孫召霞 張素風(fēng) 王 群

（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）

超短纖維是指纖維的長度小于12 mm，無機械卷曲，具有一定的強度和韌性的纖維。隨著紡織業(yè)的發(fā)展及對化學(xué)纖維的深入研究，越來越多的化學(xué)纖維新品種被開發(fā)出來，其中滌綸超短纖維(PET)由于其化學(xué)性能穩(wěn)定，價格適中，來源豐富等而被廣泛用于造紙業(yè)中制造特種紙。例如，滌綸超短纖維與具有絕緣性能的纖維混合可制得絕緣紙，采用濕法成型技術(shù)可制得性能良好的過濾紙等。

圖1 滌綸超短纖維（4mm）

1 滌綸超短纖維的性能

滌綸的基本組成物質(zhì)是聚對苯二甲酸乙二酯，分子結(jié)構(gòu)見圖2。

纖維鏡下觀察滌綸纖維的表面光滑，如圖3所示，滌綸是熱塑性纖維，耐熱性能比較好，軟化點為（238～240）℃，在生產(chǎn)過程中沒有經(jīng)過熱定型的滌綸纖維，在沸水中或在其它加熱的條件下，將會發(fā)生劇烈的收縮，經(jīng)過熱定型后將比較穩(wěn)定。拉伸強度較高，但吸濕性較差。

滌綸超短纖維可以采用目前與滌綸短纖維基本類似的工藝路線。纖維的切斷長度可以為2、3、4、6 mm等。截面形狀可以是圓型實心、圓型中空、異型截面等，纖度范圍較寬從0.5 dtex～20 dtex不等，并根據(jù)實際使用的用途制作高強低伸型、中強高伸型或其他特殊功能型的纖維[1-2]。

圖3 滌綸纖維表面顯微鏡圖

2 滌綸超短纖維在水中的分散性能研究

造紙用滌綸超短纖維要求其在水中具有良好的分散性能，但是由于滌綸纖維是典型的疏水性纖維，因此對滌綸纖維進行表面處理，改善滌綸纖維的親水性，使其在抄紙過程中均勻分散是非常重要的。張曾[3]提出用“擁擠因子”評價與判斷纖維在水中的分散性和絮聚性，介紹了影響擁擠因子的因素以及擁擠因子與纖維分散性的關(guān)系。為滌綸纖維的分散研究提供了理論依據(jù)。

目前，改善滌綸纖維的親水性主要方法有低溫等離子處理、紫外光引發(fā)接枝法、堿刻蝕法等。

2.1 低溫等離子處理

陳杰瑢[4]等人單純利用氧等離子體對滌綸表面進行處理，表面張力評價的解析結(jié)果表明，氧等離子體處理后的滌綸表面自由能增大。X射線光電子能譜(XPS)分析表明，滌綸表面被引入了大量含氧和含氮極性基團，最終使得滌綸的親水性增強。N.INAGAKI等人利用Ar等離子引發(fā)滌綸表面改性，通過XPS光譜發(fā)現(xiàn)其表面結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，通過接觸角測試，發(fā)現(xiàn)表面改性后親水性顯著改善[5]。顧彪[6]利用無聲放電等離子體法對滌綸纖維表面進行接枝改性，結(jié)果表面經(jīng)處理后纖維表面的羰基、羥基、和羧基等極性基團增加。李敏[7]采用氧低溫等離子體技術(shù)對細(xì)旦滌綸進行改性，研究表明，在最佳工藝條件下細(xì)旦滌綸纖維的潤濕性增加且不隨放置時間衰減。

以上方法多數(shù)只是紡織行業(yè)針對提高PET纖維表面的親水性能所采取的措施，造紙行業(yè)中采用等離子對纖維表面進行處理的報道很少。我們可以借鑒N.INAGAKI的方法，對處理過的聚酯纖維（PET）纖維結(jié)構(gòu)及接觸角進行觀察測試，確定PET纖維的表面處理效果。其中測試合成纖維經(jīng)表面處理后的表面接觸角張素風(fēng)[8]等人已進行了相關(guān)研究。

2.2 紫外光表面接枝處理

聚合物的表面光接枝，就是利用紫外光引發(fā)單體在聚合物表面進行的接枝聚合,反應(yīng)遵循自由基聚合機理[9]。表面光接枝的研究始于1957年的Oster等人的報道。

劉曉洪[10]等人在二苯甲酮作為光敏劑的體系中，利用紫外光引發(fā)丙烯酸(AA)在滌綸表面的液相接枝的反應(yīng)中，發(fā)現(xiàn)表面改性后的滌綸的吸水性得到了很明顯的提高。朱偉敏[11]等人利用高壓汞燈，采用不同的光敏劑，引發(fā)丙烯酰胺(AAM)在聚酯薄膜表面的氣相接枝聚合，來達到對聚酯纖維表面改性的作用，其親水性、染色性以及力學(xué)性能都有一定程度的改變。

由于紫外光表面接枝反應(yīng)對于條件的要求比較高，特別是光敏劑的選擇以及反應(yīng)的氣氛等條件更為苛刻，為了更有效更方便地進行反應(yīng)，對于不除氧以及不添加光敏劑的反應(yīng)的研究將成為今后紫外光表面改性研究的一個重點[12]。

2.3 堿處理

堿處理時目前應(yīng)用最廣泛的是化學(xué)刻蝕法。張濟邦[13]等對氫氧化鈉對聚酯纖維（PET）降解或水解作用進行了探討。研究表明，經(jīng)氫氧化鈉溶液處理后滌綸纖維的水解發(fā)生在纖維表面，且對其內(nèi)部結(jié)構(gòu)影響不大。陳紅[14]等對微坑法改善滌綸纖維服用性能進行了研究，借助掃描電子顯微鏡對微坑法改善滌綸纖維服用性能作了研究，用30%的NaOH溶液對滌綸纖維進行處理，滌綸纖維的表面產(chǎn)生了微坑及內(nèi)部非結(jié)晶區(qū)增多，結(jié)構(gòu)變松散，產(chǎn)生較多的孔隙，使表面微坑所吸著的水分通過毛細(xì)管凝結(jié)作用，能較容易地進入纖維內(nèi)部，使得纖維的吸濕能力增加。白秀娥[15]用氫氧化鈉的乙醇溶液對聚醋纖維進行了堿處理實驗，結(jié)果表明，對聚醋纖維進行堿處理時以乙醇為溶劑的處理效果高于水相堿處理。王小濤，唐愛民[16-17]等人對滌綸纖維也進行了堿處理研究，并從纖維的保水值及失重方面研究了滌綸纖維經(jīng)處理后的變化，其表面經(jīng)處理后的滌綸纖維在水中的分散性提高，配抄得到的紙張性能也有了提高。

圖4 堿處理前后PET纖維的光學(xué)顯微鏡圖 （a）PET原纖；（b）經(jīng)堿理的PET纖維

作者參考上述方法對PET纖維進行了堿處理及其配抄性能研究，研究中發(fā)現(xiàn)，經(jīng)堿刻蝕后可從光學(xué)顯微鏡圖上看出PET纖維表面確有微坑，堿處理前后PET纖維的表面圖如圖4所示。

由圖4所示，處理前PET纖維表面已有少量微坑，經(jīng)堿處理后PET纖維表面的微坑增多，而對于堿處理前PET纖維表面存在的微坑需要進一步的研究。

另外，改善滌綸纖維在水中的分散情況還可以采用在濕法成型過程中加入分散劑的方法。黃俊彥[18]采用滌綸纖維和合成漿料為原料生產(chǎn)絕緣紙，實驗選用了兩種分散劑，CMC、PEO。結(jié)果表明，增加CMC的用量，除了對纖維漿料具有分散作用外，還有增加纖維強度的作用，但超過一定數(shù)量，對強度增加的作用不大。PEO的加人量為0.2%時能獲得較高的抗張指數(shù)平均值。

3 滌綸纖維在造紙中的應(yīng)用

滌綸超短纖維應(yīng)用于濕法造紙可生產(chǎn)絕緣紙、過濾材料、墻紙、印刷及包裝用紙、防偽紙等。下面為幾種常見的特種紙。

3.1 過濾紙

滌綸短纖空氣濾紙是通過不同細(xì)度的聚脂纖維原料配比，采用斜網(wǎng)成型器、浸漬涂布機與氣浮干燥器等設(shè)備抄造的，具有高透氣度、高挺度、高過濾效率、高容塵量與瓦楞形的高效濾料，能滿足現(xiàn)代化建筑空調(diào)系統(tǒng)與特殊環(huán)境中的使用。

3.2 絕緣紙

滌綸纖維與具有耐高溫、絕緣性能的纖維配抄可以得到耐高溫絕緣紙。黃俊彥[19]對聚惡二唑滌綸纖維絕緣紙的制作進行了研究，用自制的聚惡二唑滌綸纖維與滌綸纖維配抄，結(jié)果表明當(dāng)滌綸纖維長度為3～5 mm，加入量 30%～40%，熱壓溫度為（250～300）℃時，可制得機械強度和電氣強度較好的絕緣紙。

另外，日本相關(guān)人員已對PET纖維為基體制備絕緣紙進行了研究。這對合成的纖維成紙?zhí)峁┝搜芯炕A(chǔ)。

3.3 作為增強纖維提高紙張性能

乳膠砂紙大量用于家具行業(yè)各類漆面表面研磨、拋光，汽車修理、汽車生產(chǎn)的噴漆前后工序打磨、拋光，以及珠寶、金屬制品打磨拋光。隨著家具行業(yè)、小商品行業(yè)、裝修房屋等不斷發(fā)展，帶動了低檔砂紙市場走旺。汽車制造業(yè)產(chǎn)量激增，對于高品質(zhì)的耐水砂紙，將有一個很大的需求發(fā)展空間。傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)出的砂紙耐水性和柔韌性，特別是環(huán)保方面仍不夠理想。趙濤[20]乳膠紙中添加滌綸纖維，結(jié)果證明在乳膠紙的生產(chǎn)過程中，在不影響紙張抗張強度的基礎(chǔ)上，可以通過添加2%～5%的滌綸纖維來改善乳膠紙的耐折度。另外，隨著干法造紙技術(shù)的發(fā)展，無塵紙已由單一的膠合紙發(fā)展到熱合紙、SAP無塵紙等多個品種。PE/PET在無塵紙中的應(yīng)用，給予了熱合紙許多膠合紙無法比擬的性能[21]。

揚聲器的頻響特性決定于紙盆的性能，而紙盆的性能又決定于紙盆的材料、幾何形狀和加工工藝。紙盆并不是由單一材質(zhì)制成，而是使用了多種經(jīng)不同打漿處理的化學(xué)木漿纖維，加上棉、麻、羊毛、碳纖維等天然或合成纖維等多種纖維交織組合，再經(jīng)染色、施膠防水、增強、抄取、熱壓等過程而完成。周元星[22]以10%～30%含量的PE/PET皮芯復(fù)合滌綸超短纖維與針葉木纖維、玻璃纖維為主要原料，制得的紙盆具有強度高、彈性好、重量輕等優(yōu)點，有利于紙盆輕量化。其中復(fù)合滌綸纖維與其他兩種纖維的結(jié)合應(yīng)為主要問題，因此我們在研究合成纖維成紙時，纖維間的結(jié)合強度應(yīng)為我們?nèi)蘸笱芯康闹攸c。根據(jù)以上思路，我們在制作PET纖維紙的過程中可以加入其他合成纖維作為增強纖維來獲取性能更好的產(chǎn)品。

4 小結(jié)

隨著技術(shù)的發(fā)展，滌綸纖維必將在特種紙領(lǐng)域大放光彩。而在濕法成型過程中滌綸纖維的分散劑及與其他纖維間的粘合性是今后研究的重點。滌綸纖維生產(chǎn)廠家與造紙行業(yè)加大聯(lián)系，按照造紙要求生產(chǎn)不同規(guī)格、性能的滌綸纖維也是化纖行業(yè)的一個新的增長點。造紙行業(yè)努力提高產(chǎn)品的質(zhì)量和檔次、開發(fā)新品種，與化纖行業(yè)攜手共進，為實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展共同努力。

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