CN103966891A - 一种纤维浆粕的制备方法及其制备的纤维浆粕 - Google Patents

Abstract

一种纤维浆粕的制备方法及其制备的纤维浆粕。本发明提供一种纤维浆粕的制备方法，包括二种以上三种化学组成相同、长径比不同的纤维，以任意比例混合，在打浆设备中进行打浆。所述纤维选自短切纤维、能够分丝帚化的天然纤维或能够分丝帚化的人造纤维；优选自短切纤维；更优选具有原纤化结构的短切纤维。本发明还提供所述制备方法制备得到的纤维浆粕。本发明将不同长径比的纤维混合打浆，长径比较大的纤维可以在打浆前期增加摩擦，使得纤维在柔和的外力作用下仍可提前发生原纤化，从而提高了打浆效率、降低了打浆能耗；长径比较小的纤维可以避免长径比大的纤维间的缠结，使浆粕中纤维更均匀。

Description

一种纤维浆粕的制备方法及其制备的纤维浆粕

技术领域

本发明属于造纸领域，具体涉及一种纤维浆粕的制备方法及其制备的纤维浆粕。

背景技术

造纸工业中，在纸张成形前，都须利用物理方法处理纸浆纤维，使得纤维形态和结构发生变化，如使其变形、压溃、帚化分丝等，从而使浆料性能适应纸机的生产要求和纸张的预期质量要求。这种使纤维受到摩擦、剪切和压溃等作用的操作过程称为打浆。目前造纸工业中使用的纤维原料种类众多，对于某些具有原纤化结构的纤维原料而言，打浆过程中也伴随着原纤化过程的发生，即在外力作用下纤维主体形成更加细小的原纤的过程，具体表现在纤维皮层剥落、结构疏松、轴向劈裂、解离等变化。打浆是实现纤维原纤化的物理方法，具体操作为将短切纤维在水中分散后再通过各种打浆设备对其进行机械叩解和研磨，使得纤维表面产生大量微纤状毛羽而形成高度原纤化的浆粕。

原纤化纤维的制浆方式在发展过程中也不断被改进，这些改进主要集中在预处理、切丝工艺、原纤化设备改进和混合打浆方式等方面。如美国发明专利(专利号US4472241，公开日1984年9月18日)就提到了有关盘磨的齿形特点对制浆效果的影响。中国发明专利申请(公开号CN101381898A，公开日2009年3月11日)公开了通过调节预处理剂、预处理条件及磨浆工艺来提高打浆效率的方法。混合打浆技术可以在一定程度上节约能耗，但目前文献中提及的混合打浆大多着眼于不同纤维原料之间的混合，如专利号US5094913的美国发明专利(公开日1992年3月10日)中公开了使用间位芳纶和对位芳纶混合打浆或者是芳纶纤维和其他合成纤维混合打浆。对于单一种类的纤维原料打浆，仍没有既便捷又节能的优化方法。另外，上述改进措施仍然没有解决原纤化浆粕的制备过程中存在的纤维长度分布不可控、纤维长度和打浆度不可同时兼顾等问题。

发明内容

针对上述问题，本发明的一个目的在于提供一种纤维浆粕的制备方法，尤其是原纤化纤维浆粕的制备方法。该方法可以加速纤维的变形，提高打浆效率，从而降低打浆能耗。该方法还可以灵活控制纤维长度及长度分布，满足不同纸张的性能要求。

为了实现上述发明目的，本发明采用了如下的技术方案：

一种纤维浆粕的制备方法，包括二种以上化学组成相同、长径比不同的纤维，以任意比例混合，在打浆设备中进行打浆。

本发明所述制备方法，优选三种以上化学组成相同、长径比不同的纤维以任意比例混合，在打浆设备中进行打浆。

本发明所述制备方法，更优选为三种化学组成相同、长径比不同的纤维以任意比例混合，在打浆设备中进行打浆。

优选的，所述纤维的长径比分布范围为1000～3000，以及选自500～1000和100～500中的至少一种。

更优选的，所述纤维的长径比分布范围为1300～2300,以及选自600～800和300～500中的至少一种。

优选的，以所述纤维的总绝干重量为基准，三种长径比的纤维的重量百分比分别为：

长径比1000～3000的纤维10～30％，

长径比500～1000的纤维40～70％，

长径比100～500的纤维20～30％。

更优选的，以所述纤维的总绝干重量为基准，三种长径比的纤维的重量百分比分别为：

长径比1300～2300的纤维10～25％，

长径比600～800的纤维50～65％，

长径比300～500的纤维20～25％。

优选的，本发明所述纤维选自短切纤维、能够分丝帚化的天然纤维或能够分丝帚化的人造纤维；

更优选的，所述纤维选自短切纤维。

优选的，本发明所述短切纤维为具有原纤化结构的短切纤维；更优选自聚对苯二甲酰对苯二胺纤维、聚对苯撑苯并二噁唑纤维或天丝纤维。

本发明所述的制备方法，所述打浆设备优选自槽式打浆机、盘磨机、PFI磨中的一种或多种；

进一步优选的，采用槽式打浆机，在浆料固体重量百分浓度0.5～5％、挂刀负荷1～10kg、打浆时间2～24h的条件下打浆；或

采用盘磨机，在浆料固体重量百分浓度5～30％、磨浆间隙0.05～0.8mm、磨浆次数50～200的条件下打浆；或

采用PFI磨，在浆料固体重量百分浓度5～30％、打浆间隙0.1～0.5mm、打浆转数1000～10000的条件下打浆。

本发明所述的制备方法，还包括采用预处理剂对混合后的短切纤维进行预处理。

优选的，所述预处理剂选自硫酸、硝酸、盐酸、氢氧化钠、氯磺酸、氟磺酸、多聚磷酸和高锰酸钾中的一种或多种。

本发明的另一目的在于提供一种纤维浆粕，原料纤维由二种以上化学组成相同、长径比不同的纤维以任意比例混合构成，通过上述制备方法制备得到。

本发明还有一个目的在于提供一种原纤化纤维浆粕，打浆度为25～90°SR，保水值130～450％，重均长度0.5～1.5mm；由原料纤维在打浆设备中打浆得到；其中原料纤维由三种以上化学组成相同、长径比不同的具有原纤化结构的短切纤维以任意比例混合构成。

优选的，所述具有原纤化结构的短切纤维选自聚对苯二甲酰对苯二胺纤维、聚对苯撑苯并二噁唑纤维或天丝纤维。

优选的，所述打浆设备选自槽式打浆机、盘磨机、PFI磨中的一种或几种；

更优选的，采用槽式打浆机，在浆料固体重量百分浓度0.5～5％、挂刀负荷1～10kg、打浆时间2～24h的条件下打浆；或

采用盘磨机，在浆料固体重量百分浓度5～30％、磨浆间隙0.05～0.8mm、磨浆次数50～200的条件下打浆；或

采用PFI磨，在浆料固体重量百分浓度5～30％、打浆间隙0.1～0.5mm、打浆转数1000～10000的条件下打浆。

优选的，所述原纤化纤维浆粕，原料纤维由三种长径比不同的所述具有原纤化结构的短切纤维构成；其中三种长径比分布范围为1000～3000，500～1000，100～500。

更优选的，所述原纤化纤维浆粕，原料纤维由三种长径比不同的所述具有原纤化结构的短切纤维构成；其中三种长径比分布范围为1300～2300,600～800,300～500

优选的，所述原纤化纤维浆粕，以所述具有原纤化结构的短切纤维的总绝干重量为基准，三种长径比的短切纤维的重量百分比分别为：

长径比1000～3000的短切纤维10～30％，

长径比500～1000的短切纤维40～70％，

长径比100～500的短切纤维20～30％。

更优选的，所述原纤化纤维浆粕，以所述具有原纤化结构的短切纤维的总绝干重量为基准，三种长径比的短切纤维的重量百分比分别为：

长径比1300～2300的纤维10～25％，

长径比600～800的纤维50～65％，

长径比300～500的纤维20～25％。

纤维浆粕通常要求保持较大长度的同时充分细纤维化或原纤化，从而具有较大的比表面积。本发明所述纤维浆粕的制备方法，解决了如何以单一化学组成的纤维为原料，高效、节能地制备纤维浆粕的问题。本发明所述制备方法，适用于短切纤维、能够分丝帚化的天然纤维或能够分丝帚化的人造纤维，尤其适用于短切纤维，更特别适用于具有原纤化结构的短切纤维。

如果仅采用一种长径比数值较大，如1000～3000的短切纤维，则在打浆过程中，纤维容易在外力和相互作用下发生缠结，形成浆团，进而影响浆粕质量。如果仅采用一种长径比数值较小，如100～500的短切纤维，则浆粕整体纤维长度小，不能满足后续纸页的力学性能。本发明将不同长径比的短切纤维混合打浆，长径比较大的纤维可以在打浆前期增加摩擦，使得纤维在柔和的外力作用下仍可提前发生原纤化，从而提高了打浆效率、降低了打浆能耗；长径比较小的纤维可以避免长径比大的纤维间的缠结，使浆粕中纤维更均匀。

此外，本发明所述制备方法的优点还在于可以通过调整各种长径比纤维的比例来灵活控制所制得浆粕中的纤维长度分布。

通过下述实验，优化出本发明所述的纤维浆粕的制备方法。

实验1不同长径比纤维的原纤化过程

试验方法：对直径均为10μm、长度不同(1mm、3mm、5mm、7mm、10mm、12mm)的聚对苯二甲酰对苯二胺纤维用盘磨在相同打浆工艺(浆浓10％，磨浆间隙0.1mm)下进行打浆，测试不同磨浆次数下每种纤维的微观形态(SEM)和打浆度变化。

实验结果：见表1。

表1 实验例1结果

由上表可以看出，当纤维的长度在1～3mm(长径比在100～300)时，纤维原纤化的进度很缓，而当纤维的长度在10～12mm(长径比在1000～1200)时，虽然其在打浆初期原纤化进程快于长度在5～7mm(长径比在500～700)的纤维，但在打浆后期，其原纤化进程减缓。观察扫描电镜可以发现，长度在10～12mm(长径比在1000～1200)的纤维在打浆过程中部分发生缠结，并且长度12mm的纤维发生缠结多于长度为10mm的纤维。

因此，长径比不同的纤维，在打浆过程中的表现不同。长径比数值较小的纤维，原纤化进展缓慢；长径比数值较大的纤维，原纤化进程先快后缓，且出现纤维的缠结。

实验2不同长径比纤维的重量配比对原纤化的影响

试验方法：对直径均为10μm、长度不同(1mm、5mm、10mm)的聚对苯二甲酰对苯二胺纤维按不同质量比用盘磨在相同打浆工艺(浆浓10％，磨浆间隙0.1mm)下进行打浆，测试不同磨浆次数下各配比纤维的打浆度变化。

实验结果：见表2。

表2 实验例2结果

由上表可以看出，当长径比1000(纤维长度10mm)的纤维未加入时，打浆前期纤维原纤化的进度很缓慢。随着长径比1000的纤维的加入，纤维原纤化进程显著加快。但长径比1000纤维的加入量大于30％时，由扫描电镜可观察到纤维发生缠结的现象大量加剧。

因此，长径比数值较大的纤维(长径比>1000)的存在，对纤维原纤化进程有显著的影响，其是本发明所述纤维浆粕制备方法中，必要的纤维原料之一。但是所述长径比数值较大的纤维的重量百分比应当小于30％，否则纤维在打浆过程中会发生缠结。

另外，即使都含有长径比数值较大的纤维，三种长径比纤维的配方，纤维原纤化进程以及最后的原纤化程度都好于两种长径比纤维的配方。

附图说明

以下，结合附图来详细说明本发明的实施方案，其中：

图1显示的是实施例1打浆初期和末期纤维的电镜照片，其中1a显示的是打浆0.5h时的纤维电镜照片，1b显示的是打浆4.5h时的纤维电镜照片。

具体实施方式

以下参照具体的实施例来说明本发明。本领域技术人员能够理解，这些实施例仅用于说明本发明，其不以任何方式限制本发明的范围。

下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的药材原料、试剂材料等，如无特殊说明，均为市售购买产品。

实施例1一种原纤化聚对苯二甲酰对苯二胺纤维浆粕

原料纤维由三种长径比的聚对苯二甲酰对苯二胺短切纤维(国产)组成为，具体为：

(1)纤维A：长9mm，直径6μm，长径比1500，重量百分比25％；

(2)纤维B：长8mm，直径10μm，长径比800，重量百分比50％；

(3)纤维C：长6mm，直径12μm，长径比500，重量百分比25％。

通过如下方法制备：

(1)测试每种短切纤维原料的干度；

(2)按照重量百分比称取纤维A，B和C，混合，总绝干重量100g；

(3)将混合的短切纤维与10kg水混合；

(4)采用槽式打浆机进行打浆，打浆工艺为：固体重量百分比浓度0.99％，挂刀负荷5kg，打浆时间5h，即得目标产品。

本实施例所制得的原纤化聚对苯二甲酰对苯二胺浆粕具有以下性能：打浆度32°SR、保水值170.9％、重均长度0.98mm。

打浆0.5h和打浆5h时，分别取浆粕在500倍电镜下观察纤维的形态。纤维的电镜照片见图1a和1b。图1a显示，聚对苯二甲酰对苯二胺短切纤维仅在表面有少量分丝，纤维整体仍然保持直棒状形态。图1b显示，经过不同长径比的纤维混合打浆后，纤维呈膜状或纤条状。说明短切纤维原纤化完全。

实施例2一种原纤化天丝纤维浆粕

原料纤维由三种长径比的天丝短切纤维(国产)组成为，具体为：

(1)纤维A：长8mm，直径6μm，长径比1333，重量百分比20％；

(2)纤维B：长6mm，直径8μm，长径比750，重量百分比60％；

(3)纤维C：长6mm，直径13μm，长径比462，重量百分比20％。

通过如下方法制备：

(1)测试每种短切纤维原料的干度；

(2)按照重量配比称取纤维A，B和C，混合，总绝干重量1kg；

(3)将混合的短切纤维与4kg水混合；

(4)采用盘磨机进行打浆，打浆工艺为：固体重量百分比浓度20％，磨浆间隙0.1mm，磨浆次数80次，得到目标产品。

本实施例制得的原纤化天丝纤维浆粕具有以下性能：打浆度46°SR、保水值230.6％、重均长度0.77mm

实施例3一种原纤化聚对苯撑苯并二噁唑纤维(PBO)浆粕

原料纤维由三种长径比的PBO短切纤维(国产)组成为，具体为：

(1)纤维A：长12mm，直径6μm，长径比2000，重量百分比10％；

(2)纤维B：长6mm，直径10μm，长径比600，重量百分比65％；

(3)纤维C：长4mm，直径12μm，长径比333，重量百分比20％。

通过如下方法制备：

(1)测试每种短切纤维原料的干度；

(2)按照重量配比称取纤维A，B和C，混合，总绝干重量0.2kg；

(3)将混合的短切纤维与3.8kg水混合；

(4)采用PFI磨进行打浆，打浆工艺为：固体重量百分比浓度5％，磨浆间隙0.5mm，磨浆10000转，得到目标产品。

本实施例制得的原纤化PBO浆粕具有以下性能：打浆度37°SR、保水值212.5％、重均长度0.89mm

实施例4一种棉纤维浆粕

原料纤维由三种长径比范围的棉纤维(国产)组成为，具体为：

(1)纤维A：长45±2mm，直径12±1μm，长径比3300～4000，重量百分比25％；

(2)纤维B：长33±2mm，直径12±1μm，长径比2400～3200，重量百分比55％；

(3)纤维C：长23±2mm，直径12±1μm，长径比1600～2300，重量百分比20％。

通过如下方法制备：

(1)测试每种短切纤维原料的干度；

(2)按照重量配比称取纤维A，B和C，混合，总绝干重量1kg；

(3)将混合的短切纤维与9kg水混合；

(4)采用盘磨机进行打浆，打浆工艺为：固体重量百分比浓度10％，磨浆间隙0.1mm，磨浆次数50次，得到目标产品。

本实施例制得的棉纤维浆粕具有以下性能：打浆度36°SR、保水值110.5％、重均长度1.18mm。

对比例1纤维长径比组成对原纤化聚对苯二甲酰对苯二胺纤维浆粕浆粕性能的影响

原料纤维(聚对苯二甲酰对苯二胺纤维(国产))组成：

方案1：(1)纤维A：，长9mm，直径6μm，长径比1500，重量百分比23％；

(2)纤维B：长8mm，直径10μm，长径比800，重量百分比54％；

(3)纤维C：长6mm，直径12μm，长径比500，重量百分比23％。

方案2：纤维A，长9mm，直径6μm，长径比1500，重量百分比100％；

方案3：纤维B，长8mm，直径10μm，长径比800，重量百分比100％；

方案4：纤维C，长6mm，直径12μm，长径比500，重量百分比100％。

上述四种方案均采用以下制备流程：

(1)测定各种短切纤维的干度；

(2)按照重量百分比称取各种纤维，混合(如需要)，总绝干重量为100g；

(3)将原料短切纤维与10kg水混合；

(4)采用槽式打浆机进行打浆，打浆工艺为：固体重量百分比浓度0.99％，挂刀负荷5kg，打浆时间5h，即得目标产品。

四种方案制得的原纤化浆粕的性能见表3。

表3四种方案的原纤化浆粕性能

方案号	打浆度/°SR	保水值/％	重均长度/mm	扭结指数/1/m
					1	32	170.9	0.98	586.8
2	29	161.3	0.87	758.9
					3	30	155.5	0.67	613.2
4	26	150.2	0.53	557.4

由表3可以看出：

(1)方案1得到的原纤化浆粕的打浆度、保水值、重均长度均高于其它三种方案，扭结指数小于方案2和3。说明方案1得到的浆粕性能优于其它方案的浆粕。

(2)方案2原料的平均长度虽然大于方案1，但由于大量长纤维在打浆过程中互相缠结，所得到的浆粕的重均长度略小于方案1，且方案2得到的浆粕的扭结指数远高于方案1，纤维缠结后不利于纤维之间的搭接，且容易在纸页成形过程中形成浆团，影响纸页均一性和力学性能。

(3)方案3得到的浆粕的保水值与方案1相差较大，可见方案1相比方案3纤维间的摩擦较大，有利于原纤的形成和浆粕比表面积的增大。

(4)方案4得到的浆粕的重均长度远小于方案1，不利于纸页的力学性能。

结论：

方案1体现的混合长径比的纤维组成配方，明显优于单一长径比的纤维组方，其所制备得到的浆粕能够更好地满足后续造纸工艺的要求，有利于提高纸张性能。

以上对本发明具体实施方式的描述并不限制本发明，本领域技术人员可以根据本发明做出各种改变或变形，只要不脱离本发明的精神，均应属于本发明所附权利要求的范围。

Claims (10)

1.一种纤维浆粕的制备方法，包括二种以上，优选三种以上，更优选三种化学组成相同、长径比不同的纤维，以任意比例混合，在打浆设备中进行打浆。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述纤维的长径比分布范围为1000～3000，以及选自500～1000和100～500中的至少一种；

优选的，所述纤维的长径比分布范围为1300～2300，以及选自600～800和300～500中的至少一种。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，以所述纤维的总绝干重量为基准，三种长径比的纤维的重量百分比分别为：

长径比1000～3000的纤维10～30％，

长径比500～1000的纤维40～70％，

长径比100～500的纤维20～30％；

优选的，以所述纤维的总绝干重量为基准，三种长径比的纤维的重量百分比分别为：

长径比1300～2300的纤维10～25％，

长径比600～800的纤维50～65％，

长径比300～500的纤维20～25％。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述纤维选自短切纤维、能够分丝帚化的天然纤维或能够分丝帚化的人造纤维；

优选的，所述纤维选自短切纤维。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述短切纤维为具有原纤化结构的短切纤维；优选自聚对苯二甲酰对苯二胺纤维、聚间苯二甲酰间苯二胺纤维、聚对苯撑苯并二噁唑纤维或天丝纤维。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述打浆设备选自槽式打浆机、盘磨机、PFI磨中的一种或几种；

优选的，采用槽式打浆机，在浆料固体重量百分浓度0.5～5％、挂刀负荷1～10kg、打浆时间2～24h的条件下打浆；或

采用盘磨机，在浆料固体重量百分浓度5～30％、磨浆间隙0.05～0.8mm、磨浆次数50～200的条件下打浆；或

采用PFI磨，在浆料固体重量百分浓度5～30％、打浆间隙0.1～0.5mm、打浆转数1000～10000的条件下打浆。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的制备方法，其特征在于，还包括采用预处理剂对混合后的短切纤维进行预处理；所述预处理剂优选自硫酸、硝酸、盐酸、氢氧化钠、氯磺酸、氟磺酸、多聚磷酸和高锰酸钾中的一种或多种。

8.一种纤维浆粕，原料纤维由二种以上化学组成相同、长径比不同的纤维以任意比例混合构成，通过权利要求1至6中任一所述制备方法制备得到。

9.一种原纤化纤维浆粕，打浆度为25～90°SR，保水值130～450％，重均长度0.5～1.5mm；由原料纤维在打浆设备中打浆得到；其中原料纤维由三种以上化学组成相同、长径比不同的具有原纤化结构的短切纤维以任意比例混合构成；

优选的，所述具有原纤化结构的短切纤维选自聚对苯二甲酰对苯二胺纤维、聚间苯二甲酰间苯二胺纤维、聚对苯撑苯并二噁唑纤维或天丝纤维；

优选的，所述打浆设备选自槽式打浆机、盘磨机、PFI磨中的一种或几种；

更优选的，采用槽式打浆机，在浆料固体重量百分浓度0.5～5％、挂刀负荷1～10kg、打浆时间2～24h的条件下打浆；或

采用盘磨机，在浆料固体重量百分浓度5～30％、磨浆间隙0.05～0.8mm、磨浆次数50～200的条件下打浆；或

采用PFI磨，在浆料固体重量百分浓度5～30％、打浆间隙0.1～0.5mm、打浆转数1000～10000的条件下打浆。

10.根据权利要求9所述的原纤化纤维浆粕，其特征在于，原料纤维由三种长径比不同的所述具有原纤化结构的短切纤维混合构成，其中三种长径比分布范围为1000～3000，500～1000，100～500，优选为1300～2300,600～800,300～500；

优选的，以所述具有原纤化结构的短切纤维的总绝干重量为基准，三种长径比的短切纤维的重量百分比分别为：

长径比1000～3000的短切纤维10～30％，

长径比500～1000的短切纤维40～70％，

长径比100～500的短切纤维20～30％；

更优选的，以所述具有原纤化结构的短切纤维的总绝干重量为基准，三种长径比的纤维的重量百分比分别为：

长径比1300～2300的纤维10～25％，

长径比600～800的纤维50～65％，

长径比300～500的纤维20～25％。