ud-1脱除桉木apmp浆树脂的工艺研究

ud-1脱除桉木apmp浆树脂的工艺研究

apmp纸浆生产技术以高得率、纸浆强度和低污染为特点，已成为一种非常受欢迎的高得率纸浆生产方法。然而，在apmp糊精制浆过程中，由于砂纸干燥区域的热效机作用和机械作用，大量树脂被释放。这些树脂随着纸张的干燥区域而运输，并存在于框架障碍问题，严重影响了纸机的正常生产和纸张的质量。桉木作为一种速生材近年来在APMP制浆工艺的比例不断增加,由于桉木中脂肪酸和脂肪酸酯含量较高,因此桉木APMP浆的树脂障碍问题已引起广泛关注。制浆造纸过程中树脂障碍问题是因纸浆中所带有的树脂抽出物成分引起,因此,解决树脂障碍问题的本质就是如何控制树脂障碍物。本文通过研究树脂控制剂(UD-1)对桉木APMP浆树脂控制的效果,重点探讨UD-1用量、浆料浓度、温度、pH值等因素对树脂控制剂效果的影响,最终确定最佳树脂控制剂工艺。目的是对生产实际中树脂控制有一定的指导意义,从而增加工厂效益,降低成本。同时,通过分析添加UD-1前后纸浆中树脂粒径和黏度变化,进一步解释UD-1脱除树脂的作用机理。1实验部分1.1原材料桉木APMP浆:由南宁金浪浆业有限公司提供;树脂控制剂UD-1:加拿大TRI-Y公司产品,为高分子表面活性剂。1.2旋转黏度计算纳米粒度分析仪:ZetasizerNanoS型,英国马尔文仪器有限公司产品;旋转黏度计:NDJ-79型,德国BROOKFIELD公司产品。AutoSpec图像分析系统:华南理工大学制浆造纸国家重点实验室提供。1.3实验方法(1)树脂控制剂ud-1合成工艺称取一定质量的APMP浆试样,根据实验工艺要求调节浆浓、pH值、温度,按照工艺要求加入一定量的树脂控制剂UD-1,在恒温磁力搅拌器的搅拌下反应至规定时间。反应后的浆料经过滤,去除其中的水分及树脂,并进行适量的洗涤后备用。(2)树脂含量检测方法采用TAPPI标准T204cm-97进行测定。(3)树脂粒径分布测量UD-1处理后的浆料经80目滤网过滤,过滤去其中的水分及树脂,并进行适量的洗涤。洗涤液用纳米粒度分析仪进行树脂粒径分析。(4)测量中的粘度UD-1处理后的浆料经80目滤网过滤,过滤去其中的水分及树脂,并进行适量的洗涤。洗涤液用NDJ-79旋转黏度计进行测量。2结果与讨论2.1ud-1脱除桉树apmp浆中的最佳树脂等级的确定(1)树脂去除的影响树脂控制剂的用量对树脂控制效果最为重要,高效率的树脂控制剂能以较小的用量达到理想的效果。本研究探讨了0.01%～0.18%范围内不同UD-1用量对树脂去除的影响,其他条件固定为:室温,pH值7.0,浆浓1%,处理时间30min。UD-1的用量对树脂去除率的影响如图1所示。从图1可看出,在给定实验条件下,树脂去除率随着UD-1用量的增加而提高。当UD-1用量在0.01%～0.10%范围内增加时,树脂去除率由5%迅速提高到50%左右;但UD-1用量由0.10%增加到0.18%时,树脂去除率仅由49%提高到55%,增长幅度趋于平缓。因此,从成本因素考虑,确定最佳UD-1用量为0.1%。(2)反应体系温度也是树脂控制剂一个重要影响因素,一般温度的高低对树脂控制剂的用量有较大的影响。本研究探讨了25℃～75℃范围内不同温度对树脂去除的影响,其他条件固定为:UD-1用量0.05%,pH值7.0,浆浓1%,处理时间30min。实验结果如图2所示。由图2可看出,随着温度的升高树脂去除率急剧增加,温度达60℃后树脂去除率增加趋势趋于缓和。原因可能是在初始阶段,随着温度的升高,增加了树脂的溶解性,有更多的树脂溶解出来。此外,温度升高能够显著提高UD-1的活性,促使树脂从纤维中分离出来。但是,当温度达到60℃以后,大部分树脂已经溶解出来,因而继续提高温度对树脂去除率的影响不再明显。因此,结合生产实际中APMP制浆工艺的特点,最佳温度选择为60℃。(3)不同脂质分子对树脂去除率的影响通常来说,树脂去除率与系统pH值有着密切的关系,一方面是由于树脂控制剂一般只有在一定的pH值范围才能有效地发挥作用,另一方面是由于在不同的pH值条件下,树脂的溶解性不同,也在一定程度上影响树脂去除率。本研究探讨了pH值5～8.5范围内对树脂去除的影响,其他条件固定为:室温,UD-1用量0.05%,浆浓1%,处理时间30min。实验结果图3所示。由图3可知,在pH值为4-6.5的范围内,随着pH值的升高树脂去除率也随之提高,但是,当pH值超过7.0后,随着pH值的升高树脂去除率逐渐下降。这是因为在近中性的情况下UD-1的活性最高,且树脂溶解性及稳定性较好,从而保证较高的树脂去除率。因此,最佳pH值选择为7.0。(4)处理时间的影响由于树脂控制剂需要一定的时间才能将树脂乳化和分散,并最终从纤维中分离出来,因此,处理时间的长短对树脂的去除率有较大的影响。本研究探讨了10～80min范围内不同处理时间对树脂去除的影响,其他条件固定为:室温,UD-1用量0.05%,pH值7.0,浆浓1%。实验结果如图4所示。由图4知,增加处理时间有利于提高树脂的去除率,从而减少树脂障碍发生的可能性。当处理时间在10～60min范围内,树脂去除率随处理时间的增加而迅速提高;当处理时间达到60min后,继续增加处理时间树脂去除率的提高不再明显。其原因可能是在一定的处理时间内,随着反应时间的延长,UD-1有充分的时间与浆料发生作用,从而利于树脂去除率的提高。但当处理时间达到60min后,大部分树脂已经溶解出来,因而继续延长处理时间对树脂去除率的影响不再明显。因此,选择最佳的处理时间为60min。通过以上单因素实验可知,在使用树脂控制剂UD-1处理桉木APMP浆过程中,控制剂用量、处理时间、系统pH值以及温度四个因素对实验结果均有明显影响,最佳工艺为:UD-1用量0.1%,处理时间60min,pH值7.0,温度为60℃。(5)可生物降解实验结果在最佳工艺条件下进行了验证实验,结果表明,经UD-1处理后的桉木APMP浆中,树脂去除率达到64%,效果十分明显。通过尘埃点可以反应出纸张中存在的胶蜡物含量及分布情况,它的含量对纸张性能及外观有重要的影响。本文通过AUTOSPEC图像分析软件对UD-1处理前后APMP纸浆手抄片的尘埃点进行了分析,结果如表1所示。从表1来看,使用树脂控制剂UD-1处理样品后,尘埃平均面积、每平方米尘埃个数(NPM)及每平方米尘埃总面积(PPM)均比处理前有所下降,分别下降了28%、14.8%和22.6%。由此可见,树脂控制剂UD-1对分散和去除树脂的效果十分明显。2.2树脂控制剂的使用对树脂粒径的影响树脂粒子通常可以分为三类。一是大树脂粒子(直径大于420nm),这类树脂比较容易在制浆造纸系统中的除渣器、筛选设备(如压力筛)中有效除去,因而不易产生树脂障碍问题。二是中等树脂粒子(直径在74nm～420nm之间)。这类树脂在制浆造纸系统中的净化筛选设备不能有效去除,因而是产生树脂障碍问题的主要树脂粒子。三是小颗粒树脂(直径小于74nm)。一般来说,这部分不会产生树脂障碍问题,而且这类小颗粒树脂在纸成品中也不易观察出来。因此,消除树脂障碍问题的关键就是如何将中等树脂粒子分散成较小的树脂粒子,并阻止这部分树脂的沉积,以达到消除树脂障碍的目的。图5和图6分别是使用UD-1树脂控制剂前后APMP纸浆洗涤液中树脂的粒径分布图。由图5和6的对比可以发现,未使用树脂控制剂UD-1前,树脂粒径主要分布在100-400nm的范围内,此粒径范围内的树脂所占比例达到90%以上。而使用UD-1处理后,树脂的粒径明显降低,树脂粒径主要分布在10-30nm范围内。由以上对比可知,UD-1能够把大的树脂粒子分散成较小的树脂粒子,也就是说其具有溶解分散树脂的功能。通过树脂控制剂UD-1的分散溶解作用,在制浆造纸系统中,将大的树脂粒子分散成较小的粒子,然后通过过滤洗涤作用,随洗涤水排出,从而达到消除树脂的目的。2.3树脂控制剂ud-1使用前后悬浮液黏度的对比树脂的黏度越大,对制浆造纸设备的黏附性越大,越容易造成树脂障碍问题。良好的树脂控制剂也要具有较好的脱黏、钝化作用,使胶蜡物粒子黏性降低。树脂控制剂UD-1使用前后悬浮液黏度对比如图7所示。由图7可以看出,不管是否使用树脂控制剂UD-1,随着温度的升高,分散体系的黏度均程下降趋势,且使用树脂控制剂UD-1比未使用UD-1时黏度下降更为明显。可见,树脂控制剂UD-1能有效降低树脂的黏度,从而使树脂的表面张力下降,减少了其沉积黏附在设备上的能力,从而可以防止树脂障碍的产生。3树脂去除效果及作用(1)使用UD-1作为树脂控制剂的最佳工艺为:UD-1用量0.1%、温度60℃、pH值7.0、反应时间60min。在该条件下桉木APMP浆