再生植物纤维循环回用中纤维性能的研究

摘要

近年来随着植物资源日益短缺和对环境保护的重视,再生植物纤维的回收利用已经引起了世界各国的极大重视。在我国再生植物纤维也已成为造纸原料的重要组成部分,已占我国造纸总原料的1/3以上,且有逐年增长的趋势。但再生植物纤维与原生纤维相比,其物理强度等指标有一定程度的降低。从科学的观点来说,使植物纤维的品质永久不衰变是不可能的。因此,探索植物纤维的再生过程中衰变的规律,研究植物纤维衰变的扼制机制,使植物纤维资源能较长久地回用,是一项具有前瞻性的科学研究工作。 本文系统地研究了压榨、干燥、回用过程和非纤维素伴随物对再生植物纤维性能的影响,并探讨了纤维性能的变化规律。为寻求植物纤维品质衰变的扼制方法提供了理论依据。 研究了不同压榨条件下,纤维性能的变化规律。用X射线衍射和FTIR法研究了纤维的结晶度。研究结果显示：随着压榨次数和压榨压力的增加,两种浆料的纤维结晶度也随着增加、纤维素002晶面的尺寸基本不变、纤维保水值有下降的趋势、纸页抗张指数和耐破指数先增加而后减小、撕裂指数随着压榨次数的增加不断增加,而随着压榨压力的增加变化不明显。纤维保水值的减小反映出纤维结晶度增加了。红外谱图显示随着压榨次数增加以及压榨压力在0.3MPa后,分子内氢键的特征峰不断向低频位移,分子内氢键增强,同时分子间氢键也有增强的趋势。 研究了不同干燥条件下,纤维性能的变化规律。研究结果显示：随着干燥温度的升高和干燥时间的增加,未漂白麦草浆和漂白针叶木浆纤维的结晶度和002晶面尺寸都有增加的趋势、保水值都呈下降的趋势、纸页抗张指数和耐破指数有先上升后下降的趋势、撕裂指数不断上升。干燥后,纤维中有内酯形成,且随着干燥温度的升高和干燥时间的增加,内酯含量增加。红外图谱显示,当干燥温度从60℃升高到120℃,3372cm-1处的分子内羟基OH特征吸收峰强度和2901cm-1处的分子间羟基OH的伸缩振动强度增强。 实验结果也表明在多次回用后,纤维平均长度略有增加、纸浆打浆度没有明显变化、聚戊糖含量减少、纤维结晶度和纤维素002晶面尺寸增加、纤维强度变化不明显。未漂白麦草浆和漂白针叶木浆经第一次抄纸后,聚合度分别下降17.9％和7.2％。在随后的回用中,聚合度也有下降的趋势。因此推测纤维的循环使用引起纤维发生了断链损伤。但经过四次回用后,DP又呈现出不断上升的趋势。究其原因可能是浆料在回用过程中,细小纤维流失引起的。纤维的保水值随着纤维的循环使用不断减少。对所有的浆料而言,第一次干燥后的纤维,其WRV下降的最严重。红外谱图显示,纤维在回用一次后,其分子内羟基OH和分子间羟基OH强度有增强的趋势,在随后的回用中,其强度未发生明显的变化。另外,在回用中纤维未出现新的官能团。 研究了非纤维素伴随物对再生植物纤维性能的影响。研究结果显示：半纤维素对纤维强度性能有较大的影响。随着半纤维素含量的降低,在回用后,抗张强度和耐破度下降的程度增加,而撕裂度增加的程度也随着增加。而木素对纤维强度性能的影响不明显。随着半纤维素含量的不断减小,纤维的结晶度不断增加,保水值不断下降。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1造纸工业污染状况及再生循环造纸对环境的意义

1.1.1造纸工业污染状况

1.1.2再生循环造纸对环境的意义

1.2再生植物纤维的研究意义及其现状

1.3纤维角质化的理论研究

1.3.1不可逆的孔关闭机理

1.3.2纤维细胞壁的重组机理

1.3.3内酯键形成机理

1.3.4纤维表面效应

1.3.5细胞壁模型机理

1.3.6纤维素-聚木糖作用机理

1.3.7回收纤维表面极性自由能的损失机理

1.4影响纤维角质化的因素

1.4.1制浆方法的影响

1.4.2打浆和细小组分的影响

1.4.3湿压榨的影响

1.4.4干燥工艺的影响

1.4.5回用次数的影响

1.4.6化学组分的影响

1.4.7其他因素

1.5再生纤维的改性研究

1.5.1再生纤维的物理方法改性研究

1.5.2再生纤维化学处理

1.5.3再生纤维水热处理

1.5.4再生纤维生物处理

1.5.5再生纤维蒸煮预处理

1.6纸页的主要物理性能及其影响因素

1.6.1抗张强度和伸长率

1.6.2耐破度

1.6.3撕裂强度

1.6.4零距抗张强度

1.7本研究的目的和主要内容

1.7.1本研究的目的和意义

1.7.2本研究的主要内容

第二章压榨过程对植物纤维性能的影响

2.1实验部分

2.1.1实验原料

2.1.2实验设备与仪器

2.1.3纸页定量

2.1.4纤维保水值的测定

2.1.5纤维结晶度的分析

2.1.6纸页物理性能检测

2.1.7实验方案

2.2结果与讨论

2.2.1湿压榨对纤维结晶度的影响

2.2.2湿压榨对纤维保水值的影响

2.2.3湿压榨对纸页强度性能的影响

2.2.4红外光谱分析

2.3本章小结

第三章干燥过程对植物纤维性能的影响

3.1实验部分

3.1.1实验原料

3.1.2实验设备及仪器

3.1.3纸页定量

3.1.4纤维保水值的测定

3.1.5纤维结晶度的分析

3.1.6内酯的定性与定量分析

3.1.7纸页物理性能检测

3.1.8实验方案

3.2结果与讨论

3.2.1干燥对纤维结晶度的影响

3.2.2干燥对纤维保水值的影响

3.2.3干燥对纸页强度性能的影响

3.2.4红外光谱分析

3.2.5干燥对内酯形成的影响

3.3本章小结

第四章再生植物纤维回用过程中纤维性能衰变的研究

4.1实验部分

4.1.1实验原料

4.1.2实验仪器与设备

4.1.3循环回抄实验

4.1.4纤维保水值的测定

4.1.5纤维结晶度的分析

4.1.6纸浆中化学组分的测定

4.1.7零距抗张强度测定

4.1.8内酯的定性与定量分析

4.1.9纸页物理性能检测

4.1.10实验方案

4.2结果与讨论

4.2.1回用过程中纤维长度和打浆度的变化

4.2.2回用过程中纤维结晶度和化学组分的变化

4.2.3回用过程中纤维润胀能力的变化

4.2.4回用对内酯形成的影响

4.2.5回用过程中纤维强度的变化

4.2.6X-射线衍射分析

4.2.7红外光谱分析

4.2.8回用对纸页强度性能的影响

4.3本章结论

第五章再生植物纤维中非纤维素伴随物对纤维性能的影响

5.1实验过程

5.1.1实验原料

5.1.2实验仪器与设备

5.1.3纸浆中半纤维素含量改变

5.1.4纸浆中木素含量改变

5.1.5纸浆中化学组分的测定

5.1.6纸页物理性能检测

5.1.7X-射线衍射法分析纤维结晶度

5.1.8纤维保水值的测定

5.1.9实验方案

5.2结果与讨论

5.2.1半纤维素含量对纸浆性能的影响

5.2.2木素含量对纸浆性能的影响

5.2.3半纤维素对纤维结晶度的影响

5.2.4半纤维素对纤维保水值的影响

5.3本章小结

全文总结

主要结论

本论文的创新点

建议与展望

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢