竹化學機械漿篩分耦合長纖維級分磨漿的增強工藝研究

摘要： 本研究通過篩分竹化學機械漿（簡稱化機漿） 得到各級分原料，耦合長纖維級分進行PFI磨漿處理，并將磨后長纖維級分與未處理短纖維級分按原比例混和抄紙；通過形態、形貌和保水能力確定長纖維分級標準，研究了長纖維級分經PFI磨漿處理后的形態、形貌和濾水性能變化，并分析了竹化機漿篩分耦合長纖維級分磨漿處理對紙張性能的影響。結果表明，竹化機漿中R50和P200/R400級分含量分別為46. 4%和27. 3%；微觀結構表征顯示R50和P50/R100級分纖維形態完整，表面較為光滑。篩分耦合長纖維磨漿后，隨著PFI磨漿轉數增加，R50和R100漿料游離度下降，保水值上升，纖維平均長度減小，平均寬度增加；磨漿轉數增至7 500 r時，細小纖維含量分別增至22. 3%和26. 6%。隨磨漿轉數的增加，R50和R100紙張松厚度下降，抗張指數和撕裂指數均增加；R50-P50/R400和R100-P100/R400紙張松厚度下降，抗張指數升高，撕裂指數先增加后降低。

關鍵詞：竹化機漿；篩分分級；PFI磨漿；耦合增強；紙張性能

中圖分類號：TS752 文獻標識碼：A DOI：10. 11980/j. issn. 0254-508X. 2025. 01. 015

化學機械漿（以下簡稱化機漿） 是一種通過簡單化學和機械研磨所制備的漿料，因其工藝靈活、原料適用面廣、得率高等優勢[1]，在造紙行業受到廣泛的青睞。近年來，為緩解木材纖維原料緊張的問題，非木材纖維原料利用率大大提高。其中，竹作為禾本科植物中最主要的原料，具有分布廣、成材快、價格低等優點。研究表明，竹材纖維質量介于針葉木漿和闊葉木漿之間，優于草漿，可作為木漿造紙原料的替代材料[2]。

竹化機漿紙張具有松厚度高的優點，但純竹漿紙力學強度較差，現竹漿主要應用于部分代替化學漿生產各類紙和紙板產品[3]，如印刷書寫紙、衛生用紙、白卡紙、包裝紙板等。為提升紙張力學性能，常見的紙漿增強方法包括生物法、化學法和物理法。其中，生物法多用生物酶處理紙漿，如纖維素酶、漆酶等[4]；化學處理有助劑增強、纖維改性等[5]；物理處理有磨漿、纖維混合使用等[6]。吳乾斌等[7]采用PFI磨漿機處理漂白硫酸鹽竹漿，將磨后漿料抄紙，紙張抗張指數、耐破指數等均得到提升。在磨漿過程中，原纖維進一步分絲帚化、細纖維化，表面羥基暴露增多，氫鍵結合數量增加，紙張抗張指數提高，但同時會導致紙張松厚度降低[8]。而竹化機漿中含有較多的細小組分及部分雜細胞，會影響其磨漿性能、漿料濾水性能及紙張強度等[9]。因此，在保持良好纖維形態的條件下，實現纖維間良好的結合強度，并保持高松厚度是目前竹化機漿應用亟需解決的瓶頸。

另外，竹化機漿木質素含量高[10]，纖維較為挺硬，在抄紙過程不容易被壓潰，更容易形成松厚度高的紙張結構[11]。而化機漿在成漿過程中相當一部分纖維變為細小纖維，過多細小纖維的存在不僅會影響紙機的運行過程，如留著、濾水、白水回收、助劑功效、干燥速率等，還會影響到紙張的多種性能，如紙張結構、物理性能、光學性能、印刷性能等[12]。篩分分級是一個高效利用竹漿的方式。Liu等[13]將硫酸鹽竹漿分級后的長纖維經酸水解和冷堿萃取進一步提純后轉化為可溶紙漿，將其與普通硫酸鹽竹漿混合，用于生產生活用紙。

因此，為合理地提高竹化機漿紙張強度性能，同時保留其高松厚度的特性，本研究將竹化機漿進行篩分分級，并對各級分基礎性能進行評價，得出長短纖維分級標準；再對長纖維級分耦合磨漿處理，以減少細小纖維的流失，將磨后漿料與短纖維級分混合抄紙，以探究竹化機漿篩分后，長纖維級分耦合磨漿處理對紙張性能的影響。通過探究篩分分級耦合長纖維磨漿工藝，為竹化機漿強度性能增強技術提供理論基礎。

1 實驗

1. 1 實驗原料及儀器

竹化機漿，游離度650 mL（CSF）；竹化學漿，游離度625 mL （CSF）。纖維疏解機（990270， 瑞典Lamp;W）；保爾篩分儀（BMN5A，奧地利PTI）；PFI磨漿機（DCS-041P，日本KRK）；多媒體顯微鏡（XTL-II，北京電子光學設備廠）；S-8100掃描電子顯微鏡-能譜分析儀（SEM-EDS，VEGA 3 SBH，捷克Tescan）；纖維質量分析儀（MorFi Compact，法國Techpap）；加拿大游離度儀（NO.2580-A，日本 KRK）；紙樣抄取器（TD10-200，咸陽通達輕工設備有限公司）；電腦測控厚度緊度儀（DC.HJY03，四川長江造紙儀器廠）；抗張強度試驗儀（062/969921，瑞典Lamp;W）；紙張撕裂度測定儀（60-2600-PROTEAR，巴西）。

1. 2 實驗方法

1. 2. 1 原料制備

稱取10.00 g絕干竹化機漿稀釋至漿濃1%，在標準纖維疏解機中疏解6 000 r，使用保爾篩分儀對原料篩分和收集。以篩分網孔徑為標準，未通過50目（粒徑（300，+∞） μm） 的原料命名為R50級分；未通過100目（粒徑（150，+∞） μm） 的原料命名為R100級分；通過50目且截留100目（粒徑[150，300） μm） 的原料命名為P50/R100級分；通過100目且截留200目（粒徑[75，100） μm） 的原料命名為P100/R200級分；通過200目且截留400目（粒徑[38，75） μm） 的原料命名為P200/R400級分。將上述收集的原料干燥、備用。

1. 2. 2 長纖維級分磨漿及混合抄紙

分別稱取30.00 g絕干R50和R100級分，稀釋至漿濃25%（為盡量減少纖維被切斷，提高化機漿分絲帚化程度，本研究采用較高的磨漿濃度），參照QB/T1463—2010采用PFI磨漿機進行磨漿，研磨不同轉數得到漿料。R50 和R100 磨漿前后的游離度按GB/T12660—2008《紙漿 濾水性能的測定“加拿大標準”游離度法》進行測量。