桉木cmp打漿效果分析

桉木cmp打漿效果分析

由于其高產(chǎn)量、低污染負(fù)荷、紙漿新興性和松延性，以及良好的光學(xué)性能，該紙漿產(chǎn)量約占世界紙漿產(chǎn)量的20%。桉木漿是一種優(yōu)良的短纖維闊葉漿種,由于其纖維粗細(xì)比較均勻,纖維細(xì)胞的紋孔結(jié)構(gòu)簡單,木質(zhì)化程度較低,成紙平滑度、松厚度、不透明度及柔軟性、吸水性均優(yōu)于針葉木漿,可廣泛用于抄造高檔書寫紙、復(fù)印紙、白紙板、證券紙、卷煙紙、衛(wèi)生紙、餐巾紙等紙種。本文就打漿對(duì)桉木CTMP性能的影響進(jìn)行了研究。1實(shí)驗(yàn)1.1中試系統(tǒng)工藝條件桉木原料,取自廣東雷州林業(yè)局尾葉桉,桉木CTMP漿由華南理工大學(xué)的奧地利中試系統(tǒng)制得。工藝條件:NaOH2%,Na2SO32%,溫度100℃,保溫時(shí)間60min。打漿:CTMP漿料,用吉林造紙廠GNW-300高濃磨漿機(jī)進(jìn)行兩段磨漿,磨漿間隙分別為0.3mm和0.1mm。1.2實(shí)驗(yàn)方法1.2.1料袋密封水浴加密封用堿性亞鈉法處理自制桉木CTMP漿料,將漿料和化學(xué)藥品放入塑料袋密封進(jìn)行水浴處理,液比1∶7,為藥液反應(yīng)均勻,每隔10min將塑料袋均勻捏一遍。處理?xiàng)l件為:水浴溫度100℃,NaOH用量5%,Na2SO3用量15%,水浴處理時(shí)間2h。1.2.2g/l干干固漿制備將已處理的漿料充分洗滌、解離、濃縮后測量水分,取相當(dāng)于30g絕干漿,用Mark-V1型PFI磨打漿,每次30g(絕干)漿料,漿濃10%,打漿間距0mm。1.2.3紙樣的制備用標(biāo)準(zhǔn)紙頁成型器將紙漿抄成定量大約為60g/m2的紙樣,紙頁經(jīng)0.42MPa第一道壓榨4min,第二道壓榨2min,干燥條件100℃,10min。試樣在ISO標(biāo)準(zhǔn)恒溫恒濕條件下平衡24h后,待用。1.2.4測定了光散射系數(shù)s的測量和物理性能光散射系數(shù)S,可根據(jù)用波長為550nm的綠光測定紙張的R∞和R0來計(jì)算。將平衡水分后的紙頁按照ISO相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)測定。2結(jié)果與討論2.1aanifs-400纖維質(zhì)量分析方法為研究打漿程度對(duì)纖維形態(tài)的影響,利用KajaaniFS-300纖維質(zhì)量分析儀分析了纖維長度、寬度、粗度、卷曲、扭結(jié)等形態(tài)參數(shù)及細(xì)小纖維含量的變化。分析結(jié)果如表1所示。2.1.1纖維重均長度一般來說,纖維重均長度對(duì)紙張的物理強(qiáng)度影響最大,因此本文也以纖維重均長度表示纖維長度,由表1,得出不同打漿度下的纖維重均長度,分布如圖1。由表1和圖1可知,隨著打漿轉(zhuǎn)數(shù)的提高,纖維的數(shù)均長度、重均長度、二重重均長度都呈下降趨勢。纖維重均長度開始下降比較快,到達(dá)6000r時(shí),由不打漿時(shí)的0.8mm下降到0.6mm,但打漿后期,長度相對(duì)穩(wěn)定,在6000~14000r間,長度變化很小(0.555±0.045mm)。2.1.2纖維粗度的變化粗度對(duì)紙張的多數(shù)強(qiáng)度性能、空氣和液體滲透性以及表面平滑度均有重要的影響。從表1和圖2知,在打漿初期,纖維的粗度減少顯著,從0到6000r,粗度由25.8mg/100m下降到13.7mg/100m,下降率為46.9%。隨著打漿的進(jìn)行,纖維的粗度變化緩慢,基本上不受打漿的影響。粗度下降主要是由于PFI機(jī)械作用使桉木CTMP纖維表面的P層和S1層逐步脫除,單位長度纖維的質(zhì)量減少,同時(shí)使得打漿漿料的纖維寬度降低,后期纖維寬度隨著打漿作用的增加而有所提高,可能是由于纖維的分絲帚化所致。2.1.3pfi磨打漿前后纖維的曲線特征見表1纖維卷曲是指纖維平直方向的彎曲,如圖4所示。纖維卷曲指數(shù)定義為:卷曲指數(shù)=(L/Lmax)-1。扭結(jié)是指纖維曲率的急劇變化,如圖5所示,現(xiàn)在普遍采用kibblewhite定義的方法來表征纖維的扭結(jié)指數(shù)。扭結(jié)指數(shù)(KinKIndex)按如下公式計(jì)算:扭結(jié)指數(shù)=[2N(21~45)+3N(46~90)+4N(91~180)]/L式中:N為樣品在某一角度范圍內(nèi)突變點(diǎn)的數(shù)量;L為樣品纖維總長度;N的下標(biāo)(21~45)、(46~90)、(91~180)分別為扭結(jié)角度的范圍。由表1和圖3可知,PFI磨打漿后纖維的卷曲指數(shù)和扭結(jié)指數(shù)都隨著打漿作用的增加而上升,但打漿10000r后,卷曲指數(shù)和扭結(jié)指數(shù)均開始降低。一般來說,高濃打漿時(shí),纖維受到強(qiáng)烈的擠壓、揉搓和扭曲等作用,使纖維縱向受到壓縮,同心層產(chǎn)生滑動(dòng),造成纖維產(chǎn)生卷曲、扭結(jié)等變形。中濃打漿時(shí)卷曲指數(shù)和扭結(jié)指數(shù)只在打漿初始段上升,而隨著打漿度的上升,中濃打漿使卷曲和扭結(jié)指數(shù)降低。卷曲指數(shù)的下降主要是因?yàn)槔w維被部分切斷而引起的。試樣纖維的KinK指數(shù)隨著打漿的進(jìn)行而呈減小趨勢,說明了纖維卷曲部分突變點(diǎn)也隨著打漿的進(jìn)行而減少,纖維被拉直,因此提高了試樣纖維總長度L,這與kibblewhite’s定義的KinK指數(shù)表達(dá)式相符。2.1.4ctmp纖維的剪切作用如圖6所示,隨著打漿作用的增加,桉木CTMP數(shù)均細(xì)小纖維含量Fines(n)和重均細(xì)小纖維含量Fines(I)均不斷提高。由于桉木CTMP漿中木素含量高,附著木素的纖維發(fā)硬發(fā)脆,打漿時(shí)由于纖維受到機(jī)械力的作用、纖維之間的摩擦作用及漿料循環(huán)流動(dòng)中的剪切作用,容易被切斷,產(chǎn)生細(xì)小纖維。對(duì)于桉木本身纖維長度較小,重均長度一般在0.8mm,隨著打漿作用的增強(qiáng),細(xì)胞壁碎片由于機(jī)械的作用不斷脫落,其中初生壁P層和次生壁S1層部分產(chǎn)生剝落,暴露出更多的S2層,纖維表面的細(xì)小纖維從纖維上不斷脫離。2.2打漿對(duì)纖維色度的影響由表2知,隨著打漿度的提高,桉木CTMP的白度有所提高,這可能與制漿過程有關(guān),桉木磺化化機(jī)漿纖維表面含有大量木素,在打漿作用下木素不斷脫除。但隨著打漿的進(jìn)行,纖維開始潤脹、分絲帚化及細(xì)纖維化,致使纖維的內(nèi)部被暴露出來,同時(shí)也暴露了更多發(fā)色基團(tuán)和助色基團(tuán),故白度下降。打漿改善了紙漿纖維柔軟性,交織構(gòu)成紙頁時(shí)可以形成更多纖維之間的結(jié)合,使紙內(nèi)纖維的相對(duì)結(jié)合面積增加,非結(jié)合面積減少,紙張的光散射系數(shù)降低。2.3打漿轉(zhuǎn)數(shù)對(duì)纖維撕裂指數(shù)的影響由表3可知,打漿轉(zhuǎn)數(shù)為14000r時(shí),紙頁抗張指數(shù)達(dá)到53.29N·m/g,提高了原來強(qiáng)度的9.55倍,說明PFI磨打漿對(duì)于提高桉木CTMP漿強(qiáng)度指標(biāo)十分明顯。纖維的零距抗張強(qiáng)度是纖維的自身性質(zhì),主要與纖維細(xì)胞壁組分的排列相關(guān)。本實(shí)驗(yàn)中漿料纖維的零距抗張強(qiáng)度并沒有隨著打漿度的上升而下降,而是隨著打漿度的上升而有上升的趨勢,在Gurnagul的文中,也有同樣的趨勢,這一現(xiàn)象可能與纖維的卷曲相關(guān)。隨著打漿轉(zhuǎn)數(shù)的增加,打漿到12000r時(shí)打漿度為56.5°SR,撕裂指數(shù)從1.236mN·m2/g增加2.836mN·m2/g;但隨著打漿的進(jìn)行,撕裂指數(shù)開始下降,這是纖維之間結(jié)合力增加和纖維長度縮短共同作用的結(jié)果。纖維長度隨著打漿轉(zhuǎn)數(shù)的增加逐漸降低,但撕裂指數(shù)卻在打漿后期才會(huì)降低,這說明打漿前期纖維長度變化不是主要影響因素,結(jié)合力的影響更加重要。耐破指數(shù)也隨著打漿度的升高有不斷增加的趨勢。3纖維厚度和打漿強(qiáng)度對(duì)桉木紙頁光學(xué)性能的影響3.1的桉木CTMP纖維的長度和粗度隨著打漿的進(jìn)行而減小,后期長度和粗度趨于穩(wěn)定,扭結(jié)指數(shù)和卷曲指數(shù)先增加后減小,纖維平均寬度先減小后增大,細(xì)小纖維含量逐步上升。說明纖維細(xì)胞壁在PFI磨漿處理下,纖維被切斷,其整體結(jié)構(gòu)和形狀發(fā)生了變形扭曲,并且發(fā)生了碎片化現(xiàn)象。3