混合木片的cmp法制漿性能研究

混合木片的cmp法制漿性能研究

20世紀(jì)70年代，世界第一個(gè)大型漿砌石廠開始大規(guī)模生產(chǎn)以來，化學(xué)機(jī)械法律漿砌石技術(shù)在纖維原料利用率高、藥物用量少、污染負(fù)荷低的特點(diǎn)上獲得了世界制漿紙行業(yè)的青睞。經(jīng)過短短三十幾年的發(fā)展,全球化機(jī)漿產(chǎn)能已經(jīng)超過700萬t/a,在化機(jī)漿產(chǎn)能迅速增長的同時(shí),纖維原料的供應(yīng)卻呈現(xiàn)出日趨緊張的局面。特別是作為世界最大化機(jī)漿消費(fèi)國的中國,在經(jīng)過短暫而迅猛的產(chǎn)能擴(kuò)張之后,木材所占比例本來就不高的纖維原料供應(yīng)結(jié)構(gòu)又要面臨更加嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。在單一品種木片很難維持生產(chǎn)線滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下,國內(nèi)化機(jī)漿生產(chǎn)廠家紛紛開始采用混合木片制漿,常見的形式有干材和枝丫材混合、不同材種混合等。楊木是化學(xué)機(jī)械法制漿最為理想的原料之一,而桉木在木材原料短缺的情況下也是較適宜制化機(jī)漿的材種,在我國南方有廣大的種植區(qū)域。所以雖然桉木有密度大、纖維較短、色澤較深等缺點(diǎn),但仍然可以發(fā)揮一定的數(shù)量和價(jià)格優(yōu)勢,來彌補(bǔ)楊木供應(yīng)的不足。目前國內(nèi)已經(jīng)有部分廠家在嘗試使用楊木和桉木的混合木片進(jìn)行化機(jī)漿制漿。本實(shí)驗(yàn)結(jié)合生產(chǎn)需要,對楊木和桉木混合木片的CTMP制漿性能,特別是混合磨漿后兩種纖維各自的形態(tài)特點(diǎn)以及不同原料配比所導(dǎo)致的成漿性能變化進(jìn)行了實(shí)驗(yàn),希望能為工業(yè)生產(chǎn)提供參考。1實(shí)驗(yàn)1.1北京實(shí)驗(yàn)原料為經(jīng)過篩選的楊木片和桉木片,楊木片由北京林業(yè)大學(xué)提供,產(chǎn)地北京,樹齡5年;桉木片為多個(gè)品種的混合木片,樹齡4～5年,由國家林業(yè)局桉樹研究開發(fā)中心提供,產(chǎn)地廣東湛江。1.2實(shí)驗(yàn)方法實(shí)驗(yàn)按下列流程進(jìn)行(見圖1)。1.2.1準(zhǔn)備材料楊木與桉木按照7∶3、5∶5、3∶7的比例混合,每個(gè)比例備料2份,每份質(zhì)量6.4kg(絕干)。1.2.2工藝參數(shù)及藥劑用量對原料的汽蒸、擠壓疏解、化學(xué)浸漬、壓力磨漿全部由CD-300熱磨機(jī)完成,具體工藝參數(shù)如下:化學(xué)浸漬:時(shí)間10min,壓力0.11～0.12MPa,液比1∶5,化學(xué)藥品用量為2%NaOH+4%Na2SO3和4%NaOH+2%Na2SO3;壓力磨漿:壓力0.11MPa,盤磨間隙1mm,漿濃20%。1.2.3游離度等級的精磨磨漿采用KRK高濃磨漿機(jī)對粗漿進(jìn)行多段常壓精磨,以獲得不同游離度等級的紙漿,其中第一段精磨磨漿濃度為15%、盤磨間隙0.4mm,其余各段磨漿濃度20%、盤磨間隙0.1mm。1.2.4sundowner公司將漿料用80～90℃的熱水浸泡30min,漿濃5%,以消除磨漿對纖維造成的撓曲。1.2.5微鏡法測定原料的纖維長度、寬度、細(xì)胞腔徑和細(xì)胞壁厚度均采用光學(xué)顯微鏡法測定(參照GB/T10336—1989)。漿料的纖維形態(tài)照片由PS-WT-Ⅰ電子顯微細(xì)度檢測儀拍攝,漿張的纖維形態(tài)照片由KYKY-2800型掃描電鏡拍攝。1.2.6g阻燃的篩選篩渣率用KRK標(biāo)準(zhǔn)方篩測定:取10g絕干漿,篩選10min;細(xì)小纖維含量用Bauer-Menett篩分儀測定:取10g絕干漿,篩選20min。1.2.7手稿準(zhǔn)備教材使用德國產(chǎn)Rapid-Kothen紙頁成形器抄造手抄片,定量60g/m2。1.2.8se說唱性能評價(jià)漿張性能按照國家標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行檢測。2結(jié)果與討論2.1纖維形態(tài)特征為了便于在成漿中區(qū)分楊木和桉木纖維以及考察兩種原料的纖維形態(tài)對成漿性能的影響,分別對楊木和桉木的纖維形態(tài)指標(biāo)進(jìn)行了測定,測定結(jié)果如表1所示。由表1可見,楊木纖維長度較桉木大,纖維寬度接近桉木的2倍,這樣的纖維形態(tài)特征將非常有利于對成漿中的兩種纖維進(jìn)行區(qū)分。另外,楊木的纖維腔徑明顯大于桉木,而細(xì)胞壁厚度卻比桉木略小,楊木的壁腔比只有桉木的1/2,因此楊木的纖維更加柔軟可塑,磨漿過程中更容易分絲帚化和扁塌,有利于提高纖維間的結(jié)合強(qiáng)度,而桉木纖維則較為短小挺硬,磨漿過程中完整分離及分絲帚化的難度相對較大,有可能產(chǎn)生較多的纖維碎片,對漿張強(qiáng)度產(chǎn)生不利影響。2.2不同游離度的楊木纖維顯微觀測由于兩種原料的纖維長寬度和柔軟度不同,兩種纖維在磨漿過程中所受到的剪切作用必然有所差異。為了解這種差異,本實(shí)驗(yàn)對原料配比和浸漬條件一定(楊木與桉木配比7∶3、化學(xué)浸漬藥品為2%NaOH+4%Na2SO3)但游離度不同的漿料取樣并進(jìn)行顯微觀測,觀測結(jié)果如圖2所示。由圖2可見,在游離度分別為400、280、180mL的3個(gè)漿料中,楊木纖維隨著漿料游離度的下降出現(xiàn)了更多的細(xì)胞壁破損和分絲帚化現(xiàn)象,而桉木纖維的細(xì)胞壁始終較為光滑,沒有明顯的破損。這表明在磨漿過程中寬度較大而細(xì)胞壁較薄的楊木纖維易于受機(jī)械作用而分絲帚化,桉木纖維則因較為細(xì)小且細(xì)胞壁較厚而難以分絲帚化。2.3楊樹和桉樹混合使用ctmp砂漿性能2.3.1實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析楊木、桉木混合木片的CTMP成漿纖維束含量如圖3所示,細(xì)小組分含量如圖4所示。由圖3可見,在兩種化學(xué)浸漬條件下,當(dāng)混合原料中楊木所占比例下降、桉木所占比例增加時(shí),成漿纖維束含量均有所下降。同樣是上述兩組化學(xué)浸漬條件,圖4所示實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,當(dāng)混合原料中楊木所占比例下降、桉木所占比例提高時(shí),成漿中細(xì)小纖維含量均呈上升趨勢。在篩分實(shí)驗(yàn)過程中還發(fā)現(xiàn),通過200目篩網(wǎng)沉淀下來的細(xì)小纖維,其顏色明顯深于其他目數(shù)的組分,因此推測細(xì)小纖維中桉木的纖維碎片占較大比例。上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果仍然可以由楊木和桉木的纖維形態(tài)差異得到解釋,即相對挺硬的桉木漿料在磨漿過程中容易受到更加猛烈的剪切作用,使纖維束在得到較充分磨解的同時(shí)也增加了纖維被切斷的幾率。所以隨著混合原料中桉木比例的提高,成漿中的纖維束含量有所下降而細(xì)小纖維有所增多。2.3.2不同配比的ctmp成漿酸度各指標(biāo)的影響植物纖維原料往往帶有一定的顏色,例如桉木就因含有一種被稱為“奇諾樹膠”的物質(zhì)而呈深淺不一的褐色,其木粉白度一般在20%～30%,而楊木則較為潔白,木粉白度可達(dá)50%以上。纖維原料顏色的深淺往往對成漿白度有至關(guān)重要的影響,通常顏色較深的纖維原料成漿白度也較低,因此混合原料中桉木比例的提高將會對成漿白度產(chǎn)生一定負(fù)面影響。楊木、桉木混合木片的CTMP成漿白度如圖5所示。由圖5可見,當(dāng)混合原料中楊木與桉木的配比由7∶3變?yōu)?∶7時(shí),化學(xué)浸漬藥品為2%NaOH+4%Na2SO3的成漿白度下降了3.3個(gè)百分點(diǎn),化學(xué)浸漬藥品為4%NaOH+2%Na2SO3的成漿白度下降了6.1個(gè)百分點(diǎn)。另外通過縱向比較發(fā)現(xiàn),當(dāng)化學(xué)浸漬用堿量由2%增加至4%時(shí),3種混合比例的原料成漿白度分別下降了2.8、4.6和5.6個(gè)百分點(diǎn),也就是說隨著混合原料中桉木比例的增加,提高化學(xué)浸漬用堿量將更加明顯地降低成漿白度,這是因?yàn)殍衲镜哪舅睾窟h(yuǎn)高于楊木,桉木比例高的混合原料遇堿后將造成更多的堿性發(fā)黑。2.3.3成漿松厚度的變化楊木、桉木混合木片的CTMP成漿松厚度比較如圖6所示。由圖6可見,在兩種化學(xué)浸漬條件下,隨著混合原料中楊木所占比例的降低、桉木所占比例的增加,成漿松厚度并沒有呈現(xiàn)預(yù)想的下降趨勢,而是略有上升。這一現(xiàn)象可以通過對成漿和漿張的顯微觀察得到解釋,即細(xì)胞腔較大、細(xì)胞壁較薄的楊木纖維在磨漿剪切力以及壓榨壓力的作用下發(fā)生了更多的扁塌,而相對挺硬的桉木纖維則較多地保持了原有的柱狀形態(tài),因此桉木纖維的增加對保持成漿的松厚度起到了積極作用。2.3.4在一定程度上影響原料配比的通過提高成紙強(qiáng)度楊木、桉木混合木片的CTMP成漿抗張指數(shù)和撕裂指數(shù)如表2、表3所示。由表2、表3可見,隨著混合原料中桉木比例的提高,成漿強(qiáng)度下降,但下降的幅度在提高化學(xué)浸漬用堿量后變小,也就是說化學(xué)浸漬用堿量的提高可以在一定程度上減小原料配比變化帶來的成漿強(qiáng)度波動。根據(jù)經(jīng)典理論,纖維的長度、柔軟程度、分絲帚化程度是決定成紙強(qiáng)度的幾個(gè)關(guān)鍵因素。由于楊木纖維長度較大且更加柔軟,磨漿后分絲帚化和扁塌程度較高,所以含楊木纖維較多的漿張必然具有更好的強(qiáng)度性能?；瘜W(xué)浸漬用堿量的提高則更好地潤脹和軟化了纖維原料,促使更多的纖維能夠在磨漿過程中完整剝離和分絲帚化,這一點(diǎn)對原本較為短小、挺硬的桉木纖維尤為重要。3不同藥品用量對ctmp成漿性能的影響3.1實(shí)驗(yàn)所用楊木原料的纖維長度大于桉木原料,纖維寬度接近桉木的2倍,纖維腔徑也明顯大于桉木,而細(xì)胞壁厚度比桉木略小,即楊木的纖維更加柔軟可塑,而桉木纖維則相對短小、挺硬。3.2用楊木、桉木混合木片進(jìn)行CTMP法制漿時(shí),成漿中的楊木纖維隨著成漿游離度的下降出現(xiàn)了更多的分絲帚化,而桉木纖維的細(xì)胞壁始終較為光滑,分絲帚化不明顯。3.3隨著混合原料中楊木所占比例的減小、桉木所占比例的增加,成漿纖維束含量有所下降、細(xì)小纖維含量有所增加,成漿白度、抗張指數(shù)和撕裂指數(shù)均呈下降趨勢,成漿松厚度略有提高。化學(xué)浸漬藥品用量是CTMP成漿性能的決定性因素之一。本實(shí)驗(yàn)的前期研究結(jié)果表明,楊木和桉木的混合木片進(jìn)行化學(xué)浸漬適宜采用的NaOH用量為2%～4%、Na2SO3用量為2%～4%,其中2%N