桉木CTMP浆纤维表面特征及其对纸页物理性能影响的研究

摘要

机械浆和化学机械浆具有得率高、挺度和松厚度好、光学和印刷性能优异等特点，近年来在造纸工业用纤维中所占的比例逐年上升。然而，由于机械浆和化学机械浆纤维表面木素含量较高，其表面被一层刚性的胞间层和软化的木素覆盖着，这种表面性能严重影响纤维间结合力，造成成纸结构疏松，纸页结合强度低等问题。因而在一定程度上阻碍了机械浆和化机浆制浆工艺的发展。
　　 本论文主要利用碱性亚钠法化学法和打浆机械法对桉木CTMP浆纤维表面进行处理，目的是去除覆盖在纤维表面的部分木素和抽提物成分，通过SEM和XPS现代表面分析技术分析了CTMP纤维的表面特征，探讨了纤维表面性能的变化及其对纸页强度性能的影响，为CTMP浆纤维的表面化学的分析提供技术支持和理论依据。本文还利用激光共聚焦扫描显微镜(CLSM)对桉木CTMP浆纤维表面木素的分布进行观察，通过建立相应的工作曲线可以得出纸浆纤维表面木素浓度。
　　 碱性亚钠法处理桉木CTMP浆时，NaOH用量、Na2SO3用量和处理时间都会对纸浆的物理性能产生影响，NaOH用量是影响白度、强度的主要因素，随烧碱量增加，桉木CTMP所抄纸页强度得到提高，纤维表面O/C比有所增大，且Cl峰面积减小，说明浆料随处理用碱量增加，表面木素和抽提物含量减低，碳水化合物含量增加。在实验范围内，综合得率、强度、白度等因素，NaOH用量10％、Na2SO3用量15％、处理时间2h，桉木CTMP浆的强度性能得到显著的改善。
　　 PFI打浆从Or到14000r，O/C比由60.6％增大到69.8％，纤维表面木素含量由45.47％下降到26.98％，纤维表面的Cl峰面积逐渐减小，由未经打浆的17.86％下降到11.56％，下降率为35.27％，同时C1S峰位向高结合能方向漂移，说明了打浆作用能够脱除了纤维表面部分木素和抽提物，使表面暴露出更多富含碳水化合物组分，有利于促进抄纸时纤维间氢键结合和物理强度性能的提高，SEM形貌观察也可以辅助证明，经打浆处理后纤维表面碎片不断脱落，胞间层面积逐渐减少。未经打浆的桉木CTMP纸页抗张指数很低，仅有5.051 N.m·g-1，打浆转数为14000r时，纸页抗张指数达到53.29 N.m·g-1，提高了9.55倍，撕裂指数、耐破指数和零距抗张指数分别提高了1.19倍、1.48倍和0.32倍。说明PFI磨打浆对于提高桉木CTMP浆强度指标十分明显。
　　 CLSM是一种新型的纤维表面分析技术，本文用番红对桉木CTMP浆的木素进行标记，从X-Y模式中清楚观察到纤维表面木素的分布，并且利用CLSM荧光强度来定量测定桉木CTMP浆表面木素浓度，荧光强度与木素浓度有一定的线性关系，工作曲线为y=4.8365x，R2=0.9844，符合Beer-Lambert定律。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1 桉木纤维原料在制浆造纸工业中的应用

1.1.1 桉木作为造纸原料的优势

1.1.2 国内外桉木制浆造纸情况

1.2 机械浆纤维分离特点及纤维表面特征

1.3 表面分析技术及其在造纸领域中的应用

1.3.1 表面分析技术

1.3.2 表面分析技术在造纸领域中的应用

1.4 纸页物理强度的影响因素

1.4.1 纤维性质对纸页强度的影响

1.4.2 纤维表面特性对纸页强度性能的影响

1.4.3 打浆对纸页强度性能的影响

1.4.4 细小组分对纸页强度的影响

1.5 本论文研究的目的、意义和主要研究内容

1.5.1 本论文研究的目的和意义

1.5.2 本论文主要研究内容

1.5.3 本课题的来源

第二章 碱性亚钠法桉木CTMP纤维性能及纸页强度性能的研究

2.1 引言

2.2 实验部分

2.2.1 实验原料及其浆料的制备

2.2.2 实验仪器与设备

2.2.3 实验过程

2.3 结果与讨论

2.3.1 化学处理各因素对得率和浆纸物理性能的影响

2.3.2 化学处理对木素含量及其纸浆成分的影响

2.3.3 X射线光电子能谱仪(XPS)分析

2.3.4 电镜观察

2.4 本章小结

第三章 打浆对纤维表面性能及强度性能的影响

3.1 引言

3.2 实验部分

3.2.1 实验原料

3.2.2 实验仪器与设备

3.2.3 实验过程

3.3 结果与讨论

3.3.1 打浆对纤维形态的影响

3.3.2 打浆对光学性能的影响

3.3.3 打浆对纸张物理强度的影响

3.3.4 纤维相对结合面积RBA对纸页物理强度的影响

3.3.5 打浆对木素含量及其化学成分的影响

3.3.6 X射线光电子能谱仪(XPS)分析

3.3.7 电镜观察

3.4 本章小结

第四章 桉木CTMP浆纤维的CLSM表面分析研究

4.1 引言

4.2 实验部分

4.2.1 实验原料和药品

4.2.2 实验仪器

4.2.3 实验方法

4.3 结果与讨论

4.3.1 CLSM参数优化

4.3.2 CLSM观察纤维形貌特征和定量木素荧光强度值

4.3.3 桉木CTMP表面木素浓度的测量

4.3.4 测量表面木素浓度方法CLSM与XPS的比较

4.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢