APMP浆与针叶木化学浆组分配抄的纸张性能变化规律研究

徐永建， 王 倩， 梁巧萍

(陕西科技大学 轻工与能源学院 陕西省造纸技术及特种纸品开发重点实验室， 陕西 西安 710021)

0 引言

随着造纸科学技术的不断发展，APMP浆以其制浆流程简单、能直接制成漂白浆、污染负荷低、不透明度高、强度性能好、废水易于处理，且保持了纤维的长度和柔软性等优点[1]，在国内外发展极其迅猛.但由于APMP浆生产过程的固有特性，相当一部分纤维在磨浆过程中变成了细小纤维[2].对于造纸材料来说，通常将通过直径为75μm的颗粒或者纤维长度通过200目筛网的纤维定义为细小纤维[3-5]，但也有研究者将通过100目筛网的纤维组分称为细小纤维[6,7].纤维和短纤维组分在物理性能方面有很大的不同.短纤维组分比纤维有更大的比表面积，或者说每单位质量的表面积更大.在纸张干燥期间，短纤维通过增加纤维-水-空气界面处的表面张力来增加纤维与纤维之间的相互作用.短纤维也能改善纤维与纤维之间键的强度[8].

由于不同组分的浆料配抄对纸张性能有不同程度的影响，因此，本实验以打浆度为25 °SR的杨木APMP浆为研究对象，通过筛分将杨木APMP浆和针叶木浆分为长纤维组分和短纤维组分.将通过100目筛网的纤维组分称为短纤维组分，同时将APMP浆全组分和APMP浆长纤维组分分别与针叶木浆全组分以及针叶木浆短纤维组分进行配抄，通过研究纸张抗张强度、撕裂强度和内结合强度的变化规律，揭示APMP浆与化学浆组分配抄对纸张性能变化的规律，为APMP浆性能改善及与其它浆种配抄提供理论指导.

1 实验

1.1 实验原料

实验中的杨木APMP浆取自中冶纸业银河有限公司，打浆度为25 °SR；针叶木浆板产地为智力银星牌，打浆度为10 °SR.在实验室中，用PFI磨浆机对针叶木浆进行磨浆处理，将所用的针叶木浆打浆度升高到45 °SR，备用.磨浆条件：磨浆间隙为0.2 mm，磨浆浓度为10%，磨浆转数为14 000转.

1.2 仪器设备

PFI磨浆机：DCS-041PT，KUMAGAT RIKI KOGYO；肖式打浆度测定仪：ZQS12-100，陕西科技大学造纸机械厂；纸样抄取器：ZQJ1-B-Ⅱ，陕西科技大学造纸机械厂；多媒体电子显微镜：DMB5-223IPL-5，麦克奥迪实业集团有限公司；抗张强度测定仪：SE-062，瑞典 L&W公司；撕裂度测定仪：SLD-1000，瑞典 L&W公司；鲍尔纤维筛分仪：ZQS15，奥地利PTI公司；纤维标准解离器：ZQS4，陕西科技大学造纸机械厂；油压机：ZQYCⅡ，陕西科技大学机械厂.

1.3 实验方法

1.3.1 筛分

采用鲍尔筛分仪对针叶木浆和APMP浆进行筛分，表1为APMP浆与针叶木化学浆各组分的筛分含量.从表1中可知：APMP浆P50/R100组分最多，为30.2%.针叶木浆R16组分最多，R16和P16/R30两组分含量之和大于80%.论文将R100组分定义为长纤维组分，P100组分定义为短纤维组分.

表1 APMP浆与针叶木浆各筛分组分的含量

1.3.2 观测纤维形态

以打浆度为25 °SR的APMP浆料为主要观测对象，将不同筛分组分中的纤维分别取样、制片、染色，采用多媒体光学显微镜观察并分析纤维形态特征.

1.3.3 抄纸

实验抄造五种配比的纸张：(1)APMP浆单独抄片；(2)APMP浆R100组分单独抄片；(3)APMP浆与经磨浆处理的针叶木浆全组分配抄，配比分别为90∶10、85∶15、80∶20、75∶25、70∶30；(4)APMP浆R100组分与经磨浆处理的针叶木浆全组分配抄，配比分别为90∶10、85∶15、80∶20、75∶25、70∶30；(5)APMP浆与未经磨浆处理的针叶木浆P100组分配抄，配比分别为90∶10、85∶15、80∶20、75∶25、70∶30.纸张定量为60 g/m2和80 g/m2，用于检测纸张抗张强度、撕裂强度和内结合强度.

1.3.4 检测方法

抗张强度(GB/T12914-2008)、撕裂强度(GB/T 455-2002)和内结合强度(GB/T26203-2010)按照标准检测.

2 结果与讨论

2.1 APMP浆与针叶木原浆各筛分组分的纤维形态对比

多媒体显微镜观察各筛分组分纤维形态定性分析结果如表2所示.从表2可以看出APMP浆经过化学预处理和机械作用，长纤维和中长纤维没有发生明显的分丝帚化现象.有资料表明[2]：这与APMP浆制浆工艺有关，大部分经化学预处理软化的木素仍然留在浆料中，吸附在长纤维和中长纤维上，阻碍了细纤维化的进程.同时由于APMP浆的短纤维含量高，纤维碎片多，使得这些纤维的细纤维化程度高.因此，当APMP浆及APMP浆长纤维与针叶木浆不同组分配抄时必然对纸页的强度性能有影响.

表2 不同筛分组分纤维形态分析

图1 APMP浆R16组分显微镜图片×400

图2 APMP浆P100/R200组分显微镜图片×400

2.2 针叶木浆不同组分与APMP浆全组分配抄对纸张强度性能的影响

论文将APMP浆分别与针叶木浆和针叶木浆短纤维组分配抄，其抗张强度、撕裂强度和内结合强度的结果如图3、图4、图5所示.由图3可知：APMP浆与针叶木浆全组分配抄的抗张强度随着针叶木浆添加量的增加而增大，而与短纤维组分配抄的纸张抗张强度在针叶木浆短纤维组分配比为15%时发生转折.由图4可知：与针叶木浆全组分配抄，纸张撕裂强度随针叶木浆配比的增大而增大，而与针叶木短纤维组分配抄，同样也在配比为15%时发生转折.由图5可以看出：内结合强度的变化与抗张强度和撕裂强度变化趋势是相似的，但是变化不明显.综合APMP浆对抗张强度、撕裂强度及内结合强度的影响，作者认为其原因可能是针叶木浆短纤维组分填充在相邻的APMP浆长纤维网络中，起到“架桥”作用，有利于纤维的交织，从而对提高纸页强度有一定的作用.而内结合强度变化较小的结果又说明APMP浆配抄的纸张，其纤维长度和本身强度对纸张的强度性能的影响较大，这可能是化机浆配抄纸张的特点.

图3 针叶木浆不同组分与APMP浆配抄对纸张抗张强度的影响

图4 针叶木浆不同组分与APMP浆配抄对纸张撕裂强度的影响

图5 针叶木浆不同组分与APMP浆配抄对纸张内结合强度的影响

2.3 针叶木浆与APMP浆不同组分配抄对纸张强度的影响

图6 针叶木浆与APMP浆不同组分配抄对纸张抗张强度的影响

图7 针叶木浆与APMP浆不同组分配抄对纸张撕裂强度的影响

图8 针叶木浆与APMP浆不同组分配抄对纸张内结合强度的影响

论文将针叶木浆与APMP浆不同组分配抄，拟进一步揭示APMP浆与针叶木浆配抄对纸张强度性能的影响规律.抗张强度、撕裂强度和内结合强度结果如图6、图7、图8所示.由图6和图7可知：针叶木浆分别与 APMP 浆全组分以及长纤维组分配抄时，抗张强度和撕裂强度随着针叶木浆添加量的增加而增大.图8显示，APMP浆单独抄纸与APMP浆长纤维组分单独抄纸相比，后者的内结合强度稍大，这说明APMP浆长纤维之间的结合力较大，而短纤维组分对内结合会产生不利的影响.

随着针叶木浆配比的增大，内结合强度略有变化，总体上APMP浆与针叶木浆全组分配抄的纸张内结合强度略高于长纤维组分与针叶木浆配抄的结果，这说明随着针叶木化学浆的增加，纸张的可压缩性提高，能够使纤维之间的结合力增大，而APMP浆长纤维组分显然部分抵消了这种可压缩性，从而也说明APMP浆在纸张配抄时，短纤维组分对强度是有贡献的.

3 结束语

(1)APMP浆与针叶木浆全组分配抄的抗张强度、撕裂强度、内结合强度随着针叶木浆添加量的增大而增大，而与短纤维组分配抄时纸张抗张强度、撕裂强度在15%处发生转折；此外，APMP浆配抄的纸张，其纤维长度和本身强度对纸张的强度性能的影响较大.

(2)针叶木浆分别与APMP浆全组分和长纤维组分配抄时，抗张强度、撕裂强度随着针叶木浆添加量的增大而增大，且APMP浆长纤维之间的结合力较大，短纤维组分会对此产生不利的影响.随着针叶木化学浆的增加，纸张的可压缩性提高，使纤维之间的结合力增大，而APMP浆长纤维组分显然部分抵消了这种可压缩性，进一步说明APMP浆在纸张配抄时，短纤维组分对强度是有贡献的.

[1] 王志杰，王 旸，王彬彬.APMP浆细小纤维对纸张性能的影响[J]. 陕西科技大学学报，2007，25(1)：1-4.

[2] 王 旸, 王志杰，李克成.APMP不同筛分组分对纸张性能的影响[J].中国造纸，2007，26(5):21-24.

[3] Patel.M.,Trivedi.R.Variations in strength and bonding properties of fines from filler,fiber,and their eggregates[J].Tappi Journal,1994,77(3):185-192.

[4] 胡伟婷.化学浆细小纤维特性的测定[J].国际造纸，2001，30(3)：45-47.

[5] 李海明，何北海.纸浆细小组分对纸张性能影响的研究进展[J].中国造纸学报，2006，21(3)：102-106.

[6] 王 静，张美云，张艳玲,等.高得率浆短纤维组分与浆料品质的关系探讨[J].造纸科学与技术，2009，28(1)：53-56.

[7] 管永刚.细小纤维功能的多重性与弊端[J].黑龙江造纸,2003(1):24-27.

[8] R.S.SETH.The measurement and significance of fines[J].Pulp & Paper Canada,2003，104(2)：47-50.