提高白色廢紙漿抄造的紙張留著率和強(qiáng)度

白賬簿紙通常是由白色廢紙漿抄造而成的，通常用以代替雙層紙板頂層的漂白硫酸鹽漿（BKP）。然而，由白色廢紙漿抄造成的紙張比原始紙漿抄造成的紙張強(qiáng)度差。因此當(dāng)雙層紙板的頂層中白賬簿紙的占比增加時(shí)，紙漿單程留著率和紙張強(qiáng)度的改善是非常重要的。因此，有必要選擇合適的添加劑來克服白賬簿紙的缺點(diǎn)。該項(xiàng)研究分析了生產(chǎn)雙面板的工廠中使用的白賬簿紙的物理性質(zhì)，同時(shí)測量具有不同電荷密度和相對分子質(zhì)量的陽離子聚丙烯酰胺（CPAM）對紙漿單程留著率和紙張強(qiáng)度的影響。研究發(fā)現(xiàn)：作為助留劑的CPAM的電荷密度在改善白賬簿紙漿的單程留著率和紙張強(qiáng)度方面比其相對分子質(zhì)量更為重要；CPAM的電荷密度必須足夠高，以能夠捕獲陰離子微細(xì)顆粒。

1 前言

廢紙漿是紙制品中重要的原材料，近年來全球使用廢紙漿的情況已有所增加。舊報(bào)紙（ONP），舊瓦楞紙箱（OCC），舊雜志紙（OMG），白賬簿紙（W/L）和混合辦公廢紙（MOW）等廢紙漿廣泛用于紙板的抄造。

雙層紙板或白漿襯里的粗紙板用于包裝食品、藥品、洗滌劑，紡織品和服裝等。木粉和其他有機(jī)填料已被添加到雙層紙板的中間層，以降低雙層紙板的生產(chǎn)成本。

雙層紙板由許多層制成，頂層通常由漂白硫酸鹽紙漿（BKP）、白賬簿紙漿和舊報(bào)紙漿組成。其他層由質(zhì)量較差的再生紙漿制成。盡管BKP的比例低于雙層紙板頂層中其他再生紙漿的比例，但BKP必須替換為白色廢紙漿以降低生產(chǎn)成本。白賬簿紙包括普通辦公用紙，無光澤，可以印刷或不印刷；辦公用紙可能包括打字紙、復(fù)印紙或白色筆記本紙。隨著印刷技術(shù)的發(fā)展，白賬簿紙的生產(chǎn)穩(wěn)步增長。與其他廢紙漿相比，白賬簿紙的白度和強(qiáng)度性能較好，而且白賬簿紙含有較高比例的化學(xué)漿和較少的回收材料。然而，由于造紙商為了降低生產(chǎn)成本在普通辦公用紙中添加了高得率漿和無機(jī)填料，因此白賬簿紙的質(zhì)量已經(jīng)有所下降。其他廢紙漿的高灰分含量降低了原料產(chǎn)量和紙張強(qiáng)度。因此，有必要提高由白賬簿紙制成的、并且灰分含量較高的雙層紙的單程留著率和紙張強(qiáng)度。

本研究探索了用陽離子聚丙烯酰胺（CPAM）改善白賬簿紙漿的留著和強(qiáng)度的理想條件。分析了在工廠生產(chǎn)的雙面板上使用白賬簿紙的效果，并與來自同一工廠的再生紙漿進(jìn)行了比較；接著通過分別添加具有不同電荷密度和相對分子質(zhì)量的6種CPAM來測量白賬簿紙漿的單程留著率；在確定單程留著率后，抄造手抄片后測量紙張的強(qiáng)度。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 實(shí)驗(yàn)原料

6層雙面板紙漿來自韓國某紙廠。紙漿分為廢紙漿和原始紙漿，二者均用于制造雙面板。廢紙漿包括白賬簿紙漿、ONP漿和OCC漿。原始紙漿由混合BKP組成，其將針葉木BKP和闊葉木BKP以5∶5的質(zhì)量比混合，漂白化學(xué)機(jī)械磨木漿（BCTMP）也包括在內(nèi)。

CPAM在韓國某紙廠中用作脫水劑，CPAM則是白賬簿紙漿生產(chǎn)線中的助留劑。然而，傳統(tǒng)的CPAM不能很好地與頂層生產(chǎn)線中的白賬簿紙反應(yīng)。因此從韓國某公司獲得6種類型的CPAM（A、B、C、D、E和F），它們的電荷密度和相對分子質(zhì)量如圖1所示。

圖1 CPAM的相對分子質(zhì)量與電荷密度的關(guān)系

2.2 實(shí)驗(yàn)方法

2.2.1 廢紙漿以及原始紙漿的性能分析

紙漿是從漿料制備線的機(jī)箱中獲得的。測量紙漿的初始濃度并用自來水稀釋至質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.0%。然后測量紙漿性質(zhì)，包括游離度（按TAPPI T 227 om-092009測試，以下各測試項(xiàng)目的測試方法均在各測試項(xiàng)目后的小括號中表示）、灰分含量（TAPPI T 244 cm-99 1999）和細(xì)小纖維含量（TAPPI T 261 cm-10 2010）。使用纖維分析儀測量纖維平均長度。

用廢紙漿和原始紙漿抄造定量為（100±4）g/m2的手抄片，然后使用實(shí)驗(yàn)室壓榨機(jī)在壓力為3.5 kgf/cm2（約34.3 Pa）的條件下濕壓榨5 min，并使用圓筒式干燥機(jī)在溫度120°C下進(jìn)行干燥。將干燥后的手抄片在溫度23°C和50%相對濕度（RH）的條件下進(jìn)行處理以控制手抄片的含水量為8%。測定手抄片的物理性能，包括松厚度（TAPPI T 411 om-10 2010）、斷裂長（TAPPI T 494 om-06 2006）、耐破指數(shù)（TAPPI T 403 om-10 2010）和壓縮強(qiáng)度（TAPPI T 818 cm-07 2007）。

2.2.2 測量白賬簿紙漿的單程留著率

單程留著率按照TAPPI T 261 cm-10（2010）進(jìn)行測量。首先使用自來水將白賬簿紙漿稀釋至漿濃為質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.5%，然后用蒸餾水將CPAM稀釋至質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%。將500 mL稀釋后的白賬簿紙漿加入到動態(tài)濾水儀中，并以600 r/min的速度攪拌30 s，然后在相同的混合速度下加入CPAM，90 s后收集濾液，稱重濾液并對其進(jìn)行過濾，然后在溫度105°C下干燥以達(dá)到穩(wěn)定的質(zhì)量。公式1用于計(jì)算單程留著率：

式中：A是原始樣品的質(zhì)量；W是濾液中固體（細(xì)小纖維）的質(zhì)量；U是濾液的質(zhì)量，T是樣本中細(xì)小纖維的總質(zhì)量。

2.2.3 用白賬簿紙漿抄造手抄片并測試其物理性能

使用自來水稀釋白賬簿紙漿至漿濃為質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.5%以抄造手抄片。根據(jù)TAPPI T 205 sp-06（2006），將CPAM添加到紙漿中并以600 r/min的攪拌速度混合 30 s后，抄造定量為（100±4）g/m2的手抄片。CPAM的添加量分別為絕干漿的0.03%、0.05%和0.07%。將手抄片用實(shí)驗(yàn)室壓榨機(jī)在壓力為3.5 kgf/cm2（約34.3 Pa）的條件下濕壓榨5 min，并使用圓筒式干燥機(jī)在溫度120°C下進(jìn)行干燥，干燥后的手抄片在溫度23°C和 50%相對濕度（RH）的條件下進(jìn)行處理以控制手抄片的含水量為質(zhì)量分?jǐn)?shù)8%。測定手抄片的物理性能，包括松厚度（TAPPI T 411 om-10 2010）、斷裂長（TAPPI T 494 om-06 2006）、耐破指數(shù)（TAPPI T 403 om-10 2010）、壓縮強(qiáng)度（TAPPI T 818 cm-07 2007）以及灰分含量（TAPPI T 244 cm-99 1999）。

本實(shí)驗(yàn)的流程見圖2。

圖2 實(shí)驗(yàn)流程圖

3 結(jié)果與討論

3.1 廢紙漿以及原始紙漿漿料性能

廢紙漿和原始紙漿的紙漿性能分別如圖3和圖4所示。

圖3 廢紙漿和原始紙漿的游離度（a）與平均纖維長度（b）

圖4 廢紙漿和原始紙漿的灰分含量（a）和細(xì)小纖維含量（b）

由圖3和圖4可見，白賬簿紙漿的加拿大標(biāo)準(zhǔn)游離度低于OCC和原始紙漿，高于ONP。白賬簿紙漿的細(xì)小纖維含量高于原始紙漿，但低于ONP和OCC。白賬簿紙漿的平均纖維長度是6種紙漿中最短的，其中灰分含量在5種紙漿中排在第2位。與BKP相比，白賬簿紙漿含有更多的微細(xì)顆粒（如細(xì)小纖維和細(xì)小填料）。這表明，當(dāng)雙面板頂層的白賬簿紙漿占比增加時(shí)，造紙商應(yīng)著重關(guān)注細(xì)小纖維和細(xì)小填料的留著。

圖5和圖6表明了手抄片的物理性能，手抄片由廢紙漿和原始紙漿抄造而成。

圖5 廢紙漿與原生漿抄造的手抄片的松厚度（a）和裂斷長（b）

圖6 廢紙漿與原生漿抄造的手抄片的耐破強(qiáng)度（a）和壓縮強(qiáng)度（b）

大部分的白賬簿紙漿手抄片的松厚度與OCC紙漿和ONP紙漿手抄片相似，并且低于BCTMP和BKP手抄片。白賬簿紙漿手抄片的強(qiáng)度大于ONP紙漿和OCC紙漿。然而，白賬簿紙漿手抄片的強(qiáng)度低于BCTMP和BKP手抄片。與用原生紙漿抄造的手抄片相比，白賬簿紙漿手抄片的強(qiáng)度較低與其平均纖維長度較短以及較高的灰分有關(guān)。另外，纖維性能的變化降低了回收過程中的紙張強(qiáng)度。

與BKP手抄片相比，白賬簿紙漿抄造的手抄片的強(qiáng)度較低，因?yàn)闈{料中含有填料、顏料以及短纖維。因此，有必要提高白賬簿紙漿的單程留著率和紙張強(qiáng)度。但是，單程留著率的改善往往會導(dǎo)致白賬簿紙中的灰分含量增加。因此，選擇合適的助留劑來提高單程留著率以及紙張強(qiáng)度非常重要。

3.2 單程留著率的評價(jià)以及白賬簿紙漿手抄片的物理性能

圖7顯示了添加不同類型以及不同用量的CPAM的白賬簿紙漿的單程留著率。

圖7 添加不同類型以及不同用量的CPAM對白賬簿紙漿單程留著率的影響

不同的CPAM具有不同的相對分子質(zhì)量和電荷密度，因此，使用不同的相對分子質(zhì)量和電荷密度的CPAM，其改善單程留著率的程度是不一樣的。大多數(shù)CPAM會導(dǎo)致白賬簿紙漿的單程留著率增加。CPAM C的單程留著率最高，而B和F的單程留著率值則處于第2。與其他CPAM相比，A和D的單程留著率值并沒有較為明顯的增加。CPAM C和F的相對分子質(zhì)量與CPAM A的相對分子質(zhì)量相似，但它們的電荷密度高于CPAM A。而且，CPAM B在所有CPAM中具有最高的電荷密度。由于白賬簿紙漿中包含許多填料和顏料，CPAM必須具有高電荷密度才能收集陰離子填料和顏料。電荷密度是CPAM改善白賬簿紙漿單程留著率的重要性質(zhì)。

如前所述，助留劑能夠提高紙張的強(qiáng)度。在目前的研究發(fā)現(xiàn)白賬簿紙的強(qiáng)度低于BKP。在這項(xiàng)研究中，選擇了具有最高單程留著率的3種CPAM（B、C和F）用于進(jìn)一步研究。將添加CPAM B、C和F后的白賬簿紙漿抄造的手抄片進(jìn)行檢測以評價(jià)這些CPAM改善紙張強(qiáng)度的能力?；曳趾繒绊懠垙埖膹?qiáng)度。因此，分析了添加CPAM后灰分含量與紙張強(qiáng)度的關(guān)系。圖8～10顯示了添加CPAM后手抄片的斷裂長、耐破強(qiáng)度和壓縮強(qiáng)度與灰分含量的關(guān)系。

圖8 添加CPAM后手抄片的斷裂長與灰分含量的關(guān)系

圖9 添加CPAM后手抄片的耐破強(qiáng)度與灰分含量的關(guān)系

圖10 添加CPAM后手抄片的壓縮強(qiáng)度與灰分含量的關(guān)系

B和F的強(qiáng)度相似，因?yàn)樗鼈兊幕曳趾肯嗨啤具有最低的紙張強(qiáng)度，盡管其灰分含量與B和F的灰分含量相似，但與CPAM B和F相比，CPAM C含有較低的電荷密度，這表明電荷密度是影響單程留著率和紙張強(qiáng)度的重要因素。另外CPAM的相對分子質(zhì)量也很重要。CPAM B的相對分子質(zhì)量低于CPAM F，在6種CPAM中，CPAM B的相對分子質(zhì)量為中值。結(jié)果表明，具有最高電荷密度的CPAM也應(yīng)當(dāng)具有高于平均值的相對分子質(zhì)量，以提高單程留著率和紙張強(qiáng)度。

作為助留劑的CPAM的電荷密度在改善白賬簿紙漿的單程留著率和紙張強(qiáng)度方面比其相對分子質(zhì)量更為重要；CPAM的電荷密度必須足夠高，以能夠捕獲陰離子微細(xì)顆粒。

4 結(jié)論

（1）白賬簿紙中含有細(xì)小纖維以及細(xì)小填料，與用BKP制成的紙張相比，其成紙強(qiáng)度較差；因此，在雙面板的頂層中增加白賬簿紙漿的占比時(shí)，單程留著率是非常重要的，必須增強(qiáng)紙張強(qiáng)度，因?yàn)閱纬塘糁实脑黾又苯优c灰分含量的增加有關(guān)；另外，必須選擇適當(dāng)?shù)奶砑觿?/p>

（2）作為助留劑的CPAM的電荷密度在改善白賬簿紙漿的單程留著率和紙張強(qiáng)度方面比其相對分子質(zhì)量更為重要；CPAM的電荷密度必須足夠高，以能夠捕獲陰離子微細(xì)顆粒。