制漿處理前生物質(zhì)材料經(jīng)濟(jì)效益的提高需要重視剩余材料的后續(xù)應(yīng)用，例如纖維素乙醇生產(chǎn)后剩余材料的高附價(jià)值應(yīng)用能夠提升纖維素乙醇的經(jīng)濟(jì)性。該文利用酶水解殘余固形物（EHRS），即一種纖維素乙醇副產(chǎn)物，作為紙張松厚劑進(jìn)行了研究。實(shí)驗(yàn)分析了不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的EHRS（10%、15%、20%，以絕干紙漿質(zhì)量計(jì)）對(duì)20～200 g/m2范圍內(nèi)不同定量紙張性能的影響。通過光散射系數(shù)分析EHRS的留著。結(jié)果表明：紙張松厚度隨著EHRS用量的增加而增加，但是抗張強(qiáng)度、壓縮強(qiáng)度和挺度會(huì)隨著EHRS用量的增加而降低。

制漿造紙工業(yè)具有處理大量木材生物質(zhì)材料的基礎(chǔ)設(shè)施，木材生物材料應(yīng)用的增加將降低森林火災(zāi)的發(fā)生率和嚴(yán)重程度。利用現(xiàn)有的生產(chǎn)能力，經(jīng)過稍微調(diào)整獲取額外的收入，這對(duì)造紙行業(yè)具有莫大的吸引力。其中極具潛力的便是纖維素生物燃料，如生物乙醇，這是一種可再生燃料，源自不適于制漿生產(chǎn)且未充分利用的木材原料。

在過去20年里，大量的研究集中在利用木材生物質(zhì)生產(chǎn)生物燃料方面，包括使用未充分利用的木材生物質(zhì)材料，例如蟲蛀松木和森林殘留物。在纖維素生物燃料的生產(chǎn)中，木材原料需要在蒸煮鍋中經(jīng)過類似制漿的化學(xué)預(yù)處理，然后酶水解成糖類物質(zhì)，這些糖類物質(zhì)經(jīng)發(fā)酵成為生物燃料，如生物乙醇。經(jīng)酶水解后，仍然會(huì)留存有大量的木質(zhì)材料和酶水解殘余固形物（EHRS）。EHRS包括木素和一些未水解纖維素和半纖維素類多糖。EHRS中多糖的含量主要取決于酶水解程度。因?yàn)樯锶剂鲜且环N經(jīng)濟(jì)價(jià)值較低的商業(yè)產(chǎn)品，所以經(jīng)濟(jì)上可行的生物燃料的生產(chǎn)需要充分利用EHRS并實(shí)現(xiàn)其價(jià)值化。燃燒是利用EHRS的一種方法，因?yàn)镋HRS含有大量的木素（木素燃燒值高于碳水化合物），但是考慮到價(jià)值化和生態(tài)環(huán)保，利用EHRS作為紙張松厚劑也許是更好的選擇。

不斷上漲的紙漿成本一直是造紙工業(yè)關(guān)注的重點(diǎn)，研究學(xué)者們不斷尋找提升紙張松厚度而不影響其他性能的方法。本文研究將EHRS用作紙張松厚劑并分析了其對(duì)成紙強(qiáng)度和光學(xué)性能的影響。

紙張的抗張強(qiáng)度與松厚度之間存在相斥的關(guān)系，一些纖維素材料，如微纖化纖維素，曾經(jīng)用于提升紙張的抗張強(qiáng)度、降低滲透性，但是這會(huì)增加紙張干燥時(shí)所需的能量。一些專用助劑可用于提升紙漿的留著率和濾水性，但是某些情況下需要加入較大量的助劑（例如，以質(zhì)量計(jì)，用量達(dá)到5%或更高）才能見效。

通常改善紙張強(qiáng)度的方法也會(huì)降低松厚度，細(xì)小纖維的選擇和處理也許能夠改變強(qiáng)度和松厚度之間的關(guān)系，研磨的干燥硫酸鹽纖維是有效的紙張剝離劑和紙張松厚劑。有研究人員利用木粉用作紙張松厚劑，在白紙板的工廠試驗(yàn)中，利用木粉替代舊瓦楞紙箱（OCC）紙漿，發(fā)現(xiàn)木粉可以提供類似的松厚度，并可以降低干燥成本。高得率漿不僅能夠提升硫酸鹽漿的松厚度和不透明度，而且可以改善紙頁成形。他們發(fā)現(xiàn)啤酒糟作為一種有機(jī)填料也可用于改善紙張松厚度、降低干燥能量，但要重點(diǎn)控制其粒徑大小。

另有研究人員詳細(xì)介紹了需要控制眾多參數(shù)以獲得良好的印刷適性、不透明度和強(qiáng)度性能。長(zhǎng)纖維會(huì)增加紙張撕裂度但是也會(huì)降低印刷適性，且具有較差的成形特性。相反，短纖維抄紙具有較好的表面光滑度和不透明度，但是其撕裂度較低。小粒徑纖維會(huì)改善印刷適性、不透明度和柔軟度，大粒徑纖維則會(huì)提高松厚度，降低平滑度和印刷性能。厚壁纖維會(huì)降低抗張強(qiáng)度，引起嚴(yán)重的拉毛現(xiàn)象，降低平滑度。

本實(shí)驗(yàn)研究了處理后的生物質(zhì)材料添加到紙張中的影響作用。通過分析不同紙張定量和生物質(zhì)用量的影響，確定處理后的生物質(zhì)材料的最佳應(yīng)用條件。本研究將EHRS作為處理后的生物質(zhì)材料，以期其能改善紙張物理性能，提升不透明度和松厚度；分析了EHRS用作硫酸鹽紙漿松厚劑的可行性。EHRS的利用也可以為紙張生產(chǎn)商帶來額外的收入，提升可再生資源森林生物質(zhì)的利用。

1 實(shí)驗(yàn)原料

手抄片所用紙漿原料為硫酸鹽紙漿和酶水解纖維素固形物的混合物，硫酸鹽漿原料為美國(guó)黑松，其制漿蒸煮條件為：最高溫度170℃，從80℃到170℃升溫60 min，保溫時(shí)間25 min，活性堿用量為15.7%質(zhì)量分?jǐn)?shù)，硫化度30%。蒸煮后紙漿得率67%，卡伯值106，以木片計(jì)固含量為質(zhì)量分?jǐn)?shù)19.8%，碎解后固含量為質(zhì)量分?jǐn)?shù)16.7%。

EHRS是美國(guó)黑松紙漿酶水解后的殘余物，在實(shí)驗(yàn)室制漿蒸煮器中，用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%（基于絕干木片質(zhì)量）的亞硫酸氫鈉于溫度180℃下預(yù)處理木片30 min。預(yù)處理后的美國(guó)黑松采用直徑為12英寸（304.8 cm）的實(shí)驗(yàn)室盤磨機(jī)（Sprout-Waldron盤磨機(jī)）進(jìn)行磨漿，采用D2-B505型圓盤，磨盤間隙1 mm。加入水以助于磨漿和洗滌，出漿濃度為質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%。預(yù)處理能夠去除約25%的木素、50%以上的木糖和75%的甘露糖，制得的紙漿富含葡萄糖（大約50%）。預(yù)處理?xiàng)l件較溫和，在微酸性條件下開展，該條件并非產(chǎn)生糖類物質(zhì)的優(yōu)化條件，殘留的固形物類似化學(xué)熱磨機(jī)械漿（CTMP）。酶水解處理時(shí)酶用量較低，纖維素酶（Celluclast 1.5 L）用量為7濾紙酶活（FPU）/g-葡萄糖，β-葡萄糖酶用量為10 CBU/g-葡萄糖。酶水解溫度為50℃，固含量為質(zhì)量分?jǐn)?shù)12%。低強(qiáng)度預(yù)處理和較低的酶用量條件下，會(huì)產(chǎn)生27%的葡聚糖糖化，或者將半纖維素考慮在內(nèi)，碳水化合物會(huì)形成約30%的單糖。木糖和甘露糖的酶水解糖化很少。最終的EHRS盡管保留了相當(dāng)量的纖維素和少量的半纖維素，但仍富含木素。

圖1所示為酶水解后材料試樣的掃描電鏡（SEM）照片（背景特征為圖像偽影）。

圖1 酶水解后材料試樣掃描電鏡照片

從圖1可以看出酶水解后材料具有不同的粒徑和長(zhǎng)徑比。水解材料在添加到硫酸鹽紙漿中抄紙前未進(jìn)行額外的打漿處理。由于EHRS得率較高，我們期望其可用作紙張剝離劑。

2 手抄片的制備

制備不同定量（20～200 g/m2）、不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的EHRS（10%、15%、20%，以絕干紙漿質(zhì)量計(jì)）的手抄片，以分析EHRS對(duì)紙張性能的影響、獲得具有較高松厚度的成紙。分別測(cè)定制得的紙漿和EHRS的固含量，將適量的紙漿與EHRS混合，改變EHRS質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0%（對(duì)比樣）、10%、15%和20%，然后將混合物疏解5 000 r。根據(jù)TAPPI標(biāo)準(zhǔn)T205 sp-12《測(cè)試紙漿物理性能的紙頁成形方法》制備手抄片，但是實(shí)驗(yàn)所用的疏解水溫為20℃，并非標(biāo)準(zhǔn)中的27℃。在試驗(yàn)中未精確控制成紙定量，因?yàn)槊繌埣堩摰男阅苤笜?biāo)已將定量計(jì)算在內(nèi)，消除了定量誤差帶來的影響。對(duì)于每一種定量，制備2張手抄片并稱重。手抄片在溫度23℃、相對(duì)濕度（RH）50%條件下過夜干燥。在性能測(cè)試前，手抄片在溫度27℃、RH30%環(huán)境中預(yù)處理12 h，然后在溫度23℃、RH50%條件下處理12 h。

手抄片中的EHRS含量不可能精確測(cè)定，在手抄片濾水過程中，部分EHRS和紙漿細(xì)小纖維會(huì)通過濾網(wǎng)流失，隨著紙漿濾餅的形成，濾餅會(huì)阻止EHRS和細(xì)小纖維過多的損失，所以最終手抄片中的EHRS和細(xì)小纖維量低于紙漿中的加入量。

根據(jù)TAPPI標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法T411 om-10《紙、紙板和復(fù)合紙板厚度的測(cè)試》測(cè)定手抄片的厚度。由于紙漿本身的粗糙度，該方法易高估紙張厚度，尤其是定量較高的紙張。

3 性能檢測(cè)

紙張松厚度的增加通常會(huì)降低挺度和強(qiáng)度、增加不透明度。拉伸、超聲和壓縮測(cè)試用于確定EHRS用量對(duì)紙張性能的影響，分析EHRS對(duì)紙張纖維網(wǎng)絡(luò)的破壞作用，探索可行的優(yōu)化產(chǎn)品的EHRS用量。通過測(cè)定不透明度評(píng)估EHRS的留著。

3.1 拉伸測(cè)試

根據(jù)TAPPI標(biāo)準(zhǔn)T494 om-88《紙和紙板的抗張性能（恒速拉伸測(cè)試儀）》測(cè)試方法，采用裝有氣動(dòng)夾具的Instron 5865拉伸試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行拉伸測(cè)試。測(cè)試紙樣利用Thwing Albert精密裁紙刀裁切成寬15 mm的測(cè)試紙條。裁切定量為20 g/m2的紙樣時(shí)采用信封紙作為支撐。定量為80 g/m2以上的紙樣采用線夾測(cè)試，夾距100 mm，以20 mm/min的速度進(jìn)行測(cè)試。由于定量低于80 g/m2的紙樣在夾鉗夾緊時(shí)容易斷裂，所以這些試樣用粗糙的平板夾具。平板夾具能夠覆蓋更大面積的紙樣，可以將測(cè)試樣的長(zhǎng)度縮短至75 mm。為了保證測(cè)試過程遵循TAPPI T494 om-88標(biāo)準(zhǔn)方法，平板夾具的拉伸測(cè)試速度降低至10 mm/min。拉伸和載荷頻率為10 Hz。

只能選取式樣斷裂位置在遠(yuǎn)離夾具的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，利用特定的紙樣長(zhǎng)度將夾具拉伸力轉(zhuǎn)化成應(yīng)變，利用紙樣寬度將拉伸載荷力轉(zhuǎn)化成寬度。轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)根據(jù)Andersson和Berkyto提出的擬合經(jīng)驗(yàn)公式（1）進(jìn)行分析：

式中：σ為應(yīng)力，kN/m；ε為應(yīng)變，夾具位移/紙樣長(zhǎng)度，m/m；C1，C2，C3均為經(jīng)驗(yàn)常數(shù)；δ為應(yīng)變補(bǔ)償，經(jīng)驗(yàn)常數(shù)。

利用Matlab內(nèi)置的nlinfit公式對(duì)公式（1）進(jìn)行擬合。擬合過程中未采用每項(xiàng)拉伸測(cè)試的初始夾具移動(dòng)的部分。定量為20 g/m2的紙樣未采用低于2N的數(shù)據(jù)；定量為40 g/m2和60 g/m2的紙樣，未采用低于3N的數(shù)據(jù)；其他定量的紙樣，未采用低于4N的數(shù)據(jù)。上述數(shù)據(jù)是在最大抗張力作用下獲取，即抗張強(qiáng)度。極限應(yīng)變?chǔ)舖ax，是最大拉伸強(qiáng)度下的應(yīng)變。由于初始挺度對(duì)夾具移動(dòng)極其敏感，對(duì)于不同定量的紙張?zhí)蕹瞬煌牡妥饔昧?，初始抗張挺度并不能作為可靠的參比?？箯埬芰课罩担═EA）根據(jù)公式（1）ε=εmax進(jìn)行計(jì)算，TEA=C1/C2In[cosh（C2×εmax）]+C3ε2max/2。

3.2 超聲波測(cè)試

超聲波檢測(cè)主要是測(cè)定縱波（超聲脈沖）穿透固定距離的2探針間紙樣的時(shí)間。利用Nomura Shoji SST-250紙張測(cè)試儀對(duì)紙樣進(jìn)行超聲波測(cè)試，傳輸探頭振蕩頻率25 kHz。每個(gè)紙樣超聲檢測(cè)的圓形區(qū)域直徑為15 cm。測(cè)試的超聲波速度從0到175°，增加幅度為5°，每個(gè)紙樣測(cè)試36個(gè)點(diǎn)。比剛度是平均超聲速度的平方，即Qspecific=[平均（超聲速度）]2。實(shí)驗(yàn)中未分析定量為20 g/m2紙樣的超聲波速度，因?yàn)樵摱康募垬邮请x散型纖維網(wǎng)絡(luò)，不能達(dá)到形成連續(xù)超聲強(qiáng)度的要求。

3.3 壓縮強(qiáng)度

對(duì)于定量為100 g/m2的紙樣，利用Buchel BK-155壓縮測(cè)試儀測(cè)定壓縮強(qiáng)度。

3.4 不透明度測(cè)試

對(duì)于定量大于40 g/m2的參比樣和加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%EHRS的紙樣，根據(jù)參考文獻(xiàn)中敘述的方法測(cè)定光吸收和光散射系數(shù)，紙漿未經(jīng)漂白，幾乎不透明，且含有木素。大多數(shù)不透明度測(cè)試方法是針對(duì)漂白材料，由于光散射的影響無法區(qū)分不同材料的區(qū)別。文獻(xiàn)中采用的方法，通過檢測(cè)在紅外光譜中的透射和反射確定Kubelka-Munk系數(shù)、K（比吸收系數(shù)）和s（比反射系數(shù)）。參比樣和用量為質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%EHRS的紙樣K值相近，因?yàn)樗麄冾伾嘟夷舅睾肯嗨啤?/p>

4 結(jié)果

利用纖維質(zhì)量分析儀測(cè)定硫酸鹽漿和EHRS材料的物理特性，如表1所示。

表1 纖維和細(xì)小纖維分析

實(shí)驗(yàn)采用的紙漿制備方法是為了產(chǎn)生少量的細(xì)小纖維，維持纖維長(zhǎng)度。從表1可以看出，EHRS材料中含有大量的細(xì)小纖維和短纖維。硫酸鹽漿的卷曲和扭結(jié)指數(shù)表明紙漿纖維較為挺直伴有少量突變角；EHRS的卷曲指數(shù)表明其主要由挺直的纖維組成，扭結(jié)指數(shù)表明EHRS材料中存在部分扭曲的纖維。二者的纖維寬度相近，EHRS材料非常粗糙，但是這可能是由于其中含有大量短纖維所致。

圖2和圖3所示為EHRS的加入對(duì)手抄片松厚度的影響（以下各圖中用“%”表示的濃度均為質(zhì)量分?jǐn)?shù)，以絕干紙漿質(zhì)量計(jì)）。

圖2 EHRS對(duì)手抄片松厚度的影響

圖3 EHRS對(duì)手抄片松厚度的影響（圖2的橫向放大）

圖2與圖3為定量大于40 g/m2的紙樣數(shù)據(jù)，從圖2與圖3可以看出，EHRS的加入能夠增加手抄片的松厚度。圖中記錄的數(shù)據(jù)為各條件下紙樣的平均定量和平均厚度；誤差線表示標(biāo)準(zhǔn)偏差。從松厚度與定量關(guān)系圖可以看出，低定量時(shí)，隨著定量的增加松厚度增加幅度不明顯，直到定量高于100 g/m2。利用顯微鏡確定EHRS的留著難以實(shí)現(xiàn)。低定量時(shí)，粗糙的漿料和較薄的纖維濾餅導(dǎo)致松厚度提升不平衡；高定量時(shí)，纖維量的增加使得紙張中的空隙量下降，從而提升了細(xì)小纖維的留著。

圖4所示為EHRS對(duì)比抗張強(qiáng)度（specific tensile strength）的影響。

EHRS對(duì)比抗張強(qiáng)度的影響趨勢(shì)與前人基于Wiebull破壞理論得出的數(shù)據(jù)相符。在紙張低定量情況下，紙張材料幾乎是非連續(xù)的，纖維之間的應(yīng)力傳遞效率低下，這會(huì)在垂直結(jié)合的兩纖維之間產(chǎn)生彎曲力矩。隨著定量的增加，較多的纖維會(huì)提升應(yīng)力傳遞效率，但是最后的結(jié)果卻是，纖維越多，效率越低，這可能是因?yàn)楸∪鯀^(qū)（weak zones）數(shù)量增加所致。對(duì)于參比樣，薄弱區(qū)出現(xiàn)在結(jié)合性差的位置，拉伸破壞應(yīng)變具有較大的分散性，未發(fā)現(xiàn)一般性趨勢(shì)。因此，盡管比抗張強(qiáng)度降低，但是伸縮性受到的影響較小。

圖4 EHRS對(duì)紙張比抗張強(qiáng)度的影響

EHRS對(duì)抗張能量吸收值的影響如圖5所示。

圖5 EHRS對(duì)抗張能量吸收值的影響

由圖5可見，即使是在EHRS質(zhì)量分?jǐn)?shù)最低為10%的條件下，EHRS也會(huì)大幅降低紙張的抗張能量吸收值，且抗張能量吸收值并未隨著EHRS用量的增加呈現(xiàn)更大幅度的降低。與比抗張強(qiáng)度變化趨勢(shì)類似，抗張能量吸收值在定量約為60 g/m2時(shí)達(dá)到最高值，隨后隨著定量的增加而降低。

超聲挺度（ultrasonic stiffness）的測(cè)試需要被檢測(cè)物是連續(xù)體，因此本研究未檢測(cè)定量為20 g/m2的紙樣。定量為40 g/m2紙樣的測(cè)試結(jié)果也令人質(zhì)疑。EHRS對(duì)超聲挺度的影響如圖6所示。

從圖6可知，紙張定量低于120 g/m2時(shí)，超聲挺度隨著定量的增加而增加。若剔除定量低于50 g/m2的數(shù)據(jù)，超聲挺度則隨著定量的增加而呈降低的趨勢(shì)。這是因?yàn)殡S著定量的增加紙頁中薄弱區(qū)數(shù)量增加，降低了速度，增加了超聲波衰減。

圖6 EHRS對(duì)超聲挺度的影響

對(duì)于定量高于100 g/m2的紙樣，EHRS對(duì)比壓縮強(qiáng)度（specific compression strength）的影響如圖7所示。

圖7 EHRS對(duì)比壓縮強(qiáng)度的影響

由圖7可見，EHRS引起的纖維間結(jié)合的斷裂降低了比壓縮強(qiáng)度，且比壓縮強(qiáng)度的降低與EHRS用量呈線性關(guān)系。EHRS對(duì)比壓縮強(qiáng)度的影響趨勢(shì)與比抗張強(qiáng)度隨EHRS用量增加而降低的情況類似，這反映出EHRS對(duì)高定量紙張的強(qiáng)度影響較大。

5 討論

針對(duì)EHRS作為紙張松厚劑的應(yīng)用，本研究雖然分析了部分影響參數(shù)，如定量和EHRS用量，但是許多其他的參數(shù)，例如紙漿和EHRS材料的加工方式及打漿處理等并未進(jìn)行分析。針對(duì)加工、打漿的更加詳細(xì)的分析研究將有助于滿足特定產(chǎn)品的需求，其中針對(duì)細(xì)小纖維的特定打漿處理可維持成紙的抗張指數(shù)。

EHRS的應(yīng)用帶來的經(jīng)濟(jì)效益對(duì)生物燃料至關(guān)重要。與其他紙張松厚劑例如熱磨機(jī)械漿纖維（TMP）、木粉等不同，EHRS是一種低值副產(chǎn)品。通過控制物理和機(jī)械性能，提升EHRS的利用價(jià)值將為纖維素乙醇生產(chǎn)創(chuàng)造額外的經(jīng)濟(jì)利益。

直接測(cè)定紙張中EHRS含量較為困難。如圖4所示，比抗張強(qiáng)度的損失表明EHRS保留在紙頁中，且EHRS用量越大，紙頁中EHRS的留著量也越高。EHRS質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的紙樣與參比樣對(duì)比比抗張強(qiáng)度的降低幅度與EHRS質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%紙樣對(duì)比用量EHRS質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的降低幅度相近?？紤]到這一現(xiàn)象，認(rèn)為如果EHRS質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%，其比抗張強(qiáng)度數(shù)值介于參比樣和EHRS質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%紙樣之間，這對(duì)實(shí)際生產(chǎn)可能是較為適宜的用量。

紙張的強(qiáng)度性能由紙頁結(jié)構(gòu)中的薄弱區(qū)決定，隨著EHRS材料的加入，薄弱區(qū)增加，對(duì)拉伸和壓縮強(qiáng)度的影響趨勢(shì)類似，如圖4和圖7所示。紙張厚度的增加會(huì)提升薄弱區(qū)的緊度。在某些情況下，細(xì)小纖維有助于填充在紙頁纖維間空隙內(nèi)，增加纖維間的結(jié)合。但是EHRS的作用類似無機(jī)填料，會(huì)阻礙纖維間的結(jié)合，降低抗張指數(shù)和Scott結(jié)合強(qiáng)度。

影響挺度和強(qiáng)度的機(jī)理不同。挺度對(duì)材料的異質(zhì)性不敏感，而異質(zhì)性對(duì)強(qiáng)度影響卻較大。纖維間的結(jié)合對(duì)挺度和強(qiáng)度均有較大的影響。如圖6所示，定量低于100 g/m2的紙張，超聲挺度的損失幾乎與EHRS質(zhì)量分?jǐn)?shù)無關(guān)，當(dāng)定量大于100 g/m2，EHRS用量才會(huì)影響超聲挺度，這可能是由于EHRS破壞纖維結(jié)合，影響體波在材料內(nèi)的傳播能力。

本研究未測(cè)定比抗張挺度，該參數(shù)并不是分析EHRS質(zhì)量分?jǐn)?shù)影響不同定量紙張的關(guān)鍵性能。因?yàn)槌曂Χ纫话惚碚鞯氖呛裥筒牧系男阅?，因此添加不同用量EHRS的成紙之間的性能差異能夠良好地反映成紙的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特性。研究人員將這些測(cè)試結(jié)果的不同歸因于時(shí)間依賴特性、實(shí)驗(yàn)誤差和確定抗張挺度的難度。拉伸測(cè)試儀的準(zhǔn)確度也會(huì)隨著材料挺度的增加而增加，高定量紙張抗張挺度的降低幅度要高于低定量紙張，因?yàn)閮x器準(zhǔn)確度的影響更為主導(dǎo)。

EHRS質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%時(shí)，在相似的抗張指數(shù)情況下，EHRS會(huì)降低比光散射系數(shù)（specific scattering coefficient），如圖8所示。這可能是因?yàn)镋HRS填充在紙張纖維間的空隙內(nèi)，而且降低了紙張的表面粗糙度。本研究中EHRS材料未經(jīng)打漿，但是適當(dāng)?shù)拇驖{精磨可以提高光散射系數(shù)和抗張指數(shù)。

圖8 比光散射系數(shù)和比抗張指數(shù)之間的關(guān)系

從圖8也可以看出，紙頁中EHRS的加入帶來了顯著的影響，這與圖9所示的比壓縮強(qiáng)度類似。

圖9 比光散射系數(shù)和比壓縮強(qiáng)度之間的關(guān)系

與參比樣相比，加入EHRS后紙張光散射和強(qiáng)度之間的關(guān)系變得不敏感。這些數(shù)據(jù)表明，利用硫酸鹽漿纖維數(shù)量和一項(xiàng)結(jié)合參數(shù)S可以預(yù)測(cè)強(qiáng)度性能。在工藝控制體系中，了解纖維強(qiáng)度、光散射系數(shù)和紙張強(qiáng)度之間的關(guān)系至關(guān)重要。

EHRS的加入會(huì)導(dǎo)致纖維間結(jié)合的大規(guī)模破壞，降低超聲挺度，如圖10所示。

圖10所示表明結(jié)合力的破壞非常普遍，光散射增加（更多的結(jié)合力破壞），減少了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的紊亂，因?yàn)镋HRS的加入不太可能破壞重要的結(jié)合區(qū)域。參比材料隨著光散射系數(shù)的增加，超聲挺度線性降低的更多，增加的光散射會(huì)直接破壞了重要的結(jié)合區(qū)域。

圖10 比光散射系數(shù)和超聲挺度之間的關(guān)系

6 結(jié)論

本研究分析了處理后的生物質(zhì)材料（EHRS）加入到紙張中后對(duì)紙張機(jī)械、物理和光學(xué)性能的影響。本研究為潛在的其他生物質(zhì)材料在纖維素纖維領(lǐng)域的應(yīng)用提供了基礎(chǔ)。

EHRS的加入能夠提高紙張的松厚度，降低抗張強(qiáng)度、超聲挺度和比壓縮強(qiáng)度，且增加、降低與EHRS加入量成正比。EHRS的加入并未影響伸縮性。無論EHRS的用量多少，EHRS的加入能明顯降低不同定量紙張的比抗張能量吸收。

EHRS的作用與其他紙張松厚劑作用類似，紙張的松厚度增加，強(qiáng)度降低。利用EHRS能夠提高纖維素乙醇生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)可行性，為造紙生產(chǎn)商提供額外的收入來源。

光散射與比抗張強(qiáng)度、比壓縮強(qiáng)度、超聲挺度相關(guān)，但是其相關(guān)性隨著EHRS用量的不同有所差異。EHRS降低了這些性能對(duì)散射差的敏感性。

通過原料來源、副產(chǎn)物精煉、終產(chǎn)物需求對(duì)乙醇生產(chǎn)和紙張性能進(jìn)行優(yōu)化雖是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)，但是會(huì)帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。