離子聚丙烯酰胺)、鈉基改性膨潤土等，然后采用標(biāo)準(zhǔn)纖維疏解機(jī)對其進(jìn)行分散處理，最后采用ZT6-0A圓形實(shí)驗(yàn)室紙樣抄造器(中通試驗(yàn)設(shè)備有限公司)進(jìn)行紙樣的抄造。紙樣在90±5 ℃，真空度為-0.08 MPa的條件下干燥12 min后備用。在上述化學(xué)品的添加中，當(dāng)CPAM與鈉基改性膨潤土組成微粒助留體系時，先加入指定量的CPAM溶液，在電動攪拌器中速分散1 min后，采用標(biāo)準(zhǔn)纖維疏解器高速分散30 s后立即進(jìn)行紙樣的抄造。

1.2.3液體包裝廢紙漿紙樣施膠度的檢測

采用液體滲透法，根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GBT5405-2002的程序進(jìn)行檢測和分析。

1.2.4液體包裝廢紙漿留著率的檢測

廢紙漿抄片時收集排出的全部白水，并經(jīng)濾紙過濾后烘干稱重，通過抄紙過程中流失的紙漿量計(jì)算紙漿在抄紙過程中的留著率，每個抄紙條件重復(fù)3次實(shí)驗(yàn)，并以其平均值表示其紙漿的留著率。

2結(jié)果與分析

2.1廢液體包裝紙?jiān)僦茲{得率

圖1　浸泡時間對液體包裝廢紙漿得率的影響

圖2　增強(qiáng)劑用量對液體包裝廢紙漿的增強(qiáng)作用

為增加液體包裝紙板的防護(hù)性能，在其制成包裝盒前需要與塑料和鋁箔進(jìn)行復(fù)合，且在復(fù)合加工過程中需要在層間使用膠粘劑，這導(dǎo)致了該廢紙漿的再制漿得率偏低。如圖1所示，隨著浸泡處理時間的增加，和處理溫度的提高，其再制漿得率增加。在浸泡時間為24 h，處理溫度為30 ℃時，其再制漿得率達(dá)到了50.32%，繼續(xù)增加浸泡時間和提高浸泡溫度后，其得率雖有增加，但考慮到時間和能耗成本，后續(xù)實(shí)驗(yàn)選用浸泡時間為24 h，處理溫度為30 ℃時的紙漿進(jìn)行后續(xù)抄紙性能的研究。

2.2陽離子淀粉和陽離子殼聚糖對液體廢紙漿的增強(qiáng)作用

陽離子淀粉是造紙工業(yè)應(yīng)用廣泛的一種增干強(qiáng)劑，陽離子殼聚糖由于其與植物纖維相近的分子結(jié)構(gòu)也可以用作造紙?jiān)龈蓮?qiáng)劑[14-18]。如圖2所示，隨著陽離子淀粉和陽離子殼聚糖用量的增加，液體包裝廢紙漿的抗張指數(shù)隨之增加。在紙漿中添加陽離子淀粉和陽離子殼聚糖都可以增加紙中植物纖維的氫鍵結(jié)合，因而起到增干強(qiáng)作用。陽離子淀粉和陽離子殼聚糖具有相似的聚合物結(jié)構(gòu)單元，主要區(qū)別在于陽離子殼聚糖結(jié)構(gòu)單元吡喃式氨基葡萄糖的2號碳原子上連有胺基，不同于陽離子淀粉結(jié)構(gòu)單元中連接的羥基。由于胺基與植物纖維形成的氫鍵鍵能更高，所以陽離子殼聚糖對紙的增干強(qiáng)作用更好[19]。

2.3液體廢紙漿的AKD施膠效果

廢紙漿較多的用來生產(chǎn)包裝紙板，因而其施膠性能是一個重要的指標(biāo)。AKD施膠劑是一種應(yīng)用廣泛的反應(yīng)型中性施膠劑，既可以應(yīng)用于文化用紙的生產(chǎn)也可以對包裝紙板類產(chǎn)品進(jìn)行漿內(nèi)施膠。根據(jù)圖3的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，AKD在液體廢紙漿中施膠效果較好。當(dāng)AKD的用量為0.2%(絕干/絕干)時，其施膠度超過40S，可以滿足大多數(shù)紙板產(chǎn)品的需要。當(dāng)其用量增加時，紙樣的施膠度隨之提高，但當(dāng)其用量超過0.3%時，其施膠度的增加有限。因而，在對液體包裝廢紙漿進(jìn)行AKD漿內(nèi)施膠時，其用量不宜超過0.3%。

圖3　紙樣的AKD施膠效果

圖4　CPAM用量對紙漿留著率的影響

2.4液體廢紙漿的微粒助留效果

微粒助留體系在造紙工業(yè)中應(yīng)用廣泛，其中CPAM是一種陽離子高分子化合物，而鈉基改性膨潤土屬于陰離子組分[20-21]。根據(jù)圖4的實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看，在單獨(dú)采用CPAM作為助留劑時，隨著CPAM用量的增加，紙漿的留著率增加不明顯。在使用CPAM的同時，加入鈉基改性膨潤土?xí)r，隨著CPAM用量的增加，紙漿的留著率顯著提高，而且鈉基改性膨潤土的用量為0.2%時，其助留效果比用量為0.1%時要好。圖4的結(jié)果表明，微粒助留體系可以有效的提高液體包裝廢紙漿的留著率。

3結(jié)論

(1)采用堿浸后機(jī)械疏解的方法可以對液體包裝廢紙板進(jìn)行再制漿，當(dāng)堿濃為5%，浸泡溫度為30 ℃，浸泡時間為24 h時，其再制漿得率為50.32%。

(2)陽離子淀粉和陽離子殼聚糖可以有效的對液體包裝廢紙漿進(jìn)行增強(qiáng)，在相同用量下，陽離子殼聚糖的增強(qiáng)效果優(yōu)于陽離子淀粉。

(3)AKD可以作為液體包裝廢紙漿的漿內(nèi)施膠劑，當(dāng)其用為0.2%時，其施膠度可以達(dá)到40 S。

(4)由CPAM和鈉基改性膨潤土組成的微粒助留體系可以顯著的增加液體包裝廢紙漿的留著率。

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Study on the Papermaking Properties of the Waste Liquid Package Paperboard Pulp

CHEN Zi-cheng1，ZHANG Chao-shan1，SUN Li-Jian1，2

(1.School of Chemical Engineering，Northeast Danli University，Jilin Jilin 132012;2.School of Material Engineering，Northeast Forest University，Harbin Heilongjiang 150040)

Abstract：It’s helpful to better utilizing the waste paper resources in China of reusing the waste liquid package paperboard.The process of mechanical treatment after alkali soaking was used to repulp the waste liquid package paperboard in this paper，and the effect factors of repulping yield was investigated preliminarily.In order to evaluate the properties of the waste paper pulp，the strengthening with cationic starch and cationic chitosan，the sizing of AKD and the its retention property with the microparticular retention and drainage system of CPAM and modified bentonite were investigated in this study.The results of experiments showed that the yield of repulping reached 50.32% in case of alkali concentration 5%，soaking temperature 30 ℃ and soaking duration 24h.Both cationic starch and chitosan could strengthen the paper sample，in comparison with cationic starch，cationic chitosan gained the better strengthing results.When the dosage of AKD was 0.2%，the sizing degree of the paper sample reached 42 S.The microparticular retention system of CPAM and modified bentonite could improve the retention of the waste paper pulp efficiently.When the doage of the modified bentonite was 0.2%，it performed better than 0.1%.

Key words：Liquid package paperboard；Strengthening；Sizing；Retention

收稿日期：2015-05-19

作者簡介：陳子成(1975-)，男，黑龍江省雙鴨山市人，東北電力大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院副教授，博士，主要研究方向：造紙化學(xué)品與造紙濕部化學(xué).

文章編號：1005-2992(2016)03-0056-04

中圖分類號：TQ914.3

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

基金基目：吉林省教育廳“十三五”科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目(201684)；東北電力大學(xué)博士科研啟動基金項(xiàng)目(BSJXM-201437)