杨木P-RC APMP成纸性能的优化

2011-11-21张美云魏晓芬董和滨

中国造纸 2011年12期

关键词：化机杨木浆料

陈菊张美云王建魏晓芬董和滨陈碧

(1.陕西科技大学，陕西西安，710021;2.榆林学院，陕西榆林，719000)

杨木P-RC APMP成纸性能的优化

陈菊1张美云1王建1魏晓芬1董和滨1陈碧2

(1.陕西科技大学，陕西西安，710021;2.榆林学院，陕西榆林，719000)

利用不同游离度 (CSF)的杨木P-RC APMP进行配抄，研究了各种高CSF浆 (骨架浆)和低CSF浆 (填充浆)的配比对成纸性能的影响，并探讨了一定强度下的高松厚度浆料的最佳配比。结果表明，最佳配比为:填充浆CSF 60 mL，骨架浆CSF 600 mL，配比0.14∶1，在此条件下的混合浆与CSF 480 mL填充浆对比，所得成纸的松厚度提高14%，抗张强度和内结合强度分别有一定的提高。

杨木P-RC APMP;游离度;配比;松厚度;强度

近年来，由于化机浆的高松厚度性能，它已被广泛应用于纸张的生产。然而，与化学浆相比，其强度性能较低，限制了化机浆的进一步使用。因此，提高化机浆的利用率，提高其强度性能成为了研究重点［1］。有研究表明，通过调节化机浆预处理过程中的碱用量，可获得高强度或高松厚度的纸张［2］。然而，并不能使纸张同时具有高强度和高松厚度。最近对细小纤维独特性能的研究表明［3-4］，在化机浆中添加细小纤维，可以在保证纸张一定松厚度的同时，提高纸张的强度［5-6］。

基于此，本实验利用不同游离度的浆料进行配抄来获得化机浆在保证成纸高强度的同时具有高松厚度，以增大国产速生材高得率浆在高档纸板芯层中的使用量，同时平衡化机浆用量过大时成纸的松厚度和强度。

1 实验

1.1 实验原料

A浆:国内某厂杨木P-RC APMP一段高浓磨后浆料，游离度 (CSF)710 mL。

B浆:上述国内某厂杨木P-RC APMP第二段低浓磨后浆，CSF 480 mL。

1.2 实验设备与仪器

DCS-041P型PFI磨浆机，游离度仪，日本KUMAGAI RIKI KOGYO有限公司;TAPPI标准抄片器，陕西科技大学机械厂;KRK内结合强度仪，日本KUMAGAI RIKI KOGYO公司;DC-HJ Y03电脑测控厚度紧度仪，四川省长江仪器厂;SEO64抗张强度仪，瑞典L＆W公司。

1.3 实验方法

1.3.1 浆料的制备

分别取A浆和B浆若干，浸泡24 h，于标准纤维解离器中解离5000转，均衡水分测CSF，根据QB/T-1463—1992中的要求采用PFI磨进行磨浆，浆浓10%，磨浆间隙0.2 mm。分别将浆料磨至CSF如表1所示。

表1 磨浆实验表

图1 填充浆CSF对成纸性能的影响

1.3.2 抄纸并检测成纸性能

本实验定义高CSF的A浆为骨架浆、低CSF的B浆为填充浆。根据表2中的配比、利用TAPPI标准抄片器进行抄片，并进行白水回收，前6张用来制白水，后6张抄造手抄片。经压榨后的湿纸页，采用BBS-3纸页成形器的干燥器进行干燥，然后平衡水分，按照国家标准测定纸张的定量、松厚度、抗张强度和内结合强度。

表2 配抄实验表 mL

2 结果与讨论

2.1 填充浆对成纸性能的影响

图1为填充浆CSF对成纸性能的影响。由图1可知，骨架浆CSF一定，随着填充浆CSF的增加，成纸的松厚度、抗张指数和内结合强度均呈下降趋势。但是当填充浆CSF大于60 mL，纸张松厚度下降趋势增大，而抗张指数和内结合强度下降趋势相对均变得缓慢。因为在相同CSF的骨架浆中，填充浆CSF不断提高，要保证混合浆具有相同的CSF，填充浆的配用量必然增大，骨架浆的用量随之变少。纸张松厚度下降趋势增大说明，混合浆中粗大纤维减少，粗大纤维主要来自于骨架浆，因此骨架浆中的粗大纤维是混合浆料松厚度的保证。而且填充浆CSF越高，纤维越长，纤维细纤维化程度越低，细小纤维难于填充纸张空隙，此时，其在浆料中的分布程度比本身的特性更为重要，保证了成纸的松厚度。

填充浆中细小组分在纸张结构中起着填充和桥联的作用，决定着成纸强度。随着填充浆CSF的增加，细小组分细纤维化程度降低，所以，成纸强度都逐渐下降。

因此，不同CSF浆料配抄时，随着填充浆CSF的增加，成纸的松厚度和强度性能都在降低，当填充浆CSF小于60 mL时，成纸在获得较高松厚度的同时，保证成纸具有较高的强度性能。考虑到能耗问题，实验中未考虑CSF低于40 mL的填充浆，因此，填充浆CSF应为40～60 mL。

2.2 骨架浆对成纸性能的影响

图2为骨架浆CSF对成纸性能的影响。由图2可知，配抄时，填充浆CSF一定时，骨架浆CSF不同，成纸松厚度变化不同。随着骨架浆CSF的降低，成纸松厚度总体呈下降趋势。当骨架浆CSF低于600 mL，成纸松厚度下降趋势增大。随着骨架浆CSF的降低，纤维长度减小，粗大组分降低，导致成纸松厚度总体呈下降趋势。但骨架浆CSF较高时，纤维长度和粗大纤维组分降低较小，成纸松厚度变化趋势小。这表明，骨架浆中粗大纤维多，是纸张结构的骨架，决定成纸的松厚度。

图2 骨架浆CSF对成纸性能的影响

填充浆CSF一定时，随着骨架浆CSF的降低，成纸抗张指数和内结合强度呈先上升后下降趋势。骨架浆CSF为600 mL时，抗张指数和内结合强度均到最大点。这是因为，前期骨架浆磨浆，纤维长度降低较小，部分长纤维分丝帚化，骨架浆与填充浆纤维间的结合力增加，导致成纸抗张强度和内结合强度增加;后期，随着磨浆继续，CSF持续降低，粗大纤维分丝程度增加，纤维间结合力也增加，但纤维切断程度增大，纤维长度降低，导致成纸的抗张强度和内结合强度呈现下降趋势。因此，骨架浆CSF应选择600 mL。

综上所述，骨架浆性能是影响不同CSF浆料配抄的关键因素。当骨架浆CSF选择600 mL时，与填充浆配抄，成纸具有较高的松厚度，同时抗张强度和内结合强度取得最大值，能够改善成纸性能，保证成纸具有较高松厚度的同时还具有较高的强度性能。

2.3 不同游离度浆料配比对成纸性能的影响

图3 不同CSF浆料配比对配抄的影响

图3是填充浆相对于骨架浆的配用量对配抄的影响。其中把骨架浆配用量看作是单位1，纵坐标代表填充浆配用量与骨架浆用量之比，也就是填充浆的配用量。

不同CSF浆料的配比是影响成纸配抄性能的另一因素。由图3可知，不同CSF化机浆配抄，在达到混合浆相同CSF时，填充浆的配用量差距较为明显。当使用的骨架浆CSF越高时，配用的填充浆量越大，当使用的骨架浆CSF越低时，配用的填充浆量越小。在生产中，填充浆的游离度越小，则磨浆程度就越高，磨浆能耗就越大，成本就越高。因此，为了降低成本和能耗，使用的填充浆用量要少，配比要小。当填充浆CSF为60 mL，骨架浆CSF为600 mL，混合浆的配比分别为0.14∶1(即1∶7)，填充浆的配用量约占配抄成纸总质量的12.5%。

综上所述，不同CSF浆混合配抄时最优工艺条件为:填充浆CSF 60 mL，骨架浆CSF 600 mL，填充浆与骨架浆的配比为0.14∶1。

2.4 混合浆与目标浆性能对比

根据配抄实验的分析结果，选取最优的配抄工艺条件:填充浆CSF 60 mL，骨架浆CSF 600 mL，配比为0.14∶1，混合浆CSF为475 mL。与目标浆 (B浆)相比，其成纸性能对比如图4所示。

图4 目标浆与混合浆成纸性能对比

与目标浆成纸相比，不同CSF浆料混合配抄后，成纸的松厚度提高约14%，抗张强度和内结合强度分别提高约3%和5%。可见，利用不同CSF的杨木P-RC APMP混合后抄纸，与相同CSF的目标浆相比，成纸的抗张强度和内结合强度有一定提高时，成纸的松厚度显著提高，可降低生产成本，提高经济效益。

3 结论

利用不同游离度 (CSF)的杨木P-RC APMP进行配抄，研究了各种高CSF浆 (骨架浆)和低CSF浆 (填充浆)的配比对成纸性能的影响。并探讨了一定强度下的高松厚度浆的最佳配抄工艺。

3.1 配比相同骨架浆时，成纸的松厚度、抗张指数和内结合强度随着填充浆CSF的降低而呈上升趋势。

3.2 配比相同填充浆时，成纸的松厚度下降，抗张指数和内结合指数随着骨架浆CSF的降低而先提高后降低。

3.3 在保证成纸一定强度下，达到成纸高松厚度的最优配抄工艺为:填充浆CSF 60 mL，骨架浆CSF 600 mL，配比为 0.14∶1。

3.4 在最优工艺下，混合浆与CSF 480 mL填充浆相比，成纸松厚度提高14%，抗张强度和内结合强度分别有一定提高。

［1］Resalati，Hossein．The effects of APMP process variables on poplar pulp yields and properties［C］//International Mechanical Pulping Conference(2007)．2007．

［2］Yajun Zhou，Yun Zhirun，Jiang Zhihua．Overview of the Characteristics，Properties and Applications of High-yield Pulps［J］．Word Pulp and Paper，2007，26(1):1．

［3］Li Haijun，Ni Yonghao，Sain Mohini．Characterization of BCTMP fines and their effect on sizing［J］．Tappi Journal，2002，1(7):3．

［4］Retulainen E．Effect of fines on the properties of fiber networks［J］．Produce of Papermaking，1993，2(9):727．

［5］杨波，侯庆喜，温浩．速生材杨木P－RC APMP浆和桉木漂白化学浆间的协同效应［J］．中国造纸，2011，30(6):1．

［6］张美云，陈菊，王建，等．不同游离度杨木P－RC APMP配抄对成纸性能的影响［J］．中国造纸，2011，30(10):16．

The Study on Strength and Bulk of Aspen Chemi-mechanical Pulp

CHEN Ju1，*ZHANG Mei-yun1WANG Jian1WEI Xiao-fen1DONG He-bin1CHEN Bi2
(1．Shaanxi University of Science and Technology，Xi'an，Shaanxi Province，710021;2．Yulin College，Yulin，Shaanxi Province，719000)
(*E-mail:c．1juz@yahoo．com．cn)

It is a difficult job to balance the strength property and bulk of the paper using chemi-mechanical pulp as furnish．The effect of the different ratios of the P-RC APMP pulps with different freeness on paper property was studied in this paper．The results indicated that the mixed pulp containing 14 parts of the filler pulp with 60 mL CSF and 100 parts of the backbone pulp with 600 mL CSF can make the paper with reasonably good strength and balk properties．Compared to the paper made of filler pulp with 480 mL CSF，the bulk improves by 14%and tensile and internal bonding strength increase respectively．

aspen P-RC APMP;backbone pulp;appended pulp;bulk;strength