再生植物纖維性能恢復的研究.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)境保護意識的加強，再生植物纖維作為一種重要的造紙纖維原料，越來越受到人們的重視。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)過干燥收縮后部分微細纖維間的氫鍵不再打開，細小纖維緊貼在纖維，使纖維不容易再吸水潤脹，產(chǎn)生了角質(zhì)化現(xiàn)象。角質(zhì)化降低了纖維質(zhì)量嚴重下降，使成紙物理強度下降，這極大程度地限制了再生纖維的回收利用。針對上述問題，本文以舊

2、書刊雜志紙為原料，探討了預處理條件對廢紙漿纖維性能的影響，優(yōu)化確定了較適宜的預處理條件，分析了作用機制。
　　研究了紙漿含水量對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）三種離子液體預處理的影響。在紙漿含水量較高時，1-乙基-3-甲基磷酸二甲酯鹽預處理效果優(yōu)于其他兩種離子液體。優(yōu)化的離子液體[EMIM]DMP預處理條件為：含

3、水量應(yīng)65％、[EMIM]DMP用量20wt%(相對絕干漿)、預處理溫度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。對纖維質(zhì)量進行分析發(fā)現(xiàn)，[EMIM]DMP預處理后纖維長度及寬度分別增加4.50%和3.03%，細小纖維含量降低了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處理后纖維形態(tài)及官能團的變化。由環(huán)境掃描電鏡分析可知，[EMIM]DMP預處理后纖維表面細小纖維化現(xiàn)象較明顯，該編號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，離子液體預處理后的漿料并沒有新的吸收峰，

5、表明離子液體預處理對纖維的化學結(jié)構(gòu)沒有影響。此外，在3404cm-1處的O-H伸縮振動吸收強度提高4.50%，表明離子液體預處理紙漿能夠產(chǎn)生更多的游離羥基，促進紙漿纖維的吸水潤脹能力，減輕纖維角質(zhì)化現(xiàn)象。
　　優(yōu)化的NaOH預處理再生紙漿條件為：NaOH用量4%、預處理溫度40℃、150min，相應(yīng)纖維加權(quán)平均長度為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預處理工藝條件，采用NaOH/ILs體系對再生紙漿進行預處理，條件為：NaOH用量4%，150min，40℃，漿濃10%；[EMIM]DMP用量20wt%，含水量65%、80℃。預處理后纖維質(zhì)量及成紙光學性能及物理強度強度明顯高于未處理樣以及單獨的離子液體或者 NaOH預處理樣，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體系預處理后，分絲帚化現(xiàn)象明顯，纖維表面暴露出更多的細小纖維，這種變化有利于改善了纖維的吸水潤脹能力，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，預處理后纖維素結(jié)晶度降低，在3404cm-1處的O-H伸縮振動相對吸收強度提高6.42%，表明預處理能夠產(chǎn)生更多的游離羥基，利于促進

8、紙漿纖維的吸收潤脹能力，減輕纖維角質(zhì)化現(xiàn)象。
　　采用木聚糖酶預處理可恢復廢紙漿的性能，較優(yōu)條件為木聚糖酶用量20IU/g，時間120min。預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，相比對照樣分別依次提高31.75%和9.80%。同樣結(jié)合[EMIM]DMP預處理，采用木聚糖酶/ILs體系對再生紙漿進行預處理，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℃。預處理后抗張指數(shù)提高到46.23N·m/g，較對照樣提高了85.59%，這主要取決于木聚糖酶/ILs體系預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體系預處理后纖維長度有所提高，提高了纖維與纖維間結(jié)合點。由XRD和FT-IR分析可知，木聚糖酶/ILs體系預處理的纖維變得疏松多孔，表面暴露出更多的細小纖維，這些微細的纖維具有較大的比表面積

10、，對水的吸附作用更為強烈，從而提高纖維吸水潤脹能力，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入纖維結(jié)晶區(qū)內(nèi)部，改善纖維角質(zhì)化，恢復再生纖維的性能。在紅外譜圖3100-3400cm-1處相對吸收強度，木聚糖酶預處理后，相對吸收強度比空白組提高2.13%，表明木聚糖酶預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，提高纖維吸水潤脹能力，改善纖維角質(zhì)化。木聚糖酶/ILs體系預處理后羥基相對吸收強度較未處理