二次纤维制备低密度纸板的工艺研究

二次纤维制备低密度纸板的工艺研究,指导教师： 学生：,目录,目的意义,1,国外研究现状,2,本文研究内容,3,实验原理,4,国内研究现状,5,6,实验流程,7,实验结果及分析,1 目的意义,对于纸板的需求，无论是国内还是国外都是在逐渐增加中特别是在中国，无论是在产量还是消耗量上都是位居世界第一，正是这样大的生产量与消费量为中国的林业与造纸行业带来无限的机遇与挑战。 一方面是为了缓解原材料的匮乏，另一方面也是为了对废旧的纸制品的回收再利用（即二次纤维），基于以上两个原因研究二次纤维制备低密度纸板的工艺。,2 国内研究现状,几十年来，国内针对二次纤维做了大量的研究，目前的研究方向大多集中在二次纤维的衰退机理及对二次纤维性能的改善上面。并且我国在二次纤维的性能改善等方面也是有着初步的成果。 在回用过程中二次纤维的角质化是引起二次纤维以及纸页性能发生衰变的主要原因。张雪等人的研究表明，改性纤维有三种方法：通过物理方法改性纤维，主要是打浆、纤维分级处理和二次纤维的合理配用；通过化学方法改性纤维，主要是添加化学助剂，努力促进纤维的润胀，改善纤维的柔软度；通过生物法来改性纤维，添加干强剂等，提高纤维的结合力，提高纤维的强度。 周彩霞、刘建宁总结出蜂窝纸板的机构、性能特点，蜂窝纸板由两层而纸和一层芯纸胶接而成，芯纸呈蜂窝状，由数层纸按规律粘贴而成。面纸和芯纸是由相同材质的、等厚各向异性板材组成，蜂窝纸板的主要受力在芯纸部分。因为蜂窝纸板能够有效地减弱冲击与振动的能量，因此使得蜂窝纸板成为缓冲材料的首选。除此之外，蜂窝纸板板芯空气不流动，又能够起到很好的隔音作用，因此也会在建筑行业使用。,3 国外研究现状,Jos Turrado, Martha F. Dvalos, Francisco J. Fuentes, Alma R. Saucedo提出了一种新的方法来分离主要成分是纤维材料的纸箱板，并将分离出来的纤维作为造纸纤维的来源。用氢氧化钠在加速过程中水化降低纸箱板的力学性能，破坏氢键，联合纤维。这一过程回收纸箱包的92%的纤维，并使这种材料成为造纸纤维的来源之一。 Mirtha G.Maximino,a,* Mara C.Taleb,a and Ana M.Adella针对酶添加对纤维性能的影响进行了分析研究。研究表明纤维素和半纤维素的混合物的添加能够对纤维滤水性能有所改善，并能够提高纤维的排水能力和纤维拉伸强度。,4 本文研究内容,本文以二次纤维制备低密度纸板的工艺为研究对象，分析二次纤维使用过程中的衰变状态和特点，选择用二次纤维来生产类纸板形式的纤维纸板，具体的研究内容如下： （1）分析二次纤维以及低密度纸板的特点。 （2）设计二次纤维制备低密度纸板的工艺流程。 （3）制备以二次纤维为原料的低密度纸板。 （4）对试样进行检测分析。,5 实验原理,二次纤维的角质化是导致二次纤维的衰变的最主要原因。但除此之外，同原生纤维相比回用纤维抄造的纸张在纸张的物理性能上会有一定程度的降低，并且随着回用的次数的增加，物理性能会有着不同程度的下降。 使用二次纤维作为纸板的纸浆来源，在打浆时将纤维打得更加细小。 通常提高纸板松厚度的方法主要有：纤维原料的选择；生产操作工艺的控制；填料种类和用量的选择；压榨以及压光机线压力的选择；松厚性化学助剂的添加。,6 实验流程,备料（选择 废纸原料）,打浆,添加助剂（有机 或无机发泡剂）,充分搅拌,成纸,涂布,刮墨,检测,7 实验结果及分析,不同材料制成的二次纤维对纸板的松厚度有着较为明显的影响，瓦楞纸、新闻纸以及打印纸三种原料纤维制成的纸板，松厚度最高的是新闻纸，瓦楞纸与打印纸对松厚度的影响效果区别不大，以往的实验都说明，纤维越粗，成纸后纸张的松厚度越高。在三种原材料中，纤维相对较粗的是瓦楞纸，其次是新闻纸，不过虽然新闻纸的纤维不是在粗的，但是在用了发泡剂后，由于纤维相对较轻，制成的二次纤维纸板松厚度会比较高。,（a）添加碳酸氢钠 （b）添加偶氮二甲酰胺 添加有机发泡剂偶氮二甲酰胺后，纸板的松厚度有了明显的提升，特别是在偶氮二甲酰胺的含量达到1g时，纸板的松厚度最高值，相比较于初始纸板的松厚度提升11.3%-27.3%。而在偶氮二甲酰胺的含量超过1g（约4.2%）时，发泡剂对于提升纸板的松厚度作用就相对较小，甚至还不如偶氮二甲酰胺使用量为1g使的作用。因此有机发泡剂偶氮二甲酰胺的最佳用量为1g（约4.2%）。 碳酸氢钠的含量从0g到8g，纸板的松厚度渐渐有所提升，在含量达到8g左右，纸板的松厚度达到最高，相比较初始纸板的松厚度能够提升5.6%-10.5%。但碳酸氢钠的含量一旦超过8g（约33.3%）纸板的松厚度就不会有提升了，即化学助剂的使用量达到饱和。因此无机发泡剂碳酸氢钠的用量最适为8g（约33.3%）。,发泡剂作用后纸板松厚度（瓦楞纸） 发泡剂作用后纸板松厚度（新闻纸） 发泡剂作用后纸板松厚度（打印纸）,有机助剂偶氮二甲酰胺对于提高纸板的松厚度有明显效果，而碳酸氢钠虽然也能提高纸板的松厚度，但效果不是很明显。以新闻纸为例，当无机发泡剂即碳酸氢钠的使用量达到8g时，松厚度达到68cm3/g，松厚度增加了11.6%。而使用有机助剂即偶氮二甲酰胺的使用量达到1g时，松厚度达到6.48cm3/g，松厚度增加了27.3%。相比较有机发泡剂要比无机发泡剂提高纸板松厚度的效果明显得多，相同质量的发泡剂，偶氮二甲酰胺远远比碳酸氢钠产生的气体要多，因此有机发泡剂作用效果要远远好过无机发泡剂。,趋势图 从图中可以看出三种原料二次纤维制成纸板的受压能力顺序是：新闻纸瓦楞纸打印纸。其中承受压力最大的是实验21得到的纸板，断裂时的压力为0.340kN。对比实验5与实验16，添加偶氮二甲酰胺的纸板要比添加碳酸氢钠的纸板受压能力要大，但是实验10与实验21以及实验15与实验26的比较都显示添加偶氮二甲酰胺后的纸板受压能力都有所下降，要比添加碳酸氢钠的纸板的受压能力低。曲线中，前部分趋于直线，一方面是在纸板放置于压力试验机时的空隙，另一方面是纸板中的在发泡剂的作用下产生的孔隙被压缩。而当孔隙在压力的作用下压缩完全，曲线便会迅速上升并达到一个至高点，此时纸板已经被压实。,（a）打印纸 （b）瓦楞纸 （c）新闻纸 可以看出处理后的纸板表面更平滑，空隙小，纤维表面的制作能够有效的改善纸板表面的结构，从而改善纸板表面的性质。由于纸板成型的过程中，发泡剂的作用下，气孔的而形成不能够保证一定在纸板纤维的中央，表面也有可能会出现残缺的气孔，所以纸板表面不一定满足印刷的要求，表面纸的制造能够弥补纸板的这一缺陷。相比较表面处理前与处理后的纸板，在其表面涂墨，墨层更加均匀，饱满，油墨膜层更光滑，由此可见表面结构的处理对油墨膜层有改善。,结 论,新闻纸是三种原材料中对纸板密度影响效果最显著的，在不加任何助剂的条件下，新闻纸的松厚度为5.09cm3/g打印纸的松厚度4.97cm3/g瓦楞纸的松厚度4.47cm3/g，因此三种原材料中新闻纸是最佳选择。对比有机助剂偶氮二甲酰胺与无机助剂碳酸氢钠的作用效果，偶氮二甲酰胺对值班密度的影响十分显著，要远超过无机助剂，使用少量的助剂就能达到明显的效果，因此在发泡剂的选择上，偶氮二甲酰胺是最佳选择。由实验数据显示：24g新闻纸为二次纤维原料在