Innventia對(duì)生活用紙性能和功能性的重點(diǎn)研究

Mattias Drotz Hannes Vomhoff

Innventia對(duì)生活用紙性能和功能性的重點(diǎn)研究

Tissue Research at Innventia

Mattias Drotz Hannes Vomhoff

2013年4月，瑞典斯德哥爾摩的一家研究機(jī)構(gòu)Innventia公司（原STFI-Packforsk公司）開(kāi)展了一個(gè)生活用紙領(lǐng)域中的研究項(xiàng)目。“生活用紙研究”項(xiàng)目是Innventia公司的集中研究計(jì)劃的一部分，是2012年冬天完成使命的“前生活用紙研究”項(xiàng)目的延續(xù)。制漿廠和生活用紙生產(chǎn)商等提供資金的企業(yè)以及Innventia公司一起確定了今后兩年的研究重點(diǎn)。

為了保持競(jìng)爭(zhēng)力，制漿造紙和生活用紙行業(yè)有效地利用以紙漿和能源為主的資源，是很重要的。在保持產(chǎn)品功能性的前提下，通過(guò)改變或改良紙漿來(lái)降低紙頁(yè)的定量是提高成本效率的好方法。換句話說(shuō)，我們可讓生產(chǎn)過(guò)程有更高的能源效率。生活用紙最重要的產(chǎn)品性能是強(qiáng)度、吸收能力和手感柔軟度。為了降低定量，在研究改變或改良紙漿纖維時(shí)，我們必須了解這樣做對(duì)這些性能會(huì)產(chǎn)生怎樣的影響。紙漿的強(qiáng)度通常用定量為60g/m2的紙張為標(biāo)準(zhǔn)來(lái)評(píng)價(jià)，而生活用紙的特有定量比這要低得多。以前的研究表明，強(qiáng)度性能隨著紙張定量的減輕而顯著降低，見(jiàn)圖1。

圖1 抗張指數(shù)與定量的函數(shù)關(guān)系

事實(shí)是，生活用紙只有幾根纖維的厚度，并且不同的紙漿有不同的纖維形態(tài)，因此知道這些參數(shù)如何影響強(qiáng)度性能是很重要的。

另外，還得知道纖維長(zhǎng)度較短的產(chǎn)品的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系。例如生活用紙的壓花就需要在紙面發(fā)生塑性變形，同樣，沿著打孔線紙頁(yè)的破裂只是發(fā)生在局部。生活用紙不僅在生產(chǎn)和加工過(guò)程中，而且在使用過(guò)程中，例如擤鼻涕時(shí)，會(huì)掉毛掉粉，因此了解紙頁(yè)的強(qiáng)度，尤其是纖維間的結(jié)合強(qiáng)度也很重要。這里，最值得注意的是識(shí)別那些不能牢固地與纖維網(wǎng)結(jié)合在一起的微粒。

現(xiàn)在，多數(shù)吸收能力檢測(cè)都是在準(zhǔn)靜態(tài)條件下進(jìn)行的，即測(cè)定吸收的液體總量，此時(shí)，紙樣一般是處于非受壓狀態(tài)。然而，生活用紙使用時(shí)的吸收速率和吸收能力都是至關(guān)重要的。此外，生活用紙?jiān)谑褂眠^(guò)程中通常受到擠壓。因此，應(yīng)使用受到擠壓的紙樣，在動(dòng)態(tài)條件下測(cè)定吸收能力。目前，幾乎沒(méi)有關(guān)于受擠壓紙樣的動(dòng)態(tài)吸收能力的可用資料。Innventia已經(jīng)提出一種測(cè)定受壓紙樣動(dòng)態(tài)吸收性能的新方法，由圖2，紙樣吸水率的各向異性清晰可見(jiàn)。

圖2 受壓的生活用紙紙樣動(dòng)態(tài)吸收性能測(cè)定的紅外圖像

在這種新方法中，把置于兩片玻璃中間的圓形紙樣壓縮到規(guī)定的厚度，然后把冷水加到紙樣的中央，使用紅外成像技術(shù)觀察液體在紙樣中的擴(kuò)散情況。因此，紅外圖像可說(shuō)明吸液量隨時(shí)間的變化情況。

提高生產(chǎn)過(guò)程的能源效率始終是生活用紙行業(yè)關(guān)注的重點(diǎn)。由于干燥紙頁(yè)所需能量最多，因此提高出壓區(qū)后的紙頁(yè)干度特別重要。此外，紙頁(yè)勻度差還將延長(zhǎng)干燥時(shí)間，這是由于需要更長(zhǎng)的時(shí)間干燥紙頁(yè)定量較高的地方。另外，揚(yáng)克缸表面與紙頁(yè)之間的熱傳遞決定了生活用紙生產(chǎn)過(guò)程的總體干燥效率，應(yīng)盡量提高。生產(chǎn)效率還受到由起皺刮刀變化引起的紙頁(yè)性能變化的影響。

生活用紙生產(chǎn)商面臨的挑戰(zhàn)

生活用紙生產(chǎn)商的奮斗目標(biāo)是以較少的原料用量獲得相同的強(qiáng)度方面的產(chǎn)品功能性。通過(guò)選擇適合的漿料或混合漿料，使?jié){料改性，或在漿料中加入增強(qiáng)劑都可減少原料用量。生活用紙的定量較低，需要深入了解原料在低定量下對(duì)紙頁(yè)機(jī)械性能和吸收能力的影響。機(jī)械性能需要采用適合于生活用紙的宏觀和微觀手段測(cè)定，比如抗張強(qiáng)度和球形頂破強(qiáng)度試驗(yàn)（Ball Burst Test）。掉毛掉粉對(duì)生活用紙使用的影響也很大。此外，使用紙巾擦桌子時(shí)，了解受壓下的動(dòng)態(tài)吸收能力也很重要。在這方面，Innventia公司提出了一種新的方法，可測(cè)定用不同原料生產(chǎn)的和被加工成不同結(jié)構(gòu)的紙頁(yè)的吸收能力數(shù)據(jù)。

高效的脫水和干燥過(guò)程一直受到生活用紙生產(chǎn)商的高度重視。盡量縮短干燥時(shí)間就能提高紙機(jī)的車速。為了使生產(chǎn)過(guò)程更高效，不同結(jié)構(gòu)（纖維種類、纖維形態(tài)和紙頁(yè)勻度）的低定量紙頁(yè)的干燥過(guò)程是重要的研究領(lǐng)域。壓區(qū)的機(jī)械脫水，例如紙機(jī)網(wǎng)毯較合理的結(jié)構(gòu)和最佳的壓區(qū)幾何形狀，也是重要的研究方面。

過(guò)程控制、在線測(cè)量方法以及生活用紙生產(chǎn)商有效控制起皺過(guò)程和加工過(guò)程的手段無(wú)疑能提高生產(chǎn)效率。在線測(cè)量以及使用除渣器和提高纖維利用率的漿篩對(duì)漿料進(jìn)行有針對(duì)性的處理都將降低生活用紙生產(chǎn)商的成本。

今后的工作

今后的研究顯然是必要的，Innventia生活用紙研究小組內(nèi)的工作將主要集中在提高產(chǎn)品功能性和改進(jìn)生產(chǎn)工藝方面。各種方法的基本攝像將由來(lái)自試驗(yàn)室分析、中試和生活用紙廠的數(shù)據(jù)評(píng)定。研究工作的成果將有助于：

· 深入了解定量對(duì)產(chǎn)品性能的影響，從而實(shí)現(xiàn)降低定量同時(shí)保持產(chǎn)品功能性；

· 詳細(xì)了解漿料性能對(duì)加工過(guò)程的影響；

· 充分了解原料和紙頁(yè)壓花結(jié)構(gòu)對(duì)受壓紙樣動(dòng)態(tài)吸收性的影響；

· 找到產(chǎn)品生產(chǎn)、加工以及使用過(guò)程中掉毛掉粉的根源。

（曾曉桂編譯自MeTissue/2013年春季版，陳海昌審校）

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Innventia公司是一家世界領(lǐng)先的研究機(jī)構(gòu)，主要從事以木材為原料的研發(fā)創(chuàng)新工作。多數(shù)業(yè)務(wù)都是借助于研究方案以項(xiàng)目形式進(jìn)行的，研究方案涉及多家合作伙伴，如三年期的集中研究方案，或針對(duì)個(gè)別客戶的開(kāi)發(fā)項(xiàng)目等。Innventia還承擔(dān)許多以實(shí)驗(yàn)室和中試分析、檢驗(yàn)和演示等形式的直接委托工作。Innventia共有員工約225名，其中有200人在斯德哥爾摩地區(qū)工作，主要從事造紙、生物精煉和包裝三個(gè)領(lǐng)域的研發(fā)工作。