吸塵袋紙透氣度和耐破度的影響因素研究

劉群華 劉 文

（1.中國制漿造紙研究院有限公司，北京，100102；2.制漿造紙國家工程實(shí)驗(yàn)室，北京，100102）

吸塵袋是放置在吸塵器上收集灰塵的用品，一般用無紡布袋收集灰塵。隨著人們環(huán)保意識的提高，采用可自然降解的紙制吸塵袋成為一種新的消費(fèi)趨勢。吸塵袋紙是用于加工吸塵袋的一種特種紙，該紙具有較高的透氣度和耐破度，能使有灰的空氣透過吸塵袋時(shí)將灰塵截留住，空氣能排出去，并要求吸塵袋在較快速的空氣流動中不會破裂。在西班牙、土耳其、日本以及東南亞一些國家均有專門生產(chǎn)吸塵袋紙的特種紙企業(yè)，國內(nèi)生產(chǎn)該紙的企業(yè)不超過10家[1]，有些廠家主要以廢棉纖維、少量木漿為原料，所用表膠樹脂以淀粉為主，生產(chǎn)出的吸塵袋紙透氣度低、耐破度極差。中輕特種纖維材料有限公司為國內(nèi)主要的生產(chǎn)吸塵袋紙的廠家，其聯(lián)合中國制漿造紙研究有限公司成功開發(fā)出了高性能的吸塵袋紙，解決了國內(nèi)高端吸塵袋紙的需求。一般造紙?jiān)O(shè)備的濕壓榨輥較重，制成的紙張緊度較高，要制造耐破度較高的紙張比較容易，但要制造透氣度和耐破度都較高的濾紙卻非易事[2-3]。吸塵袋紙作為過濾紙中的一種，對其透氣度和耐破度的影響因素進(jìn)行研究，對生產(chǎn)具有較高透氣度和耐破度的過濾紙具有指導(dǎo)意義。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1主要原料

本色硫酸鹽針葉木漿（以下簡稱本色針葉木漿），水分8.9% ，北京中基明星貿(mào)易有限公司；漂白硫酸鹽針葉木漿A（以下簡稱漂白針葉木漿A），水分10.5% ，云南云景林紙股份有限公司；漂白硫酸鹽漿針葉木B（以下簡稱漂白針葉木漿B），水分11.3% ，北京中基明星貿(mào)易有限公司；絲光針葉木漿，水分7.1% ，天津市卓越商貿(mào)有限公司。4種化學(xué)纖維，規(guī)格分別為：1.67 dtex×6 mm（長度，以下同）、3.33 dtex×6 mm、6 dtex×6mm、6dtex×12 mm，水分10.0% ，上海金山石化公司。

濕強(qiáng)劑PAE，固含量10.4% ，石家莊冀亨助劑有限公司；干強(qiáng)劑CH，固含量20.0% ，荒川化工；陽離子淀粉（CS），固含量91.3% ，江西博大化工有限公司；氧化淀粉（OS），固含量92.1% ，廣西磊至明淀粉有限公司；苯丙乳液（PB），固含量44.5% ，北京東方亞科力化工科技有限公司。

1.2主要設(shè)備

Vally 打漿機(jī)（P40130，奧地利PTI 公司），紙漿標(biāo)準(zhǔn)解離器（03，L&W 公司），紙頁成型器（中國制漿造紙研究院有限公司），鼓式干燥器（E-100，美國AMC 公司）；電子天平（03，L&W 公司），紙張厚度儀（DCP-HDY04，四川長江造紙儀器有限公司），數(shù)字式透氣度儀（YG461E，寧波紡織儀器廠），電腦測控紙張耐破度儀（DCP-NPY1200，四川長江造紙儀器有限公司）。

1.3實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1吸塵袋紙制備

幾種針葉木漿用Vally打漿機(jī)在2% 的濃度下疏解或繼續(xù)打漿，針葉木漿料中加入一定量經(jīng)紙漿標(biāo)準(zhǔn)解離器分散的化學(xué)纖維或者絲光針葉木漿，纖維漿料中加入適量的造紙助劑進(jìn)行配漿，經(jīng)紙頁成型器抄造成濕紙幅，然后在300 kPa 壓力下，壓榨30 s，再用紙頁成型器自帶的真空干燥器或鼓式干燥器干燥后制成原紙，原紙?jiān)俳?jīng)過表面施膠制成吸塵袋紙。

1.3.2纖維平均長度和寬度的測定

稱取0.1 g絕干纖維（精確至0.1 mg），用活塞分散器分散后，加入約400 mL 自來水稀釋，用L&W 纖維分析儀進(jìn)行測定。

1.3.3紙張性能檢測

定量按GB/T 451.2—2002 測定，緊度按GB/T 451.3—2002 測定，水分按GB/T 462—2003測定，透氣度按GB/T 5453—1997 測定，耐破度按GB/T 454—2002測定。

樣品均在標(biāo)準(zhǔn)恒溫恒濕下恒定24 h后進(jìn)行測試。

2 結(jié)果與討論

2.1纖維特性對透氣度和耐破度的影響

造紙常用的纖維有植物纖維和化學(xué)纖維，本研究選取的植物纖維為本色針葉木漿和漂白針葉木漿A與針葉木漿B，以及對透氣度提高有利的絲光針葉木漿[3-5]和在特種紙上常用的化學(xué)纖維[6]。實(shí)驗(yàn)所用纖維原料的纖維特性如表1所示。本節(jié)實(shí)驗(yàn)漿料中配抄的化學(xué)纖維為1.7 dtex×6 mm、漿料中加入1.0% PAE（對絕干纖維質(zhì)量）、濕紙幅經(jīng)紙頁成型器自帶的真空干燥器干燥成原紙，原紙的具體漿料配比及檢測結(jié)果見表2。

由表1 可知，幾種針葉木漿中，漂白針葉木漿A的平均寬度最大，其次是本色針葉木漿?；瘜W(xué)纖維的粗度dtex值越大，平均寬度越大，但dtex值與平均寬度不成正比關(guān)系。

表1 幾種纖維原料的纖維特性

表2 本實(shí)驗(yàn)所制備吸塵袋紙?jiān)埖男阅苤笜?biāo)

由表2可見，1#～3#實(shí)驗(yàn)中，添加相同量的化學(xué)纖維，對于未打漿只疏解的3種針葉木漿，漂白針葉木漿A 的初始打漿度最低，其對原紙透氣度貢獻(xiàn)最大，其次是本色針葉木漿，最后是漂白針葉木漿B，其中漂白針葉木漿A 原紙的透氣度是漂白針葉木漿B 原紙的3.6 倍。對于耐破度而言，漂白針葉木漿B 原紙的耐破度最大，漂白針葉木漿A原紙的耐破度最小，漂白針葉木漿B 原紙的耐破度是漂白針葉木漿A 原紙的1.6 倍，兩者耐破度之間的差距沒有透氣度之間的差距明顯，主要是因?yàn)槠揍樔~木漿A纖維的平均寬度最大，纖維間的結(jié)合比較疏松，透氣度較大，但由于其纖維比較長，增加了纖維間的相互接觸，對提高原紙耐破度有利[7]。

2#與4#相比，對于用量15% 化學(xué)纖維和15% 絲光針葉木漿而言，化學(xué)纖維比絲光針葉木漿對原紙透氣度的貢獻(xiàn)更大，有研究表明，當(dāng)絲光針葉木漿用量為70% 以下時(shí)，隨著絲光針葉木漿用量的增加，濾紙的透氣度增加緩慢［8］；由于絲光針葉木漿之間有一定的氫鍵結(jié)合，含絲光針葉木漿的紙耐破度比含化學(xué)纖維的紙耐破度高。

2.2打漿對透氣度和耐破度的影響

本節(jié)實(shí)驗(yàn)對本色針葉木漿和漂白針葉木漿A進(jìn)行打漿，研究打漿對紙張透氣度和耐破度的影響，本節(jié)實(shí)驗(yàn)漿料中配抄的化學(xué)纖維為1.7 dtex×6 mm、漿料中加入1.0% PAE（對絕干纖維質(zhì)量）、濕紙幅經(jīng)紙頁成型器自帶的真空干燥器干燥成吸塵袋原紙。具體纖維配比及檢測結(jié)果見表3。

表3 打漿對吸塵袋紙?jiān)埿阅艿挠绊?/p>

由表3 可見，在化學(xué)纖維用量均為15% 的情況下，2#與1#方案比較，漂白針葉木漿A 從10.0oSR 降到8.0oSR，原紙透氣度提高53% ，耐破度降低33% ；4#方案與3#方案比較，本色針葉木漿從11.0oSR 降到9.0oSR，原紙透氣度提高94% ，耐破度下降23% 。由此可見，降低紙漿打漿度，能有效提高原紙的透氣度。

2.3化學(xué)纖維用量對透氣度和耐破度的影響

圓形截面的化學(xué)纖維表面十分光滑，無論粗度如何，均對紙張的透氣性能具有非常積極的影響［6］，本節(jié)實(shí)驗(yàn)漿料中配抄的化學(xué)纖維為1.7 dtex×6 mm、漿料中加入1.0% PAE（對絕干纖維質(zhì)量）、濕紙幅經(jīng)紙頁成型器自帶的真空干燥器干燥成吸塵袋紙?jiān)垺；瘜W(xué)纖維用量對吸塵袋紙?jiān)埿阅艿挠绊懸姳?。

表4 化學(xué)纖維用量對吸塵袋紙?jiān)埿阅苤笜?biāo)的影響

由表4 可見，隨著化學(xué)纖維用量的增加，原紙的透氣度呈上升趨勢，在化學(xué)纖維用量為5% 時(shí)，與不加化學(xué)纖維的原紙相比，透氣度增加16% ；而當(dāng)化纖用量達(dá)15% 時(shí)，原紙透氣度比不加化學(xué)纖維原紙的透氣度增加108% 。隨著化學(xué)纖維用量的增加，耐破度呈下降趨勢，主要原因是當(dāng)化學(xué)纖維用量為5% 時(shí)，由于化學(xué)纖維的長度大于本色針葉木漿纖維的長度，在用量較少的情況下，對耐破度有利；而當(dāng)化學(xué)纖維用量繼續(xù)增加時(shí)，由于化學(xué)纖維與植物纖維和自身纖維間不能形成氫鍵結(jié)合，原紙緊度降低，纖維間結(jié)合變差，耐破度呈下降趨勢，當(dāng)化學(xué)纖維用量高達(dá)20% 時(shí)，原紙耐破度比不加化學(xué)纖維的降低24% 。

2.4化學(xué)纖維特性對透氣度和耐破度的影響

本實(shí)驗(yàn)配抄化學(xué)纖維特性及其對原紙透氣度和耐破度的影響見表5。其中，化學(xué)纖維用量均為15% ，植物纖維為疏解的本色針葉木漿、漿料中加入1.0% PAE（對絕干纖維質(zhì)量）、濕紙幅經(jīng)紙頁成型器自帶的真空干燥器干燥成吸塵袋紙?jiān)垺?/p>

表5 化學(xué)纖維特性對吸塵袋紙?jiān)埖男阅苡绊?/p>

由表5 可見，在化學(xué)纖維用量為15% 的情況下，化學(xué)纖維粗度從1.7 dtex增加至6.0 dtex，原紙透氣度增加7.7% ，耐破度下降3.8% ，變化幅度不明顯；當(dāng)化學(xué)纖維粗度為6.0 dtex時(shí)，化學(xué)纖維長度從6.0 mm增加至12.0 mm，原紙透氣度基本沒有變化，耐破度增加5.5% ，影響不明顯。考慮到實(shí)際生產(chǎn)，粗度大的化學(xué)纖維生產(chǎn)出的紙張發(fā)硬，故一般選擇粗度為1.7 dtex的滌綸纖維［9］。

2.5緊度對透氣度和耐破度的影響

本節(jié)研究漿料中配抄的化學(xué)纖維為1.7 dtex×6 mm、漿料中加入1.0% PAE（對絕干纖維質(zhì)量）、濕紙幅經(jīng)紙頁成型器自帶的真空干燥器（簡稱真空）干燥或鼓式干燥器（簡稱鼓式）干燥成吸塵袋紙?jiān)?。具體漿料配比及干燥條件和檢測原紙性能指標(biāo)見表6。

表6 緊度對原紙性能的指標(biāo)影響

由表6 可見，每組實(shí)驗(yàn)中原紙緊度從約0.3 g/cm3提高至0.4 g/cm3后，原紙的透氣度降低50% ～60% 、耐破度增加45% ～55% 。由此可見，緊度對原紙的透氣度和耐破度影響顯著。

2.6漿內(nèi)增強(qiáng)劑對透氣度和耐破度的影響

本節(jié)主要研究了添加漿內(nèi)增強(qiáng)劑對吸塵袋紙?jiān)埬推贫群屯笟舛鹊挠绊懀唧w工藝及物理檢測指標(biāo)見表7。

表7 添加漿內(nèi)增強(qiáng)劑對原紙性能的影響

由表7 可見，漿內(nèi)添加干強(qiáng)劑PAE 和CH，吸塵袋紙?jiān)埖耐笟舛仍黾?% ；漿內(nèi)添加PAE 和CS，吸塵袋紙的透氣度增加7% ；因此，添加漿內(nèi)干強(qiáng)劑對吸塵袋紙的耐破度影響不大。

2.7表面施膠對透氣度和耐破度的影響

上述研究的吸塵袋紙?jiān)埬推贫任催_(dá)到大于200 kPa 的要求。氧化淀粉是常用的表面施膠劑，苯丙乳液由于其對纖維黏結(jié)性能好、成膜性能優(yōu)異及成本低等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于空氣濾紙的生產(chǎn)［10］。故本節(jié)研究氧化淀粉（OS）和苯丙乳液（PB）表面施膠對吸塵袋紙透氣度和耐破度的影響，實(shí)驗(yàn)中采用的原紙相同，具體施膠方案及吸塵袋紙檢測指標(biāo)見表8。

表8 不同施膠劑對吸塵袋紙性能的影響

從表8 可見，隨著PB 施膠量的增加，吸塵袋紙的耐破度呈上升趨勢，當(dāng)PB施膠量達(dá)5.7 g/m2，吸塵袋紙的耐破度比原紙?zhí)岣?16% ，透氣度影響不大。當(dāng)用OS 進(jìn)行表面施膠時(shí)，吸塵袋紙耐破度比原紙?zhí)岣?0% ，說明PB 比OS膠對吸塵袋紙耐破度提高更有利，且用PB 表面施膠對吸塵袋紙透氣度影響較?。坏捎赑B 的價(jià)格比OS 貴，為降低生產(chǎn)成本，將PB與OS 膠混合使用，使吸塵袋紙耐破度和透氣度均達(dá)到了較高的水平。

3 結(jié) 論

本研究以幾種針葉木漿為原料，將絲光針葉木漿和化學(xué)纖維與其配抄，制備吸塵袋紙。主要研究了纖維特性、打漿度、化學(xué)纖維用量、原紙緊度、漿內(nèi)添加增強(qiáng)劑與表面施膠等因素對吸塵袋紙透氣度和耐破度的影響。

3.1隨著化學(xué)纖維用量的增加，吸塵袋紙?jiān)埻笟舛瘸噬仙厔荩?dāng)化學(xué)纖維用量達(dá)15% 時(shí)，原紙透氣度比不加化學(xué)纖維的透氣度增加108% ，但通過降低紙漿打漿度來減少化學(xué)纖維用量，是性價(jià)比較優(yōu)的方案。

3.2將原紙的緊度由0.3 g/cm3提高到0.4 g/cm3，原紙耐破度提高45% ～55% ；表面施膠量約5 g/m2時(shí)，采用苯丙乳液（PB）和氧化淀粉（OS）進(jìn)行表面施膠，吸塵袋紙的耐破度比原紙?zhí)岣?0% ～110% ，增加明顯。

3.3添加漿內(nèi)干強(qiáng)劑CH 和陽離子淀粉（CS）對吸塵袋紙耐破度和透氣度影響不大。