马尾松CTMP与阔叶木浆配抄对纸张性能的影响

夏新兴， 林庆旭， 黄木榕， 童树华

(1.陕西科技大学 陕西省造纸技术及特种纸品开发重点实验室， 陕西 西安 710021； 2.福建南平纸业股份有限公司， 福建 南平 353000; 3.浙江金昌纸业有限公司， 浙江 龙游 324400)

0 引言

由于高得率浆(HYP)具有得率高，污染负荷小等优点[1]，近年来发展迅速.木材纤维原料以及非木材纤维原料包括麦草、竹材等都能够用于高得率浆的生产，与化学浆相比，HYP保留了大部分的木素，因而纸浆纤维比较硬挺，成纸的松厚度、不透明度较高.

HYP可以改善纸张性能，因而广泛应用于纸张的生产中，有关HYP应用的研究也较多.罗琪[2]等用20%的巨尾桉APMP与60%的马尾松磨木浆、5%的马尾松亚硫酸盐化学浆以及15%的脱墨废纸浆配抄新闻纸，其白度、裂断长、撕裂指数及不透明度均符合GB1910-89B级新闻纸的要求.赵林、高扬[3]等人研究了杨木高得率浆与杨木漂白化学浆配抄生产文化用纸，发现杨木漂白化学浆配用杨木高得率浆后，纸张松厚度和不透明度得到明显提高.严伟、张美云[4]等人研究了杨木APMP浆在铜版纸中的应用，发现杨木APMP浆代替杨木BCTMP浆抄造铜版原纸，能得到较高的松厚度和不透明度，白度稍低，其他物理性能指标相当.高得率浆有着化学浆没有的优势，因此可以通过使用HYP来调整产品性能，满足生产要求.

马尾松高得率浆虽然在强度方面有优势，但由于其难漂，白度较低[5-7]，因此使用受到限制.在马尾松机械浆漂白工艺研究[8]的基础上，本试验将马尾松机械浆以不同比例和阔叶木浆混合抄纸，研究配抄对成纸性能的影响.

1 实验

1.1 实验原料以及主要试剂

马尾松机械浆为实验室自制，白度78 %ISO，打浆度为51°SR；阔叶木浆为商品化学浆板，白度85% ISO，打浆度为30°SR,施胶剂：AKD；填料：商品CaCO3；助留助虑剂：阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)，膨润土.

1.2 实验方法

1.2.1 纤维形态观察

采用光学显微镜对马尾松机械浆及漂白阔叶木浆纤维形态进行观察，观察时放大倍数为10×10.

1.2.2 纸页抄造

马尾松BCTMP分别以10%、20%、30%、40%、50%(质量分数)的配比与阔叶木浆混合抄纸，定量70 g/m2，每组抄造6张，各药品的加入顺序以及用量(相对于绝干浆)为：AKD 0.1%，CaCO320%，CPAM 0.04 %，膨润土0.2 %.

1.2.3 纸张物理性能检测

手抄片首先置于恒温恒湿(温度23 ℃，湿度50%)的房间内24 h，然后依据TAPPI标准测定各项物理指标，白度和不透明度用DN-B白度仪测定.

2 结果与讨论

2.1 成纸定量、厚度的测定

由表1可知，成纸的定量在69.7～70.9 g·m-2的范围内，定量比较稳定；平均厚度逐渐增大，平均紧度逐渐降低，这是由于马尾松CTMP的松厚度较高，而松厚度是紧度的倒数，表达式分别为：

ν=δ×1 000 /g；ρ=g/δ×1 000

其中ν、ρ、δ、g分别为纸张的松厚度、紧度、厚度以及定量，所以随着马尾松机械浆配抄比例的增加，成纸的紧度逐渐降低，厚度逐渐增加.

表1 成纸性能比较

2.2 马尾松浆与阔叶木浆纤维形态分析

图1 马尾松CTMP纤维显微形态(×100)

图2 阔叶木化学浆纤维显微形态(×100)

由图1和图2两种纤维形态的显微镜观察可见，马尾松机械浆的纤维较挺硬，纤维没有弯曲扭结的状态；相比之下，阔叶木化学浆的纤维较为柔软，纤维呈现出弯曲、缠绕、扭结在一起的状态.

2.3 马尾松BCTMP浆对白度的影响

由图3可见，随着马尾松机械浆添加比例的增加，成纸的白度逐渐降低.添加比例由10%增至50%时，白度由84.2%ISO降至82.4%ISO，下降2.1%.马尾松机械浆的白度为78%ISO，低于阔叶木浆的白度，因而随马尾松机械浆的增加，白度必然会逐渐下降.另一方面，商品CaCO3的加入又有利于白度的提高.根据不同纸种对白度的要求，马尾松机械浆的使用比例也会不同，如果纸张需要较高的白度，就要降低马尾松的配抄比例；如果对白度的要求不高，可以增加马尾松机械浆的使用.

图3 马尾松BCTMP浆配抄比例对成纸白度的影响

2.4 马尾松BCTMP浆对抗张指数的影响

由图4可知，随着马尾松机械浆添加比例的增加，抗张指数逐渐降低.当添加比例由10%增加到50%时，抗张指数由15.5 N·m·g-1降至11.1 N·m·g-1，下降28.4 %.当添加比例达到40%后，抗张指数基本不再下降.

纤维之间的结合以及纤维自身的强度是影响抗张强度的最重要因素.马尾松CTMP浆纤维较为挺硬，柔软性低，所以纤维间结合较差.相反，阔叶木浆纤维柔软弯曲，经打浆之后纤维间的结合加强，强度较高，所以，马尾松机械浆的加入不利于纤维之间的结合，导致抗张指数逐渐下降.

图4 马尾松BCTMP浆配抄比例对成纸抗张指数影响

2.5 马尾松BCTMP浆对撕裂度的影响

由图5可见，随着马尾松机械浆添加比例的增加，撕裂度逐渐下降.添加比例由10%增至50%时，撕裂度由254.973 mN降至227.514 mN，下降10.8%.撕裂度逐渐下降同样反映出纸张强度性能的下降，同时，填料等助剂的使用可以缓解撕裂度的下降.

图5 马尾松BCTMP浆配抄比例对成纸撕裂度的影响

2.6 马尾松BCTMP浆对不透明度的影响

不透明度是指带黑色衬垫时，对绿光的反射因数R0与厚度达到完全不透明的多层纸样的相应反射因数R∞之比[9]，它是印刷用纸的重要质量指标.

由图6可知，随马尾松机械浆添加比例的增加，不透明度呈逐渐增加的趋势.添加比例由10%增加到50%时，不透明度由90.0%增加到91.0%.不透明度受多方面因素的影响[10]，包括浆料的种类、填料、施胶剂、染料的种类和用量等.本实验中马尾松机械浆的加入可以提高纸张的不透明度；其次，纸张的定量增加，不透明度也会增加；最后，填料CaCO3的使用也有助于不透明度的提高.

图6 马尾松BCTMP浆配抄比例对成纸不透明度的影响

3 结论

马尾松CTMP浆的纤维较挺硬，纤维没有呈现弯曲、扭结的状态.相比之下，阔叶木化学浆的纤维较为柔软，纤维呈现出弯曲的形态，并且纤维之间相互缠绕、扭结在一起，这种形态有利于纤维之间的结合. 马尾松机械浆配抄阔叶木浆成纸白度、强度有所下降，不透明度增加.在定量70 g/m2，使用填料、施胶剂以及助留助滤剂的条件下，马尾松机械浆的配用比例由10%增加到50%时，抗张指数和撕裂度分别降低28.4%和10.8 %，白度由84.2 %ISO降至82.4 %ISO，不透明度由90%增至91%.

[1] 王 强，陈嘉川.高得率制浆技术的发展及装备[J].天津造纸，2009,31(1)：5-8.

[2] 罗 琪，陈嘉翔，余家鸾，等.桉木碱性过氧化氢机械浆的研究[J].广东造纸，1996,15(3):10-12,18.

[3] 赵 林，高 扬，秦梦华.杨木APMP与杨木化学浆配抄对纸张性能的影响[J].纤维素科学与技术，2009,17(1): 24-28.

[4] 严 伟，张美云.杨木APMP代替BCTMP应用于铜版纸生产[J].中华纸业，2008,29(23): 42-45.

[5] 刘 晏.马尾松CTMP过氧化氢高白度漂白技术研究[J].中华纸业，1999,20(3):63-64.

[6] 彭新文，张素风，李新平.漆酶改性对马尾松TMP可漂性及其性能的影响[J].纸和造纸，2009,28(3)：54-57.

[7] 彭 涛，林 鹿.马尾松CTMP过氧化氢漂白工艺优化研究[J].造纸科学与技术，2007,26(4):17-21.

[8] 夏新兴.高白度马尾松机械浆漂白工艺[J].纸和造纸，2012,31(9):7-9.

[9] 石淑兰，何福望.制浆造纸分析与检测[M].中国轻工业出版社，2010.

[10] 史军伟，张奇媛.浅谈文化用纸透印问题的控制[J].中国造纸，2010,29(11):61-64.