棕榈空果串SCMP制浆及其纸浆性能优化的研究

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随着我国经济的快速发展,对于纸制品的需求量愈来愈大。随着2017年《禁止洋垃圾入境推进固体废物进口管理制度改革实施方案》颁布以后,我国造纸原料短缺问题日益严重,所以利用非木材纤维原料具有重大意义。东南亚地区棕榈油生产过程中产生了一种工业废弃物(棕榈空果串),它含有大量的纤维素、半纤维素,是很好的制浆造纸原料。然而,东南亚地区的处理方式主要是焚烧,这造成了资源的浪费和环境污染。所以开发一种合理的制浆手段将棕榈空果串利用到造纸行业中不仅可以避免资源浪费,还可以缓解当前制浆造纸原料短缺的压力。本文以棕榈空果串为原料制备了磺化化学机械浆(SCMP),通过实验并验证了以下三点:(1)探究了 SCMP的最佳制浆工艺;(2)研究了不同臭氧处理对SCMP浆性能的影响;(3)对比探究了碱性过氧化氢漂白工艺对浆料性能的影响,为制浆造纸清洁生产提供了重要的技术参考。对棕榈空果串纤维形态和化学组成的分析发现,棕榈空果串纤维质量优于甘蔗渣等非木材纤维原料。通过响应面分析法(四因素三水平)得到多工艺参数(NaOH用量、Na2SO3用量、最高温度和保温时间)对响应值(紧度、耐破指数、抗张指数和撕裂指数)的回归方程,最佳磺化工艺条件为:Na2SO3用量为18%、NaOH用量为4%、最高温度为155℃和保温时间为100 min。验证实验结果为:紧度为0.5622 g/cm3、耐破指数为2.60 kPa·m2/g、抗张指数为45.01 N·m/g和撕裂指数为7.53 mN·m2/g,与优化预测工艺结果相符。研究了不同臭氧用量(1%、3%、5%和7%)对SCMP浆性能的影响,通过纸张物理性能和TG、FT-IR、XPS、SEM等分析发现,臭氧处理后,纤维表面出现沟壑或者凸起,初生壁和次生壁开始脱落。纤维表面木素被臭氧氧化后,表面木素含量从82.05%降低至56.81%,同时纤维表面基团发生了明显的变化。由于纸浆更容易吸水润胀,使得纸浆的打浆性能更佳。然而,臭氧用量过多会降解纤维素,导致在5%和7%臭氧用量下性能有所下降。综合考虑,3%臭氧用量处理过的纸浆物理性能最佳,物理性能分别为:白度 43.9%ISO、紧度 0.6570 g/cm3、抗张指数 57.34 N·m/g、零距抗张指数 82.09 N·m/g、耐破指数3.34 kPa·m2/g和撕裂指数7.05 mN·m2/g。对臭氧处理前后的棕榈空果串SCMP浆进行碱性过氧化氢漂白,研究了 NaOH用量、H2O2用量和温度对纸浆物理性能的影响。通过工艺优化得到最佳工艺为:NaOH用量为3%、H2O2用量为3%和温度为90℃。对比臭氧处理前后漂白浆的性能发现,臭氧协同碱性过氧化氢漂白能更大幅度地优化纸浆的各项性能。在此工艺基础上,配抄60%蔗渣漂白化学浆,纸张性能分别为:紧度0.7351 g/cm3,白度674.0%ISO,不透明度80.1%,耐折度167次和抗张指数66.43 N·m/g,,基本达到中小学教科书用纸B等品的要求。
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