纖維素納米纖維用作涂布劑以改善紙張性能

纖維素納米纖維用作涂布劑以改善紙張性能

一般來(lái)說(shuō)，纖維的回收再利用可減少自然資源的消耗，從環(huán)境發(fā)展的角度來(lái)看，是一種更符合可持續(xù)發(fā)展的選擇。但由于纖維的角質(zhì)化現(xiàn)象，在循環(huán)應(yīng)用的過(guò)程中必然存在一些機(jī)械性質(zhì)的損失——纖維質(zhì)量下降，降低了纖維的結(jié)合強(qiáng)度，并直接影響到紙的抗張強(qiáng)度。這意味著，在回收利用時(shí)為恢復(fù)這類(lèi)紙漿的原始性質(zhì)，就要對(duì)其進(jìn)行一定的處理，這些處理方式包括：添加干強(qiáng)劑、纖維改性、機(jī)械打漿以及其他的創(chuàng)新方式，如添加纖維素納米纖維（CNF）。

已被造紙企業(yè)采用的機(jī)械打漿方法能增加纖維的比表面積，使纖維與相鄰纖維再次結(jié)合，增加結(jié)合數(shù)量以彌補(bǔ)損失了的纖維強(qiáng)度。然而，該方法也存在一些缺點(diǎn)，比如產(chǎn)生細(xì)小纖維、對(duì)纖維結(jié)構(gòu)產(chǎn)生永久性地?fù)p壞、纖維的保水能力增加等，這些將導(dǎo)致紙機(jī)運(yùn)行效率變差。因此，機(jī)械打漿看起來(lái)似乎是提高了纖維的質(zhì)量，而從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，卻有相反的效果。從這點(diǎn)來(lái)看，如何充分恢復(fù)纖維的原始品質(zhì)，已成為纖維回收再利用的主要障礙。CNF（圖1）由于質(zhì)量小，比表面積巨大，具有良好的機(jī)械性能和阻隔性能，正逐漸成為熱門(mén)的研究課題。

圖1 從纖維素纖維變成纖維素納米纖維的示意圖

CNF應(yīng)用于原紙表面的添加量取決于對(duì)生產(chǎn)的紙張所需的最終性能。例如，向漂白硫酸鹽闊葉木漿（BKHP）的原紙表面，添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)3%的2，2，6，6-四甲基哌啶氮氧自由基（TEMPO）為氧化介質(zhì)制備的CNF，能100%增加紙的裂斷長(zhǎng)（抗張強(qiáng)度），而不對(duì)纖維造成任何損傷。這從技術(shù)上支持CNF延長(zhǎng)纖維的使用壽命的理論。CNF對(duì)紙張機(jī)械性能的提高程度取決于所使用的紙張基質(zhì)，如回收纖維打漿度大的，則抗張強(qiáng)度的提高程度就低（約40%）。這是由于所選的纖維基質(zhì)間初始結(jié)合的面積不同，二次纖維相比原生纖維的外部纖維更明顯。添加納米纖維素的紙漿，重打漿后的主要缺點(diǎn)是在濾水性能上的損失。CNF的比表面積很大，意味著其表面有很大的羥基密度，提高了水的留著率。

從這方面來(lái)講，CNF若以涂布劑的方式添加，由于是在紙頁(yè)成形后使用，大部分的水已被移除，相比漿內(nèi)添加將更具優(yōu)勢(shì)。提高紙張的機(jī)械性能，有2個(gè)主要因素需要考慮：基質(zhì)孔隙率和CNF的長(zhǎng)度。TEMPO氧化CNF的氧化程度越高，CNF的長(zhǎng)度越低。有研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)納米纖維素的氧化程度低至質(zhì)量摩爾濃度15 mmol/g（NaClO）以下時(shí)，涂布后大多數(shù)納米纖維素能被保留在紙頁(yè)表面，從而提高了紙的亮度、防水隔氧能和表面粗糙度。另一方面，如果氧化指數(shù)高于或等于質(zhì)量摩爾濃度15 mmol/g（NaClO）時(shí)，CNF涂布也可達(dá)到上述相同目的。另外，進(jìn)入紙頁(yè)中提高機(jī)械性質(zhì)的CNF，大部分是因其長(zhǎng)度短，提高了纖維的內(nèi)部結(jié)合。

為證實(shí)以上觀(guān)點(diǎn)，將CNF分散在天然淀粉中，應(yīng)用到3種良好差異化的紙漿抄造成的原紙表面：漂白硫酸鹽闊葉木漿、磨石磨木（SGW）漿和循環(huán)脫墨漿（DIP）。 CNF 的添加量對(duì) BKHP（a）和 SGW 漿（b）的原紙表面影響如圖2所示。

由圖2可見(jiàn)，隨著CNF添加量的增加，紙的孔隙率（圖中方框內(nèi)的數(shù)據(jù)）降低，同時(shí)，其機(jī)械性能提高的幅度隨著CNF添加量的增加而減少。

SGW漿的成紙孔隙率雖然更高，但木素也阻礙了CNF和纖維之間的相互作用；因此，BKHP的成紙性質(zhì)提高的程度更高。需要注意的是，通過(guò)CNF在未加強(qiáng)循環(huán)打漿的BKHP原紙表面上使用，其效果可達(dá)到CNF漿內(nèi)添加量為體積分?jǐn)?shù)4.5%時(shí)的效果，并且不影響其濾水效果。值得一提的是，由于脫墨漿原紙張表面孔隙率低，使用CNF對(duì)其表面性質(zhì)并無(wú)明顯影響。

圖2 CNF添加量對(duì)BKHP和SGW漿原紙表面的影響

總之，CNF作為涂布劑添加到原紙表面不僅能提高紙張的機(jī)械性能，而且由于紙張基質(zhì)的孔隙率降低，其亮度、不透明度和阻隔性能也相應(yīng)提高。為減少CNF在原紙表面上的用量，造紙企業(yè)一般將CNF注入原淀粉，二者配合使用。此外，由于CNF可在施膠壓榨部應(yīng)用，因而不需要改裝任何設(shè)備。盡管角質(zhì)化現(xiàn)象不可避免，但纖維的壽命可被延長(zhǎng)。以上說(shuō)明，由于CNF的使用對(duì)濾水性能沒(méi)影響，這使CNF替代那些傳統(tǒng)的處理方法，例如機(jī)械打漿來(lái)恢復(fù)回收纖維的原始性質(zhì)，具有很大優(yōu)勢(shì)，其應(yīng)用前景也更好。

（張艷萍 編譯）

特諾收購(gòu)科斯特TiO2業(yè)務(wù)成為世界上最大TiO2生產(chǎn)商

2017年2月，特諾（Tronox）有限公司宣布達(dá)成收購(gòu)科斯特（Cristal）TiO2業(yè)務(wù)的最終協(xié)議，科斯特公司是一家私營(yíng)的全球化工和礦業(yè)公司，擁有8家生產(chǎn)工廠(chǎng)。隨著對(duì)科斯特TiO2業(yè)務(wù)收購(gòu)的完成，特諾將成為世界上最大的TiO2生產(chǎn)商，使其能夠擴(kuò)大其優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品線(xiàn)。目前特諾在3個(gè)國(guó)家擁有4家化學(xué)品制造工廠(chǎng)，在美國(guó)、荷蘭和澳大利亞也有3家TiO2顏料廠(chǎng)。此外，該公司還在南非和澳大利亞經(jīng)營(yíng)礦山。特諾有限公司的產(chǎn)品通過(guò)加拿大顏料和化學(xué)品有限公司（CCC化學(xué)品）在加拿大銷(xiāo)售。

（于娟）

造紙污泥脫水設(shè)備實(shí)現(xiàn)造紙污泥資源化處理

造紙廠(chǎng)污泥向來(lái)讓環(huán)保部與造紙廠(chǎng)頭疼，黑色的稀污泥所過(guò)之處盡是污染，對(duì)環(huán)境造成相當(dāng)大的威脅。

造紙污泥有三大特點(diǎn)：含水率高，造紙廠(chǎng)產(chǎn)生的原始污泥含水率多在99%以上，經(jīng)過(guò)濃縮后含水率還在95%以上，具有流動(dòng)性；纖維含量大，造紙污泥中含有大量纖維，相對(duì)市政污泥來(lái)講，有機(jī)質(zhì)含量低，污泥深度脫水難度降低；造紙廠(chǎng)產(chǎn)泥量大，進(jìn)水SS質(zhì)量濃度為2 100～4 400 mg/L，CODCr質(zhì)量濃度為1 700～4 800 mg/L，出水SS質(zhì)量濃度為15～40 mg/L，CODCr質(zhì)量濃度為 70～100 mg/L。

造紙污泥資源化處置流程為下述3步驟。

（1）造紙污泥調(diào)質(zhì)。造紙污泥濃縮后，加入適量調(diào)質(zhì)試劑進(jìn)行改性，使其親水性降低，便于機(jī)械壓干處理；鄭州鼎盛在造紙污泥調(diào)質(zhì)時(shí)，無(wú)需添加石灰，僅需針對(duì)泥質(zhì)添加1%～2%的常用調(diào)質(zhì)試劑（含水率80%的污泥）。

（2）造紙污泥機(jī)械壓干脫水。調(diào)質(zhì)后的造紙污泥可由污泥入料泵泵入到污泥深度脫水設(shè)備中，如鼎盛超高壓污泥壓干機(jī)。污泥在入料泵的壓力下首先進(jìn)行初步減量脫水，當(dāng)污泥深度脫水設(shè)備中進(jìn)滿(mǎn)污泥時(shí)，關(guān)閉污泥入料泵，污泥壓干機(jī)開(kāi)始以6～8 MPa的壓力對(duì)污泥施壓，濾液從污泥壓干機(jī)濾管中緩緩流出，泥餅在氣動(dòng)卸餅裝置的作用下自動(dòng)從污泥壓干機(jī)中脫落，由輸送帶輸送到指定位置。自此，高含水率造紙污泥形成干硬泥餅，實(shí)現(xiàn)污泥深度脫水與減量。

（3）造紙污泥資源化處置。造紙污泥深度脫水后可送往發(fā)電廠(chǎng)焚燒發(fā)電、供暖，可以作為制磚、水泥等建材原料，也可以作為路基使用。造紙廠(chǎng)根據(jù)當(dāng)?shù)厍闆r，與建材單位或發(fā)電廠(chǎng)合作，可實(shí)現(xiàn)造紙污泥資源化處置。

（李振遠(yuǎn)）