復合絨毛化及其對絨毛漿性能的影響

徐永建， 閆 瑛， 岳小鵬， 張鼎軍， 朱振峰

(1.陜西科技大學 輕工與能源學院 陜西省造紙技術及特種紙品開發(fā)重點實驗室， 陜西 西安 710021； 2.陜西科技大學 材料科學與工程博士后流動站， 陜西 西安 710021； 3.貴州赤天化紙業(yè)股份有限公司， 貴州 赤水 564700)

0 引言

一次性衛(wèi)生用品也稱吸收性用即棄產品，英文名“absorbent disposable products” 或“hygiene products”，如濕紙巾、餐巾紙、嬰兒尿片、紙尿褲、醫(yī)用手術紙、護墊紙、衛(wèi)生巾等，一次性衛(wèi)生用品的使用給人們的日常生活帶來了極大的便利[1].絨毛漿作為一次性衛(wèi)生用品的吸水墊層材料[2]，由絨毛漿板在干態(tài)環(huán)境下經解離得到，如此一來，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等[3,4].因此，抄造絨毛漿板的纖維素纖維需要具備合適的纖維間結合強度及良好的吸收性.

“絨毛化”是在絨毛漿制備的過程中提出的一個概念，它指的是蒸煮、漂白、抄造工藝中為了實現(xiàn)絨毛漿性能要求所實施的物理、化學等一系列處理方法.傳統(tǒng)的絨毛化工藝中通過添加解鍵劑、膨松劑等化學助劑實現(xiàn)纖維之間的弱結合，進而得到易于干解離的絨毛漿板，然而，解鍵劑作用機理是通過屏蔽纖維表面的羥基來減少纖維間所形成的氫鍵的數(shù)量，與此同時也對纖維的吸收性能產生了不利影響[5,6].論文采用馬尾松硫酸鹽漿為原料，提出復合絨毛化的概念，借助堿液處理對纖維形態(tài)及化學成分產生影響的特點，將漂白與濃堿處理進行復合，實現(xiàn)纖維的絨毛化處理，擬得到纖維間結合力適中、纖維吸收性能良好的絨毛漿.通過對比兩種方法對絨毛漿性能的影響，得到一種適合絨毛漿制備工藝的較優(yōu)的復合絨毛化方法，并通過實驗對該方法的合理性進行了進一步研究，從而使其更具有實際應用意義.

1 實驗

1.1 原料、試劑

馬尾松硫酸鹽漿，由鳳凰紙業(yè)有限公司提供.卡伯值：16.57，白度：50.18% ISO.

化學試劑：NaOH、NaSiO3、MgSO4、EDTA、H2O2(107.95 g/L).

分析試劑：Na2S2O3(0.1 mol/L，0.2 mol/L)、KI(100 g/L，1 mol/L)、淀粉指示劑(5 g/L)、鉬酸銨飽和溶液.

1.2 儀器、設備

電熱恒溫水浴鍋，HH-2型，北京科偉永興儀器有限公司；循環(huán)水多用真空泵，SHB-3型，鄭州杜甫儀器廠；纖維解離器，ZQS4型，陜西科技大學造紙機械廠；紙樣抄取器，ZQJ1-B-Ⅱ型，陜西科技大學造紙機械廠；油壓機，ZQYC型，陜西科技大學造紙機械廠；光機，83型，上海賢華公司；耐破度儀，DCP-NPY5600，四川長江造紙儀器有限責任公司；白度儀，NO.010916，溫州儀器儀表有限公司.

1.3 復合絨毛化處理方法

復合絨毛化指的是將漂白與濃堿處理進行復合，借助堿液處理對纖維形態(tài)及化學成分產生影響的特點，實現(xiàn)纖維的絨毛化處理，擬得到纖維間結合力適中、纖維吸收性能良好的絨毛漿.論文提出了兩種復合絨毛化方法.

復合絨毛化方法一：將紙漿與濃堿液混合均勻，放入恒溫水浴鍋中處理，到達規(guī)定時間后取出，擠出殘液后，補加水調節(jié)漿濃，將紙漿與漂白劑混合均勻(漂白劑用量均按占絕干原料百分比計)進行漂白處理，每隔10 min揉一次，處理規(guī)定時間后取出.漿料處理完畢后，用清水進行抽濾洗滌，洗至漿料呈中性為止，便于后續(xù)得率的計算.漿料脫水裝入塑料袋中，平衡水分后備用.

復合絨毛化方法二：將紙漿與漂白劑(H2O2、NaOH、NaSiO3、MgSO4、EDTA)混合均勻(漂白劑用量均按占絕干原料百分比計)，放入恒溫水浴鍋中處理，每隔10 min揉一次，到達規(guī)定時間后取出，擠出部分殘液，用于溶解需要補加的堿，兩者混合均勻后倒入漿料中充分混合，處理規(guī)定時間后取出.漿料處理完畢后，用清水進行抽濾洗滌，洗至漿料呈中性為止，便于后續(xù)得率的計算.漿料脫水后，裝入塑料袋中，平衡水分后備用.

1.4 測試方法

復合絨毛化后紙漿纖維白度，漿板定量，耐破指數(shù)等檢測方法參見文獻[7].

漿板干解離后絨毛漿相關性能指標測試按 GB/T 21331-2008 所述方法進行，其中吸收時間由t表示，干蓬松度(A)、吸水速度(B)、吸水量(C)分別由如下公式計算得到：

A=s·h/(10·x)

(1)

B=(y-x)/t

(2)

C=(y-x)/x

(3)

其中：s—試樣底面積(19.64 cm2)；h—絨毛漿漿樣高度；x—取樣質量(3g)；t—絨毛漿試樣從底部浸漬到頂部吸液所用時間；y—絨毛漿充分吸液后的濕樣質量.

2 結果與討論

徐斌等指出[8]，在堿液的作用下，纖維得到充分潤脹，堿液擴散至纖維細胞壁內部，使纖維素結晶區(qū)間的半纖維素、樹脂、色素等都能較好地溶解而除去，經堿液處理后的纖維變得光滑、圓潤、扭曲.另外，纖維中的半纖維素是影響纖維結合及纖維吸收性能的主要因素.堿性條件中，半纖維素可以在較溫和的條件下降解，發(fā)生剝皮反應[9].紙漿纖維經過短時間堿處理時，纖維表面部分半纖維素發(fā)生降解，使得纖維之間的結合力削弱[10].因此，論文利用堿液對纖維形態(tài)及成分的作用，對纖維進行H2O2漂白與濃堿結合處理，即復合絨毛化.通過研究濃堿在漂白時添加的時間點，確定較優(yōu)的復合絨毛化方法.

2.1 復合絨毛化處理方法研究

H2O2漂白時，pH值是影響漂白效果的一個重要因素，pH值主要由加入的NaOH量來調節(jié)，即要控制合適的NaOH/H2O2比值(質量比值)，中濃(9%～12%)漂白時，NaOH/H2O2為1較好[11].論文研究的復合絨毛化工藝，需要將H2O2漂白與濃堿處理相結合，擬通過短時間的濃堿處理，使纖維表面的部分半纖維素發(fā)生降解，從而降低纖維之間的結合力，而又不過多的損失纖維的吸收性.因此，以下工藝條件中NaOH用量遠高于常規(guī)H2O2漂白時的用量.接下來對復合絨毛化的兩種方法進行對比研究.

初步擬定復合絨毛化工藝條件為：NaOH，8%(總堿量；以質量濃度計)；H2O2用量，2%；Na2SiO3，2.5%；EDTA，0.4%；漿濃，10%；時間，60 min；溫度，70 ℃.兩種處理方法對絨毛漿性能的影響如表1所示(漂后檢測殘余H2O2用量，數(shù)值較小，在表1中不做列舉).

表1 兩種復合絨毛化方法對絨毛漿性能影響對比

注: 1—復合絨毛化方法一；2—復合絨毛化方法二；兩種處理方法總用堿量及H2O2用量保持一致.

由表1可知，在相同的總堿量、H2O2用量、溫度及復合絨毛化時間條件下，復合絨毛化方法二在紙漿白度、絨毛漿吸水速度及吸收性方面均優(yōu)于復合絨毛化方法一.兩種方法得到的絨毛漿板耐破指數(shù)相差不大，經方法二處理的絨毛漿的干蓬松度低于方法一.同一處理方法，濃堿處理時間不同時，纖維各項性能相差較小.因此，綜合考慮可知，復合絨毛化方法二優(yōu)于方法一.

分析可知，復合絨毛化方法一先對原漿纖維進行濃堿處理，然后擠出堿液，補加水調節(jié)紙漿濃度后直接進行H2O2漂白，如果濃堿處理后殘堿過高，擠出堿液后紙漿中可能存在過量的堿.而pH值是影響H2O2漂白的一個重要因素，漂白時pH值過高，H2O2分解過快，生成的HOO-離子來不及與木素反應便與H2O2反應生成自由基HO· 及O2·，而O2·進攻木素芳核和其從碳水化合物中除去氫原子的速率基本一致，使得漂白反應對木素的選擇性降低[12,13]，會發(fā)生“堿性變暗”而引起返黃，從而降低漂白效率.另外，殘堿濃度過高，將導致半纖維素在后續(xù)較長時間的漂白過程中的降解增加.因此，復合絨毛化方法一的紙漿白度及纖維吸收性均低于方法二.復合絨毛化方法二先對原漿纖維進行H2O2漂白，在漂白接近終點時補加濃堿，對纖維進行短時間的濃堿處理，既減小了半纖維的損失幾率，又適度降低了纖維間的結合強度.但此時，紙漿中木素的脫除率會增加，纖維經過漂液潤脹后，濃堿處理對其強度的破壞也將更為容易，同時纖維粗度增大，濃堿對纖維的卷曲幅度變小，這都會影響后續(xù)絨毛漿的干蓬松度，并使其略有下降.

綜上，復合絨毛化方法二優(yōu)于方法一.方法二中，由于濃堿處理時間對纖維性能的影響差異不大，因此，為了便于工廠實際操作，同時減少半纖維素的降解以及H2O2的無效分解，后續(xù)處理過程中均選取濃堿處理時間為10 min.

2.2 復合絨毛化對纖維性能的影響

根據(jù)上節(jié)中確定的較優(yōu)的復合絨毛化方法，論文對原漿纖維經過單獨的堿處理、單獨的H2O2處理及復合絨毛化后的纖維各項性能進行了對比，結果如表2所示.

表2 復合絨毛化前后絨毛漿性能對比

注:1.原漿；2.堿處理后漿樣(用堿量8%，以質量濃度計)；3.過氧化氫漂后漿樣(H2O2用量2%，以占絕干原料質量百分比計)；4.復合絨毛化后漿樣.

由表2可知，原漿纖維經復合絨毛化后的紙漿白度提高了52.77%，絨毛漿板耐破指數(shù)下降了48.18%，吸收時間減少了46.64%，同時，吸收性及干蓬松度分別降低了10.23%、6.63%.然而，原漿纖維經單獨堿處理后纖維的吸收性及干蓬松度兩個性能指標略優(yōu)于經復合絨毛化后的纖維，其他如白度、耐破指數(shù)、吸收時間、吸收速度等性能指標不及經復合絨毛化后的纖維.而經單獨H2O2處理后纖維的白度、吸收性等各項性能指標均不及經復合絨毛化后的纖維.分析可知，在H2O2漂終補加濃堿，進行短時間的堿處理，一方面減小了H2O2無效分解的幾率，還在一定程度上提高了漂白效率，進一步增加了紙漿白度；另一方面，纖維表面部分半纖維素發(fā)生堿性降解，利于達到后續(xù)較合適的纖維間結合強度的要求，而且纖維吸收性的降低幅度較小.

2.3 復合絨毛化工藝中補加濃堿對漂白效率的影響

為了進一步研究復合絨毛化工藝中，當H2O2漂白接近終點時，補加濃堿對H2O2漂白效率的影響，論文進行了如下研究.取一定量的原漿纖維，在漿料中加入少量的H2O2，同時補加堿，作用10 min.補加堿量占絕干原料百分比與復合絨毛化工藝條件一致，H2O2用量根據(jù)殘余H2O2量來添加(因為補加堿是在離H2O2漂白結束還有10 min時加入，因此，此時的H2O2剩余量應該在殘余H2O2用量的基礎上略高一些).結果如表3所示.

表3 濃堿對H2O2漂白效率的影響

由表3可知，原漿纖維采用少量的H2O2漂白，同時添加濃堿，紙漿白度最大可提高33.72%，較相同用堿量的單獨堿處理時提高了16.57%.分析表明，由于濃堿作用時間較短，對H2O2的無效分解較少，從而使H2O2無效分解所引起的消極影響遠遠低于濃堿的添加對紙漿白度所產生的積極影響，說明在H2O2漂白接近終點時，補加濃堿進行短時間的處理，可以促進殘余H2O2漂白作用的有效發(fā)揮，進而在一定程度上提高H2O2的漂白效率.

復合絨毛化方法二處理后紙漿纖維，經過工藝條件的優(yōu)化及進一步補充漂白后，得到的絨毛漿各項指標均符合GB/T 21331-2008 的要求，該方法對于提高國產絨毛漿質量具有實際意義.

3 結束語

(1)在紙漿漂白近終點時補加堿，對纖維進行短時間濃堿處理，采用這樣的漂白與濃堿處理結合的復合絨毛化工藝，可以達到絨毛漿標準中有關白度、耐破指數(shù)、吸收性等性能的要求.

(2)原漿纖維經復合絨毛化后，紙漿白度為76.66% ISO，提高了52.77%，絨毛漿板耐破指數(shù)為0.57 kpa·m2/g，下降了48.18%，吸收時間為8.42 s，減少了46.64%，同時，吸收性為8.95 g/g，干蓬松度為17.19 cm3/g，這兩個性能指標分別降低了10.23%、6.63%.

(3)復合絨毛化將漂白與濃堿處理相結合，在H2O2漂終補加濃堿，進行短時間的濃堿處理，一方面，減小了H2O2無效分解的幾率，還能夠促進殘余H2O2漂白作用的有效發(fā)揮，進一步增加紙漿白度；另一方面，纖維表面部分半纖維素發(fā)生堿性降解，利于達到后續(xù)較低的纖維間結合強度的要求，而且纖維吸收性的降低幅度較小.

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