纖維絲光化對過濾紙板性能的影響

王洪振，趙傳山，于淑慧

（山東輕工業(yè)學院制漿造紙科學與技術(shù)教育部重點實驗室，山東濟南250353）

纖維絲光化對過濾紙板性能的影響

王洪振，趙傳山，于淑慧

（山東輕工業(yè)學院制漿造紙科學與技術(shù)教育部重點實驗室，山東濟南250353）

該文進行了闊葉木纖維的絲光化處理，并用其進行抄紙檢測。在不同堿濃、溫度、時間條件下對闊葉木纖維進行絲光化處理，從紙板的濾水速度、緊度等物理性能指標和電鏡觀察纖維形態(tài)等2方面探討纖維絲光化對過濾紙板性能的影響。

絲光化；濾水時間；過濾紙板；緊度

某些特殊的過濾紙板要求紙質(zhì)特別疏松，阻力特別低，這時僅靠控制打漿質(zhì)量和篩除細小纖維尚不能滿足要求，需要部分或全部使用纖維形態(tài)彎曲、富有彈性的絲光化漿。

所謂“絲光化”是指用濃堿液處理紙漿的過程。纖維經(jīng)絲光化處理后將發(fā)生不同程度的物理和化學變化，紙漿在堿液的作用下，纖維得到充分潤脹，堿液擴散至纖維細胞壁內(nèi)部，使纖維素結(jié)晶區(qū)間的半纖維素、樹脂和色素等都能較好地溶解而除去。經(jīng)絲光化處理后的纖維變得光滑、圓潤和扭曲。抄成紙頁透氣度增大，強度有所下降。絲光化漿具有較好的透氣性能及化學穩(wěn)定性，適于生產(chǎn)過濾紙、吸墨紙和字典紙等多種紙張[1]。

1 實驗部分

1.1 實驗原料及儀器

闊葉木漿板：商品漿；NaOH：分析純；蒸餾水。

瓦利打漿機，恒溫水浴鍋，F(xiàn)QA纖維分析儀，電子顯微鏡，打散器，電子天平，凱賽法PFI抄片器，ZHD-4型紙張厚度計測定儀，真空泵。

1.2 絲光化處理

1.2.1 正交試驗設計

采用3因素3水平正交試驗,其因素水平的設計見表1。

表1 絲光化處理條件

1.2.2 絲光化處理方法

采用分析純NaOH分別配制成量濃度為1 mol/L、3mol/L和5mol/L的溶液，再稱取30 g（絕干）漿樣9份，按照表2的順序在恒溫水浴鍋中進行堿處理試驗。漿樣處理完畢后，用水沖洗，直到漿料呈中性為止。把漿料脫水后，分別裝入塑料袋中，待平衡水分后測定其干度，放入冰箱中備用。

表2 絲光化處理正交試驗表

1.2.3 測試分析

抄紙和物理性能的測定參考文獻[2]。

絲光化后的闊葉木漿，利用抄片器進行抄片，松厚度按GB 451.3—1989用ZHD-4型厚度測定儀測定，濾水速度使用真空泵和濾瓶等組裝的儀器在一定的真空度下進行測定。

2 結(jié)果與討論

2.1 絲光化處理前后纖維外觀形態(tài)變化的顯微鏡觀察

取濕漿樣適量加入試管中，加入水，加玻璃珠數(shù)粒，震蕩，待充分分散后，配成質(zhì)量分數(shù)為0.05%～0.10%的懸浮液；用滴管取上述懸浮液2滴，滴于載玻片上，用解剖針將纖維分散均勻，然后置于50～60℃熱板或烘箱中烘干。待冷卻后加入2～3滴Herberyg Stain染色劑染色，1～2 min后，小心用蓋玻片蓋片，再用濾紙從玻片兩邊側(cè)吸取多余的染色劑。制片用日本OLYMPUSBH-2型多功能纖維觀察鏡觀察，拍片，結(jié)果見圖1。

通過圖1可以看出，經(jīng)絲光化處理的闊葉木漿纖維表面比沒有經(jīng)過絲光化處理的闊葉木漿的纖維表面更光滑。

2.2 絲光化處理對纖維素形態(tài)結(jié)構(gòu)的影響

2.2.1 纖維長度的變化

圖1 絲光化處理前后纖維的顯微鏡圖

纖維的平均長度是紙漿的一項基本性質(zhì)，可以用數(shù)均和重均等2種方法來表示。經(jīng)絲光化處理后，纖維的數(shù)均長度和重均長度均有下降。這主要是因為纖維中的雜細胞和細小纖維的溶出，另外纖維發(fā)生潤脹后，其橫截面上細胞壁所占的環(huán)形面積增大，從而縱向長度下降。

絲光化處理程度厲害的紙漿細小纖維數(shù)量顯著降低，盡管纖維的平均長度下降，但纖維的長度更均一，大部分集中在0.20～1.00 mm之間。纖維長度的均一化，使紙漿纖維的整體趨于均整。在抄紙過程中，由于能起連接作用和充當填充物的細小纖維的減少，使得纖維間的接觸面積減小，紙頁孔隙率增大，纖維間的排列更為疏松，對提高紙頁的透氣度、降低空氣阻力具有十分重要的意義[3]16。

2.2.2 纖維橫截面的變化

未經(jīng)絲光化處理的纖維細胞壁薄、腔大，截面形狀不規(guī)則。絲光化后，細胞壁發(fā)生潤脹，各層細胞壁逐次分開，纖維的橫截面形狀由扁平逐漸變?yōu)轭愃茩E圓，胞腔變小，纖維截面直徑變小[3]74。纖維的截面形狀與紙頁的透氣度有重要的關(guān)系，植物纖維的截面形狀不均一，纖維間接觸面積較大，成紙時結(jié)構(gòu)緊密；而經(jīng)過絲光化后，斷面形狀變得均一，使得纖維間接觸面積減小，結(jié)合力減弱，導致成紙結(jié)構(gòu)疏松。

2.3 絲光化處理對過濾紙板濾水速度的影響

闊葉木漿按照3因素3水平進行絲光化處理后，所抄紙頁的緊度和濾水速度的數(shù)據(jù)及分析結(jié)果見表3～5。

表3 絲光化后的濾水時間

表4 絲光化與濾水時間的關(guān)系

表5 絲光化正交實驗分析

由表3和表4可以得出在纖維的絲光化處理中，條件為在室溫（25℃左右）、用c（NaOH）=為5 mol/L溶液處理100 min時，能得到最好的絲光化效果，即在此條件下能得到較好的濾水性能。對此結(jié)論進行的分析為：紙頁的濾水速度與緊度是一對相互矛盾的指標，濾水速度隨著緊度的增大而減小。纖維經(jīng)絲光化處理后，纖維素發(fā)生一系列的物理及化學變化，大分子間的氫鍵受到破壞，纖維素發(fā)生潤脹，纖維變得扭曲；同時也使纖維素結(jié)晶區(qū)間的半纖維素、樹脂和色素等都能較好地溶解而除去，使得纖維之間的結(jié)合力削弱。因此經(jīng)過這樣處理后的紙漿抄成紙頁，強度下降，纖維之間有較大的空隙，因此其透氣度增大[3]132。

絲光化處理可使紙漿纖維彎曲、富于彈性，制成的紙阻力更低，但強度也大大下降，需同時采取補強措施，解決強度和阻力之間的矛盾。絲光化后，成紙結(jié)構(gòu)疏松，濾水速度加快，對提高紙頁的透氣度，降低空氣阻力具有十分重要的意義。

未經(jīng)絲光化處理的纖維細胞壁薄、腔大、截面形狀不規(guī)則，所抄紙頁的纖維交織緊密，孔隙率較小。絲光化后，細胞壁發(fā)生潤脹，各層細胞壁逐次分開，纖維的橫截面形狀由扁平逐漸變?yōu)轭愃茩E圓，胞腔變小，纖維截面直徑變小，成紙時減少了纖維并列排布的現(xiàn)象，形成了較為松散的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使得紙頁孔隙率變大，纖維間結(jié)合點減少，結(jié)合面積小。纖維絲光化后外觀形態(tài)的變化使得所抄造的紙頁結(jié)構(gòu)較為疏松，透氣度增大，使紙頁的濾水性得到較好的改善[4-5]。

從表5中可以看出，對紙頁濾水速度而言，堿液濃度是主要影響因素，溫度次之，時間再次之。當堿液濃度較大而溫度較低時，所抄紙頁的濾水速度較大。

2.4 絲光化處理對紙張緊度性能的影響

絲光化處理對紙張物理性能的影響見表6。

纖維經(jīng)絲光化處理后，纖維素發(fā)生一系列的物理及化學變化，大分子間的氫鍵受到破壞，纖維素發(fā)生潤脹，纖維變得扭曲，同時使纖維素結(jié)晶區(qū)間的半纖維素、樹脂和色素等都能較好地溶解而除去，纖維結(jié)合力削弱。經(jīng)過這樣處理后的紙漿抄成紙頁強度下降，纖維之間有較大的空隙，因此其濾水速度增大[6]。

3 結(jié)論

（1）對闊葉木纖維進行絲光化處理能提高紙頁的濾水速度，但降低了紙頁的強度。絲光化處理對紙頁強度和濾水速度的影響順序為堿液濃度、溫度、時間。當堿液濃度越高，溫度越低，時間越長，濾水速度越大，然而紙頁強度越小。

（2）纖維的形態(tài)學因子——纖維長度、細胞壁的厚度和纖維的纏繞狀況對于纖維本身的機械強度有很大影響。闊葉木纖維經(jīng)絲光化處理后，使纖維發(fā)生潤脹，細胞壁顯著增厚，胞腔變小，纖維變得扭曲、柔軟，平均長度變小，直徑變小。

［1］徐斌，鄭熾嵩，胡健，等.馬尾松纖維絲光化研究［J］.廣東造紙，2000，19（6）：4-8.

［2］石淑蘭，何福望.制漿造紙分析與檢測［M］.北京：中國輕工業(yè)出版社，2004.

［3］詹懷宇.纖維化學與物理［M］.北京：科學出版社，2005.

［4］王鐵群，陳家楠.纖維素在絲光化處理過程中結(jié)構(gòu)變化的研究［J］.纖維素科學與技術(shù)，1996，l4（2）：13-18.

［5］Yang Y X，Chen R S，Dai A B.Study on structure of local diatomite［J］.Acta Chim.Sinica，1996，54（1）：57-64.

［6］付欣，唐愛民，張宏偉，等.纖維素纖維的可及度及多孔性能表征研究［J］.造紙科學與技術(shù)，2005，24（6）：49-53.

The Effects of Fiber Mercerization on the Properties of Filtration Board

WANG Hong-zhen，ZHAO Chuan-shan，YU Shu-hui
（Key Laboratory of Pulp and Paper Science and Technology of Shandong Province，Shandong Institute of Light Industry，ji’nan 250353，China）

Hardwood fibersweremercerized by sodium hydroxide，and made into filtration board.Themercerization was carried out under various alkali concentrations，temperatures and reaction time.The effects ofmercerization on the properties of filtration board were investigated by analyzing the filtering rate and tightness of the filtration board and observing themorphology of themercerized fiberswith electronmicroscope.

mercerization；filtration time；filtration board；tightness

book=4,ebook=98

TS761.2

A 文獻標識碼：1007-2225（2010）02-0010-04

王洪振先生（1985-），輕化與環(huán)境工程學院制漿造紙工程08級研究生；研究方向：造紙化學品與功能紙；E-mail:wanghongzhen0@126.com。

2009-12-21（修回）

本文文獻格式：王洪振，趙傳山,于淑慧.纖維絲光化對過濾紙板性能的影響[J].造紙化學品，2010，22（2）：10-13.