碎解条件以及添加碎解助剂对OCC浆料性能的影响

朱洋丽，吴伯超，薛国新，

（1.浙江理工大学制浆造纸工程实验室，浙江 杭州 310018；2.浙江省特种纤维纸基功能材料技术研究重点实验室，浙江杭州 311215）

碎解条件以及添加碎解助剂对OCC浆料性能的影响

朱洋丽1，吴伯超2，薛国新1，2

（1.浙江理工大学制浆造纸工程实验室，浙江 杭州 310018；2.浙江省特种纤维纸基功能材料技术研究重点实验室，浙江杭州 311215）

该实验选择废旧瓦楞箱纸板（OCC）为研究对象。首先实验从预处理时间、浆浓、转子转速和碎解温度等几个方面研究不同的碎解条件对废纸碎化后浆料性能的影响；其次，实验通过分别添加十二烷基苯磺酸钠表面活性剂和Na2SiO3化学预处理OCC废纸后，与空白样做比较，测定其纤维组分含量、打浆度以及观察OCC废纸浆纤维的物理形态；最后，对未添加碎解助剂和添加碎解助剂的OCC废纸浆的电荷特性做了分析比较。

碎解条件（参数）；旧瓦楞箱纸板；表面活性剂；化学预处理；浆料性能

近年来随着人们节约森林资源、降低能源消耗意识的增强，废纸（二次纤维）的再生回收利用已经引起国内外的广泛重视。由于我国是世界上最大的废纸进口国和消费国（特别是瓦楞原纸需求量大），因此如何充分利用废纸资源，提高废纸利用效率，已经成为以废纸为原料制浆造纸节能减排中的一个重要课题［1-2］。

废纸再制浆过程中关键的一步就是碎解（浆）。碎解目的是使原先交织成纸页的纤维最大限度地离解成单根纤维而又最大限度地保持纤维原有形态和强度［3］。不同的碎解条件会对OCC碎解过程中浆料的性能产生重要的影响，特别是滤水性能。纤维长度的长短是评价OCC滤水性能好坏的一个重要指标。碎解助剂的选用直接影响碎解效率的好坏。碎解助剂是添加到碎浆系统中，使纤维产生润湿、渗透和分散等多种作用效果以辅助废纸碎解的一种化学助剂［4］。

目前，在OCC浆料中添加碎解助剂以改善OCC碎解效果报道鲜有，因此我们研究OCC中添加碎解助剂改善废纸浆料性能具有重要意义。本实验选用十二烷基苯磺酸钠以及Na2SiO3化学预处理OCC，测定纤维组分含量、打浆度以及观察OCC浆料纤维的物理形态并与空白样作比较。此外，本实验对不同条件下的OCC浆料的电荷特性作了分析比较。

1　实验部分

1.1原料及化学品、仪器

原料：废旧瓦楞箱纸板，由浙江某造纸厂提供，手工撕成2 cm×5 cm的碎片，充分混合均匀后，放入塑料袋中平衡水分，备用。

化学品：十二烷基苯磺酸钠（AR），Na2SiO3。

仪器：碎浆机，肖伯尔式打浆度测定仪，标准浆样疏解器，101A-1型电热鼓风干燥箱，Bauer-McNett纤维筛分仪、普通光学显微镜、Zeta电位测定仪和Muetek颗粒电荷测定仪（PCD）。

1.2实验方法

首先测定原料的水分含量，用500 mL的容量瓶配制质量浓度为2 g/L的不同表面活性剂和碱性溶液；然后量取一定体积水和表面活性剂溶液，称取20 g OCC（绝干）浸渍在配好的溶液中分别预处理一段时间，倒入碎浆机中在不同碎解条件下进行不同时间碎解，挤干水分装入自封袋中，备用；最后测定纤维打浆度、纤维不同长度组分含量比例、Zeta电位、阳离子需求量以及观察纤维形态、评价废纸浆的性能。

1.3碎解效果评价

1.3.1纤维打浆度的测定

按GB/T 3332—1982测定纤维打浆度。

1.3.2纤维筛分

取（10±0.05）g有代表性的绝干浆样，称准至0.001 g。在纤维标准解离器中解离，解离时浆和水的总体积为2 000 mL。纤维分级网目为28、48、100和200目。筛分时于15～18 s内注入第1个筛分水箱，准确筛分20 min±10 s，最后用滤纸收集留在不同网目上的组分并在温度（105±2）℃的烘箱中将浆样烘干至恒重，称取精度至0.001 g。

1.3.3纤维物理形态的观察

将制备好的相当于绝干0.1 g量的浆样，置于试管中，加蒸馏水均匀分散，稀释至0.05%～0.1%的浓度，备用。使用亚甲基蓝试剂染色，选用普通光学显微镜进行纤维形态观测。

1.3.4Zeta电位测定

将浆料按照1%（相对于绝干浆）的浆浓在标准纤维解离器中疏解5 min，取1%的浓度的浆料500 mL，搅拌均匀，按照SZP 06 Zeta电位测定仪的操作规程和步骤测定Zeta电位。

1.3.5胶体滴定法测定阳离子需求量

将浆料按1%的浓度在标准纤维解离器中疏解5 min，取一定体积的OCC浆料用清水稀释至所需浓度，用Muetek滤网（网孔直径为300 μm）将纤维和溶胶物质分离，然后移取10 mL的过滤液滴于PCD的塑料测量池中，用标准溶液［聚乙烯醇硫酸钾（PVSK）或聚二烯丙基二甲基氯化铵（P-DADMAC）］滴定，最后用PCD试剂滴定确定终点［5-6］。

阳离子需求量q按如下公式计算：

q=Vc/Wt

式中：V为样品消耗的标准溶液体积，mL；c为标准溶液的电荷密度，mol/L，本实验为0.001 mol/L；Wt为样品的固含量，g；q为电荷量，μmol/g。

2　结果与讨论

2.1碎解条件对OCC浆料性能的影响

2.1.1预处理时间对OCC浆料性能的影响

本实验取20 g的绝干废旧瓦楞箱纸板。在碎浆浓度为4%，碎解温度（20±5）℃，碎解时间60 s，转速为一档，未添加化学品的情况下，预处理时间分别为0、2、4和6 h，预处理时间对废纸碎化的影响如图1和图2。

图1　纤维长度分布比例随预处理时间的变化

图2　打浆度随预处理时间的变化

从图1和图2可以看出：随着预处理时间的延长，纸浆纤维的长度分布比例和打浆度都发生了变化。小于48目的长纤维组分含量随着预处理时间的延长而增加，大于28目的短纤维组分含量随着预处理时间的延长而减少（如图1）。OCC浆料中短纤维含量增加，可能是因为纤维润胀程度高，出现明显的分丝和帚化现象，纤维长度下降。打浆度随着预处理时间的延长而提高（如图2）。这是因为预处理时间越长，纤维的润胀程度越大，纤维受到相同机械剪切力的作用而分丝帚化效果越明显。

2.1.2浆浓对OCC浆料性能的影响

取20 g的绝干废旧瓦楞箱纸板。在预处理2 h，碎解温度（20±5）℃，碎解时间60 s，转速为一档，未添加化学品的情况下，浆浓对废纸碎化的影响如图3和图4。

图3　纤维长度分布比例随浆浓的变化

由图3可知：大于28目的纤维组分含量随浆浓的增加先减小、后增加，占纤维组分比例约36%～55%；小于48目的纤维组分含量则相反，占26%～45%；介于28～48目的纤维组分含量变化不大。很明显，纤维长度分布比例变化与废纸碎解程度有一定的关系，当浆料浓度较低时，废纸主要依靠转子的剪切力碎解，当浓度增加时，转子对废纸的剪切力减弱，废纸纤维相互之间的摩擦作用增强，大于28目纤维组分含量增加，小于48目纤维组分含量则减少。

图4　打浆度随浆浓的变化

由图4可知：打浆度随浆浓的增加变化幅度不大，且呈现先上升、后下降的趋势，浆浓为4%时打浆度最高。打浆度是表示滤水性能的量度，通常打浆度越高，滤水性能就越差。对于OCC浆料生产箱纸板而言，打浆度的提高说明纤维的润胀程度大，柔软可塑性好，增大了纤维之间的接触面积和交织能力，使纸板的物理性能提高。31°SR为OCC浆料较为适合的打浆度，若将浆料的打浆度上升到31°SR，4%浆浓浆料所需的打浆机械能最少，但是滤水性能会明显降低。

2.1.3转子转速对OCC浆料性能的影响

实验测得转子转速为一档时的打浆度为18.7 °SR，二档时的打浆度为21.4°SR。纤维的长度分布比例随碎解转速的变化如图5。

图5　纤维长度分布比例随碎解转速的变化

从图5不难看出，在预处理2 h、碎解温度20℃和浆浓4%不变以及不添加碎解助剂情况下，打浆度随着转速的提高而上升。这是因为转速提高，纤维受到的剪切力变大，纤维分丝帚化效果明显，致使纤维的滤水性能变差。同样，转子转速提高也降低了纤维的平均长度。从图5可以看出，纤维的长度分布比例出现了明显的变化，长纤维组分含量比例减少，短纤维组分含量比例增加。长纤维本身具有较高的强度，有利于应力均匀，其分布比例的减少会降低成纸的强度和滤水性能；所以，增加转速虽然能一定程度上提高碎解效率，但是会降低废纸碎解效果。

2.1.4碎解温度对OCC浆料性能的影响

实验在不同水温（20、30、40、50和60℃）中预处理2 h，转子转速为一档，浆浓4%情况下分别碎解60 s的备用OCC浆料，测定其纤维长度分布和打浆度，实验结果如图6和图7所示。

图6　纤维长度分布比例随预处理温度的变化

图7　打浆度随预处理温度的变化

从图6看出：纤维长度的分布比例随预处理温度的变化甚小。其原因可能是因为虽然温度升高了，加快了水对废纸的渗透，降低了废纸纤维间的结合力；但是由于废纸的润胀程度有限，升温至40℃以后，再提高温度对废纸碎解无明显影响，在其余碎解条件不变的情况下，纤维长度分布比例无明显的差别。

从图7看出：打浆度随预处理温度的升高先上升、后下降，转折点是50℃达到最大值20.1°SR。这是因为温度越高，水的黏度越低，渗透速率就越快，纤维润胀程度越大，打浆度越高；但从总的来看，打浆度的变化范围随温度的升高从18.7°SR变化到20.1°SR，这不到2°SR的变化受系统误差影响比较大，因此实验推测打浆度受温度影响并不是很大。

2.1.5碎解时间对OCC浆料性能的影响

实验取4%的浆浓，碎解温度为20℃，预处理2 h，转速为一档，碎解时间分别为30、60、90和120 s。碎解时间对OCC浆料性能的影响如图8和图9。

图8　纤维长度分布比例随碎解时间的变化

图9　打浆度随碎解时间的变化

由图8可知，随着碎解时间的增加，大于28目的长纤维组分含量的比例逐渐降低，28～48目和小于48目的纤维组分含量比例逐渐增加。这主要是因为纤维在碎浆过程中不可避免地受到机械剪切力的作用而切断，随着碎解时间的延长，纤维平均长度下降。纤维长度分布比例变化的同时伴随打浆度的变化，由图9可知，打浆度随碎解时间的延长而上升。因此，过度地延长碎浆时间，会导致废纸碎解浆质量下降，影响废纸的碎解效果。

2.2添加不同类型的碎解助剂对OCC浆料性能影响的比较

比较表面活性剂和Na2SiO3化学预处理对OCC碎解的影响，并与空白样做比较。表面活性剂选用十二烷基苯磺酸钠，浓度取0.4%，温度40℃，预处理时间为60 min；化学品取Na2SiO3，浓度为0.8%，温度为40℃，预处理时间为60 min；空白样中未加任何化学助剂，在温度为40℃水中预处理60 min，其余碎解条件相同，碎解30 s碎解成浆，分别装入自封袋中置于冰箱内贮存，备用，用于测定其打浆度、纤维组分长度比例、阳离子需求量以及观察OCC浆料纤维的物理形态。结果如图10～14和表1。

2.2.1十二烷基苯磺酸钠、Na2SiO3和水预处理OCC浆料的纤维长度比例分布比较

实验所用的筛网为4个级数，分别为28、48、100以及200目。将水预处理、十二烷基苯磺酸钠和Na2SiO3预处理碎解后的废纸浆疏解，经纤维筛分仪筛分，可以得到5份纤维，各组分的比例如图10所示。

图10　十二烷基苯磺酸钠、Na2SiO3和水预处理OCC浆料的纤维长度比例分布比较

从图10不难看出，未添加碎解助剂处理OCC浆料当中大于28目、28～48这2种纤维组分含量都高于经十二烷基苯磺酸钠和Na2SiO3预处理过的OCC浆料，而48～100目、100～200目以及小于200目的纤维组分的含量都低于经十二烷基苯磺酸钠和Na2SiO3预处理过的OCC浆料。此外，经十二烷基苯磺酸钠预处理过的OCC浆料中小于48目的纤维组分占36.15%，Na2SiO3预处理过的OCC浆料中小于48目的纤维组分占38.12%，而未经化学品处理的OCC浆料中小于48目的纤维组分则占4.86%。很明显，经过十二烷基苯磺酸钠和Na2SiO3处理过的OCC浆料中的纤维经过打浆后纤维变短，细小纤维组分的含量略微增加。细小纤维组分的含量高低对提高OCC纸页的强度有重要的意义，在很大程度上影响纤维的留着率及滤水性能，因此对造纸过程以及纸的质量有重要的影响［7-8］。

2.2.2十二烷基苯磺酸钠、Na2SiO3和水预处理OCC的打浆度比较

十二烷基苯磺酸钠、Na2SiO3和未添加碎解助剂水预处理OCC的打浆度比较结果见图11。

图11　十二烷基苯磺酸钠、Na2SiO3和未添加碎解助剂的水预处理OCC的打浆度比较

打浆度表示纸浆滤水性的量度，通常打浆度高，松厚度和滤水性下降，对白度、不透明度、光散射系数及撕裂强度都有不同的负面影响［9］；但对于OCC浆料生产箱纸板，打浆度的提高不仅可以提高纸板的一般物理强度，还可以因为表面强度的提高而降低其表面施胶的费用。从图11可以看出：添加十二烷基苯磺酸钠和Na2SiO3碎解助剂后废纸浆的打浆度高于未添加碎解助剂的废纸浆的打浆度。这可能是由于经十二烷基苯磺酸钠和Na2SiO3预处理后的再生纤维其润胀性能高于水预处理的纤维，因此网部脱水慢，导致滤水性能差，所以经十二烷基苯磺酸钠和Na2SiO3预处理后的OCC浆料的再生纤维打浆度稍高一些。

2.2.3添加十二烷基苯磺酸钠、Na2SiO3和未添加碎解助剂的预处理OCC浆料的纤维物理形态比较

显微镜对未添加碎解助剂的预处理废纸浆及经十二烷基苯磺酸钠、Na2SiO3预处理后的废纸浆进行纤维物理形态的观察，其形态如图12～14所示（图中“a”与“b”是同一目镜和物镜下拍摄的 2张图）。

图12　未经碎解助剂预处理的OCC浆料

图13　十二烷基苯磺酸钠预处理的OCC浆料

图14　Na2SiO3预处理的OCC浆料

由图12～14可以直观地看出三者的纤维形态无明显的差别，说明碎解助剂的加入并未影响纤维的强度。

2.2.4添加十二烷基苯磺酸钠、Na2SiO3和未添加碎解助剂的预处理OCC浆料的电荷特性比较

废纸浆经过表面活性剂和Na2SiO3预处理后，电荷特性会发生变化，不同预处理OCC浆料的电荷特性如表1。

从表1可以看出，经十二烷基苯磺酸钠表面活性剂和Na2SiO3预处理后，OCC浆料的阳离子需求量比未添加碎解助剂预处理的浆料高。这主要是因为经碎解助剂预处理后游离出更多的羟基。十二烷基苯磺酸钠表面活性剂和Na2SiO3的加入增加了阴离子杂质含量。表1的3种废纸浆的Zeta电位不同且均为负值，其中经十二烷基苯磺酸钠表面活性剂预处理后的绝对值最大，为-60 mV。一方面这是因为化学品和表面活性剂的加入使废纸浆中的阴离子垃圾的含量升高，造成电位高；另一方面是由于细小纤维的含量增加，而细小纤维的比表面积大，电离出更多的羧基，使纤维表面电荷密度提高［10］。

表1　不同预处理浆料的电荷特性

3　结论

（1）通过一系列不同碎解条件对废纸碎化的研究，得出碎解预处理时间、浆浓、转子转速和温度都一定程度地影响废纸浆料性能。

（2）比较十二烷基苯磺酸钠表面活性剂和Na2SiO3化学预处理对OCC浆料性能的影响，并与空白样做比较，测定其打浆度、纤维长度分布比例以及观察OCC浆料纤维的物理形态，结果表明：分别添加十二烷基苯磺酸钠和Na2SiO3碎解助剂后废纸浆的打浆度高于未添加碎解助剂的废纸浆的打浆度；未添加碎解助剂预处理的OCC浆料当中长纤维组分含量都高于经十二烷基苯磺酸钠和Na2SiO3预处理过的OCC浆料，而短纤维组分含量都低于经十二烷基苯磺酸钠和Na2SiO3预处理过的OCC浆料；显微镜对未添加碎解助剂预处理的废纸浆及分别经十二烷基苯磺酸钠和Na2SiO3预处理的废纸浆进行纤维形态的观察，三者的纤维形态无明显的差别，对纤维强度无特别明显影响。

（3）OCC浆料经过十二烷基苯磺酸钠和Na2SiO3预处理后，OCC浆料的阳离子需求量比未添加碎解助剂预处理的浆料高。这主要是因为经碎解助剂预处理后游离出更多的羟基。

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Effect of Repulping Parameters and Adding Repulp Additive on Slurry Properties of OCC

ZHU Yang-li1，WU Bo-cao2，XUE Guo-xin1，2
（1.Pulping&Papermaking laboratory Zhejiang Science&Technology University，Hangzhou，310018，China；2.Zhejiang Province Special Fiber Paper Base Technology Research Key Laboratory of Functional Materials，Hangzhou 311215，China）

This experiment chose cardboard corrugated box（OCC）as the research object.First，we studied re pulping parameters in effect of slurry properties in the aspects of pretreatment time，pulp consistency，rotor speed，breaking time and so on.Secondly，in contrast with the blank sample，the test of adding pulp addictive：sodium dodecyl benzene sulfonate（SDBS）in the OCC pulp or chemical pretreatment of wastepaper was made.The fiber component content and beating degree was determined.The physical form of the fiber of OCC pulp was observed.At last，we make a analysis and contrast of charge characteristic of OCC pulp with adding repulp addictiveandwithoutaddingrepulp.

repulping parameters；old corrugated containers（OCC）；surface active agent；chemical pretreatment；slurry properties

TS724

A

1007-2225（2015）01-0016-07

朱洋丽女士（1989-），在读硕士研究生；研究方向：二次纤维回收利用；E-mail：yangli038@163. com。

薛国新先生；E-mail：guoxin@zstu.cn。

2014-12-20（修回）

本文文献格式：朱洋丽，吴伯超，薛国新．碎解条件以及添加碎解助剂对OCC浆料性能的影响［J］．造纸化学品，2015，27（1）∶16-22．