ud-1脫除桉木apmp漿樹脂的工藝研究

apmp紙漿生產技術以高得率、紙漿強度和低污染為特點，已成為一種非常受歡迎的高得率紙漿生產方法。然而，在apmp糊精制漿過程中，由于砂紙干燥區域的熱效機作用和機械作用，大量樹脂被釋放。這些樹脂隨著紙張的干燥區域而運輸，并存在于框架障礙問題，嚴重影響了紙機的正常生產和紙張的質量。桉木作為一種速生材近年來在APMP制漿工藝的比例不斷增加,由于桉木中脂肪酸和脂肪酸酯含量較高,因此桉木APMP漿的樹脂障礙問題已引起廣泛關注。制漿造紙過程中樹脂障礙問題是因紙漿中所帶有的樹脂抽出物成分引起,因此,解決樹脂障礙問題的本質就是如何控制樹脂障礙物。本文通過研究樹脂控制劑(UD-1)對桉木APMP漿樹脂控制的效果,重點探討UD-1用量、漿料濃度、溫度、pH值等因素對樹脂控制劑效果的影響,最終確定最佳樹脂控制劑工藝。目的是對生產實際中樹脂控制有一定的指導意義,從而增加工廠效益,降低成本。同時,通過分析添加UD-1前后紙漿中樹脂粒徑和黏度變化,進一步解釋UD-1脫除樹脂的作用機理。1實驗部分1.1原材料桉木APMP漿:由南寧金浪漿業有限公司提供;樹脂控制劑UD-1:加拿大TRI-Y公司產品,為高分子表面活性劑。1.2旋轉黏度計算納米粒度分析儀:ZetasizerNanoS型,英國馬爾文儀器有限公司產品;旋轉黏度計:NDJ-79型,德國BROOKFIELD公司產品。AutoSpec圖像分析系統:華南理工大學制漿造紙國家重點實驗室提供。1.3實驗方法(1)樹脂控制劑ud-1合成工藝稱取一定質量的APMP漿試樣,根據實驗工藝要求調節漿濃、pH值、溫度,按照工藝要求加入一定量的樹脂控制劑UD-1,在恒溫磁力攪拌器的攪拌下反應至規定時間。反應后的漿料經過濾,去除其中的水分及樹脂,并進行適量的洗滌后備用。(2)樹脂含量檢測方法采用TAPPI標準T204cm-97進行測定。(3)樹脂粒徑分布測量UD-1處理后的漿料經80目濾網過濾,過濾去其中的水分及樹脂,并進行適量的洗滌。洗滌液用納米粒度分析儀進行樹脂粒徑分析。(4)測量中的粘度UD-1處理后的漿料經80目濾網過濾,過濾去其中的水分及樹脂,并進行適量的洗滌。洗滌液用NDJ-79旋轉黏度計進行測量。2結果與討論2.1ud-1脫除桉樹apmp漿中的最佳樹脂等級的確定(1)樹脂去除的影響樹脂控制劑的用量對樹脂控制效果最為重要,高效率的樹脂控制劑能以較小的用量達到理想的效果。本研究探討了0.01%～0.18%范圍內不同UD-1用量對樹脂去除的影響,其他條件固定為:室溫,pH值7.0,漿濃1%,處理時間30min。UD-1的用量對樹脂去除率的影響如圖1所示。從圖1可看出,在給定實驗條件下,樹脂去除率隨著UD-1用量的增加而提高。當UD-1用量在0.01%～0.10%范圍內增加時,樹脂去除率由5%迅速提高到50%左右;但UD-1用量由0.10%增加到0.18%時,樹脂去除率僅由49%提高到55%,增長幅度趨于平緩。因此,從成本因素考慮,確定最佳UD-1用量為0.1%。(2)反應體系溫度也是樹脂控制劑一個重要影響因素,一般溫度的高低對樹脂控制劑的用量有較大的影響。本研究探討了25℃～75℃范圍內不同溫度對樹脂去除的影響,其他條件固定為:UD-1用量0.05%,pH值7.0,漿濃1%,處理時間30min。實驗結果如圖2所示。由圖2可看出,隨著溫度的升高樹脂去除率急劇增加,溫度達60℃后樹脂去除率增加趨勢趨于緩和。原因可能是在初始階段,隨著溫度的升高,增加了樹脂的溶解性,有更多的樹脂溶解出來。此外,溫度升高能夠顯著提高UD-1的活性,促使樹脂從纖維中分離出來。但是,當溫度達到60℃以后,大部分樹脂已經溶解出來,因而繼續提高溫度對樹脂去除率的影響不再明顯。因此,結合生產實際中APMP制漿工藝的特點,最佳溫度選擇為60℃。(3)不同脂質分子對樹脂去除率的影響通常來說,樹脂去除率與系統pH值有著密切的關系,一方面是由于樹脂控制劑一般只有在一定的pH值范圍才能有效地發揮作用,另一方面是由于在不同的pH值條件下,樹脂的溶解性不同,也在一定程度上影響樹脂去除率。本研究探討了pH值5～8.5范圍內對樹脂去除的影響,其他條件固定為:室溫,UD-1用量0.05%,漿濃1%,處理時間30min。實驗結果圖3所示。由圖3可知,在pH值為4-6.5的范圍內,隨著pH值的升高樹脂去除率也隨之提高,但是,當pH值超過7.0后,隨著pH值的升高樹脂去除率逐漸下降。這是因為在近中性的情況下UD-1的活性最高,且樹脂溶解性及穩定性較好,從而保證較高的樹脂去除率。因此,最佳pH值選擇為7.0。(4)處理時間的影響由于樹脂控制劑需要一定的時間才能將樹脂乳化和分散,并最終從纖維中分離出來,因此,處理時間的長短對樹脂的去除率有較大的影響。本研究探討了10～80min范圍內不同處理時間對樹脂去除的影響,其他條件固定為:室溫,UD-1用量0.05%,pH值7.0,漿濃1%。實驗結果如圖4所示。由圖4知,增加處理時間有利于提高樹脂的去除率,從而減少樹脂障礙發生的可能性。當處理時間在10～60min范圍內,樹脂去除率隨處理時間的增加而迅速提高;當處理時間達到60min后,繼續增加處理時間樹脂去除率的提高不再明顯。其原因可能是在一定的處理時間內,隨著反應時間的延長,UD-1有充分的時間與漿料發生作用,從而利于樹脂去除率的提高。但當處理時間達到60min后,大部分樹脂已經溶解出來,因而繼續延長處理時間對樹脂去除率的影響不再明顯。因此,選擇最佳的處理時間為60min。通過以上單因素實驗可知,在使用樹脂控制劑UD-1處理桉木APMP漿過程中,控制劑用量、處理時間、系統pH值以及溫度四個因素對實驗結果均有明顯影響,最佳工藝為:UD-1用量0.1%,處理時間60min,pH值7.0,溫度為60℃。(5)可生物降解實驗結果在最佳工藝條件下進行了驗證實驗,結果表明,經UD-1處理后的桉木APMP漿中,樹脂去除率達到64%,效果十分明顯。通過塵埃點可以反應出紙張中存在的膠蠟物含量及分布情況,它的含量對紙張性能及外觀有重要的影響。本文通過AUTOSPEC圖像分析軟件對UD-1處理前后APMP紙漿手抄片的塵埃點進行了分析,結果如表1所示。從表1來看,使用樹脂控制劑UD-1處理樣品后,塵埃平均面積、每平方米塵埃個數(NPM)及每平方米塵埃總面積(PPM)均比處理前有所下降,分別下降了28%、14.8%和22.6%。由此可見,樹脂控制劑UD-1對分散和去除樹脂的效果十分明顯。2.2樹脂控制劑的使用對樹脂粒徑的影響樹脂粒子通常可以分為三類。一是大樹脂粒子(直徑大于420nm),這類樹脂比較容易在制漿造紙系統中的除渣器、篩選設備(如壓力篩)中有效除去,因而不易產生樹脂障礙問題。二是中等樹脂粒子(直徑在74nm～420nm之間)。這類樹脂在制漿造紙系統中的凈化篩選設備不能有效去除,因而是產生樹脂障礙問題的主要樹脂粒子。三是小顆粒樹脂(直徑小于74nm)。一般來說,這部分不會產生樹脂障礙問題,而且這類小顆粒樹脂在紙成品中也不易觀察出來。因此,消除樹脂障礙問題的關鍵就是如何將中等樹脂粒子分散成較小的樹脂粒子,并阻止這部分樹脂的沉積,以達到消除樹脂障礙的目的。圖5和圖6分別是使用UD-1樹脂控制劑前后APMP紙漿洗滌液中樹脂的粒徑分布圖。由圖5和6的對比可以發現,未使用樹脂控制劑UD-1前,樹脂粒徑主要分布在100-400nm的范圍內,此粒徑范圍內的樹脂所占比例達到90%以上。而使用UD-1處理后,樹脂的粒徑明顯降低,樹脂粒徑主要分布在10-30nm范圍內。由以上對比可知,UD-1能夠把大的樹脂粒子分散成較小的樹脂粒子,也就是說其具有溶解分散樹脂的功能。通過樹脂控制劑UD-1的分散溶解作用,在制漿造紙系統中,將大的樹脂粒子分散成較小的粒子,然后通過過濾洗滌作用,隨洗滌水排出,從而達到消除樹脂的目的。2.3樹脂控制劑ud-1使用前后懸浮液黏度的對比樹脂的黏度越大,對制漿造紙設備的黏附性越大,越容易造成樹脂障礙問題。良好的樹脂控制劑也要具有較好的脫黏、鈍化作用,使膠蠟物粒子黏性降低。樹脂控制劑UD-1使用前后懸浮液黏度對比如圖7所示。由圖7可以看出,不管是否使用樹脂控制劑UD-1,隨著溫度的升高,分散體系的黏度均程下降趨勢,且使用樹脂控制劑UD-1比未使用UD-1時黏度下降更為明顯。可見,樹脂控制劑UD-1能有效降低樹脂的黏度,從而使樹脂的表面張力下降,減少了其沉積黏附在設備上的能力,從而可以防止樹脂障礙的產生。3樹脂去除效果及作用(1)使用UD-1作為樹脂控制劑的最佳工藝為:UD-1用量0.1%、溫度60℃、pH值7.0、反應時間60min。在該條件下桉木APMP漿