添加細(xì)菌纖維后漿料濕部化學(xué)特性及成紙性能研究.pdf

1、細(xì)菌纖維素是由微生物通過(guò)自組裝機(jī)制在菌體外部合成的天然生物纖維素，具有高純度、高結(jié)晶度和優(yōu)良機(jī)械性能等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于造紙、食品、醫(yī)藥和材料等行業(yè)，現(xiàn)已成為科學(xué)研究的熱點(diǎn)。然而，木醋桿菌等微生物合成的細(xì)菌纖維多以三維網(wǎng)狀的織態(tài)濕膜形式存在，具有極強(qiáng)的抗撕扯能力。若將其用于造紙，濕膜中細(xì)菌纖維的良好解離與分散至關(guān)重要，能夠直接影響分散后細(xì)菌纖維的形態(tài)及其對(duì)紙張的增強(qiáng)效果。因此，論文主要研究四種機(jī)械設(shè)備處理后細(xì)菌纖維的分散性能，并選定適宜

2、的指標(biāo)進(jìn)行表征。同時(shí)，分析對(duì)比細(xì)菌纖維與植物纖維的濕部化學(xué)特性，并將細(xì)菌纖維添加至針葉木漿料體系中，通過(guò)化學(xué)助劑調(diào)整系統(tǒng)濕部化學(xué)特性，從而改善漿料的留著與濾水性能，最終借助細(xì)菌纖維優(yōu)良的機(jī)械性能提高紙張強(qiáng)度。
　　 研究不同機(jī)械設(shè)備處理后細(xì)菌纖維的分散性能，結(jié)果表明隨著機(jī)械作用力的增強(qiáng)，細(xì)菌纖維的分散特性及形態(tài)參數(shù)會(huì)發(fā)生顯著的變化。其中，隨分散效果的提高細(xì)菌纖維表面陽(yáng)電荷需求量有所上升，且纖維在機(jī)械力作用下軸向切斷較為嚴(yán)重，但直

3、徑方向卻并沒(méi)有達(dá)到較好的分散效果，寬度約為十幾微米，仍主要以纖維束狀體的形態(tài)存在。經(jīng)纖維形態(tài)分析儀測(cè)試知，分散后細(xì)菌纖維長(zhǎng)度約0.2mm，直線平均長(zhǎng)度達(dá)0.1mm，而纖維寬度差異較大，PFI磨打漿后約為20μm，搗碎機(jī)處理后僅為12μm。激光粒度儀分析顯示，細(xì)菌纖維的中位徑隨分散設(shè)備的不同，差別較大，依次為:研磨機(jī)26.33μm，搗碎機(jī)54.33μm，PFI磨89.45μm，疏解器144.76μm。由此可知，分散時(shí)機(jī)械作用力越強(qiáng)，分散后

4、細(xì)菌纖維形態(tài)越細(xì)小，但顆粒化程度也越高。通過(guò)FBRM的光電探測(cè)器探頭快速掃描而成像，認(rèn)為分散效果優(yōu)劣依次為:高速組織搗碎機(jī)＞PFI磨＞標(biāo)準(zhǔn)紙漿疏解器。
　　 研究對(duì)比細(xì)菌纖維與植物纖維濕部化學(xué)特性，結(jié)果表明在細(xì)菌纖維分散掖中自由游弋的細(xì)菌纖維單體通過(guò)觸碰纏繞，可以形成絮體，從而大大降低其膠體穩(wěn)定性。實(shí)驗(yàn)證明，通過(guò)添加膠體保護(hù)劑可以削弱細(xì)菌纖維的絮聚沉降現(xiàn)象，提高其穩(wěn)定性。由于細(xì)菌纖維比表面積遠(yuǎn)大于植物纖維，故其表面電荷量較大，這

5、也使得電導(dǎo)率、(ξ)-電位及微粒電荷需求量均高于植物纖維。結(jié)果顯示，細(xì)菌纖維懸浮液的電導(dǎo)率約為針葉木纖維的3倍，(ξ)-電位也高出針葉木纖維13.48％，微粒電荷需求量接近13倍。
　　 研究助留體系對(duì)細(xì)菌纖維與針葉木漿料配抄系統(tǒng)濕部特性的影響，結(jié)果顯示適宜的助留體系能改善纖維在紙機(jī)網(wǎng)部留著和濾水性能，還會(huì)影響其他濕部性能。帶正電荷的助留劑能夠提高漿料懸浮液電導(dǎo)率，使(ξ)-電位向等電點(diǎn)方向移動(dòng)，并降低體系的陽(yáng)電荷需求量。實(shí)驗(yàn)表

6、明，CPAM與膨潤(rùn)土組成的微粒助留體系作用效果要優(yōu)于有機(jī)硅類助留劑。
　　 研究細(xì)菌纖維對(duì)紙張的增強(qiáng)作用，結(jié)果表明細(xì)菌纖維良好的分散效果是其配抄高性能紙張的關(guān)鍵。其中，研磨機(jī)由于極強(qiáng)的機(jī)械粉磨作用，纖維分散的較好，但粉末化傾向十分嚴(yán)重，而PFI磨和組織搗碎機(jī)在分散的同時(shí)，對(duì)纖維紡錘形態(tài)的保護(hù)較好。從成紙強(qiáng)度來(lái)看，組織搗碎機(jī)處理的細(xì)菌纖維配抄成紙抗張指數(shù)最優(yōu)，為56.35 N·m·g-1，比空白樣提高40.03％;耐破指數(shù)4.34