丁 旭，程 飛，張 彥 波，楊 汝 男

( 1.大連工業(yè)大學(xué) 化工與材料學(xué)院， 遼寧 大連 116034;2.大連產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)所， 遼寧 大連 116021 )

0 引 言

鞋用紙板是指含有天然纖維、合成纖維及樹(shù)脂類物質(zhì)，經(jīng)特殊加工工藝處理，用于制鞋行業(yè)、裝飾行業(yè)及其他的彈性纖維材料系列產(chǎn)品的總稱[1]。其具有柔韌性、彈性、堅(jiān)挺性、透氣性、耐磨、經(jīng)久耐用等特點(diǎn)，而且價(jià)格便宜，可以節(jié)約大量牛皮，因此已廣泛用于制鞋行業(yè)。目前，我國(guó)各大制鞋生產(chǎn)企業(yè)為了增強(qiáng)在國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力，本著降低成本、節(jié)約原材料的宗旨，借鑒國(guó)內(nèi)外同行業(yè)成功經(jīng)驗(yàn)，采用新的生產(chǎn)工藝來(lái)實(shí)現(xiàn)使用鞋用紙板代替?zhèn)鹘y(tǒng)的皮革材料制作鞋內(nèi)底材料。本文主要對(duì)高級(jí)鞋用紙板采用層合法的新工藝進(jìn)行探索。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 原料及備料

1.1.1 原 料

廢舊麻袋、進(jìn)口硫酸鹽針葉木(落葉松)漿板和廢舊新聞紙。

鞋用紙板要求具有較高的強(qiáng)度，因此纖維原料應(yīng)首選本色或漂白的硫酸鹽針葉木漿[3]，廢麻漿具有高的透氣度[4]，而且物理強(qiáng)度性質(zhì)與針葉木相當(dāng)，尤其是有較高的撕裂指數(shù)，透氣性好，適合用于制作鞋用紙板。

本實(shí)驗(yàn)選用廢黃麻漿和進(jìn)口硫酸鹽針葉木漿作為制作鞋用紙板的主要原料，同時(shí)在廢麻漿、針葉木漿中摻加來(lái)源廣泛、價(jià)格低廉的廢舊新聞紙漿，不僅有利于降低生產(chǎn)成本、節(jié)約纖維原料、保證經(jīng)濟(jì)合理性，而且還將有助改進(jìn)紙板的柔韌性，這點(diǎn)對(duì)鞋用紙板的制造具有重要的意義。

1.1.2 原料準(zhǔn)備

麻漿、針葉木漿和廢舊新聞紙漿分別按如下流程處理至打漿度為40°、30°、52°SR。

1.1.3 原料處理流程

廢麻袋→洗凈→切碎→堿法脫膠→洗滌→盆式打漿機(jī)疏解→盤磨三段磨漿→PFI磨漿廢舊新聞紙→浸泡→盆式打漿機(jī)疏解。

1.2 鞋用紙板原紙的抄造

按實(shí)驗(yàn)配比方案，m(廢麻漿)∶m(木漿)∶m(廢舊新聞紙漿)=62∶27∶11，分別稱取不同的漿料，在打散器中分散均勻，然后用BBS-2型抄片機(jī)進(jìn)行抄片。定量為100 g/m2的紙板若干片，用于測(cè)定基本物理強(qiáng)度指標(biāo)做比照；定量為200、250、333.3 g/m2分別抄若干片，對(duì)應(yīng)的每5、4、3片油壓成1 000 g/m2的紙板，將其平衡水分24 h后，用定量為100 g/m2的紙板測(cè)定撕裂度。

1.3 層合實(shí)驗(yàn)

取一定量的羧基丁苯膠乳放在小燒杯中自然風(fēng)干，1周后衡重，并測(cè)定原乳膠的水分和濃度。將羧基丁苯膠乳分別配成原濃度的1.0、0.75和0.5倍，在絕干膠料量相同、濃度不同的條件下，用毛刷將膠料均勻的涂刷在紙板的黏合面上，將各層數(shù)紙板放入油壓機(jī)壓實(shí)后，放入烘箱，60 ℃下預(yù)干燥1 h、100 ℃下干燥2 h。將所得紙板放入硫酸干燥器以備物檢用。

1.4 鞋用紙板性能的檢測(cè)

1.4.1 常規(guī)物理指標(biāo)

紙張的撕裂強(qiáng)度[2]、耐折度和抗張強(qiáng)度分別按GB/T 455.1—1989、GB/T 457—1989和GB/T 453—1989進(jìn)行測(cè)定。

1.4.2 浸水伸長(zhǎng)率

切取一定長(zhǎng)度的紙板，在上面畫一條直線(20 cm以上)，測(cè)量長(zhǎng)度L(cm)。浸入(20±1) ℃水中，1 h后取出，用濾紙吸去表面水分，測(cè)定直線長(zhǎng)度變化，結(jié)果以百分?jǐn)?shù)表示，計(jì)算公式如下：

浸水伸長(zhǎng)率=[L(浸水后)-L(浸水前)]/L(浸水前)

1.4.3 高溫收縮率

切取一定長(zhǎng)度的紙板，在上面畫一條直線(20 cm以上)，測(cè)出長(zhǎng)度L(原)(cm)，放入(100±1) ℃烘箱中處理1 h，取出測(cè)其長(zhǎng)度L(后)，再測(cè)定長(zhǎng)度變化，結(jié)果以百分?jǐn)?shù)表示，計(jì)算公式如下：

高溫收縮率=[L(原)-L(后)]/L(原)

1.4.4 紙板吸水性

取面積為0.01 m2的紙板，稱重G1(g)，放入溫度為(20±1) ℃的水中，1 h后取出，用濾紙吸去表面水分，稱重G2，結(jié)果以百分?jǐn)?shù)表示，計(jì)算公式為

吸水性=(G2-G1)/G1

1.4.5 紙板層間剝離強(qiáng)度

切取寬15 mm、長(zhǎng)130 mm的試樣5條，在每條試樣的中間層剝開(kāi)80 mm，將剝開(kāi)部分往左右方向分開(kāi)，并使其與紙板的未剝開(kāi)部分成垂直角度，將剝開(kāi)部分的兩端分別夾于抗張強(qiáng)度測(cè)定器的兩個(gè)夾子上。上下兩夾子的端面距離為100 mm，進(jìn)行測(cè)定，待紙板中間開(kāi)始剝離，抗張強(qiáng)度測(cè)定儀指針停止時(shí)，讀數(shù)即為層間剝離強(qiáng)度。

2 結(jié)果與討論

2.1 配抄原漿的最佳條件

經(jīng)實(shí)驗(yàn)，當(dāng)m(廢麻漿)∶m(木漿)∶m(廢舊新聞紙漿)=62∶27∶11 時(shí)，鞋用紙板原紙的基本物理強(qiáng)度指標(biāo)最佳，分別為裂斷長(zhǎng)6 270 m、撕裂指數(shù)15.89 mN5m2/g、耐折度2 135次。

2.2 各層數(shù)紙板的物理性能檢測(cè)和最佳層合數(shù)的篩選

每合成定量為1 000 g/m2的紙板所用的膠乳為20 mL。本實(shí)驗(yàn)所用紙板層合數(shù)分別為3、4、5層，分別測(cè)定各層數(shù)紙板的尺寸變形及物理強(qiáng)度，從而篩選出最佳的層合數(shù)，結(jié)果見(jiàn)表1。

從表1中可知，3層紙板的吸水性、伸長(zhǎng)率最高，雖然收縮率最低，但與5層紙板相差不多；4層紙板無(wú)論是吸水性、收縮率還是伸長(zhǎng)率都居中；而5層紙板雖然收縮率最高，但其吸水性和伸長(zhǎng)率都是最小的，這些特點(diǎn)均利于鞋用紙板。所以，從尺寸變形性而言，5層紙板的尺寸變形率最低，也最適于鞋用紙板的生產(chǎn)。

表1 各層數(shù)紙板的尺寸變形及物理強(qiáng)度

Tab.1 Size distortion and physics intensity of every layer pasteboard

紙板層合數(shù)345浸水1 h后吸水率/%87.378.373.2浸水1 h后伸長(zhǎng)率/%8.13.21.1熱處理1 h后收縮率/%0.50.70.9最初剝離強(qiáng)度/N9.1210.398.73浸水1 h后抗張拉力/N75.6987.0797.59拉力/N1 028.61 036.71 069.5耐折度/次1 8521 9332 139

各層數(shù)的紙板的浸水拉力、抗張強(qiáng)度、耐折度均有規(guī)律地隨層數(shù)的增加而提高，即5層紙板優(yōu)于其他層數(shù)紙板。

綜合各因素，5層紙板是層合法獲得的最佳鞋用紙板。

2.3 層合紙板最佳涂膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)的篩選

2.3.1 層合紙板涂膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)的篩選

選用4層紙板進(jìn)行最佳涂膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)的篩選。用量筒準(zhǔn)確稱量羧基丁苯膠乳6.7 mL，在定量為250 g/m2的原紙板表面用毛刷涂勻膠乳。4層紙板共有3個(gè)涂膠面，總計(jì)涂布20 mL。涂過(guò)膠的紙板用油壓機(jī)壓實(shí)，放入烘箱低溫干燥1 h，高溫干燥2 h，放入硫酸干燥器中待測(cè)其物理性能。

將原膠乳分別配成原濃度的0.75、0.50倍后，用上述同樣方法處理紙板。

本實(shí)驗(yàn)在總涂膠量一定的前提下，篩選羧基丁苯膠乳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為53.9%、40.43%和26.95%。

2.3.2 各涂膠紙板的物理性能檢測(cè)和最佳膠乳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的確定

每合成定量為1 000 g/m2的紙板所用的膠乳總體積為20 mL，分別測(cè)定4層紙板的尺寸變形數(shù)據(jù)及物理強(qiáng)度，結(jié)果見(jiàn)表2。從表2中可知，膠乳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為26.95%的紙板浸水1 h的濕強(qiáng)度最高，而耐折度與膠乳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40.43%時(shí)相當(dāng)。從經(jīng)濟(jì)角度而言，采用低濃度膠乳施加更為合理。

涂膠為26.95%～40.43%的紙板的剝離強(qiáng)度、抗張強(qiáng)度參數(shù)接近；但從尺寸變形性能上看，涂膠26.95%的紙板比40.43%的吸水性、收縮性更小，伸長(zhǎng)率略高，更適合鞋用紙板的性能。

表2 各膠料質(zhì)量分?jǐn)?shù)條件下的尺寸變形數(shù)據(jù)及物理強(qiáng)度

Tab.2 Size distortion and physics intensity of every layer of rubber latex consistency

w/%53.9040.4326.95浸水1 h后吸水率/%浸水1h后伸長(zhǎng)率/%熱處理1 h后收縮率/%最初剝離強(qiáng)度/N浸水1 h后抗張拉力/N拉力/N耐折度/次93.62.55.35.2571.141 084.31 45787.31.38.79.6260.111 055.21 88283.78.14.99.6875.691 028.61 852

綜合各因素，采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為26.95%的膠乳更經(jīng)濟(jì)合理。此時(shí)獲得的紙板物理強(qiáng)度和尺寸變形性相對(duì)而言均更適于抄造鞋用紙板。

2.4 最佳表面施膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)的確定

為了增加表面抗水性能、提高各項(xiàng)物理強(qiáng)度，對(duì)鞋用紙板進(jìn)行表面施膠。但施膠濃度過(guò)高會(huì)降低紙板的透氣性能，而且不經(jīng)濟(jì)；表面施膠濃度過(guò)低，也會(huì)對(duì)紙板的各項(xiàng)物理性能指標(biāo)產(chǎn)生不良影響。

圖1 表面施膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)紙板吸水性能的影響

Fig.1 The effect of water absorbency of all surfaces sizing concentration

由圖1可知，表面不施膠的紙板吸水性最高，達(dá)到了56.94%；隨著施膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，吸水性逐漸下降，當(dāng)施膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)在21.56%時(shí)，紙板的吸水性最低，隨著施膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，吸水性又開(kāi)始增加。

鞋用紙板要求具有透氣舒適、尺寸變形性小、吸水性小等優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)榧埌逦?，?huì)降低其物理強(qiáng)度，包括耐折度、撕裂度、抗張強(qiáng)度、戳穿強(qiáng)度等，所以吸水性越小，說(shuō)明紙板的形變小，同時(shí)對(duì)自身物理強(qiáng)度的保持也越好。因此表面施膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)在21.56%時(shí)最適宜。

2.5 再現(xiàn)性實(shí)驗(yàn)結(jié)果

綜合上述分析，按照各條件實(shí)驗(yàn)得出的優(yōu)化條件進(jìn)行了再現(xiàn)性實(shí)驗(yàn)。采用毛刷涂布的方法，絕干膠用量10.78 g，5層紙板層合，膠料質(zhì)量分?jǐn)?shù)為26.95%，表面施膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)21.56%，所得結(jié)果見(jiàn)表3。從表3中可以看出，經(jīng)過(guò)優(yōu)化組合，鞋用紙板各性能指標(biāo)達(dá)到了預(yù)期的指標(biāo)。其具有較低的吸水性和較高的耐折度，尺寸性變形良好。

表3 再現(xiàn)性實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié) 論

實(shí)驗(yàn)所用漿料是由麻廢棄物、針葉木、廢舊新聞紙漿組成。原料來(lái)源廣泛、價(jià)格便宜，且經(jīng)濟(jì)環(huán)保。實(shí)驗(yàn)中較低的膠乳濃度能降低成本，獲得更好鞋用紙板優(yōu)良的性能。通過(guò)鞋用紙板抄制條件實(shí)驗(yàn)及層合工藝條件實(shí)驗(yàn)，確定了鞋用紙板的最佳層合數(shù)、內(nèi)部層合膠乳質(zhì)量分?jǐn)?shù)和表面施膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)，并測(cè)得在此條件下壓制的鞋用紙板，各項(xiàng)指標(biāo)均適合制鞋用紙板。

[1] 李明閣,唐明棟,胡榮華. 鞋用紙板的生產(chǎn)技術(shù)[J]. 上海造紙, 1996, 27(3):99.

[2] 石淑蘭,何福望. 制漿造紙分析與檢測(cè)[M]. 北京:中國(guó)輕工業(yè)出版社, 2004:177-191.

[3] 屠恒忠. 鞋用內(nèi)底紙板的質(zhì)量要求及生產(chǎn)技術(shù)要點(diǎn)[J]. 紙和造紙, 2006, 25(5):10.

[4] 閻東波,高長(zhǎng)波. 針葉木漿與廢麻漿配抄卷煙紙的配漿數(shù)學(xué)模型及紙頁(yè)性能的預(yù)測(cè)[J]. 廣東造紙, 1997(2):1-7.