纤维丝光化对过滤纸板性能的影响

王洪振，赵传山，于淑慧

（山东轻工业学院制浆造纸科学与技术教育部重点实验室，山东济南250353）

纤维丝光化对过滤纸板性能的影响

王洪振，赵传山，于淑慧

（山东轻工业学院制浆造纸科学与技术教育部重点实验室，山东济南250353）

该文进行了阔叶木纤维的丝光化处理，并用其进行抄纸检测。在不同碱浓、温度、时间条件下对阔叶木纤维进行丝光化处理，从纸板的滤水速度、紧度等物理性能指标和电镜观察纤维形态等2方面探讨纤维丝光化对过滤纸板性能的影响。

丝光化；滤水时间；过滤纸板；紧度

某些特殊的过滤纸板要求纸质特别疏松，阻力特别低，这时仅靠控制打浆质量和筛除细小纤维尚不能满足要求，需要部分或全部使用纤维形态弯曲、富有弹性的丝光化浆。

所谓“丝光化”是指用浓碱液处理纸浆的过程。纤维经丝光化处理后将发生不同程度的物理和化学变化，纸浆在碱液的作用下，纤维得到充分润胀，碱液扩散至纤维细胞壁内部，使纤维素结晶区间的半纤维素、树脂和色素等都能较好地溶解而除去。经丝光化处理后的纤维变得光滑、圆润和扭曲。抄成纸页透气度增大，强度有所下降。丝光化浆具有较好的透气性能及化学稳定性，适于生产过滤纸、吸墨纸和字典纸等多种纸张[1]。

1 实验部分

1.1 实验原料及仪器

阔叶木浆板：商品浆；NaOH：分析纯；蒸馏水。

瓦利打浆机，恒温水浴锅，FQA纤维分析仪，电子显微镜，打散器，电子天平，凯赛法PFI抄片器，ZHD-4型纸张厚度计测定仪，真空泵。

1.2 丝光化处理

1.2.1 正交试验设计

采用3因素3水平正交试验,其因素水平的设计见表1。

表1 丝光化处理条件

1.2.2 丝光化处理方法

采用分析纯NaOH分别配制成量浓度为1 mol/L、3mol/L和5mol/L的溶液，再称取30 g（绝干）浆样9份，按照表2的顺序在恒温水浴锅中进行碱处理试验。浆样处理完毕后，用水冲洗，直到浆料呈中性为止。把浆料脱水后，分别装入塑料袋中，待平衡水分后测定其干度，放入冰箱中备用。

表2 丝光化处理正交试验表

1.2.3 测试分析

抄纸和物理性能的测定参考文献[2]。

丝光化后的阔叶木浆，利用抄片器进行抄片，松厚度按GB 451.3—1989用ZHD-4型厚度测定仪测定，滤水速度使用真空泵和滤瓶等组装的仪器在一定的真空度下进行测定。

2 结果与讨论

2.1 丝光化处理前后纤维外观形态变化的显微镜观察

取湿浆样适量加入试管中，加入水，加玻璃珠数粒，震荡，待充分分散后，配成质量分数为0.05%～0.10%的悬浮液；用滴管取上述悬浮液2滴，滴于载玻片上，用解剖针将纤维分散均匀，然后置于50～60℃热板或烘箱中烘干。待冷却后加入2～3滴Herberyg Stain染色剂染色，1～2 min后，小心用盖玻片盖片，再用滤纸从玻片两边侧吸取多余的染色剂。制片用日本OLYMPUSBH-2型多功能纤维观察镜观察，拍片，结果见图1。

通过图1可以看出，经丝光化处理的阔叶木浆纤维表面比没有经过丝光化处理的阔叶木浆的纤维表面更光滑。

2.2 丝光化处理对纤维素形态结构的影响

2.2.1 纤维长度的变化

图1 丝光化处理前后纤维的显微镜图

纤维的平均长度是纸浆的一项基本性质，可以用数均和重均等2种方法来表示。经丝光化处理后，纤维的数均长度和重均长度均有下降。这主要是因为纤维中的杂细胞和细小纤维的溶出，另外纤维发生润胀后，其横截面上细胞壁所占的环形面积增大，从而纵向长度下降。

丝光化处理程度厉害的纸浆细小纤维数量显著降低，尽管纤维的平均长度下降，但纤维的长度更均一，大部分集中在0.20～1.00 mm之间。纤维长度的均一化，使纸浆纤维的整体趋于均整。在抄纸过程中，由于能起连接作用和充当填充物的细小纤维的减少，使得纤维间的接触面积减小，纸页孔隙率增大，纤维间的排列更为疏松，对提高纸页的透气度、降低空气阻力具有十分重要的意义[3]16。

2.2.2 纤维横截面的变化

未经丝光化处理的纤维细胞壁薄、腔大，截面形状不规则。丝光化后，细胞壁发生润胀，各层细胞壁逐次分开，纤维的横截面形状由扁平逐渐变为类似椭圆，胞腔变小，纤维截面直径变小[3]74。纤维的截面形状与纸页的透气度有重要的关系，植物纤维的截面形状不均一，纤维间接触面积较大，成纸时结构紧密；而经过丝光化后，断面形状变得均一，使得纤维间接触面积减小，结合力减弱，导致成纸结构疏松。

2.3 丝光化处理对过滤纸板滤水速度的影响

阔叶木浆按照3因素3水平进行丝光化处理后，所抄纸页的紧度和滤水速度的数据及分析结果见表3～5。

表3 丝光化后的滤水时间

表4 丝光化与滤水时间的关系

表5 丝光化正交实验分析

由表3和表4可以得出在纤维的丝光化处理中，条件为在室温（25℃左右）、用c（NaOH）=为5 mol/L溶液处理100 min时，能得到最好的丝光化效果，即在此条件下能得到较好的滤水性能。对此结论进行的分析为：纸页的滤水速度与紧度是一对相互矛盾的指标，滤水速度随着紧度的增大而减小。纤维经丝光化处理后，纤维素发生一系列的物理及化学变化，大分子间的氢键受到破坏，纤维素发生润胀，纤维变得扭曲；同时也使纤维素结晶区间的半纤维素、树脂和色素等都能较好地溶解而除去，使得纤维之间的结合力削弱。因此经过这样处理后的纸浆抄成纸页，强度下降，纤维之间有较大的空隙，因此其透气度增大[3]132。

丝光化处理可使纸浆纤维弯曲、富于弹性，制成的纸阻力更低，但强度也大大下降，需同时采取补强措施，解决强度和阻力之间的矛盾。丝光化后，成纸结构疏松，滤水速度加快，对提高纸页的透气度，降低空气阻力具有十分重要的意义。

未经丝光化处理的纤维细胞壁薄、腔大、截面形状不规则，所抄纸页的纤维交织紧密，孔隙率较小。丝光化后，细胞壁发生润胀，各层细胞壁逐次分开，纤维的横截面形状由扁平逐渐变为类似椭圆，胞腔变小，纤维截面直径变小，成纸时减少了纤维并列排布的现象，形成了较为松散的网状结构，使得纸页孔隙率变大，纤维间结合点减少，结合面积小。纤维丝光化后外观形态的变化使得所抄造的纸页结构较为疏松，透气度增大，使纸页的滤水性得到较好的改善[4-5]。

从表5中可以看出，对纸页滤水速度而言，碱液浓度是主要影响因素，温度次之，时间再次之。当碱液浓度较大而温度较低时，所抄纸页的滤水速度较大。

2.4 丝光化处理对纸张紧度性能的影响

丝光化处理对纸张物理性能的影响见表6。

纤维经丝光化处理后，纤维素发生一系列的物理及化学变化，大分子间的氢键受到破坏，纤维素发生润胀，纤维变得扭曲，同时使纤维素结晶区间的半纤维素、树脂和色素等都能较好地溶解而除去，纤维结合力削弱。经过这样处理后的纸浆抄成纸页强度下降，纤维之间有较大的空隙，因此其滤水速度增大[6]。

3 结论

（1）对阔叶木纤维进行丝光化处理能提高纸页的滤水速度，但降低了纸页的强度。丝光化处理对纸页强度和滤水速度的影响顺序为碱液浓度、温度、时间。当碱液浓度越高，温度越低，时间越长，滤水速度越大，然而纸页强度越小。

（2）纤维的形态学因子——纤维长度、细胞壁的厚度和纤维的缠绕状况对于纤维本身的机械强度有很大影响。阔叶木纤维经丝光化处理后，使纤维发生润胀，细胞壁显著增厚，胞腔变小，纤维变得扭曲、柔软，平均长度变小，直径变小。

［1］徐斌，郑炽嵩，胡健，等.马尾松纤维丝光化研究［J］.广东造纸，2000，19（6）：4-8.

［2］石淑兰，何福望.制浆造纸分析与检测［M］.北京：中国轻工业出版社，2004.

［3］詹怀宇.纤维化学与物理［M］.北京：科学出版社，2005.

［4］王铁群，陈家楠.纤维素在丝光化处理过程中结构变化的研究［J］.纤维素科学与技术，1996，l4（2）：13-18.

［5］Yang Y X，Chen R S，Dai A B.Study on structure of local diatomite［J］.Acta Chim.Sinica，1996，54（1）：57-64.

［6］付欣，唐爱民，张宏伟，等.纤维素纤维的可及度及多孔性能表征研究［J］.造纸科学与技术，2005，24（6）：49-53.

The Effects of Fiber Mercerization on the Properties of Filtration Board

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）

Hardwood fibersweremercerized by sodium hydroxide，and made into filtration board.Themercerization was carried out under various alkali concentrations，temperatures and reaction time.The effects ofmercerization on the properties of filtration board were investigated by analyzing the filtering rate and tightness of the filtration board and observing themorphology of themercerized fiberswith electronmicroscope.

mercerization；filtration time；filtration board；tightness

book=4,ebook=98

TS761.2

A 文献标识码：1007-2225（2010）02-0010-04

王洪振先生（1985-），轻化与环境工程学院制浆造纸工程08级研究生；研究方向：造纸化学品与功能纸；E-mail:wanghongzhen0@126.com。

2009-12-21（修回）

本文文献格式：王洪振，赵传山,于淑慧.纤维丝光化对过滤纸板性能的影响[J].造纸化学品，2010，22（2）：10-13.