王洪振，趙傳山，于淑慧

（山東輕工業(yè)學(xué)院制漿造紙科學(xué)與技術(shù)教育部重點實驗室，山東濟南 250353）

木粉與化機漿配抄輕型紙的研究

王洪振，趙傳山，于淑慧

（山東輕工業(yè)學(xué)院制漿造紙科學(xué)與技術(shù)教育部重點實驗室，山東濟南 250353）

該文研究了在針葉木化機漿中添加不同比例的木粉對成紙定量、抗張強度、松厚度和白度等物理指標(biāo)的影響。結(jié)果表明：隨著木粉添加比例的增大，成紙的抗張指數(shù)逐漸下降，松厚度逐漸增大，白度有所下降。

木粉；紙張；化學(xué)機械漿；抗張強度；松厚度

木粉是植物纖維的一種，主要成分是木質(zhì)纖維，由纖維素、半纖維素、灰分和木質(zhì)素等組成。木粉含有大量的極性羥基官能團，表現(xiàn)出強烈的極性和親水性，其親水性高達8%～10%，導(dǎo)致木粉具有耐腐蝕性和界面潤濕性，并且界面黏合作用較差，機械強度較低，所以在作生產(chǎn)原料時，需先將其改性。木粉來源廣泛、價格低廉，廣泛應(yīng)用于玻璃纖維、木塑復(fù)合材料和新型木粉復(fù)合材料等領(lǐng)域。同時，木粉質(zhì)地疏松，表面積大，吸濕力強，透氣性好，耐腐蝕及抑菌力強，因此，木粉是最理想的栽培基質(zhì)[1-7]。

本文就針葉木化機漿中添加木粉后對紙張物理性能的影響作了研究。

1 實驗

1.1 材料

木粉：自選，40目；木粉加工的原料可以是木屑、碎木片、刨花等，經(jīng)過干燥、粉碎等加工而得到。傳統(tǒng)木粉加工主要包括以下幾個工序：（1）粗篩選；（2）干燥；（3）磁選；（4）制粉；（5）精選[8-9]。

陽離子淀粉溶液：質(zhì)量分數(shù)為0.2%，備用。

針葉木化機漿：商品漿。

1.2 儀器

瓦利打漿機，電動攪拌器，打散器，電子天平，凱賽法PFI抄片器，紙與紙板抗張試驗機（ZL-100A），白度測定儀（YQ-Z-48B），紙張厚度計測定儀（ZHD-4型），恒溫水浴鍋，環(huán)境掃描電鏡（Quanta-200型）。

1.3 方法

1.3.1 打漿

取實驗室現(xiàn)有針葉木化機漿漿板，以漿濃為2%，利用瓦利打漿機進行打漿，將紙漿打至預(yù)定打漿度。

1.3.2 紙頁抄造

初步設(shè)定紙張的定量為60 g/m2，即需絕干漿為1.884g。按實驗方案（表1）中木粉添加比例計算的木粉添加量分別為：0.094 2 g、0.188 4 g、0.282 6 g和 0.376 8 g。

根據(jù)實驗方案，利用電子天平分別稱取漿料1.884 g、1.789 8 g、1.695 6 g、1.601 4 g 和 1.507 2 g；然后按照實驗方案利用電子天平分別稱取相應(yīng)比例的木粉。將木粉和漿料混合，利用打散器打散至混合均勻，然后加入w（陽離子淀粉）=0.2%溶液5 mL，使用電動攪拌器再次分散，使木粉、纖維和陽離子淀粉充分接觸，最后抄紙，干燥。

表1 實驗方案設(shè)計

1.4 項目測定

定量按GB/T 451.2—1989測定；松厚度按GB/T 451.3—1989測定；抗張強度按GB/T 453—1989測定；白度按QB/T 2804—2006測定[10]。

2 結(jié)果與討論

2.1 木粉不同添加比例對紙張抗張強度的影響

圖1和圖2分別為木粉不同添加比例對紙張定量和抗張性能的影響。

圖1 木粉不同添加比例對紙張定量的影響

圖2 木粉不同添加比例對紙張抗張性能的影響

由圖2可以看出，隨著木粉添加量的增加，紙張抗張指數(shù)逐步下降。抗張強度是指在規(guī)定的條件下，紙或紙板所能承受的最大張力，即測定試樣承受縱向負荷而斷裂時的最大負荷。為了消除定量帶來的不穩(wěn)定因素，采用抗張指數(shù)來表示紙張的抗張性能[10]。

2.2 木粉不同添加比例對紙張松厚度的影響

圖3和圖4分別為木粉不同添加比例對紙張松厚度的影響和添加木粉前、后紙張的掃描電鏡圖。

圖3 木粉不同添加比例對紙張松厚度的影響

圖4 添加木粉前、后紙張的掃描電鏡圖

由圖3和圖4可見，向紙漿中添加40目的木粉，紙的松厚度有所上升。這是由于木粉的形狀、粒徑的大小所致。

木粉形態(tài)較大且不規(guī)則，木粉與木粉、木粉與纖維之間結(jié)合的強度不同。纖維與纖維之間本來會有一定的空隙，木粉的加入使得纖維之間的結(jié)合減少，而且當(dāng)木粉與木粉、木粉與纖維結(jié)合時造成更多的空隙，從而使抄成的紙張具有高的松厚度。

通過向紙中添加木粉提高紙的松厚度，可以減輕頁數(shù)相同的書的質(zhì)量，便于攜帶、搬運；或者說，在質(zhì)量相同情況下，可以增加書的頁數(shù)，這是其優(yōu)點。另外，相同厚度下紙張質(zhì)量輕，紙漿的用量減少（見圖5），相應(yīng)地可以節(jié)約木材資源，減少運輸時的能源消耗，與此相伴的是減少二氧化碳的排放量，對保護環(huán)境和節(jié)約資源有利。如果紙的厚度相同，就可以選擇更輕的紙，以質(zhì)量為單位進行紙的交易時，就可以減少顧客的購紙成本[11]。

圖5 相同厚度下高松厚度輕型紙原料的減少量

2.3 木粉不同添加比例對紙張白度的影響

圖6為木粉不同添加比例對紙張白度的影響。

圖6 木粉不同添加比例對紙張白度的影響

由圖6可看出，隨著木粉添加量的逐漸增多，紙張的白度大體上是逐步下降的，但下降的幅度較小。影響紙張白度降低的因素主要有以下幾方面。

紙漿的白度本身并不高，這是導(dǎo)致成紙的白度比較低的主要原因。

其次，木粉的加入減少了纖維之間的結(jié)合面積和結(jié)合強度，而且木粉未經(jīng)過漂白處理，含有大量的木素，木素對光的吸收較強，導(dǎo)致紙頁的吸收系數(shù)增大、散射系數(shù)減小。木素含有羰基或者含有羰基及其共軛雙鍵結(jié)構(gòu)是導(dǎo)致木素生色的一個重要原因。

對含有一定水分的濕紙頁進行干燥，隨著濕紙頁中水分的不斷蒸發(fā)，紙頁中水分逐漸減少，當(dāng)濕紙頁水分降至55%時，纖維與纖維、纖維與木粉之間的氫鍵逐漸形成，紙頁逐漸收縮，緊度提高，纖維之間的結(jié)合面積逐漸增加。隨著干燥過程的繼續(xù)進行，纖維之間的結(jié)合面積不斷增加。為此，紙頁的干燥過程增加了纖維之間的光學(xué)接觸面積，降低了非光學(xué)接觸面積，從而進一步降低了紙張白度。

3 結(jié)論

（1）向針葉木化機漿中添加木粉，隨著添加比例的增加，成紙的紙抗張指數(shù)逐漸下降（但還能滿足要求），松厚度逐漸增大，白度有所下降。

（2）當(dāng)木粉添加比例分別為15%和20%時，紙張的上述物理指標(biāo)基本相近，但考慮到抗張性能，木粉的最佳添加比例為15%。

（3）木粉來源廣泛，價格低廉，應(yīng)用性能非常好，可以降低企業(yè)的生產(chǎn)成本，對企業(yè)的發(fā)展有利；而且木粉有著較好的吸光系數(shù)，可以減少進入人眼的光線，減緩長期看書帶來的疲勞，對保護視力有一定的幫助。

［1］ 鄒漢濤，劉洪濤，左丹英.玻纖、木粉組合增強PP復(fù)合材料的制備及性能研究［J］.廣西輕工業(yè)，2008（7）：14-16.

［2］ 高黎，王正.木塑復(fù)合材料的研究、發(fā)展及展望［J］.人造板通訊，2005（2）：5-8.

［3］ 李蘭杰，胡婭停，陳占勛.用廢木粉增強聚乙烯的研究［J］.上海塑料，2006，3（1）：22-26.

［4］ 肖亞航，傅敏士.木粉/PP復(fù)合材料制備［J］.現(xiàn)代塑料加工應(yīng)用，2005，17（3）：25-27.

［5］ 楊春梅，齊英杰.亞納米木粉低能耗的形成機理［J］.林業(yè)科技，2008，33（5）：45-47.

［6］ 王炳章.鋸木在林園生產(chǎn)中的應(yīng)用［J］.林業(yè)實用技術(shù)，2005（5）：33.

［7］ Yongcheng Zhang，Hossein Toghiani，Jilei Zhang，et al.Studies of surface-modified wood flour/polypropylene composites［J］.J Mater Sci，2009（44）：2143-2151.

［8］ 李學(xué)斌，危力宏，王光，等.談工業(yè)木粉生產(chǎn)的幾個問題［J］.林業(yè)機械與木工設(shè)備，1999（1）：15-16.

［9］ 陳晶，方小林.基于木粉的快速成型精度研究［J］.林業(yè)機械與木工設(shè)備，2007（6）：9-11.

［10］ 石淑蘭，何福望.制漿造紙分析與檢測［M］.北京：中國輕工業(yè)出版社，2 版，2004：127，174-183.

［11］ 劉文，編譯.高松厚度輕型紙生產(chǎn)技術(shù)［J］.國際造紙，2007，26（5）：16-18.

Study on Light Paper Manufacture with CMP and Wood Powder

WANG Hong-zhen，ZHAO Chuan-shan，YU Shu-hui
（Key Laboratory of Pulp and Paper Science and Technology of Shandong Province，Shandong Institute of Light Industry，Ji’nan 250353，China）

The effects of adding wood powder in softwood chemi-mechanical pulp on paper basis weight, tensile strength，bulkiness and whiteness were investigated.The results show that increasing the mass ratio of wood powder lowers the tensile strength,enhances the bulkiness and slightly decreases the whiteness of paper.

wood powder；paper；CMP；tensile strength；bulkiness

TS761

A

1007-2225（2010）01-0036-04

2009-12-09（修回）

王洪振先生（1985-），制漿造紙工程08級研究生；研究方向：功能紙與造紙化學(xué)品；E-mail：wanghongzhen0@126.com。

本文文獻格式：王洪振，趙傳山，于淑慧.木粉與化機漿配抄輕型紙的研究[J].造紙化學(xué)品，2010，22（1）：36-39.