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硫酸鹽竹漿與木漿的打漿特性和紙張性能對(duì)比研究

作者：朱宗偉李兵云李海龍來(lái)源：《中國(guó)造紙》日期：2022-07-27人氣：3757

我國(guó)是紙張生產(chǎn)和消費(fèi)大國(guó)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2020年全國(guó)紙和紙板生產(chǎn)量11260萬(wàn)t，消費(fèi)量11827萬(wàn)t。其中，我國(guó)木漿消耗總量占紙漿消耗總量的40%，國(guó)產(chǎn)木漿只占15%，而進(jìn)口木漿占25%^[1]。我國(guó)是一個(gè)缺林少綠的國(guó)家，森林覆蓋率低于全球30.7%的平均水平。隨著我國(guó)天然林保護(hù)工程的實(shí)施，木材產(chǎn)量進(jìn)一步減少^[2]，木漿資源缺乏，可用于造紙的木材少，主要依賴進(jìn)口。但我國(guó)竹類資源豐富，全國(guó)擁有竹類植物37屬631種，竹林面積600多萬(wàn)hm²，占世界竹林資源30%以上^[3-4]。竹材作為制漿造紙?jiān)嫌泻芏嗟膬?yōu)點(diǎn)，如成材快、產(chǎn)量高、纖維細(xì)長(zhǎng)、纖維素含量高、可再生、一次種植年年受益等特點(diǎn)，且竹漿纖維性能介于針葉木漿和闊葉木漿之間，明顯優(yōu)于草類原料^[5-7]。2021年，十部門(mén)聯(lián)合發(fā)布了《關(guān)于加快推進(jìn)竹產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的意見(jiàn)》，明確提出了因地制宜發(fā)展竹產(chǎn)業(yè)，加強(qiáng)紙漿用竹、纖維用竹，擴(kuò)大竹纖維紙制品，推動(dòng)竹漿造紙生態(tài)環(huán)保工藝研發(fā)等^[8]，說(shuō)明國(guó)家對(duì)竹材制漿造紙?jiān)絹?lái)越重視。合理利用我國(guó)得天獨(dú)厚的造紙竹資源，發(fā)展竹材制漿造紙，在一定程度上可以調(diào)整我國(guó)造紙工業(yè)原料結(jié)構(gòu)，竹木并舉，彌補(bǔ)我國(guó)木漿供給不足。

與木材不同，竹纖維細(xì)胞壁為厚、薄多層交替結(jié)構(gòu)^[9]。竹漿中含有大量的細(xì)小纖維及雜細(xì)胞，主要為薄壁細(xì)胞、石細(xì)胞、導(dǎo)管、表皮細(xì)胞及纖維碎片等^[10]。細(xì)小纖維及雜細(xì)胞不僅會(huì)影響到紙機(jī)的運(yùn)行過(guò)程，還會(huì)影響到紙張的物理強(qiáng)度性能^[11]。因此，本研究以硫酸鹽竹漿為研究對(duì)象，采用Bauer-McNett纖維篩分儀篩分并測(cè)定竹漿中各級(jí)分的含量，研究篩除細(xì)小組分前后竹漿的打漿性能及強(qiáng)度性質(zhì)，與漂白硫酸鹽針葉木漿和漂白硫酸鹽闊葉木漿進(jìn)行比較，為竹漿代替木漿的可行性進(jìn)行研究。

1 實(shí)　驗(yàn)

1.1　實(shí)驗(yàn)原料與試劑

大葉龍竹，取自廣西；漂白硫酸鹽針葉木漿（漂針漿）為松木漿，漂白硫酸鹽闊葉木漿（漂闊漿）為桉木漿，均為商品漿，購(gòu)于山東；NaOH，分析純，廣州化學(xué)試劑廠；Na₂S，分析純，廣州化學(xué)試劑廠。

1.2　實(shí)驗(yàn)儀器

Messmer Somerville型計(jì)算機(jī)控制立式蒸煮器（美國(guó)GreenWood）；S401700001型漿料平板篩分儀（德國(guó)PTI）；Bauer-McNett型纖維篩分儀（德國(guó)PTI）；Mark V1型PFI磨漿機(jī)（挪威Hamar）；加拿大游離度儀（德國(guó)PTI）；RK3AKWT型快速凱賽法紙頁(yè)成型器（奧地利）；FS5型分析儀（芬蘭Valmet）；CE062型抗張強(qiáng)度儀（瑞典L&W）；009型撕裂度儀（瑞典L&W）；CE180型耐破度儀（瑞典L&W）；S1 3505.000型雙夾頭耐折度儀（德國(guó)PTI）；EVO 18型鎢燈絲掃描電子顯微鏡（德國(guó)蔡司）。

1.3　實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1　竹漿的制備

取絕干質(zhì)量1500 g的竹片于蒸煮器中，采用硫酸鹽法制漿，蒸煮工藝為：用堿量23%（以NaOH計(jì)），硫化度25%（以Na₂S計(jì)），液比1∶4，最高溫度160℃，升溫2 h，保溫2 h。蒸煮完成后，將制得的竹漿洗凈，并用篩縫為0.15 mm的平板篩篩選，去除雜質(zhì)得到竹漿（記為竹漿1）。

1.3.2　竹漿纖維級(jí)分含量測(cè)定

一部分竹漿1用纖維篩分儀進(jìn)行篩分。每次取10 g絕干竹漿在纖維解離器中疏解10000轉(zhuǎn)，倒入纖維篩分儀中進(jìn)行篩分，收集各目數(shù)纖維，計(jì)算各級(jí)分含量。去除通過(guò)200目篩網(wǎng)的細(xì)小組分，得到的其他級(jí)分混合均勻，記為竹漿2。

1.3.3　PFI打漿及紙漿性能測(cè)定

將竹漿1、竹漿2、漂針漿和漂闊漿參照QB/T 1463—2010采用PFI磨漿機(jī)進(jìn)行打漿。4種紙漿的游離度、保水值測(cè)定依據(jù)相應(yīng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。檢測(cè)各紙漿打漿前后纖維的長(zhǎng)度、寬度、卷曲指數(shù)、扭結(jié)指數(shù)和細(xì)小纖維含量等參數(shù)。

1.3.4　抄紙與紙張強(qiáng)度性能檢測(cè)

對(duì)打漿前后各紙漿進(jìn)行抄紙，定量60 g/m²。參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定紙張的抗張強(qiáng)度（GB/T 12914—2018）、撕裂度（GB/T 455—2002）、耐破度（GB/T 454—2002）和耐折度（GB/T 457—2008）。

1.3.5　掃描電子顯微鏡

將未壓榨濕紙幅進(jìn)行冷凍干燥，取樣，真空鍍金，用掃描電子顯微鏡（SEM）觀察紙張中纖維的交織情況。

2 結(jié)果與討論

2.1　竹漿篩分后各級(jí)分含量

通過(guò)采用纖維篩分儀對(duì)紙漿進(jìn)行篩分，可以獲得紙漿中不同長(zhǎng)度級(jí)分組成情況。圖1為竹漿1篩分后得到的級(jí)分含量分布情況，其中R16、R30、R100、R200分別表示截留在16、30、100、200目篩網(wǎng)的纖維組分，P16、P30、P100、P200分別表示通過(guò)16、30、100、200目篩網(wǎng)的纖維組分，P16/R30表示通過(guò)16目篩網(wǎng)而截留在30目篩網(wǎng)的纖維組分，P30/R100、P100/R200同理。從圖1可以看出，紙漿中R16級(jí)分含量占比為50.8%（質(zhì)量比），P16/R30級(jí)分、P30/R100級(jí)分和P100/R200級(jí)分總含量占比為24.1%，P200級(jí)分含量占比為25.1%，說(shuō)明竹漿中的纖維主要是長(zhǎng)纖維，其中也含有較多的細(xì)小組分。圖2是竹漿1、竹漿2和P200級(jí)分纖維的SEM圖。從圖2可見(jiàn)，竹漿纖維細(xì)長(zhǎng)，纖維表面光滑，篩分前竹漿纖維中含有大量的細(xì)小組分，竹漿中雜細(xì)胞主要是石細(xì)胞和薄壁細(xì)胞，石細(xì)胞為球形和橢圓形，薄壁細(xì)胞為長(zhǎng)方形，且這部分細(xì)胞會(huì)影響紙漿的性質(zhì)^[12]。因此，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中可以通過(guò)孔篩和縫篩等篩選設(shè)備去除這部分雜細(xì)胞，提高竹漿纖維質(zhì)量，從而為實(shí)現(xiàn)其替代部分針葉木漿，提高竹漿的應(yīng)用價(jià)值。

圖1 竹漿篩分組成

Fig. 1 Composition of bamboo pulp classification

圖2 竹漿1、竹漿2和P200級(jí)分纖維的SEM圖

Fig. 2 SEM images of bamboo pulp 1, bamboo pulp 2 and P200 fraction fibers

2.2　不同打漿轉(zhuǎn)數(shù)下紙漿纖維特性分析

將竹漿1、竹漿2、漂針漿、漂闊漿4種紙漿用PFI磨漿機(jī)進(jìn)行打漿，對(duì)比研究4種紙漿在不同打漿轉(zhuǎn)數(shù)下的纖維特性。表1是不同打漿轉(zhuǎn)數(shù)下4種紙漿纖維特性分析結(jié)果。

表1 不同打漿轉(zhuǎn)數(shù)下紙漿纖維特性參數(shù)

Table 1 Pulp fiber characteristics at different beating revolutions

紙漿	打漿轉(zhuǎn)數(shù)/r	長(zhǎng)度/mm	寬度/μm	長(zhǎng)寬比	卷曲度/%	扭結(jié)/m^-1	細(xì)小纖維含量/%
竹漿1	0	1.95	17.3	113	12.4	2636	27.4
	2000	1.69	17.8	95	22.9	3991	36.2
	4000	1.70	18.1	94	24.9	4413	34.8
	6000	1.68	18.2	92	25.0	4472	35.6
	8000	1.67	18.3	91	23.6	4627	35.4
	10000	1.58	18.1	87	24.3	4749	36.3
竹漿2	0	2.00	17.3	116	15.3	3176	1.9
	2000	1.89	18.1	104	23.3	3558	2.5
	4000	1.82	18.5	98	23.2	3975	3.8
	6000	1.81	18.7	97	23.1	4042	4.2
	8000	1.75	19.2	91	22.8	4222	4.9
	10000	1.66	18.7	89	22.4	4486	6.5
	15000	1.63	18.5	88	23.4	4654	8.3
漂針漿	0	2.11	30.3	70	16.5	4492	9.2
	2000	2.12	32.0	66	17.1	3727	10.8
	4000	2.14	33.4	64	16.1	3809	11.2
	6000	2.03	33.6	60	15.4	3671	15.6
	8000	2.01	33.8	59	13.1	3342	18.0
	10000	1.98	33.0	60	11.9	3449	19.8
	15000	1.87	32.3	58	11.9	3458	24.7
漂闊漿	0	0.78	17.2	45	15.9	5144	18.7
	2000	0.80	17.3	46	15.2	4211	19.2
	4000	0.79	17.9	44	14.2	4141	19.4
	6000	0.78	18.4	42	14.1	4408	21.3
	8000	0.77	18.6	41	13.8	4425	21.4
	10000	0.76	18.7	41	13.8	4632	24.1

注表中扭結(jié)為根據(jù)Kibblewhite扭結(jié)指數(shù)計(jì)算值，細(xì)小纖維含量為細(xì)小纖維投影面積的百分比。

纖維形態(tài)參數(shù)與紙張強(qiáng)度關(guān)系密切^[13-14]，也是評(píng)價(jià)紙漿性質(zhì)的重要參數(shù)之一。從表1可以看出，未打漿時(shí)，竹漿1、竹漿2的纖維長(zhǎng)度為2.00 mm左右，接近漂針漿（長(zhǎng)度為2.11 mm），而遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于漂闊漿（長(zhǎng)度為0.78 mm）。竹漿1和竹漿2的纖維寬度均為17.3 μm左右，其寬度與漂闊漿纖維寬度接近，而漂針漿纖維寬度為30.3 μm。隨著打漿轉(zhuǎn)數(shù)的增加，竹漿1和竹漿2纖維長(zhǎng)度呈減小趨勢(shì)，當(dāng)打漿轉(zhuǎn)數(shù)為10000轉(zhuǎn)時(shí)，竹漿1的纖維長(zhǎng)度為1.58 mm，降低了19%，竹漿2纖維長(zhǎng)度為1.66 mm，降低了17%，而漂針漿和漂闊漿纖維長(zhǎng)度隨著打漿轉(zhuǎn)數(shù)的增加基本保持不變，說(shuō)明竹漿1和竹漿2在PFI打漿過(guò)程發(fā)生較多的切斷。竹漿纖維細(xì)胞壁厚，細(xì)胞腔較小，纖維較挺硬，打漿過(guò)程中較易被切斷，而木材纖維腔大壁薄，細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，切斷作用較小。

纖維在一定濃度和剪切力作用下，會(huì)發(fā)生卷曲和扭結(jié)現(xiàn)象^[15]。從表1中還可以看出，隨著打漿轉(zhuǎn)數(shù)的增加，竹漿1和竹漿2的卷曲度先增加后穩(wěn)定的趨勢(shì)，纖維扭結(jié)呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)，而漂針漿和漂闊漿卷曲度和扭結(jié)均呈現(xiàn)降低的趨勢(shì)。當(dāng)打漿轉(zhuǎn)數(shù)為2000轉(zhuǎn)時(shí)，竹漿1的卷曲度從12.4%增加到22.9%，竹漿2卷曲度從15.3%增加到23.3%，打漿轉(zhuǎn)數(shù)為4000轉(zhuǎn)時(shí)，竹漿1卷曲度增加到24.9%，而竹漿2卷曲度基本沒(méi)有增加，繼續(xù)增加打漿轉(zhuǎn)數(shù)，竹漿1和竹漿2的卷曲指數(shù)基本不發(fā)生變化。對(duì)于漂針漿和漂闊漿來(lái)說(shuō)，當(dāng)打漿轉(zhuǎn)數(shù)增加到10000轉(zhuǎn)時(shí)，漂針漿和漂闊漿纖維卷曲度分別從16.5%和15.9%降到11.9%和13.8%。另外，打漿轉(zhuǎn)數(shù)為10000轉(zhuǎn)時(shí)，竹漿1和竹漿2纖維扭結(jié)分別從2636 m^-1和3176 m^-1增加到4749 m^-1和4486 m^-1，而漂針漿和漂闊漿纖維扭結(jié)分別從4492 m^-1和5144 m^-1降到3449 m^-1和4632 m^-1。因此，在打漿過(guò)程中，竹漿纖維受到齒盤(pán)和纖維間作用力會(huì)發(fā)生卷曲和扭結(jié)現(xiàn)象。

綜上所述，在PFI打漿過(guò)程中，相同打漿轉(zhuǎn)數(shù)下，竹漿纖維相比木漿纖維更容易被切斷和產(chǎn)生扭結(jié)現(xiàn)象。

2.3　不同打漿轉(zhuǎn)數(shù)下游離度和保水值的變化

游離度能反映紙漿的濾水性能，但漿料的濾水性能受纖維切斷、壓潰、潤(rùn)脹和細(xì)纖維化等諸多因素影響。因此，僅用游離度不能準(zhǔn)確地反映紙漿強(qiáng)度性能的變化，而紙漿保水值可以反映纖維的潤(rùn)脹程度和細(xì)纖維化程度，以及纖維之間結(jié)合力的大小^[16]。綜合考慮游離度和保水值更能確切反映出紙漿的性能。本研究通過(guò)測(cè)定紙漿的游離度和保水值來(lái)考察竹漿的打漿特性，圖3和圖4分別是不同打漿轉(zhuǎn)數(shù)對(duì)2種竹漿及木漿的游離度和保水值的影響。

圖3 游離度隨打漿轉(zhuǎn)數(shù)的變化

Fig. 3 Variation of freeness with the beating revolutions

圖4 保水值隨打漿轉(zhuǎn)數(shù)的變化

Fig. 4 Variation of water retention value with beating revolutions

從圖3可以看出，去除通過(guò)200目篩網(wǎng)的細(xì)小纖維組分后，竹漿的游離度從原來(lái)的590 mL（CSF）增加到695 mL（CSF），隨著打漿轉(zhuǎn)數(shù)的增加，4種紙漿的游離度均呈下降趨勢(shì)。打漿轉(zhuǎn)數(shù)在10000轉(zhuǎn)時(shí)，竹漿1和竹漿2的游離度分別從590 mL（CSF）和695 mL（CSF）下降到135 mL（CSF）和305 mL（CSF），漂針漿和漂闊漿的游離度分別從770 mL（CSF）和660 mL（CSF）下降到330 mL（CSF）和185 mL（CSF）。相同的打漿轉(zhuǎn)數(shù)下，竹漿1的游離度最低，且在打漿前期游離度的下降速度最快。與竹漿2相比，竹漿1中含有較多的細(xì)小纖維組分，細(xì)小纖維組分中纖維表面疏松多孔，比表面積大，打漿后容易破裂和吸水潤(rùn)脹，濾水更困難，使紙漿的游離度相對(duì)較低^[17]。從圖3中還可以看出，為了得到與竹漿1和漂闊漿相近的游離度，竹漿2和漂針漿需要更多的打漿轉(zhuǎn)數(shù)，會(huì)消耗更多能耗。

從圖4可以看出，篩除細(xì)小纖維組分后，竹漿保水值從225%降低到206%，高于漂針漿和漂闊漿。隨著打漿轉(zhuǎn)數(shù)的增加，4種紙漿的保水值逐漸增加。打漿轉(zhuǎn)數(shù)在10000轉(zhuǎn)時(shí)，竹漿1和竹漿2的保水值分別從225%和206%增加到353%和299%，漂針漿和漂闊漿的保水值分別從125%和183%增加到293%和343%。竹漿2和漂針漿在15000轉(zhuǎn)的打漿轉(zhuǎn)數(shù)下，保水值分別增加到320%和301%，低于竹漿1在10000轉(zhuǎn)時(shí)的保水值，這說(shuō)明細(xì)小纖維的存在有利于打漿過(guò)程中纖維潤(rùn)脹和細(xì)纖維化。在同一打漿轉(zhuǎn)數(shù)下，竹漿1的保水值大于另外3種紙漿的保水值，竹漿1含有較多的細(xì)小纖維，打漿過(guò)程中，細(xì)小纖維的細(xì)胞壁容易破裂，比表面積增大，吸水潤(rùn)脹，保水值較高^[17]；竹漿2的保水值大于漂針漿，這說(shuō)明在打漿過(guò)程中，篩除細(xì)小組分后，竹漿纖維較漂針漿纖維易潤(rùn)脹和細(xì)纖維化。

圖5是4種紙漿在不同打漿轉(zhuǎn)數(shù)下的SEM圖。如圖5所示，竹漿纖維細(xì)長(zhǎng)，漂針漿和漂闊漿呈寬帶狀。打漿轉(zhuǎn)數(shù)在4000轉(zhuǎn)時(shí)，4種漿料纖維表面已經(jīng)起毛，纖維表面碎片開(kāi)始剝落；打漿轉(zhuǎn)數(shù)在10000轉(zhuǎn)時(shí)，纖維分絲帚化明顯，纖維表面碎片脫落，纖維之間的結(jié)合面積增大。從圖5(a)和圖6(b)可以看出，在相近的游離度下，竹漿2分絲帚化比竹漿1明顯。竹漿1游離度的下降是由細(xì)小纖維的破裂和吸水潤(rùn)脹與長(zhǎng)纖維的吸水潤(rùn)脹和分絲帚化共同影響的。竹漿1含有較多的細(xì)小纖維，細(xì)小纖維比長(zhǎng)纖維更容易破裂和吸水潤(rùn)脹，導(dǎo)致竹漿1中長(zhǎng)纖維的吸水潤(rùn)脹和分絲帚化不明顯。把細(xì)小組分篩除后對(duì)竹漿進(jìn)行打漿，游離度的下降完全依靠長(zhǎng)纖維的吸水潤(rùn)脹和分絲帚化作用^[18]。所以在游離度相近的條件下，竹漿2的分絲帚化更明顯。

圖5 4種紙漿在不同打漿轉(zhuǎn)數(shù)4000轉(zhuǎn)下的SEM圖

Fig. 5 SEM images of four pulps at beating revolutions of 4000 r

圖6 4種紙漿在打漿轉(zhuǎn)數(shù)10000轉(zhuǎn)下的SEM圖

Fig. 6 SEM images of four pulps at beating revolutions of 10000 r

2.4　打漿對(duì)紙張強(qiáng)度性能的影響

2.4.1　打漿對(duì)紙張抗張指數(shù)的影響

紙張的抗張指數(shù)與纖維長(zhǎng)度和纖維之間的結(jié)合力有關(guān)^[19]。圖7是4種紙張的抗張指數(shù)隨游離度的變化。如圖7所示，隨著游離度的減小，4種紙張的抗張指數(shù)呈上升趨勢(shì)，竹漿1和竹漿2紙張的抗張指數(shù)分別從87.4 N·m/g和40.5 N·m/g增加到105 N·m/g和82.0 N·m/g，漂針漿和漂闊漿紙張的抗張指數(shù)從11.1 N·m/g和12.8 N·m/g增加到78.5 N·m/g和79.2 N·m/g。在打漿過(guò)程中，4種紙漿纖維被不同程度切斷而使纖維長(zhǎng)度減小，但纖維表面破碎、起毛，分絲帚化程度變高，纖維之間的結(jié)合力增強(qiáng)，纖維之間的結(jié)合力對(duì)紙張抗張指數(shù)的影響大于纖維長(zhǎng)度對(duì)其影響，因此抗張指數(shù)升高。篩除細(xì)小纖維組分后，竹漿2的抗張指數(shù)減小，游離度升高。竹漿中細(xì)小纖維的存在能夠促進(jìn)纖維之間的結(jié)合，在打漿過(guò)程中，細(xì)小纖維更容易吸水潤(rùn)脹和細(xì)纖維化，纖維間結(jié)合面積增加。在相近游離度下，竹漿1紙張的抗張指數(shù)大于竹漿2，且兩者均大于漂針漿和漂闊漿。

圖7 抗張指數(shù)隨游離度的變化

Fig. 7 Variation of tensile index with freeness

2.4.2　打漿對(duì)撕裂指數(shù)的影響

撕裂度對(duì)纖維長(zhǎng)度的依賴程度隨纖維間結(jié)合情況而變化，結(jié)合程度低時(shí)，依賴性較大；結(jié)合程度高時(shí)，依賴性減小^[19]。通常，纖維長(zhǎng)度長(zhǎng)的紙漿能抄造出撕裂度高的紙張^[20]。因?yàn)槔w維長(zhǎng)度長(zhǎng)，纖維之間結(jié)合位點(diǎn)增多，結(jié)合程度增強(qiáng)，撕裂時(shí)纖維更多是被拉斷。圖8是4種紙張的撕裂指數(shù)隨游離度的變化。如圖8所示，隨著游離度的減小，竹漿1紙張的撕裂指數(shù)逐漸減小，從9.51 mN·m²/g減小到8.26 mN·m²/g，在打漿過(guò)程中，竹漿1纖維長(zhǎng)度減小，其纖維長(zhǎng)度對(duì)撕裂度的影響大于纖維之間的結(jié)合力；竹漿2和漂針漿紙張的撕裂指數(shù)先增后減，竹漿2在游離度為610 mL時(shí)，達(dá)到最大值12.1 mN·m²/g，漂針漿在游離度為710 mL（CSF）時(shí)，得到最大值9.08 mN·m²/g；漂闊漿紙張的撕裂指數(shù)逐漸上升，從1.82 mN·m²/g增加到5.53 mN·m²/g。竹漿2在整個(gè)打漿過(guò)程中，其撕裂指數(shù)變化幅度不大，雖然纖維長(zhǎng)度不斷減小，但纖維之間的結(jié)合程度也在不斷上升，所以竹漿2紙張的撕裂指數(shù)變化比較平穩(wěn)。篩除細(xì)小組分后，竹漿紙張的撕裂指數(shù)增大，從9.51 mN·m²/g增加到11.5 mN·m²/g。在相近游離度下，竹漿2紙張的撕裂指數(shù)大于竹漿1，且兩者均大于漂針漿和漂闊漿。

圖8 撕裂指數(shù)隨游離度的變化

Fig. 8 Variation of tearing index with freeness

2.4.3　打漿對(duì)耐破指數(shù)的影響

紙張的耐破指數(shù)受纖維間的結(jié)合力和纖維平均長(zhǎng)度的影響，主要取決于纖維間結(jié)合力^[10]。圖9是4種紙張的耐破指數(shù)隨游離度的變化。如圖9所示，隨著游離度的減小，竹漿1和竹漿2紙張的耐破指數(shù)先增后減，竹漿1在游離度280 mL（CSF）時(shí)，達(dá)到最大值7.85 kPa?m²/g，竹漿2在游離度445 mL（CSF）時(shí)，達(dá)到最大值5.25 kPa?m²/g；漂針漿和漂闊漿紙張的耐破指數(shù)均呈上升趨勢(shì)，漂針漿從1.19 kPa?m²/g增加到6.21 kPa?m²/g，漂闊漿從1.19 kPa?m²/g增加到5.64 kPa?m²/g。隨著打漿的進(jìn)行，纖維細(xì)胞壁逐漸被破除，纖維表面分離出微細(xì)纖維，纖維間的結(jié)合力上升，雖然纖維長(zhǎng)度由于打漿的切斷作用而有所降低，但纖維間結(jié)合力起主導(dǎo)作用，使紙張的耐破指數(shù)升高；打漿后期，由于持續(xù)的打漿作用，纖維被嚴(yán)重切斷，使紙張的耐破指數(shù)開(kāi)始下降。篩除細(xì)小纖維組分后，竹漿紙張的耐破指數(shù)減小，從5.05 kPa?m²/g減小到3.65 kPa?m²/g，游離度升高。在相近游離度下，竹漿1紙張的耐破指數(shù)大于其余3種紙漿，在打漿前期，竹漿2紙張的耐破指數(shù)大于漂針漿。竹漿1的纖維長(zhǎng)度在打漿過(guò)程中均低于漂針漿，但其紙張的耐破指數(shù)大于漂針漿，說(shuō)明竹漿1纖維之間的結(jié)合程度高于漂針漿。

圖9 耐破指數(shù)隨游離度的變化

Fig. 9 Variation of bursting index with freeness

2.4.4　打漿對(duì)耐折度的影響

紙張的耐折度主要決定于纖維平均長(zhǎng)度，其次是纖維之間的結(jié)合力^[21]。圖10是4種紙張的耐折度隨游離度的變化。如圖10所示，隨著游離度的減小，竹漿1和漂闊漿的耐折度呈上升趨勢(shì)，竹漿1從691次增加到1002次，漂闊漿從0次增加到678次；竹漿2和漂針漿的耐折度先增加后減小，竹漿2在游離度為305 mL（CSF）時(shí)，達(dá)到最大值1435次，漂針漿在游離度為420 mL（CSF）時(shí)，達(dá)到最大值878次。打漿前期，纖維細(xì)胞壁被破除，纖維結(jié)合力上升，耐折度上升；打漿后期，纖維被嚴(yán)重切斷，紙張的耐折度開(kāi)始下降。篩除細(xì)小組分后，竹漿纖維長(zhǎng)度變長(zhǎng)，耐折次數(shù)增加，從691次增加到863次。在同一游離度下，竹漿2的耐折次數(shù)高于其余3種紙漿，竹漿1的耐折次數(shù)在打漿后期大于漂針漿。

圖10 耐折度隨游離度的變化

Fig. 10 Variation of folding endurence with freeness

3 結(jié)　論

本研究以硫酸鹽竹漿為研究對(duì)象，通過(guò)Bauer-McNett纖維篩分儀篩分后測(cè)定了竹漿各級(jí)分的含量，并研究了篩除細(xì)小纖維組分前后竹漿的打漿特性和紙張性能，與漂白針葉木漿和漂白闊葉木漿的漿料性能進(jìn)行了對(duì)比。

3.1　竹漿纖維中，長(zhǎng)纖維級(jí)分和細(xì)小纖維組分的含量較高，R16和P200級(jí)分纖維的含量分別為50.8%和25.1%。竹漿纖維長(zhǎng)度2.00 mm左右、寬度17.3 μm左右；纖維長(zhǎng)度接近漂白針葉木漿，遠(yuǎn)大于漂白闊葉木漿，長(zhǎng)寬比大于漂白針葉木漿和漂白闊葉木漿。

3.2　在PFI打漿過(guò)程中，相同打漿轉(zhuǎn)數(shù)下，竹漿纖維相比木漿纖維更容易被切斷和產(chǎn)生扭結(jié)現(xiàn)象。

3.3　竹漿中細(xì)小組分可以有利于紙漿游離度的降低和紙漿保水值的提高，降低打漿能耗，在相近打漿轉(zhuǎn)數(shù)條件下，去除細(xì)小纖維組分的竹漿游離度和保水值介于漂白針葉木漿和漂白闊葉木漿間。

3.4　相近游離度下，竹漿1和竹漿2紙張的抗張指數(shù)和撕裂指數(shù)大于漂白針葉木漿和漂白闊葉木漿，竹漿1紙張的耐破指數(shù)和竹漿2紙張的耐折度大于漂白針葉木漿和漂白闊葉木漿。

3.5　與漂白針葉木漿和漂白闊葉木漿相比，竹材作為造紙?jiān)?，其制漿所得紙漿的纖維長(zhǎng)度較長(zhǎng)，長(zhǎng)寬比較高，紙張強(qiáng)度性能優(yōu)異，是一種良好的造紙?jiān)希刑娲揍樔~木漿和漂白闊葉木漿的潛力。

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硫酸鹽竹漿與木漿的打漿特性和紙張性能對(duì)比研究

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)原料與試劑

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

2 結(jié)果與討論

2.1 竹漿篩分后各級(jí)分含量

2.2 不同打漿轉(zhuǎn)數(shù)下紙漿纖維特性分析

2.3 不同打漿轉(zhuǎn)數(shù)下游離度和保水值的變化

2.4 打漿對(duì)紙張強(qiáng)度性能的影響

3 結(jié) 論

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