楊木APMP漿重復(fù)使用性能初探

戴 瑜，黃 海

(1.中南林業(yè)科技大學(xué)理學(xué)院化學(xué)教研室，湖南 長(zhǎng)沙 410004;2中國(guó)輕工業(yè)長(zhǎng)沙工程有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410004)

隨著我國(guó)生態(tài)和環(huán)境保護(hù)意識(shí)的提高和退耕還林、封山禁伐等一系列政策的實(shí)行，再生植物纖維已經(jīng)成為造紙工業(yè)中可持續(xù)發(fā)展的主要資源之一。如果植物纖維可多次長(zhǎng)久回用，其社會(huì)意義和經(jīng)濟(jì)效益是相當(dāng)可觀的[1]。

普遍認(rèn)為：纖維在回用后，性質(zhì)會(huì)發(fā)生很多變化，如：濾水性能、潤(rùn)脹能力下降而導(dǎo)致可塑性降低，纖維表面性質(zhì)的變化等；用二次纖維抄的紙緊度較小，抗張、耐折等主要強(qiáng)度性能也會(huì)普遍降低，造成這些問(wèn)題的主要原因有：纖維的角質(zhì)化，纖維長(zhǎng)度的變化，細(xì)小纖維含量的變化等[2]。因此，搞清二次纖維回用次數(shù)與不透明度和強(qiáng)度的關(guān)系，愈發(fā)顯得重要。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

楊木APMP漿：取自岳陽(yáng)紙廠。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

PFI磨：DCS-04IPT型，日本；ZBT紙張抄片器：ZQJ1-B型，陜西科技大學(xué)機(jī)械廠；抗張強(qiáng)度測(cè)定儀：YQ-Z-8型，四川省長(zhǎng)江造紙儀器廠；FQA質(zhì)量分析儀：Code LDA96，加拿大；白度儀：ND-B型，杭州高新自動(dòng)化儀器儀表公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)步驟

(1)對(duì)漿料進(jìn)行疏解，取樣，用FQA質(zhì)量分析儀測(cè)量纖維長(zhǎng)度，細(xì)小纖維含量。取一定量的漿料進(jìn)行抄片，將手抄片在干燥器中存放24h，以平衡水分，測(cè)量成紙的不透明度、抗張強(qiáng)度，重復(fù)以上操作五次，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，分析得出回用次數(shù)與不透明度、抗張強(qiáng)度的關(guān)系。

(2)將漿料通過(guò)PFI磨打漿，測(cè)量打漿度，取一定量的漿料抄片，繼續(xù)打漿抄片操作。本實(shí)驗(yàn)獲得了同一漿種不同打漿度所抄的紙片，測(cè)量其不透明度和抗張強(qiáng)度，記錄數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，得出打漿度對(duì)不透明度和抗張強(qiáng)度的影響。

2 結(jié)果與討論

2.1 APMP漿回用次數(shù)與不透明度、強(qiáng)度的關(guān)系

2.1.1 APMP漿回用次數(shù)對(duì)不透明度的影響

表1為APMP漿循環(huán)回用次數(shù)對(duì)成紙不透明度的影響。

表1 化機(jī)漿回用次數(shù)與不透明度的關(guān)系

由表1可以看出，APMP漿隨著纖維回用次數(shù)的增加，不透明度逐漸增大，這些變化在前兩次時(shí)變化較顯著，循環(huán)使用4次后，不透明度變化趨于穩(wěn)定。

除了不透明度，纖維的回用對(duì)纖維長(zhǎng)度和細(xì)小纖維含量的變化有影響，下表為FQA質(zhì)量分析儀對(duì)纖維長(zhǎng)度、細(xì)小纖維含量的測(cè)量數(shù)據(jù)。

表2 APMP漿回用時(shí)纖維長(zhǎng)度

表3 APMP漿回用時(shí)細(xì)小纖維含量

由表2和表3可以看出，前兩次回用時(shí)，細(xì)小纖維流失較嚴(yán)重，導(dǎo)致纖維間結(jié)合力有所下降，致使不透明度變化較大，但是纖維長(zhǎng)度變化不明顯，說(shuō)明纖維很少被細(xì)纖維化和切斷。但漿料在重復(fù)碎漿-脫水-干燥處理過(guò)程中，纖維素的部分游離羥基形成氫鍵結(jié)合，非結(jié)晶結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)晶結(jié)構(gòu)，使纖維素的結(jié)晶度增加，產(chǎn)生不可逆的角質(zhì)化，纖維變得挺硬，可塑性降低，吸水后的潤(rùn)漲減少，保水值下降，導(dǎo)致不透明度有所增加。APMP漿纖維角質(zhì)化對(duì)不透明度的影響超過(guò)了纖維長(zhǎng)度及細(xì)小纖維含量的影響。

綜上所述，APMP漿不透明度的主要的影響因素為：纖維的角質(zhì)化、纖維長(zhǎng)度和細(xì)小纖維含量。為了更好的利用APMP漿，應(yīng)綜合考慮以上因素。

2.1.2 APMP漿回用次數(shù)對(duì)抗張強(qiáng)度的影響

為APMP漿回用次數(shù)對(duì)成紙抗張強(qiáng)度的變化。

表4 APMP漿循環(huán)回用次數(shù)對(duì)成紙抗張強(qiáng)度的關(guān)系

由表4可知，隨著回用次數(shù)的增加，APMP漿的抗張強(qiáng)度略有上升，但到四至五次后，其物理強(qiáng)度趨于穩(wěn)定。

初始物理強(qiáng)度的大小決定于纖維長(zhǎng)度和纖維表面張力的大小，這種張力能使纖維間彼此接近，而這種張力正比于纖維的外表面積。在APMP漿中，細(xì)小纖維含量較高，外表面積大，流失較嚴(yán)重，物理強(qiáng)度本應(yīng)隨著細(xì)小纖維的流失而降低；但是正由于細(xì)小纖維的流失，使得長(zhǎng)纖維組分含量增加，其影響超過(guò)了角質(zhì)化的影響作用，所以紙張的物理性能有所改善。

綜上所述，APMP漿在重復(fù)利用時(shí)，在纖維角質(zhì)化、纖維長(zhǎng)度和細(xì)小纖維含量的綜合影響下，物理強(qiáng)度有所改善。

2.2 打漿的影響

隨著打漿的進(jìn)行，纖維吸水潤(rùn)脹并發(fā)生細(xì)纖維化，比表面積增加，提高了成紙的緊度和強(qiáng)度，而減少了紙中的光學(xué)非結(jié)合面積，降低了紙的不透明度。表5示出了APMP漿打漿度與不透明、強(qiáng)度的關(guān)系，由表5可知紙漿隨打漿度的上升，其成紙不透明度下降，但不同漿種其降低幅度有差異。

由表5可知，隨著打漿度的增加，纖維潤(rùn)脹和細(xì)纖維化增加，纖維的比表面積增大，游離出更多的羥基，促進(jìn)了纖維間氫鍵的結(jié)合，使纖維間的結(jié)合力不斷上升[3]。

打漿初期強(qiáng)度曲線上升很快，說(shuō)明纖維潤(rùn)脹和細(xì)纖維化增長(zhǎng)的速度很快，打漿中期曲線上升緩慢，說(shuō)明纖維的外表面積已充分暴露，纖維面積的增長(zhǎng)速度越來(lái)越慢，這階段影響抗張強(qiáng)度的主要因素是纖維的結(jié)合力。在后期雖然纖維結(jié)合力仍然上升，但很緩慢，隨著繼續(xù)的打漿，纖維的平均長(zhǎng)度有所下降，導(dǎo)致抗張強(qiáng)度下降，這階段影響抗張強(qiáng)度的主要因素是纖維的平均長(zhǎng)度。

隨著打漿度的增高，成紙后纖維結(jié)合較緊密，纖維間的空隙少，使光線的散射光減少，通過(guò)的光較多，使紙張的透明度增大，不透明度降低。

綜上所述，隨著打漿度的增加，不透明度逐漸下降，抗張強(qiáng)度先增后減。所以，在APMP漿回用過(guò)程中，一定要控制好打漿度，以協(xié)調(diào)光學(xué)性能和物理性能，使達(dá)到最好的利用價(jià)值。

3 結(jié)論

(1) 隨著回用次數(shù)的增加，APMP漿抗張強(qiáng)度略有增加，不透明度則逐漸增大。

(2)隨著打漿的進(jìn)行，APMP漿的不透明度逐漸下降，但抗張強(qiáng)度先增加后減小。

(3)由于研究者的實(shí)驗(yàn)條件不同，許多研究結(jié)果還存在爭(zhēng)議，纖維性能的許多指標(biāo)變化規(guī)律也不盡相同。

表5 打漿度與不透明度、抗張強(qiáng)度的關(guān)系

[1] 邵素英，胡開(kāi)堂.二次纖維的回用對(duì)纖維合成紙性能的影響[J].西南造紙,2001(4):16-17.

[2] 何北海, 黃應(yīng)剛，肖 萍.植物纖維回用品質(zhì)及衰變特性初探[J].造紙科學(xué)與技術(shù),2001,20(2):3-6.

[3] 謝來(lái)蘇,詹懷宇.制漿原理與工程[M].2版.北京：中國(guó)輕工業(yè)出版社，2001.