朱洋麗，吳伯超，薛國新，

（1.浙江理工大學(xué)制漿造紙工程實(shí)驗(yàn)室，浙江 杭州 310018；2.浙江省特種纖維紙基功能材料技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江杭州 311215）

碎解條件以及添加碎解助劑對(duì)OCC漿料性能的影響

朱洋麗1，吳伯超2，薛國新1，2

（1.浙江理工大學(xué)制漿造紙工程實(shí)驗(yàn)室，浙江 杭州 310018；2.浙江省特種纖維紙基功能材料技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江杭州 311215）

該實(shí)驗(yàn)選擇廢舊瓦楞箱紙板（OCC）為研究對(duì)象。首先實(shí)驗(yàn)從預(yù)處理時(shí)間、漿濃、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和碎解溫度等幾個(gè)方面研究不同的碎解條件對(duì)廢紙碎化后漿料性能的影響；其次，實(shí)驗(yàn)通過分別添加十二烷基苯磺酸鈉表面活性劑和Na2SiO3化學(xué)預(yù)處理OCC廢紙后，與空白樣做比較，測(cè)定其纖維組分含量、打漿度以及觀察OCC廢紙漿纖維的物理形態(tài)；最后，對(duì)未添加碎解助劑和添加碎解助劑的OCC廢紙漿的電荷特性做了分析比較。

碎解條件（參數(shù)）；舊瓦楞箱紙板；表面活性劑；化學(xué)預(yù)處理；漿料性能

近年來隨著人們節(jié)約森林資源、降低能源消耗意識(shí)的增強(qiáng)，廢紙（二次纖維）的再生回收利用已經(jīng)引起國內(nèi)外的廣泛重視。由于我國是世界上最大的廢紙進(jìn)口國和消費(fèi)國（特別是瓦楞原紙需求量大），因此如何充分利用廢紙資源，提高廢紙利用效率，已經(jīng)成為以廢紙為原料制漿造紙節(jié)能減排中的一個(gè)重要課題［1-2］。

廢紙?jiān)僦茲{過程中關(guān)鍵的一步就是碎解（漿）。碎解目的是使原先交織成紙頁的纖維最大限度地離解成單根纖維而又最大限度地保持纖維原有形態(tài)和強(qiáng)度［3］。不同的碎解條件會(huì)對(duì)OCC碎解過程中漿料的性能產(chǎn)生重要的影響，特別是濾水性能。纖維長度的長短是評(píng)價(jià)OCC濾水性能好壞的一個(gè)重要指標(biāo)。碎解助劑的選用直接影響碎解效率的好壞。碎解助劑是添加到碎漿系統(tǒng)中，使纖維產(chǎn)生潤濕、滲透和分散等多種作用效果以輔助廢紙碎解的一種化學(xué)助劑［4］。

目前，在OCC漿料中添加碎解助劑以改善OCC碎解效果報(bào)道鮮有，因此我們研究OCC中添加碎解助劑改善廢紙漿料性能具有重要意義。本實(shí)驗(yàn)選用十二烷基苯磺酸鈉以及Na2SiO3化學(xué)預(yù)處理OCC，測(cè)定纖維組分含量、打漿度以及觀察OCC漿料纖維的物理形態(tài)并與空白樣作比較。此外，本實(shí)驗(yàn)對(duì)不同條件下的OCC漿料的電荷特性作了分析比較。

1　實(shí)驗(yàn)部分

1.1原料及化學(xué)品、儀器

原料：廢舊瓦楞箱紙板，由浙江某造紙廠提供，手工撕成2 cm×5 cm的碎片，充分混合均勻后，放入塑料袋中平衡水分，備用。

化學(xué)品：十二烷基苯磺酸鈉（AR），Na2SiO3。

儀器：碎漿機(jī)，肖伯爾式打漿度測(cè)定儀，標(biāo)準(zhǔn)漿樣疏解器，101A-1型電熱鼓風(fēng)干燥箱，Bauer-McNett纖維篩分儀、普通光學(xué)顯微鏡、Zeta電位測(cè)定儀和Muetek顆粒電荷測(cè)定儀（PCD）。

1.2實(shí)驗(yàn)方法

首先測(cè)定原料的水分含量，用500 mL的容量瓶配制質(zhì)量濃度為2 g/L的不同表面活性劑和堿性溶液；然后量取一定體積水和表面活性劑溶液，稱取20 g OCC（絕干）浸漬在配好的溶液中分別預(yù)處理一段時(shí)間，倒入碎漿機(jī)中在不同碎解條件下進(jìn)行不同時(shí)間碎解，擠干水分裝入自封袋中，備用；最后測(cè)定纖維打漿度、纖維不同長度組分含量比例、Zeta電位、陽離子需求量以及觀察纖維形態(tài)、評(píng)價(jià)廢紙漿的性能。

1.3碎解效果評(píng)價(jià)

1.3.1纖維打漿度的測(cè)定

按GB/T 3332—1982測(cè)定纖維打漿度。

1.3.2纖維篩分

?。?0±0.05）g有代表性的絕干漿樣，稱準(zhǔn)至0.001 g。在纖維標(biāo)準(zhǔn)解離器中解離，解離時(shí)漿和水的總體積為2 000 mL。纖維分級(jí)網(wǎng)目為28、48、100和200目。篩分時(shí)于15～18 s內(nèi)注入第1個(gè)篩分水箱，準(zhǔn)確篩分20 min±10 s，最后用濾紙收集留在不同網(wǎng)目上的組分并在溫度（105±2）℃的烘箱中將漿樣烘干至恒重，稱取精度至0.001 g。

1.3.3纖維物理形態(tài)的觀察

將制備好的相當(dāng)于絕干0.1 g量的漿樣，置于試管中，加蒸餾水均勻分散，稀釋至0.05%～0.1%的濃度，備用。使用亞甲基藍(lán)試劑染色，選用普通光學(xué)顯微鏡進(jìn)行纖維形態(tài)觀測(cè)。

1.3.4Zeta電位測(cè)定

將漿料按照1%（相對(duì)于絕干漿）的漿濃在標(biāo)準(zhǔn)纖維解離器中疏解5 min，取1%的濃度的漿料500 mL，攪拌均勻，按照SZP 06 Zeta電位測(cè)定儀的操作規(guī)程和步驟測(cè)定Zeta電位。

1.3.5膠體滴定法測(cè)定陽離子需求量

將漿料按1%的濃度在標(biāo)準(zhǔn)纖維解離器中疏解5 min，取一定體積的OCC漿料用清水稀釋至所需濃度，用Muetek濾網(wǎng)（網(wǎng)孔直徑為300 μm）將纖維和溶膠物質(zhì)分離，然后移取10 mL的過濾液滴于PCD的塑料測(cè)量池中，用標(biāo)準(zhǔn)溶液［聚乙烯醇硫酸鉀（PVSK）或聚二烯丙基二甲基氯化銨（P-DADMAC）］滴定，最后用PCD試劑滴定確定終點(diǎn)［5-6］。

陽離子需求量q按如下公式計(jì)算：

q=Vc/Wt

式中：V為樣品消耗的標(biāo)準(zhǔn)溶液體積，mL；c為標(biāo)準(zhǔn)溶液的電荷密度，mol/L，本實(shí)驗(yàn)為0.001 mol/L；Wt為樣品的固含量，g；q為電荷量，μmol/g。

2　結(jié)果與討論

2.1碎解條件對(duì)OCC漿料性能的影響

2.1.1預(yù)處理時(shí)間對(duì)OCC漿料性能的影響

本實(shí)驗(yàn)取20 g的絕干廢舊瓦楞箱紙板。在碎漿濃度為4%，碎解溫度（20±5）℃，碎解時(shí)間60 s，轉(zhuǎn)速為一檔，未添加化學(xué)品的情況下，預(yù)處理時(shí)間分別為0、2、4和6 h，預(yù)處理時(shí)間對(duì)廢紙碎化的影響如圖1和圖2。

圖1　纖維長度分布比例隨預(yù)處理時(shí)間的變化

圖2　打漿度隨預(yù)處理時(shí)間的變化

從圖1和圖2可以看出：隨著預(yù)處理時(shí)間的延長，紙漿纖維的長度分布比例和打漿度都發(fā)生了變化。小于48目的長纖維組分含量隨著預(yù)處理時(shí)間的延長而增加，大于28目的短纖維組分含量隨著預(yù)處理時(shí)間的延長而減少（如圖1）。OCC漿料中短纖維含量增加，可能是因?yàn)槔w維潤脹程度高，出現(xiàn)明顯的分絲和帚化現(xiàn)象，纖維長度下降。打漿度隨著預(yù)處理時(shí)間的延長而提高（如圖2）。這是因?yàn)轭A(yù)處理時(shí)間越長，纖維的潤脹程度越大，纖維受到相同機(jī)械剪切力的作用而分絲帚化效果越明顯。

2.1.2漿濃對(duì)OCC漿料性能的影響

取20 g的絕干廢舊瓦楞箱紙板。在預(yù)處理2 h，碎解溫度（20±5）℃，碎解時(shí)間60 s，轉(zhuǎn)速為一檔，未添加化學(xué)品的情況下，漿濃對(duì)廢紙碎化的影響如圖3和圖4。

圖3　纖維長度分布比例隨漿濃的變化

由圖3可知：大于28目的纖維組分含量隨漿濃的增加先減小、后增加，占纖維組分比例約36%～55%；小于48目的纖維組分含量則相反，占26%～45%；介于28～48目的纖維組分含量變化不大。很明顯，纖維長度分布比例變化與廢紙碎解程度有一定的關(guān)系，當(dāng)漿料濃度較低時(shí)，廢紙主要依靠轉(zhuǎn)子的剪切力碎解，當(dāng)濃度增加時(shí)，轉(zhuǎn)子對(duì)廢紙的剪切力減弱，廢紙纖維相互之間的摩擦作用增強(qiáng)，大于28目纖維組分含量增加，小于48目纖維組分含量則減少。

圖4　打漿度隨漿濃的變化

由圖4可知：打漿度隨漿濃的增加變化幅度不大，且呈現(xiàn)先上升、后下降的趨勢(shì)，漿濃為4%時(shí)打漿度最高。打漿度是表示濾水性能的量度，通常打漿度越高，濾水性能就越差。對(duì)于OCC漿料生產(chǎn)箱紙板而言，打漿度的提高說明纖維的潤脹程度大，柔軟可塑性好，增大了纖維之間的接觸面積和交織能力，使紙板的物理性能提高。31°SR為OCC漿料較為適合的打漿度，若將漿料的打漿度上升到31°SR，4%漿濃漿料所需的打漿機(jī)械能最少，但是濾水性能會(huì)明顯降低。

2.1.3轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速對(duì)OCC漿料性能的影響

實(shí)驗(yàn)測(cè)得轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為一檔時(shí)的打漿度為18.7 °SR，二檔時(shí)的打漿度為21.4°SR。纖維的長度分布比例隨碎解轉(zhuǎn)速的變化如圖5。

圖5　纖維長度分布比例隨碎解轉(zhuǎn)速的變化

從圖5不難看出，在預(yù)處理2 h、碎解溫度20℃和漿濃4%不變以及不添加碎解助劑情況下，打漿度隨著轉(zhuǎn)速的提高而上升。這是因?yàn)檗D(zhuǎn)速提高，纖維受到的剪切力變大，纖維分絲帚化效果明顯，致使纖維的濾水性能變差。同樣，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速提高也降低了纖維的平均長度。從圖5可以看出，纖維的長度分布比例出現(xiàn)了明顯的變化，長纖維組分含量比例減少，短纖維組分含量比例增加。長纖維本身具有較高的強(qiáng)度，有利于應(yīng)力均勻，其分布比例的減少會(huì)降低成紙的強(qiáng)度和濾水性能；所以，增加轉(zhuǎn)速雖然能一定程度上提高碎解效率，但是會(huì)降低廢紙碎解效果。

2.1.4碎解溫度對(duì)OCC漿料性能的影響

實(shí)驗(yàn)在不同水溫（20、30、40、50和60℃）中預(yù)處理2 h，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為一檔，漿濃4%情況下分別碎解60 s的備用OCC漿料，測(cè)定其纖維長度分布和打漿度，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖6和圖7所示。

圖6　纖維長度分布比例隨預(yù)處理溫度的變化

圖7　打漿度隨預(yù)處理溫度的變化

從圖6看出：纖維長度的分布比例隨預(yù)處理溫度的變化甚小。其原因可能是因?yàn)殡m然溫度升高了，加快了水對(duì)廢紙的滲透，降低了廢紙纖維間的結(jié)合力；但是由于廢紙的潤脹程度有限，升溫至40℃以后，再提高溫度對(duì)廢紙碎解無明顯影響，在其余碎解條件不變的情況下，纖維長度分布比例無明顯的差別。

從圖7看出：打漿度隨預(yù)處理溫度的升高先上升、后下降，轉(zhuǎn)折點(diǎn)是50℃達(dá)到最大值20.1°SR。這是因?yàn)闇囟仍礁撸酿ざ仍降?，滲透速率就越快，纖維潤脹程度越大，打漿度越高；但從總的來看，打漿度的變化范圍隨溫度的升高從18.7°SR變化到20.1°SR，這不到2°SR的變化受系統(tǒng)誤差影響比較大，因此實(shí)驗(yàn)推測(cè)打漿度受溫度影響并不是很大。

2.1.5碎解時(shí)間對(duì)OCC漿料性能的影響

實(shí)驗(yàn)取4%的漿濃，碎解溫度為20℃，預(yù)處理2 h，轉(zhuǎn)速為一檔，碎解時(shí)間分別為30、60、90和120 s。碎解時(shí)間對(duì)OCC漿料性能的影響如圖8和圖9。

圖8　纖維長度分布比例隨碎解時(shí)間的變化

圖9　打漿度隨碎解時(shí)間的變化

由圖8可知，隨著碎解時(shí)間的增加，大于28目的長纖維組分含量的比例逐漸降低，28～48目和小于48目的纖維組分含量比例逐漸增加。這主要是因?yàn)槔w維在碎漿過程中不可避免地受到機(jī)械剪切力的作用而切斷，隨著碎解時(shí)間的延長，纖維平均長度下降。纖維長度分布比例變化的同時(shí)伴隨打漿度的變化，由圖9可知，打漿度隨碎解時(shí)間的延長而上升。因此，過度地延長碎漿時(shí)間，會(huì)導(dǎo)致廢紙碎解漿質(zhì)量下降，影響廢紙的碎解效果。

2.2添加不同類型的碎解助劑對(duì)OCC漿料性能影響的比較

比較表面活性劑和Na2SiO3化學(xué)預(yù)處理對(duì)OCC碎解的影響，并與空白樣做比較。表面活性劑選用十二烷基苯磺酸鈉，濃度取0.4%，溫度40℃，預(yù)處理時(shí)間為60 min；化學(xué)品取Na2SiO3，濃度為0.8%，溫度為40℃，預(yù)處理時(shí)間為60 min；空白樣中未加任何化學(xué)助劑，在溫度為40℃水中預(yù)處理60 min，其余碎解條件相同，碎解30 s碎解成漿，分別裝入自封袋中置于冰箱內(nèi)貯存，備用，用于測(cè)定其打漿度、纖維組分長度比例、陽離子需求量以及觀察OCC漿料纖維的物理形態(tài)。結(jié)果如圖10～14和表1。

2.2.1十二烷基苯磺酸鈉、Na2SiO3和水預(yù)處理OCC漿料的纖維長度比例分布比較

實(shí)驗(yàn)所用的篩網(wǎng)為4個(gè)級(jí)數(shù)，分別為28、48、100以及200目。將水預(yù)處理、十二烷基苯磺酸鈉和Na2SiO3預(yù)處理碎解后的廢紙漿疏解，經(jīng)纖維篩分儀篩分，可以得到5份纖維，各組分的比例如圖10所示。

圖10　十二烷基苯磺酸鈉、Na2SiO3和水預(yù)處理OCC漿料的纖維長度比例分布比較

從圖10不難看出，未添加碎解助劑處理OCC漿料當(dāng)中大于28目、28～48這2種纖維組分含量都高于經(jīng)十二烷基苯磺酸鈉和Na2SiO3預(yù)處理過的OCC漿料，而48～100目、100～200目以及小于200目的纖維組分的含量都低于經(jīng)十二烷基苯磺酸鈉和Na2SiO3預(yù)處理過的OCC漿料。此外，經(jīng)十二烷基苯磺酸鈉預(yù)處理過的OCC漿料中小于48目的纖維組分占36.15%，Na2SiO3預(yù)處理過的OCC漿料中小于48目的纖維組分占38.12%，而未經(jīng)化學(xué)品處理的OCC漿料中小于48目的纖維組分則占4.86%。很明顯，經(jīng)過十二烷基苯磺酸鈉和Na2SiO3處理過的OCC漿料中的纖維經(jīng)過打漿后纖維變短，細(xì)小纖維組分的含量略微增加。細(xì)小纖維組分的含量高低對(duì)提高OCC紙頁的強(qiáng)度有重要的意義，在很大程度上影響纖維的留著率及濾水性能，因此對(duì)造紙過程以及紙的質(zhì)量有重要的影響［7-8］。

2.2.2十二烷基苯磺酸鈉、Na2SiO3和水預(yù)處理OCC的打漿度比較

十二烷基苯磺酸鈉、Na2SiO3和未添加碎解助劑水預(yù)處理OCC的打漿度比較結(jié)果見圖11。

圖11　十二烷基苯磺酸鈉、Na2SiO3和未添加碎解助劑的水預(yù)處理OCC的打漿度比較

打漿度表示紙漿濾水性的量度，通常打漿度高，松厚度和濾水性下降，對(duì)白度、不透明度、光散射系數(shù)及撕裂強(qiáng)度都有不同的負(fù)面影響［9］；但對(duì)于OCC漿料生產(chǎn)箱紙板，打漿度的提高不僅可以提高紙板的一般物理強(qiáng)度，還可以因?yàn)楸砻鎻?qiáng)度的提高而降低其表面施膠的費(fèi)用。從圖11可以看出：添加十二烷基苯磺酸鈉和Na2SiO3碎解助劑后廢紙漿的打漿度高于未添加碎解助劑的廢紙漿的打漿度。這可能是由于經(jīng)十二烷基苯磺酸鈉和Na2SiO3預(yù)處理后的再生纖維其潤脹性能高于水預(yù)處理的纖維，因此網(wǎng)部脫水慢，導(dǎo)致濾水性能差，所以經(jīng)十二烷基苯磺酸鈉和Na2SiO3預(yù)處理后的OCC漿料的再生纖維打漿度稍高一些。

2.2.3添加十二烷基苯磺酸鈉、Na2SiO3和未添加碎解助劑的預(yù)處理OCC漿料的纖維物理形態(tài)比較

顯微鏡對(duì)未添加碎解助劑的預(yù)處理廢紙漿及經(jīng)十二烷基苯磺酸鈉、Na2SiO3預(yù)處理后的廢紙漿進(jìn)行纖維物理形態(tài)的觀察，其形態(tài)如圖12～14所示（圖中“a”與“b”是同一目鏡和物鏡下拍攝的 2張圖）。

圖12　未經(jīng)碎解助劑預(yù)處理的OCC漿料

圖13　十二烷基苯磺酸鈉預(yù)處理的OCC漿料

圖14　Na2SiO3預(yù)處理的OCC漿料

由圖12～14可以直觀地看出三者的纖維形態(tài)無明顯的差別，說明碎解助劑的加入并未影響纖維的強(qiáng)度。

2.2.4添加十二烷基苯磺酸鈉、Na2SiO3和未添加碎解助劑的預(yù)處理OCC漿料的電荷特性比較

廢紙漿經(jīng)過表面活性劑和Na2SiO3預(yù)處理后，電荷特性會(huì)發(fā)生變化，不同預(yù)處理OCC漿料的電荷特性如表1。

從表1可以看出，經(jīng)十二烷基苯磺酸鈉表面活性劑和Na2SiO3預(yù)處理后，OCC漿料的陽離子需求量比未添加碎解助劑預(yù)處理的漿料高。這主要是因?yàn)榻?jīng)碎解助劑預(yù)處理后游離出更多的羥基。十二烷基苯磺酸鈉表面活性劑和Na2SiO3的加入增加了陰離子雜質(zhì)含量。表1的3種廢紙漿的Zeta電位不同且均為負(fù)值，其中經(jīng)十二烷基苯磺酸鈉表面活性劑預(yù)處理后的絕對(duì)值最大，為-60 mV。一方面這是因?yàn)榛瘜W(xué)品和表面活性劑的加入使廢紙漿中的陰離子垃圾的含量升高，造成電位高；另一方面是由于細(xì)小纖維的含量增加，而細(xì)小纖維的比表面積大，電離出更多的羧基，使纖維表面電荷密度提高［10］。

表1　不同預(yù)處理漿料的電荷特性

3　結(jié)論

（1）通過一系列不同碎解條件對(duì)廢紙碎化的研究，得出碎解預(yù)處理時(shí)間、漿濃、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和溫度都一定程度地影響廢紙漿料性能。

（2）比較十二烷基苯磺酸鈉表面活性劑和Na2SiO3化學(xué)預(yù)處理對(duì)OCC漿料性能的影響，并與空白樣做比較，測(cè)定其打漿度、纖維長度分布比例以及觀察OCC漿料纖維的物理形態(tài)，結(jié)果表明：分別添加十二烷基苯磺酸鈉和Na2SiO3碎解助劑后廢紙漿的打漿度高于未添加碎解助劑的廢紙漿的打漿度；未添加碎解助劑預(yù)處理的OCC漿料當(dāng)中長纖維組分含量都高于經(jīng)十二烷基苯磺酸鈉和Na2SiO3預(yù)處理過的OCC漿料，而短纖維組分含量都低于經(jīng)十二烷基苯磺酸鈉和Na2SiO3預(yù)處理過的OCC漿料；顯微鏡對(duì)未添加碎解助劑預(yù)處理的廢紙漿及分別經(jīng)十二烷基苯磺酸鈉和Na2SiO3預(yù)處理的廢紙漿進(jìn)行纖維形態(tài)的觀察，三者的纖維形態(tài)無明顯的差別，對(duì)纖維強(qiáng)度無特別明顯影響。

（3）OCC漿料經(jīng)過十二烷基苯磺酸鈉和Na2SiO3預(yù)處理后，OCC漿料的陽離子需求量比未添加碎解助劑預(yù)處理的漿料高。這主要是因?yàn)榻?jīng)碎解助劑預(yù)處理后游離出更多的羥基。

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Effect of Repulping Parameters and Adding Repulp Additive on Slurry Properties of OCC

ZHU Yang-li1，WU Bo-cao2，XUE Guo-xin1，2
（1.Pulping&Papermaking laboratory Zhejiang Science&Technology University，Hangzhou，310018，China；2.Zhejiang Province Special Fiber Paper Base Technology Research Key Laboratory of Functional Materials，Hangzhou 311215，China）

This experiment chose cardboard corrugated box（OCC）as the research object.First，we studied re pulping parameters in effect of slurry properties in the aspects of pretreatment time，pulp consistency，rotor speed，breaking time and so on.Secondly，in contrast with the blank sample，the test of adding pulp addictive：sodium dodecyl benzene sulfonate（SDBS）in the OCC pulp or chemical pretreatment of wastepaper was made.The fiber component content and beating degree was determined.The physical form of the fiber of OCC pulp was observed.At last，we make a analysis and contrast of charge characteristic of OCC pulp with adding repulp addictiveandwithoutaddingrepulp.

repulping parameters；old corrugated containers（OCC）；surface active agent；chemical pretreatment；slurry properties

TS724

A

1007-2225（2015）01-0016-07

朱洋麗女士（1989-），在讀碩士研究生；研究方向：二次纖維回收利用；E-mail：yangli038@163. com。

薛國新先生；E-mail：guoxin@zstu.cn。

2014-12-20（修回）

本文文獻(xiàn)格式：朱洋麗，吳伯超，薛國新．碎解條件以及添加碎解助劑對(duì)OCC漿料性能的影響［J］．造紙化學(xué)品，2015，27（1）∶16-22．