孟 靜，黃良輝，徐衛(wèi)林，姚 翔

(1.紡織新材料與先進(jìn)加工技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地，湖北武漢 430200;2.武漢紡織大學(xué)紡織科學(xué)與工程學(xué)院，湖北武漢 430200;3.武漢紡織大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，湖北武漢 430200)

我國(guó)是紡織品生產(chǎn)、消費(fèi)大國(guó)，每年消耗棉、麻、化纖等各類(lèi)紡織纖維原料達(dá)3500萬(wàn)t［1］。若衣服的平均周期以3～4年計(jì)，紡織品的廢棄物以70%計(jì)［2］，全世界每年在生產(chǎn)環(huán)節(jié)產(chǎn)生的邊角料和家庭廢棄的紡織品合計(jì)將超過(guò)2000萬(wàn)t［3］。廢舊紡織品循環(huán)利用第一次被寫(xiě)入中國(guó)紡織工業(yè)“十二五”規(guī)劃［4］。目前，廢棄紡織品纖維的循環(huán)再利用主要集中在單一纖維原料上，比如通過(guò)生物酶法分離回收廢棄滌棉中的滌綸［5］;提取利用廢棄羊毛中的角蛋白［6］;回收再利用廢舊棉紡織品［7］等。這些方法共同的缺點(diǎn)是在回收利用過(guò)程中的“挑剔”性，即只針對(duì)一種原料的回收，因而降低了效率。而把廢棄紡織品纖維應(yīng)用在造紙工業(yè)則可以克服這個(gè)缺陷，不必分出單一成分的纖維，提高利用率。與此同時(shí)我國(guó)造紙資源不足，人均林木蓄積量?jī)H10 m3，為世界人均林木蓄積量的 17.2%［8］，2010—2011年，我國(guó)造紙?jiān)系膶?duì)外依存度高達(dá)44%［9］，已引起業(yè)界的嚴(yán)重?fù)?dān)憂。2011年12月發(fā)布的造紙工業(yè)發(fā)展“十二五”規(guī)劃明確指出:要科學(xué)合理利用非木資源，實(shí)施清潔生產(chǎn)新工藝，提高節(jié)能減排和綜合利用水平，提高非木纖維制漿造紙質(zhì)量［10］。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

廢棄紡織品:T恤衫，長(zhǎng)袖衫，牛仔褲，毛巾等。木漿由蘇州工業(yè)園區(qū)金華盛紙業(yè)提供。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 分揀開(kāi)松處理

將收集的廢棄紡織品按顏色深淺及成分分為4類(lèi):合成纖維(淺色)、純棉纖維(淺色)、纖維素纖維(淺色)、纖維素纖維(深色)。去除紐扣、拉鏈、金屬裝飾物等非纖維類(lèi)物質(zhì)，剪成尺寸為3 cm×4 cm的布條，進(jìn)行開(kāi)松除雜粉碎處理成短纖維。

1.2.2 原材料的預(yù)處理

分別稱(chēng)取4種原材料各40 g，在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的氫氧化鈉溶液中，80℃水浴加熱處理2 h，原材料與氫氧化鈉溶液的浴比為1∶20。處理完畢后用大量水沖洗纖維，擠出水分后放到真空干燥箱里在120℃干燥12 h。用98%的醋酸中和預(yù)處理液中未反應(yīng)的氫氧化鈉，pH值控制在6.5～7.5之間，將處理后的廢液倒入廢水池處理。

1.2.3 抄造成型

根據(jù)QB/T 3703—1999《紙漿的實(shí)驗(yàn)室紙頁(yè)的制備常規(guī)紙頁(yè)成型器法》，按照木漿與廢棄纖維的干態(tài)質(zhì)量比為1∶1稱(chēng)取纖維，每組稱(chēng)取6個(gè)樣品;將樣品放入燒杯用清水浸泡，使纖維浸潤(rùn)并充分分散于水中。用攪拌器攪拌充分疏解浸泡過(guò)的纖維，水用量為1.5 L，使用紙頁(yè)成型器抄造紙張，把抄好的紙張使用壓片器進(jìn)行壓平，用滾筒干燥器進(jìn)行干燥，放置到恒溫恒濕室平衡24 h。

1.3 性能測(cè)定

待測(cè)試樣在標(biāo)準(zhǔn)恒溫恒濕室內(nèi)平衡24 h。紙張定量使用YQ-Z-45型紙張定量測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)試樣取樣器(中國(guó))測(cè)定;紙張白度的測(cè)定使用Technidyne Color Touch PC型殘余油墨測(cè)定儀(美國(guó));紙張厚度測(cè)定參照GB/T 451.3—2002《紙和紙板厚度的測(cè)定》，使用L＆W 250型厚度儀(瑞典);紙張抗張指數(shù)參照GB/T 12914—2008《紙和紙板抗張強(qiáng)度的測(cè)定》，使用L＆W CE062型抗張強(qiáng)度儀(瑞典)測(cè)定;紙張撕裂指數(shù)參照GB/T 455—2002《紙和紙板撕裂度的測(cè)定》，使用L＆W 009型撕裂度儀(瑞典)測(cè)定;紙張透氣度參照GB/T 458—2008《紙和紙板透氣度的測(cè)定》，使用L＆W 166型透氣度儀(瑞典)測(cè)定;紙張耐破度參照GB/T 454—2002《紙耐破度的測(cè)定》，使用L＆W CE180型耐破度儀(瑞典)測(cè)定。

2 結(jié)果與討論

2.1 手抄紙厚度和透氣度

按照QB/T 3703—1999，絕對(duì)干態(tài)定量(60±3)g抄造，5種不同組分纖維的回潮率不同，所以5種手抄紙?jiān)跇?biāo)準(zhǔn)恒溫恒濕室內(nèi)的定量略有差異，手抄紙的樣品名稱(chēng)和對(duì)應(yīng)編號(hào)如表1所示。

表1 各組手抄紙名稱(chēng)與對(duì)應(yīng)編號(hào)Tab.1 Name of each group of handsheets and corresponding number

表2示出各組手抄紙的厚度、定量和透氣度。5種手抄紙的厚度差異較大，其中木漿(對(duì)比樣)手抄紙最薄，為121.93 μm，木漿與合成纖維(淺色)手抄紙最厚，為172.03 μm，比木漿(對(duì)比樣)手抄紙?jiān)龊窳?1.10%。這是因?yàn)楹铣衫w維的吸水性較差，相互間的結(jié)合力比較差，從而導(dǎo)致紙張相對(duì)蓬松，比較厚。

表2 各組手抄紙的厚度、定量和透氣度Tab.2 Thickness，permeability and quantitative of each group of handsheets

5種紙張透氣度的變化趨勢(shì)與厚度的變化趨勢(shì)一致，由于纖維間的結(jié)合力強(qiáng)，紙張致密，所以木漿(對(duì)比樣)手抄紙透氣度較低，為9.58 μm/(Pa·s);而木漿與合成纖維(淺色)手抄紙由于合成纖維間的結(jié)合力差，紙張蓬松，透氣度比較好，為100.00 μm/(Pa·s)，是木漿 (對(duì)比樣)手抄紙的10.44倍。木漿與纖維素纖維手抄紙和木漿與純棉纖維(淺色)手抄紙的透氣度與木漿與合成纖維(淺色)手抄紙相近，相差不大。

2.2 各組手抄紙的結(jié)構(gòu)

各組手抄紙均為表面平整的片狀物，其結(jié)構(gòu)如圖1所示?？梢钥闯觯?00#木漿(對(duì)比樣)手抄紙的纖維間結(jié)合致密，木漿纖維呈扁平狀，有分絲帚化出的細(xì)絲相互糾纏，增加結(jié)合力。001#木漿與合成纖維(淺色)手抄紙纖維間的結(jié)合明顯疏松，存在許多孔洞，因此具有優(yōu)異的透氣性。002#木漿與纖維素纖維(淺色)手抄紙、003#木漿與纖維素纖維(深色)手抄紙和004#木漿與纖維素纖維(淺色)手抄紙3種材料類(lèi)似，其結(jié)構(gòu)也較為相似，但002#木漿與纖維素纖維(淺色)手抄紙的結(jié)構(gòu)相對(duì)更為致密。

圖1 各組手抄紙掃描電鏡圖(×150)Fig.1 SEM images of each group of handsheet(×150).(a)Wood pulp(control sample)handsheet;(b)Synthetic fiber(light)handsheet;(c)Cellulose fiber(light)handsheet;(d)Cellulose fiber(dark)handsheet;(e)Cotton fiber(light)handsheet

2.3 各組手抄紙力學(xué)性能

表3示出各組手抄紙的力學(xué)性能?？梢钥闯?，手抄紙耐破指數(shù)、撕裂指數(shù)和抗張指數(shù)的數(shù)值變化趨勢(shì)大體一致，木漿(對(duì)比樣)手抄紙的這3種性能都要優(yōu)于其他4種手抄紙。耐破指數(shù):木漿(對(duì)比樣)手抄紙為 3.09 kPa·m2/g，木漿與纖維素纖維(深色)手抄紙為0.81 kPa·m2/g，前者是后者的3.81倍;木漿與純棉纖維(淺色)手抄紙的耐破性能是4種廢棄纖維配抄紙張中最好的，耐破指數(shù)為1.51 kPa·m2/g，木漿與合成纖維(淺色)手抄紙為1.48 kPa·m2/g，與木漿與純棉纖維(淺色)手抄紙的相近，這是因?yàn)殡m然合成纖維間的結(jié)合力不強(qiáng)，但是合成纖維本身的強(qiáng)力較高。

撕裂指數(shù):木漿(對(duì)比樣)為14.55 mN·m2/g，木漿與合成纖維(淺色)手抄紙為4.16 mN·m2/g，前者是后者的3.50倍;木漿與純棉纖維(淺色)手抄紙與木漿與合成纖維(淺色)手抄紙的相近為4.18 mN·m2/g，最大的是木漿與纖維素纖維(淺色)手抄紙的，為6.96 mN·m2/g?？箯堉笖?shù):木漿(對(duì)比樣)手抄紙的為39.50 N·m/g，木漿與純棉纖維(淺色)手抄紙的為11.06 N·m/g，前者是后者的3.46倍;木漿與合成纖維(淺色)手抄紙和木漿與純棉纖維(淺色)手抄紙的相近，為11.41 N·m/g，最大的是木漿與纖維素纖維(深色)手抄紙的，為21.38 N·m/g。

表3 各組手抄紙的力學(xué)性能Tab.3 Mechanical properties of each group of handsheets

2.4 各組手抄紙的白度和不透明度

表4示出各組手抄紙的白度和不透明度。可以看出，木漿與纖維素纖維(淺色)手抄紙和木漿與純棉纖維(淺色)手抄紙的白度和木漿(對(duì)比樣)手抄紙的比較相近，都在82.57%以上。木漿與合成纖維(淺色)手抄紙的略低，為64.41%，木漿與纖維素纖維(深色)手抄紙的白度最低，為49.73%，這是因?yàn)檫@組材料是藍(lán)色牛仔褲，所以顏色比較深。不透明度與白度的趨勢(shì)相反，纖維的顏色越深不透明度越高，因?yàn)樯钌牟牧峡晌崭嗟墓獠?，從而?dǎo)致不透明度高。

表4 各組手抄紙的白度和不透明度Tab.4 Whiteness and opacity of each group of handsheets

3 結(jié)論

廢棄紡織品纖維與木漿配抄手抄紙的透氣性非常好，最大的是木漿與合成纖維(淺色)手抄紙為100.00 μm/(Pa·s)，是木漿(對(duì)比樣)手抄紙的10.44倍。廢棄紡織品纖維與木漿配抄手抄紙的力學(xué)性能都比木漿(對(duì)比樣)手抄紙的差;耐破性能最好的是木漿與純棉纖維(淺色)手抄紙，耐破指數(shù)為1.51 kPa·m2/g;撕裂指數(shù)最大的是木漿與纖維素纖維(淺色)手抄紙，為6.96 mN·m2/g;抗張指數(shù)最大的是木漿與纖維素纖維(深色)手抄紙，為21.38 N·m/g。廢棄紡織品纖維與木漿配抄手抄紙的白度與紡織纖維本來(lái)的顏色相關(guān)，顏色最淺的白度可達(dá)83.07%，深色為49.73%。

［1］ 環(huán)資司召開(kāi)廢舊紡織品綜合利用座談會(huì)［J］.中國(guó)資源綜合利用，2011，4(4):3.The forum of convene utilization of waste textiles had by the Information Secretary［J］. China Resources Comprehensive Utilization，2011，4(4):3.

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