再生植物纖維性能恢復(fù)的研究.pdf

1、隨著植物纖維原料的短缺、木材資源的匱乏以及人們環(huán)境保護(hù)意識(shí)的加強(qiáng)，再生植物纖維作為一種重要的造紙纖維原料，越來(lái)越受到人們的重視。在全球范圍內(nèi)，再生漿用量逐年增加，但隨著纖維回用次數(shù)的增加，纖維出現(xiàn)不同程度上的角質(zhì)化現(xiàn)象。纖維經(jīng)過(guò)干燥收縮后部分微細(xì)纖維間的氫鍵不再打開(kāi)，細(xì)小纖維緊貼在纖維，使纖維不容易再吸水潤(rùn)脹，產(chǎn)生了角質(zhì)化現(xiàn)象。角質(zhì)化降低了纖維質(zhì)量嚴(yán)重下降，使成紙物理強(qiáng)度下降，這極大程度地限制了再生纖維的回收利用。針對(duì)上述問(wèn)題，本文以舊

2、書(shū)刊雜志紙為原料，探討了預(yù)處理?xiàng)l件對(duì)廢紙漿纖維性能的影響，優(yōu)化確定了較適宜的預(yù)處理?xiàng)l件，分析了作用機(jī)制。
　　研究了紙漿含水量對(duì)1-烯丙基-3-甲基咪唑氯鹽（[AMIM]Cl）、1-丁基-3-甲基咪唑氯鹽（[BMIM]Cl）和1-乙基-3-甲基磷酸二甲酯鹽（[EMIM]DMP）三種離子液體預(yù)處理的影響。在紙漿含水量較高時(shí)，1-乙基-3-甲基磷酸二甲酯鹽預(yù)處理效果優(yōu)于其他兩種離子液體。優(yōu)化的離子液體[EMIM]DMP預(yù)處理?xiàng)l件為：含

3、水量應(yīng)65％、[EMIM]DMP用量20wt%(相對(duì)絕干漿)、預(yù)處理溫度80℃。相應(yīng)紙抗張指數(shù)為39.02 N·m/g，提高了32.45%；撕裂指數(shù)為8.05mN·m2/g，提高了46.47%；耐破指數(shù)為2.53 KPa·m2/g，提高了56.95%；耐折次數(shù)增加到82次，較未處理樣有明顯提高。對(duì)纖維質(zhì)量進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，[EMIM]DMP預(yù)處理后纖維長(zhǎng)度及寬度分別增加4.50%和3.03%，細(xì)小纖維含量降低了10.20%。纖維質(zhì)量的改善有

4、利于纖維間的結(jié)合，從而提高紙張的強(qiáng)度性能。
　　采用SEM、XRD、FT-IR分析了1-乙基-3-甲基磷酸二甲酯鹽預(yù)處理后纖維形態(tài)及官能團(tuán)的變化。由環(huán)境掃描電鏡分析可知，[EMIM]DMP預(yù)處理后纖維表面細(xì)小纖維化現(xiàn)象較明顯，該編號(hào)利于提高纖維保水值，從而減輕了二次纖維因回用造成的強(qiáng)度下降及纖維角質(zhì)化現(xiàn)象。纖維素結(jié)晶度的降低利于改善纖維在多次回用過(guò)程中造成的角質(zhì)化現(xiàn)象。紙漿紅外光譜分析表明，離子液體預(yù)處理后的漿料并沒(méi)有新的吸收峰，

5、表明離子液體預(yù)處理對(duì)纖維的化學(xué)結(jié)構(gòu)沒(méi)有影響。此外，在3404cm-1處的O-H伸縮振動(dòng)吸收強(qiáng)度提高4.50%，表明離子液體預(yù)處理紙漿能夠產(chǎn)生更多的游離羥基，促進(jìn)紙漿纖維的吸水潤(rùn)脹能力，減輕纖維角質(zhì)化現(xiàn)象。
　　優(yōu)化的NaOH預(yù)處理再生紙漿條件為：NaOH用量4%、預(yù)處理溫度40℃、150min，相應(yīng)纖維加權(quán)平均長(zhǎng)度為0.562mm，纖維寬度提高到17.0μm，成紙白度提高到80.9%ISO，抗張指數(shù)、撕裂指數(shù)及耐破指數(shù)分別提高到4

6、3.21N·m/g、7.02 mN·m2/g和2.77KPa·m2/g，依次提高73.46%、27.87%和72.05%。結(jié)合[EMIM]DMP預(yù)處理工藝條件，采用NaOH/ILs體系對(duì)再生紙漿進(jìn)行預(yù)處理，條件為：NaOH用量4%，150min，40℃，漿濃10%；[EMIM]DMP用量20wt%，含水量65%、80℃。預(yù)處理后纖維質(zhì)量及成紙光學(xué)性能及物理強(qiáng)度強(qiáng)度明顯高于未處理樣以及單獨(dú)的離子液體或者 NaOH預(yù)處理樣，其中抗張指數(shù)、耐

7、破指數(shù)和撕裂指數(shù)分別提高到50.49 N·m/g、2.93 KPa·m2/g和7.09 mN·m2/g。掃描電鏡圖可以看出NaOH/ILs體系預(yù)處理后，分絲帚化現(xiàn)象明顯，纖維表面暴露出更多的細(xì)小纖維，這種變化有利于改善了纖維的吸水潤(rùn)脹能力，從而降低再生紙漿韌性降低及角質(zhì)化現(xiàn)象。由XRD和FT-IR分析可知，預(yù)處理后纖維素結(jié)晶度降低，在3404cm-1處的O-H伸縮振動(dòng)相對(duì)吸收強(qiáng)度提高6.42%，表明預(yù)處理能夠產(chǎn)生更多的游離羥基，利于促進(jìn)

8、紙漿纖維的吸收潤(rùn)脹能力，減輕纖維角質(zhì)化現(xiàn)象。
　　采用木聚糖酶預(yù)處理可恢復(fù)廢紙漿的性能，較優(yōu)條件為木聚糖酶用量20IU/g，時(shí)間120min。預(yù)處理后成紙抗張指數(shù)為32.82 N·m/g，耐破指數(shù)為1.77 KPa·m2/g，相比對(duì)照樣分別依次提高31.75%和9.80%。同樣結(jié)合[EMIM]DMP預(yù)處理，采用木聚糖酶/ILs體系對(duì)再生紙漿進(jìn)行預(yù)處理，條件為木聚糖酶用量20IU/g，120min，漿濃10%；[EMIM]DMP用量

9、20wt%，含水量65%、80℃。預(yù)處理后抗張指數(shù)提高到46.23N·m/g，較對(duì)照樣提高了85.59%，這主要取決于木聚糖酶/ILs體系預(yù)處理后可以改善纖維角質(zhì)化后出現(xiàn)的脆性提高、韌性降低的現(xiàn)象，從而提高纖維與纖維間的結(jié)合力。此外，木聚糖酶/ILs體系預(yù)處理后纖維長(zhǎng)度有所提高，提高了纖維與纖維間結(jié)合點(diǎn)。由XRD和FT-IR分析可知，木聚糖酶/ILs體系預(yù)處理的纖維變得疏松多孔，表面暴露出更多的細(xì)小纖維，這些微細(xì)的纖維具有較大的比表面積

10、，對(duì)水的吸附作用更為強(qiáng)烈，從而提高纖維吸水潤(rùn)脹能力，改善纖維角質(zhì)化現(xiàn)象。纖維素結(jié)晶度降低，表明離子液體可以進(jìn)入纖維結(jié)晶區(qū)內(nèi)部，改善纖維角質(zhì)化，恢復(fù)再生纖維的性能。在紅外譜圖3100-3400cm-1處相對(duì)吸收強(qiáng)度，木聚糖酶預(yù)處理后，相對(duì)吸收強(qiáng)度比空白組提高2.13%，表明木聚糖酶預(yù)處理可以降解紙漿中的木聚糖及部分半纖維素，促使其產(chǎn)生更多的游離羥基，提高纖維吸水潤(rùn)脹能力，改善纖維角質(zhì)化。木聚糖酶/ILs體系預(yù)處理后羥基相對(duì)吸收強(qiáng)度較未處理