安帅 谢晶磊 王欣 程芸 张红杰

摘要：对南方松热磨机械浆纤维进行PFI磨浆处理，通过“液桥法”分析纤维接触角，进而计算表面能用于表征纤维表面润湿性能，最终建立纤维表面润湿性能与纤维结合性能之间的响应关系。结果表明，随着机械处理程度的加深，纤维表面木素含量从87.13%降低到77.51%，纤维表面润湿性能得到改善（表面能从46.63 mJ/m2上升到54.45 mJ/m2，表面电荷从48.382 mmol/kg上升到60.382 mmol/kg），结合强度指数从4.63 N·m/g提升到10.9 N·m/g。实验发现，纤维表面润湿性能与结合强度指数以及纸张的松厚度之间存在二次函数关系，且相关系数均大于0.9。从表面润湿性能与松厚度之间的关系方程可知，纸张松厚度随纤维表面润湿性能降低而降低的较小，在整个机械处理过程中从4.95 cm3/g下降到3.57 cm.3/g，这表明可通过改善纤维表面润湿性能来达到在不显著影响纸张松厚度的前提下提高纤维结合性能的目的。

关键词：木质纤维；润湿性；表面能；表面木素；结合性能

中图分类号：TS71.2

文献标识码：A

DOI：10.11980/j.issn.0254 508X.2018.12.001

木质纤维具有可生物降解、可回收利用等优点，在多个领域有着广泛的应用，如纤维复合材料领域[12]和制浆造纸领域[3]等。决定纤维应用的关键因素是纤维本身的性能，包括纤维表面性能和内部性能两部分。其中，纤维表面润湿性能是纤维表面性能的重要指标之一，在纤维表面化学组成中，碳水化合物是亲水性物质，而木素是疏水性物质，二者的比例是决定纤维应用的基础，在从植物纤维原料中分离出单根纤维的过程中，传统的制浆过程可以理解为是在此分离过程中努力平衡纤维表面亲水性物质和疏水性物质间的比例。可见纤维表面润湿性能发挥着重要的作用。

纤维表面润湿性能指的是液滴在纤维表面进行铺展和润湿的能力，通过纤维对某种液体的接触角和纤维的表面能来反映。纤维表面润湿性能所涵盖的内容很广，包括纤维表面化学组成、表面电荷、表面能以及与纤维表面润湿过程相关的其他物化性能[4]。当纤维与液滴接触的时候，对于制浆造纸而言，纤维表面的润湿能力会影响纤维的润胀，纤维之间的结合面积发生相应变化[5]；此外，纤维表面润湿性能还会对纤维表面的化学组成和基团产生影响，从而影响纤维之间的结合强度。然而至今为止，關于纤维表面润湿性能与纤维结合性能的关系却很少有报道。

纤维之间的结合强度是纸张强度的主要来源，由纤维间氢键结合力和范德华力两部分构成[6]。纤维表面的化学组成、表面电荷以及表面能等都会对纤维之间的结合产生影响，尤其是纤维表面的化学组成及分布在纤维表面的基团，会直接影响纤维之间形成氢键的多少[7]。相关研究表明[89]，分布在纤维表面的木素不利于纤维之间的结合，这是因为木素本身是疏水的，无法在纤维之间形成氢键结合。对于高得率浆纤维，人们尝试通过多种预处理方式来达到在不大量脱除木素的前提下改善纤维之间的结合性能，因此纤维表面润湿性能发挥着十分重要的作用。然而，文献报道中很少有关于高得率浆纤维表面润湿性能的相关研究。

本研究通过对南方松热磨机械浆（Thermo mechanical pulp，TMP）进行机械处理，分析纤维表面润湿性能（包括纤维表面木素、表面电荷和表面能），建立纤维表面润湿性能与纤维之间结合性能的响应关系。本研究的主要目的在于通过改善纤维表面润湿性能，在对成纸松厚度影响较小的前提下努力改善高得率浆纤维结合性能，为进一步扩大高得率浆的应用范围和提高使用比例起到一定指导作用。

3结论

南方松热磨机械浆（TMP）纤维经过不同程度的机械处理后，纤维表面木素含量降低，纤维表面电荷增多，纤维表面接触角降低，纤维表面能从46.63 mJ/m2提高到54.45 mJ/m2，纤维表面润湿性能提高。纤维表面润湿性能与纤维结合强度指数和纸张松厚度之间分别存在二次函数关系，纤维表面润湿性能提高，纤维结合强度指数从4.63 N·m/g 提高至10.9 N·m/g，纸张松厚度略有降低。但纸张松厚度随纤维表面润湿性能降低而降低的较小，从4.95 cm3/g下降至3.57 cm3/g，这表明可以通过改善纤维表面润湿性能在松厚度下降幅度不大的前提下提高高得率浆纤维的结合强度。

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（责任编辑：马忻）