湿法预处理OCC对其成浆物理性能的影响

崔举锋 臧永华 许 英 刘洪斌

(天津科技大学天津市制浆造纸重点实验室，天津，300457)

湿法预处理OCC对其成浆物理性能的影响

崔举锋 臧永华 许 英 刘洪斌

(天津科技大学天津市制浆造纸重点实验室，天津，300457)

提出了一种新的OCC预处理方法，即在碎解前将OCC在NaOH处理液中做浸泡处理或者在碱性条件下碎解。湿法预处理可以在不改变常规造纸流程的条件下改善再生纤维的润胀性能，以NaOH溶液浸泡-清水碎解处理方式所得纸张的力学性能指数提高较为明显，与相同打浆转数下清水碎解处理方式相比，裂断长、环压指数和耐破指数增幅分别达22.4%、20.5%和32.0%。湿法预处理同时缩短了OCC碎解时间，提高了废纸碎解效率。

湿法预处理;NaOH浸泡;OCC;力学性能;碎解效率

随着人们环保意识的日益增强，现代造纸工业充分利用回收废纸为主要纤维原料。但是，回收纤维的角质化严重影响了纸张的力学和光学性能等［1-3］。几十年来，国内外学者不断探索提高二次纤维结合性能的方法。大量研究结果证明了NaOH和生物酶处理有助于油墨的脱除和重施胶纸张的离解，有助于纤维的润胀，使纤维更加柔韧且结合更好，能够提高纸张的物理强度性能［4-9］。但是，这些化学方法或者生物酶处理方法都是处理碎解后的纸浆。一方面，这些处理方法不但费用高，而且需要改变常规的废纸造纸流程(例如增加了在碎解之后化学或者酶处理的工艺)，增加了生产负荷;另一方面，未经处理的废纸干强度较大，直接碎解废纸的能耗较高，碎解效率低。

本实验研究了利用湿法预处理，即在碎解前将OCC按一定的工艺条件在NaOH或者生物酶处理液中做浸泡处理，提高纸张物理强度性能的可行性。

1 实验

1.1 原料和化学药品

韩国进口OCC，将OCC撕成30 mm×30 mm的小纸片，放入密封容器中平衡水分24 h，测量水分，备用;NaOH(分析纯)，有效成分≥96%。

1.2 主要仪器设备

H273M型高浓水力碎浆机，美国Adirondack Machine Corporation公司;0.25 mm筛板筛浆机;267型PFI磨浆机，挪威纸浆造纸研究中心;标准纸页成形器，德国Estanit GmbH公司;DCP-KY3000型环压强度测试仪，四川长江造纸仪器有限公司;标准纤维解离器，SE062抗张强度测试仪，耐破强度测试仪，瑞典Lorentzen＆Wettre公司。

1.3 实验方法

湿法预处理在室温下进行，(23±2)℃;浸泡预处理浆浓为10%。湿法预处理的4种方式为:①清水浸泡-清水碎解 (WW);②清水浸泡-加 NaOH碎解 (WA);③NaOH溶液浸泡-含碱液碎解 (AA);④NaOH溶液浸泡后加清水碎解 (AW)。其中，AW处理方式中，NaOH溶液预处理的OCC滤除碱液后补加适量清水碎解，由于滤出的OCC仍含有部分碱液，所以碎浆时的pH值在8～9。对照浆的处理方式为未浸泡，清水碎解 (W)。

称取50 g绝干OCC。经浸泡或未经浸泡OCC在水力碎浆机中碎解，碎解频率为30 Hz，转子转速为671 r/min。碎解后的废纸浆用筛缝为0.25 mm的筛板筛选 (洗涤用水量一定)，收集粗渣和良浆并分别按式 (1)和式 (2)计算粗渣率和良浆率。称取一定量良浆，经标准纤维解离器疏解后 (15000转)，在标准纸页成形器上抄成定量为 (100±2)g/m2的手抄片。手抄片在标准恒温恒湿条件下放置24 h后按照国家标准方法进行物理强度性能检测。

1.4 分析与检测

对手抄片进行物理强度性能检测。

2 结果与讨论

2.1 湿法预处理中主要工艺参数的初步优化

2.1.1 NaOH用量对良浆率和手抄片物理强度性能的影响

采用AA预处理方式，NaOH用量对OCC制浆的良浆得率的影响见图1，NaOH用量对手抄片物理强度性能的影响见表1。

表1 NaOH用量对手抄片物理强度性能的影响

图1 NaOH用量对良浆得率的影响

由图1可见，在相同的碎解时间下，经过碱液浸泡的OCC制浆的良浆得率比未经过碱液浸泡的OCC有明显提高。当NaOH用量为1%时，良浆得率由清水浸泡的77.4%提高到84.1%;随着NaOH用量的继续增加，良浆得率出现下降趋势，当NaOH用量为2%时下降缓慢，而NaOH用量为3%时下降明显。图1说明，经过碱液浸泡的OCC更容易碎解，并且在NaOH用量1%～2%时良浆得率明显提高。

由表1可知，随着NaOH用量的不断增加，手抄片的物理强度性能都有不同程度的提高。当NaOH用量增加到2%时，各物理强度性能都有明显提高。表1说明，使用碱液浸泡OCC可以改善纤维的润胀性能，有助于增加纤维间的交织黏合力，提高手抄片的物理强度性能。综合分析，NaOH用量对良浆得率和纸张物理强度性能的影响，NaOH用量以2%为宜。

2.1.2 碱液处理时间对手抄片物理强度性能的影响

图2 碱液处理时间对手抄片物理强度性能的影响

处理温度与处理时间是一对相关参数，实验考察了常温下碱液浸泡时间对手抄片物理强度性能的影响，结果见图2。由图2可见，随着碱液浸泡时间的不断增加，手抄片的各项物理强度性能指标都相应地有所提高，并在2 h时达到一个较高点。但是当处理时间超过2 h时，裂断长和耐破指数增长缓慢，并呈现不同程度的下降趋势，且裂断长下降较为明显;而环压指数变化缓慢，并保持在一个相对稳定的范围内。由此说明，碱液在一定时间范围内，能够改善二次纤维的润胀性能，增强纤维交织黏合能力。如果处理时间过长就会对纤维造成不同程度的损伤，导致手抄片物理强度性能下降。由此考虑，处理时间以不超过2 h为宜。

综合分析，得出湿法预处理的适宜工艺条件为:NaOH用量2%，浸泡时间2 h，浆浓10%，温度(23±2)℃。

2.2 湿法预处理方式对手抄片物理强度性能的影响

在浸泡时间2 h条件下以不同湿法预处理方式处理OCC，考察不同湿法预处理方法对手抄片物理强度性能的影响，结果见表2。

表2 不同湿法预处理方式对手抄片物理强度性能的影响

由表2可见，WW处理方式对手抄片物理强度性能影响不大，说明将OCC在水中浸泡不能有效地改善纤维的润胀能力;经过NaOH预处理后的纸张物理强度性能都有不同程度的提高，以AW处理方式所得纸张的裂断长、环压指数、耐破指数都有明显的提高，增幅分别达到22.4%，20.5%，32.0%。研究表明，除了纤维长度和纤维自身强度的影响外，纤维的结合力也是影响成纸强度的一个重要因素，其主要取决于纤维表面的细纤维化和纤维的柔顺性 (柔顺性主要取决于纤维内部的细纤维化)两个主要因素［10］。表2说明，碱液浸泡预处理可能有利于增加纤维的柔顺性，提高纤维之间的交织结合强度。这是因为OH－破坏了废纸纤维中的部分氢键，一旦内部氢键断裂，水就能进入纤维使纤维润胀，从而增加了纤维的柔顺性和可塑性［7］。

2.3 湿法预处理后打浆对手抄片物理强度性能的影响

在浸泡时间2 h条件下，OCC分别经过W和AA湿法预处理 (NaOH用量为2%)后，采用PFI磨浆机进行打浆处理，并比较了手抄片的物理强度性能指标，结果见表3。

由表3可见，在相同的打浆转数下，经过湿法预处理后的手抄片的物理强度性能得到明显提高。在经过360转PFI打浆处理后，裂断长、环压指数和耐破指数分别达到4.89 km、9.99 N·m/g、3.38 kPa·m2/g。主要原因是由于OCC经过湿法预处理后，纤维的润胀性能得到改善，在打浆过程中更加有利于细纤维化，纤维表面会产生更多的游离羟基，使纤维间的氢键结合力进一步增强，提高了纸张的物理强度性能。同时可知，在获得相同的物理强度时经湿法预处理的浆料比未处理浆料的打浆转数少。经过湿法预处理后，未经 PFI打浆处理，环压指数达到9.10 N·m/g，而原浆需要经过约400～500转PFI打浆处理才可达到，说明湿法预处理OCC有助于提高后序的打浆效率，可在一定程度上降低打浆过程中的能耗。

2.4 湿法预处理方式对粗渣率的影响

通过碱液浸泡处理后，OCC得到一定程度的软化，在碎解过程中更容易被离解成为单根纤维。不同湿法预处理方式对碎解效率的影响不同，实验在浸泡时间2 h条件下考察了各湿法预处理方式在不同的碎解时间下对粗渣率的影响，结果见图3。

表3 PFI打浆对手抄片物理强度性能的影响

图3 不同湿法预处理方式对粗渣率的影响

由图3可见，在相同的碎解时间下，经过湿法预处理的OCC碎解所得粗渣率比未经过湿法预处理所得粗渣率明显降低，且不同的预处理方式表现出不同的碎解效果，以AA处理方式为例，在碎解时间为10 min时，粗渣率由未经过湿法预处理的22%降到了8%，碎解效率大幅提高。同时可见，WA和AA处理方式在相同的碎解时间表现出相近的粗渣率，并且比WW和AW处理方式所得粗渣率都低。由此说明，在适宜的碱性条件下碎解OCC，可以更好地提高碎解效率。这主要是因为碱液对再生纤维的润胀效果在一定程度上优于清水浸泡的效果，并且当存在碎解动力时，更加有利于OCC的离解和纤维的细化。

2.5 湿法预处理分析评估

湿法预处理为OCC的回用提供了新的解决方法，可以不用改变现有的废纸造纸流程和设备，只需在碎解工段前增设浸泡和传送设施即可实现对OCC的预处理。湿法预处理可以提高强度和碎解效率，并能降低碎解能耗。目前，以OCC为原料生产箱纸板的企业不断增多，湿法预处理还没能够在实际生产中得到应用，但是其为生产箱纸板的中小企业提供了一种新的可选择的OCC预处理方法。其本身所存在的缺点，如增加废水污染负荷、对纸浆中胶黏物的影响等，还有待于进一步研究。

3 结论

3.1 提出了一种新的OCC预处理方法，即在碎解前将OCC在碱处理液中做浸泡处理或者在碱性条件下碎解。研究发现，4种湿法预处理方式都能够不同程度地增强OCC纤维的润胀能力，提高纸张的物理强度性能。在温度 (23±2)℃、浆浓10%、NaOH用量2%和浸泡时间2 h的条件下，以AW(NaOH溶液浸泡-清水碎解)处理方式所得纸张的物理强度性能提高较为明显，与相同打浆转数下W(未浸泡，清水碎解)处理方式相比，裂断长、环压指数和耐破指数增幅分别约达22.4%、20.5%和32.0%。

3.2 OCC经过湿法预处理后，碎解所得粗渣率明显降低。以AA处理方式为例，在碎解时间为10 min时，粗渣率由未经湿法预处理的22%降到了8%，碎解效率得到明显提高，相应地降低了碎解能耗、提高了生产能力。同时湿法预处理有助于提高OCC的打浆性能，降低打浆过程中的能耗。

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Improvement of the Strength Properties of OCC Pulp by Alkali Soaking Pretreatment

CUI Ju-feng ZANG Yong-hua*XU Ying LIU Hong-bin
(College of Material Science and Chemical Engineering，Tianjin Key Lab of Pulp and Paper，Tianjin University of Science and Technology，Tianjin，300457)

A new method of pretreating old corrugated container(OCC)with caustic solution soaking before repulping or adding sodium hydroxide during repulping has been developed to improve mechanical properties of recycled linerboard made of the OCC．The proposed pretreatment may improve swellability of recycled fibers，leading to significant increase in tensile，ring crush，and burst index of the recycled sheets．The pretreatment also reduces the times needed for OCC repulping，thus increases productivity of the repulper．

soaking pretreatment;caustic soaking;OCC;strength properties;repulping efficiency

TS749+.7

A

0254-508X(2011)11-0013-04

崔举锋先生，在读硕士研究生;主要研究方向:废纸再生技术、纸张涂布与印刷适性。

(*E-mail:yonghuazang@tust．edu．cn)

2011-07-23(修改稿)

(责任编辑:郭彩云)