长沙理工大学：基于渗透剂降低 黄竹APMP磨浆能耗及提升成浆性能研究
阅读次数： 发布时间:2023-06-28 15:33:08
一、研究背景
我国竹类资源丰富，合理应用竹材资源能够有效缓解国内造纸纤维原料短缺的问题。与化学法制浆相比，化学机械法制浆（尤其是碱性过氧化氢机械浆，APMP）具有化学药品用量少、纸浆得率高、废水污染负荷较低、成纸松厚度高等优势，但竹材由于其材性和结构特点，化机浆制备存在浸渍段药液渗透困难（竹材结构致密）、磨浆能耗高、漂白效率较低、成纸强度差等系列问题。尽管采用强化汽蒸、加强挤压撕裂处理、部分去除竹片薄壁组织及生物酶预处理等措施可在一定程度上改善竹片浸渍段药液处理及成浆效果，然而在实际生产中由于设备要求高、工艺控制难度大及运行成本高等问题导致实际推广应用困难。
二、黄竹APMP制浆工艺流程及应用渗透剂制浆工艺参数
本研究以黄竹为原料，在黄竹APMP生产工艺中应用聚乙二醇脂肪酸酯渗透剂P1和脂肪醇聚醚渗透剂P2，研究其对黄竹APMP磨浆能耗、药液吸收、纤维形态、成浆质量等方面的作用效果，以降低磨浆能耗，提升竹材化机浆品质，扩大造纸纤维原料来源。
三、渗透剂对黄竹APMP浸渍处理后剩余药液碱含量及磨浆能耗的影响
3.1 渗透剂对黄竹APMP浸渍处理后剩余药液碱含量的影响
为了验证渗透剂对NaOH药液的渗透促进作用，本实验对应用渗透剂前后浸渍段剩余药液的碱含量进行了分析。结果表明，与空白对照样相比，聚酯渗透剂P1和聚醚渗透剂P2浸渍处理后，浸渍段剩余药液的碱含量分别下降了13.4%、9.9%。
3.2渗透剂对黄竹APMP磨浆能耗的影响
实验中保持磨浆工艺条件相同，控制成浆游离度300 ~ 350 mL，研究聚酯渗透剂P1和聚醚渗透剂P2对黄竹APMP磨浆能耗的影响，结果表明，聚酯渗透剂P1和聚醚渗透剂P2均能有效降低黄竹APMP的磨浆能耗，与空白对照样（无渗透剂，P0）相比，磨浆能耗分别降低了13.5%、9.0%。
四、渗透剂对黄竹APMP纤维形态及表面形貌的影响
4.1 对纤维形态的影响
未添加渗透剂的黄竹APMP含有较多3.2~7.6 mm的纤维束（占比1.7%）。与空白对照样相比，聚酯渗透剂P1和聚醚渗透剂P2的添加使黄竹APMP中纤维束含量分别减少了52.9%、23.5%；使成浆的纤维帚化率分别提高了17.3%、7.2%；使纤维的卷曲和扭结指数得到不同程度的提高；同时，0~0.2 mm的细小纤维含量增加，0.2~3.2 mm的中长纤维占比变化不大，表明渗透剂可使黄竹APMP成浆质量显著提升。
4.2 纤维表面形貌SEM分析
未使用渗透剂时，黄竹APMP纤维表面比较光滑，分丝起毛现象很少（图4(a)）；添加聚酯渗透剂P1后，黄竹APMP纤维表面的分丝、帚化和起毛现象显著增加（图4(b)）；添加聚醚渗透剂P2后，黄竹APMP纤维表面出现较多的细纤维丝，表面起毛较多，但分丝帚化效果略逊添加聚酯渗透剂P1的黄竹APMP（图4(c)）。综上所述，这2种渗透剂均能显著提升黄竹APMP的纤维表面分丝、帚化和起毛效果。
五、渗透剂对黄竹APMP手抄片性能的影响
与空白对照样相比，添加2种渗透剂后，手抄片的抗张指数、撕裂指数、耐破指数均显著提高，其中添加聚酯渗透剂P1的手抄片分别提高了30.5%、16.4%、46.4%，添加聚醚渗透剂P2的手抄片分别提高了12.7%、21.5%、10.7%。同时，2种渗透剂均明显降低了黄竹APMP手抄片的松厚度，但对手抄片白度提高无明显贡献。
六、结论
6.1 聚酯渗透剂P1和聚醚渗透剂P2均能有效降低黄竹APMP磨浆能耗、减少浸渍处理后剩余药液碱含量；当成浆加拿大游离度为300~350 mL时，与空白对照样（未添加渗透剂）相比，聚酯渗透剂P1和聚醚渗透剂P2（用量均为0.05%，相对于绝干浆质量）可使磨浆能耗分别降低13.5%、9.01%，浸渍处理后剩余药液碱含量可分别降低13.4%、9.9%。
6.2 黄竹APMP纤维形态及SEM形貌分析结果表明，与空白对照样相比，聚酯渗透剂P1和聚醚渗透剂P2均可使成浆纤维束含量分别减少52.9%、23.5%，纤维分丝帚化率分别提高17.3%、7.17%，纤维表面分丝、帚化和起毛效果增强，成浆质量显著提升。
6.3 聚酯渗透剂P1和聚醚渗透剂P2均可显著提高黄竹APMP手抄片的强度性能，其中添加聚酯渗透剂P1和聚醚渗透剂P2手抄片的抗张指数、撕裂指数和耐破指数分别提高了30.5%、16.4%、46.4%和12.7%、21.5%、10.7%。（文章来源：中国造纸杂志社）
