杨木APMP浆重复使用性能初探

2018-06-07戴瑜，黄海

山东化工 2018年10期

戴瑜，黄海

(1.中南林业科技大学理学院化学教研室，湖南长沙 410004;2中国轻工业长沙工程有限公司，湖南长沙 410004)

随着我国生态和环境保护意识的提高和退耕还林、封山禁伐等一系列政策的实行，再生植物纤维已经成为造纸工业中可持续发展的主要资源之一。如果植物纤维可多次长久回用，其社会意义和经济效益是相当可观的[1]。

普遍认为：纤维在回用后，性质会发生很多变化，如：滤水性能、润胀能力下降而导致可塑性降低，纤维表面性质的变化等；用二次纤维抄的纸紧度较小，抗张、耐折等主要强度性能也会普遍降低，造成这些问题的主要原因有：纤维的角质化，纤维长度的变化，细小纤维含量的变化等[2]。因此，搞清二次纤维回用次数与不透明度和强度的关系，愈发显得重要。

1 实验

1.1 实验原料

杨木APMP浆：取自岳阳纸厂。

1.2 实验设备

PFI磨：DCS-04IPT型，日本；ZBT纸张抄片器：ZQJ1-B型，陕西科技大学机械厂；抗张强度测定仪：YQ-Z-8型，四川省长江造纸仪器厂；FQA质量分析仪：Code LDA96，加拿大；白度仪：ND-B型，杭州高新自动化仪器仪表公司。

1.3 实验步骤

(1)对浆料进行疏解，取样，用FQA质量分析仪测量纤维长度，细小纤维含量。取一定量的浆料进行抄片，将手抄片在干燥器中存放24h，以平衡水分，测量成纸的不透明度、抗张强度，重复以上操作五次，统计数据，分析得出回用次数与不透明度、抗张强度的关系。

(2)将浆料通过PFI磨打浆，测量打浆度，取一定量的浆料抄片，继续打浆抄片操作。本实验获得了同一浆种不同打浆度所抄的纸片，测量其不透明度和抗张强度，记录数据统计分析，得出打浆度对不透明度和抗张强度的影响。

2 结果与讨论

2.1 APMP浆回用次数与不透明度、强度的关系

2.1.1 APMP浆回用次数对不透明度的影响

表1为APMP浆循环回用次数对成纸不透明度的影响。

表1 化机浆回用次数与不透明度的关系

由表1可以看出，APMP浆随着纤维回用次数的增加，不透明度逐渐增大，这些变化在前两次时变化较显著，循环使用4次后，不透明度变化趋于稳定。

除了不透明度，纤维的回用对纤维长度和细小纤维含量的变化有影响，下表为FQA质量分析仪对纤维长度、细小纤维含量的测量数据。

表2 APMP浆回用时纤维长度

表3 APMP浆回用时细小纤维含量

由表2和表3可以看出，前两次回用时，细小纤维流失较严重，导致纤维间结合力有所下降，致使不透明度变化较大，但是纤维长度变化不明显，说明纤维很少被细纤维化和切断。但浆料在重复碎浆-脱水-干燥处理过程中，纤维素的部分游离羟基形成氢键结合，非结晶结构转变为结晶结构，使纤维素的结晶度增加，产生不可逆的角质化，纤维变得挺硬，可塑性降低，吸水后的润涨减少，保水值下降，导致不透明度有所增加。APMP浆纤维角质化对不透明度的影响超过了纤维长度及细小纤维含量的影响。

综上所述，APMP浆不透明度的主要的影响因素为：纤维的角质化、纤维长度和细小纤维含量。为了更好的利用APMP浆，应综合考虑以上因素。

2.1.2 APMP浆回用次数对抗张强度的影响

为APMP浆回用次数对成纸抗张强度的变化。

表4 APMP浆循环回用次数对成纸抗张强度的关系

由表4可知，随着回用次数的增加，APMP浆的抗张强度略有上升，但到四至五次后，其物理强度趋于稳定。

初始物理强度的大小决定于纤维长度和纤维表面张力的大小，这种张力能使纤维间彼此接近，而这种张力正比于纤维的外表面积。在APMP浆中，细小纤维含量较高，外表面积大，流失较严重，物理强度本应随着细小纤维的流失而降低；但是正由于细小纤维的流失，使得长纤维组分含量增加，其影响超过了角质化的影响作用，所以纸张的物理性能有所改善。

综上所述，APMP浆在重复利用时，在纤维角质化、纤维长度和细小纤维含量的综合影响下，物理强度有所改善。

2.2 打浆的影响

随着打浆的进行，纤维吸水润胀并发生细纤维化，比表面积增加，提高了成纸的紧度和强度，而减少了纸中的光学非结合面积，降低了纸的不透明度。表5示出了APMP浆打浆度与不透明、强度的关系，由表5可知纸浆随打浆度的上升，其成纸不透明度下降，但不同浆种其降低幅度有差异。

由表5可知，随着打浆度的增加，纤维润胀和细纤维化增加，纤维的比表面积增大，游离出更多的羟基，促进了纤维间氢键的结合，使纤维间的结合力不断上升[3]。

打浆初期强度曲线上升很快，说明纤维润胀和细纤维化增长的速度很快，打浆中期曲线上升缓慢，说明纤维的外表面积已充分暴露，纤维面积的增长速度越来越慢，这阶段影响抗张强度的主要因素是纤维的结合力。在后期虽然纤维结合力仍然上升，但很缓慢，随着继续的打浆，纤维的平均长度有所下降，导致抗张强度下降，这阶段影响抗张强度的主要因素是纤维的平均长度。

随着打浆度的增高，成纸后纤维结合较紧密，纤维间的空隙少，使光线的散射光减少，通过的光较多，使纸张的透明度增大，不透明度降低。

综上所述，随着打浆度的增加，不透明度逐渐下降，抗张强度先增后减。所以，在APMP浆回用过程中，一定要控制好打浆度，以协调光学性能和物理性能，使达到最好的利用价值。