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        楊木P-RC APMP細(xì)小纖維篩分組分對紙張性能的影響

        2013-01-30 04:33:26宋建偉殷學(xué)風(fēng)MousaNazhad
        陜西科技大學(xué)學(xué)報 2013年6期
        關(guān)鍵詞:目數(shù)絲狀篩網(wǎng)

        林 濤, 李 雪, 宋建偉, 殷學(xué)風(fēng), Mousa M.Nazhad

        (1.陜西科技大學(xué) 輕工與能源學(xué)院 陜西省造紙技術(shù)及特種紙品開發(fā)重點實驗室 教育部輕化工助劑化學(xué)與技術(shù)重點實驗室, 陜西 西安 710021; 2.亞州理工學(xué)院 制漿造紙技術(shù)中心, 泰國 巴吞他尼 12110)

        0 引言

        P-RC APMP 制漿工藝是溫和的化學(xué)預(yù)處理加盤磨化學(xué)處理堿性過氧化氫漂白機(jī)械制漿方法,是上世紀(jì)90 年代基于APMP 制漿工藝而發(fā)展起來的新工藝[1-3].P-RC APMP由于其本身獨(dú)特的制漿工藝而含有相當(dāng)數(shù)量的細(xì)小纖維,可以預(yù)見這些細(xì)小纖維在造紙生產(chǎn)中宏觀上仍具有不同漿種細(xì)小纖維所具有的共性功能,比如,影響造紙濕部的運(yùn)行、影響紙張的絕大部分物理強(qiáng)度和光學(xué)性能等[2].在P-RC APMP漿應(yīng)用越來廣泛的趨勢下,有必要對P-RC APMP漿的細(xì)小纖維進(jìn)行探討以使P-RC APMP漿得到更好利用.

        不同網(wǎng)目篩分下的細(xì)小纖維因其尺寸、形態(tài)、比表面積、表面電化學(xué)等方面的差異會導(dǎo)致細(xì)小纖維吸水潤脹能力和表面吸附能力的不同,從而影響造紙濕部運(yùn)行和紙張綜合性能.

        本研究以18 °SR的楊木P-RC APMP為原料,利用SWECO圓形振動篩篩分出三個類別(P200、P300、P400)的細(xì)小纖維,觀察其形態(tài),測定黏度、比沉降容積、表面電荷等參數(shù),對比研究了不同P-RC APMP細(xì)小纖維篩分組分下所得紙張的性能,探討不同細(xì)小纖維篩分組分對紙張性能的影響.

        1 實驗

        1.1 實驗原料

        18 °SR楊木P-RC APMP風(fēng)干漿(取自河南濮陽龍豐)、MgSO4(分析純)、去離子純凈水.

        1.2 儀器設(shè)備

        PFI磨漿機(jī),SWECO圓形振動篩,多媒體光學(xué)顯微鏡,DDJ動態(tài)濾水儀,PCD-03型膠體電荷分析儀,LVDV2+型粘度計,纖維質(zhì)量分析儀(FQA),BBS-3紙頁成型器,YQ-Z-48B白度儀,DC-HJY03電腦測控厚度緊度儀,SEO64抗張強(qiáng)度儀,格爾萊透氣度儀等.

        1.3 實驗方法

        1.3.1 漿料準(zhǔn)備

        用PFI磨漿機(jī)進(jìn)行磨漿,將楊木P-RC APMP原漿(18 °SR)磨漿至68 °SR,測定水分后備用.

        1.3.2 篩分

        將原漿(18 °SR)充分疏解后利用SWECO圓形振動篩進(jìn)行篩分(200目篩網(wǎng)),初始篩分濃度為0.1%,并同時收集P200細(xì)小纖維組分和對應(yīng)篩后纖維組分,將篩出的細(xì)小纖維懸浮液靜置48 h后,抽出上層清夜,調(diào)濃后備用.

        將68 °SR漿料充分疏解后利用SWECO圓形振動篩進(jìn)行多級篩分(200目、300目、400目篩網(wǎng)),篩分濃度為0.1%,分別得到P200、P300、P400 3個篩分的細(xì)小纖維組分和對應(yīng)篩后纖維組分.將篩出的細(xì)小纖維懸浮液靜置48 h后,抽出上層清夜,調(diào)濃后備用.用DDJ測定打漿后的未篩漿和篩后漿中的細(xì)小纖維含量,并計算細(xì)小纖維篩分收益率.

        1.3.3 標(biāo)準(zhǔn)纖維的制備

        將上述去除300、400目細(xì)小纖維后的漿料再用SWECO圓形振動篩進(jìn)行篩分(200目篩網(wǎng)),篩除其中剩余的細(xì)小纖維,然后與前面去除200目細(xì)小纖維后的漿料混合脫水,測定水分后備用.

        1.3.4 細(xì)小纖維和篩除細(xì)小纖維后纖維形態(tài)觀察

        對原漿(18 °SR)和68 °SR漿料篩分得到的細(xì)小纖維取樣制片,利用多媒體顯微鏡觀察細(xì)小纖維形態(tài),同時觀察68 °SR漿料篩除P200細(xì)小纖維后纖維形態(tài)的變化.

        1.3.5 細(xì)小纖維特性指標(biāo)測定

        表面電荷、粘度、比沉降容積.

        1.3.6 細(xì)小纖維FQA檢測

        分別對68 °SR漿料篩分得到的細(xì)小纖維篩分組分(P200、P300、P400)用FQA進(jìn)行纖維質(zhì)量分析.

        1.3.7 抄片與物理性能檢測

        分別向標(biāo)準(zhǔn)纖維組分中添加P200、P300、P400細(xì)小纖維,并加入CPAM以助于細(xì)小纖維的留著.細(xì)小纖維添加比例為20%,CPAM的用量為0.04%.用添加細(xì)小纖維的紙漿進(jìn)行抄紙,同時設(shè)置純標(biāo)準(zhǔn)纖維(篩后未添加細(xì)小纖維)抄紙作為對照,按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)檢測手抄片物理性能.手抄片的定量為(60±3)g/m2.

        2 結(jié)果與討論

        2.1 細(xì)小纖維和篩除細(xì)小纖維后纖維形態(tài)特征

        由圖1、圖2對比可以看出,原漿中P200細(xì)小纖維主要是帶狀和片狀,其他則為一些塊狀細(xì)小纖維,而68 °SR漿中的P200細(xì)小纖維可以觀察到一些絲狀組分和纖維碎片,還存在少量片狀組分.這說明,打漿度的提高可以增加絲狀細(xì)小纖維的含量,這些絲狀細(xì)小纖維是纖維表面不斷細(xì)纖維化后的結(jié)果.而對比68 °SR漿中的P300、P400細(xì)小纖維可以發(fā)現(xiàn),絲狀組分和塊狀細(xì)小纖維有進(jìn)一步增多的趨勢,而大尺寸的纖維碎片和片狀組分則不斷減少.有資料顯示,絲狀細(xì)小纖維對紙張的強(qiáng)度性能的增加有積極的貢獻(xiàn),它具有更高的壓縮常數(shù),而片狀細(xì)小纖維對紙張更偏重于“填充”的作用[3].

        圖1 原漿中P200細(xì)小纖維形態(tài)

        圖2 68 °SR漿中不同篩分下細(xì)小纖維形態(tài)

        圖3 篩除P200細(xì)小纖維后68 °SR漿纖維形態(tài)

        由圖3可以看出,篩除P200細(xì)小纖維后的漿料中,已基本看不到細(xì)小纖維碎片和粒子, 絲狀纖維和單根纖維表面的細(xì)纖維化均可以明顯觀察到.

        2.2 P-RC APMP細(xì)小纖維含量及篩分收益率

        由表1可知,三種細(xì)小纖維篩分組分的篩分收益率均在80%以上,即可以用所制備收集的細(xì)小纖維進(jìn)行實驗,其性能可以表征打漿所得細(xì)小纖維的特征.另外,細(xì)小纖維篩分收益率隨著篩網(wǎng)目數(shù)的增加而遞減.

        表1 細(xì)小纖維含量及收益率

        注:細(xì)小纖維收益率=1-(篩分后的漿料細(xì)小纖維含量/未篩分的漿料細(xì)小纖維含量)

        2.3 P-RC APMP細(xì)小纖維特性指標(biāo)

        表2 P-RC APMP各細(xì)小纖維篩分組分特性指標(biāo)

        由表2可以看出,表面電荷量:P200細(xì)小纖維

        2.4 P-RC APMP細(xì)小纖維FQA指標(biāo)

        由表3可以看出,P-RC APMP細(xì)小纖維的平均長度小于0.2 mm,且篩網(wǎng)目數(shù)越高平均長度越小,所配制細(xì)小纖維溶液中長度在0~0.2 mm之間的細(xì)小纖維含量均大于70%,其中P400細(xì)小纖維中的含量大于80%.從表中還可以看出,隨著篩網(wǎng)目數(shù)的增加,細(xì)小纖維卷曲和扭結(jié)程度均增大,而卷曲和扭結(jié)程度提高的同時,與纖維之間的結(jié)合點增多,結(jié)合面積增加,有利于成紙強(qiáng)度的提高.

        表3 PRC-APMP各細(xì)小纖維篩分組分FQA指標(biāo)

        說明:細(xì)小纖維溶液濃度為0.5 mg/L,設(shè)定檢測細(xì)小纖維的長度范圍為:0~0.2 mm.

        2.5 不同P-RC APMP細(xì)小纖維篩分組分對成紙性能的影響

        2.5.1 松厚度、透氣度

        由表4可以看出,相對添加細(xì)小纖維所抄紙張,去除細(xì)小纖維后,紙張的松厚度最高.細(xì)小纖維組分在纖維網(wǎng)絡(luò)中發(fā)揮填充和架橋作用,去除細(xì)小纖維后,纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)合不再致密,大量的長纖維暴露出來,從而使紙張變得蓬松,所以,細(xì)小纖維對紙張的松厚度是不利的.且篩網(wǎng)目數(shù)越高的細(xì)小纖維越不利紙張松厚度,這是因為篩網(wǎng)目數(shù)越高的細(xì)小纖維尺寸更小,呈纖絲狀,絲狀組分比表面積大,與纖維間的交織面積更大,從而更易于充斥在纖維的空隙間,形成了一個緊湊而致密的纖維網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),從而更能降低紙張松厚度.細(xì)小纖維對紙張透氣度的影響與對紙張松厚度的影響趨勢基本一致,這是因為去除細(xì)小纖維后,增加了紙張纖維間的空隙,從而提高了紙張透氣度.添加P400細(xì)小纖維所抄紙張透氣度最低,P200與P300細(xì)小纖維對透氣度的影響差不多.這是因為篩網(wǎng)目數(shù)越高的細(xì)小纖維多數(shù)呈纖絲狀,尺寸及形態(tài)一致性更高,在紙張中它們可緊密地沉積在纖維表面,從而減少了紙張纖維間的空隙[6],故添加P 400細(xì)小纖維的紙張透氣度最低.

        表4 不同P-RC APMP細(xì)小纖維篩分組分對成紙性能的影響

        2.5.2 抗張強(qiáng)度、耐破度

        由表4看出,相對添加細(xì)小纖維所得到紙張的性能而言,篩出細(xì)小纖維后紙張的強(qiáng)度性能降低了,這說明細(xì)小纖維能增加紙張的強(qiáng)度性能.這是由于細(xì)小纖維的存在使得纖維之間接觸面積增大,形成了更多氫鍵,結(jié)合更為緊密,使得強(qiáng)度增加[7].另外由表4可以看出,添加不同目數(shù)的細(xì)小纖維后,所得紙張強(qiáng)度性能的大小順序是P400>P300>P200,這說明細(xì)小纖維越小,對紙張的強(qiáng)度越有利,這是因為篩網(wǎng)目數(shù)越高的細(xì)小纖維含有更多的絲狀組分,更易于充斥在纖維的空隙間,形成了一個致密而緊湊的纖維網(wǎng)絡(luò),增加了纖維間的結(jié)合強(qiáng)度.因此添加細(xì)小纖維的級別越高,對強(qiáng)度影響更大.

        2.5.3 不透明度

        由表4可以看出,相對添加細(xì)小纖維所得到紙張,篩出細(xì)小纖維后紙張的不透明度最高,這是因為添加細(xì)小纖維后,紙頁中的空隙被細(xì)小纖維所填充,纖維間結(jié)合更加緊密,纖維間隙更少,減少了光線的反射或散射以及吸收的程度[8-10],從而使得紙張的透明性增加,不透明度降低.另外細(xì)小纖維的級別越高,紙張的不透明度更低,這是因為篩網(wǎng)目數(shù)越高的細(xì)小纖維,其中纖絲狀細(xì)小纖維含量高,而篩網(wǎng)目數(shù)低的細(xì)小纖維中片狀細(xì)小纖維含量高,纖絲狀細(xì)小纖維含量高的細(xì)小組分對紙張的不透明度有消極的影響,而片狀細(xì)小纖維含量高的細(xì)小組分則有積極的影響[11-12],故添加P400細(xì)小纖維的紙張不透明度最低.

        3 結(jié)束語

        (1)在打漿過程中,隨著打漿度的升高,絲狀細(xì)小纖維含量增多了.且篩網(wǎng)目數(shù)越高的細(xì)小纖維含有更多的絲狀組分,而大尺寸的纖維碎片和片狀組分則不斷減少.篩除細(xì)小纖維后的漿料中,纖維之間雖然不存在細(xì)小組分,但纖維表面仍有大量的絲狀纖維存在.

        (2)篩網(wǎng)目數(shù)越高,所得細(xì)小纖維的表面電荷、粘度和絲狀組分含量越高.

        (3) P-RC APMP細(xì)小纖維的平均長度不超過0.2 mm,且篩網(wǎng)目數(shù)越高,平均長度越短,卷曲和扭結(jié)程度均隨篩網(wǎng)目數(shù)的增加而增大.

        (4)細(xì)小纖維能降低紙張的松厚度、透氣度,且細(xì)小纖維的級別越高降低程度越大.

        (5)細(xì)小纖維能提高紙張的強(qiáng)度性能,且細(xì)小纖維的級別越高,對紙張的強(qiáng)度越有利.

        (6)細(xì)小纖維能降低紙張的不透明度,且細(xì)小纖維的級別越高,不透明度越低.

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