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近年来,由于世界范围内造纸原生纤维原料日益短缺,特别是国内制浆造纸工业面临的环境污染和能耗问题,使人们对二次纤维的利用越来越重视。二次纤维作为重要的造纸纤维原料来源,不但可以缓解造纸原料的供需矛盾,而且对减轻环境污染及保持生态平衡具有重要的作用。
与原生纤维相比,二次纤维性能发生了许多变化,如因纸浆的滤水性能、润胀能力的下降而导致湿韧性或可塑性降低,纤维表面性质的变化等;用二次纤维抄造的纸张紧度较小,抗张强度、耐折强度等主要物理强度性能也会普遍降低。造成这些问题的主要原因是回用过程中纤维细胞壁结构的不可逆变化,这种不可逆变化被称为纤维的角质化,发生角质化的纤维难以完全恢复原有的润胀能力。因此,二次纤维的角质化是有效利用二次纤维所面临的重要问题。本论文以OCC为原料,以NaOH、Na<,2>SiO<,3>、十二烷基苯磺酸钠及三乙胺作为化学预处理试剂,对二次纤维进行预处理,探讨处理过程对二次纤维强度性能的影响,确定出预处理的最佳工艺参数,以期达到提高二次纤维的强度性能的目的。二次纤维经化学预处理后,润胀能力得到恢复,改善了纤维的角质化现象,增加了纤维间的结合,在一定程度上提高了纸页的强度性能,为有效利用二次纤维提供了行之有效的解决方法。
研究结果表明:
NaOH和Na<,2>SiO<,3>化学预处理后的二次纤维的强度性能有了很大的改善。由正交实验法确定出了化学预处理的最佳工艺参数,即NaOH化学预处理的最佳条件为:温度70℃,NaOH用量2.0%,时间60min,浆浓12.0%。在此条件下处理浆料,对二次纤维成纸强度性能的影响结果为:成纸的裂断长在原有基础上可增加38.6%,环压指数可增加24.2%,耐破指数可增加18.9%。Na<,2>SiO<,3>化学预处理的最佳条件为:温度80℃,Na<,2>SiO<,3>用量5.0%,时间80min,浆浓10.0%。在此工艺条件下,对二次纤维进行化学预处理,成纸的裂断长在原有基础上可增加40.9%,环压指数可增加26.5%,耐破指数可增加33.3%。
通过对NaOH和Na<,2>SiO<,3>化学预处理与PFI打浆对二次纤维强度性能影响的比较,结果表明,NaOH化学预处理和Na<,2>SiO<,3>化学预处理一样,都与机械处理有着相同的增强作用,在一定程度上可以降低能耗,节约了能源。在NaOH预处理的最佳条件下,分别讨论了NaOH和十二烷基苯磺酸钠,NaOH和三乙胺共同作用时对二次纤维强度性能的影响。NaOH和十二烷基苯磺酸钠合用时,发现十二烷基苯磺酸钠的加入使二次纤维的成纸强度性较单独使用NaOH处理时有一定的提高,当十二烷基苯磺酸钠的用量为0.5%时,成纸的强度性能增加幅度最大,与未处理浆料的强度比较,裂断长可增加44.3%,环压指数可增加27.7%。当NaOH和三乙胺合用时,三乙胺的加入与十二烷基苯磺酸钠有同样的效果,确定出三乙胺的最佳用量为0.4%,此条件下成纸的强度增加的幅度分别为:裂断长可增加43.0%,环压指数可增加29.5%。
通过对化学预处理后的二次纤维保水值的测定,结果表明处理后纤维的保水值较未处理的二次纤维相比,有了明显的提高,这说明纤维的润胀能力达到一定的恢复,从而降低了纤维的角质化程度,提高了成纸的强度性能。