徐永建， 閆 瑛， 岳小鵬

(1.陜西科技大學(xué) 輕工與能源學(xué)院 陜西省造紙技術(shù)及特種紙品開發(fā)重點實驗室， 陜西 西安 710021; 2.陜西科技大學(xué) 材料科學(xué)與工程博士后流動站， 陜西 西安 710021)

0 引言

一次性衛(wèi)生用品也被稱為吸收性用即棄產(chǎn)品，包括婦女衛(wèi)生巾、衛(wèi)生護(hù)墊、止血塞和寵物墊等.絨毛漿屬于一次性衛(wèi)生用品中的吸水材料[1,2]，在使用時需將絨毛漿板干法解離成棉絮狀絨毛漿，填充到衛(wèi)生用品芯層用作吸水性材料或者作為干法無紡布的原料.要求絨毛漿板容易起絨、起絨后纖維完整性好、粉塵少、漿墊松厚度大而且柔軟、良好的吸液能力以及起絨時無小漿塊或纖維結(jié)等[3,4].這樣，絨毛漿板纖維間的結(jié)合強(qiáng)度及絨毛漿纖維自身的吸收性就成了評價絨毛漿質(zhì)量好壞的重要指標(biāo).

傳統(tǒng)工藝中，一次性衛(wèi)生用品為了獲得良好的吸收性，在芯層添加顆粒狀的高吸水性復(fù)合材料，如高吸水性樹脂，然而粉末不固定，易移動，造成鋪展不均勻，影響吸水后的強(qiáng)度和完整性等[5].打漿能夠使纖維發(fā)生細(xì)纖維化現(xiàn)象，研究發(fā)現(xiàn)纖維形態(tài)影響纖維間的結(jié)合，但不影響絨毛漿的吸水性[6].纖維素纖維內(nèi)部細(xì)纖維化后，在次生壁同心層之間彼此產(chǎn)生滑動，纖維剛性削弱，塑性增加，能夠提高纖維的吸收性[7,8]，外部細(xì)纖維化程度減小，纖維間的結(jié)合力就會適當(dāng)弱化.

論文借鑒傳統(tǒng)打漿工藝，通過機(jī)械的預(yù)處理方式，更多地使纖維發(fā)生內(nèi)部細(xì)纖維化現(xiàn)象，從而為絨毛漿制備工藝提供一種提高其吸收性的預(yù)處理思路.

1 實驗

1.1 原料

馬尾松漂白硫酸鹽漿，由鳳凰紙業(yè)有限公司提供.

1.2 儀器與設(shè)備

多媒體顯微鏡(DMB5-223IPL-5型，麥克奧迪實業(yè)集團(tuán)有限公司)；離心機(jī)(LD4-2A，最大離心力2 800 g，最高離心轉(zhuǎn)數(shù)4 000 r/min，北京醫(yī)用離心機(jī)廠)；零距抗張強(qiáng)度儀(Canada H8N 2V7，德國)；內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度儀(NO.2085-D，日本)；電腦測控厚度緊度儀(DC-HJY03，四川省長江造紙儀器廠)；紙樣抄取器(ZQJ1-B，西北輕工業(yè)學(xué)院機(jī)械廠).

1.3 實驗方法

采用Valley打漿機(jī)對纖維進(jìn)行機(jī)械預(yù)處理，處理濃度為2%，每隔10 min取樣測定打漿度，直到打漿至所需打漿度，取樣待用.

PFI預(yù)處理，濃度為10%，采用不同磨漿轉(zhuǎn)數(shù)，取樣測定紙漿打漿度，選取與Valley打漿方式下同一打漿度水平的漿樣待用.

1.4 測試方法

1.4.1 保水值(WRV)的測定[9]

稱取相當(dāng)于1.0 g 絕干漿的纖維原料，于25 ℃下在60 mL水中浸泡過夜，用離心機(jī)于2 800 g(4 000 r/min)離心力下離心15 min，稱纖維濕重W1，再將樣品烘干至絕干，稱重W2.WRV按如下公式計算：

WRV/%=100×(W1-W2)/W2

(1)

1.4.2 角質(zhì)化的測定[10]

以體現(xiàn)纖維潤脹能力的保水值(WRV)的減少來表征纖維的角質(zhì)化程度.纖維角質(zhì)化的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

角質(zhì)化/%=100×(WRV0-WRV1)/WRV0

(2)

式中，WRV0為纖維開始的保水值；WRV1為發(fā)生角質(zhì)化纖維的保水值.

1.4.3 其它性能檢測

纖維零距抗張強(qiáng)度、內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度、松厚度等檢測方法參見文獻(xiàn)[11].

2 結(jié)果與討論

紙漿纖維在打漿過程中可以發(fā)生細(xì)纖維化現(xiàn)象，傳統(tǒng)造紙工藝通過打漿提高纖維間的結(jié)合.絨毛漿要求纖維具有良好的吸收性、干蓬松度，絨毛漿板易于干解離，已有研究表明[7]，纖維內(nèi)部細(xì)纖維化能夠改善纖維的吸收性，破壞分子之間的氫鍵聯(lián)接.不同于傳統(tǒng)造紙打漿工藝，絨毛漿制備過程借鑒打漿工藝對纖維進(jìn)行機(jī)械預(yù)處理，實現(xiàn)纖維內(nèi)部細(xì)纖維化而弱化外部細(xì)纖維化，為生產(chǎn)出質(zhì)量優(yōu)等的絨毛漿提供技術(shù)及理論基礎(chǔ).

2.1 兩種預(yù)處理方式下的纖維形貌

植物纖維原料分別經(jīng)過Valley打漿和PFI打漿處理之后，選取該兩種打漿方式下的紙漿試樣對纖維進(jìn)行了形貌觀察，見圖1.

圖1 兩種預(yù)處理方式下紙漿纖維顯微鏡照片

由圖1可知，兩種打漿方式下纖維的形態(tài)結(jié)構(gòu)都發(fā)生了不同程度的變化，對比同打漿度水平下的Valley打漿與PFI打漿預(yù)處理工藝可以發(fā)現(xiàn)，打漿初始階段，同打漿度水平時Valley打漿預(yù)處理后纖維表面基本未發(fā)生變化，PFI打漿預(yù)處理后纖維表面起毛；隨著打漿度的上升，兩種預(yù)處理方式下纖維表面均起毛，分絲帚化，分離出細(xì)小纖維.

其中，圖1(c)Valley打漿預(yù)處理后，纖維發(fā)生一定的斷裂，斷口明顯；圖1(d)PFI打漿預(yù)處理后，纖維相對完整.纖維打漿一般分為游離狀打漿與粘狀打漿，前者打漿速度快，對纖維的切斷作用明顯，主要應(yīng)用于長纖維打漿工藝，纖維強(qiáng)度損失也比較明顯；粘狀打漿纖維間的摩擦作用強(qiáng)烈，利于纖維的分絲帚化，纖維長度損失較小[8].因此，相比于Valley打漿預(yù)處理工藝，PFI預(yù)處理更有利于纖維細(xì)纖維化.

2.2 兩種預(yù)處理方式對纖維強(qiáng)度及吸收性能的影響

實驗室分別測定了植物纖維原料經(jīng)Valley打漿及PFI打漿預(yù)處理后紙漿纖維的一些強(qiáng)度及吸收性能指標(biāo)，包括零距抗張強(qiáng)度、內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度、保水值、松厚度、角質(zhì)化程度等，結(jié)果如圖2、圖3和表1.

(a) 打漿度對紙漿零距抗張強(qiáng)度及內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度的影響 (b) 打漿度對紙漿保水值及角質(zhì)化程度的影響 圖2 Valley打漿預(yù)處理對紙漿纖維性能的影響

(a) 打漿度對紙漿零距抗張強(qiáng)度及內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度的影響 (b) 打漿度對紙漿保水值及角質(zhì)化程度的影響 圖3 PFI打漿預(yù)處理對紙漿纖維性能的影響

由圖2和圖3可知，Valley打漿及PFI打漿預(yù)處理后，紙漿纖維間的結(jié)合強(qiáng)度均呈上升趨勢，纖維的零距抗張強(qiáng)度有一定損失，纖維保水值上升的同時，角質(zhì)化程度也有一定幅度的上升.

由表1可知，對比同打漿度水平下的Valley打漿與PFI打漿預(yù)處理工藝發(fā)現(xiàn)，經(jīng)PFI打漿預(yù)處理的纖維自身強(qiáng)度損失較小，纖維間的結(jié)合強(qiáng)度在較低打漿度水平時高于Valley打漿預(yù)處理，隨著打漿度的上升，到達(dá)一定打漿度時，經(jīng)PFI打漿預(yù)處理后的纖維間結(jié)合強(qiáng)度反而低于Valley打漿預(yù)處理；經(jīng)PFI打漿處理的紙漿纖維的保水值明顯高于Valley打漿.PFI打漿預(yù)處理后纖維保水值較Valley打漿預(yù)處理最大可提高31.90%，纖維間結(jié)合強(qiáng)度最大提高12.05%，纖維內(nèi)外部細(xì)纖維化程度均較高，單根纖維強(qiáng)度損失減少19.95%，但角質(zhì)化程度增加5.72%.

表1 兩種不同打漿方式下紙漿纖維性能對比

由實驗結(jié)果分析可知，相比于Valley打漿預(yù)處理方式，PFI打漿預(yù)處理能夠使纖維強(qiáng)度損失更小，纖維吸水潤脹程度更大，更有利于纖維的內(nèi)部細(xì)纖維化.這主要是由于PFI打漿方式屬于粘狀打漿，纖維切斷少，纖維間的接觸面積大摩擦作用較強(qiáng).打漿過程中，纖維初生壁及次生壁外層的破除，使纖維的吸水潤脹加快，吸水潤脹后纖維外表面積增大，內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)松弛，分子內(nèi)聚力下降，次生壁的層與層之間產(chǎn)生滑動，使纖維變得柔軟可塑，更有利于內(nèi)部細(xì)纖維化的進(jìn)行[12].

絨毛漿纖維的特殊性能使得絨毛漿纖維制備時，纖維素纖維間的氫鍵結(jié)合強(qiáng)度適當(dāng)弱化，才能滿足絨毛漿干解離的要求.同時，纖維的吸收性及纖維間的結(jié)合強(qiáng)度直接關(guān)系到后續(xù)絨毛漿制品的質(zhì)量問題.PFI打漿預(yù)處理相比于Valley打漿預(yù)處理工藝，纖維的保水值增加比較明顯，纖維自身強(qiáng)度損失較小.因此，PFI打漿預(yù)處理工藝可以與某些能夠阻礙纖維之間氫鍵聯(lián)接的化學(xué)助劑結(jié)合使用，作為絨毛漿纖維制備過程中增加其吸收性的一種預(yù)處理工藝.

3 結(jié)論

(1)Valley打漿預(yù)處理與PFI打漿預(yù)處理均能使纖維發(fā)生細(xì)纖維化現(xiàn)象，但PFI打漿預(yù)處理纖維切斷少，纖維自身強(qiáng)度損失小.

(2)相比于Valley打漿預(yù)處理，PFI打漿預(yù)處理纖維保水值有較大幅度提高，有利于絨毛漿纖維吸收性的獲得.

(3)PFI打漿預(yù)處理，使纖維發(fā)生細(xì)纖維化現(xiàn)象，提高了纖維的吸收性，該預(yù)處理方式可以作為絨毛漿纖維制備過程中增加其吸收性的一種工藝方法.

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