陳子成，龔　晶，鄭　婷，張?zhí)m河

(東北電力大學(xué) 化學(xué)工程學(xué)院，吉林 吉林 132012)

基于酰化改性殼聚糖的濕強廢紙再制漿研究

陳子成，龔晶，鄭婷，張?zhí)m河

(東北電力大學(xué) 化學(xué)工程學(xué)院，吉林 吉林 132012)

摘要：濕強廢紙的再生利用有利于充分利用植物纖維資源，減少制漿造紙工業(yè)對環(huán)境的污染。本文采用濃度為2%的稀乙酸和鹽酸對基于?；男詺ぞ厶堑臐駨姀U紙進行預(yù)處理，并結(jié)合機械疏解的方法制備廢紙漿。結(jié)果表明，乙酸與鹽酸的預(yù)處理效果相差較小，酸預(yù)處理時間的增加有利于提高MCW-1和MCW-2濕強廢紙的得率，比較而言，酸預(yù)處理時間對MCW-2濕強廢紙得率的影響更大。隨著預(yù)處理時間的增加，MCW-2濕強廢紙漿的抗張強度提高明顯。濕強廢紙漿的平均纖維長度、寬度等纖維形態(tài)指標接近原漿，但與原漿相比抗張強度下降明顯?？傊?，采用上述方法對該種濕強廢紙制漿可行。

關(guān)鍵詞：濕強紙；制漿得率；抗張強度；纖維形態(tài)

廢紙已經(jīng)成為我國造紙工業(yè)用量最大的纖維原料，利用廢紙造紙可以有效緩解我國造紙纖維原料的短缺問題并減輕環(huán)境污染[1-2]。然而，由于濕強廢紙被水浸泡后仍然具有較高的強度，這嚴重限制了濕強廢紙的再生利用[3]。由于可再生利用性差，有些濕強廢紙被當作固體廢棄物，通過焚燒或垃圾場填埋等方法對其進行最終處理，這造成了植物纖維資源的浪費，同時也存在著對大氣、土壤和地下水的污染問題[4]。從資源循環(huán)利用的角度看，利用濕強廢紙進行制漿造紙，對于植物纖維資源的回收利用和造紙工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有積極的意義。

本研究基于酰化改性殼聚糖的濕強廢紙再制漿方法，重點考察成漿的得率、抗張強度以及纖維形態(tài)等指標的變化。

1實驗材料和方法

1.1　實驗材料

馬來酸酐?；瘹ぞ厶?MAAC)和濕強紙根據(jù)Chen等[5]報道的方法制備。MAAC用量1%，預(yù)處理溫度40 ℃，預(yù)處理pH 6，紙樣分別在90 ℃和170 ℃下熟化，得到濕強度為12.29%、25.76%(在水中浸泡2 h)的濕強紙，分別記為MCW-1和MCW-2。乙酸、鹽酸等化學(xué)品皆為分析純，且在使用前未經(jīng)進一步的提純處理。

1.2　MCW-1和MCW-2的再制漿

稱取相當于絕干質(zhì)量30 g的MCW-1或MCW-2，將其在2%的濃度下由稀乙酸或鹽酸在室溫下浸泡一定時間后用水洗至濾液呈中性。然后將其轉(zhuǎn)移到標準纖維疏解機(TD15-A，咸陽通達輕工設(shè)備有限公司)中，將濃度調(diào)到2%后，在2900±100 rpm的轉(zhuǎn)速下疏解5 000轉(zhuǎn)。

1.3　濕強紙再制漿得率的計算

采用1.2描述的方法處理后的濕強紙紙漿，經(jīng)安裝了0.3 mm篩縫篩板的篩漿機(ZQS5，陜西科技大學(xué)機械廠)對其進行篩選。并按下式計算其再制漿得率：

Y=(1-m/M)×100%，

式中：Y為再制漿得率(%)，m為烘至絕干的篩余物，M為經(jīng)篩選的濕強紙漿的總質(zhì)量(絕干)。采用過篩后的良漿進行后續(xù)的紙樣制備以評價濕強紙漿的物理強度等指標。

1.4　紙漿抗張強度的檢測和纖維形態(tài)分析

采用圓形紙樣抄造器(ZQJ1-B-Ⅱ，陜西科技大學(xué)機械廠)制備手抄紙，定量為60 g/m2。紙樣在-0.08 MPa，90 ℃溫度下干燥15 min。紙樣由ZL-300A 拉力儀 (長春小型實驗設(shè)備廠) 檢測其抗張強度，并換算成抗張指數(shù)。采用纖維形態(tài)分析儀 Morfi-compact fiber analyzer (German MUTEK company)分析紙漿的纖維形態(tài)。

2結(jié)果與分析

2.1　酸預(yù)處理對再制漿得率和抗張強度的影響

圖1　乙酸溶液預(yù)處理時間對濕強紙再制漿得率和成漿抗張指數(shù)的影響(a:2%乙酸溶液預(yù)處理后濕強紙再制漿得率；b:2%乙酸溶液預(yù)處理后紙漿抗張指數(shù))

圖2　鹽酸溶液預(yù)處理時間對濕強紙再制漿得率和成漿抗張指數(shù)的影響(a:2%鹽酸溶液預(yù)處理后濕強紙再制漿得率；b:2%鹽酸溶液預(yù)處理后紙漿抗張指數(shù))

如圖1和圖2所示，采用2%(體積百分比)的乙酸溶液對MCW-1和MCW-2濕強紙進行預(yù)處理，當浸泡時間增加時，MCW-2的再制漿得率增加，但乙酸預(yù)處理對MCW-1的再制漿得率影響不大。MCW-2良漿的抗張指數(shù)隨著浸泡處理時間的增加而增加，在同樣的浸泡時間內(nèi)，MCW-1良漿的抗張指數(shù)均高于MCW-2。鹽酸溶液對上述兩種紙漿預(yù)處理時，其對良漿的抗張指數(shù)的影響與乙酸類似。由于馬來酸酐?；瘹ぞ厶侨苡谝宜岷望}酸溶液，因而上述兩種稀酸溶液可以用來對上述濕強紙進行預(yù)處理，通過溶解紙中的馬來酸酐?；瘹ぞ厶莵磉_到去除和破壞其濕強度的作用，從而有利于后續(xù)的機械疏解，并得到較高的再制漿得率。從圖1和圖2的實驗結(jié)果來看，乙酸和鹽酸作為上述濕強紙的再制漿預(yù)處理劑，對再制漿得率和良漿的抗張指數(shù)的影響差別較小。

2.2　MCW-1和MCW-2良漿的纖維形態(tài)分析

采用纖維形態(tài)分析儀對MCW-1和MCW-2良漿的平均纖維長度、寬度等指標進行了分析，結(jié)果見表1。通過纖維平均長度(重均)分析，空白樣以及MCW-1和MCW-2的良漿與原漿相比，差別較小，甚至還要略高于原漿。由于對MCW-1和MCW-2進行篩選時需要較低的濃度條件(0.5%左右)，在篩選后需要用網(wǎng)袋(100目)將其濃縮處理，在此過程中會造成細小纖維的流失，因而間接增加了紙漿的纖維平均長度，再制漿處理對纖維寬度和紙漿纖維卷曲的影響很小。從纖維的平均長度、寬度和細小纖維含量等方面來看，MCW-1和MCW-2再制漿后，其纖維形態(tài)的變化與原漿相比，變化不大。但是，根據(jù)圖1和圖2的實驗結(jié)果，不同再制漿條件下MCW-1和MCW-2良漿的抗張指數(shù)存在差別，而且均明顯低于原漿抗張指數(shù)(經(jīng)檢測為80.24 Nmg-1)。這是由于紙漿抄成紙后，在紙頁的壓榨和干燥過程中會造成纖維的角質(zhì)化，對再制漿的纖維間氫鍵結(jié)合能力帶來不利影響[6-7]。

基于表1的結(jié)果，與原漿相比MCW-1和MCW-2的良漿其纖維平均長度略有增加，細小纖維含量、纖維平均寬度以及卷曲率等與原漿相比沒有顯著變化[8-9]。這說明本文采用的對MCW-1和MCW-2濕強紙進行稀酸溶液預(yù)處理再經(jīng)過機械疏解的再制漿方法可行。

表1　MCW-1和MCW-2良漿的纖維形態(tài)

注：原漿指用來抄造空白紙樣的紙漿；空白是未添加MAAC抄出的紙經(jīng)1.2中描述的方法進行處理并按1.3中描述的方法進行篩選后得到的漿樣；a和b分別是2%的乙酸和鹽酸中浸泡5 h經(jīng)篩選后得到的漿樣。

3結(jié)論

(1)采用2%的乙酸或鹽酸對基于?；男詺ぞ厶堑臐駨姀U紙進行預(yù)處理，當浸泡時間增加時，濕強廢紙的再制漿得率增加。

(2)濕強廢紙漿的平均纖維長度與原漿相比略有增加，但其抗張強度明顯下降。

(3)綜合濕強廢紙漿的纖維形態(tài)、制漿得率以及成漿的強度指標，采用稀酸預(yù)處理結(jié)合機械疏解的方法對這種濕強廢紙進行再制漿是可行的。

參考文獻

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Study on the Repulping of the Wet Strength Waste Paper Based Onmaleic Anhydride-acylated Chitosan

CHEN Zi-cheng,GONG Ping,ZHENG Ting,ZHANG Lan-he

(School of Chemical Engineering,Northeast Danli University,Jilin Jilin 132012)

Abstract：The reuse of wet strength waste paper is beneficial to make full use of vegetable fiber resource and reduce the pollution of papermaking industry.In this study,2% acetic acid and hydrochloric acid were employed to pretreat the wet strength waste paper based on maleic anhydride-acylated chitosan,and repulped the waste paper with mechanical method.The results showed that the difference of pretreatment performance of acetic acid and hydrochloric acid was not obvious,and the more time of pretreatment was benefit for the higher repulping yield for both MCW-1 and MCW-2,especially for MCW-2.The tensile strength of the waste paper pulp obviously improved when the pretreatment time increased.The average fiber length and width of the water paper pulp were similar to the virgin pulp.However,the tensile strength decreased evidently in comparison with the virgin pulp.In summary,the method used in this study was applicative for these wet strength waste paper.

Key words：Wet strength paper;Pulping yield;Tensile strength;Morphology of fiber

中圖分類號：TQ914.3

文獻標識碼：A

文章編號：1005-2992(2015)06-0096-04

作者簡介：陳子成(1975-)，男，黑龍江雙鴨山市人，東北電力大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院副教授，博士，主要研究方向:造紙化學(xué)品與造紙濕部化學(xué).

基金項目：吉林省科技發(fā)展計劃項目(20130303080SF，20150519020JH)；吉林省省校合作技術(shù)開發(fā)項目(吉工信科技2011-507)；東北電力大學(xué)博士科研啟動基金項目(BSJXM-201437)

收稿日期：2015-09-10