高得率浆纤维结合面积评价方法的构建

摘要

近年来，高品质的高得率浆在多种高附加值纸种中得到广泛应用，但是其结合强度较差的缺陷严重限制了其进一步扩大应用。目前，对于高得率浆纤维结合性能的评价不多，尚无一套较完善的体系，因此建立并完善高得率浆纤维结合性能的评价体系是目前造纸工作者急需完成的任务之一。作为高得率浆纤维结合性能的重要指标，高得率浆纤维结合面积的评价至关重要。
　　首先，以杨木P-RC APMP不同级分纤维为原料，分析其纤维形态、羧基含量、Zeta电位以及木素在纤维中的分布等指标，结果表明:随着筛网目数增加，纤维长度和粗度减小，羧基含量和Zeta电位绝对值均增加;纤维级分中的克拉森木素和总木素含量增加，纤维表面的木素覆盖率（含量）减小，且分布更加均匀。
　　其次，推导并完善了Page强度外推法计算纤维间相对结合面积(RBA)的方法论。对传统Page强度方程进行转换，得到Page结合强度(B)与光散射系数(S)的线性关系方程，利用不同级分纤维手抄片的物检数据，通过外推法计算出纤维完全未发生结合时的光散射系数(S0);采用光散射系数法计算纤维间的相对结合面积(RBA)和单位结合面积剪切结合强度(b)。结果表明:由纤维尺寸较小级分制备的手抄片中纤维间的RBA与b均较大;提高压榨压力可以改善纤维间的结合，其贡献在于增加了纤维间的RBA，对b没有影响。
　　再次，选取R30和P30/R50级分的纤维搭建纤维结合模型，利用共聚焦激光扫描显微镜(CLSM)对其进行“光学切片”，检测高得率浆纤维结合面积;并用常规物理切片与扫描电子显微镜(SEM)相结合的方法验证CLSM检测方法的准确性。CLSM检测结果表明:R30级分纤维间的实际接触面积(A1)和实际结合面积(A2)大于P30/R50级分的纤维，而P30/R50级分的纤维间相对接触率(R)和相对结合面积(RBA')的数值大于R30级分的纤维。验证实验结果表明:常规切片计算得到R30级分纤维的细胞壁厚度为2.964μm，纤维结合区域接触线长度为10.78μm。用CLSM法得出R30级分纤维结合模型中纤维细胞壁厚度为3.097μm，结合区域接触线长度为11.73μm，说明CLSM分析方法具有较高的准确度;同样地，采用CLSM“光学切片”技术检测纤维间结合面积也具备较高的准确度和可信度。
　　最后，探讨了高得率浆纤维特性与纤维结合性能之间的响应关系。结果表明:纤维的羧基含量越高，纤维间的b值越高;较高的纤维表面木素覆盖率会造成手抄片中纤维间具有较小的RBA和b。综上可知，纤维表面羧基含量增加对于改善纤维间结合性能有积极作用，而纤维表面木素覆盖率的提高会降低纤维间的结合性能。

目录

声明

摘要

1 前言

1．1 高得率浆的发展及现状

1．2 高得率浆结合性能评价指标及影响因素

1．2．1 高得率浆结合性能评价指标

1．2．2 影响高得率浆纤维结合的因素

1．3 纤维结合面积的评价方法

1．3．1 纤维结合面积的直接检测方法

1．3．2 纤维结合面积的间接评价方法

1．4 共聚焦激光扫描显微镜简介

1．4．1 共聚焦激光扫描显微镜

1．4．2 共聚焦激光扫描显微镜工作原理

1．4．3 共聚焦激光扫描显微镜在造纸行业的应用

1．5 论文研究意义、目的及主要内容

1．5．1 本论文的研究意义及目的

1．5．2 研究内容

1．5．3 课题来源

2 材料与方法

2．1 实验原材料与实验设备

2．1．1 实验原料

2．1．2 实验药品

2．1．3 实验仪器

2．2 实验流程

2．2．1 纤维原料的前期处理

2．2．2 不同级分纤维形态分析

2．2．3 手抄片的制备与检测

2．2．4 纤维原料的荧光染色

2．2．5 纤维结合模型的搭建

2．2．6 用CLSM观测纤维结合模型

2．2．7 物理切片实验

2．3 分析及检测方法

2．3．1 浆料水分的测定

2．3．2 纸浆纤维特性评价

2．3．3 纸浆手抄片性能检测

2．3．4 纤维原料总木素的检测

2．3．5 纤维表面木素的XPS检测

2．3．6 纤维表面形貌的AFM分析

3 结果与讨论

3．1 杨木P-RC APMP纤维原料分析

3．1．1 不同级分的纤维形态比较

3．1．2 不同级分纤维的羧基含量分析

3．1．3 不同级分纤维的Zeta电位测定

3．1．4 不同级分纤维的木素含量及其分布

3．1．5 小结

3．2 用Page强度外推法评价纤维结合面积

3．2．1 外推法评价纤维结合面积理论推导

3．2．2 手抄片数据

3．2．3 用Page强度外推法评价纤维结合面积

3．2．4 小结

3．3 利用CLSM评价纤维结合面积

3．3．1 CLSM“光学切片”过程

3．3．2 测算结合面积

3．3．3 小结

3．4 常规切片方法验证CLSM检测技术

3．4．1 常规切片方法检测纤维细胞壁厚度与结合区域接触线长度

3．4．2 CLSM法检测纤维细胞壁厚度与结合区域接触线长度

3．4．3 常规切片法与CLSM法检测结果对比

3．4．4 小结

3．5 Page结合强度外推法与CLSM法对比

3．5．1 两种评价方法各自的优点

3．5．2 两种评价方法各自的缺点

3．5．3 小结

3．6 纤维特性与结合性能之间关系探讨

3．6．1 纤维羧基含量与结合性能之间关系探讨

3．6．2 纤维表面木素分布与结合性能之间关系探讨

3．6．3 小结

4 结论

4．1 本论文主要结论

4．1．1 杨木P-RC APMP纤维原料分析

4．1．2 Page强度外推法对纤维结合面积进行评价

4．1．3 利用CLSM评价纤维结合面积

4．1．4 常规切片方法验证CLSM检测技术

4．1．5 纤维特性与结合性能之间关系探讨

4．2 本论文创新之处

5 展望

参考文献

7 攻读硕士学位期间发表的论文

致谢