试论利用新型纤维形态分析仪分析杉木CTMP浆纤维形态

1、试论利用新型纤维形态分析仪分析杉木CTMP浆纤维形态本研究受到国家自然科学基金工程(20776054),广东省自然科学基金博士启动工程(8451064101000807),教育部高校博士点基金新老师课题(202205611104),广东省高等学校自然科学研究重点工程(06z002)的资助。近些年来,随着各种高得率浆的快速开展,高得率浆已广泛用于消费新闻纸、多层纸板、卫生纸,或作为化学浆的局部替代物用于涂布和未涂布印刷纸、书写纸及其他特种纸等1-2。由于环保和经济的原因,国内外造纸厂逐渐认识到白水封闭循环回用的重要性,随着白水封闭循环程度的不断进步,白水中纤维和细小纤维的含量与形态差异必然会对纸

2、机运行和纸张性质产生一定的影响,国内外各研究机构也加强了对白水封闭循环过程的纤维及细小纤维研究3-5。文献6应用循环白水方法研究了高得率浆细小纤维及其对纸张性能的影响。结果说明,高得率浆中细小纤维含量在20%以上;用循环白水比用清水制得的纸张物理强度进步93%934%、光学性能进步1%10%。rundlf7等人的研究说明,白水中的细小纤维与原料中的细小纤维在种类上有所不同,且两种细小纤维的外表化学组成也不同,白水中细小纤维的外表吸附有较多的有机抽出物,两种细小纤维其他的化学组成区别不大。但他们并未对浆料与白水中纤维和细小纤维的形态做系统的分析研究。近年来随着测量技术的不断开展,已经可以用仪器自

3、动快速地测定造纸纤维的各种形态。因此纤维形态的测定在造纸行业的科研和消费中的应用越来越广泛。本研究使用先进的纤维形态分析仪分析浆料和白水中纤维和细小纤维的形态,并进展了比照,以说明白水中纤维和细小纤维在形态上与浆料中纤维和细小纤维的差异,以及白水在回用过程中对纸张性能的影响。1实验11原料及药品tp浆由华南某浆厂提供(主要为杉木,打浆度为30sr),阳离子聚丙烯酰胺(pa)和阴离子膨润土以及工厂纸机网下白水都取自湖南某造纸厂。12实验仪器dfr-04动态滤水仪,德国btgtek公司消费;rfipat纤维形态分析仪,法国tehpap公司消费,如图1所示。13实验方法131动态滤水实验首先,将10

4、00l浓度1%的浆料倒入dfr中,在搅拌速度500r/in时参加pa,过10s后将搅拌速度进步到750r/in,再过15s后将搅拌速度下降到500r/in,接着参加阴离子膨润土,再过20s后翻开dfr的出水口搜集前150l滤液。132纤维形态分析由于对纤维和细小纤维的划分没有统一的规定,本实验规定长度在20010,宽度在575的为纤维;长度小于200的为细小纤维。最后分别取一定量dfr上的留着浆料和dfr下的白水以及工厂纸机网下白水到纤维形态分析仪中分析纤维形态。2结果与讨论由表1可以得知,动态滤水仪下的白水纤维与工厂纸机网下白水纤维的平均特性根本一致,这是因为实验用的动态滤水仪滤网的孔径与纸

5、机上滤网的孔径一致,且采用的浆料、填料以及各种化学助剂也都一样。从动态滤水仪滤出的白水纤维根本上可以代表工厂纸机网下的白水纤维。21浆料与白水中纤维的长度与宽度分析纤维长度与宽度是评价纸浆质量的重要指标之一。浆料与白水中的纤维形态分析如表1所示,浆料纤维的数均长度和重均长度分别为0607和0922,而白水纤维的长度要小很多,其数均长度和重均长度分别为0326和0372;但两种纤维的宽度却相差不大,分别为404和336。从图2和图3纤维长度的分布来看,浆料中的纤维长度主要分布在020125的范围内,其中有571%的纤维长度在020050内;而白水中的纤维长度主要分布在020050的范围内,占总纤

6、维的921%。从图4和图5纤维宽度的分布来看,两者的宽度分布根本一致,都主要分布在2767的范围内。因此,可以得知浆料纤维的数均长度根本是白水纤维的2倍,其重均长度是白水纤维的3倍,但白水中纤维的含量很低,所以,将白水中的纤维回用不会影响最终纸张的强度。22浆料与白水中纤维卷曲与扭结的分析盘磨机械浆和预热机械浆等在高浓磨浆过程中,由于热和高频脉冲的作用以及磨齿的搓捻等作用,纤维承受了很高的热应力和机械应力而发生弯曲扭结。所谓纤维卷曲,是指纤维平直方向的弯曲。在一定程度上,纤维卷曲指数增加,成纸的抗张强度、耐破度、环压强度下降,而纸的透气度、松厚度、过滤速度和光散射系数等增加。纤维卷曲指数一般测

7、量统计每根纤维的卷曲状态来表示纤维卷曲的程度,并按式(1)计算。式中:g纤维卷曲指数a纤维末端对末端的直线长度,l纤维的真实长度,纤维的扭结是指由于纤维细胞壁受损而产生的僵硬的转折。扭结程度高的纤维在纸张的抗张强度、撕裂强度等性能方面会受到较大的削弱。纤维的扭结率表示发生扭结的纤维数占总纤维数的比值,而纤维的平均扭结角一般测量统计每根纤维扭结角的平均值,并按式(2)计算。l=ni=1in(2)式中:l纤维平均扭结角,()i每根纤维的扭结角,()n发生扭结的纤维总数通过对浆料与白水中纤维的测定统计(见表1)可知,浆料纤维的平均扭结角和扭结率都略大于白水纤维的;而浆料与白水中纤维的卷曲指数几乎相近

8、,从图6、图7浆料和白水纤维的卷曲指数分布来看,两者的卷曲指数分布也根本一样,绝大局部都分布在025%。可以得知两者的卷曲与扭结特性差异不大,所以,白水中的纤维在卷曲与扭结特性方面不会对纸张性能产生影响。23浆料与白水中纤维的帚化与切断分析高得率浆在磨浆过程中,纤维吸水润胀产生细纤维化,并发生分裂帚化、外表分丝起毛,而且由于受到剪切力和纤维之间互相摩擦作用造成纤维横向断裂,从而使纤维被切断。纤维的分丝帚化有利于纤维的结合,进步纸张的强度、紧度和匀度等性能,但纤维的过度切断会降低纸张的强度,特别是撕裂度。纤维帚化率可按式(3)计算。纤维的切断率可按式(4)计算。纤维帚化率=ni=1fni=1(f

9、+f)100%(3)式中:f纤维分丝长度,f纤维长度,n纤维总数纤维切断率=纤维切断末端总数1/2纤维末端总数100%(4)从表1可以看出,白水纤维的帚化率为2694%,要比浆料纤维的高一些;而白水纤维的切断率为579%,比浆料纤维的切断率606%要低一些。24浆料与白水中细小纤维的分析由于高得率浆消费的固有特点,相当一局部纤维在磨浆过程中变为细小纤维,而细小纤维的含量在造纸过程中的作用很大,不但会影响到纸机的运行过程,比方留着、滤水、白水回收系统、助剂成效、枯燥速率等,还会影响到纸张的多种性能,如纸张构造、物理强度性能、光学性能、印刷性能等8。纤维形态分析仪还能分别以长度和面积对细小纤维进展

10、测定统计,如表2所示。当以长度统计时,规定长度小于200为细小纤维,测定结果说明浆料中细小纤维的含量为781%,而白水中细小纤维含量那么到达了959%。从图8和图9的长度分布来看,两者的长度分布根本一致且平均长度也几乎相等。由于细小纤维的外表积比纤维的大很多,而且细小纤维素分子的葡萄糖基上可游离出大量的羟基,故在抄纸过程中促进了纤维间的氢键结合,有利于进步纸张强度。因此,仅仅统计细小纤维的长度及分布是不够的,最重要的是统计细小纤维的面积及分布。当以面积统计时,浆料细小纤维含量为224%,而白水细小纤维含量却到达了728%,从图10和图11的面积分布来看,白水细小纤维的面积分布比拟集中,在278

11、35942范围内的面积均比浆料细小纤维的含量高,而且白水细小纤维的平均面积为9842,比浆料细小纤维的大。这可能是由于浆料经过pa和膨润土絮凝后,细小纤维发生了微絮凝作用使得外表积有所增大。白水细小纤维在面积上的特性说明,回用白水中的细小纤维有利于纸张纤维间的结合,有利于进步纸页强度等性能。表2浆料与白水中细小纤维的含量与特性细小纤维含量/%以长度统计以面积统计细小纤维平均长度/细小纤维平均面积/2浆料78122443920白水95972844984图11白水细小纤维面积分布图3结论利用纤维形态分析仪分析比拟了tp浆料及其白水中纤维的形态,并得到以下结论。31浆料纤维的数均长度根本是白水纤维的

12、2倍,其重均长度是白水纤维的3倍,浆料纤维的宽度及其分布与白水纤维的根本一致。32浆料纤维的扭结角和扭结率都略大于白水纤维的;而浆料与白水中纤维的卷曲指数几乎相近,两者的卷曲指数分布也根本一样。33白水中细小纤维的含量明显比浆料中细小纤维的高,而且白水中细小纤维的平均面积也更大些,当回用白水纤维时,这些特性都有利于纸张纤维间的结合。参考文献1周亚军,张栋基,李甘霖.漂白高得率化学机械浆综述j.中国造纸,2022,24(5):51.2reisr,nielseng.aspenbtp:prvenperfranej.slu-tins,2001(11):28.3张红杰,胡惠仁,倪永浩.高得率浆中ds的性质及其对填料留着的影响j.中国造纸,2022,26(10):1.4文飚,何北海,刘焕彬.新闻纸厂白水封闭循环的研究()白水封闭后湿部各参数间的关系及封闭程度的表征j.中国造纸,2001,20(3):11.5文飚,何北海,刘焕彬,等.新闻纸厂白水封闭循环的研究()白水封闭对湿部状况和纸页强度的影响及其优化j.中国造纸,2001,20(5):37.6施英乔,莉娜.莱斯凯兰.高