造紙白水中糖醛酸的存在對紙張性能的影響

楊秋林 霍丹 謝丹妮

（1.天津科技大學(xué)天津市制漿造紙重點實驗室，天津 300457；2.中國科學(xué)院可再生能源重點實驗室，廣州 510640；3.華南理工大學(xué)制漿造紙工程國家重點實驗室，廣州 510640）

實驗報告

造紙白水中糖醛酸的存在對紙張性能的影響

楊秋林1－2霍丹1－3★謝丹妮

（1.天津科技大學(xué)天津市制漿造紙重點實驗室，天津 300457；2.中國科學(xué)院可再生能源重點實驗室，廣州 510640；3.華南理工大學(xué)制漿造紙工程國家重點實驗室，廣州 510640）

化學(xué)機械漿在堿性過氧化氫漂白過程中會產(chǎn)生一定量的陰離子性物質(zhì)（AGs）溶解于白水體系中，其中最主要的為糖醛酸。文章楊木CTMP及BCTMP為原料，主要研究糖醛酸對紙張物理性能的影響。為分析葡萄糖醛酸對紙張抄造及紙張性能的影響奠定一定基礎(chǔ)。

化機漿，糖醛酸，紙張性能

化學(xué)機械漿的制漿及漂白過程中，會有大量的陰離子性物質(zhì)產(chǎn)生。這些陰離子性物質(zhì)主要包括糖醛酸、氧化木素、磺化木素以及樹脂酸、脂肪酸等。其中糖醛酸是主要的陰離子性物質(zhì)。這些陰離子性物質(zhì)在造紙過程中不斷富集，不僅會對紙機的運行效率產(chǎn)生影響，而且還會影響成紙的物理性能。研究表明，紙張抄造過程中，留著在紙漿中的DCS（溶解與膠體物質(zhì)）雖然可以提高白水體系的潔凈度，但卻降低了紙張的物理性能與光學(xué)性能[1-5]。

Lindstrom等[4]的研究表明，DCS中的金屬離子及膠體物質(zhì)能降低紙張強度。Francis[2]對云杉TMP的研究指出，隨著漿水體系中DCS含量的增加，紙張的裂斷長和耐破指數(shù)隨之降低，松厚度和透氣度相應(yīng)提高，同時，膠體物質(zhì)——對裂斷長的影響高于溶解性物質(zhì)。加入DCS抄造的紙張與用蒸餾水抄造的紙張，其強度、緊度及白度都有不同程度的降低[6]。

制漿原料與方法不同，DCS中的組成成分也不同，溶于漿水體系中對紙頁的物理性能的影響程度也不盡相同[4]。因此DCS中的不同組分對紙漿及紙張性能的影響也不同。但以往的研究主要集中在DCS混合物對紙張性能及濕部化學(xué)的影響，對于DCS單一組分的影響研究較少。

論文研究了在楊木CTMP堿性過氧化氫漂白過程中產(chǎn)生的糖醛酸隨白水進入抄紙過程后，對成紙質(zhì)量的影響。旨在為化機漿尤其是楊木CTMP的漂白及抄紙工藝奠定一定理論基礎(chǔ)。

1 試驗原料于方法

1.1 原料

楊木CTMP、BCTMP，取自山東華泰集團有限公司。

1.2 實驗藥品及儀器

D-(+)-半乳糖醛酸，購自Sigma-Aldrich公司。D-葡萄糖醛酸，購自Alfa Aesar公司。聚半乳糖醛酸，M.W.為 25,000-50,000，購自 Alfa Aesar公司。

表1.1 楊木CTMP和BCTMP漿的主要性能指標(biāo)

RK-3A抄片器，奧地利PTI公司；180耐破度測定儀，瑞典L&W公司；SE-062抗張力測定儀，瑞典伊洛夫·漢森公司；13505耐折度測定儀，KAKL FRANK GMBH公司；ELMENDORF撕裂度測定義，美國Thwing-Albert儀器公司；051厚度儀，瑞典L&W公司；PFI磨漿機，加拿大KRK公司；DDS-11A電導(dǎo)率儀，上海偉業(yè)儀器廠。

1.3 實驗方法

（1）紙漿的丙酮/正己烷抽提

取一定質(zhì)量的楊木CTMP及BCTMP，采用丙酮/正己烷（V/V:9/1）在熱水浴中進行索氏抽提12 h。抽提后的紙漿風(fēng)干后保存在密封袋中平衡水分，測定水分。并將抽提后的紙漿在PFI磨漿機中磨漿至相同打漿度（一般40 SR°）。

（2）手抄片的抄造

抽提后的CTMP及BCTMP用蒸餾水進行充分洗滌，使其濾液電導(dǎo)率小于 10 μs·cm-1。向洗滌干凈的紙漿中加入一定量的葡萄糖醛酸（GlcA）、半乳糖醛酸（GalA）、聚半乳糖醛酸（poly-GalA），加入量分別為0%、1%、2%、3%、4%、5%， 用蒸餾水調(diào)節(jié)漿濃為0.8%，然后在疏解機中疏解5000轉(zhuǎn)，在抄片器上進行抄紙，定量為 60 g·(m2)-1。

（3）紙張物理性能測定

檢測各手抄片的物理性能包括：松厚度、撕裂度、裂斷長、耐折度、耐破度。其中手抄片的抗張強度采用SE-062抗張力測定儀進行測定 (GB/T 453-1989)；耐破度采用L&W公司的180號耐破度測定儀進行測定 (GB/T 454-1989)；撕裂度的測定采用ELMENDORF撕裂度測定儀（GB/T 455.1-1989）。

2.2 實驗結(jié)果與討論

2.2.1 糖醛酸對紙張松厚度的影響

圖2.1為糖醛酸包括葡萄糖醛酸、半乳糖醛酸及聚半乳糖醛酸對楊木CTMP及BCTMP的松厚度的響。結(jié)果顯示，幾種糖醛酸模型物的加入，都能使紙張的松厚度較未加入前略有增加。其中隨聚半乳糖醛酸加入量的增加，紙張松厚度呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，但仍較未加入前有所增加。松厚度的增加可能是因為糖醛酸為陰離子性物質(zhì)，其電荷斥力使纖維間的結(jié)合減弱，從而使紙張的緊度降低，松厚度增加。

圖2.1 糖醛酸對紙張松厚度的影響

2.2.2 糖醛酸對紙張裂斷長的影響

紙張裂斷長即將單位抗張力換算成相當(dāng)于紙張本身質(zhì)量的長度。主要受纖維間結(jié)合力及纖維本身強度的影響。圖2.2為各種糖醛酸模型物的加入對紙張裂斷長的影響。結(jié)果顯示，各種糖醛酸模型物的加入，均使楊木CTMP及BCTMP手抄片的裂斷長略微降低。與其紙張松厚度的影響結(jié)果相對應(yīng)，主要是因為電負性很強的糖醛酸使纖維間的結(jié)合力略有降低，進而使抗張強度和裂斷長相應(yīng)降低。

圖2.2 糖醛酸對紙張裂斷長的影響

2.2.3 糖醛酸對紙張撕裂度的影響

紙張撕裂強度即指撕開一定距離的紙張所需的力。決定紙張撕裂強度的影響因素主要是纖維形態(tài)即纖維長度、粗度等，其次是纖維間結(jié)合數(shù)目和結(jié)合強度等。圖2.3為不同糖醛酸模型物對楊木CTMP及BCTMP撕裂強度的影響。結(jié)果表明，葡萄糖醛酸與半乳糖醛酸單體的加入能使紙張撕裂度略微增加，而聚半乳糖醛酸（聚合度為25000-50000）的加入?yún)s使紙張撕裂度有略微的降低。究其原因，可能是因為糖醛酸單體在纖維表面的吸附使其羧基含量增加，從而使纖維內(nèi)部的負電荷密度、親水性以及柔軟性均得到提高，從而使紙張的撕裂強度略微增加[7]。而聚半乳糖醛酸即果膠，因其為顆粒狀，主要是填充到纖維的空隙中，相應(yīng)降低了紙張的孔隙度，從而使紙頁撕裂度有所降低。

圖2.3 糖醛酸對紙張撕裂指數(shù)的影響

2.2.4 糖醛酸對紙張耐破度的影響

紙張耐破度是指紙張能夠承受的外力頂壓的能力。其影響因素主要包括纖維長度和纖維間結(jié)合力，其中纖維間結(jié)合力對紙張耐破度的影響最大。圖2.4為不同糖醛酸模型物對楊木CTMP、BCTMP抄造紙張的耐破度的影響。結(jié)果表明，漿水體系中糖醛酸的加入使抄造紙張的耐破度均有不同程度的降低。與糖醛酸對紙張裂斷長的影響相似，負電性的糖醛酸的加入降低了纖維間的結(jié)合，從而也使紙張耐破指數(shù)略有降低。

圖2.4 糖醛酸對紙張耐破指數(shù)的影響

3 小結(jié)

（1）漿水體系中糖醛酸的加入，都能使紙張的松厚度增加,緊度降低。

（2）漿水體系中溶解性的糖醛酸能使紙張強度性能略有降低。隨著漿水體系中糖醛酸含量的增加，紙張的裂斷長和耐破度略有降低。而撕裂度隨漿水體系中溶解性糖醛酸含量的增加略有增加，溶解性較低的聚半乳糖醛酸使撕裂度略有降低。總體而言，糖醛酸在漿水體系中的存在對紙張強度指標(biāo)的影響不大。

[1]Mats R,Marie E,Helene S,etal.Effect of Mannanase and Lipase on the Properties of Colloidal Wood Extractives and their Interaction with Mechanical Pulp Fines[J].Cellulose,2002,9:127-137

[2]Francis D W,Ouchi M D.Effect of Dissolved and Colloidal Solids on Newsprint Properties[J].JPPS,2001,27(9):289-295

[3]Annikka M,Johanna B.Treatment of Mechanical Pulp and Process Waters with Lipase[J].Nord Pulp Pap Res J,2001,16(2):125-129

[4]Lindstrom T,Soremark C.and Westman L.The Influence on Paper Strength of Dissolved and Colloidal Substances in the White Water[J].SvenskPapperstidn,1977,80(11):341-345

[5]WearingJT,BarrbeMC.TheEffectofWhiteWaterContaminationon Newsprint Properties[J].JPPS,1985,1(4):113-121

[6]Zhang X,Beatson R P,Cai Y J.Accumulation of specific dissolved and colloidal substances during white water recycling affects paper properties[J].J Pulp Pap Sci,1999,25(6):206-208

[7]Sjostrom E,Janson J,Haglund P.The acidic groups in wood and pulp as measured by ion exchange[M].Poly.Sci,1965,Part C(11):221

中科院可再生能源重點實驗室開放基金（Y607ka1001）；中科院可再生能源重點實驗室開放基金（Y607kb1001）;華南理工大學(xué)制漿造紙工程國家重點實驗室（201607）

* 通訊作者：楊秋林（1983-），講師；聯(lián)系人：霍丹（1984-），助理研究員，電話：18812680060，E-mail:danhuo223@tust.edu.cn。