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国内外对纤维表面特性及其对纸页强度影响的研究不多。其实纤维表面特性对于纤维以及纸张的诸多性能都有重要影响。因此,在了解纤维表面特性的基础上,希望通过表面处理来得到所期望的纤维表面特性,从而改善纸张的物理性能具有重要意义。随着现代先进分析技术的进步,如XPS、AFM等,为对纤维表面特性进行深入研究提供了良好的条件。本论文利用XPS和AFM,以马尾松为原料,对其机械浆(CTMP)纤维表面特性进行了深入研究。研究发现,XPS分析中的O/C和C1/C2两个指标可以很好表征纤维表面特性。C1/C2值表示纸浆纤维表面的疏水性能。O/C值反映纤维表面的木素含量情况。当通过化学处理使纸浆抽出物和木素去除、半纤维素增加,XPS表面分析得到O/C值增加,表明纸浆纤维表面的木素和抽提物的含量降低,碳水化合物含量增加;C1/C2值降低,说明纸浆纤维表面的亲水性提高。其中O/C比值综合了纤维表面最主要的二种元素氧和碳的含量情况,能更为全面地表征纤维表面特性。
纤维表面的AFM三维立体图和振幅图分析得出,马尾松CTMP纸浆纤维的表面出现形状类似小山坡、凹槽、颗粒以及片状结构,这与纸浆纤维表面覆盖着木素和抽出物等有关。纤维表面的球状颗粒物质是木素,而除去球状颗粒外的一些不规则颗粒状物质和片状物质,则可能为木素、抽出物和碳水化合物的复合物。在相图中,木素或木素、半纤维素和抽出物形成的复合物,硬度较大,表现出较为明亮的对照。
纤维表面亲水性增加,利于纤维之间的结合,提高了纸页的结合强度。纸页物理性能测试的结果与XPS和AFM的表面分析结果具有很好的一致性。说明通过改变纸浆纤维表面特性来改善纸浆主要物理强度性能的可行性。最后从应用角度研究了废糖蜜在纸页增强上的可行性。纸页强度方面,添加10%废糖蜜(质量分数)已能够达到很好的纸页增强效果。废糖蜜的最主要优点是含有蔗糖;且价格比白砂糖和红糖便宜。从纸页光学性质和强度性质考虑,废糖蜜适用于水泥袋纸及瓦楞纸等浆种的增强。