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细小纤维特性研究

发布日期:2015-06-04 10:49:42
纸浆当中都含有细小纤维,尤其是高得率浆中细小纤维的含量非常高,一般会达 到30%左右甚至更高[14]。纸浆当中的这些细小纤维都有其自身的特点:尺寸小,比表 面积大,结构形态和化学性质不一等,这些特点使得细小纤维对浆料中添加的各种助 剂的吸附能力远大于其他纤维组分,因此对成纸质量会产生很大影响【15】。
3.2实验原料和仪器
3.2.1试验原料
杨木BCTMP:取自华泰集团,水分含量为65%,原浆打浆度为25°SR,湿重为2.3g。 针叶木BCTMP:取自华泰集团制浆,水分含量为23.4%,原浆打浆度为32°SR,湿重 为 9.4g。
3.2.2试验仪器
纤维筛分仪(鲍尔(BauerMcNett)式ZQS15-100型),FQA纤维质量检测仪,打 浆度仪,表面积测定仪(ST-2000,北京分析仪器厂)电导率仪(DDS-307,上海雷磁), DDJ,
3. 3实验步骤和方法 3*3.1装料的准备
利用PFI磨浆机分别将两种原浆的打浆度提至45 ° SR, 55 ° SR,将混合浆打浆度 提至55 °SR,其中混合浆比例为杨木BCTMP/针叶木BCTMP=1:3,每次打浆量为300g, 打浆浆浓为10% ,间隙为0.25mm。
3.3.2高得率浆筛分
利用纤维筛分仪对准备好的的浆样进行筛分,并收集筛分所得个组分纤维进行分 析。
实验中每次取10g绝干浆,用1000ml水稀释后进行筛分,筛分仪的筛网目数选择 为28、48、100和200目。每次筛分时间约为15min,待纤维筛分仪停止工作后,关 掉电源,打开各筛桶下面的滤水阀,对各级纤维组分液进行滤水以收集不同组分的纤 维# (所需时间3小时以上,后面测出各组分含量后改用布袋过滤时间缩短)。并对所 收集的浆样进行标定,标定结果见表3-2。
细小纤维的物理形态检测是通过纤维质量检测仪FQA来完成。
3.3.4细小纤维柔顺性检測
动态纤维柔顺性系数:对某一纤维级分,将纤维质量分析仪测定的纤维重均纤维 长度对筛分后的三种理论长度作图,取三条线斜率的平均值既为该级分的动态纤维柔 顺性系数,
静态纤维柔顺性系数:对某一纤维级分,将纤维质量分析仪测定的纤维数均纤维 长度对筛分后的三种理论长度作图,三条线斜率的平均值为该级分的静态纤维柔顺性 系数[69]。
3.3.5细小纤维比表面积检測网
取30g绝干浆放入烧杯中,加入适量去离子水,用搅拌器搅拌使其充分分散,然 后加入一定量的丙酮,继续用搅拌器搅拌,一小时后对浆液进行过滤,把过滤后纤维 重新放回烧杯,加入一定量的丙酮,用搅拌器搅拌,再过滤,如此重复数次后将得到 的滤净后浆料放入恒温鼓风干燥箱中,调节干燥箱温度为60度,放置8小时。待干 燥后取出适量浆料用疏解器分离,即可得到单根纤维间分离的纤维。这种经过处理的 纤维在干燥后,纤维之间不会有化学键的结合,这是采用气体吸附法测试比表面积的 关键,实验中采用氮气作为测试气体。比表面积计算公式为:
xl〇-18(;a2/^
*224M W v ^
Sg:被测样品比表面积(m2/g)
Vm:标准状态下氮气分子单层饱和吸附量(ml)
Ann氮分子等效最大横截面积(密排六方理论值Am = 0.162 nm2)
W:被测样品质量(g)
N:阿佛加德罗常数(6.02X1023)
3.4实验结果与分析
3.4.1筛分结果的评价
纤维筛分仪是测定纸浆中各级纤维所占比例的主要仪器,实验中不同浆样经筛分后 各级纤维含量见表3-3
表3-3不同浆样经筛分后各级纤维含量
浆种杨木BCTMP混合针叶木BCTMP
打浆度产SR4555554555
A绝干质量0.61120.43471.51984.18233.9868
百分含量/%6.124.0422.2041.8239.87
B绝干质量2.85602.79042.18421.31981.2906
百分含量/%28.5627.9021.8413.2012.91
C绝干质量2.18552.21181.89010.80240.8845
百分含量/%21.8622.1218.908.028.85
D绝千质量1.44961.51951.34110.80440.9005
百分含量/%14.5015.2013.418.049.01
E绝干质量2.85833.00202.98811.99362.0422
百分含量/%28.5830.0222.8819.9420.42
物百分含量/%0.380.540.778.988.94
从表3-3中的数据可以看出,打浆度对浆料中细小纤维的含量有着明显的影响,打 浆度越高其细小纤维所占的比重就越大,这主要是因为在打浆过程中,长纤维的表面 受到机械力的作用发生剥离,从而产生出更多的细小纤维,当然浆料中的细小纤维并 非所有都是打浆产生的,原浆中的细小纤维一部分来自于制浆工段,很大一部分是浆 料总所固有的组分。
要说明的是表中最后列出了溶解物的含量,由于在筛分过程中受到实验条件的限 制和客观误差的影响,导致一部分及细小的纤维流失,当然这部分纤维体积以不在研 究范围内,对实验结果不会产生质的影响,在流失的物质当中也包含浆料在纸浆工段 中所混进的化学制剂,这部分化学制剂的溶出有利于后续实验的检测和分析。
对于杨木BCTMP浆而言,在打浆度为55°SR时,细小纤维组分E可以达到30%左 右,这是一个很高的比例,此时浆料的性质和原浆相比将会发生极大的改变,包括物 理性质和光学性质。实验关注杨木BCTMP的原因也在于此。杨木浆两个打浆度下B组 分和E组分是浆料中的主要成分,并未随打浆度的提高发生明显的变化,可见影响浆 料性质的组分就是二者。和针叶木BCTMP相比较,杨木浆中的短纤维含量在各级组分 上都较高,这和木材纤维的性质有关,针叶木纤维要比阔叶木纤维在形态上更加长。
从针叶木BCTMP浆的筛分结果中可以看出,浆料中占主导地位的纤维组分是长 纤维A组分,其次才是细小纤维组分E,但两者在量上来说相差较大,其他组分含量 均较低,这和杨木浆对比明显,因此可以说在抄纸过程中混添高得率浆时,首先应衡 量的是杨木浆的比例,它对成纸性质会造成更大的影响。
3A3FQA检測结果评价
FQA是造纸纤维质量评价的首选检测仪器,能对纤维的各项指标做出定量的考核, 实验中不同浆样经筛分后各级纤维量化考核见表3-4
表34不同纤维组分的形态参数
浆种纤维组
分平均宽
度平均卷曲 指数扭结指
数扭结角
度粗度平均长度 数均重均
杨木A021.70.0590.8818.390.1960.8561.085
BCTMP
(原衆)B021.10.0570.7215.690.0950.6550.774
C020.30.0560.6814.320.0860.5030.595
DO19.80.0751.1213.850.0740.3410.422
E019.10.0771.1312.040.0510.1081.675
杨木A122.30.1092.0135.340.1670.8861.099
BCTMP
(打浆度B121.40.0901.7324.690.0880.6860.803
50°SR)
Cl20.60.0801.5118.020.0780.5040.602
D119.80.0911.7419.180.0770.3460.417
El19.30.0931.7617.650.0650.1450.157
针叶木A232.60.0650.80131.820.1721.4762.531
BCTMP
(原菜)B228.50.0921.6627.960.1090.8271.12
C225.90.0961.6421.470.9440.5250.686
D223.90.1091.6620.100.0880.3210.416
E225.90.0801.1821.480.0760.1130.151
针叶木A332.10.0641.0223.640.1681.3261.943
BCTMP
(打浆度B331.80.0711.2419.190.0950.8151.001
50°SR)C328.10.0751.2915.980.0810.5170.646
D326.30.0851.2914.270.0730.3280.409
E327.50.0871.1818.070.0590.1130.141
—般度量纸浆纤维形态的参数有.•卷曲和扭结。所谓卷曲是指纤维逐渐连续的弯曲, 而扭结则是纤维弯曲中的陡变。表3-4中可以看出两种浆样的卷曲指数和扭结指数随着 大打浆度的提高而提高,针叶木浆的这两个参数要比杨木浆高,从理论上验证了针叶木 浆优越的成纸物理性能。另一个规律是,越小的组分其指数越高,这并不受浆种的约束, 表中杨木浆打浆度为50°SR时E组分的扭结指数和平均卷曲指数都达到了最高,其他浆 种相同,说明细小组分对浆料的滤水性能有着重要的影响。
纤维的粗度对纸张的物理性能有着直接的影响。实验结果发现,随着打浆的提髙, 各浆种的纤维的粗度总体上逐渐降低,针叶木各级纤维的粗度要比杨木浆的粗度值髙, 但就同一浆种的不同长度的纤维组分而言,纤维的级分越小粗度值越小。
纤维的粗度越小,湿纤维的柔软性越好,有利于纤维间的交叉点增多,相对结 合面积增大,促使纤维结合力提高,浆张紧度增加,可以提高浆张强度[M]。从这点上 来说浆料中细小纤维的存在可以提高纸张的物理强度。粗度也是影响不透明度的一个非 常重要的因素。在表中,同一浆样纤维组分长度的减小纤维粗度逐渐下降的同时,纸 张的散射系数和不透明度也会逐渐下降,这是因为低粗度的纤维意味着较为细小并具有 较多的结合面积,使未结合面积非光学接触面积减少,而光的反射和散射只能发生在 未结合面积上,因此浆张的散射系数和不透明度,随着纤维粗度的下降而降低。