鞋用紙板原紙?jiān)霞芭浔鹊难芯?/h1>
2010-09-26 04:48:14程飛丁旭張彥波楊汝男
大連工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào) 2010年3期
程飛，丁旭，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
鞋用紙板主要由纖維和膠料組成，一般要求強(qiáng)度好，尤其是要求柔韌耐折［1］，因此均選用長(zhǎng)纖維原料制作。化學(xué)木漿具有較高的強(qiáng)度，廢麻漿具有較高的透氣度［2］，而且麻類纖維紙漿的物理機(jī)械強(qiáng)度性質(zhì)與針葉木漿相當(dāng)，廢麻漿具有較高的撕裂指數(shù)［3］的特點(diǎn)，適用于制作鞋用紙板。但只用一種漿料研制鞋用紙板，在經(jīng)濟(jì)上不合算，在紙板質(zhì)量上也不能滿足要求。我國(guó)目前生產(chǎn)鞋用紙板的主要纖維原料是針葉材化學(xué)木漿。僅用這種原料，鞋用紙板的強(qiáng)度雖能滿足，但成本高［4］。本文在滿足鞋用紙板質(zhì)量指標(biāo)的前提下，采用價(jià)格低廉的廢棄麻袋［5］（主要是黃麻纖維）部分或大部分代替價(jià)格昂貴的進(jìn)口針葉木漿板，不僅可以“變廢為寶”，還會(huì)給生產(chǎn)鞋用紙板的企業(yè)帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益。
1 原料與方法
1.1 原 料
（1）廢麻袋：取自中央儲(chǔ)備糧大連直屬庫(kù)。
（2）木漿：取自黑龍江造紙研究所的由俄羅斯進(jìn)口的硫酸鹽落葉松漿板。
（3）廢舊報(bào)紙。
1.2 原料準(zhǔn)備
廢麻袋先經(jīng)過(guò)人工除雜、漂洗后用剪刀剪成小塊并用打漿機(jī)疏解成單根纖維的漿料，以下簡(jiǎn)稱廢麻漿。針葉木漿板、廢報(bào)紙（預(yù)先撕成小塊）用打漿機(jī)疏解成漿（以下分別簡(jiǎn)稱為針葉木漿和廢報(bào)紙漿）后，把漿團(tuán)撕成均勻的小塊，分別置于塑料袋中平衡水分備用。
1.3 鞋用紙板原紙的抄制
首先用PFI磨將廢麻漿和針葉木漿打至所需的打漿度后，分別平衡并測(cè)量其水分，然后依實(shí)驗(yàn)條件稱取漿料，打散，抄片并平衡水分后壓制紙板，最后檢測(cè)其裂斷長(zhǎng)、撕裂指數(shù)和耐折度。
1.4 鞋用紙板原紙性能的檢測(cè)方法
原紙的裂斷長(zhǎng)、撕裂指數(shù)和耐折度分別按國(guó)標(biāo)GB／T 453、GB／T 455和GB／T 1538進(jìn)行檢測(cè)。
2 結(jié)果與討論
2.1 原料的選用
本實(shí)驗(yàn)選用廢麻漿和木漿作為制作鞋用紙板原紙的主要原料。
2.1.1 針葉木漿打漿度與紙張強(qiáng)度的關(guān)系。
表1表明了針葉木漿在不同打漿度下紙頁(yè)強(qiáng)度的變化趨勢(shì)。可以看出，隨著木漿打漿度的升高，裂斷長(zhǎng)逐漸升高，而耐折度和撕裂指數(shù)先升后降，這主要是因?yàn)殡S著打漿度的提高，一方面纖維的結(jié)合力不斷上升，有利于提高紙頁(yè)的各種物理強(qiáng)度；另一方面，纖維的長(zhǎng)度不斷減短，使紙頁(yè)的各種物理強(qiáng)度指標(biāo)下降［6］。裂斷長(zhǎng)主要受纖維結(jié)合力的影響，而耐折度還受纖維平均長(zhǎng)度的影響，撕裂指數(shù)則主要受纖維長(zhǎng)度的影響。從表中數(shù)據(jù)還可以看出，針葉木漿板在打漿度為45°SR時(shí)，裂斷長(zhǎng)接近10 000m，耐折度指標(biāo)也較好。
表1 針葉木漿不同打漿度的成紙性能Tab.1 Paper property of different pulp degree of softwood pulp
2.1.2 廢麻漿不同打漿度與紙張強(qiáng)度的關(guān)系
為檢測(cè)廢麻漿不同打漿度的漿成紙性能，用不同打漿度的廢麻漿抄成紙頁(yè)。檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2。
表2 廢麻漿不同打漿度的成紙性能Tab.2 Paper property of different pulp degree of jute pulp
由表2可見(jiàn)，隨著打漿度的提高，廢麻漿的裂斷長(zhǎng)、耐折度和撕裂指數(shù)變化基本趨勢(shì)與木漿一致。相比之下，針葉木漿抗張強(qiáng)度、耐折度遠(yuǎn)高于廢麻漿，而廢麻漿比木漿具有更好的撕裂指數(shù)。
2.2 鞋用紙板原紙漿料配比方案的確定
由實(shí)驗(yàn)“2.1.2”得出的結(jié)論，針葉木漿抗張強(qiáng)度、耐折度均比廢麻漿好，但其撕裂指數(shù)在打漿度為25°SR時(shí)就達(dá)到了最高點(diǎn)，而廢麻漿相對(duì)木纖維來(lái)說(shuō)纖維長(zhǎng)度長(zhǎng)、長(zhǎng)寬比大、有更好的撕裂指數(shù)。即增加麻纖維的含量可以提高鞋用紙板的強(qiáng)度；但漿料中麻纖維含量過(guò)高易引起漿料分散不勻，產(chǎn)生絮聚且麻纖維含油較多，與膠乳乳液的黏結(jié)會(huì)受到影響［3］，反而不利于提高鞋用紙板的質(zhì)量。因此，選擇漿料適宜的打漿度及配比是本研究的關(guān)鍵。
2.2.1 木漿打漿度的確定
選定廢麻漿與針葉木漿的質(zhì)量比為7∶3。用打漿度為45°SR的廢麻漿分別與不同打漿度的針葉木漿抄片，其物理性能指標(biāo)如表3所示。
表3 不同針葉木漿打漿度下原紙的強(qiáng)度特性Tab.3 Intensity properties of board under different beating degree of softwood pulp
由表3可見(jiàn)，在針葉木漿打漿度為30°SR時(shí)，鞋用紙板原紙的耐折度達(dá)2 336次，而此時(shí)，成紙的裂斷長(zhǎng)也超過(guò)了6 000m，因此，確定木漿的打漿度為30°SR。
2.2.2 廢麻漿與針葉木漿配比的確定
本組實(shí)驗(yàn)的條件及結(jié)果見(jiàn)表4。由表4可見(jiàn)，隨著漿料配比中針葉木漿比例的增加，鞋用紙板原紙的裂斷長(zhǎng)和耐折度一直呈現(xiàn)出上升趨勢(shì)，而撕裂指數(shù)則一直下降，這正好符合了廢麻漿撕裂指數(shù)高而針葉木漿抗張強(qiáng)度好的特點(diǎn)。綜合考慮3個(gè)強(qiáng)度指標(biāo)，在廢麻漿與木漿質(zhì)量比為7∶3時(shí)，裂斷長(zhǎng)超過(guò)了6 000m，耐折度達(dá)到了2 336次，雖然麻、木漿配比為6∶4時(shí)的撕裂指數(shù)稍高，但耐折度比較低，而且考慮到針葉木漿的成本較高，因此確定廢麻漿與木漿的比例為7∶3。
表4 廢麻漿與針葉木漿最佳配比確定實(shí)驗(yàn)結(jié)果Tab.4 Results of the best proportion between jute pulp and softwood pulp
2.2.3 廢麻漿打漿度的確定
本組實(shí)驗(yàn)的條件及結(jié)果見(jiàn)表5。
表5 不同廢麻漿打漿度下原紙的強(qiáng)度特性Tab.5 Intensity properties of base paper under different beating degree of jute pulp
由表5可見(jiàn)，在廢麻漿打漿度為40°SR時(shí)，原紙的撕裂指數(shù)和耐折度最高，而當(dāng)打漿度超過(guò)40°SR后，紙板的耐折度和撕裂指數(shù)迅速下降，裂斷長(zhǎng)增加不多，因此確定廢麻漿的打漿度為40°SR。
2.2.4 廢報(bào)紙漿比例的確定
廢報(bào)紙主要由機(jī)械漿、化學(xué)機(jī)械漿和化學(xué)熱磨機(jī)械漿等高得率紙漿抄造而成［7］。廢報(bào)紙來(lái)源廣泛，價(jià)格低廉，在廢麻漿、針葉木（落葉松）漿中摻加廢報(bào)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)合理性還有助于改進(jìn)紙板的柔韌性，這對(duì)鞋用紙板的制造具有重要意義。因此考慮配加一定量的廢報(bào)紙以取代針葉木漿，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表6所示。由表6可見(jiàn)，在鞋用紙板原紙漿料配中加入一定量的廢報(bào)紙漿，成紙的抗張強(qiáng)度不僅沒(méi)下降，反而有所上升。表現(xiàn)在裂斷長(zhǎng)增加，其原因可能在于：與廢報(bào)紙漿相比，針葉木漿和廢麻漿纖維都比較長(zhǎng)，而廢麻漿難以打漿，分絲帚化困難，因此兩者的結(jié)合情況不理想，加入一定量的廢報(bào)紙漿后，細(xì)小纖維增加，有效地加強(qiáng)了纖維之間的結(jié)合力，因此，成紙的抗張強(qiáng)度增加，裂斷長(zhǎng)上升。但是當(dāng)廢報(bào)紙漿比例超過(guò)11%后，由于纖維本身強(qiáng)度的原因，抗張強(qiáng)度明顯下降，裂斷長(zhǎng)降低，撕裂指數(shù)以及耐折度均下降較多?？紤]到廢報(bào)漿的成本要遠(yuǎn)低于木漿和廢麻漿，綜合上述因素，選定廢報(bào)紙紙漿的加入比例為11%。
表6 廢報(bào)紙漿比例的確定Tab.6 Results of waste newspaper pulp proportion
綜合上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果，鞋用紙板原料種類為麻廢棄物、針葉木（落葉松）漿板、廢報(bào)紙。適宜的鞋用紙板原紙漿料配比為m（廢麻漿）∶m（木漿）∶m（廢報(bào)紙漿）=62.3∶26.7∶11。在此漿料配比條件下的鞋用紙板原紙裂斷長(zhǎng)、撕裂指數(shù)、耐折度均達(dá)到較好水平。
3 結(jié)論
使用廢麻漿、針葉木漿板、廢報(bào)紙漿料的最佳打漿條件和配比方案為：m（廢麻漿）∶m（木漿）∶m（廢報(bào)紙漿）=62∶27∶11（廢麻漿，40°SR；木漿，30°SR；廢報(bào)紙漿，52°SR）。在此條件下的鞋用紙板原紙?zhí)匦詾榱褦嚅L(zhǎng)6 270m；撕裂指數(shù)15.89mN·m2／g；耐折度2 135次。另外，加入11%的廢報(bào)紙漿能夠滿足鞋用紙板原紙各強(qiáng)度指標(biāo)，降低了產(chǎn)品的成本，給造紙企業(yè)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益。
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1.2 原料準(zhǔn)備
廢麻袋先經(jīng)過(guò)人工除雜、漂洗后用剪刀剪成小塊并用打漿機(jī)疏解成單根纖維的漿料，以下簡(jiǎn)稱廢麻漿。針葉木漿板、廢報(bào)紙（預(yù)先撕成小塊）用打漿機(jī)疏解成漿（以下分別簡(jiǎn)稱為針葉木漿和廢報(bào)紙漿）后，把漿團(tuán)撕成均勻的小塊，分別置于塑料袋中平衡水分備用。
1.3 鞋用紙板原紙的抄制
首先用PFI磨將廢麻漿和針葉木漿打至所需的打漿度后，分別平衡并測(cè)量其水分，然后依實(shí)驗(yàn)條件稱取漿料，打散，抄片并平衡水分后壓制紙板，最后檢測(cè)其裂斷長(zhǎng)、撕裂指數(shù)和耐折度。
1.4 鞋用紙板原紙性能的檢測(cè)方法
原紙的裂斷長(zhǎng)、撕裂指數(shù)和耐折度分別按國(guó)標(biāo)GB／T 453、GB／T 455和GB／T 1538進(jìn)行檢測(cè)。
2 結(jié)果與討論
2.1 原料的選用
本實(shí)驗(yàn)選用廢麻漿和木漿作為制作鞋用紙板原紙的主要原料。
2.1.1 針葉木漿打漿度與紙張強(qiáng)度的關(guān)系。
表1表明了針葉木漿在不同打漿度下紙頁(yè)強(qiáng)度的變化趨勢(shì)。可以看出，隨著木漿打漿度的升高，裂斷長(zhǎng)逐漸升高，而耐折度和撕裂指數(shù)先升后降，這主要是因?yàn)殡S著打漿度的提高，一方面纖維的結(jié)合力不斷上升，有利于提高紙頁(yè)的各種物理強(qiáng)度；另一方面，纖維的長(zhǎng)度不斷減短，使紙頁(yè)的各種物理強(qiáng)度指標(biāo)下降［6］。裂斷長(zhǎng)主要受纖維結(jié)合力的影響，而耐折度還受纖維平均長(zhǎng)度的影響，撕裂指數(shù)則主要受纖維長(zhǎng)度的影響。從表中數(shù)據(jù)還可以看出，針葉木漿板在打漿度為45°SR時(shí)，裂斷長(zhǎng)接近10 000m，耐折度指標(biāo)也較好。
表1 針葉木漿不同打漿度的成紙性能Tab.1 Paper property of different pulp degree of softwood pulp
2.1.2 廢麻漿不同打漿度與紙張強(qiáng)度的關(guān)系
為檢測(cè)廢麻漿不同打漿度的漿成紙性能，用不同打漿度的廢麻漿抄成紙頁(yè)。檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2。
表2 廢麻漿不同打漿度的成紙性能Tab.2 Paper property of different pulp degree of jute pulp
由表2可見(jiàn)，隨著打漿度的提高，廢麻漿的裂斷長(zhǎng)、耐折度和撕裂指數(shù)變化基本趨勢(shì)與木漿一致。相比之下，針葉木漿抗張強(qiáng)度、耐折度遠(yuǎn)高于廢麻漿，而廢麻漿比木漿具有更好的撕裂指數(shù)。
2.2 鞋用紙板原紙漿料配比方案的確定
由實(shí)驗(yàn)“2.1.2”得出的結(jié)論，針葉木漿抗張強(qiáng)度、耐折度均比廢麻漿好，但其撕裂指數(shù)在打漿度為25°SR時(shí)就達(dá)到了最高點(diǎn)，而廢麻漿相對(duì)木纖維來(lái)說(shuō)纖維長(zhǎng)度長(zhǎng)、長(zhǎng)寬比大、有更好的撕裂指數(shù)。即增加麻纖維的含量可以提高鞋用紙板的強(qiáng)度；但漿料中麻纖維含量過(guò)高易引起漿料分散不勻，產(chǎn)生絮聚且麻纖維含油較多，與膠乳乳液的黏結(jié)會(huì)受到影響［3］，反而不利于提高鞋用紙板的質(zhì)量。因此，選擇漿料適宜的打漿度及配比是本研究的關(guān)鍵。
2.2.1 木漿打漿度的確定
選定廢麻漿與針葉木漿的質(zhì)量比為7∶3。用打漿度為45°SR的廢麻漿分別與不同打漿度的針葉木漿抄片，其物理性能指標(biāo)如表3所示。
表3 不同針葉木漿打漿度下原紙的強(qiáng)度特性Tab.3 Intensity properties of board under different beating degree of softwood pulp
由表3可見(jiàn)，在針葉木漿打漿度為30°SR時(shí)，鞋用紙板原紙的耐折度達(dá)2 336次，而此時(shí)，成紙的裂斷長(zhǎng)也超過(guò)了6 000m，因此，確定木漿的打漿度為30°SR。
2.2.2 廢麻漿與針葉木漿配比的確定
本組實(shí)驗(yàn)的條件及結(jié)果見(jiàn)表4。由表4可見(jiàn)，隨著漿料配比中針葉木漿比例的增加，鞋用紙板原紙的裂斷長(zhǎng)和耐折度一直呈現(xiàn)出上升趨勢(shì)，而撕裂指數(shù)則一直下降，這正好符合了廢麻漿撕裂指數(shù)高而針葉木漿抗張強(qiáng)度好的特點(diǎn)。綜合考慮3個(gè)強(qiáng)度指標(biāo)，在廢麻漿與木漿質(zhì)量比為7∶3時(shí)，裂斷長(zhǎng)超過(guò)了6 000m，耐折度達(dá)到了2 336次，雖然麻、木漿配比為6∶4時(shí)的撕裂指數(shù)稍高，但耐折度比較低，而且考慮到針葉木漿的成本較高，因此確定廢麻漿與木漿的比例為7∶3。
表4 廢麻漿與針葉木漿最佳配比確定實(shí)驗(yàn)結(jié)果Tab.4 Results of the best proportion between jute pulp and softwood pulp
2.2.3 廢麻漿打漿度的確定
本組實(shí)驗(yàn)的條件及結(jié)果見(jiàn)表5。
表5 不同廢麻漿打漿度下原紙的強(qiáng)度特性Tab.5 Intensity properties of base paper under different beating degree of jute pulp
由表5可見(jiàn)，在廢麻漿打漿度為40°SR時(shí)，原紙的撕裂指數(shù)和耐折度最高，而當(dāng)打漿度超過(guò)40°SR后，紙板的耐折度和撕裂指數(shù)迅速下降，裂斷長(zhǎng)增加不多，因此確定廢麻漿的打漿度為40°SR。
2.2.4 廢報(bào)紙漿比例的確定
廢報(bào)紙主要由機(jī)械漿、化學(xué)機(jī)械漿和化學(xué)熱磨機(jī)械漿等高得率紙漿抄造而成［7］。廢報(bào)紙來(lái)源廣泛，價(jià)格低廉，在廢麻漿、針葉木（落葉松）漿中摻加廢報(bào)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)合理性還有助于改進(jìn)紙板的柔韌性，這對(duì)鞋用紙板的制造具有重要意義。因此考慮配加一定量的廢報(bào)紙以取代針葉木漿，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表6所示。由表6可見(jiàn)，在鞋用紙板原紙漿料配中加入一定量的廢報(bào)紙漿，成紙的抗張強(qiáng)度不僅沒(méi)下降，反而有所上升。表現(xiàn)在裂斷長(zhǎng)增加，其原因可能在于：與廢報(bào)紙漿相比，針葉木漿和廢麻漿纖維都比較長(zhǎng)，而廢麻漿難以打漿，分絲帚化困難，因此兩者的結(jié)合情況不理想，加入一定量的廢報(bào)紙漿后，細(xì)小纖維增加，有效地加強(qiáng)了纖維之間的結(jié)合力，因此，成紙的抗張強(qiáng)度增加，裂斷長(zhǎng)上升。但是當(dāng)廢報(bào)紙漿比例超過(guò)11%后，由于纖維本身強(qiáng)度的原因，抗張強(qiáng)度明顯下降，裂斷長(zhǎng)降低，撕裂指數(shù)以及耐折度均下降較多?？紤]到廢報(bào)漿的成本要遠(yuǎn)低于木漿和廢麻漿，綜合上述因素，選定廢報(bào)紙紙漿的加入比例為11%。
表6 廢報(bào)紙漿比例的確定Tab.6 Results of waste newspaper pulp proportion
綜合上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果，鞋用紙板原料種類為麻廢棄物、針葉木（落葉松）漿板、廢報(bào)紙。適宜的鞋用紙板原紙漿料配比為m（廢麻漿）∶m（木漿）∶m（廢報(bào)紙漿）=62.3∶26.7∶11。在此漿料配比條件下的鞋用紙板原紙裂斷長(zhǎng)、撕裂指數(shù)、耐折度均達(dá)到較好水平。
3 結(jié)論
使用廢麻漿、針葉木漿板、廢報(bào)紙漿料的最佳打漿條件和配比方案為：m（廢麻漿）∶m（木漿）∶m（廢報(bào)紙漿）=62∶27∶11（廢麻漿，40°SR；木漿，30°SR；廢報(bào)紙漿，52°SR）。在此條件下的鞋用紙板原紙?zhí)匦詾榱褦嚅L(zhǎng)6 270m；撕裂指數(shù)15.89mN·m2／g；耐折度2 135次。另外，加入11%的廢報(bào)紙漿能夠滿足鞋用紙板原紙各強(qiáng)度指標(biāo)，降低了產(chǎn)品的成本，給造紙企業(yè)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益。
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印刷技術(shù)·包裝裝潢(2014年5期)2014-08-27 16:56:19
中國(guó)造紙(2014年1期)2014-03-01 02:10:11
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