張美云 陳 菊 王 建 張 寧

(陜西科技大學(xué)，陜西西安，710021)

不同游離度楊木P-RC APMP配抄對成紙性能的影響

張美云 陳 菊 王 建 張 寧

(陜西科技大學(xué)，陜西西安，710021)

采用PFI磨對楊木P-RC APMP進(jìn)行磨漿，獲得不同游離度的漿料，研究了不同游離度漿料配抄對成紙性能的影響。結(jié)果表明，隨著游離度的不斷降低，成紙的抗張強(qiáng)度逐漸提高，但松厚度逐漸下降。為了兼顧成紙的強(qiáng)度與松厚度，采用不同的配比將低游離度漿添加到高游離度漿中發(fā)現(xiàn)，配比后漿料游離度 (CSF)若高于415～420 mL，有利于成紙的松厚度，若游離度低于415～420 mL，有利于成紙的抗張強(qiáng)度。在保證松厚度基本不變，提高強(qiáng)度所需要的混合漿游離度應(yīng)低于460 mL。在保證強(qiáng)度基本不變，提高松厚度所需要的混合漿游離度應(yīng)高于420 mL。組分分析表明，長纖維比例的增加有利于成紙松厚度的提高，細(xì)小纖維含量的增加有利于成紙強(qiáng)度的提高。

楊木P-RC APMP;游離度;成紙性能;配比

化學(xué)機(jī)械漿技術(shù)自20世紀(jì)問世以來，以其高得率、高松厚度、低成本、低污染等特點(diǎn)發(fā)展迅速［1］。化學(xué)機(jī)械漿產(chǎn)品以漂白化學(xué)熱磨機(jī)械漿 (BCTMP)、預(yù)處理加盤磨化學(xué)處理堿性過氧化氫機(jī)械漿 (P-RC APMP)技術(shù)為主。

無論是哪一種漿，在生產(chǎn)使用過程中，為了更好地發(fā)揮化學(xué)機(jī)械漿高得率、高松厚度的性能，傳統(tǒng)上是將化學(xué)漿與化學(xué)機(jī)械漿進(jìn)行配抄，這樣不僅能充分發(fā)揮化學(xué)機(jī)械漿的特性，又能降低成本。如Eric.Xu等人研究得出加拿大楊木P-RC APMP及其漂白硫酸鹽漿 (BKP)在纖維內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度方面有協(xié)同效應(yīng)。這主要是由于P-RC APMP比BKP纖維尺寸分布更寬，有助于在纖維之間形成更多的“橋聯(lián)”，因此可提高纖維間總的結(jié)合強(qiáng)度。而化學(xué)機(jī)械漿的特性之一是含有較少的長纖維組分和較多的細(xì)小纖維組分［2］，前人研究表明細(xì)小纖維能使紙張的強(qiáng)度性能得到保障［3-4］。而且高度細(xì)纖維化的 BKP與高得率漿(HYP)能改善纖維結(jié)合，提高 HYP機(jī)械強(qiáng)度［5］。并且在初步的研究中已經(jīng)表明，采用PFI磨漿更有利于漿料性能的提高［6］。

本實(shí)驗(yàn)研究了不同加拿大標(biāo)準(zhǔn)游離度 (CSF)的楊木P-RC APMP配抄所獲得的漿料對成紙性能的影響，以提高化學(xué)機(jī)械漿紙張性能。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 原料

取自國內(nèi)某廠的楊木P-RC APMP，具體參數(shù)見表1。

表1 楊木P-RC APMP漿的基本參數(shù)

1.2 主要設(shè)備和儀器

纖維疏解器、日本 DCS-041P型 PFI磨漿機(jī)、Tappi抄片器、加拿大游離度儀、內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度儀、抗張強(qiáng)度測試儀、鮑爾篩分儀。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

(1)采用PFI磨漿機(jī)進(jìn)行磨漿，磨漿間隙為0.2 mm，磨漿濃度 10%。分別獲得 CSF為 475、450、425、400、350、325、60 mL的漿料。

(2)將CSF為60 mL的漿料 (B漿)分別以10%、15%、20%、25%的比例配比到CSF為500 mL的A漿中，分別獲得CSF為475、450、425、400 mL的漿料 (混合漿)，研究混合漿的成紙性能。

(3)以不同CSF制成混合漿，對比混合漿和原漿磨漿 (未混合漿)的各項(xiàng)成紙性能。其中:

(4)采用Tappi抄片器，白水循環(huán)，前5張手抄片用于白水制備，后5張手抄片用于性能測試，手抄片采用自然風(fēng)干，紙張性能按照國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測試。

(5)利用鮑爾篩分儀，對部分混合漿和未混合漿進(jìn)行篩分實(shí)驗(yàn)。

2 結(jié)果與討論

2.1 磨漿對A漿CSF和紙張性能的影響

磨漿對A漿CSF和紙張性能的影響見圖1。由圖1可見，隨著A漿CSF的不斷降低，成紙的抗張指數(shù)、抗張能量吸收值 (T.E.A)逐步提高，但松厚度逐漸下降。如圖1所示，成紙T.E.A的變化趨勢在實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)是持續(xù)增加的，說明了其纖維間結(jié)合力在不斷增加。

圖1 磨漿對A漿性能的影響

2.2 混合漿的性能

B漿和A漿不同配比下混合漿性能如圖2所示。由圖2可知，隨著B漿配比的增加，混合漿的游離度不斷降低。B漿為低游離度的漿料，其中細(xì)小纖維組分較多，添加量越多，混合漿中細(xì)小組分越多，濾水越困難，打漿度增加。此外，混合漿的成紙性能除松厚度呈下降趨勢外，抗張指數(shù)、T.E.A和內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度均明顯上升。分析原因可知，細(xì)小纖維含量的增加，有利于纖維結(jié)合力的增加，使得抗張強(qiáng)度提高，纖維斷裂時所需要的能量也隨之增加。由于添加了低游離度漿，使得平均纖維長度減小，細(xì)小纖維比表面積增大，纖維之間更容易產(chǎn)生氫鍵，從而緊度有所增加，松厚度降低。但是，若與未混合漿相比，不難看出，混合漿各項(xiàng)指標(biāo)都發(fā)生了變化，下面進(jìn)行具體分析。

圖2 混合漿的性能

2.2.1 松厚度

不同CSF下混合漿相對未混合漿成紙松厚度的變化率見圖3。圖3中曲線呈先上升后下降的趨勢，其中有一部分在x軸上方，說明該配比下的混合漿的松厚度高于未混合漿，此時有利于提高漿料的松厚度。當(dāng)曲線與x軸相交時，即漿料CSF約為420 mL，此時未混合漿和混合漿的松厚度相等，在x軸下方，則混合漿松厚度低于未混合漿松厚度。

圖3 不同CSF下混合漿相對未混合漿松厚度的變化率

添加一定量的低CSF漿可以使得漿料中有足夠的細(xì)小纖維。在抄紙過程中，這些細(xì)小纖維的纖維素分子上游離出大量羥基，促進(jìn)了纖維表面的脫水性，當(dāng)紙幅脫水時，細(xì)小纖維將填充在長纖維或中長纖維的空隙中，相鄰纖維間的羥基通過氫鍵緊密結(jié)合，從而賦予化學(xué)機(jī)械漿獨(dú)特的紙張性能［7］。

但低CSF漿添加過量，則會導(dǎo)致細(xì)小纖維含量過量，導(dǎo)致纖維結(jié)合更加緊密，緊度提高，松厚度則不斷降低，所以會出現(xiàn)曲線在x軸下方的情況。

2.2.2 抗張指數(shù)

圖4 不同CSF下混合漿相對未混合漿抗張指數(shù)的變化率

不同CSF下混合漿相對未混合漿抗張指數(shù)的變化率如圖4所示。由圖4可見，混合漿抗張指數(shù)先低于未混合漿，之后高于未混合漿，當(dāng)曲線與x軸相交時即CSF約為415 mL時，二者抗張指數(shù)相同。這說明，添加一定量低CSF漿，分布在漿料中的細(xì)小纖維與其他較長纖維相互交錯，產(chǎn)生了橋聯(lián)，增加了纖維間的結(jié)合能力。同時，低CSF漿中纖維表面游離羥基也能增加纖維氫鍵結(jié)合，從而促進(jìn)纖維抗張指數(shù)的提高。但是，在x軸下方的曲線隨著低CSF漿添加量的增加呈先下降后上升的趨勢，如在CSF為425 mL時，達(dá)到最低點(diǎn)。這說明，混合漿的抗張指數(shù)一直低于未混合漿，而且差距越來越大。這可能是由于細(xì)小纖維與其他較長纖維之間形成橋聯(lián)存在一個臨界點(diǎn)。當(dāng)在該點(diǎn)之前，橋聯(lián)所產(chǎn)生的纖維網(wǎng)絡(luò)雖然具有了一定的抗張和收縮能力，但是這個纖維網(wǎng)絡(luò)并沒有完全形成。在該點(diǎn)之后，纖維網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)形成，但是此時只具有網(wǎng)絡(luò)本身所具有的能力。如果細(xì)小纖維含量繼續(xù)增加，纖維網(wǎng)絡(luò)中的結(jié)合點(diǎn)可能急劇增加，導(dǎo)致抗張強(qiáng)度迅速提高。

2.2.3 內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度

不同CSF下混合漿相對未混合漿內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度變化率如圖5所示，混合漿的內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度開始時低于未混合漿，但是當(dāng)?shù)虲SF漿添加到一定量之后，便高于未混合漿。這可能是由于纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)合能力的提高導(dǎo)致的。

在CSF約為460 mL時，混合漿與未混合漿的內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度相同。這說明，若要想提高混合漿的內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度，混合漿CSF應(yīng)低于460 mL。結(jié)合松厚度與抗張強(qiáng)度可知，在保證松厚度基本不變，提高強(qiáng)度所需要的混合漿CSF應(yīng)低于460 mL。在保證強(qiáng)度基本不變，提高松厚度所需要的混合漿CSF應(yīng)高于420 mL。

圖5 不同CSF下混合漿相對未混合漿內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度變化率

2.3 組分分析

因?yàn)樵贑SF 475 mL和400 mL時，混合漿相對于未混合漿，松厚度和強(qiáng)度分別達(dá)到了的最高值，對CSF為475 mL和400 mL的混合漿和未混合漿進(jìn)行組分分析，結(jié)果如表3所示。

由表3可知，CSF為475 mL時，混合漿R30目組分增幅最大，此時，成紙的松厚度達(dá)到最大值;CSF為400 mL時，P200目組分增加幅度最大，此時抗張指數(shù)達(dá)到了最大值。這說明，長纖維比例的增加有利于成紙松厚度的提高，細(xì)小纖維含量的增加有利于成紙強(qiáng)度的提高。

表3 混合漿與未混合漿組分對比 %

3 結(jié)論

3.1 實(shí)驗(yàn)用P-RC APMP漿，在游離度 (CSF)500 mL下，通過添加一定量的CSF為60 mL的低CSF漿，可以同時使成紙的松厚度和強(qiáng)度性能得到改善。配比后漿料的CSF若高于415～420 mL，有利于成紙的松厚度;若低于415～420 mL，有利于成紙的抗張強(qiáng)度。在保證松厚度基本不變，提高強(qiáng)度所需要的混合漿CSF應(yīng)低于460 mL。在保證強(qiáng)度基本不變，提高松厚度所需要的混合漿CSF應(yīng)高于420 mL。

3.2 組分分析表明，混合漿中，長纖維比例的增加有利于成紙松厚度的提高，細(xì)小纖維含量的增加有利于成紙強(qiáng)度的提高。

［1］Zhou Yajun．High Yield Pulps(HYP)in Paper and Board［C］//90th Annual Meeting-Pulp and Paper Technical Association of Canada．2004(B):143．

［2］Xu Eric C，Zhou Yajun．Synergistic Effects between P-RC APMP and Bleached Kraft Pulps from Canadian Aspen［J］．Appita，2005，58(6):481．

［3］趙 林，高 揚(yáng)，秦夢華．高得率漿的特性及其在造紙工業(yè)中的應(yīng)用［J］．上海造紙，2008，39(3):25．

［4］Li Haijun，Sain Mohini．Characterization of BCTMP fines and their effect on sizing［J］．Tappi Journal，2008(4):192．

［5］張 榮，王高升，陳夫山．化學(xué)漿的細(xì)纖維化對高得率漿性能的影響［J］．中國造紙，2010，29(1):18．

［6］張美云，董和濱，王 建．高低游離度配抄對成紙性能的影響［J］．中國造紙，2011，30(1):1．

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

The Effect of Poplar P-RC APMP with Different Freeness on Paper Properties

ZHANG Mei-yun CHEN Ju*WANG Jian ZHANG Ning
(Shaanxi University of Science and Technology，Xi’an，Shaanxi Province，710021)
(*E-mail:c．1juz@yahoo．com．cn)

The pulps with different freeness were prepared by beating poplar P-RC APMP with PFI，the effects of different freeness pulps on paper properties were studied．The results showed that with freeness continuous decreasing，the tensile strength of the paper improved gradually while the bulk decreased．It was the same tend with conventional chemical pulp．When two different freeness pulps such as a high-freeness pulp and a low-freeness pulp were mixed with different ratioes to make paper，the freeness of the mixed pulp over 415～420 mL CSF was of benefit to bulk;under 415～420 mL CSF was of benefit to tensile strength．In order to increase the strength while to keep the bulk stable，the freeness of the mixed pulp should be lower than 460 mL CSF;on the other hand，the freeness of the mixed pulp should be higher than 420 mL CSF in order to increase the bulk while to keep the strength basically stable．Compared with different fraction of the pulp，it showed that the long fiber can improve the bulk while the fines can increase the strength of the paper．

poplar P-RC APMP;freeness;paper properties;ratio

TS752;TS753

A

0254-508X(2011)10-0016-04

張美云女士，博士，教授;主要研究方向:高性能加工紙、特種紙技術(shù)和化學(xué)機(jī)械漿性能、應(yīng)用與機(jī)理。

2011-06-17(修改稿)

本課題得到國家自然科學(xué)基金 (項(xiàng)目批準(zhǔn)號:31070527)資助。

(責(zé)任編輯:郭彩云)