（制浆造纸工程专业论文）杨木apmp抄造性能的研究.pdf

l 青岛科技大学研究生学位论文 杨木a p m p 抄造性能的研究 摘要 。 随着全球木材资源短缺匮乏，以废纸和高得率浆为主或配抄的纸种越来越 多，随之抄造性能的研究越来越受到造纸研究者和工作者的重视。针对杨木碱性 过氧化氢机械浆( a p m p ) 纤维较短、强度较差及抄纸留着率较低等特点，本论文对 杨木a p m p 抄造性能进行了初步研究。 首先，研究了聚乙烯亚胺( p e i ) 、聚酰胺环氧氯丙烷( p a e ) 和变性淀粉等增强 剂对a p m p 手抄片物理强度的影响。研究结果表明，p e i 、p a e 和变性淀粉对a p m p 手抄片都有明显的增强作用；两性淀粉的增强效果优于阳离子淀粉；p a e 的增强 效果优于p e i 。当两性淀粉用量为1 o 时，手抄片的撕裂、抗张和耐破指数分 别提高7 4 、1 2 8 和7 6 g 当p a e 用量为1 o 时，手抄片的抗张和耐破指 数分别提高1 4 9 和1 2 5 。 其次，考察了阳离子聚丙烯酰胺( c p a m ) 单元助留助滤体系和c p a m 膨润土 微粒助留助滤体系对a p m p 的滤水和留着性能的影响，分析了高阳电荷聚合物 p e i 等对a p m p 抄纸助留助滤体系的影响。研究结果表明，电荷密度较高的w o 型c p a m 单元体系对a p m p 的助留助滤效果优越。电荷密度和分子量较高的改 性p e i 或较高电荷密度的阳离子瓜尔胶( e g g ) 作为阴离子垃圾捕捉剂，可以显著 改善c p a m 或c 删膨润土体系对a p m p 的助留助滤性能。当w 脚型c p a m 用量为0 0 3 时，添加0 0 2 的p e i ，a p m p 滤水速度和总留着率分别提高1 6 0 和1 9 ；当洲型c p a m 和膨润土的用量分别为0 0 3 和0 3 时，添加0 0 2 的p e i ，a p m p 的滤水速度和总留着率分别提高2 8 6 0 0 和3 o 。 然后，研究了阴离子垃圾捕捉剂如p e i 和c g g 对烷基烯酮二聚物( a k d ) 在 a p m p 抄纸中施胶性能的影响。研究结果表明，改性p e i 和c g g 作为阴离子垃 圾捕捉剂，可以显著提高a k d 在a p m p 抄纸中的施胶效率。当w 刖型c p a m 用量为0 0 3 时，添加0 0 2 p e i 手抄片熟化前和熟化后的施胶度分别达到3 8s 和4 7s ，施胶效率分别提高5 0 0 和3 8 9 。当w 厂w 型c p a m 用量为0 0 3 时， 添加0 0 5 c g g 手抄片熟化前和熟化后的施胶度分别达到3 78 和4 48 ，施胶效 率分别提高4 1 7 和2 2 2 。 最后，通过无机矿物纤维如矿物复合纤维( m c f ) 和硫酸钙晶须( c s w ) 与植物 纤维不同配比或其与传统填料如研磨碳酸钙( g c c ) 、滑石粉、白炭黑复配抄纸， 讨论了其手抄片物理强度和光学性质。研究结果表明，添加矿物复合纤维、g c c 和白炭黑有利于提高手抄片灰分和光学性质如白度、不透明度和光散射系数；而 杨木a p m p 抄造性能的研究 添加硫酸钙晶须和自炭黑可以增加手抄片的松厚度。矿物复合纤维与填料g c c 或滑石粉复配时，手抄片灰分、物理强度和光学性质得到明显改善；矿物复合纤 维较合适的加入量为4 0 o - - 1 0 。白炭黑与g c c 或滑石粉复配时，也可明显提高 手抄片的灰分和光学性质。 关键词：a p m p 助留助滤增强无机矿物纤维物理性能 青岛科技大学研究生学位论文 s t u d yo np a p e r m a n g c h a r a c t e r i s t i c s o fp o p l a ra p m p a b s t r a c t w i t ht h eg l o b a ls c a r c i t yo fw o o dm a t e r i a l ，r e s e a r c h e r sa n dp a p e r m a k e r sp a ym o r e a t t e n t i o nt ou s i n gr e c y c l e dp a p e ra n dh i g hy i e l dp u l p ( h y p ) 1 1 1 ep o p l a ra l k a l i n e h y d r o g e np e r o x i d em e c h a n i c a lp u l p ( a p m p ) f i b e r , w h i c hh a db e e ns t u d i e dm a i n l yi n t h i sp a p e r , h a st h ep r o p e r t i e ss u c ha ss h o r tf i b e r - l e n g t h ，p o o rs t r e n g t ha n db a dr e t e n t i o n i np a p e r m a k i n g f i r s t l y , t h ee f f e c t so fs t r e n g t ha d d i t i v e s ，s u c ha sp o l y - e t h y l e n e i m i n e ( p e i ) ，p o l y - a m i d e a m i n e - e p i c h l o r o h y d f i n ( p a e ) ，c a t i o n i cs t a r c h ( c s ) a n da m p h o t e r i es t a r c h ( a s ) ， o nt h ep h y s i c a la n do p t i c a lp r o p e r t i e so fh a n ds h e e tw e r ei n v e s t g a t e d t h er e s u l t s s h o w e dt h a ta d d i n gp e i ，p a ea n da sa l lh a dg o o ds t r e n g t h e n i n gi m p r o v e m e n t w h e n r e f e r r i n gt ot h es t r e n g t he n h a n c e m e n to fh a n ds h e e t ，a sh a db e t t e re f f e c tt h a nc s ，a n d p a eh a db e t t e re f f e c tt h a np e i 、砘e l lt h ed o s a g eo fa sw a s1 o ，t e a r i n gi n d e x ， t e n s i l ei n d e xa n db u r s t i n gi n d e xo ft h eh a n ds h e e tw e r ei n c r e a s e db y7 4 12 8 a n d 7 6 r e s p e c t i v e l y ；w h e nt h ed o s a g eo f p a ew a s1 o t e n s i l ei n d e xa n db u r s t i n gi n d e x w e r ei n c r e a s e db y9 5 1 4 9 a n d1 2 5 r e s p e c t i v e l y s e c o n d l y , t h ee f f e c t so f d i f f e r e n tr e t e n t i o na n dd r a i n a g es y s t e m si n c l u d i n gs i n g l e ， d u a la n dt e r n a r yr e t e n t i o ns y s t e mo nt h ed r a i n a g ea n dr e t e n t i o np r o p e r t i e so fa p m p h a n ds h e e tw e r ee x p l o r e d t h ee f f e c t so f h i g h l yc a t i o n i cp o l y m e rl i k ep e ia n dc a t i o n i c g u a rg u m ( c g g ) o nt h ep r o p e r t i e so fa p m ph a n ds h e e tw e r ea l s od i s c u s s e d t h e r e s u l t ss h o w e dt h a ta d d i n gw | oc p a mw i t hh i g h e rc a t i o n i cc h a r g ed e n s i t ya n d m o l e c u l a rw e i g h th a db e t t e rb e n e f i t st h a na d d i n gw wc p a mo nd r a i n a g ea n d r e t e n t i o np r o p e r t i e so fa p m p a d d i n gm o d i f i e dp e io rc g ga sa n i o n i ct r a s hc a t c h e r ( a t c ) c o u l di m p r o v et h er e t e n t i o na n dd r a i n a g e r a t eo fa p m pi nc p a mo r c p a m b e n t o n i t es y s t e m w h e na d d i n g0 0 2 d o s a g eo fp e i ，t h ed r a i n a g ea n d r e t e n t i o nr a t ew e r ei n c r e a s e db y16 o a n d1 9 r e s p e c t i v e l ya sc o m p a r e dt ot h e c o n t r o lw i t h0 0 3 d o s a g eo f 洲c p a m ：t h ed r a i n a g ea n dr e t e n t i o nr a t ew e r e i n c r e a s e db y2 8 6 a n d3 o r e s p e c t i v e l ya sc o m p a r e dt ot h ec o n t r o lw i t h0 0 3 d o s a g eo f w wc p a ma n do 3 d o s a g eo f b e n t o n i t e t h e n ，t h ee f f e c to fh i g h l yc a t i o n i cp o l y m e r sa sa t co nt h ea k dn e u t r a ls i z i n gi n a p m pp a p e r m a k i n gw a se x p l o r e d 1 1 1 er e s u l ts h o w e dt h a ta d d i n gm o d i f i e dp e io r c g ga sa t ch a dr e m a r k a b l ei m p r o v e m e n to fs i z i n ge f f i c i e n c yo fa p m pi nc p a m s i n g l es y s t e m w h e na d d i n g0 0 2 d o s a g eo fp e ia n do 0 3 d o s a g eo fc p a m ，t 1 1 e i i i 杨木a p m p 抄造性能的研究 s i z i n gd e g r e eo fb e f o r ea n da f t e rc u r i n gw e r e38 sa n d4 7 sr e s p e c t i v e l y , i n c r e a s e db y 5 0 0 a n d3 8 9 r e s p e c t i v e l ya sc o m p a r e dt oc o n t r o lw i n l0 0 3 d o s a g eo fc p a m w h e na d d i n g0 0 5 d o s a g eo fc g ga n do 0 3 d o s a g eo fc p a m ，t h es i z i n gd e g r e eo f b e f o r ea n da f t e rc u r i n gw e r e3 7 sa n d4 4 sr e s p e c t i v e l y , i n e r e a s e db y4 1 7 a n d2 2 2 r e s p e c t i v e l ya sc o m p a r e dt oc o n t r o lw i t l l0 0 3 d o s a g eo fc p a m i no r d e rt oa c h i e v et h ep u r p o s eo fe n h a n c i n gt h eh a n ds h e e tp e r f o r m a n c el i k e o p t i c a lp r o p e r t i e sa n dp h y s i c a lp r o p e r t i e s ，t h ee f f e c t so fi n o r g a n i cm i n e r a lf i b e r ( i m f ) s u c ha sm i n e r a l c o m p o s i t ef i b e r ( m c f ) a n dc a l c i u ms u l f a t ew h i s k e r s ( c s w ) c o m p o u n d i n gw i t hf i b e ro rt r a d i t i o n a lf i l l e rl i k eg r o u n dc a l c i u mc a r b o n a t e ( g c c ) a n d t a l eo nt h eh a n ds h e e tp e r f o r m a n c ew e r ec o m p a r e ds oa st od e c i d et h ep r e f e r a b l e d o s a g eo fi m f i na p m ph a n ds h e e t t h er e s u l t ss h o w e dt h a tw h e na d d i n gm c f c s w , g c ca n ds i l i c ai n t oa p m pp l a n tf i b e rr e s p e c t i v e l y , t h ea s hc o n t e n ta n do p t i c a l p r o p e r t i e s w e r eo b v i o u s l yi m p r o v e d ；a d d i n gc s wa n ds i l i c ac o u l dr e m a r k a b l y i m p r o v et h eb u l k i n e s so fh a n ds h e e t r 1 1 e nm c fw a sc o m p o u n d e dw i t ht r a d i t i o n a l f i l l e r , t h ea s hc o n t e n ta n do p t i c a lp r o p e r t i e ss u c h 嬲w h i t e n e s s ，o p a c i t ya n dl i g h t s c a t t e r i n gc o e f f i c i e n t ( l s c ) ；t h eo p t i m a ld o s a g eo fa d d i n gm c f i n t oa p m pf i b e rw a s f r o m4 t o10 w h e l ls i l i c aw a sc o m p o u n d e dw i t h 仃a d i t i o n a lf i l l e r , t h ea s hc o n t e n t a n do p t i c a lp r o p e r t i e sw e r ea l s oo b v i o u s l yi m p r o v e d k e yw o r d s ：a l k a l i n eh y d r o g e np e r o x i d em e c h a n i c a lp u l p ( a p m p ) r e t e n t i o na n dd r a i n a g e s t r e n g t h e n i n gi n o r g a n i cm i n e r a lf i b e r ( i m f ) p h y s i c a lp r o p e r t y i v 青岛科技大学研究生学位论文 符号 a k d a p m p a s a t c b l p c d c g g c p a m c s c s w d c s d s g c c h y p i m f l s c m c f p a c p a e p d a d 【a c p e i t b o 。孢 符号说明 名称 烷基烯酮二聚体 碱性过氧化氢机械浆 两性淀粉 阴离子垃圾捕捉剂 漂白硫酸盐浆 阳离子需求量 阳离子瓜尔胶 阳离子聚丙烯酰胺 阳离子淀粉 硫酸钙晶须 溶解胶体物质 溶解物质+ 研磨碳酸钙 高得率浆 无机矿物纤维 光散射系数 矿物复合纤维 聚合氯化铝一 聚酰胺环氧氯丙烷 聚二甲基二烯丙基氯化铵 聚乙烯亚胺 甲苯胺蓝 抗张指数 青岛科技大学研究生学位论文 目录 1 前言11 日吾1 1 1 高得率浆的定义和特性1 1 1 1 高得率浆的概述1 1 1 2 高得率浆的发展l 1 1 3 高得率浆的特性2 1 1 4 高得率浆的应用4 1 2 造纸湿部化学和h y p 湿部抄造性能5 1 2 1 湿部化学定义5 1 2 2 湿部化学助剂的分类及作用5 1 2 3 增强剂及增强机理6 1 2 4 助留助滤剂及微粒助留体系9 1 2 5 施胶剂。1 1 1 2 6 填料及无机矿物纤维1 4 1 2 - 7h y p 湿部特性及其控制16 1 3 研究目的意义及主要内容1 7 2 杨木碱性过氧化氢机械浆的浆料性能1 8 2 1 引言l8 2 2 实验原料和仪器18 2 3 实验方法18 2 3 1 浆料水分的测定1 8 2 3 2 打浆和磨浆实验18 2 3 3 打浆和磨浆过程中的检测1 9 2 3 4 抄片实验1 9 2 3 5 手抄片物理性能的测试：1 9 2 3 6 细小纤维含量的测定2 0 2 3 7 模拟白水和d c s 水样制备及其测定2 0 2 3 8 水样物化特性的测定2 0 2 4 结果与讨论2 0 2 4 1a p m p 的浆料特性2 0 2 4 2 不同打浆度时的手抄片性能2 1 2 5 小结2 2 杨木a p m p 抄造性能的研究 3 增强剂在杨木碱性过氧化氢机械浆中的应用效果2 3 3 1 引言2 3 3 2 实验原料2 3 3 3 实验仪器2 3 3 4 实验方法2 3 3 4 1 纸料的准备2 3 3 4 2 淀粉溶液的准备2 3 3 4 3p e i 、p a e 及交性淀粉等增强剂的助留实验2 3 3 4 4p e i 、p a e 及变性淀粉等增强剂的增强实验2 4 3 4 5 手抄片物理性能的测试2 4 3 4 6 纸张湿抗张强度的测定2 4 3 5 结果与讨论2 4 3 5 1 增强剂的用量对手抄片总留着率的影响2 4 3 5 2 增强剂的用量对手抄片物理性能的影响2 5 3 5 3 增强剂的用量对手抄片光学性质的影响2 7 3 6 小结3 0 4 杨木碱性过氧化氢机械浆助留助滤体系的研究3 1 4 1 引言31 4 2 实验原料3 l 4 3 实验仪器3 2 4 4 实验方法3 2 4 4 1c 脚心及p e i 性能分析实验3 2 4 4 2 纸料的准备3 3 4 4 3 助留实验3 3 4 4 4 助滤实验3 3 4 4 5z e t a 电位及溶解阳电荷需求量的测定3 3 4 5 结果与讨论一3 4 4 5 1c p a m 及p e i 性能分析3 4 4 5 2c p a m 单元体系对a p m p 滤水与留着性能及电荷性质的影响3 5 4 5 3c p a m 膨润土微粒体系对a p m p 滤水与留着性能及电荷性质的影响3 7 4 5 4 阴离子垃圾捕捉剂对a p m p 滤水与留着性能及电荷性质的影响3 9 4 5 5p e i 、p a c 和膨润土组成的微粒体系对a p m p 滤水与留着性能的影响4 2 4 5 6p e i 作为a t c 对c p a m 单元体系a p m p 滤水与留着性能及电荷性质的影响 z i ：! l l 青岛科技大学研究生学位论文 4 5 7p e i 作为a t c 对c p a m 微粒体系a p m p 滤水与留着性能及电荷性质的影响 4 5 4 5 8p e i 作为a t c 对瓜尔胶体系a p m p 滤水与留着性能的影响4 7 4 5 9c g g 作为a t c 对c p a m 体系a p m p 滤水与留着性能的影响4 8 4 6 小结：4 9 5a k d 在杨木碱性过氧化氢机械浆中施胶性能的研究5 1 5 1 引言m 5l 5 2 实验原料5 l 5 3 实验仪器5 l 5 4 实验方法5 1 5 4 1 抄片实验5 l 5 4 2 手抄片的熟化5 2 5 4 3 施胶度的测定5 2 5 4 4a k d 熟化度和施胶效率的计算5 2 5 5 结果与讨论5 2 5 5 1 阴离子垃圾捕捉剂对a p m p 施胶的影响5 2 5 5 2p e f c p a m 体系对a p m p 施胶的影响。5 3 5 5 3p e i c g g 体系对a p m p 施胶的影响5 4 5 5 4c g g c p a m 体系对a p m p 施胶的影响5 5 5 6d 、结5 6 6 无机矿物纤维在杨木碱性过氧化氢机械浆中的应用5 7 6 1 引言5 7 6 2 实验原料_ 5 7 6 3 实验仪器5 8 6 4 实验方法一5 8 6 a 1 沉降速度实验一5 8 6 4 2 纸料的准备。：。5 8 6 4 3 无机矿物纤维与植物纤维复配应用抄片实验5 8 6 4 4 无机矿物纤维与填料复配应用抄片实验5 8 6 4 5 手抄片物理性能的测试5 8 6 4 6 手抄片灰分的测定。5 8 6 5 结果与讨论5 8 6 5 1 无机矿物纤维及填料的沉降速度5 8 6 5 2 无机矿物纤维与植物纤维不同配比对手抄片性能的影响二5 9 i i i 杨木a p m p 抄造性能的研究 6 5 3 无机矿物纤维及填料与植物纤维不同配比对手抄片性能的影响6 l 6 5 4 无机矿物纤维与填料不同配比对手抄片性能的影响6 6 6 5 5 白炭黑与填料不同配比对手抄片性能的影响7 0 6 5 6 无机矿物纤维及填料的光学显微镜图像7 2 6 5 7 植物纤维中添加2 0 无机矿物纤维或填料的光学显微镜图像7 5 6 6d 、i 砻：j 7 6 全文总结与下一步工作7 8 参考文献8 0 攻读学位期间发表的学术论文8 5 致谢；8 6 声明8 7 i v 青岛科技大学研究生学位论文 1 1 高得率浆的定义和特性 1 前言 1 1 1 高得率浆的概述 高得率浆( h y p ) 是指用化学的( 有时是生物的) 、热的和机械的方法使纤维原 料分离，制浆得率在7 5 以上的浆种。广义的高得率浆既包括传统的磨石磨木 浆( s g w p ) 、化学磨木浆( c g w p ) 、压力磨木浆( p g w ) 、木片磨木浆( r m p ) ，又包 括近年来发展起来的各种化学机械浆( c m p ) 、热磨机械浆( t m p ) 、化学热磨机械 浆( c t m p ) 以及碱性过氧化氢机械浆( a p m p 或a p p ) 和生物机械浆( b i o m p ) 等。 狭义上的高得率浆是指目前世界上发展较快的漂白化学热磨机械浆 ( b c t m p ) 、碱性过氧化氢机械浆( a p p a p m p ) 和盘磨化学预处理碱性过氧化氢机 械浆( p r c a p m p ) 等化学机械浆i l j 。 高得率法制浆能更有效地利用纤维原料，其化学药品用量少，生产过程无恶 臭及粉尘等大气污染，吨浆耗水量比化学浆低，生产过程排放的废液污染负荷轻， 除半化学浆外，废液的回收处理比较简单，相同规模建厂费用约为硫酸盐浆厂的 一半，可满足产品性能的需要( 成纸吸墨性好，不透明度高，“质地 松柔，适 印性好) 1 2 , 3 】。在环境保护要求日趋严格的今天，发展高得率制浆更有其现实意义。 1 1 2 高得率浆的发展 化学机械浆技术自2 0 世纪7 0 年代第一条生产线投产以来发展非常迅速。化学 机械浆始于亚硫酸盐处理的化学热磨机械制浆，传统上称为c t m p 或b c t m p 。2 0 世纪8 0 年代后期开发了a p p 和a p m p ，9 0 年代开发了p r c a p m p 。中国自1 9 9 5 年 首条a p m p 生产线在湖南岳阳建成以来，高得率制浆发展迅速。其主要原因【4 1 ： 发达的工业国家也存在木材短缺问题；新的化学制浆方法的费用相对较高； 在廉价的纸和纸板中，二次纤维的使用量增加；含机械浆或化机浆的高级印 刷纸的需要量日益增大；制浆和造纸技术的不断进步。 高得率浆发展初期，纤维原料主要采用针叶木，浆料主要应用于传统含机械 浆纸种、卫生纸、纸巾类产品的抄造中。在过去2 0 多年里，高得率浆的纤维原料 已由针叶木为主要原料发展到阔叶木占主导地位。市场对各种阔叶木浆的认可得 到不断发展。 近几十年以杨木等阔叶材为原料生产高得率浆的技术发展很快。阔叶材除杨 木以外，密度大，质硬，一般不适合于制造高得率浆。8 0 年代兴起了漂白化学热 磨机械浆，9 0 年代又出现了新浆种碱性过氧化物机械浆。阔叶材，特别是杨木和 杨木a p m p 抄造性能的研究 桉木，经过化学预处理后机械浆的强度性质得到显著的改进，能使用阔叶材高得 率浆配抄的纸张品种越来越多，而且已能用1 0 0 的杨木高得率浆制造新闻纸以 及配抄高档的纸张等。 日益严重的资源、能源和环境危机困扰着当今世界，如何在降低能源消耗和 控制环境污染的前提下，持续地发展制浆造纸工业，是制浆造纸科学研究者和工 作者面临的现实问题。高得率浆的兴起和发展，引领造纸工业进入了一个全新的 领域。它在性能方面填补了传统机械浆和化学浆之间的空档，使造纸厂可以在较 低的成本下生产出质量和性能优异的产品。 在我国，随着“逐步实现以木材纤维为主的原料结构方针和“林纸一体化 工程的逐步实施和全面推广，全国共有7 2 家造纸企业拟建林纸基地，现在开发 的面积己达4 7 4 万公顷，规n n 2 0 1 0 年开发的面积为5 6 8 4 万公耐5 1 ，这将为化 机浆的生产提供充足的原料。适合速生材制浆造纸的工艺方法一a p m p 、b c t m p 制浆，也越来越受到造纸工业的青睐。杨木化学机械浆已经成为我国造纸工业的 重要浆种，而且仍然具有很大的开发利用空间。 1 1 3 高得率浆的特性 1 1 3 1 化学和物理性质 h y p 保留了大部分的木素和半纤维素，所以其制浆得率较高( 8 0 9 0 0 由 于h y p 保留了大部分的木材化学成分，其化学性质与漂白硫酸盐浆( b k p ) 相比存 在很大的差异。h y p 保留了几乎所有的木素，因而会增加纸张的返黄，其纤维比 较挺粗大和挺硬且不易被压扁，在纸页中大多呈管状，高松厚度是h y p 的典型 特征( 虽然h y p 的松厚度较高但纤维间结合强度较差) ；而b k p 基本上不含木素， 其纤维比较柔软，且胞腔很容易被彻底压塌而成扁平的带状。h y p 的磨浆过程中 纤维发生分丝帚化，同时产生大量的细小组分，其中包括剥离的胞间层、细小纤 维和纤维碎片。因此h y p 的比表面积显著高于b k p ，这对造纸湿部过程中的施 胶和助留助滤将有一定的影响。 h y p 制浆过程中的碱性h 2 0 2 漂白对h y p 的化学和物理性能有显著影响【引。 漂白使h y p 纤维的结合力增加，同时挺度、松厚度和不透明度有所下降，其影 响程度取决于漂白工艺条件。碱性h 2 0 2 漂白使h y p 的化学性质发生多方面的变 化，其中包括木素的氧化与溶出半纤维素的脱乙酰基反应和溶出、及其在纤维表 面上的再吸附、果胶的脱甲基反应及其溶出、以及抽出物的溶出等。这些化学变 化会显著影响h y p 的性能，如纤维的阴离子基团含量、电荷密度、柔软度、可 塑性以及结合强度等。h y p 的制浆和漂白工艺，使其阴离子基团如羧基和磺酸基 含量明显高于b k p ，所以其纤维的负电荷密度较高。h y p 这些独特的化学和物理 性质对造纸过程湿部化学将有一定的影响【1 7 8 】。 2 青岛科技大学研究生学位论文 1 1 3 2 细小纤维组分 较高的细小纤维组分含量是h y p 的重要特征。细小纤维组分对浆料的性能 有重要的影响。不管是h y p 还是化学浆，在性质上细小纤维组分与纤维有着明 显的差别。例如，机械浆的细小纤维组分的比表面积高达7 81 1 1 2 儋，而其纤维的 比表面积仅为1m 2 g 左右 9 j 。此外，细小纤维组分的润胀程度相当于其对应纤维 的2 倍【l o 】。由于h y p 的磨浆过程中产生一定量的超细小组分，所以h y p 的细小 纤维的比表面积较大，同时也由于其含有较多的带有羧基的木素、半纤维素和果 胶等化学成分，其负电荷含量较高【1 1 , 1 2 】，所以浆料的细小纤维含量及其化学和物 理性质对造纸湿部化学有重要的影响。如在造纸的湿部，由于细小纤维的比表面 积大、电荷密度高，其趋向于吸附比纤维多得多的助留助滤剂、填料颗粒、增强 剂和施胶剂等，从而影响造纸助剂的应用效率。此外，由于细小纤维本身的尺寸 比纤维小得多，不容易在网上留着等。 细小纤维也对纸张的结构和物理性能有着非常重要的影响。比如在纸张的成 形过程中，细小纤维趋于填充纤维之间的空间而增加纤维之间的相互作用力。化 学浆在打浆后的细小纤维的分丝程度较高而且亲水性较好，在干燥过程中与纤维 完全结合。对h y p 来说，虽然细小纤维多，但它们与纤维之间的结合并不完全， 保留了一些表面积，因而纸张具有较好的光散射性。 1 1 3 3 阴离子垃圾 阴离子垃圾是溶解胶体物质( d c s ) 的阳离子需要量( c d ) ，对抄纸过程的湿部 化学有不良影响。h y p 中阴离子垃圾的主要成分为聚半乳糖醛酸、氧化木素大分 子和树脂酸胶粒。h y p 中的阴离子垃圾部分由磨浆过程产生。高温和高强度的机 械作用使部分阴离子型半纤维素( 如聚阿拉伯糖半乳糖) 从纤维中溶出，同时也 使部分木材抽出物( 如树脂酸和脂肪酸) 以胶体的形式分散到水相中成为阴离子 垃圾。h y p 大部分的阴离子垃圾由碱性h 2 0 2 漂白过程产生，其成分主要为聚半 乳糖醛酸和氧化木素。聚半乳糖醛酸来源于木材中的果胶。果胶是一种由半乳糖 醛酸组成的多聚糖，其大部分的半乳糖醛酸上的羧基已甲基化。果胶在碱性h 2 0 2 漂白中发生脱甲基反应使其酯化的羧基游离出来，同时也发生碱性降解和碱性溶 出反应。脱甲基果胶一般称为聚半乳糖醛酸或果胶酸，是漂白机械浆中阴离子垃 圾的主要成分。溶解的氧化木素是碱性h 2 0 2 漂白过程中所产生的阴离子垃圾的 另一主要成分【7 , 1 3 1 5 。木素中的发色基团( 如邻醌结构) 发生氧化反应，生成酸 式结构( 如己烯二羧酸结构) 。部分带有酸式结构的氧化木素大分子在漂白过程 中的碱性条件下从纤维中溶出而成为阴离子垃圾。h y p 中的阴离子垃圾的负电荷 主要来自于聚半乳糖醛酸、氧化木素、树脂酸和脂肪酸的羧酸基的电离。其阴离 子垃圾的含量与p h 值有关。高白度h y p 的阴离子垃圾含量较高，而且其受p h 杨木a p m p 抄造性能的研究 值的影响比较大，说明其含有较多的氧化木素和抽出物类型的阴离子垃圾。阴离 子垃圾可与阳离子助留助滤剂等相互作用生成聚合电解质的复合物，从而降低助 剂的效果，增加阳离子型助剂的用量【1 6 - 2 0 。 1 1 4 高得率浆的应用 高得率浆发展初期，纤维原料主要采用针叶木，其浆料应用于传统含机械浆 纸种、卫生纸、纸巾类产品的抄造中。在过去2 0 多年里，高得率浆的纤维原料已 由针叶木为主发展到阔叶木占主导地位。市场对各种阔叶木浆的认可得到不断发 展。一般来说，以阔叶木为原料的g w 、p g w 或t m p 浆，由于纤维短，强度太低， 难于抄造。但阔叶木经化学预处理后的热磨机械浆大大改善了成浆强度，使得用 阔叶木化机浆抄造许多纸种成为可能。由于纤维较短，阔叶木聃p 的游离度( c s f ) 可以保持在较高的范围( 2 5 0 - 3 5 0m l ) j 而不显著影响成纸的匀度和表面粗糙度。杨 木h y p 漂白后白度可以达n 8 5 ，接近化学浆的白度( 8 7 9 0 ) 。筛选技术的发 展，特别是楔型细筛的应用，显著降低了h y p 的纤维束含量【l3 1 。此外，h y p 的性 能还可通过灵活调节制浆和漂白过程的化学品用量以及工艺条件进一步的调整， 使之更接近机械浆或化学浆。 含h y p 的纸张通常具有较高的松厚度、弯曲挺度、尺寸稳定性以及更好的 光散射性和印刷适应性【2 l 】。造纸厂可以利用这些特点来调整产品的性能，满足用 户的特定要求。例如，可以通过使用h y p 在达到纸张厚度要求的前提下降低纸 张的定量，或在定量不变的前提下获得较高的纸张挺度。但是，h y p 的使用可能 会导致纸张的表面粗糙度略有增加，这取决于h y p 的强度、磨浆程度及其在纸 张中的加入量。h y p 可以达到与硫酸盐浆相似的强度，但是为了取得较高的松厚 度，h y p 的物理强度一般低于化学浆。尽管如此，用h y p 取代阔叶木硫酸盐浆 不一定会导致纸张强度的降低。h y p 有更多的短纤维和细小纤维。当其与化学浆 混合时，h y p 填充了长纤维之间的孔隙和空间，从而改善了纸张的匀度并增加了 纤维之间的结合点，这样强度的协同效应就产生了。当同时使用h y p 与化学浆 时，它们之间的互补作用会使纸张具有更好的性能。但用h y p 代替部分化学浆 生产不含机械浆的纸种时，生产工艺应作适当调整。由于h y p 纤维的表面有较 多的木素，其亲水性比化学浆差，因而碎浆较困难，所以h y p 的碎浆温度和时 间应适当地提高和延长。同时由于h y p 含有较多的细小纤维和阴离子垃圾，纸 机的湿部化学也需作适当地调整1 2 2 j 。 h y p 在含机械浆纸和纸板中的使用已较为普遍，且h y p 加工技术已相当成 熟。将来应用开发的方向主要是利用那些被认为较差或未完全利用的木材原料。 尽管h y p 在以化学浆为主的不含机械浆纸中的应用有了相当大的发展，但尚未得 到充分利用。为了满足市场对高质量低成本产品的需求，造纸厂必须更有效地利 4 青岛科技大学研究生学位论