碎解條件以及添加碎解助劑對OCC漿料性能的影響

朱洋麗，吳伯超，薛國新，

（1.浙江理工大學制漿造紙工程實驗室，浙江 杭州 310018；2.浙江省特種纖維紙基功能材料技術(shù)研究重點實驗室，浙江杭州 311215）

碎解條件以及添加碎解助劑對OCC漿料性能的影響

朱洋麗1，吳伯超2，薛國新1，2

（1.浙江理工大學制漿造紙工程實驗室，浙江 杭州 310018；2.浙江省特種纖維紙基功能材料技術(shù)研究重點實驗室，浙江杭州 311215）

該實驗選擇廢舊瓦楞箱紙板（OCC）為研究對象。首先實驗從預處理時間、漿濃、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和碎解溫度等幾個方面研究不同的碎解條件對廢紙碎化后漿料性能的影響；其次，實驗通過分別添加十二烷基苯磺酸鈉表面活性劑和Na2SiO3化學預處理OCC廢紙后，與空白樣做比較，測定其纖維組分含量、打漿度以及觀察OCC廢紙漿纖維的物理形態(tài)；最后，對未添加碎解助劑和添加碎解助劑的OCC廢紙漿的電荷特性做了分析比較。

碎解條件（參數(shù)）；舊瓦楞箱紙板；表面活性劑；化學預處理；漿料性能

近年來隨著人們節(jié)約森林資源、降低能源消耗意識的增強，廢紙（二次纖維）的再生回收利用已經(jīng)引起國內(nèi)外的廣泛重視。由于我國是世界上最大的廢紙進口國和消費國（特別是瓦楞原紙需求量大），因此如何充分利用廢紙資源，提高廢紙利用效率，已經(jīng)成為以廢紙為原料制漿造紙節(jié)能減排中的一個重要課題［1-2］。

廢紙再制漿過程中關(guān)鍵的一步就是碎解（漿）。碎解目的是使原先交織成紙頁的纖維最大限度地離解成單根纖維而又最大限度地保持纖維原有形態(tài)和強度［3］。不同的碎解條件會對OCC碎解過程中漿料的性能產(chǎn)生重要的影響，特別是濾水性能。纖維長度的長短是評價OCC濾水性能好壞的一個重要指標。碎解助劑的選用直接影響碎解效率的好壞。碎解助劑是添加到碎漿系統(tǒng)中，使纖維產(chǎn)生潤濕、滲透和分散等多種作用效果以輔助廢紙碎解的一種化學助劑［4］。

目前，在OCC漿料中添加碎解助劑以改善OCC碎解效果報道鮮有，因此我們研究OCC中添加碎解助劑改善廢紙漿料性能具有重要意義。本實驗選用十二烷基苯磺酸鈉以及Na2SiO3化學預處理OCC，測定纖維組分含量、打漿度以及觀察OCC漿料纖維的物理形態(tài)并與空白樣作比較。此外，本實驗對不同條件下的OCC漿料的電荷特性作了分析比較。

1　實驗部分

1.1原料及化學品、儀器

原料：廢舊瓦楞箱紙板，由浙江某造紙廠提供，手工撕成2 cm×5 cm的碎片，充分混合均勻后，放入塑料袋中平衡水分，備用。

化學品：十二烷基苯磺酸鈉（AR），Na2SiO3。

儀器：碎漿機，肖伯爾式打漿度測定儀，標準漿樣疏解器，101A-1型電熱鼓風干燥箱，Bauer-McNett纖維篩分儀、普通光學顯微鏡、Zeta電位測定儀和Muetek顆粒電荷測定儀（PCD）。

1.2實驗方法

首先測定原料的水分含量，用500 mL的容量瓶配制質(zhì)量濃度為2 g/L的不同表面活性劑和堿性溶液；然后量取一定體積水和表面活性劑溶液，稱取20 g OCC（絕干）浸漬在配好的溶液中分別預處理一段時間，倒入碎漿機中在不同碎解條件下進行不同時間碎解，擠干水分裝入自封袋中，備用；最后測定纖維打漿度、纖維不同長度組分含量比例、Zeta電位、陽離子需求量以及觀察纖維形態(tài)、評價廢紙漿的性能。

1.3碎解效果評價

1.3.1纖維打漿度的測定

按GB/T 3332—1982測定纖維打漿度。

1.3.2纖維篩分

取（10±0.05）g有代表性的絕干漿樣，稱準至0.001 g。在纖維標準解離器中解離，解離時漿和水的總體積為2 000 mL。纖維分級網(wǎng)目為28、48、100和200目。篩分時于15～18 s內(nèi)注入第1個篩分水箱，準確篩分20 min±10 s，最后用濾紙收集留在不同網(wǎng)目上的組分并在溫度（105±2）℃的烘箱中將漿樣烘干至恒重，稱取精度至0.001 g。

1.3.3纖維物理形態(tài)的觀察

將制備好的相當于絕干0.1 g量的漿樣，置于試管中，加蒸餾水均勻分散，稀釋至0.05%～0.1%的濃度，備用。使用亞甲基藍試劑染色，選用普通光學顯微鏡進行纖維形態(tài)觀測。

1.3.4Zeta電位測定

將漿料按照1%（相對于絕干漿）的漿濃在標準纖維解離器中疏解5 min，取1%的濃度的漿料500 mL，攪拌均勻，按照SZP 06 Zeta電位測定儀的操作規(guī)程和步驟測定Zeta電位。

1.3.5膠體滴定法測定陽離子需求量

將漿料按1%的濃度在標準纖維解離器中疏解5 min，取一定體積的OCC漿料用清水稀釋至所需濃度，用Muetek濾網(wǎng)（網(wǎng)孔直徑為300 μm）將纖維和溶膠物質(zhì)分離，然后移取10 mL的過濾液滴于PCD的塑料測量池中，用標準溶液［聚乙烯醇硫酸鉀（PVSK）或聚二烯丙基二甲基氯化銨（P-DADMAC）］滴定，最后用PCD試劑滴定確定終點［5-6］。

陽離子需求量q按如下公式計算：

q=Vc/Wt

式中：V為樣品消耗的標準溶液體積，mL；c為標準溶液的電荷密度，mol/L，本實驗為0.001 mol/L；Wt為樣品的固含量，g；q為電荷量，μmol/g。

2　結(jié)果與討論

2.1碎解條件對OCC漿料性能的影響

2.1.1預處理時間對OCC漿料性能的影響

本實驗取20 g的絕干廢舊瓦楞箱紙板。在碎漿濃度為4%，碎解溫度（20±5）℃，碎解時間60 s，轉(zhuǎn)速為一檔，未添加化學品的情況下，預處理時間分別為0、2、4和6 h，預處理時間對廢紙碎化的影響如圖1和圖2。

圖1　纖維長度分布比例隨預處理時間的變化

圖2　打漿度隨預處理時間的變化

從圖1和圖2可以看出：隨著預處理時間的延長，紙漿纖維的長度分布比例和打漿度都發(fā)生了變化。小于48目的長纖維組分含量隨著預處理時間的延長而增加，大于28目的短纖維組分含量隨著預處理時間的延長而減少（如圖1）。OCC漿料中短纖維含量增加，可能是因為纖維潤脹程度高，出現(xiàn)明顯的分絲和帚化現(xiàn)象，纖維長度下降。打漿度隨著預處理時間的延長而提高（如圖2）。這是因為預處理時間越長，纖維的潤脹程度越大，纖維受到相同機械剪切力的作用而分絲帚化效果越明顯。

2.1.2漿濃對OCC漿料性能的影響

取20 g的絕干廢舊瓦楞箱紙板。在預處理2 h，碎解溫度（20±5）℃，碎解時間60 s，轉(zhuǎn)速為一檔，未添加化學品的情況下，漿濃對廢紙碎化的影響如圖3和圖4。

圖3　纖維長度分布比例隨漿濃的變化

由圖3可知：大于28目的纖維組分含量隨漿濃的增加先減小、后增加，占纖維組分比例約36%～55%；小于48目的纖維組分含量則相反，占26%～45%；介于28～48目的纖維組分含量變化不大。很明顯，纖維長度分布比例變化與廢紙碎解程度有一定的關(guān)系，當漿料濃度較低時，廢紙主要依靠轉(zhuǎn)子的剪切力碎解，當濃度增加時，轉(zhuǎn)子對廢紙的剪切力減弱，廢紙纖維相互之間的摩擦作用增強，大于28目纖維組分含量增加，小于48目纖維組分含量則減少。

圖4　打漿度隨漿濃的變化

由圖4可知：打漿度隨漿濃的增加變化幅度不大，且呈現(xiàn)先上升、后下降的趨勢，漿濃為4%時打漿度最高。打漿度是表示濾水性能的量度，通常打漿度越高，濾水性能就越差。對于OCC漿料生產(chǎn)箱紙板而言，打漿度的提高說明纖維的潤脹程度大，柔軟可塑性好，增大了纖維之間的接觸面積和交織能力，使紙板的物理性能提高。31°SR為OCC漿料較為適合的打漿度，若將漿料的打漿度上升到31°SR，4%漿濃漿料所需的打漿機械能最少，但是濾水性能會明顯降低。

2.1.3轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速對OCC漿料性能的影響

實驗測得轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為一檔時的打漿度為18.7 °SR，二檔時的打漿度為21.4°SR。纖維的長度分布比例隨碎解轉(zhuǎn)速的變化如圖5。

圖5　纖維長度分布比例隨碎解轉(zhuǎn)速的變化

從圖5不難看出，在預處理2 h、碎解溫度20℃和漿濃4%不變以及不添加碎解助劑情況下，打漿度隨著轉(zhuǎn)速的提高而上升。這是因為轉(zhuǎn)速提高，纖維受到的剪切力變大，纖維分絲帚化效果明顯，致使纖維的濾水性能變差。同樣，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速提高也降低了纖維的平均長度。從圖5可以看出，纖維的長度分布比例出現(xiàn)了明顯的變化，長纖維組分含量比例減少，短纖維組分含量比例增加。長纖維本身具有較高的強度，有利于應(yīng)力均勻，其分布比例的減少會降低成紙的強度和濾水性能；所以，增加轉(zhuǎn)速雖然能一定程度上提高碎解效率，但是會降低廢紙碎解效果。

2.1.4碎解溫度對OCC漿料性能的影響

實驗在不同水溫（20、30、40、50和60℃）中預處理2 h，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為一檔，漿濃4%情況下分別碎解60 s的備用OCC漿料，測定其纖維長度分布和打漿度，實驗結(jié)果如圖6和圖7所示。

圖6　纖維長度分布比例隨預處理溫度的變化

圖7　打漿度隨預處理溫度的變化

從圖6看出：纖維長度的分布比例隨預處理溫度的變化甚小。其原因可能是因為雖然溫度升高了，加快了水對廢紙的滲透，降低了廢紙纖維間的結(jié)合力；但是由于廢紙的潤脹程度有限，升溫至40℃以后，再提高溫度對廢紙碎解無明顯影響，在其余碎解條件不變的情況下，纖維長度分布比例無明顯的差別。

從圖7看出：打漿度隨預處理溫度的升高先上升、后下降，轉(zhuǎn)折點是50℃達到最大值20.1°SR。這是因為溫度越高，水的黏度越低，滲透速率就越快，纖維潤脹程度越大，打漿度越高；但從總的來看，打漿度的變化范圍隨溫度的升高從18.7°SR變化到20.1°SR，這不到2°SR的變化受系統(tǒng)誤差影響比較大，因此實驗推測打漿度受溫度影響并不是很大。

2.1.5碎解時間對OCC漿料性能的影響

實驗取4%的漿濃，碎解溫度為20℃，預處理2 h，轉(zhuǎn)速為一檔，碎解時間分別為30、60、90和120 s。碎解時間對OCC漿料性能的影響如圖8和圖9。

圖8　纖維長度分布比例隨碎解時間的變化

圖9　打漿度隨碎解時間的變化

由圖8可知，隨著碎解時間的增加，大于28目的長纖維組分含量的比例逐漸降低，28～48目和小于48目的纖維組分含量比例逐漸增加。這主要是因為纖維在碎漿過程中不可避免地受到機械剪切力的作用而切斷，隨著碎解時間的延長，纖維平均長度下降。纖維長度分布比例變化的同時伴隨打漿度的變化，由圖9可知，打漿度隨碎解時間的延長而上升。因此，過度地延長碎漿時間，會導致廢紙碎解漿質(zhì)量下降，影響廢紙的碎解效果。

2.2添加不同類型的碎解助劑對OCC漿料性能影響的比較

比較表面活性劑和Na2SiO3化學預處理對OCC碎解的影響，并與空白樣做比較。表面活性劑選用十二烷基苯磺酸鈉，濃度取0.4%，溫度40℃，預處理時間為60 min；化學品取Na2SiO3，濃度為0.8%，溫度為40℃，預處理時間為60 min；空白樣中未加任何化學助劑，在溫度為40℃水中預處理60 min，其余碎解條件相同，碎解30 s碎解成漿，分別裝入自封袋中置于冰箱內(nèi)貯存，備用，用于測定其打漿度、纖維組分長度比例、陽離子需求量以及觀察OCC漿料纖維的物理形態(tài)。結(jié)果如圖10～14和表1。

2.2.1十二烷基苯磺酸鈉、Na2SiO3和水預處理OCC漿料的纖維長度比例分布比較

實驗所用的篩網(wǎng)為4個級數(shù)，分別為28、48、100以及200目。將水預處理、十二烷基苯磺酸鈉和Na2SiO3預處理碎解后的廢紙漿疏解，經(jīng)纖維篩分儀篩分，可以得到5份纖維，各組分的比例如圖10所示。

圖10　十二烷基苯磺酸鈉、Na2SiO3和水預處理OCC漿料的纖維長度比例分布比較

從圖10不難看出，未添加碎解助劑處理OCC漿料當中大于28目、28～48這2種纖維組分含量都高于經(jīng)十二烷基苯磺酸鈉和Na2SiO3預處理過的OCC漿料，而48～100目、100～200目以及小于200目的纖維組分的含量都低于經(jīng)十二烷基苯磺酸鈉和Na2SiO3預處理過的OCC漿料。此外，經(jīng)十二烷基苯磺酸鈉預處理過的OCC漿料中小于48目的纖維組分占36.15%，Na2SiO3預處理過的OCC漿料中小于48目的纖維組分占38.12%，而未經(jīng)化學品處理的OCC漿料中小于48目的纖維組分則占4.86%。很明顯，經(jīng)過十二烷基苯磺酸鈉和Na2SiO3處理過的OCC漿料中的纖維經(jīng)過打漿后纖維變短，細小纖維組分的含量略微增加。細小纖維組分的含量高低對提高OCC紙頁的強度有重要的意義，在很大程度上影響纖維的留著率及濾水性能，因此對造紙過程以及紙的質(zhì)量有重要的影響［7-8］。

2.2.2十二烷基苯磺酸鈉、Na2SiO3和水預處理OCC的打漿度比較

十二烷基苯磺酸鈉、Na2SiO3和未添加碎解助劑水預處理OCC的打漿度比較結(jié)果見圖11。

圖11　十二烷基苯磺酸鈉、Na2SiO3和未添加碎解助劑的水預處理OCC的打漿度比較

打漿度表示紙漿濾水性的量度，通常打漿度高，松厚度和濾水性下降，對白度、不透明度、光散射系數(shù)及撕裂強度都有不同的負面影響［9］；但對于OCC漿料生產(chǎn)箱紙板，打漿度的提高不僅可以提高紙板的一般物理強度，還可以因為表面強度的提高而降低其表面施膠的費用。從圖11可以看出：添加十二烷基苯磺酸鈉和Na2SiO3碎解助劑后廢紙漿的打漿度高于未添加碎解助劑的廢紙漿的打漿度。這可能是由于經(jīng)十二烷基苯磺酸鈉和Na2SiO3預處理后的再生纖維其潤脹性能高于水預處理的纖維，因此網(wǎng)部脫水慢，導致濾水性能差，所以經(jīng)十二烷基苯磺酸鈉和Na2SiO3預處理后的OCC漿料的再生纖維打漿度稍高一些。

2.2.3添加十二烷基苯磺酸鈉、Na2SiO3和未添加碎解助劑的預處理OCC漿料的纖維物理形態(tài)比較

顯微鏡對未添加碎解助劑的預處理廢紙漿及經(jīng)十二烷基苯磺酸鈉、Na2SiO3預處理后的廢紙漿進行纖維物理形態(tài)的觀察，其形態(tài)如圖12～14所示（圖中“a”與“b”是同一目鏡和物鏡下拍攝的 2張圖）。

圖12　未經(jīng)碎解助劑預處理的OCC漿料

圖13　十二烷基苯磺酸鈉預處理的OCC漿料

圖14　Na2SiO3預處理的OCC漿料

由圖12～14可以直觀地看出三者的纖維形態(tài)無明顯的差別，說明碎解助劑的加入并未影響纖維的強度。

2.2.4添加十二烷基苯磺酸鈉、Na2SiO3和未添加碎解助劑的預處理OCC漿料的電荷特性比較

廢紙漿經(jīng)過表面活性劑和Na2SiO3預處理后，電荷特性會發(fā)生變化，不同預處理OCC漿料的電荷特性如表1。

從表1可以看出，經(jīng)十二烷基苯磺酸鈉表面活性劑和Na2SiO3預處理后，OCC漿料的陽離子需求量比未添加碎解助劑預處理的漿料高。這主要是因為經(jīng)碎解助劑預處理后游離出更多的羥基。十二烷基苯磺酸鈉表面活性劑和Na2SiO3的加入增加了陰離子雜質(zhì)含量。表1的3種廢紙漿的Zeta電位不同且均為負值，其中經(jīng)十二烷基苯磺酸鈉表面活性劑預處理后的絕對值最大，為-60 mV。一方面這是因為化學品和表面活性劑的加入使廢紙漿中的陰離子垃圾的含量升高，造成電位高；另一方面是由于細小纖維的含量增加，而細小纖維的比表面積大，電離出更多的羧基，使纖維表面電荷密度提高［10］。

表1　不同預處理漿料的電荷特性

3　結(jié)論

（1）通過一系列不同碎解條件對廢紙碎化的研究，得出碎解預處理時間、漿濃、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和溫度都一定程度地影響廢紙漿料性能。

（2）比較十二烷基苯磺酸鈉表面活性劑和Na2SiO3化學預處理對OCC漿料性能的影響，并與空白樣做比較，測定其打漿度、纖維長度分布比例以及觀察OCC漿料纖維的物理形態(tài)，結(jié)果表明：分別添加十二烷基苯磺酸鈉和Na2SiO3碎解助劑后廢紙漿的打漿度高于未添加碎解助劑的廢紙漿的打漿度；未添加碎解助劑預處理的OCC漿料當中長纖維組分含量都高于經(jīng)十二烷基苯磺酸鈉和Na2SiO3預處理過的OCC漿料，而短纖維組分含量都低于經(jīng)十二烷基苯磺酸鈉和Na2SiO3預處理過的OCC漿料；顯微鏡對未添加碎解助劑預處理的廢紙漿及分別經(jīng)十二烷基苯磺酸鈉和Na2SiO3預處理的廢紙漿進行纖維形態(tài)的觀察，三者的纖維形態(tài)無明顯的差別，對纖維強度無特別明顯影響。

（3）OCC漿料經(jīng)過十二烷基苯磺酸鈉和Na2SiO3預處理后，OCC漿料的陽離子需求量比未添加碎解助劑預處理的漿料高。這主要是因為經(jīng)碎解助劑預處理后游離出更多的羥基。

［1］張運展.現(xiàn)代廢紙制漿技術(shù)問答［M］.北京：化學化工出版社，2008：18-40.

［2］陳慶蔚.當代廢紙?zhí)幚砑夹g(shù)、方法的最佳化［J］.中華紙業(yè)，2009，30（3）：61-66.

［3］詹懷宇.制漿原理與工程［M］.北京：中國輕工業(yè)出版社，2008：198-203.

［4］安郁琴.制漿造紙助劑［M］.北京：中國輕工業(yè)出版社，2003：86-132.

［5］蔣慶哲，宋昭崢，趙密福，等.表面活性劑科學與應(yīng)用［M］.北京：化學化工出版社，2006：193-210.

［6］陳嘉翔.碎解條件對廢紙碎化、油墨剝離和浮選脫墨的影響［J］.中華紙業(yè)，2002，23（9）：28-32.

［7］Hao Chen，Andrew Park.Importance of cellulosic fines relative to the dewatering rates of fiber suspensions［J］.Ind Eng Chem Res，2009（48）：9106-9112.

［8］唐黎，萬金泉.OCC廢紙造紙廢渣中細小纖維的特性研究［J］.造紙科學與技術(shù)，2011，30（6）：7-10.

［9］楊玲，李可彬.表面活性劑在廢紙脫墨中的應(yīng)用［J］.西南造紙，2003，32（6）：23-25.

［10］Jean-Paul Joseleau，Katia Ruel.Interaction between microfibrillar cellulose fines and fibers：influence on pulp qualities and paper sheet properties［J］.Cellulose，2012（19）：769-777.

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

朱洋麗女士（1989-），在讀碩士研究生；研究方向：二次纖維回收利用；E-mail：yangli038@163. com。

薛國新先生；E-mail：guoxin@zstu.cn。

2014-12-20（修回）

本文文獻格式：朱洋麗，吳伯超，薛國新．碎解條件以及添加碎解助劑對OCC漿料性能的影響［J］．造紙化學品，2015，27（1）∶16-22．