APMP漿與針葉木化學漿組分配抄的紙張性能變化規(guī)律研究

徐永建， 王 倩， 梁巧萍

(陜西科技大學 輕工與能源學院 陜西省造紙技術(shù)及特種紙品開發(fā)重點實驗室， 陜西 西安 710021)

0 引言

隨著造紙科學技術(shù)的不斷發(fā)展，APMP漿以其制漿流程簡單、能直接制成漂白漿、污染負荷低、不透明度高、強度性能好、廢水易于處理，且保持了纖維的長度和柔軟性等優(yōu)點[1]，在國內(nèi)外發(fā)展極其迅猛.但由于APMP漿生產(chǎn)過程的固有特性，相當一部分纖維在磨漿過程中變成了細小纖維[2].對于造紙材料來說，通常將通過直徑為75μm的顆?；蛘呃w維長度通過200目篩網(wǎng)的纖維定義為細小纖維[3-5]，但也有研究者將通過100目篩網(wǎng)的纖維組分稱為細小纖維[6,7].纖維和短纖維組分在物理性能方面有很大的不同.短纖維組分比纖維有更大的比表面積，或者說每單位質(zhì)量的表面積更大.在紙張干燥期間，短纖維通過增加纖維-水-空氣界面處的表面張力來增加纖維與纖維之間的相互作用.短纖維也能改善纖維與纖維之間鍵的強度[8].

由于不同組分的漿料配抄對紙張性能有不同程度的影響，因此，本實驗以打漿度為25 °SR的楊木APMP漿為研究對象，通過篩分將楊木APMP漿和針葉木漿分為長纖維組分和短纖維組分.將通過100目篩網(wǎng)的纖維組分稱為短纖維組分，同時將APMP漿全組分和APMP漿長纖維組分分別與針葉木漿全組分以及針葉木漿短纖維組分進行配抄，通過研究紙張抗張強度、撕裂強度和內(nèi)結(jié)合強度的變化規(guī)律，揭示APMP漿與化學漿組分配抄對紙張性能變化的規(guī)律，為APMP漿性能改善及與其它漿種配抄提供理論指導.

1 實驗

1.1 實驗原料

實驗中的楊木APMP漿取自中冶紙業(yè)銀河有限公司，打漿度為25 °SR；針葉木漿板產(chǎn)地為智力銀星牌，打漿度為10 °SR.在實驗室中，用PFI磨漿機對針葉木漿進行磨漿處理，將所用的針葉木漿打漿度升高到45 °SR，備用.磨漿條件：磨漿間隙為0.2 mm，磨漿濃度為10%，磨漿轉(zhuǎn)數(shù)為14 000轉(zhuǎn).

1.2 儀器設備

PFI磨漿機：DCS-041PT，KUMAGAT RIKI KOGYO；肖式打漿度測定儀：ZQS12-100，陜西科技大學造紙機械廠；紙樣抄取器：ZQJ1-B-Ⅱ，陜西科技大學造紙機械廠；多媒體電子顯微鏡：DMB5-223IPL-5，麥克奧迪實業(yè)集團有限公司；抗張強度測定儀：SE-062，瑞典 L&W公司；撕裂度測定儀：SLD-1000，瑞典 L&W公司；鮑爾纖維篩分儀：ZQS15，奧地利PTI公司；纖維標準解離器：ZQS4，陜西科技大學造紙機械廠；油壓機：ZQYCⅡ，陜西科技大學機械廠.

1.3 實驗方法

1.3.1 篩分

采用鮑爾篩分儀對針葉木漿和APMP漿進行篩分，表1為APMP漿與針葉木化學漿各組分的篩分含量.從表1中可知：APMP漿P50/R100組分最多，為30.2%.針葉木漿R16組分最多，R16和P16/R30兩組分含量之和大于80%.論文將R100組分定義為長纖維組分，P100組分定義為短纖維組分.

表1 APMP漿與針葉木漿各篩分組分的含量

1.3.2 觀測纖維形態(tài)

以打漿度為25 °SR的APMP漿料為主要觀測對象，將不同篩分組分中的纖維分別取樣、制片、染色，采用多媒體光學顯微鏡觀察并分析纖維形態(tài)特征.

1.3.3 抄紙

實驗抄造五種配比的紙張：(1)APMP漿單獨抄片；(2)APMP漿R100組分單獨抄片；(3)APMP漿與經(jīng)磨漿處理的針葉木漿全組分配抄，配比分別為90∶10、85∶15、80∶20、75∶25、70∶30；(4)APMP漿R100組分與經(jīng)磨漿處理的針葉木漿全組分配抄，配比分別為90∶10、85∶15、80∶20、75∶25、70∶30；(5)APMP漿與未經(jīng)磨漿處理的針葉木漿P100組分配抄，配比分別為90∶10、85∶15、80∶20、75∶25、70∶30.紙張定量為60 g/m2和80 g/m2，用于檢測紙張抗張強度、撕裂強度和內(nèi)結(jié)合強度.

1.3.4 檢測方法

抗張強度(GB/T12914-2008)、撕裂強度(GB/T 455-2002)和內(nèi)結(jié)合強度(GB/T26203-2010)按照標準檢測.

2 結(jié)果與討論

2.1 APMP漿與針葉木原漿各篩分組分的纖維形態(tài)對比

多媒體顯微鏡觀察各篩分組分纖維形態(tài)定性分析結(jié)果如表2所示.從表2可以看出APMP漿經(jīng)過化學預處理和機械作用，長纖維和中長纖維沒有發(fā)生明顯的分絲帚化現(xiàn)象.有資料表明[2]：這與APMP漿制漿工藝有關，大部分經(jīng)化學預處理軟化的木素仍然留在漿料中，吸附在長纖維和中長纖維上，阻礙了細纖維化的進程.同時由于APMP漿的短纖維含量高，纖維碎片多，使得這些纖維的細纖維化程度高.因此，當APMP漿及APMP漿長纖維與針葉木漿不同組分配抄時必然對紙頁的強度性能有影響.

表2 不同篩分組分纖維形態(tài)分析

圖1 APMP漿R16組分顯微鏡圖片×400

圖2 APMP漿P100/R200組分顯微鏡圖片×400

2.2 針葉木漿不同組分與APMP漿全組分配抄對紙張強度性能的影響

論文將APMP漿分別與針葉木漿和針葉木漿短纖維組分配抄，其抗張強度、撕裂強度和內(nèi)結(jié)合強度的結(jié)果如圖3、圖4、圖5所示.由圖3可知：APMP漿與針葉木漿全組分配抄的抗張強度隨著針葉木漿添加量的增加而增大，而與短纖維組分配抄的紙張抗張強度在針葉木漿短纖維組分配比為15%時發(fā)生轉(zhuǎn)折.由圖4可知：與針葉木漿全組分配抄，紙張撕裂強度隨針葉木漿配比的增大而增大，而與針葉木短纖維組分配抄，同樣也在配比為15%時發(fā)生轉(zhuǎn)折.由圖5可以看出：內(nèi)結(jié)合強度的變化與抗張強度和撕裂強度變化趨勢是相似的，但是變化不明顯.綜合APMP漿對抗張強度、撕裂強度及內(nèi)結(jié)合強度的影響，作者認為其原因可能是針葉木漿短纖維組分填充在相鄰的APMP漿長纖維網(wǎng)絡中，起到“架橋”作用，有利于纖維的交織，從而對提高紙頁強度有一定的作用.而內(nèi)結(jié)合強度變化較小的結(jié)果又說明APMP漿配抄的紙張，其纖維長度和本身強度對紙張的強度性能的影響較大，這可能是化機漿配抄紙張的特點.

圖3 針葉木漿不同組分與APMP漿配抄對紙張抗張強度的影響

圖4 針葉木漿不同組分與APMP漿配抄對紙張撕裂強度的影響

圖5 針葉木漿不同組分與APMP漿配抄對紙張內(nèi)結(jié)合強度的影響

2.3 針葉木漿與APMP漿不同組分配抄對紙張強度的影響

圖6 針葉木漿與APMP漿不同組分配抄對紙張抗張強度的影響

圖7 針葉木漿與APMP漿不同組分配抄對紙張撕裂強度的影響

圖8 針葉木漿與APMP漿不同組分配抄對紙張內(nèi)結(jié)合強度的影響

論文將針葉木漿與APMP漿不同組分配抄，擬進一步揭示APMP漿與針葉木漿配抄對紙張強度性能的影響規(guī)律.抗張強度、撕裂強度和內(nèi)結(jié)合強度結(jié)果如圖6、圖7、圖8所示.由圖6和圖7可知：針葉木漿分別與 APMP 漿全組分以及長纖維組分配抄時，抗張強度和撕裂強度隨著針葉木漿添加量的增加而增大.圖8顯示，APMP漿單獨抄紙與APMP漿長纖維組分單獨抄紙相比，后者的內(nèi)結(jié)合強度稍大，這說明APMP漿長纖維之間的結(jié)合力較大，而短纖維組分對內(nèi)結(jié)合會產(chǎn)生不利的影響.

隨著針葉木漿配比的增大，內(nèi)結(jié)合強度略有變化，總體上APMP漿與針葉木漿全組分配抄的紙張內(nèi)結(jié)合強度略高于長纖維組分與針葉木漿配抄的結(jié)果，這說明隨著針葉木化學漿的增加，紙張的可壓縮性提高，能夠使纖維之間的結(jié)合力增大，而APMP漿長纖維組分顯然部分抵消了這種可壓縮性，從而也說明APMP漿在紙張配抄時，短纖維組分對強度是有貢獻的.

3 結(jié)束語

(1)APMP漿與針葉木漿全組分配抄的抗張強度、撕裂強度、內(nèi)結(jié)合強度隨著針葉木漿添加量的增大而增大，而與短纖維組分配抄時紙張抗張強度、撕裂強度在15%處發(fā)生轉(zhuǎn)折；此外，APMP漿配抄的紙張，其纖維長度和本身強度對紙張的強度性能的影響較大.

(2)針葉木漿分別與APMP漿全組分和長纖維組分配抄時，抗張強度、撕裂強度隨著針葉木漿添加量的增大而增大，且APMP漿長纖維之間的結(jié)合力較大，短纖維組分會對此產(chǎn)生不利的影響.隨著針葉木化學漿的增加，紙張的可壓縮性提高，使纖維之間的結(jié)合力增大，而APMP漿長纖維組分顯然部分抵消了這種可壓縮性，進一步說明APMP漿在紙張配抄時，短纖維組分對強度是有貢獻的.

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