胡可信　胡建全　陳嘉義　陳啟杰　張少華　張黛

摘?要：對(duì)新型滲透劑用于楊木APMP制漿進(jìn)行了研究，建立了楊木APMP制漿過(guò)程中浸漬段氫氧化鈉用量與磨漿能耗之間的數(shù)學(xué)回歸方程模型，即：y（磨漿能耗）=3147.18-74356.73x+575966.56x2（x為氫氧化鈉用量）。同時(shí)研究了在最佳化學(xué)藥品用量條件下，P1、P2、P3、P4、P5 5種新型滲透劑對(duì)楊木APMP磨漿能耗和紙漿纖維形態(tài)的影響。結(jié)果表明，P2、P3、P5 3種滲透劑可以降低約10%的磨漿能耗;其中，P3滲透劑處理的楊木APMP可以獲得較好的纖維長(zhǎng)度和較高的纖維分絲帚化率。

關(guān)鍵詞：滲透劑;磨漿能耗;纖維形態(tài);數(shù)學(xué)模型;APMP

中圖分類(lèi)號(hào)：TS743+.3

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

化學(xué)機(jī)械漿具有得率高、不透明度好、松厚度好的特點(diǎn)，可廣泛用于生產(chǎn)印刷書(shū)寫(xiě)紙、紙板、衛(wèi)生紙和新聞紙等，但其磨漿能耗較大。堿性過(guò)氧化氫機(jī)械漿（APMP）制漿過(guò)程中，木片經(jīng)機(jī)械擠壓、撕裂和化學(xué)藥品浸漬預(yù)處理后在盤(pán)磨機(jī)的機(jī)械磨解下成漿，因此，APMP磨漿能耗和成漿質(zhì)量與浸漬效果息息相關(guān)，同時(shí)也與磨漿工藝條件有關(guān)，可通過(guò)增強(qiáng)浸漬段化學(xué)藥品的滲透效果降低磨漿能耗，并改善APMP的成漿質(zhì)量，從而獲得一定的經(jīng)濟(jì)效益。

良好的浸漬效果可降低APMP磨漿能耗，并有利于提高成漿質(zhì)量;而良好的浸漬效果得益于浸漬藥液在木片內(nèi)的快速均勻滲透。浸漬藥液在木片內(nèi)的滲透與木材的材質(zhì)（早晚材及邊材和心材等）、浸漬藥液本身的性質(zhì)（黏度等）、浸漬藥液滲透的途徑（毛細(xì)管直徑、毛細(xì)管數(shù)量等）有關(guān)。木材的滲透性反映流體通過(guò)木材的難易程度。有研究指出，楊木直徑方向各部位的滲透性差異不明顯，縱向滲透性遠(yuǎn)大于橫向滲透性，徑向滲透性略大于弦向滲透性。木材的滲透性也與木材的含水率相關(guān)。在相同處理溫度下對(duì)木材進(jìn)行汽蒸預(yù)處理和水煮預(yù)處理，時(shí)間越長(zhǎng)，木材滲透性越好，而在相同處理時(shí)間內(nèi)，溫度越高，木材試樣滲透性越好[1]。抽提和壓縮處理也會(huì)影響木材的滲透性，熱水抽提木材，其紋孔膜并未出現(xiàn)裂痕，而氫氧化鈉抽提時(shí)則出現(xiàn)了不同程度的破裂，紋孔膜的破裂有利于浸漬藥液的快速滲透[2]。因此，在APMP制漿過(guò)程中，氫氧化鈉的用量將影響浸漬藥液在木片內(nèi)的滲透，進(jìn)而影響磨漿能耗和成漿質(zhì)量。與此同時(shí)，在制漿過(guò)程中，控制水洗條件和壓縮比等亦能改善浸漬藥液在木片內(nèi)的滲透。有研究者通過(guò)氫氧化鈉處理、微波處理、超聲波處理改善木材結(jié)晶區(qū)寬度和相對(duì)結(jié)晶度[3]，從而促進(jìn)浸漬藥液滲透。除了以上物理、化學(xué)和機(jī)械方法外，還可對(duì)木片進(jìn)行酶（如纖維素酶、聚木糖酶、果膠酶等[4-6]）或微生物預(yù)處理[7-9]，通過(guò)改變木片的結(jié)構(gòu)，加速浸漬藥液在木片內(nèi)的滲透，降低磨漿能耗并改善成漿質(zhì)量。

在楊木APMP制漿過(guò)程中，需要嚴(yán)格控制水洗條件、壓縮比、汽蒸溫度、浸漬溫度、浸漬時(shí)間和浸漬化學(xué)藥品用量，以促進(jìn)浸漬藥液在木片內(nèi)的快速擴(kuò)散和滲透，使木片達(dá)到最佳的潤(rùn)脹和軟化效果。

本課題通過(guò)回歸正交實(shí)驗(yàn)，研究浸漬化學(xué)藥品用量與楊木APMP磨漿能耗之間的數(shù)學(xué)回歸方程模型，以獲得最佳浸漬效果，最大程度降低磨漿能耗。在最佳浸漬藥品用量條件下，向楊木APMP制漿浸漬段添加新型滲透劑，改善浸漬藥液滲透效果，研究滲透劑對(duì)磨漿能耗和紙漿纖維形態(tài)的影響。

1?實(shí)?驗(yàn)

1.1?原料與滲透劑

楊木木片取自岳陽(yáng)林紙股份有限公司，經(jīng)篩選去除較大的木片和節(jié)髓，平衡水分后裝袋并測(cè)水分備用。5種新型滲透劑P1、P2、P3、P4、P5取自日本栗田工業(yè)有限公司，均為淡黃色液體，pH值為6～7;主要成分為脂肪醇聚醚、烷基磺酸鹽、聚木糖酶，5種滲透劑均為主要成分通過(guò)不同復(fù)配方式獲得的高分子表面活性劑類(lèi)物質(zhì)。滲透劑與浸漬藥液混勻后，用于擠壓撕裂后木片的浸漬預(yù)處理。浸漬用化學(xué)藥品氫氧化鈉、過(guò)氧化氫（濃度30%）、DTPA和硅酸鈉均購(gòu)于某國(guó)藥集團(tuán)試劑有限公司，均為分析純。

1.2?實(shí)驗(yàn)儀器

JS10型擠壓撕裂機(jī)，山東汶瑞機(jī)械有限公司;ZSP-300盤(pán)磨機(jī)，吉林市晨鳴機(jī)械制造有限公司;Velmet FS5纖維圖像分析儀，維美德公司;JSM-6490LV型掃描電子顯微鏡。

1.3?實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1?楊木APMP制漿

木片經(jīng)洗滌和預(yù)汽蒸后進(jìn)行擠壓、撕裂處理，經(jīng)預(yù)浸漬后采用ZSP-300盤(pán)磨機(jī)進(jìn)行兩段磨漿。其中，預(yù)浸漬段的條件為：溫度75℃、時(shí)間45 min、浸漬漿濃30%。一段磨漿濃度為30%，磨漿間隙為1.4 mm;二段磨漿濃度為20%，磨漿間隙為0.2 mm。

1.3.2?浸漬化學(xué)藥品用量與磨漿能耗數(shù)學(xué)回歸方程模型回歸正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

回歸正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是一種數(shù)學(xué)建模的手段，是集回歸分析和正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)于一體的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，該方法不僅有合理的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和較少的實(shí)驗(yàn)次數(shù)，而且能建立有效的數(shù)學(xué)模型，并可通過(guò)對(duì)所得回歸方程的回歸分析完成實(shí)驗(yàn)優(yōu)化。

本課題借助回歸正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，欲建立浸漬化學(xué)藥品用量與楊木APMP磨漿能耗之間的數(shù)學(xué)回歸方程模型，通過(guò)回歸分析，確定浸漬段最佳氫氧化鈉和過(guò)氧化氫用量，以達(dá)到降低磨漿能耗、減少化學(xué)藥品消耗量、提高成漿質(zhì)量、降低制漿污染負(fù)荷、獲得良好經(jīng)濟(jì)效益的目的。

本課題中的實(shí)驗(yàn)因素?cái)?shù)（自變量個(gè)數(shù)）為2，零水平實(shí)驗(yàn)的次數(shù)為2次，計(jì)算2次重復(fù)實(shí)驗(yàn)的誤差，對(duì)數(shù)學(xué)回歸方程模型進(jìn)行失擬性檢驗(yàn)。檢驗(yàn)數(shù)學(xué)回歸方程模型在整個(gè)研究范圍內(nèi)的擬合情況，確定所得數(shù)學(xué)回歸方程模型的可靠性，以便對(duì)實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行改進(jìn)。浸漬段化學(xué)藥品用量實(shí)驗(yàn)方案見(jiàn)表1。

1.4?纖維形態(tài)參數(shù)的測(cè)定

采用Velmet FS5纖維圖像分析儀測(cè)定纖維長(zhǎng)度、細(xì)小纖維含量、纖維卷曲指數(shù)、纖維扭結(jié)指數(shù)和纖維分絲帚化率。

1.5?掃描電子顯微鏡（SEM）分析

通過(guò)JSM-6490LV型掃描電子顯微鏡觀察楊木APMP纖維的表面形貌，對(duì)比分析不同滲透劑對(duì)楊木APMP制漿的影響。

2?結(jié)果與討論

2.1?楊木APMP磨漿能耗數(shù)學(xué)回歸方程模型建立

有研究對(duì)高濃磨漿過(guò)程進(jìn)行了分析，建立了高濃磨漿力學(xué)模型和APMP磨漿能耗模型，磨漿能耗總功率為漿料物態(tài)變化和流態(tài)變化的功率之和，經(jīng)計(jì)算，高濃磨漿纖維原料流變總功率（P）的數(shù)學(xué)表達(dá)式為[10]：

P=π2204·Qgn2（D21-D22）+θ22.4×104 μi1i2pn（D21-D22）（1）

式中，P為高濃磨漿區(qū)纖維原料流態(tài)變化和物態(tài)變化的總功率（kW）;Q為纖維原料通過(guò)量（kg/s）;g為重力加速度（9.81 m/s2）;n為磨盤(pán)轉(zhuǎn)速（r/s）;D1為磨盤(pán)外圓半徑（m）;D2為磨盤(pán)內(nèi)圓半徑（m）;θ為磨漿區(qū)弧度，在盤(pán)磨機(jī)中為2π;μ為磨漿區(qū)阻力系數(shù);i1為磨盤(pán)1齒紋在該盤(pán)面上的面積比;i2為磨盤(pán)2齒紋在該盤(pán)面上的面積比;p為磨區(qū)磨漿比壓（N/m2）。

由式（1）可知，高濃磨漿纖維原料流變總功率與纖維通過(guò)量、磨盤(pán)轉(zhuǎn)速、磨盤(pán)的內(nèi)外徑、磨漿區(qū)阻力系數(shù)、磨盤(pán)磨齒所占面積、磨區(qū)磨漿比壓等有關(guān)。

浸漬過(guò)程中，氫氧化鈉和過(guò)氧化氫與木片發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，其中氫氧化鈉與木片中的半纖維素反應(yīng)，使得纖維素從S1層與S2層之間分離出來(lái)，并溶出小分子的木素以及某些抽提物和小分子鏈的半纖維素，完成纖維的潤(rùn)脹和軟化;過(guò)氧化氫在堿性條件下，分解出過(guò)氧氫根離子并與木素反應(yīng)，改變木素的發(fā)色基團(tuán)，同時(shí)使得木素大分子鏈斷裂變成小分子鏈而溶出，并在木素分子中引入羧基，增加木素親水性，使木素軟化，為磨漿過(guò)程中纖維的離解提供條件。在磨漿過(guò)程中控制纖維通過(guò)量和磨漿比壓，在ZSP-300盤(pán)磨機(jī)上進(jìn)行磨漿。磨漿過(guò)程保持均勻且連續(xù)喂料，確保磨漿功率的穩(wěn)定，磨漿比壓通過(guò)磨漿間隙控制。在磨漿工藝和磨漿設(shè)備相同的情況下，磨漿能耗與磨漿區(qū)阻力系數(shù)呈一定的線性關(guān)系，此時(shí)磨漿區(qū)阻力系數(shù)主要與木片的浸漬效果有關(guān)，而浸漬溫度、浸漬時(shí)間、硅酸鈉和DTPA用量相同，則浸漬效果僅與浸漬化學(xué)藥品用量有關(guān)，進(jìn)而推斷磨漿能耗與浸漬化學(xué)藥品之間應(yīng)存在一定的數(shù)學(xué)關(guān)系?？刂瞥蓾{加拿大標(biāo)準(zhǔn)游離度（CSF）為600 mL左右，研究氫氧化鈉用量和過(guò)氧化氫用量對(duì)楊木APMP磨漿能耗的影響，從而建立磨漿能耗數(shù)學(xué)回歸方程模型。設(shè)楊木APMP磨漿能耗與化學(xué)藥品用量之間的二元二次方程為：

y=a+b1x1+b2x2+b12x1x2+b11x21+b22x22（2）

將自然變量x1、x2變化為規(guī)范變量z1、z2后的二元二次方程為：

y=a+b1z1+b2z2+b12z1z2+b11z21+b22z22（3）

氫氧化鈉用量、過(guò)氧化氫用量與楊木APMP磨漿能耗之間的數(shù)學(xué)回歸方程模型表達(dá)式的二元二次回歸正交組合設(shè)計(jì)表及實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

根據(jù)二元二次回歸正交組合設(shè)計(jì)表及實(shí)驗(yàn)結(jié)果，計(jì)算各回歸系數(shù)a、b1、b2、b12、b11、b22，建立含規(guī)范變量的數(shù)學(xué)回歸方程模型，二元二次回歸正交組合設(shè)計(jì)計(jì)算表如表3所示。

根據(jù)二元二次回歸方程的系數(shù)、編碼水平和研究結(jié)果之間的關(guān)系（最小二乘法確定）得到各回歸系數(shù)分別為：a=869.26、b1=-465.93、b2=-7.58、b12=-5.43、b11=445.13、b22=81.47，將各回歸系數(shù)代入式（3），則楊木APMP磨漿能耗與化學(xué)藥品用量之間的數(shù)學(xué)回歸方程模型為：

y=869.26-465.93z1-7.58z2-5.43z1z2+445.13z21+81.47z22（4）

對(duì)所得數(shù)學(xué)回歸方程模型進(jìn)行方差分析以檢測(cè)回歸系數(shù)的顯著性，方差分析結(jié)果如表4所示。

由表4可知，F(xiàn)z2、Fz1z2、Fz2′均小于臨界值F0.01（1，4），故z2和z1z2以及z2′的回歸系數(shù)不顯著，因此將其歸入殘差平方和中，則此時(shí)的磨漿能耗數(shù)學(xué)回歸方程為：

y=869.26-465.93z1+445.13z21（5）

繼續(xù)對(duì)簡(jiǎn)化后的磨漿能耗數(shù)學(xué)回歸方程模型各回歸系數(shù)的顯著性進(jìn)行方差分析，結(jié)果如表5所示。

由表5可知，F(xiàn)z1和Fz1′均大于臨界值F0.01（1，7），回歸系數(shù)非常顯著。進(jìn)一步對(duì)所得磨漿能耗數(shù)學(xué)回歸方程模型進(jìn)行失擬性檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6。

由表6可知，F(xiàn)Lf=0.486 < F0.1（6，1）=58.20，故回歸方程失擬不顯著，因此可知，所得楊木APMP磨漿能耗數(shù)學(xué)回歸方程模型與實(shí)際擬合得很好。

根據(jù)規(guī)范變量與自然變量之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系z(mì)=（x-x0）/δ，式中z為規(guī)范變量，x為自然變量，x0為自變量的零水平（自變量上限與下限的平均值），δ為變化間距，由此得：z1=（x1 - 5%）/2.78%; z2=（x2 - 4%）/1.86%。

將中心化的規(guī)范變量z1轉(zhuǎn)化成自然變量x1可得磨漿能耗數(shù)學(xué)回歸方程模型為：

y=3147.18-74356.73x1+575966.56x21（6）

由式（6）可知，楊木APMP磨漿能耗僅與氫氧化鈉用量（x1）有關(guān)，與過(guò)氧化氫用量（x2）無(wú)關(guān)。由規(guī)劃求解可得，楊木APMP磨漿能耗y值最小對(duì)應(yīng)的氫氧化鈉用量x1值為6.45%，即最佳的氫氧化鈉用量為6.45%。取氫氧化鈉用量為6.5%，則此時(shí)的磨漿能耗為747.45 kWh/t。鄧擁軍等[11]研究PRC-APMP 制漿過(guò)程中浸漬段的用堿量對(duì)制漿性能的影響得出：在其他條件相同時(shí)，浸漬用堿量從4.0%增加到5.0%、6.0%、7.0%時(shí)，磨漿能耗逐漸下降，其研究結(jié)果與本研究中數(shù)學(xué)回歸方程模型結(jié)果基本一致?？梢?jiàn)，當(dāng)氫氧化鈉用量較少時(shí)，浸漬效果較差，磨漿區(qū)阻力系數(shù)較大，磨漿能耗大;隨著浸漬段氫氧化鈉用量增加，木片的潤(rùn)脹和軟化作用增強(qiáng)，磨漿區(qū)阻力系數(shù)減小，磨漿能耗降低。

2.2?不同滲透劑對(duì)楊木APMP磨漿能耗的影響

在最佳氫氧化鈉用量條件下，研究滲透劑的加入對(duì)楊木APMP磨漿能耗的影響?？刂瞥蓾{游離度為300 mL CSF左右，比較不同滲透劑對(duì)楊木APMP磨漿能耗的影響，結(jié)果如圖1所示。

由圖1可知，5種滲透劑均有降低楊木APMP磨漿能耗的效果。其中，P2滲透劑的降耗效果最佳，與對(duì)照組（不加任何滲透劑）相比，磨漿能耗降低了13.3%;P3和P5 2種滲透劑也可以較顯著地降低磨漿能耗，磨漿能耗分別降低了9.7%和10.3%;而P4滲透劑降低磨漿能耗的效果不明顯。僅從降低磨漿能耗的方面考慮，P2、P3、P5 3種滲透劑均可顯著降低磨漿能耗，可用于楊木APMP制漿的浸漬預(yù)處理階段。

2.3?不同滲透劑對(duì)楊木APMP纖維形態(tài)的影響

纖維形態(tài)與紙張的物理性能息息相關(guān)，纖維形態(tài)各參數(shù)的測(cè)定可以評(píng)定制漿效果的優(yōu)劣，同時(shí)可用于指導(dǎo)、優(yōu)化制漿工藝條件。

2.3.1?不同滲透劑對(duì)楊木APMP質(zhì)均纖維長(zhǎng)度和纖維長(zhǎng)度分布的影響

纖維長(zhǎng)度是纖維形態(tài)的重要參數(shù)指標(biāo)，保證纖維長(zhǎng)度可獲得較好的紙張物理性能，但纖維過(guò)長(zhǎng)會(huì)影響紙張的勻度，在抄造過(guò)程中產(chǎn)生絮聚，使紙張的強(qiáng)度性能變差[12]。未經(jīng)打漿或打漿效果不佳的漿料，纖維長(zhǎng)而挺硬、分絲帚化不明顯、纖維比表面積較小、纖維間的結(jié)合較差。由于楊木APMP中細(xì)小纖維含量較大，不能以數(shù)均纖維長(zhǎng)度真實(shí)反映纖維平均長(zhǎng)度，所以本研究以質(zhì)均纖維長(zhǎng)度作為評(píng)價(jià)纖維長(zhǎng)度的指標(biāo)。

不同滲透劑對(duì)楊木APMP質(zhì)均纖維長(zhǎng)度的影響如圖2所示。由圖2可知，使用P1、P2 2種滲透劑使得楊木APMP質(zhì)均纖維長(zhǎng)度變短，而P3、P4、P5 3種滲透劑則使楊木APMP質(zhì)均纖維長(zhǎng)度增大。高濃磨漿過(guò)程主要依靠纖維與纖維之間以及纖維與磨齒之間的摩擦、擠壓和揉搓而使纖維產(chǎn)生切斷、壓潰、卷曲、扭結(jié)和細(xì)纖維化，浸漬效果較佳的纖維切斷相對(duì)較少，從而保留較大的纖維長(zhǎng)度，保障纖維本身較好的強(qiáng)度特性。對(duì)照組中，質(zhì)均纖維長(zhǎng)度為0.819 mm，而添加P3、P4、P5滲透劑的實(shí)驗(yàn)組，楊木APMP質(zhì)均纖維長(zhǎng)度分別為0.866 mm、0.875 mm和0.862 mm，這3種滲透劑的使用均能保證較大的楊木APMP質(zhì)均纖維長(zhǎng)度。但P4滲透劑對(duì)磨漿能耗的降低效果并不顯著。

不同滲透劑對(duì)楊木APMP纖維長(zhǎng)度分布的影響如表7所示。由表7可知，對(duì)照組楊木APMP纖維長(zhǎng)度主要分布在0.6～1.2 mm，占比約為40%。楊木APMP中基本不含2.0～3.2 mm的長(zhǎng)纖維，但含有少量長(zhǎng)度為1.2～2.0 mm的纖維。使用滲透劑后，楊木APMP中長(zhǎng)度小于0.2 mm的纖維有略微增加;使用P1和P2 2種滲透劑后，楊木APMP中長(zhǎng)度為0.2～0.6 mm的纖維比例較對(duì)照組有所提高，P3、P4、P5 3種滲透劑使楊木APMP中長(zhǎng)度為0.6～1.2 mm、1.2～2.0 mm的纖維比例提高?？赡艿脑蚴?，添加滲透劑后，增強(qiáng)了浸漬藥液的滲透作用，初生壁和次生壁外層更容易脫落，次生壁中層暴露并吸水潤(rùn)脹，從而使得纖維軟化，磨漿過(guò)程中切斷較少，較長(zhǎng)纖維的比例增加。

綜上所述，從質(zhì)均纖維長(zhǎng)度、纖維長(zhǎng)度分布和降低磨漿能耗方面考慮，P3、P5 2種滲透劑對(duì)楊木APMP纖維形態(tài)的改善效果更佳。

2.3.2?不同滲透劑對(duì)楊木APMP細(xì)小纖維含量和纖維分絲帚化率的影響

漿料中細(xì)小纖維的含量決定著成紙強(qiáng)度，細(xì)小纖維的比表面積較大，其表面能游離出較多的羥基，可增加纖維間的氫鍵結(jié)合，并在纖維間產(chǎn)生橋連作用，使得纖維間距離縮短，最終成紙強(qiáng)度高;因此需要提高漿料游離度以增加漿料中細(xì)小纖維的含量[13]。隨著打漿的進(jìn)行，細(xì)胞壁碎片不斷從纖維上脫落下來(lái)，初生壁P層和次生壁外層S1層剝落，

更多S2層暴露，纖維表面的細(xì)小纖維從纖維上脫落，使?jié){料中細(xì)小纖維的含量增加[14]。纖維分絲帚化率即纖維表面分絲起毛的微小纖維絲投影面積占纖維總投影面積的百分比。不同滲透劑對(duì)楊木APMP細(xì)小纖維含量和纖維分絲帚化率的影響如圖3和圖4所示。由圖3和圖4可知，與對(duì)照組相比，各滲透劑的使用均能使楊木APMP細(xì)小纖維的含量增加，同時(shí)纖維分絲帚化率也增大。P3滲透劑處理后的楊木APMP細(xì)小纖維含量最高，纖維分絲帚化率最大。可以推測(cè)，P3滲透劑的使用使氫氧化鈉在木片內(nèi)的擴(kuò)散和滲透效果更佳。細(xì)胞壁中初生壁P層和次生壁外層S1層在磨漿的過(guò)程中更容易脫落，而初生壁P層和次生壁外層S1層

的剝落有助于藥品進(jìn)入次生壁中層S2層，進(jìn)一步促進(jìn)楊木APMP纖維的分絲帚化。

2.3.3?不同滲透劑對(duì)楊木APMP纖維卷曲指數(shù)和扭結(jié)指數(shù)的影響

不同滲透劑對(duì)楊木APMP纖維卷曲指數(shù)和扭結(jié)指數(shù)的影響見(jiàn)圖5和圖6。

由圖5和圖6可知，與對(duì)照組相比，不同滲透劑的使用，均使得楊木APMP纖維的卷曲指數(shù)和扭結(jié)指數(shù)增大。在高濃磨漿過(guò)程中，纖維受到摩擦、擠壓、揉搓和扭曲等作用，因此，在纖維分散和細(xì)纖維化的同時(shí)，造成纖維的彎曲、卷曲和扭結(jié)，同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生部分纖維碎片。有研究指出，紙漿游離度低于250 mL CSF時(shí)，紙漿纖維卷曲指數(shù)和扭結(jié)指數(shù)呈增大趨勢(shì)[15]，這是由于在磨漿前期，纖維軸向上受到壓縮，纖維同心層產(chǎn)生滑動(dòng)，纖維發(fā)生卷曲和扭結(jié)。在相同的磨漿濃度和磨漿比壓條件下，藥液滲透效果越佳，則纖維的切斷就越少，由于纖維潤(rùn)脹和軟化的增強(qiáng)，增加了纖維的彎曲和扭曲。如前所述，各滲透劑的使用均能促進(jìn)木片的潤(rùn)脹和軟化，使得浸漬藥液能更好地在纖維內(nèi)部擴(kuò)散和滲透，進(jìn)而纖維的卷曲指數(shù)和扭結(jié)指數(shù)增大。但各滲透劑促進(jìn)滲透的效果不一，其中以P3、P4 2種滲透劑的促進(jìn)滲透效果更佳。

2.4?楊木APMP纖維SEM分析

SEM圖可直觀地反應(yīng)纖維的表面形態(tài)，能直接觀察到纖維表面分絲帚化以及纖維細(xì)胞壁的剝蝕情況等。使用不同滲透劑處理后楊木APMP纖維的SEM圖如圖7所示。

由圖7（a）可知，不加滲透劑的楊木APMP纖維表面微小纖維絲量較少，纖維表面比較光滑，纖維分絲帚化的效果不明顯，纖維細(xì)胞壁的剝蝕不明顯。由圖7（b）可知，與不加滲透劑相比，P1滲透劑可使楊木APMP纖維的剝蝕加劇，但纖維表面的分絲帚化和表面分絲起毛情況無(wú)明顯變化。由圖7（c）和圖7（d）可知，當(dāng)使用P2、P3滲透劑時(shí)，纖維表面有較多的細(xì)纖維絲，表面分絲起毛較多，纖維剝蝕情況較顯著，即纖維表面分絲帚化效果較佳。由圖7（e）和圖7（f）可知，P4和P5 2種滲透劑可使楊木APMP纖維的分絲帚化有所增加，但纖維細(xì)胞壁的剝

蝕效果較差。SEM圖分析結(jié)果與纖維形態(tài)分析所得結(jié)果基本一致。

綜上可知，使用P2和P3滲透劑，能加速氫氧化鈉在木片內(nèi)的滲透，使纖維表面的分絲帚化效果增加，纖維細(xì)胞壁的剝蝕效果更顯著，在磨漿過(guò)程中更容易暴露出細(xì)胞壁內(nèi)層的纖維，進(jìn)一步提高纖維潤(rùn)脹和軟化的效果，從而降低磨漿能耗、改善成漿質(zhì)量。

3?結(jié)?論

本課題利用回歸正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，建立了楊木APMP磨漿能耗與浸漬段氫氧化鈉用量之間的數(shù)學(xué)回歸方程模型;并研究了5種新型滲透劑對(duì)楊木APMP磨漿能耗和紙漿纖維形態(tài)的影響。

3.1?在磨漿工藝條件和設(shè)備一定的條件下，磨漿能耗僅與氫氧化鈉用量有關(guān)，與過(guò)氧化氫用量無(wú)關(guān)，楊木APMP磨漿能耗y與浸漬段氫氧化鈉用量x之間的數(shù)學(xué)回歸方程模型為：y=3147.18-74356.73x+575966.56x2，規(guī)劃求解得最佳的氫氧化鈉用量為6.45%。

3.2?5種新型滲透劑均能改善木片的滲透效果，楊木APMP加拿大標(biāo)準(zhǔn)游離度（CSF）為600 mL左右時(shí)，P2、P3、P5 3種滲透劑可以降低約10%的磨漿能耗。

3.3?結(jié)合楊木APMP纖維形態(tài)參數(shù)和纖維掃描電鏡分析可知，5種滲透劑中，P3滲透劑可加速浸漬藥液在木片中的滲透，使纖維分絲帚化的效果更佳，同時(shí)纖維細(xì)胞壁的剝蝕更顯著，從而降低磨漿能耗，提高成漿質(zhì)量。

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Effect of Novel Penetrating Agent on Energy Consumption

and Fiber Morphology of Poplar APMP

HU Kexin1，*HU Jianquan1?CHEN Jiayi2?CHEN Qijie1?ZHANG Shaohua1?ZHANG Dai1

（1College of Chemical and Engineering， Changsha University of Science and Technology， Changsha， Hunan Province， 410114;

2Kurita Water Industries Ltd.， Tokyo， Japan， 1640001）

（*E-mail：hukexin@126.com）[JZ）]

Abstract：The effects of novel penetrating agents on the poplar APMP pulping were investigated and the mathematical model relationships between the dosage of sodium hydroxide and the energy consumption in poplar APMP pulping was established：y （energy consumption） =3147.18-74356.73x+575966.56x2（x is the dosage of sodium hydroxide）.Further， the effects of five new penetrating agents on the energy consumption and fiber morphology of poplar APMP were studied under the optimum chemical dosageThe results showed that the penetrating agents P2， P3 and P5 could reduce the energy consumption by about 10%， and the P3 could help produce better fibers and higher fibrillation of poplar APMP

Keywords：penetrating agent; energy consumption; fiber morphology; mathematical model; APMP