中　国　造　纸　学　报

Vol

23, No

1, 2008

Transactions of China Pulp and Paper

　收稿日期

: 2007

23 (

修改稿

)

　作者简介

赵丽红

女

;

博士

讲师

;

研究方向

湿部化学与造纸用矿物粉体研究。

mail: lihzhao@126

com

低温等离子体技术在造纸工业中的应用前景

赵丽红　何北海　李军荣　刘　攀

(

华南理工大学制浆造纸工程国家重点实验室

广东广州

, 510640)

摘　要

介绍了低温等离子体技术的基本特点。造纸工业中应用低温等离子体技术

能够提高化学纤维的润湿性、分散性

增强纸

张纤维间及其与其他物质的结合力

从而改善纸张强度性能。低温等离子体技术在改变木素基团结构以及黑液处理方面也有一定的

研究应用。该技术以其独特的作用能达到常规处理难以实现的效果

在造纸工业领域将有广阔的应用前景。

关键词

低温等离子体

;

造纸

;

纤维

;

木素

;

黑液

中图分类号

: TS7

　　　　文献标识码

: A

　　　　文章编号

: 1000

6842 ( 2008) 01

00115

1　低温等离子体技术的基本特点

等离子体是物质继固、液、气三态后的又一种聚

集态 —

——第四态 , 它是由极具反应活性的电子、离

子、自由基、激发态的原子、分子等活性粒子组成的
聚合体。低温等离子体 (也叫非平衡态等离子体 )
的特征是电子温度 (约 10

K) 远高于离子温度

(300

～500K) 。此种非平衡性对等离子体化学与工艺过程

非常重要

[ 1

2 ]

。这意味着 : 一方面电子有足够高的能

量使反应物分子激发、离解和电离 ; 另一方面反应体
系又得以保持低温乃至接近室温。图 1为辉光放电低
温等离子体的反应仓结构示意图。

图

　等离子体反应仓示意图

—上电极

(

高压电极

)

—下电极

(

地电极

)

—下电极托板　

—密封圈　

—电极插槽

—高压线　

—地线和抽泄气孔　

—电极插槽标志线

低温等离子体中粒子的能量一般为几 eV 至几十

eV , 大于聚合物材料的结合键能

(几 eV 至十几

eV ) , 完全可以破裂有机大分子的化学键而形成新

键 ; 但其能量又远低于高能放射性射线 , 因而只涉及

材料表面 , 不影响基体的性能

[ 3

5 ]

。利用低温等离子

体这一特点 , 可进行材料的表面改性

[ 6 ]

。等离子体

对材料进行表面处理 , 其作用方式主要有 : 材料表面
引入官能团、形成交联结构、被刻蚀、表面沉积聚合
物、表面接枝等。

和其他方法相比 , 等离子体表面处理具有以下优

点 : ①等离子体具有更高的温度和能量密度。因此 ,
在等离子体辅助作用下易于产生活性成分 , 从而引发
在常规化学反应中不能或难以实现的物理变化和化学
变化 , 活性成分包括紫外和可见光子、电子、离子和
自由基 ; ②可以精确地控制表面处理工艺参数 ; ③节
省能源 ; ④减少污染 , 这对环境保护和实现可持续发
展显得更有意义。

2　低温等离子体技术在造纸工业中的应用

11　对纸浆纤维的处理

1111　对植物纤维的处理

低温等离子体技术在很多领域被用于改善材料表

面特性 , 但对于木材纤维改性的研究还很有限。等离
子体对纤维进行改性主要有 3 种形式 : 等离子体刻
蚀、等离子体交联改性及等离子体的表面接枝作用。
影响纤维间键合以及纤维与其他合成材料间相容性的

主要因素就是纤维的表面化学 , 用等离子体处理植物
纤维 , 纤维表面发生共价键交联促使表面能发生变
化。虽然这种处理仅仅改变了纤维的表面化学性质 ,
但却能带来纸张物理性质的实质改善和提高。

B arzyk等人的研究表明 , 纤维间结合可以通过增

加浆料纤维表面羧酸基团的数量得以提高。此外 , 合