竹化學(xué)機械漿篩分耦合長纖維級分磨漿的增強工藝研究

摘要： 本研究通過篩分竹化學(xué)機械漿（簡稱化機漿） 得到各級分原料，耦合長纖維級分進(jìn)行PFI磨漿處理，并將磨后長纖維級分與未處理短纖維級分按原比例混和抄紙；通過形態(tài)、形貌和保水能力確定長纖維分級標(biāo)準(zhǔn)，研究了長纖維級分經(jīng)PFI磨漿處理后的形態(tài)、形貌和濾水性能變化，并分析了竹化機漿篩分耦合長纖維級分磨漿處理對紙張性能的影響。結(jié)果表明，竹化機漿中R50和P200/R400級分含量分別為46. 4%和27. 3%；微觀結(jié)構(gòu)表征顯示R50和P50/R100級分纖維形態(tài)完整，表面較為光滑。篩分耦合長纖維磨漿后，隨著PFI磨漿轉(zhuǎn)數(shù)增加，R50和R100漿料游離度下降，保水值上升，纖維平均長度減小，平均寬度增加；磨漿轉(zhuǎn)數(shù)增至7 500 r時，細(xì)小纖維含量分別增至22. 3%和26. 6%。隨磨漿轉(zhuǎn)數(shù)的增加，R50和R100紙張松厚度下降，抗張指數(shù)和撕裂指數(shù)均增加；R50-P50/R400和R100-P100/R400紙張松厚度下降，抗張指數(shù)升高，撕裂指數(shù)先增加后降低。

關(guān)鍵詞：竹化機漿；篩分分級；PFI磨漿；耦合增強；紙張性能

中圖分類號：TS752 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10. 11980/j. issn. 0254-508X. 2025. 01. 015

化學(xué)機械漿（以下簡稱化機漿） 是一種通過簡單化學(xué)和機械研磨所制備的漿料，因其工藝靈活、原料適用面廣、得率高等優(yōu)勢[1]，在造紙行業(yè)受到廣泛的青睞。近年來，為緩解木材纖維原料緊張的問題，非木材纖維原料利用率大大提高。其中，竹作為禾本科植物中最主要的原料，具有分布廣、成材快、價格低等優(yōu)點。研究表明，竹材纖維質(zhì)量介于針葉木漿和闊葉木漿之間，優(yōu)于草漿，可作為木漿造紙原料的替代材料[2]。

竹化機漿紙張具有松厚度高的優(yōu)點，但純竹漿紙力學(xué)強度較差，現(xiàn)竹漿主要應(yīng)用于部分代替化學(xué)漿生產(chǎn)各類紙和紙板產(chǎn)品[3]，如印刷書寫紙、衛(wèi)生用紙、白卡紙、包裝紙板等。為提升紙張力學(xué)性能，常見的紙漿增強方法包括生物法、化學(xué)法和物理法。其中，生物法多用生物酶處理紙漿，如纖維素酶、漆酶等[4]；化學(xué)處理有助劑增強、纖維改性等[5]；物理處理有磨漿、纖維混合使用等[6]。吳乾斌等[7]采用PFI磨漿機處理漂白硫酸鹽竹漿，將磨后漿料抄紙，紙張抗張指數(shù)、耐破指數(shù)等均得到提升。在磨漿過程中，原纖維進(jìn)一步分絲帚化、細(xì)纖維化，表面羥基暴露增多，氫鍵結(jié)合數(shù)量增加，紙張抗張指數(shù)提高，但同時會導(dǎo)致紙張松厚度降低[8]。而竹化機漿中含有較多的細(xì)小組分及部分雜細(xì)胞，會影響其磨漿性能、漿料濾水性能及紙張強度等[9]。因此，在保持良好纖維形態(tài)的條件下，實現(xiàn)纖維間良好的結(jié)合強度，并保持高松厚度是目前竹化機漿應(yīng)用亟需解決的瓶頸。

另外，竹化機漿木質(zhì)素含量高[10]，纖維較為挺硬，在抄紙過程不容易被壓潰，更容易形成松厚度高的紙張結(jié)構(gòu)[11]。而化機漿在成漿過程中相當(dāng)一部分纖維變?yōu)榧?xì)小纖維，過多細(xì)小纖維的存在不僅會影響紙機的運行過程，如留著、濾水、白水回收、助劑功效、干燥速率等，還會影響到紙張的多種性能，如紙張結(jié)構(gòu)、物理性能、光學(xué)性能、印刷性能等[12]。篩分分級是一個高效利用竹漿的方式。Liu等[13]將硫酸鹽竹漿分級后的長纖維經(jīng)酸水解和冷堿萃取進(jìn)一步提純后轉(zhuǎn)化為可溶紙漿，將其與普通硫酸鹽竹漿混合，用于生產(chǎn)生活用紙。

因此，為合理地提高竹化機漿紙張強度性能，同時保留其高松厚度的特性，本研究將竹化機漿進(jìn)行篩分分級，并對各級分基礎(chǔ)性能進(jìn)行評價，得出長短纖維分級標(biāo)準(zhǔn)；再對長纖維級分耦合磨漿處理，以減少細(xì)小纖維的流失，將磨后漿料與短纖維級分混合抄紙，以探究竹化機漿篩分后，長纖維級分耦合磨漿處理對紙張性能的影響。通過探究篩分分級耦合長纖維磨漿工藝，為竹化機漿強度性能增強技術(shù)提供理論基礎(chǔ)。

1 實驗

1. 1 實驗原料及儀器

竹化機漿，游離度650 mL（CSF）；竹化學(xué)漿，游離度625 mL （CSF）。纖維疏解機（990270， 瑞典Lamp;W）；保爾篩分儀（BMN5A，奧地利PTI）；PFI磨漿機（DCS-041P，日本KRK）；多媒體顯微鏡（XTL-II，北京電子光學(xué)設(shè)備廠）；S-8100掃描電子顯微鏡-能譜分析儀（SEM-EDS，VEGA 3 SBH，捷克Tescan）；纖維質(zhì)量分析儀（MorFi Compact，法國Techpap）；加拿大游離度儀（NO.2580-A，日本 KRK）；紙樣抄取器（TD10-200，咸陽通達(dá)輕工設(shè)備有限公司）；電腦測控厚度緊度儀（DC.HJY03，四川長江造紙儀器廠）；抗張強度試驗儀（062/969921，瑞典Lamp;W）；紙張撕裂度測定儀（60-2600-PROTEAR，巴西）。

1. 2 實驗方法

1. 2. 1 原料制備

稱取10.00 g絕干竹化機漿稀釋至漿濃1%，在標(biāo)準(zhǔn)纖維疏解機中疏解6 000 r，使用保爾篩分儀對原料篩分和收集。以篩分網(wǎng)孔徑為標(biāo)準(zhǔn)，未通過50目（粒徑（300，+∞） μm） 的原料命名為R50級分；未通過100目（粒徑（150，+∞） μm） 的原料命名為R100級分；通過50目且截留100目（粒徑[150，300） μm） 的原料命名為P50/R100級分；通過100目且截留200目（粒徑[75，100） μm） 的原料命名為P100/R200級分；通過200目且截留400目（粒徑[38，75） μm） 的原料命名為P200/R400級分。將上述收集的原料干燥、備用。

1. 2. 2 長纖維級分磨漿及混合抄紙

分別稱取30.00 g絕干R50和R100級分，稀釋至漿濃25%（為盡量減少纖維被切斷，提高化機漿分絲帚化程度，本研究采用較高的磨漿濃度），參照QB/T1463—2010采用PFI磨漿機進(jìn)行磨漿，研磨不同轉(zhuǎn)數(shù)得到漿料。R50 和R100 磨漿前后的游離度按GB/T12660—2008《紙漿 濾水性能的測定“加拿大標(biāo)準(zhǔn)”游離度法》進(jìn)行測量。