亞硫酸鈉-兩種制漿方法對闊葉木紙漿質(zhì)量的影響

亞硫酸鈉-兩種制漿方法對闊葉木紙漿質(zhì)量的影響

世界森林體積超過65%，并繼續(xù)增加。用闊葉木制得的紙漿具有較高的競爭力,由于闊葉木一般比針葉木緊密,能增加蒸煮鍋的裝料量,因而可提高工廠的生產(chǎn)能力,闊葉木含木素量比針葉木低,且易于在蒸煮藥液中溶出,闊葉木半纖維素含量較高,使紙漿得率較高,這些說明了利用闊葉木制漿具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。闊葉木漿適用于生產(chǎn)多種紙張,例如印刷紙、書寫紙和薄頁紙,由于闊葉木漿的纖維較細(xì)、較短,使許多紙種配用大量闊葉木漿后可改善紙的性質(zhì),例如勻度、不透明度和表面性質(zhì);短纖維不必經(jīng)受較長時間打漿就能獲得均勻分散,節(jié)省打漿能耗。生產(chǎn)薄頁紙要求松厚度較高、柔軟性和吸收性較好,采用闊葉木漿是十分有利的,使用闊葉木漿還可以使紙張形穩(wěn)性好,不易卷曲等。盡管闊葉木漿強(qiáng)度比針葉木漿差,但是它具有上述這些優(yōu)點,使它成為許多紙種不可缺少的纖維原料。目前,闊葉木漿的增長速度比針葉木漿和非木材纖維漿都快。因此,從闊葉木森林蓄積量、生長速度以及闊葉木漿需要量的增長來考慮,闊葉木漿有著廣闊的發(fā)展前景。1不同材種密度對纖維形態(tài)的影響四種闊葉木為櫸木(Fagusgrandiflora山毛櫸)、樺木(Betulaverrucosa疣皮樺)、楊木(Populus顫楊)和桉木(E.globules藍(lán)桉),其纖維形態(tài)測定結(jié)果見表1。表1數(shù)據(jù)表明,不同材種密度從450kg/m3(楊木)到630kg/m3(櫸木),木材密度表示細(xì)胞壁厚度與腔直徑之間的比率,對于纖維的柔韌性有明顯影響。樺木和楊木薄壁細(xì)胞含量較低,桉木導(dǎo)管含量很少,但是導(dǎo)管十分大,櫸木含許多小尺寸導(dǎo)管。櫸木纖維含量最低,楊木壁腔比最低。櫸木纖維最硬,而楊木纖維最柔韌。桉木纖維最短,細(xì)胞壁厚度與樺木類似。2不同質(zhì)量木素含量木材化學(xué)組分可確定制漿的適應(yīng)性。木材中纖維素和木素含量影響紙漿得率,纖維素含量高紙漿得率也高,相反,木素含量高紙漿得率低。半纖維素含量多少也可確定紙漿的一些工藝性能,半纖維素含量高能改善打漿性能和提高紙漿的抗張強(qiáng)度,但是會降低紙漿的不透明度。四種闊葉木的化學(xué)組分見表2。從表2看出:桉木和楊木纖維素含量高、木素含量低,而半纖維素含量比櫸木和樺木低,特別是桉木半纖維素含量相當(dāng)?shù)汀?不同材種asa豆?jié){得率及硬度采用KP和ASA兩種方法對四種闊葉木進(jìn)行制漿,所有蒸煮進(jìn)行到紙漿卡伯值相同,紙漿中殘留木素含量低,對于闊葉木漿殘留木素含量正常范圍卡伯值為15～20。由于闊葉木中木聚糖在堿性條件下穩(wěn)定性好,因此紙漿得率較高。ASA紙漿得率比KP紙漿得率高,主要由于開始蒸煮時蒸煮液中堿度不同。ASA蒸煮用NaOH/Na2SO3比率為35/65,在開始蒸煮時只加入部分NaOH,加熱到最高溫度時才全部加入,由于延緩加入NaOH,使ASA開始蒸煮時發(fā)生碳水化合物降解甚少。比較了不同材種之間的紙漿得率,楊木漿得率最高,隨后是桉木漿和樺木漿,櫸木漿得率最低。紙漿得率與不同原料中化學(xué)組分相關(guān),特別是與纖維素和木素含量有關(guān)。所有紙漿篩渣含量低,ASA漿比KP漿篩渣含量稍高。詳見表3。所有紙漿采用O-Q-OP-Q-P順序漂白,OP段過氧化氫用量2%,P段過氧化氫用量4%,漂白后紙漿得率、白度和最終漂白漿化學(xué)組分見表4。櫸木KP漿漂后白度最高,而桉木ASA漂白選擇性高,該法保持漂白后紙漿得率高的優(yōu)點,這表明ASA漿更加適合于全無氯漂白,而且漂白漿黏度較高。漂白后紙漿得率楊木漿最高,隨后是桉木漿和樺木漿,櫸木漿最低。ASA漂白漿得率比KP漿高,桉木漿和樺木漿高0.5%(以木材重量為基準(zhǔn)),楊木漿高2%,櫸木漿高2.8%。4asa和kp法不同材種的光散射性能纖維形態(tài)、制漿和漂白方法、工藝條件以及紙漿的化學(xué)組分決定漿的性質(zhì),此外,碳水化合物的降解程度(聚合度)對紙漿的性質(zhì)也有很大的影響。圖1表明四種闊葉木KP和ASA漿的打漿性能。ASA漿打漿度進(jìn)展較快,因為ASA漿比KP漿半纖維素含量高。樺木漿比楊木漿更加易于打漿,雖然樺木纖維壁稍厚使其分離和破裂比楊木稍難,但由于楊木漿中半纖維素含量比樺木漿低(見表4),半纖維素屬于打漿進(jìn)程快的組分,在這種情況下,半纖維素含量優(yōu)于纖維細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)對打漿的影響。櫸木漿和桉木漿在打漿時間20min后才達(dá)到規(guī)定的打漿度,櫸木漿纖維較粗糙,較難打漿。另一方面,櫸木導(dǎo)管含量比桉木多兩倍,導(dǎo)管對機(jī)械處理是敏感的,它降解快,增加細(xì)小纖維,影響強(qiáng)度性質(zhì)。圖2表明在標(biāo)準(zhǔn)打漿度25°SR時,四種闊葉木漿制得手抄紙頁的抗張強(qiáng)度,所有ASA漿的抗張強(qiáng)度都比相應(yīng)的KP漿要高,這主要是由于ASA漿半纖維素含量高,有利于纖維的粘合性能,樺木漿抗張強(qiáng)度最高,楊木漿次之,櫸木漿和桉木漿最低,這與纖維結(jié)構(gòu)對抗張強(qiáng)度的影響是相似的。打漿時間短的楊木漿薄壁纖維解離形成的手抄紙頁較緊密,漿的抗張強(qiáng)度高還由于纖維表面對體積比率和粘合面積大。桉木漿抗張強(qiáng)度隨打漿時間進(jìn)展緩慢,還由于細(xì)胞壁厚、腔小和導(dǎo)管含量少。圖3表明四種闊葉木漂白漿的撕裂指數(shù),不同材種紙漿手抄紙頁的撕裂指數(shù)與抗張指數(shù)相反,樺木漿的撕裂指數(shù)最低,而桉木漿最高,撕裂指數(shù)表示單根纖維的強(qiáng)度,主要取決于細(xì)胞壁的抗撕裂性能、壁厚及纖維直徑。半纖維素對漿的強(qiáng)度也很重要,但是半纖維素不屬于纖維本身強(qiáng)度(即抗撕裂),這可以說明ASA漿中雖富含半纖維素,但是撕裂指數(shù)卻比相應(yīng)的KP漿低。闊葉木漿的抗張指數(shù)和撕裂指數(shù)隨打漿時間進(jìn)展相反,這使紙漿總強(qiáng)度的評估復(fù)雜化,許多紙漿的應(yīng)用或以抗張強(qiáng)度或以撕裂強(qiáng)度作重要依據(jù),但是,大多數(shù)情況下考慮平衡兩個強(qiáng)度性質(zhì),這意味著即使一個強(qiáng)度極好,而另一個也必需達(dá)到最低要求?！熬C合強(qiáng)度因子”以[裂斷長(km)×撕裂因子(CN/10)0.5]表示,見圖4。圖4表明四種闊葉木漂白漿的綜合強(qiáng)度因子十分接近。樺木漿和桉木漿的綜合強(qiáng)度因子稍高于其它漿,但相差甚小。綜合強(qiáng)度因子不能明顯表示兩種方法生產(chǎn)的紙漿總強(qiáng)度的差別。對比結(jié)果顯示ASA法櫸木和桉木漿的綜合強(qiáng)度因子比其它漿稍好,而KP法樺木漿和楊木漿的綜合強(qiáng)度因子比其它漿稍好。比較了ASA漿和KP漿TCF漂白后漿的強(qiáng)度性質(zhì),ASA漿抗張強(qiáng)度較高,而KP漿撕裂強(qiáng)度較高。紙漿的光學(xué)性質(zhì)對應(yīng)用于印刷的紙?zhí)貏e重要,光學(xué)性質(zhì)不僅反映紙漿白度,而且也反映了紙頁的光散射性能,它取決于紙頁表面對光的不均勻性,并可反映不透明度的高低,這些性質(zhì)取決于纖維形態(tài)和紙漿的化學(xué)組分。圖5比較了四種闊葉木漂白漿的光散射系數(shù),桉木漿最高,隨后是櫸木漿和楊木漿,樺木漿最低。緊密的厚壁細(xì)胞光散射性能高,這些纖維形成多孔性,使紙頁容積大,有利于光散射。半纖維素起著相反作用,它使紙頁封閉并使纖維之間膠粘,因此,富含半纖維素的紙漿光散射性能低。圖5表明楊木和樺木ASA漿的光散射較好,盡管它們半纖維素含量高,由于漿中半纖維素對打漿影響好,富含半纖維漿打漿進(jìn)展快,所需打漿時間短,因此,在相同打漿度下,纖維機(jī)械降解少且更加保護(hù)細(xì)胞結(jié)構(gòu)有利于漿的光散射。四種闊葉木漂白漿制得手抄紙頁具有不同容積也支持這些解釋,紙頁容積變化與光散射系數(shù)變化相同,桉木漿最大,隨后是櫸木漿、楊木漿和樺木漿,見圖6。紙頁的容積取決于纖維對機(jī)械形變的穩(wěn)定性,它取決于細(xì)胞壁厚度和紙漿粗糙度,紙頁容積對印刷紙和書寫紙非常重要,對于薄頁紙同樣重要,它能提供光學(xué)性質(zhì)、平滑度和吸水性能。5不同木材品種對豆?jié){性能的影響紙漿的特性取決于木材品種、纖維形態(tài)、化學(xué)組分和制漿方法,纖維形態(tài)和制漿方法對紙漿質(zhì)量影響較大,采用硫酸鹽(KP)和堿性亞硫酸鈉-蒽醌(ASA)兩種制漿方法和TCF漂白方法,試驗了四種闊葉木(櫸木、樺木、楊木和桉木)的制漿性能,結(jié)果表明:在相同制漿工藝條件下,木材品種較制漿方法對紙漿的性質(zhì)影響大,兩種制漿方法得到的紙漿得率,楊木漿最高,隨后是樺木漿和桉木漿,櫸木漿得率最低。楊木漿得率比櫸木漿高10%(以木材重量為基準(zhǔn)),這意味著可以增加紙漿產(chǎn)量約20%,即使漂白后紙漿得率仍然是楊木漿最高。ASA法制漿得率比KP法高,這是由于ASA蒸煮過程中堿度較低,保護(hù)了更多的碳水化合物,特別是半纖維素。不同方法制得的紙漿對打漿性能也產(chǎn)生影響,ASA漿的打漿進(jìn)展較快,由于漿中半纖維素含量較高,有利于提高紙頁的抗張強(qiáng)度,但是對撕裂強(qiáng)度起相反作用。不同木材品種的纖維形態(tài)特征