杨木化学机械浆中溶解与胶体物质的研究

论文摘要

近年来,高得率化学机械浆受到越来越多的重视。在化机浆制浆过程中,会产生大量的溶解与胶体物质（dissolved and colloidal substances,简称DCS）,其中包括树脂酸、脂肪酸、聚糖、果胶酸、木素类物质等。这些物质释放到浆水体系中会给湿部操作和产品质量带来严重的影响。本文以杨木APMP和杨木BCTMP为原料,对纸浆中的溶解与胶体物质进行了研究。首先对纸浆中的DCS进行了表征,利用GC-MS技术对DCS的化学组成进行了分析;其次研究了其对纸浆物理性能、光学性能及滤水性能的影响;最后研究了阳离子聚合物和果胶酶处理对DCS产生的影响。研究结果表明,浆水体系DCS中DS部分占其含量的60%左右,灰分含量为50%左右。DCS的阳离子需要量和浊度主要由胶体物质贡献。胶体物质对水样的电导率贡献很少,溶解物质的浓度是水样电导率的决定性因素。通过GC-MS分析水样,定量确定了MTBE抽出物中的八种脂肪酸:十二酸、十五酸、软脂酸、十七酸、亚麻酸、硬脂酸、亚油酸、油酸。通过GC-MS分析水样中的碳水化合物组分,定量确定了六种成分分别为:木糖、阿拉伯糖、葡萄糖、半乳糖、半乳糖醛酸、甘露糖。浆水体系中的DCS对纸张白度及物理强度性能有非常不利的影响。DCS的存在导致纸张白度降低。DCS中胶体物质影响纤维间的氢键结合,降低了纤维间的结合力,从而导致纸张抗张强度、耐破度和撕裂度的降低。随着体系中DCS浓度的增加,阳离子聚丙烯酰胺的助留助滤效果明显降低。其主要是因为阳离子聚合物被优先吸附到DCS上而不是纤维上,与DCS形成了聚电解质复合体,从而降低了阳离子聚丙烯酰胺对微粒的絮聚能力,从而影响了浆料的滤水性能。果胶酶能够降解DCS中的果胶物质,利用果胶酶处理DCS水,可以降低其阳离子需要量。当酶用量为30 APSU/L,处理时间为60分钟时,APMP和BCTMP水样的阳离子需要量比对照样降低24.2%和20.3%。阳离子聚合物的加入能够使得DCS失稳,有效地降低水样的阳离子需要量。高分子质量低电荷密度的CPAM和阳离子淀粉通过桥联机理使DCS失稳,而低分子质量高电荷密度的PDADMAC通过电荷补丁或电荷中和机理使DCS失稳。将阳离子聚合物和生物处理相结合能更加有效地降低水样的阳离子需要量。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 杨木制浆
• 1.1.1 杨木的纤维特性与化学成分
• 1.1.2 杨木化学机械浆的发展
• 1.1.3 杨木化学机械浆中的阴离子垃圾
• 1.2 白水中溶解与胶体物质的来源
• 1.2.1 木材原料
• 1.2.2 废纸回用
• 1.2.3 化学添加剂
• 1.3 DCS 对造纸系统和纸页质量的影响
• 1.3.1 对纸张质量的影响
• 1.3.2 系统的腐蚀和堵塞
• 1.3.3 生产状况的改变
• 1.4 化学机械浆白水DCS 组分的分离和分析方法
• 1.4.1 离心过滤分离法
• 1.4.2 化学分离分析法
• 1.4.3 离子交换色谱分离法
• 1.4.4 白水DCS 组分参数的测定
• 1.4.5 仪器分析方法
• 1.5 白水中DCS 的去除技术
• 1.5.1 膜过滤技术
• 1.5.2 化学絮凝
• 1.5.3 浮选法
• 1.5.4 生物菌处理
• 1.5.5 酶处理
• 1.5.6 氧化处理
• 1.5.7 蒸发技术
• 1.5.8 加入改性片沸石法
• 1.5.9 冷冻结晶法
• 1.5.10 洗涤
• 1.5.11 将DCS 保留在纤维中
• 1.6 论文的研究目的、意义及内容
• 1.6.1 研究的目的和意义
• 1.6.2 研究内容
• 第2章 杨木化学机械浆中溶解与胶体物质的特性分析
• 2.1 实验原料与方法
• 2.1.1 实验原料与药品
• 2.1.2 实验方法
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 模拟白水中DCS 的宏观特性分析
• 2.2.2 水样中DCS 的粒度分析
• 2.2.3 DCS 中脂肪酸和树脂酸的GC-MS 分析
• 2.2.4 DCS 中碳水化合物的GC-MS 分析
• 2.3 小结
• 第3章 溶解与胶体物质对纸浆性能的影响
• 3.1 实验
• 3.1.1 原料
• 3.1.2 实验方法
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 DCS 对纸张光学性能的影响
• 3.2.2 DCS 对纸张松厚度的影响
• 3.2.3 DCS 对纸张裂断长的影响
• 3.2.4 DCS 对纸张撕裂指数的影响
• 3.2.5 DCS 对纸张耐破指数的影响
• 3.2.6 DCS 在纤维上吸附的扫描电镜观察
• 3.2.7 DCS 对施胶的影响
• 3.2.8 DCS 对纤维留着和滤水性能的影响
• 3.3 结论
• 第4章 生物酶处理与阳离子聚合物处理DCS
• 4.1 实验原料与方法
• 4.1.1 实验原料
• 4.2 实验方法
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 酶处理对DCS 水样性质影响
• 4.3.2 阳离子聚合物用量对其与DCS 之间作用的影响
• 4.3.3 阳离子聚合物结合酶处理对水样阳离子需要量的影响
• 4.4 小结
• 第5章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文