纤维设备对杨木纤维功能影响

造纸浆料中，细小纤维是非常重要的组分，能显著地影响纸张的各种特性。细小纤维根据来源不同，可分为原生细小纤维(一次细小纤维)、打浆或磨浆产生的二次细小纤维(主要是纤维碎片)以及存在于造纸白水中的细小纤维[1～4]。一般来讲细小纤维具有使纤维网络结构收缩的能力[5]。研究细小纤维的性质可以更好地认识细小纤维的作用，对造纸过程和纸张的性质进行更好的控制[6，7]。本实验以打浆度为18°SR的杨木P-RCAPMP为原料，分别用DDJ（常用的细小纤维筛分设备）和SWECO圆形振动筛（新引入的筛分设备）进行多级筛分（200目、300目、400目筛网），收集不同级别的细小纤维，通过测定表面电荷含量、黏度、比沉降容积、FQA指标等特征参数，以探究不同筛分设备对杨木P-RCAPMP细小纤维性能的影响。

1实验部分

1.1原料与仪器18°SR杨木P-RCAPMP风干浆（取自河南濮阳龙丰）；MgSO4（分析纯）；PFI磨浆机，SWECO圆形振动筛，DDJ动态滤水仪，PCD-03型胶体电荷分析仪，LVDV2+型黏度计，纤维质量分析仪（FQA）。

1.2方法

1.2.1浆料准备用PFI磨浆机，将杨木PRC-APMP原料浆（18°SR）打浆至(85±2)°SR，测定水分后备用。

1.2.2细小纤维的制备、分离与含量测定取一定量上述（85±2）°SR杨木P-RCAPMP浆，充分疏解后，分别用DDJ和SWECO筛进行多级筛分（200目、300目、400目筛网），初始筛分浓度设定为0.1%，得到P200、P300、P400三个级别的细小纤维溶液和对应筛后长纤维组分，将筛出的细小纤维溶液静置48h后，抽出上层清液，得到一定浓度的细小纤维悬浊液，充分搅匀后，取20ml于培养皿中，在105℃恒温条件下烘干4h,冷却30min后称重，计算得到其体积浓度后，冷藏备用。用DDJ测定打浆后的未筛浆和筛后浆中的细小纤维量，并计算细小纤维筛分收益率。

1.2.2.1细小纤维含量的测定用去离子纯净水把待测浆料（打浆后未筛分的浆料和筛分后的浆料）配制成浓度为0.5%的悬浮液500ml。然后加入到DDJ中（选用200筛网），搅拌速度设定在750r/min，开始滤水，完成一次后，再加入500ml纯净水重复滤水，直到烧杯中的滤液澄清为止。清洗出留在网上的纤维组分，并用恒重过的定量滤纸在布氏漏斗上过滤。最后把滤纸及残余纤维在烘箱中烘干4h，在常温下冷却30min称重。通过纤维重量占纤维总重量的比例计算出细小纤维的含量[8]。

1.2.2.2筛分细小纤维收益率的计算筛分收益率=1－(筛分后的浆料细小纤维含量/未筛分的浆料细小纤维含量)1.2.3细小纤维特性指标检测

1.2.3.1表面电荷用去离子纯净水将一定浓度的细小纤维悬浮液稀释到0.10g/L，量取10ml。用PCD-03型胶体电荷分析仪测定细小纤维表面电荷量。

1.2.3.2胶体黏度用去离子纯净水将一定浓度的细小纤维悬浮液稀释到1.00g/L，量取500ml。用LVDV2+型黏度计（选用Spindle1）测定细小纤维溶液黏度，直接读取并记录数据。

1.2.3.3比沉降容积用100ml量筒配制浓度为1.0g/L细小纤维溶液100ml，并加入一定量MgSO4，使其浓度为0.5g/L，然后在0.06MPa压力下抽真空30min后静置24h。记录沉降体积，并将细小纤维溶液过滤，烘干恒重后定量。用沉积体积除以绝干细小纤维质量即为该细小纤维对应的比沉降容积，单位为：cm3/g。

1.2.4细小纤维FQA检测分别对DDJ和SWECO筛分得到的各级细小纤维（P200、P300、P400）用FQA进行纤维质量分析。

1.2.5不同筛分设备不同目数筛后浆FQA检测分别对DDJ和SWECO筛分得到的各级筛后浆（P200、P300、P400）用FQA进行纤维质量分析。

2结果与讨论

2.1不同筛分设备细小纤维筛分收益率由表1可知，两种筛分设备下的筛分收益随筛网目数的增加而递减，且SWECO筛的筛分效能相应比DDJ要高很多。SWECO筛筛分200目细小纤维的收益率高达96.88%，比其他情况多出10%～20%。这是因为随着目数的增大，一部分细小纤维没有筛下来，并且SWECO筛的筛分是通过垂直和切线振动来实现的，这样在筛网底部浆料很难形成滤饼，使细小纤维能尽可能多地通过网孔被筛掉。而DDJ工作时浆料主要受转子转动所产生的剪切力，筛分模式比较单一，筛网面积太小，浆料会逐渐沉积而形成滤饼，使越来越多细小纤维被截留，所以SWECO的筛分收益要比DDJ高。

2.2细小纤维特性指标

2.2.1表面电荷细小纤维表面因为羧基电离而带负电荷，其带电情况受其表面化学组成及电离状态的影响[8]。由表2可知，总体上，同一级别细小纤维情况下，DDJ筛分得到细小纤维的表面电荷量更高，且随着筛网目数的增加递减。而SWECO筛正好相反，其筛分得到细小纤维表面电荷量随着筛网目数的增加而上升。

2.2.2胶体黏度细小纤维的黏度反映了细小纤维网状结构的水化程度[6]。由表3可知，两种筛分设备下筛分得到的细小纤维溶液黏度均随着筛网目数的增加而上升，SWECO筛得到的细小纤维的黏度增幅更快，相对于DDJ细小纤维有更高的黏度指数。这是由于更细小的细小纤维含有更多的结合水，像胶水一样使悬浮液黏度增加。2.2.3比沉降容积细小纤维的比沉降容积和其中纤丝状组分含量相关性良好，而纤丝状组分含量与细小纤维抄造纸张的抗张指数相关性良好[9，10]。由表4可知，两种筛分设备所得到的细小纤维丝状组分含量均随着筛网目数的增加而增加，且DDJ筛得的细小纤维相对于SWECO筛筛得的细小纤维含有更多的丝状组分。

2.2.4细小纤维FQA指标由表5可以看出，SWECO细小纤维总体上随筛网目数的增加，其长度递增，而DDJ细小纤维除双重重均长度是递增外，数均长度和重均长度均随筛网目数的增加而递减。两种筛分设备的细小纤维的含量变化也完全相反，随着筛网目数的增加，SWECO细小纤维含量递减，而DDJ细小纤维递增。且总体上，由于转子搅拌的作用DDJ细小纤维的卷曲与扭结程度比SWECO细小纤维高得多。但是，SWECO细小纤维的纤维束含量比DDJ细小纤维高得多，这可能会影响到SWECO细小纤维的质量。

2.2.5未筛浆与筛后浆FQA指标由表6可以看出，细小纤维的存在能影响纸浆纤维的长度，筛除细小纤维后纸浆纤维变长，且筛网目数越小纸浆纤维的数均长度越大，这是因为筛网目数越低，筛出来的细小纤维的量越多，而且细小纤维的尺寸越大，所以剩下的长纤维组分相应越多，其平均长度自然更大。从表中筛后浆的残余细小纤维还可以看出，200目细小纤维残余含量差别最大，300目和400目细小纤维残余量相差较小，SWECO筛比DDJ筛分更彻底，残余细小纤维含量更少，这可能与筛分方式不同有关，SWECO筛工作时浆料同时受水平及竖直方向剪切力振动作用，而且SWECO筛筛网面积很大，从而保证了浆料不会长久聚集在筛网上形成滤饼，这样使细小纤维尽可能多地通过网孔被筛掉，从而不会被浆饼截留太多。DDJ工作时浆料主要受转子转动所产生的剪切力，筛分模式比较单一，另外由于DDJ筛分动力较弱，筛网面积太小，所以不可避免地在进行连续操作时，浆料会逐渐沉积而形成滤饼，使越来越多细小纤维被截留，从而大大影响了细小纤维的筛分效率。另外从表6可以看出，SWECO筛筛除细小纤维后，残余纤维组分的卷曲指数和扭结指数均变小，DDJ筛分后的浆料则变化不大。相对未筛浆，筛后浆中均含有更大量的纤维束，这说明筛除的细小纤维中带走一部分纤维束。

3结论

3.1不同分级设备的细小纤维筛分收益率均随着筛网目数的增加而下降，但SWECO细小纤维的筛分收益率明显高于DDJ细小纤维的。

3.2DDJ细小纤维具有更高的表面电荷量，且随着筛网目数的增加而递减。

3.3两种筛分设备下，随着筛网目数的增加，黏度及比沉降容积均递增，且SWECO细小纤维具有更高的黏度，DDJ细小纤维含有更多的丝状组分。

3.4FQA指标表明：DDJ细小纤维和SWECO细小纤维在纤维长度和细小纤维含量上随筛网目数增加而呈完全相反的趋势，DDJ细小纤维更柔软，有更高的扭结及卷曲程度，SWECO细小纤维纤维束含量更高。

3.5细小纤维能影响纸浆纤维的长度，随着筛网目数的增加，这种影响会变弱。细小纤维会增加浆料纤维的柔软性，这是细小纤维影响纸张强度性能的重要原因之一。