用棉短絨中分離出的微纖化纖維素（MFC）和納米纖絲化纖維素（NFC）作為一種增強(qiáng)劑用于未漂硫酸鹽漿，并將半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃蜋C(jī)理模型做對(duì)比。結(jié)果表明：未漂硫酸鹽漿中添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%和質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%的MFC使手抄片的抗張指數(shù)分別提高了11%和18%，但是添加NFC則會(huì)使抗張指數(shù)下降；添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%以及質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%的MFC使手抄片的耐破因子由11%分別增加到13%和14%，z向抗張強(qiáng)度也有了明顯的提高；半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ筒荒茴A(yù)測(cè)MFC和NFC用于紙張?jiān)鰪?qiáng)的實(shí)際行為，而機(jī)理模型可行。

棉短絨是在提取棉花長(zhǎng)纖維之后附著在棉籽上的一種相對(duì)較短的纖維。棉短絨在紡織工業(yè)中是無(wú)用的，并且在纖維素的生產(chǎn)過(guò)程中往往需要使用蘇打、硫酸鹽或有機(jī)溶劑等機(jī)械脫膠方法去除。棉短絨中纖維素的含量高達(dá)90%以上，而木質(zhì)生物質(zhì)中纖維素的含量則小于50%，因此棉短絨可以作為一種生產(chǎn)納米纖維素的優(yōu)質(zhì)原料。因?yàn)槊薅探q固有的晶體性質(zhì)使提取出的結(jié)晶納米纖維素能夠達(dá)到90%以上。根據(jù)最新的TAPPI標(biāo)準(zhǔn)（WI 3021）（2014），纖維素納米纖維（CNF）的尺寸在5～30 nm之間，纖維素微纖化纖維（CMF）的尺寸在10～30 nm之間。這一類纖維素通常也被稱為微纖化纖維素（MFC）和納米纖絲化纖維素（NFC）?！拔⒗w化纖維素（MFC）”這一術(shù)語(yǔ)也包括納米尺寸和微米尺寸的纖維素，但是在這里用于表示單獨(dú)的微米尺寸的纖維素原纖維。這些纖維素材料的優(yōu)勢(shì)主要是通過(guò)其優(yōu)越的基本性能來(lái)體現(xiàn)、如可再生性、高機(jī)械強(qiáng)度、較大的比表面積、較高的縱橫比、較好的阻隔性能、光學(xué)性能以及生物降解性和生物相容性。納米纖維素制造過(guò)程中的環(huán)境問(wèn)題主要在于所選擇的化學(xué)改性方法和機(jī)械處理方法。根據(jù)木材加工的要求，使用棉短絨可以減少整個(gè)制漿過(guò)程的時(shí)間，這是因?yàn)槊薅探q中纖維素的含量達(dá)到90%以上。據(jù)報(bào)道，用生物酶預(yù)處理可以促進(jìn)纖維素的分解，而且所生產(chǎn)的MFC還具有比酸預(yù)處理更高的平均摩爾質(zhì)量和較大的縱橫比。

紙頁(yè)是一種正交各向異性材料，表現(xiàn)為纖維、纖維碎片和空隙組成的一種微觀結(jié)構(gòu)。纖維是細(xì)長(zhǎng)的、并且在造紙過(guò)程中使用的是非常稀疏的纖維懸浮液（纖維含量為1%～2%），因此通常會(huì)形成二維分層結(jié)構(gòu)。在手抄片的抄造過(guò)程中，因?yàn)槔w維素纖維的分布具有各向同性的，因此橫、縱向的概念是不適用的。用于預(yù)測(cè)紙的拉伸強(qiáng)度的剪滯模型表明，紙頁(yè)強(qiáng)度要求紙頁(yè)中長(zhǎng)纖維數(shù)量較多，而纖維強(qiáng)度則要求較低的抗張能量吸收（TEA）以及較低的相對(duì)鍵接面積（RBA）。用于表示紙張結(jié)合良好的非彈性變形的隨機(jī)二維彈塑性網(wǎng)絡(luò)模型表明，必須用TEA來(lái)表述纖維材料的相關(guān)性能。

通常，添加MFC在降低漿料的濾水性能的同時(shí)會(huì)增加紙頁(yè)的強(qiáng)度，因此要選擇合適的原料以及工藝條件，使得強(qiáng)度提高的同時(shí)不會(huì)過(guò)度地降低濾水性能。有報(bào)道曾表示，在用MFC代替少量的漿料（約為質(zhì)量分?jǐn)?shù)6%）時(shí)，未漂硫酸鹽闊葉木漿所抄造的手抄片的機(jī)械強(qiáng)度提高了67%左右。有研究表明，添加2.5%～5.0%的MFC能夠提高紙頁(yè)的z向強(qiáng)度和裂斷韌性等物理性能。

隨著打漿時(shí)間的增加，細(xì)纖維化程度會(huì)隨之增加，這就導(dǎo)致紙頁(yè)的強(qiáng)度增加，而添加10%的MFC能夠在縮短打漿時(shí)間的同時(shí)獲得同樣的強(qiáng)度性能，從而進(jìn)一步降低打漿能耗。與NFC相比，纖維素納米晶須（CNW）雖然縱橫比較低，但是能明顯地提高抗張強(qiáng)度、模量以及通過(guò)CNW形成的羥乙基纖維素基質(zhì)的儲(chǔ)能模量。

本研究將利用生物機(jī)械法所制備的棉短絨NFC和MFC用于增強(qiáng)2種不同濃度的未漂硫酸鹽漿，添加比例分別為紙漿質(zhì)量的5%和10%。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

將漂白棉短絨在轉(zhuǎn)速為96 r/min的反應(yīng)容器中用纖維素酶（印度孟買的諾爾酶）進(jìn)行預(yù)處理，然后用乙酸鹽緩沖液使其在45℃溫度下保持pH為4.8，設(shè)定最佳的優(yōu)化濃度為3%質(zhì)量分?jǐn)?shù)。經(jīng)過(guò)1 h的水解處理之后，纖維素酶被滅活，然后將漿料（游離度為22°SR，漿濃為4%）轉(zhuǎn)移到具有4個(gè)磨漿面的三圓盤磨漿機(jī)（產(chǎn)自印度某公司）中，以975 r/min的速度旋轉(zhuǎn)并通過(guò)再循環(huán)處理1 h以獲得90°SR的游離度。將該加工的材料標(biāo)記為MFC，并且在具有金剛石涂層的固定幾何（Z型）相互作用室的微流化器（型號(hào)為M-7250，產(chǎn)自美國(guó)）中以2%的濃度進(jìn)一步處理，處理壓力為30 000 psi（206 700 kPa），并持續(xù)5次循環(huán)，該產(chǎn)物被標(biāo)記為NFC。

1.2 手抄片的抄造

將來(lái)自于孟買當(dāng)?shù)厥袌?chǎng)的未漂硫酸鹽漿用于手抄片的抄造。就濾水性能而言，打漿度（°SR）的分析參照的是ISO 5267-1：1999（1999）標(biāo)準(zhǔn)。使用MorFi纖維分析儀對(duì)紙漿纖維長(zhǎng)度進(jìn)行測(cè)定，紙漿懸浮液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.025%。在實(shí)驗(yàn)室的紙頁(yè)成形器（型號(hào)為UEC，產(chǎn)自印度）中抄造的手抄片定量為70 g/m2，將MFC/NFC作為一種增強(qiáng)劑添加到漿料中，添加量為漿料質(zhì)量的5%或者10%。陽(yáng)離子淀粉作為助留劑添加在漿料中，添加量為漿料質(zhì)量的5%。然后在漿料中添加鋁鹽調(diào)節(jié)pH為5。漿料和添加劑在D型碎漿機(jī)（產(chǎn)自印度某公司）中以96 r/min的速度混合2 h來(lái)確保其良好的分散性。手抄片的抄造工藝參照TAPPI T 205（2002）標(biāo)準(zhǔn)。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 形態(tài)表征

將樣品用金/鈀噴涂，并在Philips XL30掃描電子顯微鏡（SEM）（型號(hào)FEI，產(chǎn)自美國(guó)）下觀察。然后將冷凍干燥的樣品來(lái)進(jìn)行橫切面的觀察，并使用Image J圖像分析軟件（美國(guó)）分析纖維的橫截面面積。通過(guò)在碳涂覆的銅網(wǎng)格中沉積1滴NFC水性懸浮液，用乙酸雙氧鈾染色并在紅外燈下干燥，并用飛利浦EM208 TEM進(jìn)行NFC的分析。

1.3.2 機(jī)械表征

手抄片性能測(cè)試執(zhí)行表1所列標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果取10個(gè)樣品的平均值。所有的抗張參數(shù)均使用Instron自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)（產(chǎn)自印度）進(jìn)行分析。報(bào)告值取10次重復(fù)實(shí)驗(yàn)的平均值。獲得z向抗張強(qiáng)度的實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示。

2 結(jié)果與討論

表1 手抄片性能測(cè)試執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)

圖1 添加MFC/NFC用于增強(qiáng)z向抗張強(qiáng)度曲線的實(shí)驗(yàn)裝置

用生物酶預(yù)處理（部分水解）棉短絨，然后用三盤磨漿機(jī)和微流化作用來(lái)生產(chǎn)NFC。用酶預(yù)處理可以避免微流化器中噴嘴（Z型相互作用室）的堵塞。此外，與其他工藝，如硫酸水解和2，2，6，6-四甲基哌啶氧基（TEMPO）氧化相比，納米纖維素的表面沒有經(jīng)過(guò)化學(xué)改性。圖2展示了MFC的SEM照片和NFC的TEM照片。使用Image J軟件進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)MFC的直徑范圍為100～2 000 nm，而NFC的直徑則小于100 nm。棉短絨的機(jī)械加工過(guò)程（三盤磨漿機(jī)）導(dǎo)致MFC的尺寸分布較為寬泛。

圖2 MFC的SEM照片和NFC的TEM照片

表2顯示了漿料性能（表中：“w（MFC）=5%”和“w（MFC）=10%”分別表示MFC添加量分別為漿料質(zhì)量的5%和10%的試樣；“w（NFC）=5%”和“w（NFC）=10%”分別表示NFC添加量分別為漿料質(zhì)量的5%和10%的試樣。下同）。

表2 漿料性能

從表2可以看出，添加MFC/NFC可以改變未漂硫酸鹽漿的濾水性能，而濾水性的增加將對(duì)造紙行業(yè)生產(chǎn)線的提速產(chǎn)生不利影響。與MFC相比，NFC混合后的紙漿排水性能較低，這是因?yàn)榇蠖鄶?shù)的納米尺寸纖維在測(cè)試裝置中會(huì)從網(wǎng)篩中濾過(guò)。此外，添加MFC/NFC，纖維的平均長(zhǎng)度和細(xì)小纖維含量會(huì)受到影響。

圖3為添加了MFC和NFC的紙漿纖維的SEM照片（圖3的第1和第2列表示的是不同放大倍數(shù)，第3列表示的是相應(yīng)的橫截面積）。紙漿纖維與MFC和NFC的支撐物的相互關(guān)聯(lián)作用可以在顯微照片中清楚地顯現(xiàn)。此外，在SEM橫截面上使用Image J軟件進(jìn)行圖像分析，以得出纖維的平均橫截面面積和周長(zhǎng)。

表3給出了手抄片的機(jī)械性能?？箯堉笖?shù)和耐破因子通常被廣泛應(yīng)用于未漂硫酸鹽漿的強(qiáng)度性能的表征，是評(píng)價(jià)纖維強(qiáng)度以及打漿程度的普適性指標(biāo)。手抄片中添加MFC之后，所有的參數(shù)均有所提高。添加MFC之后，零距和長(zhǎng)距抗張指數(shù)以及撕裂因子均有所提高，但是NFC添加后則會(huì)使這些強(qiáng)度性能有所下降。對(duì)于耐破因子和z向抗張強(qiáng)度而言，NFC的添加雖然提高了紙頁(yè)的性能，但作用效果沒有MFC優(yōu)良。用Streptomyces cyaneus預(yù)處理小麥秸稈對(duì)成紙的撕裂指數(shù)和耐破指數(shù)有正面影響，但在生物制漿過(guò)程中可能存在小麥秸稈的尺寸較小的問(wèn)題，所以對(duì)抗張指數(shù)會(huì)有負(fù)面影響。

圖3 空白樣（a），分別添加了5%MFC（b）、10%MFC（c）、5%NFC（d）和10%NFC（e）的纖維SEM照片

表3 添加MFC/NFC后手抄片的強(qiáng)度性能和吸水性的變化

圖4顯示了添加MFC/NFC后紙頁(yè)的z向抗張強(qiáng)度曲線。

如圖4所示，通過(guò)將z向抗張曲線從零值到峰值進(jìn)行積分，獲得的曲線面積表明了纖維結(jié)合體系中存在的總能量，用TEA來(lái)表示。添加NFC的手抄片雖然長(zhǎng)距和零距抗張指數(shù)較低，但TEA值明顯較高。手抄片的非線性應(yīng)力-應(yīng)變行為的主要原因是纖維內(nèi)部以及纖維與纖維之間的非線性行為。

圖4 添加MFC/NFC的紙頁(yè)的z向抗張強(qiáng)度曲線

表4為散射系數(shù)、RBA、TEA以及機(jī)械和半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷念A(yù)測(cè)。

表4 散射系數(shù)、RBA、TEA以及機(jī)械和半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷念A(yù)測(cè)

空白樣和添加MFC的紙頁(yè)有著相同的z向抗張曲線，峰值負(fù)荷的位移值均低于20 mm，與此同時(shí)，添加NFC的紙頁(yè)在斷裂前有著更大的位移值（40 mm），因此TEA值也會(huì)隨之增大，如圖4所示。在該實(shí)驗(yàn)中，添加10%的NFC產(chǎn)生的最高TEA值為187.768 J/m2，而空白樣和添加10%的MFC產(chǎn)生的最高TEA值分別為29.165 J/m2和120.658 J/m2。由于加入MFC，以Cobb值表示的吸水性明顯增加，增加量為13%，而NFC的添加則會(huì)產(chǎn)生負(fù)面影響，Cobb值減少了16%。在分析中可以證明這一點(diǎn)，空白樣在紙頁(yè)成形過(guò)程中由于濾水使得纖維的丟失量約為1.5%，添加MFC后的丟失量為2%，添加NFC的丟失量為3%。濾水過(guò)程中的這種纖維損失的現(xiàn)象會(huì)降低最終紙頁(yè)中的MFC或NFC濃度。

紙張不僅僅是線性粘彈性材料，所以其應(yīng)力-應(yīng)變行為不能僅用彈性模量的粘彈性變化來(lái)解釋。相反，應(yīng)力-應(yīng)變曲線的非線性部分對(duì)應(yīng)于不可逆的伸長(zhǎng)率塑性響應(yīng)。因此，紙張可以表征為粘彈性塑性材料。紙張中相鄰纖維之間的結(jié)合斷裂通常與紙張中的纖維自身的斷裂一樣重要或更重要。因此，紙張斷裂是一種纖維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的斷裂，不僅僅受單根纖維的斷裂性能的制約。TEA由紙張緊度或RBA決定。紙張表面的光學(xué)性質(zhì)對(duì)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)非常敏感，另外不透明性由紙頁(yè)表面所暴露出的纖維的光的散射所決定。對(duì)于光學(xué)性質(zhì)而言，最重要的部分是沿著光子飛行路徑的孔徑（例如200 nm）超過(guò)光波一半的孔隙數(shù)量。而大多數(shù)印刷品和書寫紙?jiān)诤穸确较蛏现辽侔?0個(gè)光散射層。表4表示了散射系數(shù)和RBA值。散射系數(shù)越小，結(jié)合區(qū)域越多，因此RBA值就越大。添加了10%MFC后所抄造出的紙頁(yè)具有最小的散射系數(shù)（0.423 m2/g）以及最高的RBA值（0.489）。添加NFC的手抄片具有較低的RBA值（0.400），可能是因?yàn)镹FC不參與散射過(guò)程，因?yàn)镹FC的尺寸比光的波長(zhǎng)少了200 nm。零距和長(zhǎng)距抗張指數(shù)以及RBA值作為后續(xù)半經(jīng)驗(yàn)分析的輸入，用于預(yù)測(cè)剪切結(jié)合強(qiáng)度。

2.1 半經(jīng)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)

紙張的干強(qiáng)度由纖維自身的強(qiáng)度和長(zhǎng)度、纖維的結(jié)合強(qiáng)度（TEA和RBA）、紙頁(yè)的成形以及應(yīng)力分布-殘余應(yīng)力來(lái)決定。除非TEA非常強(qiáng)，否則單根纖維的抽出將成為纖維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)具有高RBA的重要因素。RBA值會(huì)決定紙頁(yè)最終的機(jī)械性能。RBA=（S0-S）/S0，其中S0是完全未結(jié)合的紙頁(yè)的散射系數(shù)，該紙頁(yè)不是由實(shí)驗(yàn)室制備的。光散射系數(shù)（S）等于常數(shù)（c）的乘積，而光散射系數(shù)則取決于波長(zhǎng)、纖維性能以及散射面積（As）。因此，將光散射系數(shù)的數(shù)據(jù)作為零距抗張強(qiáng)度的函數(shù)零值，并以此來(lái)推算出RBA值。如表4所示，MFC和NFC均具有較大的比表面積從而導(dǎo)致更高的RBA值，這是因?yàn)榧垙埑尚芜^(guò)程中彼此之間結(jié)合的機(jī)會(huì)更多。

前人提出了一種用于紙頁(yè)裂斷長(zhǎng)的半經(jīng)驗(yàn)表達(dá)模型，該模型可以用于計(jì)算纖維與纖維之間的結(jié)合強(qiáng)度。但是，這樣會(huì)使用過(guò)時(shí)的術(shù)語(yǔ)“裂斷長(zhǎng)”來(lái)表示抗張強(qiáng)度。因此，將橫截面積表示的抗張強(qiáng)度用于計(jì)算纖維之間的結(jié)合強(qiáng)度（結(jié)合裂斷應(yīng)力），如公式（1）所示。

式中：T表示抗張指數(shù)，N·m/g；Z表示零距抗張指數(shù)，N·m/g；Ac表示平均橫截面積，m2；Pc表示纖維的緊度，kg/m3；τb表示纖維之間的剪切應(yīng)力，Pa；p表示纖維的周長(zhǎng)，m；l表示纖維的平均長(zhǎng)度，m；RBA表示相對(duì)鍵接面積。

根據(jù)公式（1）可知，強(qiáng)度主要取決于單根纖維的強(qiáng)度以及這些纖維之間的結(jié)合。對(duì)于紙張而言，尤其是針葉木漿抄造的紙張，影響強(qiáng)度的主要因素是纖維之間的結(jié)合，同樣的原因也適合于棉短絨。因?yàn)槊逎{纖維具有較高的結(jié)晶度，所以其具有良好的強(qiáng)度性能。提高纖維之間的結(jié)合強(qiáng)度能夠有效地提高成紙的強(qiáng)度。而在硫酸鹽漿中添加MFC/NFC能夠增加分子的接觸面積，從而提高成紙的強(qiáng)度?；诠剑?）中的實(shí)驗(yàn)值，求解了單位面積的剪切結(jié)合強(qiáng)度，結(jié)果如表4所示。實(shí)驗(yàn)證明，一旦將MFC和NFC添加到紙頁(yè)中，這些值會(huì)明顯地降低。剪切結(jié)合強(qiáng)度減少的原因主要是添加MFC/NFC后的RBA和纖維周長(zhǎng)的增加，以及在添加NFC時(shí)零距抗張指數(shù)的降低。剪滯理論的核心概念是從基體向纖維的載荷轉(zhuǎn)移。根據(jù)剪滯模型，每單位面積的剪切結(jié)合強(qiáng)度可以采用公式（2）至（4）計(jì)算。

式中：T表示紙張的抗張強(qiáng)度，N·m/kg；σf表示纖維的抗張強(qiáng)度，N·m/kg；τb表示纖維之間的剪切應(yīng)力，Pa；P表示纖維的周長(zhǎng)，m；RBA表示相對(duì)鍵接面積；ρc表示纖維的緊度，kg/m3；Ac表示平均橫截面積，m2；l表示纖維的平均長(zhǎng)度，m；lcrit表示纖維的臨界長(zhǎng)度，m；df表示纖維的直徑，m。與公式（1）模型相似，盡管數(shù)值明顯偏低，但剪滯模型也能夠用于預(yù)測(cè)單位面積剪切結(jié)合強(qiáng)度，如表4所示。RBA和周長(zhǎng)的增加有助于預(yù)測(cè)這種下降的趨勢(shì)。早期的剪滯方法也表明，較低的TEA和RBA有助于纖維強(qiáng)度向紙張強(qiáng)度的轉(zhuǎn)變。

在半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ皖A(yù)測(cè)單位面積剪切結(jié)合強(qiáng)度的情況下，這一趨勢(shì)與實(shí)驗(yàn)值無(wú)關(guān)。添加MFC/NFC能夠提高RBA以及纖維的周長(zhǎng)，但是根據(jù)方程式所得，結(jié)合強(qiáng)度值又會(huì)有一定程度的下降。預(yù)計(jì)在增加MFC/NFC的情況下，由于有更多的表面積進(jìn)行結(jié)合從而導(dǎo)致RBA值的增加。類似地，在細(xì)纖維化過(guò)程中更多的細(xì)纖維從單根纖維中分離，從而增加纖維的有效周長(zhǎng)。RBA以及周長(zhǎng)這2個(gè)值的增加導(dǎo)致了MFC/NFC添加后剪切結(jié)合強(qiáng)度的下降。

2.2 機(jī)理研究

在前人的研究中，使用了幾種可能的機(jī)理主要包括毛細(xì)管力、氫鍵、范德華力和庫(kù)侖力，機(jī)械連接以及纖維的相互擴(kuò)散以此來(lái)表征纖維間的結(jié)合強(qiáng)度。上述機(jī)理是非常重要的，這是因?yàn)樵诩垙埑尚纹陂g纖維彼此之間的結(jié)合沒有使用任何的膠質(zhì)物，如果將紙張放回水中，則這些結(jié)合是完全可逆的，對(duì)應(yīng)機(jī)理圖如圖5所示。表5則是用于各種纖維間結(jié)合機(jī)理的能量估計(jì)模型。

圖5 紙頁(yè)中纖維結(jié)合的6種機(jī)理

纖維素分子的相互遷移導(dǎo)致彼此的相互擴(kuò)散結(jié)合，而納米尺寸的表面粗糙度以及纖維接觸區(qū)域中的物理相互作用導(dǎo)致了機(jī)械連結(jié)。在環(huán)境條件下紙張吸濕纖維中水的存在使它們橋接并產(chǎn)生毛細(xì)管力，而在半纖維素中Na+或Ca2+的存在使糖醛酸羧基產(chǎn)生庫(kù)侖力。根據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道中的晶體結(jié)構(gòu)I所示，層間距離為0.207 nm，—OH基團(tuán)的2個(gè)氧原子使得每單位晶胞形成4個(gè)氫鍵。如以前的文獻(xiàn)中所述，使用纖維素I的晶體結(jié)構(gòu)來(lái)估計(jì)范德華力。

分子的接觸面積是決定TEA的重要因素。此外，由于散射系數(shù)使分子的接觸面積與RBA的實(shí)際面積不同。RBA值估計(jì)受光的波長(zhǎng)和接觸面積的限制，其值小于光的波長(zhǎng)一半（＜200 μm），故無(wú)法檢測(cè)。這就導(dǎo)致了測(cè)量值和估計(jì)之間的差異很大。因?yàn)榧僭O(shè)中使用了不同種紙漿，因此估計(jì)了分子接觸的百分比以及電荷分布的下限和上限。測(cè)定TEA的最終值為29.19×10-16kJ/μm2（由于機(jī)械連結(jié)增加了55%，分子接觸增加了60%），使用打漿后的紙漿增加了55%。表4給出了各種樣品的預(yù)測(cè)值，圖6給出了總體的比較圖。

表5 用于各種纖維間結(jié)合機(jī)理的能量估計(jì)模型kJ/μm2

圖6 紙頁(yè)中纖維間結(jié)合強(qiáng)度的預(yù)估值

其中可以清楚地看出，與半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ拖啾?，機(jī)理模型能更好地預(yù)測(cè)結(jié)合強(qiáng)度。然而，機(jī)理模型預(yù)測(cè)的絕對(duì)值比實(shí)驗(yàn)值低5～10倍。與影響分子間的接觸來(lái)提高成紙的強(qiáng)度相類似，納米纖維素填料的滲透能夠提高聚合物復(fù)合材料的強(qiáng)度。

據(jù)報(bào)道，由100%TEMPO氧化的NFC制成的透明紙（抗張強(qiáng)度約8 MPa）比由100%木漿制成的普通紙（抗張強(qiáng)度約105 MPa）強(qiáng)度大，并且這種增加歸因于較高的包裝緊度以及纖維間的過(guò)多疊加。此次實(shí)驗(yàn)中，由于手抄片成形期間NFC的流失以及纖維（未漂硫酸鹽漿和NFC）之間較大的尺寸差異而導(dǎo)致RBA顯著降低，因此無(wú)法實(shí)現(xiàn)在紙頁(yè)中添加NFC來(lái)進(jìn)行類似的改進(jìn)。

今后的實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)應(yīng)該是形成一種新的紙頁(yè)成形方式來(lái)確保NFC能夠作為一種添加劑添加于漿料中。

3 結(jié)論

（1）未漂硫酸鹽漿中添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%以及質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%的MFC使手抄片的抗張指數(shù)分別提高了11%和18%，但是添加NFC則會(huì)使抗張指數(shù)下降。

（2）未漂硫酸鹽漿中添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%以及質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%的MFC使手抄片的耐破因子由11%分別增加到13%和14%，z向抗張強(qiáng)度也有了明顯的提高。

（3）半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ筒荒茴A(yù)測(cè)MFC和NFC用于紙張?jiān)鰪?qiáng)的實(shí)際行為，而機(jī)理模型可行。