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细小纤维根据来源不同,可分为原生细小纤维(一次细小纤维)、打浆或磨浆过程中产生的二次细小纤维以及存在于造纸白水中的三次细小纤维。其中,二次细小纤维在造纸过程中因其含量和功能而更具代表性。细小纤维具有比表面积大、吸水润胀能力强、表面电荷量高等独特性能,对造纸生产运行和产品绝大部分性能有重要影响。因此,系统研究细小纤维显得尤为重要。本文以二次细小纤维为研究对象。
本文首先选用漂白化学针叶木硫酸盐浆(BSKP)为原料,研究了不同打浆设备对细小纤维产生及质量的影响。结果显示,将BSKP打浆至85°SR以上时,能产生15%以上的二次细小纤维,且中、高浓打浆更利于产生丝状组分的细小纤维。PFI磨浆得到的细小纤维绝大部分是纤丝状组分,高浓盘磨(HCR)磨浆得到的细小纤维除纤丝状组分外,还有相当一部分薄片状组分、纤维碎片和粒子,而Valley打浆得到的细小纤维中以片状组分为主。细小纤维的添加,能显著降低浆料的滤水性能,使纸张的紧度、平滑度、机械强度、不透明度增大,透气度及白度降低。PFI细小纤维较之Valley细小纤维和HCR细小纤维,更有利于提高成纸物理强度和降低纸张透气度等性能。
基于PFI磨浆能得到相对优质的细小纤维,本文采用PFI磨浆又对杨木PRC-APMP细小纤维进行了初步研究。结果显示,杨木PRC-APMP浆中存在以下几种形态的细小纤维:丝状细小纤维、片状细小纤维、纤维碎片、纤维微粒及小絮团。对68°SR PRC-APMP进行不同级别(P200、P300、P400)的一次筛分后发现,筛网越密,所得细小纤维的粘度和丝状组分含量越高,但表面电荷量正好相反。杨木PRC-APMP细小纤维的平均长度不超过0.25mm,且筛网越密,长度越短,卷曲和扭结程度均随筛网目数的增加而降低,细小纤维中还存在着极少量的纤维束。
本文进一步研究了细小纤维-碳酸钙共絮凝工艺对杨木PRC-APMP配抄文化用纸性能的影响,对比传统抄造工艺,共絮凝工艺能使纸张具有更好的强度性能、松厚度、白度和不透明度,但耐折度和浆料滤水性能较差。对比PCC和GCC对纸张性能的影响发现,传统抄造工艺下PCC能赋予纸张更好的松厚度和光学性能,而GCC对纸张强度和耐折度负面影响更小,但在共絮凝工艺下,二者对纸张松厚度和强度性能的影响差别不大,但PCC能提供更好的光学性能,且SEM图显示PCC在纸张纤维网络中粒径更大,分布更均匀,与纤维网络结合良好,GCC粒径相对较小,更多填充在纤维之间和包裹在纤维上。
采用共絮凝工艺,选用PCC做填料、CPAM加入量为0.04%时纸张性能相对更佳。研究还发现,采用单元助留体系的共絮凝工艺,对高剪切力有较好的适应性,除纸张的耐折度较差外,其他性能均较好。剪切力对纸张的光学性能影响不大,而对松厚度和强度性能影响较大。而在Hydrocol体系下,采用共絮凝工艺,填料有较好的留着率,浆料有较好的滤水性能,尤其在高剪切力条件下仍有一定优势。当剪切力≤1000rpm时,共絮凝工艺所抄造纸张有较好的强度、白度和不透明度。当剪切力≥1000rpm时,共絮凝工艺除能保证有较好的松厚度外,其他物理指标均低于传统抄造工艺。
设定剪切力为1000rpm,利用共絮凝工艺试抄文化用纸,结果显示:把絮凝团、AKD、阳离子淀粉预混后再加入到长纤维中能得到综合性能更好的纸张。研究还发现,高加填是影响纸张耐折度的主要因素。