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废旧瓦楞纸回用过程中纤维物理性能变化及改性研究

作　者: 巫山
导　师: 薛国新；唐艳军
学　校: 浙江理工大学
专　业: 材料物理与化学
关键词: OCC浆料回用物理强度 CPAM/CMC自组装表面分析
分类号: TS71
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

由于我国木材资源的匮乏,瓦楞原纸的制造原料主要来源于废旧瓦楞纸板(OCC)。OCC浆料在多次回用过程中,浆料纤维物理强度性能发生不可避免的衰变,导致回用纸页强度性能下降。本文系统的研究了OCC浆料纤维回用过程中的衰变规律,并且通过CPAM/CMC对回用浆料纤维进行层间自组装处理,从而明显改善回用纸页强度性能。首先,探讨打浆对OCC浆料物理强度性能、滤水性能以及纤维形态的影响,实验结果表明,打浆能够有效改善OCC浆强度性能,浆料打浆度从19°SR升高到39°SR,纸页的裂断长、环压指数和耐破指数持续上升,分别上升了39.38%、59.40%、66.67%;而纸页的耐折度、撕裂指数呈现先上升后下降趋势。DFR动态滤水分析表明,浆料打浆度升高,浆料滤水时间相应增加,滤水性能明显变差。高倍显微镜和扫描电镜(SEM)分析结果显示,打浆程度加重,纤维出现明显的分丝帚化以及切断现象,纤维平均长度总体呈下降趋势。得出了浆料较合适的打浆度为31°SR。其次,研究了OCC纸浆多次回用过程中纤维的物理强度变化规律,并借助SEM和傅里叶红外光谱(FT-IR)表面分析手段对回用纤维的表面性能进行了分析。研究表明,浆料回用过程中纸页的物理强度性能呈持续下降趋势。纸页裂断长、耐折度、撕裂指数、环压指数和耐破指数从0次回用到2次回用分别减少了33.97%、78.58%、42.16%、45.51%、49.63%;而从2次回用到5次回用时纸页裂断长、耐折度、撕裂指数、环压指数和耐破指数分别减少了27.27%、0%、37.07%、23.86%、35.29%。在回用过程中,OCC浆纤维的保水值也呈下降趋势,0次回用到2次回用浆料保水值减少了12.54%;而从2次回用浆料到5次回用浆料时减少了20.58%。SEM分析结果显示,随着回用次数的增加,纤维表面变得越来越粗糙,当回用次数达到3次时纤维便有裂开的痕迹。FT-IR分析表明,随着OCC浆回用次数的增加,氢键特征吸收频率发生偏移,表明“纤维-纤维”间不可逆氢键增加。再次,研究了CPAM/CMC层间自组装对OCC浆料二次纤维物理强度性能的影响,同时对浆料的电荷特性以及自组装纤维的表面性能进行了分析。研究结果表明:CPAM/CMC在pH=5.5、pH=7.5、pH=9.5体系环境中对浆料纤维进行自组装,纸页的裂断长分别提高了82.82%、71.37%、38.93%;相应地,耐折度提高了550.32%、442.18%、532.12%,环压指数提高了92.88%、86.53%、72.75%,由此可见,自组装处理浆料纤维对纸页耐折度的改善程度最大。并且对比发现,在酸性浆料环境中,自组装对纸页强度性能改善较为有益。通过对回用过程浆料Zeta电位进行测定,CPAM/CMC在pH=5.5浆料环境中自组装对Zeta电位的改变量最大,同时SEM和FT-IR测试,得出纤维表面吸附有CPAM/CMC聚合物电解质。最后,研究并比较了OCC浆料多次回用过程中进行自组装与未组装的物理强度性能及其纤维表面性能。通过对回用纤维进行CPAM/CMC层间自组装,回用纤维的物理强度性能及表面性能得到了很大改善。自组装处理5次回用浆料纤维比未自组装纤维0次回用物理强度性能还要好。裂断长、耐折度、耐破指数和环压指数还分别提高了24.05%、299.78%、26.67%、41.79%。通过SEM和FT-IR对自组装回用纤维进行观察及测试,得出随着浆料纤维回用次数的增加聚电解质在纤维表面的吸附量逐渐减少。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-11
第一章绪论  11-24
  1.1 瓦楞纸板的发展现状  11-14
    1.1.1 世界瓦楞纸板的发展现状  11-12
    1.1.2 中国瓦楞纸板的发展现状  12-14
  1.2 二次纤维研究现状  14-15
    1.2.1 国外二次纤维研究现状  14
    1.2.2 国内二次纤维研究现状  14-15
  1.3 二次纤维的化学改性研究  15-19
    1.3.1 二次纤维改性方法  15-16
    1.3.2 阴离子聚丙烯酰胺对二次纤维改性  16
    1.3.3 阳离子聚丙烯酰胺对二次纤维改性  16-17
    1.3.4 羧甲基纤维素钠对二次纤维改性  17
    1.3.5 阳离子淀粉对二次纤维改性  17-18
    1.3.6 水性环氧树脂对二次纤维改性  18
    小结  18-19
  1.4 层间自组装在纤维改性中的应用  19-22
  1.5 本论文研究内容  22-24
    1.5.1 研究意义  22-23
    1.5.2 研究内容  23
    1.5.3 课题的创新点  23-24
第二章实验材料、仪器与方法  24-33
  2.1 实验原材料及化学药品  24
    2.1.1 实验原材料  24
    2.1.2 实验化学药品  24
  2.2 实验主要仪器及设备  24-25
  2.3 实验方案  25-26
  2.4 仪器使用及实验方法  26-33
    2.4.1 实验方法  26-27
    2.4.2 浆料性能测定  27-28
    2.4.3 纸页物理性能及纤维表面性能测定  28-33
第三章打浆对OCC 浆纤维形态及纸张强度的影响  33-41
  3.1 打浆对OCC 纤维长度的影响  33-36
  3.2 打浆对OCC 浆物理强度性能的影响  36-37
  3.3 打浆对OCC 浆料滤水性能和保水值的影响  37-38
  3.4 不同打浆度的OCC 浆料纤维形态的观察  38-40
  3.5 本章小结  40-41
第四章多次回用对OCC 浆强度及纤维表面性能的影响  41-54
  4.1 多次回用对OCC 纤维长度的影响  41-46
  4.2 多次回用对OCC 浆物理强度性能和纤维表面性能的影响  46-53
    4.2.1 多次回用对OCC 浆物理强度性能的影响  46-48
    4.2.2 多次回用对OCC 浆料保水值的影响  48-49
    4.2.3 多次回用对OCC 浆料滤水性能的影响  49-50
    4.2.4 不同回用次数下OCC 浆料纤维形态的观察  50-52
    4.2.5 不同回用次数下OCC 浆料纤维的氢键分析  52-53
  4.3 本章小结  53-54
第五章聚电解质层间自组装对OCC 浆强度及纤维表面性能的影响  54-65
  5.1 OCC 浆料pH 的调整  54
  5.2 OCC 浆料Zeta 电位  54-56
  5.3 CPAM/CMC 层间自组装对OCC 浆物理强度性能的影响  56-59
  5.4 CPAM/CMC 层间自组装对OCC 浆料保水值和滤水性能的影响  59-60
  5.5 CPAM/CMC 层间自组装对OCC 浆料Zeta 电位的影响  60-61
  5.6 CPAM/CMC 层间自组装OCC 浆料单根纤维形态观察  61-62
  5.7 CPAM/CMC 层间自组装OCC 浆料纤维表面FT–IR 变化  62-64
  5.8 本章小结  64-65
第六章层间自组装对回用浆料强度及纤维表面性能的影响  65-71
  6.1 层间自组装对回用纸页强度的影响  65-67
  6.2 层间自组装对回用浆料滤水性能及保水值的影响  67-68
  6.3 回用纤维层间自组装表面SEM 分析  68-69
  6.4 回用纤维层间自组装表面FT–IR 分析  69-70
  6.5 本章小结  70-71
第七章结论与展望  71-74
  7.1 结论  71-73
  7.2 展望  73-74
参考文献  74-80
致谢  80-81
攻读硕士学位期间论文发表情况  81

废旧瓦楞纸回用过程中纤维物理性能变化及改性研究

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