纤维素纳米纤维用作涂布剂以改善纸张性能

一般来说，纤维的回收再利用可减少自然资源的消耗，从环境发展的角度来看，是一种更符合可持续发展的选择。但由于纤维的角质化现象，在循环应用的过程中必然存在一些机械性质的损失——纤维质量下降，降低了纤维的结合强度，并直接影响到纸的抗张强度。这意味着，在回收利用时为恢复这类纸浆的原始性质，就要对其进行一定的处理，这些处理方式包括：添加干强剂、纤维改性、机械打浆以及其他的创新方式，如添加纤维素纳米纤维（CNF）。

已被造纸企业采用的机械打浆方法能增加纤维的比表面积，使纤维与相邻纤维再次结合，增加结合数量以弥补损失了的纤维强度。然而，该方法也存在一些缺点，比如产生细小纤维、对纤维结构产生永久性地损坏、纤维的保水能力增加等，这些将导致纸机运行效率变差。因此，机械打浆看起来似乎是提高了纤维的质量，而从长远来看，却有相反的效果。从这点来看，如何充分恢复纤维的原始品质，已成为纤维回收再利用的主要障碍。CNF（图1）由于质量小，比表面积巨大，具有良好的机械性能和阻隔性能，正逐渐成为热门的研究课题。

图1 从纤维素纤维变成纤维素纳米纤维的示意图

CNF应用于原纸表面的添加量取决于对生产的纸张所需的最终性能。例如，向漂白硫酸盐阔叶木浆（BKHP）的原纸表面，添加质量分数3%的2，2，6，6-四甲基哌啶氮氧自由基（TEMPO）为氧化介质制备的CNF，能100%增加纸的裂断长（抗张强度），而不对纤维造成任何损伤。这从技术上支持CNF延长纤维的使用寿命的理论。CNF对纸张机械性能的提高程度取决于所使用的纸张基质，如回收纤维打浆度大的，则抗张强度的提高程度就低（约40%）。这是由于所选的纤维基质间初始结合的面积不同，二次纤维相比原生纤维的外部纤维更明显。添加纳米纤维素的纸浆，重打浆后的主要缺点是在滤水性能上的损失。CNF的比表面积很大，意味着其表面有很大的羟基密度，提高了水的留着率。

从这方面来讲，CNF若以涂布剂的方式添加，由于是在纸页成形后使用，大部分的水已被移除，相比浆内添加将更具优势。提高纸张的机械性能，有2个主要因素需要考虑：基质孔隙率和CNF的长度。TEMPO氧化CNF的氧化程度越高，CNF的长度越低。有研究发现，当纳米纤维素的氧化程度低至质量摩尔浓度15 mmol/g（NaClO）以下时，涂布后大多数纳米纤维素能被保留在纸页表面，从而提高了纸的亮度、防水隔氧能和表面粗糙度。另一方面，如果氧化指数高于或等于质量摩尔浓度15 mmol/g（NaClO）时，CNF涂布也可达到上述相同目的。另外，进入纸页中提高机械性质的CNF，大部分是因其长度短，提高了纤维的内部结合。

为证实以上观点，将CNF分散在天然淀粉中，应用到3种良好差异化的纸浆抄造成的原纸表面：漂白硫酸盐阔叶木浆、磨石磨木（SGW）浆和循环脱墨浆（DIP）。 CNF 的添加量对 BKHP（a）和 SGW 浆（b）的原纸表面影响如图2所示。

由图2可见，随着CNF添加量的增加，纸的孔隙率（图中方框内的数据）降低，同时，其机械性能提高的幅度随着CNF添加量的增加而减少。

SGW浆的成纸孔隙率虽然更高，但木素也阻碍了CNF和纤维之间的相互作用；因此，BKHP的成纸性质提高的程度更高。需要注意的是，通过CNF在未加强循环打浆的BKHP原纸表面上使用，其效果可达到CNF浆内添加量为体积分数4.5%时的效果，并且不影响其滤水效果。值得一提的是，由于脱墨浆原纸张表面孔隙率低，使用CNF对其表面性质并无明显影响。

图2 CNF添加量对BKHP和SGW浆原纸表面的影响

总之，CNF作为涂布剂添加到原纸表面不仅能提高纸张的机械性能，而且由于纸张基质的孔隙率降低，其亮度、不透明度和阻隔性能也相应提高。为减少CNF在原纸表面上的用量，造纸企业一般将CNF注入原淀粉，二者配合使用。此外，由于CNF可在施胶压榨部应用，因而不需要改装任何设备。尽管角质化现象不可避免，但纤维的寿命可被延长。以上说明，由于CNF的使用对滤水性能没影响，这使CNF替代那些传统的处理方法，例如机械打浆来恢复回收纤维的原始性质，具有很大优势，其应用前景也更好。

（张艳萍 编译）

特诺收购科斯特TiO2业务成为世界上最大TiO2生产商

2017年2月，特诺（Tronox）有限公司宣布达成收购科斯特（Cristal）TiO2业务的最终协议，科斯特公司是一家私营的全球化工和矿业公司，拥有8家生产工厂。随着对科斯特TiO2业务收购的完成，特诺将成为世界上最大的TiO2生产商，使其能够扩大其优质产品线。目前特诺在3个国家拥有4家化学品制造工厂，在美国、荷兰和澳大利亚也有3家TiO2颜料厂。此外，该公司还在南非和澳大利亚经营矿山。特诺有限公司的产品通过加拿大颜料和化学品有限公司（CCC化学品）在加拿大销售。

（于娟）

造纸污泥脱水设备实现造纸污泥资源化处理

造纸厂污泥向来让环保部与造纸厂头疼，黑色的稀污泥所过之处尽是污染，对环境造成相当大的威胁。

造纸污泥有三大特点：含水率高，造纸厂产生的原始污泥含水率多在99%以上，经过浓缩后含水率还在95%以上，具有流动性；纤维含量大，造纸污泥中含有大量纤维，相对市政污泥来讲，有机质含量低，污泥深度脱水难度降低；造纸厂产泥量大，进水SS质量浓度为2 100～4 400 mg/L，CODCr质量浓度为1 700～4 800 mg/L，出水SS质量浓度为15～40 mg/L，CODCr质量浓度为 70～100 mg/L。

造纸污泥资源化处置流程为下述3步骤。

（1）造纸污泥调质。造纸污泥浓缩后，加入适量调质试剂进行改性，使其亲水性降低，便于机械压干处理；郑州鼎盛在造纸污泥调质时，无需添加石灰，仅需针对泥质添加1%～2%的常用调质试剂（含水率80%的污泥）。

（2）造纸污泥机械压干脱水。调质后的造纸污泥可由污泥入料泵泵入到污泥深度脱水设备中，如鼎盛超高压污泥压干机。污泥在入料泵的压力下首先进行初步减量脱水，当污泥深度脱水设备中进满污泥时，关闭污泥入料泵，污泥压干机开始以6～8 MPa的压力对污泥施压，滤液从污泥压干机滤管中缓缓流出，泥饼在气动卸饼装置的作用下自动从污泥压干机中脱落，由输送带输送到指定位置。自此，高含水率造纸污泥形成干硬泥饼，实现污泥深度脱水与减量。

（3）造纸污泥资源化处置。造纸污泥深度脱水后可送往发电厂焚烧发电、供暖，可以作为制砖、水泥等建材原料，也可以作为路基使用。造纸厂根据当地情况，与建材单位或发电厂合作，可实现造纸污泥资源化处置。

（李振远）