基于低温碱脲体系高浓凝胶化作用的木质纤维素纤维性能的研究

来源 :南京林业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:nadiazhao
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氢氧化钠-硫脲-尿素水溶液是在低温、低纤维浓度的条件下溶解纤维素制备纤维素基功能材料的溶剂,但其在中、高纤维浓度的条件下对纤维素或木质纤维素纤维性能的影响情况未见报道,因此本论文对该方向做了研究,发现该溶剂在上述条件下可使纤维素纤维发生凝胶化或溶胶化反应,也可有效润胀软化木质纤维素纤维,使纤维性能发生变化,满足制备纤维素基功能材料或制浆造纸生产的要求,本研究旨在探讨该溶剂对纤维素纤维和木质纤维素纤维的处理能力、探究利用该溶剂制备纤维素基纸质功能材料的新方法、论证该溶剂在制浆造纸生产中应用的可行性、拓宽该溶剂的适用领域,主要成果如下:(1)本论文利用该溶剂溶解漂白木材硫酸盐化学浆探究其对纤维素的溶解能力(冷冻温度或溶解温度或预处理温度-10℃,下同),发现纤维素在该溶剂中的最高溶解浓度可达12%(中等纤维浓度范畴),溶解效果好于其它碱脲体系,同时阔叶浆比针叶浆更容易溶解,且叩解度越高越有利于纤维素的溶解。(2)氢氧化钠-硫脲-尿素水溶液在高碱浓及高纤维浓度的条件下可使纤维素纤维发生溶胶化反应,使其转化为溶胶纤维,鉴于该分析结果,本论文利用该溶剂处理漂白针叶木硫酸盐化学浆,制备再生纤维素,和原纤维素纤维相比,再生纤维素纤维的聚合度、无定形区和结晶区的整体结构、晶型、热稳定性和碳骨架结构均无明显变化,且处理过程中没有引入新的官能团或纤维素衍生物,但该再生纤维素纤维呈扭结、卷曲、交织和缠绕的纤维形态,且纤维表面较为光滑,和丝光化浆的纤维形态较为类似,这也使其具有较好的松厚性能和柔软性能,但其强度性能较差。(3)氢氧化钠-硫脲-尿素水溶液在低用碱量及中等纤维浓度的条件下可使纤维素纤维发生凝胶化反应,使其转化为凝胶纤维,鉴于该分析结果,本论文利用该溶剂处理漂白阔叶木硫酸盐化学浆,改善纤维素纤维的松厚性能,制备具有较高强度的纤维素基松厚性纸质功能材料,最佳工艺条件为用碱量9%、纤维浓度15%、冷冻时间75min,和处理前纤维相比,处理后纤维成纸松厚度提高约21%,而成纸强度没有明显变化。(4)鉴于氢氧化钠-硫脲-尿素水溶液在高碱浓及中、高纤维浓度的条件下对纤维素纤维的溶胶化能力,本论文利用该溶剂处理定量滤纸,改善纤维素纤维的强度性能和抗水性能,制备高强度纤维素基纸质湿强材料,最佳工艺条件为碱浓8%、冷冻时间15min、室温洗涤固化10min,洗涤后经室温增塑并干燥后得到成纸,和滤纸原纸相比,处理后纸张湿抗张指数约为原纸的4倍,湿耐破指数约为原纸的24倍,同时处理后纸张的干抗张指数、干耐破指数及相应的湿干强比也有显著增加。(5)氢氧化钠-硫脲-尿素水溶液在低用碱量及中、高纤维浓度的条件下不能使木质纤维素纤维发生胶化反应,但可使其润胀软化,鉴于该分析结果,本论文利用该溶剂处理漂白针叶木热磨机械浆(TMP),改善木质纤维素纤维的强度性能,最佳工艺条件为用碱量8%、纤维浓度15%、冷冻时间60min,和处理前TMP相比,处理后TMP成纸抗张指数和耐破指数均提高将近一倍,同时松厚度降低约9%,但耐折度没有明显变化。(6)鉴于氢氧化钠-硫脲-尿素水溶液在低用碱量及中、高纤维浓度的条件下对木质纤维素纤维的润胀软化能力,本论文利用该溶剂处理杨木木片,改善木质纤维素纤维的磨浆性能,最佳工艺条件为用碱量8%、冷冻时间105min,而用碱量、浸渍时间和冷冻时间三个参数对磨浆性能影响的次重顺序为用碱量>冷冻时间>浸渍时间,和碱性过氧化氢机械浆(APMP)这种实际生产中磨浆能耗最低的化机浆相比,在叩解度、粗浆得率及细浆得率相当时,该化机浆磨浆能耗可降低约40%。(7)利用两段H2O2漂白工艺漂白该化机浆,最佳工艺条件为一段H2O2用量2%、漂白时间30min(纤维浓度或漂白浓度20%、漂白温度75℃、碱比0.75、MgSO4 0.5%、Na2SiO32%、DTPA 0.3%),二段H2O2用量4%、漂白时间60min(纤维浓度20%、漂白温度75℃、碱比0.25、MgSO4 0.5%、Na2SiO3 3%、DTPA 0.3%),该化机浆的漂后白度可达80%,而过氧化氢用量、漂白时间和纤维浓度三个参数对漂白性能影响的次重顺序为过氧化氢用量>纤维浓度>漂白时间,和APMP相比,在叩解度相当时,该漂白化机浆具有更高的白度、成纸强度及更低的松厚度。(8)利用H2O2和Na2S2O4漂白蔗渣盘磨机械浆(RMP),最佳工艺条件为一段H2O2用量3%、漂白时间60min(纤维浓度20%、漂白温度75℃、碱比0.25、MgSO4 0.5%、Na2SiO3 3%、DTPA 0.3%),二段Na2S2O4用量1%、漂白时间45min(纤维浓度10%、漂白温度55℃、DTPA 0.5%);由于氢氧化钠-硫脲-尿素水溶液可使纤维发生润胀软化及胶化反应,而在发生上述变化的同时,纤维反应活性可以得到改善,鉴于该分析结果,本论文利用该溶剂在低用碱量及高纤维浓度的条件下处理蔗渣RMP,改善木质纤维素纤维的漂白性能,最佳工艺条件为用碱量6%、冷冻时间45min(纤维浓度20%),随后在上述最佳工艺条件下漂白,和处理前RMP相比,处理后RMP最终白度提高约21%。
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