随着经济的快速发展和生活水平的提高,人们对一次性厨房用纸的需求量越来越高,因为它相对传统的洗碗巾、抹布更卫生和方便,但市场上的一次性抹布多以聚酯纤维为原料通过水刺复合技术加工而成,因为原料成本高制备过程复杂成本较高,影响了一次性抹布的普及和应用,所以开发一种成本低、吸水吸油效果好的一次性厨房用纸具有重要意义。

本实验以漂白针叶木硫酸盐浆为主要原料,采用单因素控制法研究了棉浆、合成纤维、吸水树脂、湿强剂对成纸的抗张强度、湿抗张强度、吸液量和吸液高度的影响,以确定最佳的厨房用吸水吸油纸的生产工艺参数。

实验原料

浆为辽宁某造纸企业提供的俄罗斯漂白针叶木硫酸盐浆,棉浆为山东某化纤厂生产的棉短绒浆,合成纤维为山东某企业提供的直径3~25μm聚酯纤维吸油纸,高强吸水树脂为市场上采购的一种低交联型聚丙烯酸钠盐,属新型功能高分子吸水材料,拥有三维网格结构,含有羰基、羟基等强亲水性集团,能吸收自身重几百或上千倍的去离子水,其它助剂均为山东某造纸企业提供。

实验方法

(1)纸页的抄造

分别将针叶木浆、棉浆、聚酯纤维三种浆料用FPI打浆机打浆至25~30SR°的打浆度。将打好的浆料中加入高吸水树脂、湿强剂、聚丙烯酰胺,使用ZQJ2型纸样抄取器抄造成纸,备用。

(2)纸页性能检测

干抗张强度和湿抗张强度:抗张强度的检测是按照标准GB/T 12914-2008 纸和纸板抗张强度的测定方法通过FRANK-PTI抗张强度测试仪上检测。湿抗张强度的检测是将纸页切成15mm宽的纸条,将纸条中心部分浸湿,保持两端干燥,使用FRANK-PTI抗张强度测试仪检测。

吸水量和吸油量的测定:吸水量的测定步骤是首先将纸样用定量测定标准式样取样器切成原片状,称量重量,然后将样品全部侵入水面下,测定吸水一定时间后增加的重量,单位为g/m²。吸油量的测定于吸水量的测定步骤相同,所采用的测试油位厨房用的葵花籽油。

吸水高度和吸油高度的测定:吸水高度是根据标GB/T 461.1—2002 纸和纸板毛细吸液高度的测定方法。将待测纸页用可调距切纸刀切成15mm宽纸条,将样品垂直悬挂,其下端浸入水中,测定一定时间后的毛细吸水高度,吸水时间为10min。吸油高度的测定与吸水高度的测定步骤相同,所采用的测试油位厨房用的葵花籽油。

结果与讨论

(1)棉浆配比对成纸性能的影响

实验发现,棉浆的加入并没有提高手抄片的抗张强度指标,这可能是因为加入的棉浆使用实验室PFI打浆机打浆,对棉浆的粉丝帚化作用较弱,更多呈现的是切断,所以对纸页的干湿抗张强度都没表现出预期的增强效果,但干抗张指数均大于39N·m/g,湿抗张指数大于6N·m/g,符合国标GB/T26174-2010中对厨房纸巾强度的要求。

棉浆的加入有利于改善纸页的吸水吸油高度,这是间接表明了纸页对水和油的吸收速度。纸页的吸水吸油高度主要与成型纸的微孔结构有关,加入的棉浆纤维因为比较平滑,即使打浆也较难分丝帚化,纤维间形成的氢键较弱,更容易形成疏松的微孔结构,所以纸页的毛细管作用提高了其吸水吸油高度,这也间接表明了棉浆的加入在利于改善纸页的吸水吸油速度,这也是厨房用纸很重要的指标。

因为厨房用纸不仅要求对油和水的吸收速度,而且还对吸水吸油能力有较高的要求,这主要是由纤维本身的性能决定的。棉纤维因为本身具有较好的吸油性能,所以随着棉浆配比的增加,纸页的吸油量增加,在棉浆配比15%时纸页的吸油量已经高达142g/m2,体现出较好的吸油能力,但棉浆的加入对吸水能力影响不大。

综合考虑棉浆对干湿抗张指数、吸水吸油高度和吸水吸油能力的影响,并兼顾其经济性,确定10%为棉浆的最佳配比。

(2)合成纤维配比对成纸性能的影响

从添加合成纤维的实验可以看出,随着合成纤维配比的增加干湿抗张指数均呈现下降趋势,特别是在合成纤维配比超过20%时。配比5%时的纸页干抗张指数下降了41%,湿抗张指数也下降了57%,这可能是这种合成的聚酯纤维不容易和植物纤维结合,其加入会影响成纸强度,所以加入量不宜过多。

合成纤维的加入有利于改善纸页的吸水吸油高度,当时配比为15%时,吸水吸油高度相对配比为5%的纸页分别提高了33.3%和57.1%,但配比超过20%时会略有下降。这是因为合成纤维虽然本身并不具有吸水性,但是因其光滑的表面更容易和植物纤维结合形成网孔结果,所以改善了纸页的吸水吸油高度和速度,但加入量过多时,纸页的网孔结构过大,反而不利用毛细管作用的形成。

随着合成纤维的加入纸页的吸水吸油量均呈现增加趋势,当合成纤维配比15%相对5%时纸页的吸油量提高了22.2%,而吸水量则只提高了6.1%,说明合成纤维对吸油能力的提高更明显,这是因为本身聚酯纤维就具有很好的吸油性能力,而吸水性则与植物纤维相当,所以合成纤维的加入对改善纸页的吸油能力更有效。

综合合成纤维不同配比对纸页干湿抗张指数、吸水吸油高度和吸水吸油量的影响,确定合成纤维配比15%为最佳。

(3)湿强剂加入量对成纸性能的影响

由加入湿强剂的实验可以看出,湿强剂的加入对湿抗张指数的影响最大,当加入量1.5%时相比空白样湿抗张指数提高了4倍,而干抗张指数也提高了45.8%,当继续增加湿强剂的用量时,干抗强指数反而略有下降。

从湿强剂加入量对纸页吸水吸油高度的影响可以看出,湿强剂对纸页的吸水高度略有改善,但对吸油高度影响不大,可以根据产品性能需求选择性添加。

由实验结果可以看出,湿强剂对纸页的吸水量影响很大,当加入量为0.5%时吸油纸,吸水量降低了66.3%,吸油量略有降低,这可能与PAE湿强剂的作用机理有关,PAE因为与纤维形成致密的网状结构,增强了纸页的干湿强度的同时,封闭了部分孔结构,也导致了吸水量的快速降低。

综合湿强剂对纸页干湿抗张指数、吸水吸油高度和吸水吸油量的影响及厨房用纸强度的特殊要求,建议在生产过程加入1.5%左右的湿强剂。

结论

通过对漂白针叶木硫酸盐浆、棉浆、合成纤维配比及湿强剂添加量对成纸干湿抗张指数、吸水吸油高度及吸水吸油量影响的研究,发现在纤维原料配比漂白针叶木硫酸盐浆71%、棉浆10%、合成纤维15%、吸水树脂4%的条件下,添加1.5%的湿强剂PAE,0.1%阳离子聚丙烯酰胺制备的手抄片抗张指数为35.8N·m/g、湿抗张指数为5.8N·m/g、吸水量为168.3g/m²、吸水高度为20.33mm、吸油量为176.1g/m²、吸油高度为10.3mm,均达到了GBT 26174-2010厨房纸巾的要求。

在人们对一次厨房用纸需求量越来高大的今天,利用湿法成形技术低成本制造具有高吸水吸油能力的厨房纸巾,代替市场上以聚酯纤维为原料通过水刺复合技术生产的一次性厨房用纸,这不仅对于改善人们生活质量,而且对于促进传统造纸产业的转型升级都有重要意义。

欲知详情,请浏览“郭金塔,何思涵,王海松.厨房用吸水吸油纸生产工艺研究[J].中华纸业,2017,38(22).”。

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