我國(guó)擁有豐富的竹子資源，CMC用量（對(duì)絕干漿）分別為0、0.125%、0.250%、源，在全世界 1250 種竹子 0.500%、0.750%、1.500% 和 3.000%，按 ISO 5264/ 中，我國(guó)就有300多種，竹2—1979標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行PFI磨漿實(shí)驗(yàn)，PFI的轉(zhuǎn)數(shù)固定為林面積達(dá)到330萬(wàn)hm2，為世界竹子資源第一大 國(guó)[1]。同時(shí)竹漿是一種優(yōu)于稻、麥草漿而介于闊葉木 漿和針葉木漿之間的竹漿纖維原料，具有可替代部分木漿、有利于資源利用和環(huán)境保護(hù)的優(yōu)點(diǎn)。

　　

　　竹漿纖維在打漿過(guò)程中易被切斷，不利于成紙性 能的提高。本研究添加羧甲基纖維素鈉（CMC)作為竹 漿纖維的打漿助劑，研究了 CMC對(duì)竹漿纖維的打漿 效果、竹漿纖維的長(zhǎng)度、表面電荷等特性及成紙性能 的影響，并對(duì)其機(jī)理作初步探討，以期找出適合竹漿 纖維的添加助劑的輔助打漿工藝。

　　

　　1 實(shí)驗(yàn)1.1原料與試劑漿料：漂白硫酸鹽竹漿，四川永豐紙業(yè)有限公司提供。

　　

　　試劑：CMC，瑞典Eka化學(xué)品公司；鹽酸； 0.007442 m〇l/L聚二烯丙基二甲基氯化銨（P-DAD- MAC) 0.006859 m〇l/L 聚乙烯硫酸鈉（PES-Na)。

　　

　　1.2儀器PFI磨漿機(jī)（美國(guó)）；Kajaani纖維自動(dòng)分析儀FS- 200(芬蘭）粒子表面電荷測(cè)量?jī)xPCD-02(德國(guó)）掃 描電鏡XL-30(荷蘭）。

　　

　　1.3 實(shí)驗(yàn)方法 1.3.1 PFI 磨漿漿料在10%的濃度下加入CMC處理10 min，1.3.2保水值測(cè)定稱(chēng)一定量漿料（約0.2 g絕干漿），置于測(cè)定管 內(nèi)，在5000 r/min的轉(zhuǎn)速下離心分離10 min，取出漿 料，于106 J下烘6 h至恒重，按以下公式算出漿料 的保水值：保水值=叫# "0 x 100%"0式中：為離心后濕漿質(zhì)量（g ) "0為恒重后 漿料質(zhì)量（g)。

　　

　　1.3.3 纖維長(zhǎng)度測(cè)定用Kajaani FS-200自動(dòng)纖維分析儀測(cè)定打漿后纖維長(zhǎng)度。

　　

　　1.3.4漿料表面電荷測(cè)定[2]本實(shí)驗(yàn)采用聚電解質(zhì)滴定法測(cè)定漿料表面電荷。 在電荷測(cè)定前，先向漿料試樣（大約0.5 g絕干 漿）中加入一定量鹽酸（加入鹽酸的量要使?jié){料的濃度 約為1%)浸泡16 h，以使?jié){料完全被質(zhì)子化，接著 用砂芯漏斗（G3)在抽真空條件下過(guò)濾，并用去離子 水沖洗數(shù)次直到濾液的pH值接近6.0，一直保持真 空度直至不能再?gòu)臐{料中抽出水分，然后用100 gP- DADMAC浸泡漿料，用磁力攪拌器攪拌2h后在尼龍 篩布（100目）上過(guò)濾，吸取10 mL濾液到電荷測(cè)量?jī)x， 用 PES-?a 滴定。用 PES-?a 滴定 10 mL P-DADMAC 溶收稿日期：2006-09-10(修改稿）

　　

　　? 1 ?

　　

　　液到等電點(diǎn)作為空白實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)中，所有的電荷測(cè)定 都要向被測(cè)溶液中加一定量的NaCl，并保證NaCl濃 度為0.01 mol/L。每次滴定后，都要測(cè)定漿料試樣的 絕干質(zhì)量。

　　

　　漿料電荷密度由下式得出：10 X ( V, - Vb) X C X 1000式中：！為漿料的表面電荷（mmol/kg ) ; V,為滴 定漿料所用的PES-!a體積（mL); VbS空白實(shí)驗(yàn)所用 的PES-!a體積（mL); C為滴定液的濃度（mol/L);' 為漿樣的絕干質(zhì)量（g)。

　　

　　1.3.5 抄片漿料在纖維標(biāo)準(zhǔn)解離器中離解10000轉(zhuǎn)，用 H2S04調(diào)節(jié)漿料的pH值為7.5，抄造定量為60 g/m2 的紙張，在標(biāo)準(zhǔn)恒溫恒濕條件下放置24 h后測(cè)定紙 張性能。

　　

　　2結(jié)果與討論2.1添加CMC打漿對(duì)打漿度的影響不同用量的CMC預(yù)處理漿料后打漿，打漿度的 變化如圖1曲線(xiàn)A所示。為了驗(yàn)證CMC的存在對(duì)打 漿度的影響，取空白漿料（未加CMC，打漿4500轉(zhuǎn)）， 加入不同用量的CMC浸泡10 mi?后測(cè)量打漿度，如 圖1曲線(xiàn)B所示。

　　

　　從圖1可知，在相同的PFI打漿轉(zhuǎn)數(shù)下，隨著打 漿助劑CMC用量的增加，打漿度也逐漸升高。圖1 中曲線(xiàn)A可分為3部分：在低用量CMC輔助打漿階 段（本實(shí)驗(yàn)中CMC用量！0.25D)，打漿度上升得很 快；而后隨著CMC用量的增加，打漿度上升的趨勢(shì) 逐漸減小；最后，隨著CMC用量的進(jìn)一步增加，打 漿度繼續(xù)上升，但這時(shí)打漿度隨CMC用量增加而增 加的趨勢(shì)沒(méi)有低用量CMC輔助打漿時(shí)的上升趨勢(shì)大。 而曲線(xiàn)B很平緩，打漿度隨著CMC用量的增加幾乎 沒(méi)有變化，這表明了單一的CMC并不會(huì)提高打漿度， 但CMC能與PFI磨共同作用提高打漿度。這是因?yàn)?竹子纖維的次生壁很薄，在打漿過(guò)程中對(duì)纖維的束縛 力較弱[3]，加入CMC后，次生壁外層容易打開(kāi)，分 絲帚化容易，外部細(xì)纖維化較好，因此，CMC能大 大促進(jìn)打漿度的提升。從打漿能耗角度看，當(dāng)CMC 用量為0.125D和0.750D時(shí)，在PFI轉(zhuǎn)數(shù)為4500轉(zhuǎn) 的情況下，竹漿打漿度可以分別達(dá)到38.5FSR和47.0 °SR，說(shuō)明少量的CMC輔助打漿就可以使打漿能耗大 大降低。

　　

　　2.2添加CMC打漿對(duì)漿料保水值的影響漿料保水值可以表征內(nèi)部纖維吸水潤(rùn)脹的能 力[4]，添加CMC打漿對(duì)漿料保水值的影響如圖2所示。

　　

　　由圖2可知，隨著CMC用量的增加，保水值也 逐漸增加，這說(shuō)明CMC的加入提高了纖維吸水潤(rùn)脹 的能力，使得微細(xì)纖維間容易產(chǎn)生錯(cuò)位分離，形成內(nèi) 部細(xì)纖維化。此外，竹子纖維的雜細(xì)胞跟纖維細(xì)胞一 樣，也是多層結(jié)構(gòu)[3]，CMC的加入同樣也可以促進(jìn) 其內(nèi)部細(xì)纖維化，因此，保水值隨著CMC用量的增 加而增加。

　　

　　2.3添加CMC打漿對(duì)纖維長(zhǎng)度的影響807060504030圖3 CMC對(duì)纖維長(zhǎng)度的影響圖1 CMC對(duì)打漿度的影響圖2 CMC對(duì)保水值的影響2萬(wàn)方數(shù)據(jù)China Pulp & PaperVol. 26, No .2, 2007從圖3可以看出，與未加CMC直接打漿相比， 添加助劑CMC后打漿，纖維長(zhǎng)度都有所上升，這說(shuō) 明在打漿前用CMC預(yù)處理漿料，可以提高纖維之間 的潤(rùn)滑性，避免打漿刀片對(duì)竹子纖維的切斷。與低用 量CMC輔助打漿相比，高用量CMC輔助打漿時(shí)纖維 長(zhǎng)度略有下降，這是由于CMC預(yù)處理可以提高纖維 的柔軟性，從一個(gè)側(cè)面來(lái)講，也會(huì)提高纖維的扭曲 率，因此，雖然高用量的CMC預(yù)處理可以避免纖維 被過(guò)多切斷，但同時(shí)也會(huì)使纖維的扭曲率增大；當(dāng) CMC預(yù)處理對(duì)纖維扭曲率的作用大于保護(hù)纖維過(guò)多 切斷的作用時(shí)，Kajaani FS-200測(cè)量出來(lái)的投影長(zhǎng)度 就會(huì)變小[5]，因此，本實(shí)驗(yàn)中竹漿經(jīng)高用量CMC預(yù) 處理后打漿纖維長(zhǎng)度會(huì)有下降的趨勢(shì)。

　　

　　2.4添加CMC打漿對(duì)漿料表面電荷的影響漿料的表面電荷可以反映打漿效果，也可以反映 出打漿后羧基與羥基的裸露程度。添加CMC打漿對(duì) 漿料表面電荷的影響如圖4所示。

　　

　　CMC對(duì)紙張性能的提高不是由于CMC本身的增強(qiáng)作 用，而是由于CMC作為打漿助劑對(duì)打漿效果有促進(jìn)作用。

　　

　　0.51.01.52.02.53.0"—?"■ecpl/篇***0.51.01.52.0CMC用2.53.0圖4 CMC對(duì)漿料表面電荷的影響隨著CMC用量的增加，漿料表面電荷電負(fù)性逐 漸增強(qiáng)，表面負(fù)電荷由空白試樣的44.95 mmol/kg增 長(zhǎng)到 108.25 mmo l/kg(CMC用量3%)。這是由于加入 CMC進(jìn)行打漿時(shí)，竹子纖維易被吸水潤(rùn)脹，纖維細(xì) 胞初生壁易被成片剝落，次生壁的約束易被打破，發(fā) 生外部細(xì)纖維化，暴露出更多的羥基和羧基，從而提 高纖維的表面電荷。

　　

　　2.5添加CMC打漿對(duì)漿料成紙強(qiáng)度的影響CMC本身也是一種紙張?jiān)鰪?qiáng)劑，因此，為了排 除CMC作為增強(qiáng)劑對(duì)紙張性能的影響，而體現(xiàn)出 CMC輔助打漿對(duì)竹漿纖維成紙性能的影響，本研究 在相同的條件下也作了相應(yīng)的對(duì)比實(shí)驗(yàn)（圖5 ~圖7)。 圖5~圖7中曲線(xiàn)A為CMC輔助打漿對(duì)成紙性能的影 響，曲線(xiàn)B為CMC作為紙張?jiān)鰪?qiáng)劑（在打漿后加入不 同用量的CMC浸泡10 mm后抄紙）對(duì)成紙性能的影 響。

　　

　　由圖5可知，對(duì)于抗張指數(shù)，曲線(xiàn)A從開(kāi)始就急 劇上升，當(dāng)CMC用量為0.125%時(shí)紙張的抗張指數(shù)從 空白實(shí)驗(yàn)的40.4 N* m/g提高到57.8 9 ? m/g，增巾昆達(dá) 到45%左右。此后，隨著CMC用量的增加，抗張指 數(shù)也繼續(xù)增加，在CMC用量為0.750%時(shí)，抗張指數(shù) 上升到最大值65.9 N*m/g。CMC用量繼續(xù)增加，抗 張指數(shù)變化不大。曲線(xiàn)B上升非常緩慢。這說(shuō)明70 r||||j|00.51.01.52.02.53.0CMC用童/%圖5 CMC對(duì)抗張指數(shù)的影響圖6 CMC對(duì)耐破指數(shù)的影響CMC 用 fi/*圖7 CMC對(duì)撕裂指數(shù)的影響而對(duì)于耐破指數(shù)，圖6中曲線(xiàn)A、B有類(lèi)似于抗 張指數(shù)的趨勢(shì)，曲線(xiàn)A從開(kāi)始就急劇上升。CMC用 量為0.125%時(shí)，紙張的耐破指數(shù)上升到4.8 kPa*m2/g，與空白實(shí)驗(yàn)相比，上升了約302，當(dāng)CMC 用量增到0.7502時(shí)，紙張的耐破指數(shù)提高到空白試 樣的1.6倍，達(dá)到最大值6.0 kPa ? m2/g。此后，繼續(xù) 增加CMC用量，耐破指數(shù)會(huì)略有下降，不過(guò)與空白 試樣相比，還是有較高的增長(zhǎng)；而曲線(xiàn)B幾乎沒(méi)有 變化。這也說(shuō)明了 CMC對(duì)紙張性能的提高不是由于 CMC本身的增強(qiáng)作用，而是由于CMC作為打漿助劑 可促進(jìn)打漿。

　　

　　添加CMC打漿對(duì)紙張抗張強(qiáng)度和耐破強(qiáng)度的提 高，可以作如下解釋?zhuān)禾砑覥MC打漿可以促進(jìn)竹子 纖維之間的潤(rùn)滑性，避免纖維過(guò)多切斷的同時(shí)促使竹 子纖維的初生壁大片地脫落，次生壁外層更易被打 破，從而引起更大程度的內(nèi)外部細(xì)纖維化，為纖維間 提供更多的結(jié)合面積和用于氫鍵結(jié)合的羥基，因此成 紙的抗張強(qiáng)度和耐破強(qiáng)度大大提高。

　　

　　3C中國(guó)造萬(wàn)方10^第26卷第2期由圖7可以看出，CMC作為增強(qiáng)劑對(duì)紙張撕裂 強(qiáng)度的影響不大，而添加CMC打漿可使紙張的撕裂 指數(shù)略有下降，但并不會(huì)隨著CMC用量的增加而線(xiàn) 性降低，而是保持在10.5mN*m2/g左右。

　　

　　(A) CMC 用量為 0(B) CMC 用量為 0.125%(C) CMC 用量為 0.750%(D) CMC 用量為 3.000%c圖8打漿后纖維掃描電鏡分析圖2.6掃描電鏡圖片分析由圖8(A)可以看出，1根竹子纖維被縱向分開(kāi) 而露出了纖維細(xì)胞腔但沒(méi)有分絲帚化，還有1根纖維 被橫向切斷，這說(shuō)明未加CMC時(shí)竹子纖維很易被破 壞、切斷。由圖8( B) ( C )、（ D)可以看出，添加 CMC打漿后，竹漿纖維表面比空白試樣要粗糙，表 面起毛程度高，出現(xiàn)了大片的層間分離，分絲帚化程 度高，這有利于暴露更多羥基與羧基，為更多的氫鍵 結(jié)合提供基礎(chǔ)。

　　

　　$結(jié)論3.1添加CMC打漿，可以促進(jìn)竹子纖維的內(nèi)外部細(xì) 纖維化，用P0I磨磨漿，在相同轉(zhuǎn)數(shù)下，可提高漿料 的打漿度和保水值，從而降低打漿能耗。 3.2添加CMC打漿，可以促進(jìn)竹 子纖維之間的潤(rùn)滑性，避免竹子纖 維在打漿過(guò)程中過(guò)多切斷，因此與 空白樣相比較，CMC輔助打漿纖 維長(zhǎng)度較高。

　　

　　3.3添加CMC打漿，更易促進(jìn)竹 子纖維初生壁的剝離和次生壁的開(kāi) 裂，從而暴露出更多的羥基和羧 基，漿料的表面負(fù)電荷密度由空白 試樣的44.95 mm〇l/kg增長(zhǎng)到CMC 用量 3% 時(shí)的 108.25 mmol/kg。

　　

　　3.4 CMC輔助打漿對(duì)紙張性能的 提高不是由于CMC本身的增強(qiáng)作 用造成，而是CMC作為打漿助劑 對(duì)打漿效果的改善引起的。CMC 輔助打漿可以提高竹子纖維間的結(jié) 合力與結(jié)合面積，在CMC用量為 0.750%時(shí)，抗張指數(shù)和耐破指數(shù) 同時(shí)達(dá)到最大值。