- 相關(guān)推薦
試論利用新型纖維形態(tài)分析儀分析杉木CTMP漿纖維形態(tài)
本研究受到國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(20776054),廣東省自然科學(xué)基金博士啟動(dòng)項(xiàng)目(8451064101000807),教育部高校博士點(diǎn)基金新教師課題(200805611104),廣東省高等學(xué)校自然科學(xué)研究重點(diǎn)項(xiàng)目(06Z002)的資助。
近些年來(lái),隨著各種高得率漿的快速發(fā)展,高得率漿已廣泛用于生產(chǎn)新聞紙、多層紙板、衛(wèi)生紙,或作為化學(xué)漿的部分替代物用于涂布和未涂布印刷紙、書(shū)寫(xiě)紙及其他特種紙等[1-2]。由于環(huán)保和經(jīng)濟(jì)的原因,國(guó)內(nèi)外造紙廠逐漸認(rèn)識(shí)到白水封閉循環(huán)回用的重要性,隨著白水封閉循環(huán)程度的不斷提高,白水中纖維和細(xì)小纖維的含量與形態(tài)差異必然會(huì)對(duì)紙機(jī)運(yùn)行和紙張性質(zhì)產(chǎn)生一定的影響,國(guó)內(nèi)外各研究機(jī)構(gòu)也加強(qiáng)了對(duì)白水封閉循環(huán)過(guò)程的纖維及細(xì)小纖維研究[3-5]。
文獻(xiàn)[6]應(yīng)用循環(huán)白水方法研究了高得率漿細(xì)小纖維及其對(duì)紙張性能的影響。結(jié)果表明,高得率漿中細(xì)小纖維含量在20%以上;用循環(huán)白水比用清水制得的紙張物理強(qiáng)度提高9·3% ~93·4%、光學(xué)性能提高1% ~10%。M·Rundlof[7]等人的研究表明,白水中的細(xì)小纖維與原料中的細(xì)小纖維在種類上有所不同,且兩種細(xì)小纖維的表面化學(xué)組成也不同,白水中細(xì)小纖維的表面吸附有較多的有機(jī)抽出物,兩種細(xì)小纖維其他的化學(xué)組成區(qū)別不大。但他們并未對(duì)漿料與白水中纖維和細(xì)小纖維的形態(tài)做系統(tǒng)的分析研究。
近年來(lái)隨著測(cè)量技術(shù)的不斷發(fā)展,已經(jīng)可以用儀器自動(dòng)快速地測(cè)定造紙纖維的各種形態(tài)。因此纖維形態(tài)的測(cè)定在造紙行業(yè)的科研和生產(chǎn)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。本研究使用先進(jìn)的纖維形態(tài)分析儀分析漿料和白水中纖維和細(xì)小纖維的形態(tài),并進(jìn)行了對(duì)比,以說(shuō)明白水中纖維和細(xì)小纖維在形態(tài)上與漿料中纖維和細(xì)小纖維的差別,以及白水在回用過(guò)程中對(duì)紙張性能的影響。
1 實(shí) 驗(yàn)
1·1 原料及藥品
CTMP漿由華南某漿廠提供(主要為杉木,打漿度為30°SR),陽(yáng)離子聚丙烯酰胺(CPAM)和陰離子膨潤(rùn)土以及工廠紙機(jī)網(wǎng)下白水都取自湖南某造紙廠。
1·2實(shí)驗(yàn)儀器
DFR-04動(dòng)態(tài)濾水儀,德國(guó)BTGMütek公司生產(chǎn);MorfiCompact纖維形態(tài)分析儀,法國(guó)Techpap公司生產(chǎn),如圖1所示。
1·3 實(shí)驗(yàn)方法
1·3·1 動(dòng)態(tài)濾水實(shí)驗(yàn)首先,將1000 mL濃度1%的漿料倒入DFR中,在攪拌速度500 r/min時(shí)加入CPAM,過(guò)10 s后將攪拌速度提高到750 r/min,再過(guò)15 s后將攪拌速度下降到500 r/min,接著加入陰離子膨潤(rùn)土,再過(guò)20 s后打開(kāi)DFR的出水口收集前150 mL濾液。
1·3·2 纖維形態(tài)分析由于對(duì)纖維和細(xì)小纖維的劃分沒(méi)有統(tǒng)一的規(guī)定,本實(shí)驗(yàn)規(guī)定長(zhǎng)度在200μm~10mm,寬度在5~75μm的為纖維;長(zhǎng)度小于200μm的為細(xì)小纖維。最后分別取一定量DFR上的留著漿料和DFR下的白水以及工廠紙機(jī)網(wǎng)下白水到纖維形態(tài)分析儀中分析纖維形態(tài)。
2 結(jié)果與討論
由表1可以得知,動(dòng)態(tài)濾水儀下的白水纖維與工廠紙機(jī)網(wǎng)下白水纖維的平均特性基本一致,這是因?yàn)閷?shí)驗(yàn)用的動(dòng)態(tài)濾水儀濾網(wǎng)的孔徑與紙機(jī)上濾網(wǎng)的孔徑一致,且采用的漿料、填料以及各種化學(xué)助劑也都相同。從動(dòng)態(tài)濾水儀濾出的白水纖維基本上可以代表工廠紙機(jī)網(wǎng)下的白水纖維。
2·1 漿料與白水中纖維的長(zhǎng)度與寬度分析纖維長(zhǎng)度與寬度是評(píng)價(jià)紙漿質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。
漿料與白水中的纖維形態(tài)分析如表1所示,漿料纖維的數(shù)均長(zhǎng)度和重均長(zhǎng)度分別為0·607 mm和0·922 mm,而白水纖維的長(zhǎng)度要小很多,其數(shù)均長(zhǎng)度和重均長(zhǎng)度分別為0·326 mm和0·372 mm;但兩種纖維的寬度卻相差不大,分別為40·4μm和33·6μm。
從圖2和圖3纖維長(zhǎng)度的分布來(lái)看,漿料中的纖維長(zhǎng)度主要分布在0·20~1·25 mm的范圍內(nèi),其中有57·1%的纖維長(zhǎng)度在0·20~0·50 mm內(nèi);而白水中的纖維長(zhǎng)度主要分布在0·20~0·50 mm的范圍內(nèi),占總纖維的92·1%。從圖4和圖5纖維寬度的分布來(lái)看,兩者的寬度分布基本一致,都主要分布在27~67μm的范圍內(nèi)。因此,可以得知漿料纖維的數(shù)均長(zhǎng)度基本是白水纖維的2倍,其重均長(zhǎng)度是白水纖維的3倍,但白水中纖維的含量很低,所以,將白水中的纖維回用不會(huì)影響最終紙張的強(qiáng)度。
2·2 漿料與白水中纖維卷曲與扭結(jié)的分析盤(pán)磨機(jī)械漿和預(yù)熱機(jī)械漿等在高濃磨漿過(guò)程中,由于熱和高頻脈沖的作用以及磨齒的搓捻等作用,纖維承受了很高的熱應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力而發(fā)生彎曲扭結(jié)。
所謂纖維卷曲,是指纖維平直方向的彎曲。在一定程度上,纖維卷曲指數(shù)增加,成紙的抗張強(qiáng)度、耐破度、環(huán)壓強(qiáng)度下降,而紙的透氣度、松厚度、過(guò)濾速度和光散射系數(shù)等增加。纖維卷曲指數(shù)一般測(cè)量統(tǒng)計(jì)每根纖維的卷曲狀態(tài)來(lái)表示纖維卷曲的程度,并按式(1)計(jì)算。
式中:Cg———纖維卷曲指數(shù)A———纖維末端對(duì)末端的直線長(zhǎng)度, mmL———纖維的真實(shí)長(zhǎng)度, mm纖維的扭結(jié)是指由于纖維細(xì)胞壁受損而產(chǎn)生的生硬的轉(zhuǎn)折。扭結(jié)程度高的纖維在紙張的抗張強(qiáng)度、撕裂強(qiáng)度等性能方面會(huì)受到較大的削弱。纖維的扭結(jié)率表示發(fā)生扭結(jié)的纖維數(shù)占總纖維數(shù)的比值,而纖維的平均扭結(jié)角一般測(cè)量統(tǒng)計(jì)每根纖維扭結(jié)角的平均值,并按式(2)計(jì)算。
Cl=∑ni=1ΔCin(2)式中:Cl———纖維平均扭結(jié)角, (°)Ci———每根纖維的扭結(jié)角, (°)n———發(fā)生扭結(jié)的纖維總數(shù)通過(guò)對(duì)漿料與白水中纖維的測(cè)定統(tǒng)計(jì)(見(jiàn)表1)可知,漿料纖維的平均扭結(jié)角和扭結(jié)率都略大于白水纖維的;而漿料與白水中纖維的卷曲指數(shù)幾乎相近,從圖6、圖7漿料和白水纖維的卷曲指數(shù)分布來(lái)看,兩者的卷曲指數(shù)分布也基本相同,絕大部分都分布在0~25%。可以得知兩者的卷曲與扭結(jié)特性差別不大,所以,白水中的纖維在卷曲與扭結(jié)特性方面不會(huì)對(duì)紙張性能產(chǎn)生影響。
2·3 漿料與白水中纖維的帚化與切斷分析高得率漿在磨漿過(guò)程中,纖維吸水潤(rùn)脹產(chǎn)生細(xì)纖維化,并發(fā)生分裂帚化、表面分絲起毛,而且由于受到剪切力和纖維之間相互摩擦作用造成纖維橫向斷裂,從而使纖維被切斷。纖維的分絲帚化有利于纖維的結(jié)合,提高紙張的強(qiáng)度、緊度和勻度等性能,但纖維的過(guò)度切斷會(huì)降低紙張的強(qiáng)度,特別是撕裂度。
纖維帚化率可按式(3)計(jì)算。纖維的切斷率可按式(4)計(jì)算。
纖維帚化率=∑ni=1f∑ni=1(f+F)×100%(3)式中:f———纖維分絲長(zhǎng)度, mmF———纖維長(zhǎng)度, mmn———纖維總數(shù)纖維切斷率=纖維切斷末端總數(shù)1/2纖維末端總數(shù)×100% (4)從表1可以看出,白水纖維的帚化率為2·694%,要比漿料纖維的高一些;而白水纖維的切斷率為57·9%,比漿料纖維的切斷率60·6%要低一些。
2·4 漿料與白水中細(xì)小纖維的分析由于高得率漿生產(chǎn)的固有特點(diǎn),相當(dāng)一部分纖維在磨漿過(guò)程中變?yōu)榧?xì)小纖維,而細(xì)小纖維的含量在造紙過(guò)程中的作用很大,不但會(huì)影響到紙機(jī)的運(yùn)行過(guò)程,比如留著、濾水、白水回收系統(tǒng)、助劑功效、干燥速率等,還會(huì)影響到紙張的多種性能,如紙張結(jié)構(gòu)、物理強(qiáng)度性能、光學(xué)性能、印刷性能等[8]。
纖維形態(tài)分析儀還能分別以長(zhǎng)度和面積對(duì)細(xì)小纖維進(jìn)行測(cè)定統(tǒng)計(jì),如表2所示。當(dāng)以長(zhǎng)度統(tǒng)計(jì)時(shí),規(guī)定長(zhǎng)度小于200μm為細(xì)小纖維,測(cè)定結(jié)果表明漿料中細(xì)小纖維的含量為78·1%,而白水中細(xì)小纖維含量則達(dá)到了95·9%。從圖8和圖9的長(zhǎng)度分布來(lái)看,兩者的長(zhǎng)度分布基本一致且平均長(zhǎng)度也幾乎相等。
由于細(xì)小纖維的表面積比纖維的大很多,而且細(xì)小纖維素分子的葡萄糖基上可游離出大量的羥基,故在抄紙過(guò)程中促進(jìn)了纖維間的氫鍵結(jié)合,有利于提高紙張強(qiáng)度。因此,僅僅統(tǒng)計(jì)細(xì)小纖維的長(zhǎng)度及分布是不夠的,最重要的是統(tǒng)計(jì)細(xì)小纖維的面積及分布。當(dāng)以面積統(tǒng)計(jì)時(shí),漿料細(xì)小纖維含量為22·4%,而白水細(xì)小纖維含量卻達(dá)到了72·8%,從圖10和圖11的面積分布來(lái)看,白水細(xì)小纖維的面積分布比較集中,在278~3594μm2范圍內(nèi)的面積均比漿料細(xì)小纖維的含量高,而且白水細(xì)小纖維的平均面積為984μm2,比漿料細(xì)小纖維的大。這可能是由于漿料經(jīng)過(guò)CPAM和膨潤(rùn)土絮凝后,細(xì)小纖維發(fā)生了微絮凝作用使得表面積有所增大。白水細(xì)小纖維在面積上的特性表明,回用白水中的細(xì)小纖維有利于紙張纖維間的結(jié)合,有利于提高紙頁(yè)強(qiáng)度等性能。
表2 漿料與白水中細(xì)小纖維的含量與特性細(xì)小纖維含量/%以長(zhǎng)度統(tǒng)計(jì)以面積統(tǒng)計(jì)細(xì)小纖維平均長(zhǎng)度/μm細(xì)小纖維平均面積/μm2漿料78·1 22·4 43 920白水95·9 72·8 44 984圖11 白水細(xì)小纖維面積分布圖
3 結(jié) 論
利用纖維形態(tài)分析儀分析比較了CTMP漿料及其白水中纖維的形態(tài),并得到以下結(jié)論。
3·1 漿料纖維的數(shù)均長(zhǎng)度基本是白水纖維的2倍,其重均長(zhǎng)度是白水纖維的3倍,漿料纖維的寬度及其分布與白水纖維的基本一致。
3·2 漿料纖維的扭結(jié)角和扭結(jié)率都略大于白水纖維的;而漿料與白水中纖維的卷曲指數(shù)幾乎相近,兩者的卷曲指數(shù)分布也基本相同。
3·3 白水中細(xì)小纖維的含量明顯比漿料中細(xì)小纖維的高,而且白水中細(xì)小纖維的平均面積也更大些,當(dāng)回用白水纖維時(shí),這些特性都有利于紙張纖維間的結(jié)合。
參 考 文 獻(xiàn)
[1] 周亞軍,張棟基,李甘霖.漂白高得率化學(xué)機(jī)械漿綜述[J].中國(guó)造紙, 2005, 24(5): 51.
[2] ReisR, Nielsen G. Aspen BCTMP: proven performance[J]. Solu-tions, 2001(11): 28.
[3] 張紅杰,胡惠仁,倪永浩.高得率漿中DCS的性質(zhì)及其對(duì)填料留著的影響[J].中國(guó)造紙, 2007, 26(10): 1.
[4] 文 飚,何北海,劉煥彬.新聞紙廠白水封閉循環(huán)的研究(Ⅰ)—白水封閉后濕部各參數(shù)間的關(guān)系及封閉程度的表征[J].中國(guó)造紙, 2001, 20(3): 11.
[5] 文 飚,何北海,劉煥彬,等.新聞紙廠白水封閉循環(huán)的研究(Ⅱ)—白水封閉對(duì)濕部狀況和紙頁(yè)強(qiáng)度的影響及其優(yōu)化[J].中國(guó)造紙, 2001, 20(5): 37.
[6] 施英喬,莉 娜.萊斯凱蘭.高得率漿中細(xì)小纖維行為的研究[J].國(guó)際造紙, 1998, 17(6): 25.
[7] RundlofM, HtunM, et. a.l Mechanical pulp fines of poor quality-characteristics and influence ofwhite water[J]. Journal ofPulp andPaperScience, 2000, 26(9): 308.
[8] 李海明,何北海.紙漿細(xì)小纖維研究方法[J].造紙科學(xué)與技術(shù),2006, 25(3): 24. CPP
【試論利用新型纖維形態(tài)分析儀分析杉木CTMP漿纖維形態(tài)】相關(guān)文章：
振動(dòng)刺激對(duì)廢用性肌萎縮大鼠肌纖維形態(tài)結(jié)構(gòu)的影響03-03
試論無(wú)線頻譜分析儀的選擇03-07
分析氣對(duì)中國(guó)古典美學(xué)形態(tài)論的影響03-24
品牌的資產(chǎn)形態(tài)解讀03-23
論繪畫(huà)藝術(shù)的語(yǔ)言形態(tài)11-20
論古箏藝術(shù)的表演形態(tài)03-08