低温等离子体改性APMP纤维的工艺及其机理研究

High yield pulping technology can effectively utilize the limited wood raw materials. It is one of the important trends of the development of pulp and paper industry. The APMP technology is one of the most promising high yield pulping method. However, the low flexibility and the fiber bonding of APMP affect the application in high-grade paper. Therefore, it is important to modified APMP and enhanced its physical properties to meet a variety of paper needs. APMP process of Eucalyptus wood was studied. Eucalyptus APMP was modified via low temperature plasma technology which is environmentally friendly, low energy consumption and no damage to fiber. The optimal modified process was studied to improve the quality of fiber. Modified Eucalyptus APMP manufactures the newsprint. The effects of plasma treatment on the fiber surface properties and paper physical properties were investigated with SEM, AFM, CLSM, XPS and ToF-SIMS. The fundamental mechanism of plasma modified pulp fiber was explored to provide a theoretical basis and technological support for the use of plasma in pulp and paper industry.

高得率制浆技术能有效地利用有限的森林资源，降低成本，减少污染，是当今制浆造纸工业发展的重要趋势，其中APMP技术是最有前景的高得率制浆方法之一。但APMP浆的柔韧性低，纤维间的结合差，影响了其在高档纸中的应用。因此，对APMP浆进行改性，提高其物理性能从而满足多种纸张的需要有重要意义。本研究以桉木APMP浆为研究对象，利用环境友好，对纤维无损伤的低温等离子体对其进行改性处理，以达到增强纤维之间结合力的目的。研究重点探讨了其最佳改性工艺，并应用改性后桉木APMP浆配抄新闻纸。同时，利用SEM、AFM、CLSM、XPS、ToF-SIMS等现代仪器分析低温等离子体表面改性的机理，重点分析低温等离子体改性前后桉木APMP浆纤维形态及纤维表面化学特性的变化情况，初步建立起桉木APMP浆纤维表面低温等离子改性理论，为进一步扩大机械浆的应用领域提供依据。

本课题利用一种对环境友好，能耗低，对纤维无损伤的低温等离子体改性法对APMP纤维表面进行改性处理，目的是通过低温等离子体的作用，去除覆盖在纤维表面的部分木素和抽出物，使纤维表面暴露出更多的纤维部分，同时改变纤维表面的物理和化学状态，从而提高APMP浆纤维的柔韧性和纤维之间的结合强度，从而达到改善纤维强度性能的目的。本研究通过单因素和正交实验探索了低温等离子体纤维表面改性的工艺条件，使用SEM，IR，XPS等现代分析手段观察了改性纤维的变化，并对纤维改性的机理进行了初步的探讨。其主要结论如下：.1. 低温等离子体改性的最佳工艺条件：放电功率75W；真空度20Pa；处理时间5min（杨木APMP纤维）；放电功率82.5-85.5W(电流0.56A，电压150V)，处理时间2min，真空度1000Pa，气氛（空气:O2）：5:2（桉木APMP纤维）。.2. 采用纤维改性后并没有改变内部成分，但是纤维的长度分布发生了一些变化，细小纤维的含量有所增加，更加容易打浆，纤维的润湿性能明显的得到改善。.3.经低温等离子改性后纤维打浆性能得到提高。不同打浆度下，改性纤维所抄纸样的物理性能均好于未改性纤维；.3.低温等离子改性对羧基含量的影响：等离子处理时间和等离子气氛比例对纤维表面羧基含量具有影响，随着处理时间的增加羧基逐渐增加并最终达到饱和。纤维表面的羧基具有时效性，保存方式对于羧基时效性具有影响；时效性对改性纤维的某些性能，如润湿性，抗张指数，耐破指数等会有影响，但对白度影响不大。.4.扫描电镜发现，改性后纤维表面受到损害，纤维变得柔软，可塑性增强，纤维与纤维的之间交织变得紧密。.5.原子力显微镜观察发现，等离子改性后纤维表面疏水性物质被去除，并随着处理气氛的不同处理效果各异；.6. 红外光谱表明，改性纤维红外吸收能力增强，并且伴有新的吸收峰出现，峰型更加清晰、明显，纤维表面羟基伸缩峰增加显著，并有羧基生成。。.7. 经过X-射线衍射图谱发现，改性的APMP纤维，与未处理的相比，其峰位并没有发生变化，但结晶度有所降低。经过XPS分析发现，处理后纤维的氧含量和O/C比例都增加，碳的氧化态增高；C1含量降低，C2，C3含量增加。.8. 在实验室条件下，采用20%漂白硫酸盐针叶木浆、80%的离子体改性桉木APMP 浆及磨石磨木浆，可以都可以抄出优等新闻纸。