中浓打浆对桉木化学浆纤维质量的影响

中浓打浆对桉木化学浆纤维质量的影响

桉木浆是优良的短纤维阔叶木浆品种。由于纤维厚度相对均匀，纤维细胞的条纹结构简单，木材硬化程度低，纸的平滑度、松度、不透明度、软度和耐水性均优于针叶林木浆。可广泛用于复制高质量的纸张、复合印刷纸、纸张、证券纸、聚烟纸、纸张、餐巾纸等纸种。针对桉木浆特点和用途,本试验旨在探讨低打浆度范围的中浓打浆对桉木纤维形态变化规律和对成纸性能的影响。1实验1.1原材料桉木化学浆,金海纸业生产。1.2主要设备KRK高浓盘磨机,L&W纤维质量分析仪,RK-3A凯塞法抄片器,D-KZ300数显卧式抗张试验机。1.3测试方法1.3.1磨浆浓度对纤维形态分析和成纸性能的影响将高浓盘磨间距调整至0.2mm,对桉木化学浆进行中浓磨浆,磨浆浓度分别为10%、15%、20%,在磨浆过程中,每循环两次取一个样进行纤维形态分析和成纸性能检测。1.3.2纤维形态参数分析及纸装质量分析用肖伯尔打浆度仪测定浆料打浆度;取不同浓度、不同打浆度浆料,采用纤维质量分析仪分析纤维的长度、纤维粗度、扭结指数等纤维形态参数和细小纤维含量;用凯塞快速纸页成型器,抄定量为60g/m2的纸样。试样在标准恒温恒湿条件下平衡24h,测试。2结果与讨论2.1打浆过程中,基层纤维比磨盘齿法差,导致打浆密度下降,较之算术平均长度和双重均长度,纤维重均长度对纸张的物理强度影响最大,因此本试验以纤维重均长度表示纤维长度。由图1可见,随着打浆度的提高,纤维长度均呈下降趋势。打浆过程中,浆浓为10%的浆料,纤维长度下降较快。主要是浆浓较低时,纤维与纤维间相互作用的程度较低,使得浆料温度较低,纤维脆硬;并且浆浓越低,增加了纤维与磨盘齿刃接触而被切断的机会,因此,导致纤维长度的降低较明显。当浆浓达到20%时,打浆主要依靠磨盘间纤维的相互摩擦、挤压、揉搓、扭曲等作用,产生大量的摩擦热,使纤维软化,可避免纤维少切断,使纤维保持一定的长度。2.2打浆度对纤维粗度的影响纤维粗度定义为单位长度纤维的质量(mg/100m)。粗度对纸张的多数强度性能、空气和液体渗透性以及表面平滑度均有重要影响。由图2可知,粗度都随着打浆度的提高呈下降趋势。这主要是由于打浆的机械作用和纤维之间的相互摩擦,P层和S1层会随着打浆的进行部分破损,单位长度纤维的质量减少,因此纤维粗度随着打浆度的提高而下降。浆浓在10%时,纤维粗度随打浆度的上升下降最快,其次是浆浓为15%,在浆浓为20%时,纤维的粗度在83.6μg·m-1左右波动,变化不大。浆浓越低,纤维脆硬,被切断、打碎的概率越大,因此,纤维粗度越小;浆浓越高,纤维易软化,而且纤维与磨盘齿刃接触的机会也越小,在较短打浆时间内使纤维表面少量起毛活化,因此,粗度变化不大。2.3试样纤维扭结指数与打浆浓度的关系扭结是指纤维曲率的急剧变化,现在普遍采用KibbleWhite定义的方法来表征纤维的扭结指数。扭结指数(KinkIndex)按如下公式计算:扭结指数=[2N(21-45)+3N(46-90)+4N(91-180)]/L式中N为样品在一定角度范围内突变点的数量;下标(21~45),(46~90),(91~180)分别为在某角度的范围;L为试样纤维的总长度。由图3可知,随着打浆的进行,试样纤维扭结指数在一定浆浓范围内趋于平稳。打浆浓度在10%时,纤维的扭结指数在2.810(mm-1)波动;浆浓在20%时,纤维的扭结指数在3.559(mm-1)波动。这主要是浆浓越低,纤维与齿刃作用的几率越大,纤维被拉直、切断,纤维卷曲部分突变点随打浆的进行而减少;打浆浓度越高,纤维的扭结指数越大,这与纤维之间相互摩擦、挤压、揉搓、扭曲等作用有关,浆浓越高,相互作用的程度越剧烈,纤维的形变就越大。2.4纤维材料的决断打浆时由于纤维受到机械力的作用、纤维之间的摩擦作用及浆料循环流动中的剪切作用,容易被切断,产生细小纤维。从图4可以看出,细小纤维含量随打浆度的提高逐渐升高,但升高的幅度不是很明显,说明中高浓打浆是保留纤维长度的打浆过程,纤维偏向以表面细纤维化、纵向撕裂为主,减少了纤维与磨盘齿刃之间的接触,相对降低了细小纤维含量。2.5纤维长度的影响由图5可知,随着打浆的进行,浓度低的浆料成纸松厚度要低。这主要是打浆初期,浆浓越低,纤维被切断得多,纤维长度越短,相互交织的网络越紧密,同时由于切断过程产生部分细小纤维,填充在纤维交织层中,从而降低了成纸的松厚度。随着打浆时间和程度的增加,当打浆度超过29°SR后,浆料浓度越高成纸的松厚度越低。此时,纤维表面起毛活化占主导因素,浆料浓度越高,纤维表面活化程度越高,结合越紧密,成纸松厚度越低。2.6打浆度对成纸性能的影响纸的抗张强度与纤维本身强度和纤维之间的结合力有关,Page曾提出如下表达式:T—纸张的抗张指数(N·m/g)F—纤维强度指数B—纤维结合指数Z—零距抗张强度(N·m/g)b—纤维结合的剪切强度(N/m2)P—纤维的周长(m)L—纤维长度(m)RBA—纸页的相对结合面积,即纤维结合面积与纤维总表面积之比C—纤维粗度(mg/100m)由上式可见,对于纤维结合较弱的纸,拉断时纤维结合先遭到破坏。如果纤维相互间的结合力较强,则纤维首先断裂,纸张的抗张强度取决于纤维结合的剪切强度、纤维的相对结合面积和纤维粗度等,可用下式表示:随着打浆进行,纤维的润胀和细纤维化等作用均有利于纤维的结合,提高纸张的抗张指数。由图6可知,纸张的抗张指数都随打浆度的升高而增大,打浆度在29°SR之前时,同一打浆度下,浆浓为10%的成纸抗张指数最大,其次是15%,20%的最小。这主要是纤维各形态因素综合影响的结果。虽然在浆浓为10%时,纤维长度随磨浆的进行下降最快,但细小纤维含量增加,纤维粗度减小,使相对结合面积(RBA)增大;并且浆浓为10%时,纤维的扭结指数最小,有利于提高试样纤维的总长度,也使得相对结合面积(RBA)增大,从而导致在较低打浆度范围内,浆浓为10%的试样成纸抗张指数最大。随着打浆程度的增加,打浆度超过29°SR后,浆浓为20%的试样,纤维的细纤维化长度对成纸强度的贡献逐渐突显;而浆浓为10%的试样继续打浆,纤维切断较多,对成纸强度起到负面影响。导致20%浆浓成纸抗张强度超过10%浆浓试样,呈较明显上升趋势,而浆浓为10%的成纸抗张强度变化趋于平缓。3中浓打浆对桉木化学浆的影响(1)在中浓条件下,桉木化学浆纤维长度和粗度随着磨浆的进行逐渐减小,最后趋于平稳,并且浆浓越大,降低的幅度越小;浆浓越高,纤维的扭结指数越大;细小纤维含量随打浆度的升高而升高,但变化量不明显,说明低打浆度范围的中浓打浆相对保留了纤维长度,减少纤维切断、碎片化。(2)中浓打浆是机械剪切力与中浓湍流中的小纤维网络单元的摩擦形变效应协同作用,不同浓度的中浓打浆,对桉木化学浆纤维形态和细小纤维含量的影响有一定差异;浆浓相对较低时,机械剪切力占主导地位,浆浓较高时,则摩擦形变效应起主要作用。(3)纤维的长度、粗度、扭结指数和细小纤维含量的变化影响着成纸的松厚度和抗张强度。在打浆初期,纤维表面活化程度不够,打浆浓