陳夫山 宋鵬瑤 宋曉明

(青島科技大學(xué)化工學(xué)院,山東青島,266042)

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裝飾原紙損紙漿配抄對(duì)紙張性能的影響

陳夫山 宋鵬瑤 宋曉明

(青島科技大學(xué)化工學(xué)院,山東青島,266042)

將裝飾原紙損紙回收并打漿,再與原生漿按照一定比例配抄,探討了損紙漿的打漿度和配抄量對(duì)紙張性能的影響。結(jié)果表明,損紙漿打漿度為21～46°SR且配抄量低于40%時(shí),可在滿足裝飾原紙光學(xué)、強(qiáng)度、吸收和填料留著性能的前提下降低成本；掃描電鏡分析結(jié)果表明,損紙回抄有利于改善TiO2填料在裝飾原紙中的分散性能。

TiO2；損紙；打漿；紙張性能

在裝飾原紙生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)不可避免地產(chǎn)生大量損紙,包括在紙機(jī)濕部(網(wǎng)部和壓榨部)產(chǎn)生的濕損紙和紙機(jī)干部及之后產(chǎn)生的干損紙,如斷紙產(chǎn)生的廢紙、切邊紙、次品紙等。損紙經(jīng)過(guò)碎漿、調(diào)濃、打漿處理后回抄可以節(jié)約資源、降低能耗并最終降低噸紙成本。本實(shí)驗(yàn)收集裝飾原紙損紙,改變損紙漿的打漿度和配抄量,探討損紙回抄對(duì)紙張光學(xué)性能、強(qiáng)度性能、留著性能和填料在紙張中分散性能的影響。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 原料

硫酸鹽針葉木漿板、硫酸鹽闊葉木漿板(打漿度分別為40和28°SR，山東太陽(yáng)紙業(yè)提供),裝飾原紙干損紙(實(shí)驗(yàn)室回收),銳鈦型TiO2(山東昌樂(lè)科苑紙業(yè)提供),CPAM(相對(duì)分子質(zhì)量500萬(wàn),陶氏化學(xué))。

1.2 儀器

ZQS7-PFI 型磨漿機(jī)及ZDJ-100型紙漿打漿度測(cè)定儀(長(zhǎng)春市永興試驗(yàn)儀器制造有限責(zé)任公司),GBJ-A型纖維標(biāo)準(zhǔn)解離器(長(zhǎng)春市月明小型試驗(yàn)機(jī)有限責(zé)任公司),ZT6- 00型紙樣抄取器(杭州紙邦自動(dòng)化技術(shù)有限公司),WSB-3A型智能式數(shù)字白度計(jì)(溫州方圓儀器有限公司),TTM-500A型電腦抗張實(shí)驗(yàn)機(jī)(杭州博科自動(dòng)化技術(shù)有限公司)、RX3型箱式電阻爐(龍口實(shí)驗(yàn)電爐廠)、KQ-50B型超聲波清洗器(昆山市超聲儀器有限公司)、JEOL JSM- 6700F型掃描電子顯微鏡(日本JEOL公司)、DHG-9123A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱(上?！憧萍加邢薰?。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 PFI磨打漿

收集損紙,先用0.5 L水將損紙浸泡4 h以上,再撕成約25 mm×25 mm的小塊,稀釋至濃度為1.5%,在纖維標(biāo)準(zhǔn)解離器中充分疏解,并測(cè)定其打漿度。然后,將解離后的漿料放入布氏漏斗抽濾至濃度為20%左右。稱量濃縮后的漿料,加水稀釋至漿濃為10%。將漿料放入打漿室,用PFI磨進(jìn)行打漿,通過(guò)控制打漿時(shí)間來(lái)控制打漿度。

打漿結(jié)束后，將漿料稀釋至濃度為1.5%,在纖維標(biāo)準(zhǔn)解離器中充分疏解后測(cè)其打漿度。其余漿料濃縮處理后平衡水分待用。

1.3.2 配漿及手抄片的抄造

將不同打漿度的損紙漿按照損紙漿和原生漿(針葉木與闊葉木質(zhì)量比為3∶7)絕干總質(zhì)量的0、20%、40%、60%、80%、100%配漿,加填30%的TiO2,CPAM為助留劑(濃度為0.01%,用量為TiO2的0.03%),抄造定量為100 g/m2的手抄片。

將抄好的濕手抄片進(jìn)行壓榨處理,隨后在105℃、真空壓力為0.08 MPa的條件下干燥5 min。

1.3.3 手抄片性能的檢測(cè)

手抄片各項(xiàng)物理性能指標(biāo)按照國(guó)家有關(guān)測(cè)試方法進(jìn)行測(cè)定。在恒溫恒濕的條件下,即溫度為(23±1)℃、相對(duì)濕度為(50±2)%的條件下,將手抄片平衡水分24 h,然后測(cè)定白度、不透明度、抗張強(qiáng)度、吸收性。

填料留著率測(cè)定[1]如下。

將手抄片(對(duì)于單張手抄片而言,抄紙前加入的填料質(zhì)量為0.6 g)在925℃下置于馬弗爐中灼燒6 h,m為灼燒后的灰分(g),以100%損紙漿的手抄片為基準(zhǔn)紙,m0為基準(zhǔn)紙灼燒后的灰分(g),α為TiO2在925℃灼燒時(shí)的質(zhì)量損失率(%),ω為損紙漿的配抄量(%)。

對(duì)于損紙漿配抄量為0的手抄片,填料留著率R按照式(1)計(jì)算：

(1)

對(duì)于損紙漿配抄量為20%、40%、60%、80%、100%的手抄片(基準(zhǔn)紙中損紙漿用量為0.7 g,其中，含有的填料量為0.7m0ω),填料留著率R按照式(2)計(jì)算：

(2)

2 結(jié)果與討論

2.1 不同打漿度的損紙漿配抄量對(duì)紙張性能的影響

2.1.1 損紙漿配抄量對(duì)紙張白度的影響

圖1為不同打漿度的損紙漿配抄量對(duì)紙張白度的影響。損紙漿配抄量相同時(shí),紙張白度隨損紙漿打漿度的增大而降低,這是由于打漿度高的損紙漿在干燥時(shí)因纖維結(jié)合緊密,纖維間隙少,使散射光線減少[2],白度降低。同一打漿度時(shí),由于損紙中含有一定量的TiO2,打漿度為21～58°SR時(shí),紙張白度隨損紙漿配抄量的增加不斷提高；而打漿度為64°SR時(shí)，紙張白度隨損紙漿配抄量的增加變化不明顯。因此，要使紙張獲得較高的白度,應(yīng)適當(dāng)加大損紙漿的配抄量,降低損紙漿打漿度。

圖1 不同打漿度的損紙漿配抄量對(duì)紙張白度的影響

2.1.2 損紙漿配抄量對(duì)紙張不透明度的影響

不同打漿度的損紙漿配抄量對(duì)紙張不透明度的影響如圖2所示。打漿度相同時(shí),紙張不透明度隨損紙配抄量的增加而增大。這是因?yàn)閾p紙中含有TiO2,損紙漿配抄量增加時(shí)紙張的填料含量增加,光的散射增強(qiáng),通過(guò)的光線減少,紙張透明度降低,不透明度增大。64°SR的純損紙漿成紙不透明度較純?cè)鷿{成紙不透明度提高了3%。

因此，要獲得較高的不透明度,應(yīng)適當(dāng)增加損紙漿的配抄量。

圖2 不同打漿度的損紙漿配抄量對(duì)紙張不透明度的影響

2.1.3 損紙漿配抄量對(duì)紙張抗張指數(shù)的影響

不同打漿度的損紙漿配抄量對(duì)紙張抗張指數(shù)的影響如圖3所示。在損紙漿配抄量相同的條件下,隨打漿度從21°SR提高到64°SR時(shí),成紙的抗張指數(shù)不斷提高。這是由于隨打漿度的升高,纖維吸水潤(rùn)脹程度增大,導(dǎo)致纖維內(nèi)聚力降低,纖維柔軟性和可塑性增強(qiáng),纖維表面分絲帚化顯著,纖維比表面積增大,游離出更多羥基,增加了干燥時(shí)纖維之間的接觸面積,增強(qiáng)成紙的結(jié)合強(qiáng)度,抗張指數(shù)不斷提高。

圖3 不同打漿度的損紙漿配抄量對(duì)紙張抗張指數(shù)的影響

在相同打漿度條件下,紙張抗張指數(shù)隨損紙漿配抄量的增加不斷降低。損紙漿配抄量增加時(shí),漿料中原生漿的配抄量會(huì)相應(yīng)減少,損紙回用經(jīng)過(guò)打漿處理產(chǎn)生大量細(xì)小組分,這些細(xì)小組分在回用時(shí)只起填充作用,而對(duì)纖維間的結(jié)合強(qiáng)度無(wú)貢獻(xiàn),或者回用纖維中的細(xì)小組分對(duì)纖維結(jié)合有一定貢獻(xiàn),但不及原生纖維的細(xì)小組分,或者纖維角質(zhì)化嚴(yán)重影響了纖維的潤(rùn)脹程度[3],因而造成紙張強(qiáng)度降低；同時(shí)損紙漿配抄量增加時(shí)，填料TiO2的含量增加,填料TiO2分散在纖維間，減少了纖維之間接觸形成的氫鍵,進(jìn)而降低紙張強(qiáng)度。

影響抗張強(qiáng)度的主要因素是纖維平均長(zhǎng)度和纖維結(jié)合力。在原生漿占主要比例的漿料組成中,即損紙漿的配抄量低于50%時(shí),影響抗張強(qiáng)度的主要因素是纖維的平均長(zhǎng)度；當(dāng)損紙漿配抄量高于50%時(shí),漿料纖維的平均長(zhǎng)度下降,此時(shí)影響紙張抗張強(qiáng)度的主要因素是纖維間的結(jié)合力,打漿度越高,細(xì)纖維化程度越高,強(qiáng)度降低程度越小。

打漿度為21～46°SR且損紙漿配抄量高于60%時(shí),已不符合裝飾原紙對(duì)強(qiáng)度的要求。打漿度為54～64°SR時(shí),隨損紙漿配抄量的增加,抗張指數(shù)均在22 N·m/g以上。在對(duì)紙張強(qiáng)度無(wú)較高要求時(shí),可以適當(dāng)增加損紙漿的配抄量，以降低成本。

2.1.4 損紙漿配抄量對(duì)紙張?zhí)盍狭糁实挠绊?/p>

圖4為不同打漿度的損紙漿配抄量對(duì)紙張?zhí)盍狭糁实挠绊?。從圖4可以看出,隨損紙漿配抄量的增加,不同打漿度損紙漿配抄的紙張的填料留著率均呈上升趨勢(shì)。這是因?yàn)閾p紙漿中含有一定量的TiO2,回抄時(shí)部分留著在紙張中；同時(shí)損紙漿中含有少量的陽(yáng)離子聚合物,配抄后可以改善填料留著。當(dāng)損紙漿配抄量從0增至60%時(shí),打漿度為21、46、54、58、64°SR的損紙漿配抄的紙張的填料留著率分別增加了10.6%、22.0%、19.7%、21.7%、27.4%。

圖4 不同打漿度損紙漿配抄量對(duì)紙張?zhí)盍狭糁实挠绊?/p>

損紙漿配抄量相同時(shí),打漿度從21°SR增至46°SR 時(shí),紙張?zhí)盍狭糁试龃?；?dāng)損紙漿配抄量為40%時(shí),配抄21°SR損紙漿的紙張的填料留著率(82.5%)較配抄46°SR損紙漿成紙的填料留著率(92.3%)降低了11.9%。打漿度大于46°SR后,填料留著率開始下降,且打漿度越高,填料留著率下降越多。

2.1.5 損紙漿配抄量對(duì)紙張毛細(xì)吸液高度的影響

裝飾原紙是一種浸漬用紙,在浸膠機(jī)中與氨基樹脂(如三聚氰胺甲醛樹脂、酚醛樹脂)等接觸后,快速吸收幾倍于自身質(zhì)量的膠液,因此要求紙張必須具有良好的吸液性能,否則會(huì)影響浸膠的車速和產(chǎn)量。裝飾原紙通常需經(jīng)過(guò)浸膠、干燥、壓板3道工序的處理，吸液不穩(wěn)定可能會(huì)導(dǎo)致壓板后出現(xiàn)干花、白點(diǎn)、霧狀疵斑、板面麻坑、花紋模糊等質(zhì)量問(wèn)題[4-5]。

圖5為不同打漿度損紙漿配抄量對(duì)紙張毛細(xì)吸液高度的影響。損紙漿配抄量相同時(shí),紙張的吸液性能隨損紙漿打漿度的增大而不斷降低。損紙漿打漿度為21°SR時(shí),紙張的毛細(xì)吸液高度隨損紙漿配抄量的增加不斷提高；損紙漿打漿度為46°SR時(shí),紙張的毛細(xì)吸液高度先增后降；損紙漿打漿度為54～64°SR時(shí),紙張的毛細(xì)吸液高度隨損紙漿配抄量的增加而降低。這是由于損紙回用時(shí),毛細(xì)管作用顯著降低,成紙吸液性能下降[6]。損紙漿打漿度較小時(shí),纖維被輕度切斷和細(xì)纖維化,纖維吸水潤(rùn)脹程度小,吸液性能較大,適當(dāng)增加損紙漿配抄量對(duì)紙張整體的吸液性能有利；打漿度較高時(shí),纖維充分潤(rùn)脹、水化,毛細(xì)管作用降低,紙張吸液性能變差,若是加大配抄量,尤其是大于20%時(shí),吸液性能降低更快,不能滿足裝飾原紙浸膠性能要求。

圖5 不同打漿度損紙漿配抄量對(duì)紙張毛細(xì)吸液高度的影響

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求裝飾原紙的毛細(xì)吸液高度≥18～20 mm/(10 min)。因此,要滿足裝飾原紙吸液性能的要求,損紙漿的打漿度在46°SR及其以下時(shí),可以適當(dāng)增加損紙漿的配抄量,甚至達(dá)到100%配抄；損紙漿的打漿度在54～64°SR時(shí),損紙漿的配抄量應(yīng)該降低到20%以下。

2.2 掃描電鏡分析

為了進(jìn)一步研究填料TiO2在紙張中的分布與留著情況,采用掃描電子顯微鏡觀察了原生漿抄造的紙張及46°SR損紙漿在配抄量為20%時(shí)的紙張(見圖6)。從圖6可以看出，100%原生漿抄造時(shí),填料TiO2在紙張中分布不均勻,而配抄損紙漿的紙張部分纖維表面分絲帚化明顯,TiO2在紙張中分布較為均勻,團(tuán)聚較少。因此，損紙漿的配抄在一定程度上可改善紙張中填料的分散性能。

圖6 100%原生漿的紙張及配抄損紙漿紙張的掃描電鏡圖片

3 結(jié) 論

3.1 損紙漿(裝飾原紙損紙)配抄量相同時(shí),損紙漿打漿度從21°SR提高到64°SR,紙張的白度和吸液性能不斷降低,但抗張指數(shù)不斷增大；填料留著率隨打漿度從21°SR增至46°SR時(shí)不斷提高,但打漿度大于46°SR后填料留著率開始降低,且打漿度越高,填料留著率降低越顯著。

3.2 在同一打漿度下,隨損紙漿配抄量從0增至100%時(shí),紙張白度、不透明度和填料留著率不斷提高,抗張指數(shù)不斷降低。損紙漿的打漿度為21°SR時(shí),紙張的毛細(xì)吸液高度隨損紙漿配抄量的增加而提高；損紙漿的打漿度為46°SR時(shí),紙張的毛細(xì)吸液高度先增后降；打漿度為54～64°SR時(shí),紙張的毛細(xì)吸液高度隨損紙漿配抄量的增加而降低。

3.3 綜合考慮紙張各項(xiàng)性能,損紙漿打漿度為21～46°SR且配抄量低于40%時(shí)，可在滿足裝飾原紙性能要求的前提下降低成本；掃描電鏡分析結(jié)果表明，損紙回抄有利于改善TiO2填料在裝飾原紙中的分散性能。

[1] 沈 靜, 宋湛謙, 錢學(xué)仁, 等. 造紙?zhí)盍霞?jí)沉淀碳酸鈣的殼聚糖覆膜[J]. 中國(guó)造紙, 2008, 27(1): 22.

[2] 何北海, 張美云, 高玉杰, 等. 造紙?jiān)砼c工程[M]. 北京： 中國(guó)輕工業(yè)出版社, 2010.

[3] 何北海, 胡 芳, 趙麗紅. 造紙過(guò)程的膠體與界面化學(xué)[M]. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2009.

[4] 劉瑞恒, 付時(shí)雨. 裝飾原紙質(zhì)量的影響因素及生產(chǎn)工藝控制[J]. 上海造紙, 2007, 38(5): 18.

[5] 楊其玉, 岳巍巍, 王桂卿. 強(qiáng)化木地板浸漬紙的吸液性能及其生產(chǎn)控制[J]. 中國(guó)造紙, 2006, 25(2): 63.

[6] 劉欽敬, 陳增文, 張宗軍. 如何調(diào)節(jié)裝飾原紙的吸收性[J]. 中華紙業(yè), 2000, 21(11): 39.

(責(zé)任編輯：關(guān) 穎)

Influence of Using Broke of Decorative Base Paper as Furnish on the Paper Properties

CHEN Fu-shan*SONG Peng-yao SONG Xiao-ming

(CollegeofChemicalEngineering,QingdaoUniversityofScience&Technology,Qingdao,ShandongProvince, 266042)

(*E-mail： chen_fushan@263.net)

Broke of decorative base paper was collected, refined to different beating degrees and furnished with virgin pulps to study the effects of beating degree and furnishing amount of broke pulp on the paper properties. The results showed that beating degree of broke ranged from 21°SR to 46°SR and furnishing amount of broke pulp kept less than 40% could reduce production cost while the paper could meet the requirements of optical, strength, absorption and filler retention properties of decorative base paper, and SEM image further verified that broke recycling was beneficial for improving dispersing performance of TiO2in decorative base paper.

TiO2； broke； refining； paper properties

2015- 01-22

本項(xiàng)目得到國(guó)家自然科學(xué)基金(項(xiàng)目編號(hào)21176131)資助。

陳夫山,男,教授；主要研究方向：精細(xì)化學(xué)品和生物質(zhì)資源。 E-mail：chen-fushan@263.net

TS752

A

1000- 6842(2015)03- 0020- 04