木浆中早材晚材比例对打浆性质的影响及浆料特性分析

1. 针叶木浆和阔叶木浆的打浆

木材纤维一般分为针叶木纤维和阔叶木纤维两大类。对同一种制浆方法，阔叶木浆比针叶木浆需要打到更高的打浆度，才能取得相近的物理强度。但是，阔叶木纤维较短，既要提高其打浆度，又要尽量避免过多切断，因而要获得相近的物理强度很难做到。因此，阔叶木浆一般只能经受轻度打浆，取得不太高的物理强度。一般阔叶木浆不宜单独用来抄造较高质量的纸张，通常与针叶木浆或棉麻浆等长纤维浆配合进行抄纸，以提高纸张的物理强度。针叶木浆的纤维较长，其平均长度为2～3.5mm，在打浆时通常需要切断至0.6～1.5mm，以保证抄得匀度较好的纸张。

在木浆中，早材与晚材的比例不同，也会影响到打浆的性质。晚材细胞壁厚而且硬，初生壁不易被破坏，打浆时纤维容易遭到切断，且吸水润胀和细纤维化比较困难。早材细胞壁较薄，又柔软，打浆时容易分离成单根纤维，也容易分丝帚化。

2. 硫酸盐木浆和亚硫酸盐木浆的打浆

未漂硫酸盐落叶松浆、马尾松浆与红松浆、鱼鳞松浆相比，前两者难于打浆，成纸的强度也较差。落叶松、马尾松硫酸盐浆的打浆较困难，成纸强度差，主要是由于落叶松、马尾松的晚材比例大。为了改善落叶松、马尾松硫酸盐浆的成纸强度，在打浆时宜用逐渐加重的下刀方法，打浆浓度适当增高，打浆时间适当延长，成浆打浆度也可适当提高，这些均有利于增强纤维间的结合力，提高成纸的物理强度。

不同硬度的未漂硫酸盐木浆的质量指标如表2-23所示。未漂硫酸盐硬浆非常强韧，适用于生产水泥袋纸、电缆纸等。这种浆难于打浆，如采用普通浓度（如4%～6%）进行打浆，往往需要下重刀进行切断和疏解，但打浆度提高缓慢，纤维也不易细纤维化。如采用高浓（如20%～30%）打浆，则可适当增加纤维的润胀程度和柔软性，从而提高成纸的弹性。未漂硫酸盐软浆的强度也较大，适用于生产电容器纸、电话纸等。其打浆方法可采取轻刀慢打、多次落刀、较长时间的方法打成黏状浆。

表2-23 不同硬度未漂硫酸盐木浆的质量指标

对于亚硫酸盐木浆，一些研究者认为，硬浆比软浆容易打浆，这主要是由于硬浆中含有较多的半纤维素，易于吸水润胀，打浆度上升较快。另外，硬浆中较多的木素，在打浆初期也易于疏解和切断。由于软浆中半纤维素和木素含量均较少，吸水润胀程度较低，打浆度上升较慢，而下重刀又容易切断纤维，为此所需打浆时间较长。

硫酸盐木浆比亚硫酸盐木浆的打浆速度慢，但能发展至较高的机械强度。一般认为，其原因是残留木素的分布在硫酸盐浆和亚硫酸盐浆中是不同的，硫酸盐浆的木素分布在整个细胞壁中较为均匀，而亚硫酸盐浆的木素分布是集中于纤维的外层。半纤维素的分布也相似，此外，硫酸盐浆纤维的纤维素平均聚合度的分布也比亚硫酸盐浆纤维中的较为均匀。

此外需要注意的是，硫酸盐木浆的糖醛酸含量较低，而非硫酸盐木浆的糖醛酸含量较高。糖醛酸含有大量可电离的羟基，为极性基团，能促进打浆作用。总游离羟基含量越高，吸水作用越大，打浆也越容易。

一般化学机械浆不打浆，购买商品化学机械浆的纸厂，一般是用盘磨（多采用锥形磨）对纸浆进行疏解调整，使之适合上网抄造；自制浆工厂，则是在制浆过程中，采用高浓磨直接磨至目标游离度。

1. 打浆（磨浆）对化学机械浆纤维形态的影响

由于化学机械浆在制浆过程中的预处理时，纤维原料受到化学药品及较高温度的作用，胞间层得到软化，因此，在高浓磨浆时，纤维细胞主要是在胞间层发生分离，保留了较完整的初生壁（即P层）以及次生壁外层（即S₁层）。化学机械浆的浆料中，原木材中的纤维细胞主要以3种形态存在：完整纤维、纤维束和纤维碎片。

另外，化学机械浆制浆得率一般在85%～90%，因此，这种制浆方法保留了纤维原料中的大部分木素，而高的木素含量阻碍了纤维的吸水润胀，使化学机械浆纤维硬而脆。由此可见，化学机械浆在打浆过程中不易发生吸水润胀、细纤维化，而易发生断裂及碎片化。

化学机械浆制浆过程中，良好的化学预浸尤为重要。提高药液浓度或延长浸渍时间、提高温度等均可以改善浸渍效果，有助于提高成浆的强度性能。但是，纸浆的光散射系数、不透明度、纸浆得率会相应降低。一般来说，在磨浆条件一定的前提下，木片预浸化学品用量，对化学机械浆磨浆过程中纤维的吸水润胀、细纤维化，减少碎片化等作用呈正相关关系。(www.xing528.com)

图2-18为小叶桉P-RCAPMP纸浆在不同加拿大游离度下的光学显微镜照片。由图2-18可见，小叶桉P-RC APMP浆在游离度470mL时，纸浆中纤维束含量较高，甚至某些薄壁组织还没有分离，纸浆中碎片较少，但含有细胞壁剥离组分（可能是ML+S₁+部分S₂）和少量纤维细胞壁碎片，见图2-18（a）。磨浆至加拿大游离度340mL时，纤维形态仍然较为完整，桉木导管较为完整，部分纤维细胞有损伤情况，纤维表面出现微纤丝，细胞壁较薄的纤维出现纵裂帚化现象。随着磨浆程度的提高（加拿大游离度1 20mL时），纸浆游离度逐步降低，纤维发生润胀，纤维细胞壁中次生壁层次之间发生错位，出现所谓的“内帚化”现象，同时纤维切断情况有所增加，浆料中纤维细胞壁碎片逐渐增多，大部分薄壁细胞破碎，见图2-18（c）。

图2-19（a）为高游离度（470mL）小叶桉P-RC APMP纸浆电镜照片，图片清晰的显示出纸浆中存在较多的纤维束，导管形状较为完整，纤维细胞较为挺硬，纤维间结合性能差，形成的纸页松厚，透气性高，强度低。纤维存在分丝帚化现象。

图2-19（b）为低游离度（120mL）小叶桉P-RC APMP纸浆电镜照片，图片显示纸浆中纤维束消失，导管碎片化，纤维细胞壁分丝帚化显著，纤维碎片增加，由于细胞壁的润胀作用，纤维细胞挺度下降，干燥过程中，细胞壁产生扁平形变的趋势，纤维交织致密，微纤丝和纤维碎片填充于网络空格之间，纸页强度提高。

图2-18 不同游离度P-RC AMPM纸浆纤维形貌（×100倍）

图2-19 不同游离度P-RC AMPM纸浆纤维形貌（×200倍）

图2-20为一种针叶木化学机械浆精磨后的扫描电镜照片，其中图2-20（a）为经过精磨的高得率针叶木浆图片，由图可见，高得率浆经过精磨后纤维分丝帚化很少，这是由于高得率浆保留了大量的木素，纤维细胞吸水润胀困难，同时，打浆过程初生壁和次生壁外层也很难脱除，所以，高得率浆打浆时难以发生吸水润胀和分丝帚化现象。由图2-20（b）可见，低得率浆由于脱除了大量木素，因此，纤维精磨后产生了良好的分丝帚化现象。

图2-20 化学机械浆精磨纸浆纤维的表面形貌

2. 化学机械浆打浆对成纸性能的影响

图2-21为杨木APMP浆打浆与纸张物理性能的关系。由图2-21可见，纸张的裂断长随着打浆度升高而增加，在打浆度70°SR时裂断长还有继续增加的趋势，这是因为APMP浆在打浆过程中虽然基本上不发生吸水润胀、细纤维化，纤维与纤维之间的结合强度不会有明显的增加，但是，APMP浆在打浆过程中产生了大量的纤维碎片，这些碎片在纸张干燥后附着在纤维上，与纤维形成良好的氢键结合，在纤维与纤维之间起到了架桥连接的作用，从而在纤维之间产生了大量的氢键连接。所以，随着打浆度的增加，纸张的裂断长不断增加，并且，打浆度越高时，裂断长增加的幅度越大。

图2-21 杨木APMP浆磨浆对纸张物理性能的影响

杨木APMP浆抄制的纸张的撕裂度随着打浆度升高先增加，达到最大值后开始下降。与化学木浆的打浆对比而言，化学木浆在打浆度25 °SR左右时撕裂度达到最大值，而APMP浆在打浆度61°SR左右时才出现最大值。由此可见，两者有很大区别，究其原因，撕裂度主要受到纤维结合力和纤维平均长度的影响，对于化学木浆来说，纤维柔软，纤维在打浆过程中容易吸水润胀及细纤维化，相互交织好，因此，影响纸张撕裂度的第一要素是纤维平均长度，其次是纤维结合力；而对于高得率浆来说，由于纤维挺硬，纤维之间难以交织，纤维间的结合力差，因此，纤维结合力是影响纸张撕裂度的第一要素，其次才是纤维平均长度。所以，高得率浆在打浆度较高时，纸张的撕裂度才达到最大值。

成纸的紧度随着打浆度的升高而增大。这是由于随着打浆度的升高，产生的纤维碎片越来越多，纤维碎片填充在长纤维之间，使得纤维间的结合更加紧密，从而使紧度不断增加。

成纸的不透明度随着打浆度的升高而缓慢降低，但降低的幅度较小。这是由于影响纸张不透明度的因素主要是纤维间的结合力，随着打浆度的升高，纸幅在干燥时因纤维间结合紧密，纤维间空隙减少，使光线的散射光减少，通过的光线较多，从而使纸张的透明度增加，不透明度降低。但是，打浆度从17 °SR升高到70°SR，不透明度只降低了4%左右，下降的幅度很小。这是由于APMP浆纤维挺硬，打浆后的纤维交织形成的纸张仍存有大量的空隙，因此，其不透明度下降幅度较小。