纸浆保水值的影响因素

纸浆保水值的影响因素

纸保水率（wrv）是纸浆纤维润湿度的指标。纤维产生润胀的原因在于纤维素和半纤维素的分子结构中所含的极性羟基与水分子产生极性吸引,水分子进入纤维素的无定型区,纤维素分子链之间的距离增大,纤维变形,分子间的氢键结合受到破坏而游离出更多的羟基,进一步促进纤维的润胀,纤维的比容和比表面积增加。另外,纸浆纤维上的羧基在湿部环境下产生电离,吸附具有相反电荷的离子及分子,影响纤维表面的吸附双电层的厚度。纤维的吸水润胀因纤维原料的组成、制浆及漂白工艺以及打浆(磨浆)处理工艺的不同而有很大差异。如棉浆的α-纤维素含量高,结晶区较大,润胀困难;草类纤维半纤维素含量高,无定型区较大,容易吸水润胀。木质素是疏水性物质,木质素含量高的纸浆润胀能力弱。制浆方法不同,纤维的润胀性能也不相同,亚硫酸盐纸浆比硫酸盐纸浆易于润胀。因此,原料、制浆和漂白方法、打浆处理以及湿部环境等都影响纸浆的WRV。纤维原料、制浆和漂白方法决定了纸浆吸水润胀的基本特性,打浆削弱了纤维素大分子间的内聚力,提高了纸浆的比表面积,而湿部的pH值及无机盐又将影响到纤维表面的吸附双电层厚度。本实验探讨了漂白KP桉木浆在一定的打浆度和比表面积、特定的pH值与无机盐含量影响下的WRV变化情况及比表面积与WRV之间是否存在着一定的数学关系。1实验1.1电导率仪漂白FKP桉木浆,巴西生产。DDS-307电导率仪,上海雷磁制造;ST-2000比表面测定仪,北京分析仪器厂制造;ZQS7-PFI立式磨浆机,西北轻工业学院机械厂生产。1.2实验方法1.2.1无机溶剂浸泡细小纤维去金属离子处理准确称取一定量的浆料倒入烧杯中,用0.1mol/L的盐酸浸泡45min,边浸泡边用磁力搅拌器搅拌,浸泡后过滤浆料,再用0.1mol/L的盐酸浸泡45min,过滤后用去离子水洗若干次,使浆料中的无机盐尽可能除去。然后将分散好的浆料用去离子水洗涤,洗净后纸浆的pH值在5.4左右,备用。1.2.2ph值的调节将一定量的去金属离子后的纸浆调整到浆浓1%,分成两份,一份用0.1mol/L的盐酸或0.1mol/L的氢氧化钠溶液调节到所需的pH值。另一份用20%的氯化钠溶液调节到所需的电导率。1.2.3利用分光度、转速旋转法测定总离子质量目前WRV的测定方法尚未标准化。离心机主要技术参数为转数,实验确定了测纸浆WRV时离心机的转速和离心时间。称取一定质量的纸浆置于测定管内,测定管内铜网为325目,将测定管放入离心机中,开动离心机,回转半径为10cm,离心机电机功率为250W,调节转速至3000r/min,在此转速下再旋转10min,取出纸浆,置于已知质量的称量瓶中称质量,纸浆质量记为m1,然后放入烘箱中烘干到质量恒定,烘箱温度(105±1)℃,称绝干浆的质量,记为m2。1.3.4纸的比表面的测定纸浆比表面积用ST-2000、N2-BET吸附方法测定。2结果与讨论2.1打浆度和比表面积和wrv的测定纸浆纤维表面有裸露的游离羟基等基团,因而表现出亲水性能。受水分子极性和纤维自身比表面积的影响,纤维表面将吸附有一定厚度的水膜层。纸浆纤维经打浆(磨浆)作用,将被切断、压溃、润胀和细纤维化,纤维将有更大的比表面积和更多的羟基裸露在极性水相环境中,使纤维表面吸附更多的水,反映在纸浆的打浆度和WRV的增大上。表1数据为纸浆用PFI磨处理,在0～35000转下测定的打浆度、比表面积和WRV。从表1可以看出,磨浆转数提高到35000转时,纸浆的打浆度从19.0°SR增加到72.5°SR,比表面积从2.78m2/g增加到6.58m2/g,WRV也由152.1%增大到261.7%。这说明打浆降低了纤维的内聚力,纤维逐步得到润胀和分丝帚化,增大了纸浆的比表面积,从而使得纸浆的打浆度和WRV同步增大。2.2实验结果及分析湿部系统的pH值变化将影响到纸浆纤维上极性基团的电离程度,而体系离子的含量(特别是金属离子的含量)将影响到纤维表面的吸附双电层,它们都将对纸浆纤维的WRV产生直接的影响。为进一步研究纸浆比表面积增大后,其WRV在不同pH值及电导率作用下的变化情况,实验首先用去金属离子后的漂白KP桉木浆进行了研究。根据表1中纸浆的比表面积与WRV测定数据,以比表面积(x)为变量,WRV(y)为应变量,进行对数回归处理,得到图1中的数学模型。从图1可以发现,纸浆的比表面积与WRV经对数回归后得到的数学模型为:相关系数R2=0.9032,这说明比表面积与WRV有较高的相关性。为了验证该数学模型的准确度,实验将相应的比表面积数据代入模型公式(1),得到WRV的计算结果,并与实测数据对比(见表2)。由公式(1)计算所得的纸浆WRV与实测的WRV数据基本一致。这也说明在去离子水相环境下,纸浆纤维的比表面积与WRV存在对应关系。而实际上,纸浆纤维原料特性、水相环境也影响到纸浆纤维的WRV,因此,下面探讨纸浆的pH值及电导率对WRV的影响。2.3不同ph值对wrv的影响纸浆纤维中含有一定量的一COOH,受pH值的影响,—COOH上的质子将电离,从而影响到纤维表面的水膜层厚度,即纸浆的吸附水量。表3为不同比表面积纸浆在不同pH值下实际测定的WRV。由表3可见,随着pH值升高,纸浆纤维上的一COOH电离程度提高,纤维离子化导致水膜层厚度增大,使纸浆的WRV增大,在pH值约为6时,WRV达到最大值。当pH值超过6以后,金属离子含量增大,对纤维表面水膜层的压缩作用增强,使得纤维表面水膜层变薄,导致纸浆WRV有下降趋势。表4为不同pH值下,比表面积与纸浆WRV之间的对数回归方程及相关系数。根据表4中5个pH值下对应的比表面积与WRV回归方程式,合并成一个通式:由图2和图3中pH值与a值、b值的回归方程,可以发现a值随pH值变化有一定的规律。由图2回归曲线可知,a值与pH值可建立数学关系:a=0.867(pH)2-11.705(pH)+136.4(3)b=-1.4266(pH)2+18.246(pH)-22.001(4)随pH值变化,比表面积与WRV关系为:将表1中比表面积数据代入数学模型式(5),得到不同pH值下的WRV计算值(见表5)。将表4中的纸浆实测WRV数据与表5中计算所得的WRV进行比较可以看出,pH值在2～10范围内,计算WRV与实际WRV基本相符。2.4电导率对砂浆wrv的影响实验所用去离子KP桉木浆的电导率只有0.00284S/m,而一般造纸湿部系统的电导率在0.15～0.35S/m范围内。为研究方便,实验采用20%的氯化钠溶液调节纸浆的电导率,表6为不同电导率下不同比表面积纸浆的WRV。由表6可见,随着比表面积的增大,纸浆的WRV同步增加。随着电导率的增加,由于金属离子对压缩双电层的作用,纸浆的WRV在逐步减小。当纸浆的电导率达到0.2940S/m后,纸浆的WRV开始增加。这可能是在低电导率时,盐对纸浆的吸附双电层有压缩作用;而在高电导率下,可能有一定量的水合Na+进入纤维内部,引起纸浆WRV—定程度的增加。将表7中6个不同电导率对应的纸浆比表面积与WRV的6个回归方程式,合并成一个通式:由图4和图5中电导率与c值、d值的回归方程,可以发现c値、d值随电导率变化有一定的规律。将表7中电导率ρ与c值进行回归,建立数学关系:同样,将相应的电导率与d值进行回归,得到:随电导率变化,比表面积与WRV的数学模型为:将表1中纸浆的比表面积及电导率数据代入模型公式(10),得到纸浆WRV的计算结果,如表8所示。将表6与表8中的纸浆WRV数据对照可以发现,在电导率在0～0.2940S/m范围内,由数学模型公式(10)计算得到的WRV值与实际测定值基本相符。3桉木kp浆wrv的变化由图3回归曲线可知,b值与pH值存在数学关系:3.1漂白桉木KP浆的WRV与比表面积可以建立数学模型y=127.151nx+12.574,相关性系数R2值为0.9032。3.2pH值影响纸浆纤维上羧基的电离程度,将改变纸浆的WRV。在不同pH值下,漂白桉木KP浆的WRV与比表面积可以建立数学模型y=[0.867(pH)2-11.705(pH)+136.4]lnx+[-1.4266(pH