211261554_棉短绒浆衍生化处理对打浆性能及薄片强度的影响

科技与创新┃Science and Technology&Innovation ·96·2023年第10期
文章编号：2095-6835（2023）10-0096-03
棉短绒浆衍生化处理对打浆性能及薄片强度的影响
徐耀威，刘雄斌，韩鹏，汪丹，万超，顾亮，彭曦东（湖北中烟工业有限责任公司，湖北武汉430040；湖北新业烟草薄片开发有限公司，湖北武汉430056；
重组烟叶应用技术研究湖北省重点实验室，湖北武汉430040）
摘要：通过对棉短绒浆粕的衍生化处理，得到具有纤维素纯度高、半纤维素质量分数低、聚合度低等特性的棉短绒外加纤维。

然后通过对衍生化处理的棉短绒结合抄片工艺，进行打浆性能、吸水性能、物理强度等研究的对比分析，找到棉短绒浆对应的比例关系，为薄片外纤的优化提供思路。

关键词：棉短绒浆；衍生化；打浆；薄片强度
中图分类号：TS749文献标志码：A DOI：10.15913/ki.kjycx.2023.10.028
造纸法烟草薄片制造过程包括原料抽提、打浆、配浆、抄造、浸涂、干燥等步骤[1]，国内外烟草薄片生产技术中，多在薄片中掺混一定量的外加纤维[2]，外加纤维的种类、含量对打浆生产及最终产品性能影响极大[3]。

在对造纸法烟草薄片产品的应用中发现，国产薄片相比国外薄片手感硬、易折、易碎，脆性较大，韧性不足[4]。

查阅文献发现，有不同外加纤维对烟草薄片物理性能影响的探索，如松厚度、抗张强度、柔软性等[5-7]，以及采用改性木浆纤维改善烟草薄片物理性能研究[8]，但还未发现有采用棉短绒浆作为外加纤维的研究。

众所周知，棉、麻等特种长纤维浆是生产特种纸的优质原料，尤其是棉，它是一种优质的非木材纤维原料，资源丰富，产量巨大[9]。

以棉短绒为原料，采用烧碱法或烧碱-过氧化氢法制浆，可制得质量优良的棉浆[10]。

与木浆相比，棉浆具有纤维素纯净度高的优势，抽吸燃烧杂味少。

但是棉浆纤维细长而有弹性，不易于打浆。

为此，对棉短绒浆进行衍生物处理，得到纤维长度合适的烟草薄片外纤材料，利于打浆，并且对制备得到的烟草薄片强度进行分析。

1试验
1.1原料与试剂
试验采用的原料与试剂如下：棉短绒浆粕（由武汉达汇新科技有限公司提供）、棉短绒衍生物（由武汉达汇新科技有限公司提供）、麻浆料（由武汉达汇新科技有限公司提供）、常规木浆（由湖北新业烟草薄片开发有限公司提供）、烟草浆料（由湖北新业烟草薄片开发有限公司提供）。

1.2仪器与装备
试验采用的仪器与装备如下：GBJ-A型纤维标准解离器、纤维分析仪、VB-21瓦利打浆机、KRK磨浆机、打浆度测定仪、快速纸页成型器、纸片强度测定仪等。

1.3试验方法
1.3.1棉短绒浆衍生化处理
棉短绒纤维素衍生物按照以下步骤进行处理：配制调节温度为55～60℃，碱质量分数为（17.50±0.5）%的离子膜碱液；将棉短绒浆粕投入碱液中，搅拌，并浸泡120min；然后采用压榨机对浆粥进行挤干，得到含水率为50%～55%的湿态浆料；将压榨后的浆粕用粉碎机快速粉碎，形成小碎片，将粉碎的物料密封保存，置于温度28℃的恒温房中存放，每5h对浆粕大幅度翻动一次，存放48h后，对物料进行清洗除去碱，清洗完成后浆粕显中性；最后将清洗为中性的物料进行粉碎，得到目数为8～10的碎末状，最后在80～100℃的条件下烘干、装袋。

1.3.2测定方法
测定方法如下：聚合度参照FZ/T50010.3—2011《粘胶纤维用浆粕粘度的测定》进行测定；纤维素质量分数的测定参照FZ/T50010.4—2011《粘胶纤维用浆粕甲种纤维含量》；半纤维素质量分数的测定参照GB/T745—2003《纸浆多戊糖的测定》；纤维分析用纤维素分析仪进行测定；打浆度按照GB/T3332—1982《浆料打浆度的测定法》（肖伯尔-瑞格勒法）进行测定；湿重采用框架法进行测定，即在肖伯氏打浆度仪的锥形盖上附加金属框架，在测定打浆度的同时，测定挂在框架上的湿纤维质量（框架增加的质量），即为湿重；保水值测定是在规定的条件下将一定量的浆料离心，甩出浆料的游离水，测定浆料中保留的水分，以100g绝干浆保留水分表示[11]；烟草基片的定量、厚度和抗张强度均按照国家标准规定方法进行测定。

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2023年第10期
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保水值（WRV ）的计算公式如下：
I WRV （保水值，%）＝（m 1－m 2）×100/m 2（1）式（1）中：I WRV 为浆料的保水值，%；m 1为离心后的湿浆重；m 2为绝干浆重。

2结果与讨论
2.1
外加纤维原料编号
本研究中，外加纤维原料编号如表1所示。

表1外加纤维原料编号
编号外纤类型
1#木浆（m 针叶木∶m 阔叶木=3∶2）
2#棉短绒浆3#衍生化棉短绒浆
4#
麻浆
2.2外加纤维性质分析
外加纤维分析结果如表2所示。

表2外加纤维分析结果
编号聚合度纤维素质量分数/（%）半纤维质量分数/（%）纤维平均长度/mm 纤维平均宽度/μm 1#61080.816.46 1.034518.852#50091.6 5.410.944616.453#30094.4 2.730.834815.574#680
86.8
12.69 1.1882
22.46
从表2中的数据可知，对比标样木浆外纤浆主要特征为聚合度高、纤维素质量分数较低，半纤维素质量分数较高。

而麻浆聚合度较木浆、棉浆均高，纤维长度也较长，这可能是造成麻浆打浆困难的原因所在。

而经过衍生化处理后的棉短绒浆，聚合度大幅度降低，纤维素质量分数增加，半纤维素质量分数降低，纤维平均长度略微下降，纤维平均长度变化不太明显。

造成这种现象的原因可能是经过衍生化处理，降低了棉短绒浆的聚合度，同时碱处理引起半纤维素溶出，使得纤维素质量分数增加，半纤维素质量分数降低，最终水洗得到的纤维表面得到松弛，纤维长度有所降低，棉短绒浆粕的这种衍生化处理，可能促进打浆时的分丝帚化效果。

2.3
外加纤维原料的打浆性质分析2.3.1
外加纤维原料独立打浆
将木浆（m 针叶木∶m 阔叶木=3∶2）、棉短绒浆、衍生
化棉短绒浆及麻浆分别撕碎和用水浸透，再经标准纤维疏解机疏解，质量分数为4%后，用KRK 高浓盘磨进行打浆。

打浆条件和结果如表3所示。

表3配抄用外加纤维的磨浆工艺条件及结果
序号浆种磨浆次数
磨浆质量分数/（%）
磨盘间隙/mm 打浆度/0SR
湿重/g 保水值/（%）
1＃木浆240.05～0.102312.0146.42＃棉短绒浆240.05～0.102411.2156.43＃衍生棉短绒浆
240.05～0.102410.1173.14＃
麻浆
2
4
0.05～0.10
22
13.8
124.4
从表3中可以看出，在几乎同等打浆度的情况下，几种纸浆湿重情况为麻浆大于木浆大于棉浆，保水值情况为棉浆大于木浆大于麻浆。

根据几种纤维分析数据可知，麻浆的纤维长，但润涨和保水能力较差；而衍生化棉短绒浆聚合度更低，
分子链更短，显示出了更强的纤维润张能力，具备更强的保水性能。

2.3.2
木浆/衍生化棉短绒浆的打浆性能分析木浆/衍生化棉短绒浆外纤磨浆工艺条件及结果如表4所示。

表4
木浆/衍生化棉短绒浆外纤磨浆工艺条件及结果
序号m 木浆∶m 棉短绒浆
磨浆次数
磨浆质量分数/（%）
磨盘间隙/mm 打浆度/0SR
湿重/g 保水值/（%）
A1100∶0240.05～0.102312.0146.4A270∶30240.05～0.102211.8148.3A360∶40240.05～0.102311.6152.4A450∶50240.05～0.102311.3158.6A5
30∶70
2
4
0.05～0.10
24
10.9
168.1
从表4可以看出，在同等打浆度的情况下，随着外加纤维中棉短绒浆的比例增加，纤维的湿重不断降低，而保水值不断升高。

根据前文对几种纤维的数据的分析可知，木浆的纤维长，但润涨和保水能力较差。

各个配比均是随打浆度的升高，其湿重降低，保水值提高，说明纤维长度变小，纤维润张能力增强。

尤其是经过处理后的棉短绒浆比例不断增加，其聚合度更
低，分子链更短，显示出了更强的纤维润张能力。

2.4
同等烟浆情况下配抄烟草基片物理性能对在质量分数为18%下磨浆获得打浆度为240SR 的烟浆，与同等烟浆情况下（51±2）0SR 的木浆/衍生化棉浆进行混配形成的外加纤维，进行配抄烟草基片并测定它们的物理性能，测定结果如表5所示。

其中，木浆/衍生化棉浆的配比分别为100∶0、30∶70、
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40∶60、50∶50及70∶30。

从表5可以看出，随着外加纤维中衍生化棉短绒比例的增加，烟草基片的抗张强度明显增加，说明经过衍生化处理的棉短绒浆外加纤维具有较好的基片增强效果。

从抄造的烟草基片强度来看，使用棉短绒衍生物作为外加纤维，可以有效地保证烟草薄片片基强度，并且在一定范围内，采用较低质量分数的棉短绒外加纤维可以起到较好的强度效果，有助于降低烟草薄片中外加纤维成分的作用。

尤其是当衍生化棉短绒浆的比例超过50%后，抄造烟草基片的强度与松厚度变化较为明显。

表5同等烟浆与不同配比外加纤维配抄烟草基片的物理性能
编号m
木浆∶m
衍生化棉短绒
定量/（g·m-2）厚度/μm紧度/（g·cm-3）松厚度/（cm3·g-1）
抗张强度/
（N·m-1）
抗张指数/
（N·m·g-1）
B1100∶064.21690.38 2.6363410.85 B230∶7064.81680.37 2.6264211.44 B340∶6063.81670.39 2.5965211.84 B450∶5063.91680.38 2.6165811.94 B570∶3063.91570.38 2.6166812.84注：外加纤维配比为15%；CaCO3配比为12%；瓜尔胶配比为6‰。

3结论
棉短绒浆衍生化处理后，将它与木浆、麻浆进行打浆性质对比，并且部分替代木浆外加纤维制备烟草薄片，具备如下优点：①同等打浆度情况下，纸浆湿重为麻浆大于木浆大于棉浆，保水值为棉浆大于木浆大于麻浆；②用衍生化棉短绒浆部分替代木浆，导致外加纤维数均、重均长度有所降低，外加纤维组分中纤维素分子短链比增加，显示出更好的吸水性能；
③用衍生化棉短绒浆部分替代木浆，烟草基片的松厚度明显降低，纤维分子间的结合能力较好，烟草基片的抗张强度有所增加；④用适当比例（如50%及以上）的棉衍生化棉短绒浆部分替代木浆外纤，具有增强纸张的吸水性及抗张强度升高的综合优点，并且打浆难度降低。

参考文献：
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作者简介：徐耀威（1997—），男，硕士研究生，助理工程师，主要从事工艺研究方面的工作。

（编辑：丁琳）
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