桉木、相思浆料纤维特性及对成纸的影响(1)

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桉木/相思浆料纤维特性及对成纸性
能影响初步探讨
内容大纲
A、木材成分的基本组成
B、纤维特性对纸张性能的影响
C、桉木、相思化学组分及纤维形态分析 D、桉木、相思化学浆的差异 E、桉木、相思化机浆的差异 F、金海、金桂浆料差异
G、化学浆、化机浆的协同作用
H、化机浆纤维优缺点及改善方向探讨
A-1、纤维素的形成
E-1.桉木/相思木化机浆的差异性
纤维长度 mm 浆料名称 L(n) 桉木325/73 APMP现场 磨 浆 桉木325/70 桉木混 35%相思 桉木325/80 相思木325/70 0.53 0.52 0.52 0.50 0.55 L(l) 0.64 0.62 0.63 0.61 0.70
纤维宽度um W(n) 18.87 18.78 18.78 18.56 17.13 W(l) 19.39 19.22 19.36 19.15 17.77
A、木素(lignin)结构 是由十多个或二十多个苯基丙烷结构单元相互连接而成的三维空间立体网状的芳香族高分子化合物,上面 有许多活泼基团,如—OH、—CH3O、—CHO、—COOH、—C=C—等。 B、木素的性质 溶解性:不溶于水,常温下不溶于稀碱、稀酸溶液,高温下能与一定浓度的酸和碱作用而溶解,如碱木素、 磺化木素均溶于水,化学纸浆去除木素以此为原理。
那些强度性质,纤维强度的降低会导致抗张强度、耐破度、耐折度和撕裂度的明显下降,尤其是耐折度下降更多。
细小纤维含量:氢键结合是影响抗张强度和耐破强度的重要因素,而细小纤维可以提供较多的氢键结合面积, 纤维长度与细小纤维含量同时影响成纸抗张强度和耐破强度。同时细小纤维含量会影响浆料滤水性能,磨浆 过程中磨齿的切断作用及纤维之间的摩擦作用都会产生细小纤维。
A-2.纤维素的结构特点
3、结晶区(crystal lattice)的形成:由于氢键的作用,若干个纤维素分子排列整齐有序,相互靠的很近,形成的 结晶状态称为结晶区。结晶区内有害物质和水分难以侵入,纤维素分子不易产生有害反应,提高纸张耐久性。一 般来说,随着结晶度的增加,纤维的抗张强度、硬度、相对密度及尺寸稳定性等均随之增加,而柔软性和化学反 应等则随之减少。 结晶区(稳定区) 非结晶区(不稳定区)
环压强度下降,而成纸的透气度、松厚度、过滤速度和光散射系数等增加。
Curl Index = L/D - 1
4、纤维形态对纸张性能的影响
扭结指数(Kink index ):指由于细胞壁受损而产生的生硬的转折。扭结程度高的纤维在纸张的抗张强度、 撕裂强度等性能方面受到较大的削弱。
B-6、纤维形态对纸张性能的影响
C-1.桉木、相思木的化学组分及纤维素形态分析
由表中数据比较可见,马占相思的纤维平均长度为1066μ m,远比尾巨桉的纤维平均长度820μ m长;马占相思 纤维细胞壁腔比0.48,比尾巨桉纤维细胞的壁腔比小,因此,马占相思的纤维较尾巨桉更富有弹性,在磨浆过程中不 易磨碎、有利于磨浆,可制得强度性能更为优良的纸浆。另外,表中数据显示,马占相思比尾巨桉木材的基本 密度要小,更有利于制浆过程药液的渗透。
纤维长度、强度和粗度:前两者的变化主要影响纸页的强度,而纤维粗度的影响几乎遍及所有纸页的性质。 粗度对纸张的多数强度性能、空气和液体渗透性以及表面平滑度均有重要的影响。 纤维 长度,由于纸或纸板撕裂时,或者要把纤维从样品中拉出来,或者要把纤维撕断,所以纤维长度是影 响撕裂度的重要因素,撕裂度随纤维长度的增加而增加;耐破度是纸张许多强度性能的综合反映,它与抗张、 裂断长、撕裂强度都互有影响。影响耐破指数的主要是纤维间的结合力,其次是纤维平均长度和纤维本身强度。 纤维强度单根纤维的内在强度,随微细纤维角度的增大而下降。对结合较差的纸页,其影响程度很小,因为纸 页断裂主要发生在结合部位,并不是纤维断裂;而对结合良好的纸页,纤维强度大大的影响受纤维裂断控制的
A-4、半纤维素
半纤维素(hemicellulose):是指植物纤维原料中非纤维素碳水化合物这样一群物质的总称。 或半纤维素是除纤维素和果胶质以外的植物细胞壁聚糖。 A、半纤维素的结构 由木糖、阿拉伯糖、甘露糖、葡萄糖等非均一单糖脱水聚合形成的高分子化合物。 聚合度较纤维素小,有支链。 分子间除了有C1 和C4的—OH脱水外,还有C1和C6的—OH脱水形成的甙键相连。
卷曲,1/m KL(n) 5.78 5.94 8.06 8.38 7.08 KL(l) 6.12 6.25 8.48 8.38 7.74
实验室 磨 浆
F-1.金海浆料/金桂浆料的差异性
细小纤维含 纤维宽度 扭结指数 量 (um) (l/m) (%) 平均值 平均值 平均值
纤维长度
(mm) 纤维宽度 (um) 平均值 18.68 18.94 20.91 18.56 18.75 20.57 18.87 19.39 23.57 18.78 19.22 21.94 18.95 19.51 22.35 19.16 19.61 23.79 42.69 11.13 33.35 8.64 33.22 8.20 34.37 8.39 39.32 8.88 细小纤维 含量 (%) 平均值 40.51 9.67 扭结指数 (l/m) 平均值 197.85 376.57 725.25 188.67 339.6 636.57 210.46 368.82 668.65 236.15 427.10 778.73 174.16 314.13 598.00 176.01 365.82 762.6 卷曲 (%) 平均值 7.35 7.75 8.14 7.49 7.88 8.28 5.78 6.12 6.44 5.94 6.25 6.55 5.33 5.53 5.79 7.61 8.05 8.52 0.184 0.166 0.147 0.160 0.169 0.152 粗度 (mg/m) 平均值
A-3.纤维素的性质
1.溶解性(solubility):常温下不溶于水和一般有机溶剂,溶解性能稳定。 2.纤维素水解(hydrolysis) 纤维素水解反应概念:纤维素分子在一定条件下与水发生加水分解反应, ß-葡萄糖1.4甙键(C1—O)断裂,水分 子加入,生成比原来纤维素分子链短的一群物质,即水解纤维素(hydrocellulose)的过程。 影响纤维素水解的因素有:水分(空气湿度或纸张含水量)、酸的催化能力与种类、微生物分泌的胞外酶、温度、 纤维的种类。 纤维素水解反应的危害:分子聚合度下降,分子间范得华力和氢键作用力减小,纸张机械强度下降,耐应能力强,容易形成氧化木素,氧化后苯环结构受到破坏,生成大量
低分子化合物,纸张发黄、发脆、易碎。
B-1、纤维形态对纸张性能的影响
长宽比大的纤维,成纸时单位面积中纤维之间相互交织的次数多,纤维分布细密,成纸强度高。
B-2、纤维形态对纸张性能的影响
纤维的壁腔比不同,则它们的柔软程度不同。壁腔比小(即纤维的柔软性好)的纤维,成纸时纤维间的接触 面积较大,故结合力强,成纸的强度高;反之,壁腔比大的纤维则较僵硬,成纸时纤维间的接触面积较小, 结合力小,成纸的强度差。
纤维素(Cellulose):分子式(C6H10O5)n,由β -葡萄糖脱水聚合而形成的直链高分子化合物,葡萄糖基之间 以1,4-β -苷键联接。
A-2.纤维素的结构特点
1、纤维素的直链结构有利于纸张耐久性。直链分子之间容易靠近,分子间作用力(范德华力)大,耐久性好。
2、纤维素分子之间能形成氢键(hydrogen bond),有利于纸张的耐久性。 纤维素分子间成千上万个氢氧基靠近到2.6nm距离内时,一个纤维素分子链上(-OH)中的H原子与另一个纤维素 分子链上(-OH)的O原子互相吸引形成氢键。靠静电引力相结合(OH······O)。分子链越长,氢键结合越多,键能 总和越大对纸张强度贡献越大。
相思木和桉木浆经过漂白后,纤维素的结晶度不同程度的降低,相思木硫酸盐浆无论原浆还是经过漂白的 纸浆结晶度都高于桉木硫酸盐浆。
D-1.桉木/相思木化学浆的差异性
结论与理论推测相反,? 需要更多数据证实。。。。
D-2.金海/印尼化学浆的差异性
D-2.金海/印尼化学浆的差异性
桉 木 混 相 思
纯 相 思 数据看起来,似乎桉木混相思的化学浆料比纯相思化学浆料要好。
B-3、纤维形态对纸张性能的影响 纤维柔软性(Bendability)
B-4、纤维形态对纸张性能的影响
纤维的粗度:每100m 长度的绝干纤维的质量(mg) , 用decigrex(dg)表示。
B-5、纤维形态对纸张性能的影响
纤维的卷曲因子(Curl Index):指纤维平直方向的弯曲。纤维卷曲指数增加,成纸的抗张强度、耐破度、
A-3.纤维素的性质
3.纤维素氧化(oxidation) 纤维素氧化反应概念:纤维素分子在一定条件下分子上的—OH被氧化剂氧化生成含—CHO、—CO、—COOH
等,生成与原来纤维素结构不同的氧化纤维素(oxycellulose)的过程。
影响纤维素氧化的因素有:氧化剂的种类与数量、光、水分(空气湿度或纸张含水量)、温度 纤维素氧化反应的危害:氧化纤维素是一群泛黄、易脆物质的总称,随着—OH氧化ß-葡萄糖1.4甙键(C1—O)容 易断裂,引起氧化降解,聚合度下降。葡萄糖基进一步氧化生成乙醛酸、甘油酸、草酸等小分子物质,纸张耐久 性受损。 4.纤维素的光解 光降解(photolysis) 光氧化降解(photo-oxilysis) 光敏降解(photo-sensilysis)
C-1.桉木、相思木的化学组分及纤维素形态分析
桉木和相思的化学组分有差异,现场混掺相思后废水固形物等 方面是否有体现?
D-1.桉木/相思木化学浆的差异性
桉木经过漂序后,卡伯值高于相思木浆, 粘度低于相思木浆。
D-1.桉木/相思木化学浆的差异性
纤维长、宽等基本特性分析,两者区别不明显。
D-1.桉木/相思木化学浆的差异性
B、半纤维素的性质
与纤维素相比,容易发生水解、氧化和光解反应。难以产生氢键和结晶区,从而容易溶于碱溶液。 容易吸水膨胀,呈现粘滑性。半纤维素的稳定性要比纤维素差。
C、半纤维素的作用
阔叶木的半纤维素主要为戊聚糖,存在游离羟基, 吸水润胀性便于打浆,易使纤维解离;适量的半纤 维素可以提高纸张强度。
A-5、木素
C-1.桉木、相思木的化学组分及纤维素形态分析
表中数据显示,与马占相思木材相比,尾巨桉具有较低的抽出物和较高的综纤维素含量,制浆过程中可以减少 化学品的用量,并利于获得较高的制浆得率;另外由于具有较高的木质素含量,则对制浆不利。同时,半纤维 素较低则不利于磨浆过程发展纸浆的强度。与之相反,马占相思的综纤维素含量略低,抽出物含量较高,可能 会影响制浆得率,并增加药耗;但是木素含量较低且半纤维素含量较高,则利于制浆过程中发展纸浆的强度性 能。
2#APMP P350/73 2#APMP P350/73
JH干浆 (AL级) JH湿浆 (A级裸 浆) JH湿浆 (A级裸 浆)
N L W N L W N L W N
0.62 0.71 0.80 0.64 0.74 0.87 0.61 0.71 0.81 0.64 0.73 0.84
12.64 12.69 15.05 13.07 13.09 14.68 13.3 13.46 16.26 13.17 13.29 16.18
细小纤维含量% 粗度mg/m Fines(n) 34.37 33.22 43.43 36.20 29.13 0.16 0.147 0.176 0.145 0.132
扭结,% c%(n) 210.46 236.15 174.14 225.96 209.36 c%(l) 368.82 427.1 341.73 348.7 313.4
纤维长度
(mm) 样品名称 数据 类别 平均值
卷曲 (%) 平均值
粗度 (mg/m) 平均值
样品名称
数据 类别 N L W N L W N
平均值 0.52 0.63 0.74 0.54 0.66 0.78 0.53 0.64 0.76 0.52 0.63 0.76 0.50 0.60 0.72 0.51 0.62 0.74
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