针叶木和阔叶木硫酸盐浆PFI打浆性能的研究

　Vol 123, No 11, 2008

中　国　造　纸　学　报

Transacti ons of China Pul p and Paper

61

针叶木和阔叶木硫酸盐浆PF I 打浆性能的研究

韩　颖

1, 2

　K wei 2Na m LAW 　Robert LANOUETTE

33

(11南京林业大学, 江苏南京, 210037; 21大连工业大学, 辽宁大连, 116034;

31魁北克大学三河分校制浆造纸中心, 加拿大, G9A 5H7)

摘　要:研究了针叶木和阔叶木硫酸盐浆PF I , , 纤维粗度下降较多, 同时纤维被拉伸, ; ; 零距裂断长和抗张指数, , , 而相应的阔叶木浆却增加; 打浆降低关键词:; ; ; PF I 中图分类号:+:A 　　　　文章编号:100026842(2008) 0120061203

　　很多造纸企业都使用商品浆, 但出于经济性及产品质量的考虑, 经常是针叶木浆和阔叶木浆混合使用, 然而两种纤维在形态上的差异使研究两种纤维的打浆性能对纤维质量及成纸性能的影响具有重要意义。

打浆是机械处理过程, 其结果与打浆设备、打浆工艺条件密切相关。本实验用打浆机为PF I 打浆机, 该打浆机的材质为不锈钢。1　实　验111　原料

按照Tapp i T227om —97标准方法测定浆料游离度。手抄片定量在60g/m左右, 采用Tapp i 方法进行抄造和检测。2　结果与讨论211　纤维的性能

21111　纤维长度和纤维粗度

2

任何的机械处理过程都会不可避免地降低纤维长度, 其降低的程度取决于打浆条件。本实验中纤维长

度降低得相对较小(见图1) , 当针叶木浆打到17500转、阔叶木浆打到17000转时, 两者的纤维长度分别下降715%和811%。这说明在本实验条件下PF I 打浆的切断作用较小。阔叶木浆纤维的切断高于针叶木浆的,

是由于阔叶木纤维较细而较易切断造成的。

漂白硫酸盐浆板取自加拿大东部某纸厂。针叶木浆主要由云杉和香脂冷杉组成, 前者与后者的质量比为80∶20; 阔叶木浆为桦木、枫木、榉木和杨木的混合浆, 具体比例不详。原浆游离度分别为:针叶木浆750mL, 阔叶木浆660mL 。112　实验方法

干纸板经80℃热水浸泡12h 后用标准解离器解离, 即绝干浆25g 、浓度1125%, 解离5m in, 浆料经过滤调到浓度10%, 用PF I 打浆。

PF I 打浆操作按照Tapp i T248wd —97标准方法,

转数从1000到17500, 针叶木浆和阔叶木浆采用不同的间距。打浆后浆料按上述相同条件再用100℃热水解离1次, 以保证抄纸前纤维充分分离。

使用OpTest 纤维质量分析仪(F QA ) 测定纤维长度、粗度、卷曲系数及扭曲系数。

　收稿日期:2007207211(修改稿)

　本课题为加拿大自然科学与工程委员会资助项目。

　作者简介:韩　颖, 女; 副教授, 在读博士研究生; 研究方向:高得率浆和制浆造纸清洁生产技术。

E 2mail:yinghan68@hot m ail 1com

注　S —针叶木　H —阔叶木　1—纤维长度　2—纤维粗度

图2、图3、图4同。

图1　打浆转数对纤维长度和粗度的影响

62

针叶木和阔叶木硫酸盐浆PF I 打浆性能的研究

表1　打浆转数对浆料游离度的影响

打浆转数

/1000转针叶木浆游离度/mL阔叶木浆游离度/mL

0750660

1

3

5548

6

9

10368

12

1215230

第23卷　第1期

　　由图1还可知, 当打浆转数

达到17000～17500转时, 针叶木浆、阔叶木浆纤维粗度分别减少26%、14%, 这说明PF I 打浆的主要作用是破除部分细胞壁(尤其是S 1层) 。纤维粗度的下降幅

15200

171715186

—

548

—

469

—

337

—

258

—

210

—

154

—————

度与打浆进行的程度有关, 游离

度越低, S 1层破除的程度越高, 纤维的粗度就越小, 此时纤维的吸水润胀和细纤维化越强, 成纸的强度也会越高。21112　, 品浆, 。未打浆前针叶木硫酸盐浆的卷曲程度比阔叶木浆大很多(见图2) , 可能是由于针叶木纤维相对较长的原因。图2还表明PF I 打浆使纤维被拉伸(尤其是长纤维的针叶木浆) , 致使纤维的卷曲系数和扭曲系数都减小, 这

[1]

与塞思的实验结论一致。卷曲是纤维的弯曲, 扭曲是纤维围绕轴线的旋转变形, 这两种变形都影响纤维间的正常结合, 会使成纸的紧度降低、强度下降

。

注　5—零距裂断长　6—抗张指数　7—撕裂指数

图3　打浆转数对浆张物理强度的影响

的变化见图3。由图3可知:

(1) 打浆使针叶木浆、阔叶木浆的零距裂断长分别增加47%和28%(针叶木浆、阔叶木浆的打浆转数分别为17500、17000转) , 这是打浆降低了纤维的卷曲和扭结程度所致。针叶木浆比阔叶木浆具有更高的零距裂断长。

(2) 未经打浆的化学浆浆张抗张指数很低, 不到20N ・m /g;随着打浆的进行, 纤维变得平直和柔软, 纤维之间的结合力增加, 两种浆的抗张指数都急剧增加, 但针叶木浆打浆到10000转、阔叶木浆打浆到6000转(游离度均约为350mL ) 后增加速度减慢, 说明纤维之间结合力的增加已非常缓慢, 即使纤维长度降低得较少, 也会带来抗张强度的下降。

(3) 随着打浆的进行, 针叶木浆撕裂指数先有较少的增加, 然后开始出现下降趋势, 并且当打浆超过10000转后, 撕裂指数开始低于原浆; 而阔叶木浆打浆初期撕裂指数增加比较明显, 即使之后出现下降趋势, 打浆后浆料的撕裂指数也是原浆的2～215倍。这是纤维之间结合力增加和纤维长度缩短共同作用的结果。实验中两种浆纤维长度降低得都很小, 但撕裂指数的变化却有所差别, 因而纤维长度的变化不是主要的影响因素, 纤维结构的影响更加重要, 针叶木纤维细胞壁相对较厚, 纤维比较挺硬, 打浆带来结合力的增加不如阔叶木, 但针叶木纤维本身比较长, 总体撕裂指数还是好于阔叶木。

[2]

注　3—卷曲系数　4—扭曲系数

图2　打浆转数对纤维卷曲及扭曲系数的影响

212　浆料的游离度

随着打浆的进行, 纤维表面分丝帚化程度和细小

纤维数量都会增加, 进而使浆料的滤水阻力增加, 降低游离度(见表1) 。由表1还可知, 针叶木浆游离度的下降比阔叶木浆的快, 这表明长纤维的针叶木纤维对机械能的吸收效果更好, 这也是导致其纤维粗度下降较多的原因。213　浆张性能21311　浆张的强度性能

不同打浆转数下,

针叶木浆和阔叶木浆浆张强度

第23卷　第1期　

针叶木和阔叶木硫酸盐浆PF I 打浆性能的研究63

21312　浆张的光学性能

不同打浆转数下, 针叶木浆、阔叶木浆浆张光学性能的变化见图4

。

3　结　论

311　针叶木和阔叶木硫酸盐浆PF I 打浆效应的研究

表明, 当打浆到17000转, 两种浆纤维长度的下降都较小; 纤维粗度下降较多, 尤其是针叶木, 为26%, 而阔叶木为14%; PF I 打浆降低了纤维的卷曲和扭曲系数, 使纤维被拉伸, 。31, 针叶木浆、阔继续增加打浆转。3, 在17000转打浆时, 针叶木浆浆张零距裂断长增加47%, 而阔叶木的增加28%; 但两种浆撕裂指数的变化却有着明显区别, 针叶木浆为降低趋势, 而相应的阔叶木浆却增加, 在17000转打浆时阔叶木浆的撕裂指数为原浆的2倍。314　随着打浆的进行, 浆张白度、不透明度及光散射系数等光学性能下降; 当针叶木浆和阔叶木浆分别打浆到17500转和17000转时, 白度分别下降了713、512个百分点; 阔叶木浆浆张的不透明度和光散射系数也明显高于相应的针叶木浆。

参　考　文　献

[1]　Seth R S . The difference bet w een never 2dried and dried che m ical

pul p s[C ].

Pr oceedings of the Tapp i Pul p ing Conference (CD 2

ROM ) . Seattle, 2001

[2]　Seth R S . Zer o 2s pan tensile strength of paper making fibers [J ].Pa 2

peri ja Puu, 2001, 83(8) :597

注　8—　—光散射系数

图4　由图4可知:

(1) 随着打浆的进行, 浆张白度下降。当针叶木浆和阔叶木浆打浆分别达到15000转和12000转时(游离度均为200mL 左右) , 白度分别下降了710、319个百分点; 当针叶木浆和阔叶木浆分别打浆到实

验的最高转数即17500转和17000转时, 白度分别下降了713、512个百分点。若减轻白度的损失, 可以添加一些填料。

(2) 打浆在降低白度和不透明度的同时, 也降低光散射系数; 阔叶木浆的光散射系数明显高于针叶木浆的, 这表明细小纤维的数量和性质也对光散射系数有着重要影响。

1, 2, 3

Com para ti ve Study on PF I Bea ti n g Respon se of Hardwood and Softwood Kraft Pulps

HAN Ying

　K wei 2Na m LAW 　Robert LANOUETTE

33

(11N anjing Forestry U niversity, N anjing, J iangsu Province ; 210037; 21D aL ian Polytechnic U niversity, D aL ian, L iaoning P rovince, 116034; 31Integrated Pulp and Paper Center , U niversity of Q uebec in Trois 2R ivi ères,

B ox 500, Trois 2R ivi ères, Q u ébec, Canada, G 9A 5H 7)

(3E 2mail:yinghan68@hot m ail 1com )

Abstract:The influence of PF I beating on fibre and handsheet p r operties of hard wood and s oft w ood kraft pul p s was investigated . The results indicated that i m p r ove ment in strength p r operties by beating is accompanied by deteri orati on in op tical p r operties . The hard wood fibre re 2s ponse differently t o PF I refining when compared t o the s oft w ood counter part . The dr op in fibre length is relatively s mall for both pul p s when they are beaten t o 17, 000revoluti ons, but the s oft w ood fibres experience a greater reducti on in coarseness (26%) when compared with the hard wood counter part (14%) , at the sa me ti m e, beating straightens fibres by reducing the curl and kink indices . The rate of dr op in free 2ness is si m ilar f or both pul p s . W hen beaten t o about 17, 000revoluti ons, the increase in dry zer o 2s pan tensile is greater f or s oft w ood (47%) than f or hard wood fibres (28%) , but the s oft w ood fibres experience a net l oss in tear index, while the hard wood counter part shows about t w o folds gain . W hen beaten t o freeness about 450mL, the s oft w ood fibres show a greater decrease in brightness (4%2points ) than the hard wood counter part (2%2points ) ; opacity and light scattering coefficient are substantially higher for the beaten hard wood fibres than for that of beat 2en s oft w ood fibres .

Key words:kraft pul p; s oft w ood; hard wood; PF I beating

(责任编辑:关　颖)