桉木CTMP浆纤维表面特征及其对纸页物理性能影响的研究

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机械浆和化学机械浆具有得率高、挺度和松厚度好、光学和印刷性能优异等特点,近年来在造纸工业用纤维中所占的比例逐年上升。然而,由于机械浆和化学机械浆纤维表面木素含量较高,其表面被一层刚性的胞间层和软化的木素覆盖着,这种表面性能严重影响纤维间结合力,造成成纸结构疏松,纸页结合强度低等问题。因而在一定程度上阻碍了机械浆和化机浆制浆工艺的发展。   本论文主要利用碱性亚钠法化学法和打浆机械法对桉木CTMP浆纤维表面进行处理,目的是去除覆盖在纤维表面的部分木素和抽提物成分,通过SEM和XPS现代表面分析技术分析了CTMP纤维的表面特征,探讨了纤维表面性能的变化及其对纸页强度性能的影响,为CTMP浆纤维的表面化学的分析提供技术支持和理论依据。本文还利用激光共聚焦扫描显微镜(CLSM)对桉木CTMP浆纤维表面木素的分布进行观察,通过建立相应的工作曲线可以得出纸浆纤维表面木素浓度。   碱性亚钠法处理桉木CTMP浆时,NaOH用量、Na2SO3用量和处理时间都会对纸浆的物理性能产生影响,NaOH用量是影响白度、强度的主要因素,随烧碱量增加,桉木CTMP所抄纸页强度得到提高,纤维表面O/C比有所增大,且Cl峰面积减小,说明浆料随处理用碱量增加,表面木素和抽提物含量减低,碳水化合物含量增加。在实验范围内,综合得率、强度、白度等因素,NaOH用量10%、Na2SO3用量15%、处理时间2h,桉木CTMP浆的强度性能得到显著的改善。   PFI打浆从Or到14000r,O/C比由60.6%增大到69.8%,纤维表面木素含量由45.47%下降到26.98%,纤维表面的Cl峰面积逐渐减小,由未经打浆的17.86%下降到11.56%,下降率为35.27%,同时C1S峰位向高结合能方向漂移,说明了打浆作用能够脱除了纤维表面部分木素和抽提物,使表面暴露出更多富含碳水化合物组分,有利于促进抄纸时纤维间氢键结合和物理强度性能的提高,SEM形貌观察也可以辅助证明,经打浆处理后纤维表面碎片不断脱落,胞间层面积逐渐减少。未经打浆的桉木CTMP纸页抗张指数很低,仅有5.051 N.m·g-1,打浆转数为14000r时,纸页抗张指数达到53.29 N.m·g-1,提高了9.55倍,撕裂指数、耐破指数和零距抗张指数分别提高了1.19倍、1.48倍和0.32倍。说明PFI磨打浆对于提高桉木CTMP浆强度指标十分明显。   CLSM是一种新型的纤维表面分析技术,本文用番红对桉木CTMP浆的木素进行标记,从X-Y模式中清楚观察到纤维表面木素的分布,并且利用CLSM荧光强度来定量测定桉木CTMP浆表面木素浓度,荧光强度与木素浓度有一定的线性关系,工作曲线为y=4.8365x,R2=0.9844,符合Beer-Lambert定律。
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