超声化学法协同生物酶处理对杨木高得率浆性能的影响

作     者：蒋启蒙 

作者单位：齐鲁工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：杨桂花

授予年度：2017年

学科分类：082903[工学-林产化学加工工程] 08[工学] 0829[工学-林业工程] 082201[工学-制浆造纸工程] 0822[工学-轻工技术与工程] 

主      题：杨木 高得率浆 处理 超声波 性能 

摘      要：在我国,速生杨木因其具有生长周期短、可再生性强、纤维质量优良等优点使其成为制浆造纸行业的优选纤维原料,其应用研究也得到了快速发展。但速生杨高得率浆存在强度性能差、细小纤维组分含量高等缺陷限制了其应用范围的进一步扩大。为了改善速生杨高得率浆的性能,本论文对速生杨高得率浆进行了超声化学法协同生物酶处理,采用加拿大游离度测定仪(CSF)、纤维质量分析仪(FQA)、比表面积测定仪(SSA)、表面电荷密度测定仪、环境扫描电镜(SEM)、热重分析仪等现代分析仪器对处理前后纸浆的纤维性能进行了分析检测,探讨了不同的预处理条件对速生杨高得率浆性能的影响,优化确定了不同处理方法的较适宜处理工艺条件。首先探讨了超声波协同木聚糖酶处理对速生杨化学机械浆(CMP)的影响。较理想的处理条件为超声波功率120 W、木聚糖酶用量30 U/g、反应温度40C和反应时间30min。在此条件下,与未经过处理CMP纸浆CSF 450 mL相比,经过单独木聚糖酶处理和超声波协同木聚糖酶处理的纸浆CSF分别增加到675 mL和700 mL,分别增加了50.0%和55.6%。与未经过处理CMP纸浆比表面积4.8 m/g相比,经过单独木聚糖酶处理和超声波协同木聚糖酶处理的纸浆比表面积分别增加到6.0 m/g和6.5 m/g,分别提高了25.0%和35.4%。SEM图片显示,木聚糖酶单独处理以及超声波协同木聚糖酶处理均能改变纤维表面形貌,促进纤维分丝帚化,而且超声波协同木聚糖酶处理效果更明显。FQA结果显示,木聚糖酶单独处理和超声波协同木聚糖酶处理对纸浆纤维的平均长度和宽度影响较小,但对纸浆中细小纤维含量有所影响,细小纤维含量分别降低了15.3%和33.3%。经过单独木聚糖酶处理和超声波协同木聚糖酶处理后,CMP纸浆纤维表面的分丝帚化和细纤维化程度提高,纤维表面更加疏松和多孔,改善了高得率纸浆纤维的滤水性能和纤维内部孔径分布,提高了纸浆纤维质量,而且超声波协同木聚糖酶处理好于单独木聚糖酶处理。其次探讨了超声波协同离子液体(1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐[AMIM]Cl)处理对速生杨化学热磨机械浆(CTMP)纤维性能的影响。结果表明,较理想的预处理条件为超声波功率120 W、离子液体用量5 mL/g、反应温度60C和反应时间30 min。此条件下,相对于未处理纸浆CSF 760 mL,经过离子液体单独处理和超声波协同离子液体处理后的CTMP浆的CSF分别降低到580 mL和550 mL,分别降低了23.7%和27.6%;相对于未处理纸浆保水值(WRV)1.45 g/g,经过离子液体单独处理和超声波协同离子液体处理后的纸浆WRV分别提高到1.68 g/g和1.76 g/g,分别提高了15.9%和21.4%;相对于未处理纸浆纤维表面电荷密度-10μeq/g,经过离子液体单独处理和超声波协同离子液体处理后的纸浆纤维表面电荷密度量分别降低到-16μeq/g和-18μeq/g,分别降低了60.0%和80.0%。与未处理纸浆相比,经过离子液体单独处理和超声波协同离子液体处理后的纸浆纤维平均长度分别降低了8.0%和8.2%,平均宽度分别增加了1.0%和5.4%,比表面积分别增加了47.3%和134.1%,扭结指数分别增加了9.5%和20.3%。在纸浆强度方面,与未处理纸浆相比,经过离子液体处理后的纸浆抗张指数、撕裂指数、耐破指数和耐折次数分别增加了30.1%、32.0%、8.8%和100.0%,而经过超声波协同离子液体处理后的纸浆则分别增加了41.0%、36.0%、11.7%和150.0%。在改善纸浆强度方面,超声波协同离子液体处理效果好于单独离子液体处理。最后探讨了超声波协同化学药剂(氢氧化钠溶液)处理对杨木CTMP浆性能的影响。结果表明,较理想的预处理条件为氢氧化钠溶液浓度为3%、反应温度为30C和反应时间为30 min。此条件下,在滤水性方面,与未处理纸浆CSF 504 mL相比,经过单独氢氧化钠处理和超声波协同氢氧化钠处理的纸浆的CSF分别增加到565 m L和605 mL,分别提高了12.1%和20.0%,纸浆滤水性能有所改善;同时,纸浆中纤维素含量分别增加了19.4%和20.5%,半纤维素含量分别降低了23.6%和31.3%,酸不溶木素含量分别降低了7.9%和11.9%,酸溶木素含量分别降低了4.5%和27.3%,在纤维质量方面,FQA分析显示,与未处理CTMP纸浆相比,经过氢氧化钠单独处理和超声波协同氢氧化钠处理后纸浆纤维平均长度分别增加了3.8%和1.0%,平均宽度分别降低了2.8%和2.1%,细小纤维含量分别降低了18.3%和19.7%。在纸浆强度方面,与未处理CTMP纸浆相比,经过氢氧化钠溶液单独处理后纸浆的抗张指数、耐破指数和撕裂指数分别增加了42.2%、72.9%、4