高得率浆纤维电荷特性分析及其对结合性能的影响

摘要

高得率浆纤维在许多纸和纸板中得到应用，但其较差的结合强度一直限制其应用的比例和范围。纤维电荷是影响高得率浆纤维结合性能的重要因素之一，系统研究纤维电荷的评价方法以及纤维电荷对高得率浆纤维结合性能的响应关系，对于完善高得率浆纤维结合性能的改善机理具有重要意义。
　　首先，运用聚电解质吸附理论对测定纤维电荷（包括表面电荷和内部电荷）的方法进行系统性的探讨和完善。采用不同分子量的聚二烯丙基二甲基氯化铵(poly-DADMAC)处理高得率浆纤维，探讨不同分子量聚电解质对纤维的可及度以及用于测定纤维表面电荷和总电荷的适用性。结果表明，不同分子量聚电解质在纤维结构中具有不同的可及度，低分子量聚电解质(Mw=7.5-15 kDa)可以有效地通过纤维孔隙渗透到纤维细胞壁内部，与纤维内部电荷产生静电吸附作用;而高分子量聚电解质(Mw＞100 kDa)只能吸附到纤维细胞壁表面。在较低的盐浓度条件下，高分子量聚电解质(Mw＞100 kDa)处理纤维2h，可以测定纤维的表面电荷;低分子量聚电解质(Mw=7.5-15 kDa)处理纤维较长时间(大于9h)，可以测定纤维的总电荷。
　　其次，采用聚电解质吸附技术分析高得率浆纤维经不同方式处理后的电荷特性。高得率浆纤维(P-RC APMP)经过三种不同方式处理（TEMPO催化氧化、CMC接枝和PFI打浆），以期改变纤维不同区域的电荷密度。聚电解质吸附方法的测定结果表明，TEMPO氧化处理可以增加纤维的总电荷（表面电荷和内部电荷同时增加）;CMC接枝处理主要增加纤维的表面电荷;PFI打浆造成纤维表面电荷和内部电荷的增加，并且伴随着纤维的细纤维化作用。增加高得率浆纤维电荷可以降低纤维的游离度，提高纤维的保水值，改善纤维的柔顺性，与单独增加纤维的表面电荷相比，增加纤维总电荷对高得率浆纤维的保水值、柔顺性提升更显著。
　　最后，探讨高得率浆纤维电荷特性（表面电荷和内部电荷）对其结合性能的响应机理。高得率浆纤维不同区域的电荷密度对其结合性能有不同的影响，单位结合面积剪切结合强度指数(b)随纤维表面电荷增加而增加，并呈现线性相关，相关性系数为0.88;而纤维的内部电荷增加可以有效提高纤维的柔顺性系数，增加纤维的形变性，从而提高纤维网络的相对结合面积（RBA）。与单独增加表面电荷相比，纤维总电荷增加对其成纸后Page结合强度指数(B)、纤维手抄片抗张指数的提升贡献更大。增加纤维电荷相比机械打浆处理高得率浆纤维，在提升相同手抄片抗张强度条件下，更有利于松厚度的保持。

目录

声明

摘要

1 前言

1．1 高得率浆纤维发展现状及特点

1．2 影响高得率浆纤维结合的因素

1．3 纤维电荷

1．3．1 纤维电荷的来源

1．3．2 纤维电荷对纤维及成纸的性能影响

1．3．3 纤维电荷的检测

1．3．4 聚电解质吸附方法测定纤维电荷

1．4 本论文研究目的及主要内容

1．4．1 本论文研究目的

1．4．2 本论文的主要研究内容

1．4．3 课题来源

2 材料与方法

2．1 实验原料、药品及设备

2．1．1 实验原料

2．1．2 实验药品

2．1．3 实验仪器及设备

2．2 试验方法

2．2．1 Poly-DADMAC样品表征

2．2．2 纤维预处理

2．2．3 纤维特性分析

2．2．4 纤维电荷检测

2．2．5 纤维手抄片制备及物理性能检测

2．2．6 SEM-EDS检测

2．2．7 纤维孔径检测

2．2．8 高得率浆纤维结合性能评价

3 结果与讨论

3．1 聚电解质吸附技术测定纤维电荷

3．1．1 Poly-DADMAC表征

3．1．2 纤维原料分析

3．1．3 不同分子量poly-DADMAC检测纤维电荷

3．1．4 SEM-EDS分析聚电解质对纤维的可及度

3．1．5 处理时间对聚电解质吸附的影响

3．1．6 盐浓度对聚电解质吸附和脱附的影响

3．1．7 聚电解质吸附与电导滴定方法对比

3．1．8 小结

3．2 高得率浆纤维电荷分析及其对纤维性质的影响

3．2．1 不同方式处理对高得率浆纤维电荷影响

3．2．2 纤维电荷对纤维游离度的影响

3．2．3 纤维电荷对纤维保水值的影响

3．2．4 纤维电荷对纤维柔顺性的影响

3．2．5 小结

3．3 高得率浆纤维电荷对其纤维网络结合性能的影响机理探讨

3．3．1 纤维形态因子(k)分析

3．3．2 纤维内部电荷对相对结合面积(RBA)的影响

3．3．3 表面电荷对单位结合面积剪切结合强度指数(b)的影响

3．3．4 纤维电荷对结合强度指数的影响

3．3．5 SEM分析

3．3．6 内部电荷与表面电荷对纤维结合的协同影响

3．3．7 高得率浆纤维电荷对其手抄片物理性能的影晌

3．3．8 小结

4 结论

4．1 论文的主要结论

4．1．1 聚电解质吸附技术测定纤维电荷

4．1．2 高得率浆纤维电荷分析及其对纤维性质的影响

4．1．3 高得率浆纤维电荷对其纤维网络结合性能的影响机理探讨

4．2 论文的创新点

5 展望

参考文献

7 攻读硕士期间发表论文

致谢