打浆对草浆纤维形态的影响

№.2 陕西科技大学学报 Apr.2008・42・ J OU RNAL OF SHAANXI UN IV ERSIT Y OF SCIENCE&TECHNOLO GY Vol.26　文章编号:100025811(2008)022*******打浆对草浆纤维形态的影响刘　叶,王志杰,罗　清(陕西科技大学制浆与造纸工程学院,陕西西安　710021)摘　要:在实验室条件下,研究了麦草浆及苇浆不同打浆方式及打浆程度对纤维形态的影响,利用纤维质量分析仪(FQA)分析了纤维长度、粗度、卷曲、扭结等形态参数及细小纤维含量的变化.结果表明,较之低浓打浆,经中浓打浆的纤维重均长度、粗度、扭结和卷曲指数高而细小纤维含量低,且随着打浆度上升,低浓打浆使扭结指数和卷曲指数上升,中浓打浆使扭结和卷曲指数下降,中浓打浆粗度下降比低浓打浆快.关键词:草浆;打浆;纤维形态中图分类号:TS71+3 文献标识码:A0　引言打浆对植物纤维形态和特性影响重大,有关纤维长度及宽度等形态参数已有不少研究,但打浆对纤维粗度、卷曲和扭结等形态参数的影响研究却较少,尤其是对于非木材纤维的研究就更少[123].据估计,到2010年,非木材纤维的利用将减少25%[4].然而,非木材纤维在中国仍然占据着很重要的地位.本课题在实验室条件下,分别对麦草浆及苇浆进行了不同方式的打浆,研究了打浆对纤维形态参数,包括重均长度、卷曲指数、扭结指数、粗度及细小纤维含量等的影响,旨在为优化短纤维的打浆工艺提供一定的理论指导.1　实验1.1　原料实验所用原料为陕西某纸厂漂白麦草浆,水分81.6%;新疆某纸厂漂白苇浆板,水分9.8%.1.2　打浆(1)中浓打浆.纸浆经标准纤维解离器解离后在PFI磨中进行打浆,浆浓10%.(2)低浓打浆.低浓打浆在瓦利打浆机中进行,浆浓2%.1.3　分析与检测纤维长度、卷曲指数、扭结指数、细小纤维含量和纤维粗度等纤维形态参数采用加拿大Optest仪器公司生产的纤维质量分析仪(FQA)测定.2　结果与分析2.1　中浓打浆对纤维形态的影响2.1.1　中浓打浆对纤维重均长度的影响较之算术平均长度和双重均长度,纤维重均长度对纸张的物理强度影响最大[5],因此本文以纤维重均3收稿日期:2008-02-16作者简介:刘　叶(1978-),女,陕西省大荔县人,工程师,在读硕士生,研究方向:造纸湿部化学基金项目:陕西科技大学自选科研项目(ZX05202)第2期刘　叶等:打浆对草浆纤维形态的影响长度表示纤维长度.由图1可见,随着打浆度的提高,麦草浆和苇浆的纤维重均长度均呈下降趋势,麦草浆的纤维长度下降趋势几乎呈一直线,打浆度由20°SR 上升到60°SR ,其纤维重均长度由0.738mm 下降到0.512mm.苇浆的纤维重均长度开始下降比较快,到达40°SR 后,下降开始趋于缓慢.在打浆过程中,麦草浆打浆度在40°SR 之前打浆度上升很快,而在40°SR 后上升很慢.图1　中浓打浆对纤维重均长度的影响 图2　中浓打浆对纤维卷曲指数的影响2.1.2　中浓打浆对纤维卷曲指数的影响由图2可知,中浓打浆时,麦草浆及苇浆的卷曲指数都随着打浆度上升而下降.在20～60°SR 范围内,苇浆的卷曲指数大于麦草浆.卷曲是指纤维逐渐连续的弯曲,按如下公式计算:卷曲指数=L l -1(1) 式中:L 为纤维的实际长度,l 为纤维末端对末端的直线长度.打浆使纤维变得柔韧,产生了变形、压溃、切断和细纤维化等作用,因此卷曲指数的下降主要是因为纤维被部分切断而引起的.2.1.3　中浓打浆对纤维扭结指数的影响扭结是指纤维曲率的急剧变化[6],扭结指数按如下公式计算:扭结指数=(2N (21～45)+3N (46-90)+4N (91～180))L 总(2) 式中:N 为样品在某一角度范围内突变点的数量;L 总为样品纤维总长度;N 的下标(21～45)、(46～90)、(91～180)分别为扭结角度的范围.由图3可知,两种浆料的扭结指数都随着打浆度的上升而下降.麦草浆扭结指数随打浆度的下降变化较快.扭结指数的下降主要是因为纤维被部分切断而引起的,由于草浆纤维长度随打浆度的上升下降更快,所以草浆扭结指数下降较快.图3　中浓打浆对纤维扭结指数的影响 图4　中浓打浆对纤维粗度的影响2.1.4　中浓打浆对纤维粗度的影响纤维粗度定义为单位长度纤维的质量.由图4可知,粗度都随着打浆度的提高而下降.由于打浆的机械作用和纤维之间的相互摩擦,p 层和s 1层会随着打浆的进行而被破除,继续打浆则纤维表面的细纤维也会不断脱落,因此纤维粗度随着打浆度的提高而下降.2.1.5　中浓打浆对细小纤维含量的影响细小纤维指长度小于0.2mm 的纤维.由图5可见,随着打浆度的上升,麦草浆和苇浆的细小纤维含・34・陕西科技大学学报第26卷量均不断提高.在打浆前期,即打浆度小于40°SR 时,细小纤维含量随打浆度上升提高较明显,之后细小纤维含量变化不大.图5　中浓打浆对细小 图6　不同打浆方式对苇浆纤维含量的影响 纤维长度的影响图7　不同打浆方式对苇浆 图8　不同打浆方式对苇浆扭结指数的影响 卷曲指数的影响图9　不同打浆方式对苇浆 图10　不同打浆方式对苇浆细小纤维粗度的影响　纤维含量的影响2.2　不同打浆方式对苇浆纤维形态的影响2.2.1　不同打浆方式对苇浆纤维长度的影响由图6可知,中浓和低浓打浆后纤维长度都随着打浆度的上升而下降.中浓打浆过程中,随打浆度上升,纤维长度下降较缓和;低浓打浆纤维长度下降较明显,特别是打浆度高于40°SR 时,纤维长度下降幅度明显增加.造成此种现象的原因可能是由于两种打浆设备对浆料的机械作用不同.瓦利打浆机对浆料的作用则主要是以切断为主,而PFI 磨对浆料的作用则主要是以挤压、碰撞为主.所以,浆料经过低浓打浆作用后的纤维长度要小于中浓打浆后的纤维长度.2.2.2　不同打浆方式对苇浆扭结指数和卷曲指数的影响由图7和图8可知,低浓打浆与中浓打浆对苇浆扭结指数和卷曲指数的影响明显不同.中浓打浆的卷曲和扭结指数比低浓打浆高.浆料经过瓦利打浆机打浆后的卷曲指数和扭结指数都随着打浆度的上升而上升,而PFI 磨浆后的卷曲指数和扭结指数都随着打浆度的上升而下降.一般来说,高浓打浆容易使纤维产生卷曲、扭结等变形.从本实验可得出,中浓打浆时卷曲指数和扭结指数只在打浆初始段上升,而随着打浆度的上升,低浓打浆使卷曲和扭结指数增加.・44・第2期刘　叶等:打浆对草浆纤维形态的影响2.2.3　不同打浆方式对苇浆纤维粗度的影响由图9可知,浆料经过两种机械作用后,纤维粗度都随着打浆度的上升而下降,低浓打浆纤维粗度下降趋势更快.在打浆度比较低时,低浓打浆的粗度要比中浓打浆的粗度高一些,到了40°SR 时,二者的粗度基本相等,在40～60°SR 范围内二粗度曲线下降趋势基本重合.2.2.4　不同打浆方式对苇浆细小纤维含量的影响由图10可知,随着打浆度的上升,中浓打浆和低浓打浆均使苇浆的细小纤维含量升高.在打浆前期,即打浆度小于40°SR 时,两种打浆方式的细小纤维含量增加幅度相近,均较小;当打浆度在40～60°SR 时,低浓打浆对苇浆细小纤维含量的影响更加显著,随着打浆度的上升,细小纤维含量显著上升.这可能是因为瓦利打浆机对纤维有较强的切断作用.4　结　论(1)PFI 磨浆对苇浆和麦草浆纤维形态参数的影响趋势基本相似.(2)苇浆低浓打浆时卷曲和扭结指数随着打浆度的上升而升高;中浓打浆时卷曲和扭结指数只在打浆初始段上升,随着打浆的继续进行,卷曲和扭结指数反而减小.(3)苇浆经过中、低浓打浆后纤维长度和粗度都随着打浆度的上升而下降且低浓打浆后纤维长度和粗度下降更显著.(4)随着打浆度的上升,中、低浓打浆均使苇浆的细小纤维含量升高.当打浆度大于40°SR 时,随着打浆度的上升,低浓打浆使苇浆细小纤维含量显著上升.参考文献[1]Mc K inney R W J.Fiber curl in recycling[J ].Pulp and Paper International ,1997,39(1):37.[2]吴学栋,陈　鹏.纸浆纤维的卷曲对纸和纸板性能的影响[J ].纸和造纸,2003,(3):70271.[3]Horn R A.Morphology of wood pulp fiber from soft woods and influence on paper strengt h[R ].USDA Forest Service Research Pa 2per FPL 242,Forest Product s Laboratory ,Madison ,Wisconsin ,1974,1232131.[4]Zhong X.J..Fiber resource availability for Chinese pulp and paper industry[C].Proceedings of International Papermaking and En 2vironment Conference ,Tianjin ,2004:228.[5]Lai Y.M.,Xie Y.M.,Average fiber lengt h and it s instrumental measurement result analysis[J ].Paper Science &Technology ,2003,(3):35237.EFFECT OF BEATING ON STRAW FIBER MORPH OLOG YL IU Ye ,WAN G Zhi 2jie ,L UO Qing(School of Pulp and Papermaking Engineering ,Shannxi Province Key Lab of Paper Technology and Specialty Paper ,Shannxi University of Science &Technology ,Xi ′an 710021,China )Abstract :This paper mainly focused on t he effect s of different refining met hods and beating degree on t he shape parameters of st raw fiber.Wheat st raw p ulp and reed p ulp were refined wit h PFI refiner and valley beater separately under t he laboratory conditions ,and t hen t he fi 2ber shape parameters containing fiber lengt h ,curl index ,kink index ,fiber coarseness and fines percent were measured by Fiber Quality Analyzer (FQA ).The result s showed t hat shape parameters of t he two kinds of p ulp s have similar variation ,and t he fiber lengt h ,fiber coarseness ,curl index and kink index of PFI refiner t reated fiber were higher t han t hat of valley beater t reated fiber.And t he fines percent of PFI refiner p ulp was lower t han t hat of valley beater.The curl index and kink index rose along wit h t he increase of beating degree when beating wit h valley beater ,but decreased when beating wit h PFI refiner.The coarse 2ness of PFI refiner decreased faster t han t hat of valley beater.K ey w ords :st raw p ulp ;fiber morp hology ;beating・54・。