不同游离度杨木P-RC APMP配抄对成纸性能的影响

张美云 陈 菊 王 建 张 宁

(陕西科技大学，陕西西安，710021)

不同游离度杨木P-RC APMP配抄对成纸性能的影响

张美云 陈 菊 王 建 张 宁

(陕西科技大学，陕西西安，710021)

采用PFI磨对杨木P-RC APMP进行磨浆，获得不同游离度的浆料，研究了不同游离度浆料配抄对成纸性能的影响。结果表明，随着游离度的不断降低，成纸的抗张强度逐渐提高，但松厚度逐渐下降。为了兼顾成纸的强度与松厚度，采用不同的配比将低游离度浆添加到高游离度浆中发现，配比后浆料游离度 (CSF)若高于415～420 mL，有利于成纸的松厚度，若游离度低于415～420 mL，有利于成纸的抗张强度。在保证松厚度基本不变，提高强度所需要的混合浆游离度应低于460 mL。在保证强度基本不变，提高松厚度所需要的混合浆游离度应高于420 mL。组分分析表明，长纤维比例的增加有利于成纸松厚度的提高，细小纤维含量的增加有利于成纸强度的提高。

杨木P-RC APMP;游离度;成纸性能;配比

化学机械浆技术自20世纪问世以来，以其高得率、高松厚度、低成本、低污染等特点发展迅速［1］。化学机械浆产品以漂白化学热磨机械浆 (BCTMP)、预处理加盘磨化学处理碱性过氧化氢机械浆 (P-RC APMP)技术为主。

无论是哪一种浆，在生产使用过程中，为了更好地发挥化学机械浆高得率、高松厚度的性能，传统上是将化学浆与化学机械浆进行配抄，这样不仅能充分发挥化学机械浆的特性，又能降低成本。如Eric.Xu等人研究得出加拿大杨木P-RC APMP及其漂白硫酸盐浆 (BKP)在纤维内结合强度方面有协同效应。这主要是由于P-RC APMP比BKP纤维尺寸分布更宽，有助于在纤维之间形成更多的“桥联”，因此可提高纤维间总的结合强度。而化学机械浆的特性之一是含有较少的长纤维组分和较多的细小纤维组分［2］，前人研究表明细小纤维能使纸张的强度性能得到保障［3-4］。而且高度细纤维化的 BKP与高得率浆(HYP)能改善纤维结合，提高 HYP机械强度［5］。并且在初步的研究中已经表明，采用PFI磨浆更有利于浆料性能的提高［6］。

本实验研究了不同加拿大标准游离度 (CSF)的杨木P-RC APMP配抄所获得的浆料对成纸性能的影响，以提高化学机械浆纸张性能。

1 实验

1.1 原料

取自国内某厂的杨木P-RC APMP，具体参数见表1。

表1 杨木P-RC APMP浆的基本参数

1.2 主要设备和仪器

纤维疏解器、日本 DCS-041P型 PFI磨浆机、Tappi抄片器、加拿大游离度仪、内结合强度仪、抗张强度测试仪、鲍尔筛分仪。

1.3 实验方法

(1)采用PFI磨浆机进行磨浆，磨浆间隙为0.2 mm，磨浆浓度 10%。分别获得 CSF为 475、450、425、400、350、325、60 mL的浆料。

(2)将CSF为60 mL的浆料 (B浆)分别以10%、15%、20%、25%的比例配比到CSF为500 mL的A浆中，分别获得CSF为475、450、425、400 mL的浆料 (混合浆)，研究混合浆的成纸性能。

(3)以不同CSF制成混合浆，对比混合浆和原浆磨浆 (未混合浆)的各项成纸性能。其中:

(4)采用Tappi抄片器，白水循环，前5张手抄片用于白水制备，后5张手抄片用于性能测试，手抄片采用自然风干，纸张性能按照国家标准进行测试。

(5)利用鲍尔筛分仪，对部分混合浆和未混合浆进行筛分实验。

2 结果与讨论

2.1 磨浆对A浆CSF和纸张性能的影响

磨浆对A浆CSF和纸张性能的影响见图1。由图1可见，随着A浆CSF的不断降低，成纸的抗张指数、抗张能量吸收值 (T.E.A)逐步提高，但松厚度逐渐下降。如图1所示，成纸T.E.A的变化趋势在实验范围内是持续增加的，说明了其纤维间结合力在不断增加。

图1 磨浆对A浆性能的影响

2.2 混合浆的性能

B浆和A浆不同配比下混合浆性能如图2所示。由图2可知，随着B浆配比的增加，混合浆的游离度不断降低。B浆为低游离度的浆料，其中细小纤维组分较多，添加量越多，混合浆中细小组分越多，滤水越困难，打浆度增加。此外，混合浆的成纸性能除松厚度呈下降趋势外，抗张指数、T.E.A和内结合强度均明显上升。分析原因可知，细小纤维含量的增加，有利于纤维结合力的增加，使得抗张强度提高，纤维断裂时所需要的能量也随之增加。由于添加了低游离度浆，使得平均纤维长度减小，细小纤维比表面积增大，纤维之间更容易产生氢键，从而紧度有所增加，松厚度降低。但是，若与未混合浆相比，不难看出，混合浆各项指标都发生了变化，下面进行具体分析。

图2 混合浆的性能

2.2.1 松厚度

不同CSF下混合浆相对未混合浆成纸松厚度的变化率见图3。图3中曲线呈先上升后下降的趋势，其中有一部分在x轴上方，说明该配比下的混合浆的松厚度高于未混合浆，此时有利于提高浆料的松厚度。当曲线与x轴相交时，即浆料CSF约为420 mL，此时未混合浆和混合浆的松厚度相等，在x轴下方，则混合浆松厚度低于未混合浆松厚度。

图3 不同CSF下混合浆相对未混合浆松厚度的变化率

添加一定量的低CSF浆可以使得浆料中有足够的细小纤维。在抄纸过程中，这些细小纤维的纤维素分子上游离出大量羟基，促进了纤维表面的脱水性，当纸幅脱水时，细小纤维将填充在长纤维或中长纤维的空隙中，相邻纤维间的羟基通过氢键紧密结合，从而赋予化学机械浆独特的纸张性能［7］。

但低CSF浆添加过量，则会导致细小纤维含量过量，导致纤维结合更加紧密，紧度提高，松厚度则不断降低，所以会出现曲线在x轴下方的情况。

2.2.2 抗张指数

图4 不同CSF下混合浆相对未混合浆抗张指数的变化率

不同CSF下混合浆相对未混合浆抗张指数的变化率如图4所示。由图4可见，混合浆抗张指数先低于未混合浆，之后高于未混合浆，当曲线与x轴相交时即CSF约为415 mL时，二者抗张指数相同。这说明，添加一定量低CSF浆，分布在浆料中的细小纤维与其他较长纤维相互交错，产生了桥联，增加了纤维间的结合能力。同时，低CSF浆中纤维表面游离羟基也能增加纤维氢键结合，从而促进纤维抗张指数的提高。但是，在x轴下方的曲线随着低CSF浆添加量的增加呈先下降后上升的趋势，如在CSF为425 mL时，达到最低点。这说明，混合浆的抗张指数一直低于未混合浆，而且差距越来越大。这可能是由于细小纤维与其他较长纤维之间形成桥联存在一个临界点。当在该点之前，桥联所产生的纤维网络虽然具有了一定的抗张和收缩能力，但是这个纤维网络并没有完全形成。在该点之后，纤维网络已经形成，但是此时只具有网络本身所具有的能力。如果细小纤维含量继续增加，纤维网络中的结合点可能急剧增加，导致抗张强度迅速提高。

2.2.3 内结合强度

不同CSF下混合浆相对未混合浆内结合强度变化率如图5所示，混合浆的内结合强度开始时低于未混合浆，但是当低CSF浆添加到一定量之后，便高于未混合浆。这可能是由于纤维网络结合能力的提高导致的。

在CSF约为460 mL时，混合浆与未混合浆的内结合强度相同。这说明，若要想提高混合浆的内结合强度，混合浆CSF应低于460 mL。结合松厚度与抗张强度可知，在保证松厚度基本不变，提高强度所需要的混合浆CSF应低于460 mL。在保证强度基本不变，提高松厚度所需要的混合浆CSF应高于420 mL。

图5 不同CSF下混合浆相对未混合浆内结合强度变化率

2.3 组分分析

因为在CSF 475 mL和400 mL时，混合浆相对于未混合浆，松厚度和强度分别达到了的最高值，对CSF为475 mL和400 mL的混合浆和未混合浆进行组分分析，结果如表3所示。

由表3可知，CSF为475 mL时，混合浆R30目组分增幅最大，此时，成纸的松厚度达到最大值;CSF为400 mL时，P200目组分增加幅度最大，此时抗张指数达到了最大值。这说明，长纤维比例的增加有利于成纸松厚度的提高，细小纤维含量的增加有利于成纸强度的提高。

表3 混合浆与未混合浆组分对比 %

3 结论

3.1 实验用P-RC APMP浆，在游离度 (CSF)500 mL下，通过添加一定量的CSF为60 mL的低CSF浆，可以同时使成纸的松厚度和强度性能得到改善。配比后浆料的CSF若高于415～420 mL，有利于成纸的松厚度;若低于415～420 mL，有利于成纸的抗张强度。在保证松厚度基本不变，提高强度所需要的混合浆CSF应低于460 mL。在保证强度基本不变，提高松厚度所需要的混合浆CSF应高于420 mL。

3.2 组分分析表明，混合浆中，长纤维比例的增加有利于成纸松厚度的提高，细小纤维含量的增加有利于成纸强度的提高。

［1］Zhou Yajun．High Yield Pulps(HYP)in Paper and Board［C］//90th Annual Meeting-Pulp and Paper Technical Association of Canada．2004(B):143．

［2］Xu Eric C，Zhou Yajun．Synergistic Effects between P-RC APMP and Bleached Kraft Pulps from Canadian Aspen［J］．Appita，2005，58(6):481．

［3］赵 林，高 扬，秦梦华．高得率浆的特性及其在造纸工业中的应用［J］．上海造纸，2008，39(3):25．

［4］Li Haijun，Sain Mohini．Characterization of BCTMP fines and their effect on sizing［J］．Tappi Journal，2008(4):192．

［5］张 荣，王高升，陈夫山．化学浆的细纤维化对高得率浆性能的影响［J］．中国造纸，2010，29(1):18．

［6］张美云，董和滨，王 建．高低游离度配抄对成纸性能的影响［J］．中国造纸，2011，30(1):1．

［7］王志杰，王 旸，王彬彬．APMP浆细小纤维与纸张性能的关系［J］．纸和造纸，2007，26(2):33．

The Effect of Poplar P-RC APMP with Different Freeness on Paper Properties

ZHANG Mei-yun CHEN Ju*WANG Jian ZHANG Ning
(Shaanxi University of Science and Technology，Xi’an，Shaanxi Province，710021)
(*E-mail:c．1juz@yahoo．com．cn)

The pulps with different freeness were prepared by beating poplar P-RC APMP with PFI，the effects of different freeness pulps on paper properties were studied．The results showed that with freeness continuous decreasing，the tensile strength of the paper improved gradually while the bulk decreased．It was the same tend with conventional chemical pulp．When two different freeness pulps such as a high-freeness pulp and a low-freeness pulp were mixed with different ratioes to make paper，the freeness of the mixed pulp over 415～420 mL CSF was of benefit to bulk;under 415～420 mL CSF was of benefit to tensile strength．In order to increase the strength while to keep the bulk stable，the freeness of the mixed pulp should be lower than 460 mL CSF;on the other hand，the freeness of the mixed pulp should be higher than 420 mL CSF in order to increase the bulk while to keep the strength basically stable．Compared with different fraction of the pulp，it showed that the long fiber can improve the bulk while the fines can increase the strength of the paper．

poplar P-RC APMP;freeness;paper properties;ratio

TS752;TS753

A

0254-508X(2011)10-0016-04

张美云女士，博士，教授;主要研究方向:高性能加工纸、特种纸技术和化学机械浆性能、应用与机理。

2011-06-17(修改稿)

本课题得到国家自然科学基金 (项目批准号:31070527)资助。

(责任编辑:郭彩云)