液体包装类废纸浆的抄纸性能研究

陈子成，张超善，孙立建，2

(1东北电力大学 化学工程学院，吉林 吉林 132012；2 东北林业大学 材料工程学院，黑龙江 哈尔滨 150040)

液体包装类废纸浆的抄纸性能研究

陈子成1，张超善1，孙立建1，2

(1东北电力大学 化学工程学院，吉林 吉林 132012；2 东北林业大学 材料工程学院，黑龙江 哈尔滨 150040)

摘要：液体包装废纸的再生利用对我国充分利用废纸资源具有重要的意义。本文采用碱浸机械处理的方式对液体包装废纸进行再制浆，并对其制浆得率的影响因素进行了初步的探讨。为了评价液体包装废纸浆的造纸性能，本文还对其在采用阳离子淀粉、阳离子壳聚糖时的增强作用，以及AKD施胶效果和纸浆在微粒助留体系作用下的留着性能等进行了研究。实验结果表明，当碱浓为5%，浸泡温度为30 ℃，浸泡时间为24 h时，其再制浆得率可达到50.32%。阳离子淀粉和阳离子壳聚糖都可以有效的增加液体包装废纸浆的抗张强度，相比之下，阳离子壳聚糖的增强效果更好。在AKD的用量为0.2%时，其施胶度可以达到42 S，由CPAM和钠基改性膨润土组成的微粒助留体系可以有效的提高纸浆的留着率。与0.1%的用量相比，钠基改性膨润土的用量为0.2%时其留着率更高。

关键词：液体包装废纸；增强；施胶；助留

我国是一个造纸大国，但由于造纸原料的短缺，废纸成为造纸原料中越来越重要的植物纤维资源[1-5]。目前我国用于造纸的废纸原料中，进口废纸占有较大比例，如何充分收集和利用国内废纸资源是影响造纸工业可持续发展的一个重要课题。由于社会的发展和生活水平的提高，液体包装类纸板在我国的使用量逐年提高[6-8]。由于液体包装类纸板具有一定的湿强度，因而采用目前造纸企业常规的废纸制浆方法尚难以充分利用[9-13]。液体包装纸板主要用于与铝箔、聚乙烯膜等复合后制造纸质容器包装牛奶、果汁等液体产品，在对其进行回收利用时上述复合材料很难分离，因而目前国内外对其回收利用的报道很少。用来生产液体包装纸板的纸浆主要是原生漂白木浆等高品质的浆料，因而研究液体包装纸板类废纸再生利用技术有利于促进其将来潜在的工业应用。本文采用氢氧化钠作为湿强破除剂来处理这类废纸，并研究它的再制浆和抄纸性能，主要包括它的再制浆得率、增强性能、浆内施胶性能以及留着性能等。

1实验

1.1实验材料

液体包装废纸板为实验室收集的用于包装果汁、饮料、牛奶等的包装盒。阳离子淀粉，壳聚糖，阳离子聚丙烯酰胺，钠基改性膨润土等为工业品。氢氧化钠等试剂均为分析纯。

1.2实验方法

1.2.1液体包装废纸板的再制浆

将液体包装盒剪开用清水清洗干净后自然干燥，剪成1.5×1.5 cm2的碎片并检测水分含量。称取相当于绝干25 g的原料在一定温度下，将原料放入250 mL烧杯中用200 mL 5%的氢氧化钠溶液浸泡指定的时间。将上述浸泡后的原料倒入标准纤维疏解器中疏解150 s，然后用80目的缝式筛浆机将塑料膜、铝膜等杂质筛除并对杂质进行烘干称重，并按下式计算其再制浆得率，式中Y(%)为再制浆得率；M(g)为疏解前原料的总质量(绝干)；m(g)为筛选杂质的质量(绝干)。

Y = (1-m/M)×100%.

1.2.2液体包装废纸浆的纸样抄造

采用液体包装废纸浆抄造定量为70 g/m2的纸样。将抄纸用的纸浆用水稀释至2%的浓度，加入指定量的助剂如阳离子淀粉、阳离子壳聚糖、AKD(烷基烯酮二聚体)施胶剂、CPAM(阳离子聚丙烯酰胺)、钠基改性膨润土等，然后采用标准纤维疏解机对其进行分散处理，最后采用ZT6-0A圆形实验室纸样抄造器(中通试验设备有限公司)进行纸样的抄造。纸样在90±5 ℃，真空度为-0.08 MPa的条件下干燥12 min后备用。在上述化学品的添加中，当CPAM与钠基改性膨润土组成微粒助留体系时，先加入指定量的CPAM溶液，在电动搅拌器中速分散1 min后，采用标准纤维疏解器高速分散30 s后立即进行纸样的抄造。

1.2.3液体包装废纸浆纸样施胶度的检测

采用液体渗透法，根据国家标准GBT5405-2002的程序进行检测和分析。

1.2.4液体包装废纸浆留着率的检测

废纸浆抄片时收集排出的全部白水，并经滤纸过滤后烘干称重，通过抄纸过程中流失的纸浆量计算纸浆在抄纸过程中的留着率，每个抄纸条件重复3次实验，并以其平均值表示其纸浆的留着率。

2结果与分析

2.1废液体包装纸再制浆得率

图1　浸泡时间对液体包装废纸浆得率的影响

图2　增强剂用量对液体包装废纸浆的增强作用

为增加液体包装纸板的防护性能，在其制成包装盒前需要与塑料和铝箔进行复合，且在复合加工过程中需要在层间使用胶粘剂，这导致了该废纸浆的再制浆得率偏低。如图1所示，随着浸泡处理时间的增加，和处理温度的提高，其再制浆得率增加。在浸泡时间为24 h，处理温度为30 ℃时，其再制浆得率达到了50.32%，继续增加浸泡时间和提高浸泡温度后，其得率虽有增加，但考虑到时间和能耗成本，后续实验选用浸泡时间为24 h，处理温度为30 ℃时的纸浆进行后续抄纸性能的研究。

2.2阳离子淀粉和阳离子壳聚糖对液体废纸浆的增强作用

阳离子淀粉是造纸工业应用广泛的一种增干强剂，阳离子壳聚糖由于其与植物纤维相近的分子结构也可以用作造纸增干强剂[14-18]。如图2所示，随着阳离子淀粉和阳离子壳聚糖用量的增加，液体包装废纸浆的抗张指数随之增加。在纸浆中添加阳离子淀粉和阳离子壳聚糖都可以增加纸中植物纤维的氢键结合，因而起到增干强作用。阳离子淀粉和阳离子壳聚糖具有相似的聚合物结构单元，主要区别在于阳离子壳聚糖结构单元吡喃式氨基葡萄糖的2号碳原子上连有胺基，不同于阳离子淀粉结构单元中连接的羟基。由于胺基与植物纤维形成的氢键键能更高，所以阳离子壳聚糖对纸的增干强作用更好[19]。

2.3液体废纸浆的AKD施胶效果

废纸浆较多的用来生产包装纸板，因而其施胶性能是一个重要的指标。AKD施胶剂是一种应用广泛的反应型中性施胶剂，既可以应用于文化用纸的生产也可以对包装纸板类产品进行浆内施胶。根据图3的实验结果，AKD在液体废纸浆中施胶效果较好。当AKD的用量为0.2%(绝干/绝干)时，其施胶度超过40S，可以满足大多数纸板产品的需要。当其用量增加时，纸样的施胶度随之提高，但当其用量超过0.3%时，其施胶度的增加有限。因而，在对液体包装废纸浆进行AKD浆内施胶时，其用量不宜超过0.3%。

图3　纸样的AKD施胶效果

图4　CPAM用量对纸浆留着率的影响

2.4液体废纸浆的微粒助留效果

微粒助留体系在造纸工业中应用广泛，其中CPAM是一种阳离子高分子化合物，而钠基改性膨润土属于阴离子组分[20-21]。根据图4的实验结果来看，在单独采用CPAM作为助留剂时，随着CPAM用量的增加，纸浆的留着率增加不明显。在使用CPAM的同时，加入钠基改性膨润土时，随着CPAM用量的增加，纸浆的留着率显著提高，而且钠基改性膨润土的用量为0.2%时，其助留效果比用量为0.1%时要好。图4的结果表明，微粒助留体系可以有效的提高液体包装废纸浆的留着率。

3结论

(1)采用碱浸后机械疏解的方法可以对液体包装废纸板进行再制浆，当碱浓为5%，浸泡温度为30 ℃，浸泡时间为24 h时，其再制浆得率为50.32%。

(2)阳离子淀粉和阳离子壳聚糖可以有效的对液体包装废纸浆进行增强，在相同用量下，阳离子壳聚糖的增强效果优于阳离子淀粉。

(3)AKD可以作为液体包装废纸浆的浆内施胶剂，当其用为0.2%时，其施胶度可以达到40 S。

(4)由CPAM和钠基改性膨润土组成的微粒助留体系可以显著的增加液体包装废纸浆的留着率。

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Study on the Papermaking Properties of the Waste Liquid Package Paperboard Pulp

CHEN Zi-cheng1，ZHANG Chao-shan1，SUN Li-Jian1，2

(1.School of Chemical Engineering，Northeast Danli University，Jilin Jilin 132012;2.School of Material Engineering，Northeast Forest University，Harbin Heilongjiang 150040)

Abstract：It’s helpful to better utilizing the waste paper resources in China of reusing the waste liquid package paperboard.The process of mechanical treatment after alkali soaking was used to repulp the waste liquid package paperboard in this paper，and the effect factors of repulping yield was investigated preliminarily.In order to evaluate the properties of the waste paper pulp，the strengthening with cationic starch and cationic chitosan，the sizing of AKD and the its retention property with the microparticular retention and drainage system of CPAM and modified bentonite were investigated in this study.The results of experiments showed that the yield of repulping reached 50.32% in case of alkali concentration 5%，soaking temperature 30 ℃ and soaking duration 24h.Both cationic starch and chitosan could strengthen the paper sample，in comparison with cationic starch，cationic chitosan gained the better strengthing results.When the dosage of AKD was 0.2%，the sizing degree of the paper sample reached 42 S.The microparticular retention system of CPAM and modified bentonite could improve the retention of the waste paper pulp efficiently.When the doage of the modified bentonite was 0.2%，it performed better than 0.1%.

Key words：Liquid package paperboard；Strengthening；Sizing；Retention

收稿日期：2015-05-19

作者简介：陈子成(1975-)，男，黑龙江省双鸭山市人，东北电力大学化学工程学院副教授，博士，主要研究方向：造纸化学品与造纸湿部化学.

文章编号：1005-2992(2016)03-0056-04

中图分类号：TQ914.3

文献标识码：A

基金基目：吉林省教育厅“十三五”科学技术研究项目(201684)；东北电力大学博士科研启动基金项目(BSJXM-201437)