PDF《造纸工业若干重要前沿研究课题》

专题论坛 ! 00! ! 纤维工程学的研究 纤维工程学( '

() 是专门研究各种工程纤维的开 发与应用.

所谓工程纤维是通过不 同工程办法使造纸纤维变得更适用于造纸.这和近年常见诸于文献 的工程填料、 工程高岭土等概念相 似. 纤维在纸张成形时通过水的表面张力彼此聚集在一起, 通过氢 键彼此结合生产出具有一定强度的纸张.纸张的强度和其他性质取 决于很多因素,如纤维种类、纤维形态、制浆方法,纤维的帚化程度等.纤维工程学的研究目的主要是 寻找一些纤维改性办法以增强纤维)纤维之间的结合力, 从而有可能 以较少量的纤维生产出强度相同的纸张;

开发出一些改性办法使纤 维除能满足纸张强度要求外, 还能 在很大程度上满足其他性能的要求. 纤维改性原则上有以下几种方法: ( *) 遗传变异 这是比较长期的研究领域.首先应确定哪些纤维性质希望通过遗传方法改变.比如是否要让纤维 细胞壁的 +, 层消失掉,因为一般 认为这一层对纸张性质的贡献很少;

又比如是否要求纤维的 +* 层 尽可能地薄或者也消失掉, 而整个 细胞壁都变成是 +- 层;

或者即使 保留 +* 层但要求 +*)+- 层的界面连接很脆弱, 在打浆时很容易让 +- 层暴露出来.此外通过遗传技术是 否可以控制纤维素、 半纤维素和木 素的量.在这方面的研究还应弄清 关于细胞壁聚合物生物合成, 特别 是关于纤维素和半纤维素生成的分子机理.运用这些知识可以通过 控制纤维素和半纤维素对纤维的影响, 从而改变纤维性质.另外, 还应弄清楚如何控制木素的性质和含量的机理, 通过对木素的控制可 影响纸浆得率, 纤维的分离和机浆 的返黄等;

应弄清戊糖生成的途径,设法控制戊糖的分布、浓度和结构, 通过对半纤维素的控制可影 响纤维的结合强度, 从而提供在保 持相同强度下, 或可增加填料用量 或可降低纸张定量而节约纤维的可能性.应建立细胞壁的微观力学 模型, 用来预测具有不同物理化学 结构细胞壁的纤维性质. ( -) 化学方法或酶法改性 用化学添加剂或酶使纤维和纤维表面改性, 赋予纤维新的性能 以增加纤维之间的结合力.用这些 方法有可能开发出能对外界触发产生响应的智能纤维, 具有化学浆 某些性质的高得率纸浆, 同时还可 以把纳米填料沉淀到纤维细胞壁的孔隙和细胞腔内, 以赋予纤维新 的性质. 纤维细胞壁的外表面对于建立纤维之间很强的结合是十分重要的.通过使用化学添加剂或通过 其他化学改性办法可以改变纤维外表面的化学性质, 其中用阳离子 和阴离子高分子电解质相继连续处理纤维, 从而在纤维表面上形成 一个聚合物复层被认为是很有前途的方法.只要这些高分子电解质 带有相反电荷, 几乎任何高分子电 解质之间都可以形成复层结构, 这 将给纤维改性提供一种新的方法, 这样高分子电解质将通过在纤维表面所形成的超薄膜( ./*00'

1) 来 改变纤维的性质.这种处理方法为 纤维表面工程化开创一个新的领域.目前已有些实验室用阳离子聚 丙烯胺 ( 234)和阴离子聚丙烯酸 ( 233) 相继连续沉积在未经打浆和 经过打浆的漂白纸浆纤维表面上. 之所以选用这两种聚合物是因为它们可以形成聚合物多层结构, 加 热时彼此形成酰胺连接, 在所抄成 的纸中具有湿强度.这些试验工作 表明在纤维表面是可以形成高分子复层的, 每一对高分子层的厚度 约*0'