水葫蘆纖維造紙的研究

鄧麗娟，蘇夢冰，陳曉珊，黃俊生

（韓山師范學(xué)院化學(xué)系，廣東潮州 521041）

1 引言

中國造紙工業(yè)近年來保持了持續(xù)高速增長的態(tài)勢.雖然廢紙對中國造紙業(yè)發(fā)展的支撐作用越來越大，但是廢紙資源并不是取之不盡用之不竭，特別是廢紙回收利用已接近極限.因此，必須提高一次性纖維原料的供給能力[1].

水葫蘆（Eichhornia crassipes），又名鳳眼蓮、水風(fēng)信子，是雨久花科鳳眼蓮屬植物，為多年生漂浮水生草本植物.水葫蘆曾經(jīng)作為觀賞植物引入中國，但是由于大量繁殖造成水生環(huán)境的破壞，因此水葫蘆也被世界公認(rèn)為“十大害草”之一.盡管當(dāng)前對水葫蘆有一定的開發(fā)利用，但并不能有效地解決水葫蘆瘋長所造成的一系列生態(tài)問題.水葫蘆對所在水域的氣候和生態(tài)影響非常明顯，它們生長和繁殖能力超強(qiáng)，一旦繁衍開來，便對水面實施嚴(yán)密“封鎖”，擋住陽光，導(dǎo)致水下植物得不到足夠光照，破壞水生動物的食物鏈[2].因此，如果能夠利用豐富的水葫蘆代替森林資源作為造紙原料，不但使其得到科學(xué)的轉(zhuǎn)化利用，緩解了其對環(huán)境造成的破壞，也為造紙行業(yè)提供了豐富的原料，真正實現(xiàn)變廢為寶，具有重大的社會意義.

在此之前，造紙行業(yè)已對利用多種非木纖維材料造紙進(jìn)行了研究，如：玉米稈[3]、煙稈[4]、香蕉樹[5]、菠蘿葉[6]、麥草[7]等，但是對于水葫蘆纖維造紙還未有相關(guān)研究報道.

2 材料與實驗方法

2.1 材料采集

水葫蘆，采自潮州市湘橋區(qū)東湖，經(jīng)洗凈瀝干，切碎后備用.

2.2 實驗藥品和儀器

氫氧化鈉、十二烷基苯磺酸鈉、過氧化氫、硅酸鈉、氯化鋁、明礬、碳酸鈣、羧甲基纖維素鈉、EDTA等藥品和試劑均為國產(chǎn)分析純.

電爐、水浴鍋、目篩、恒溫水浴箱、電磁攪拌器、烘箱.

2.3 紙張的制作

（1）原料采集：從潮州市湘橋區(qū)東湖采集水葫蘆.

（2）原料處理：將水葫蘆根部切除、洗凈.

（3）蒸煮：采用堿法蒸煮，參考麥草蒸煮的工藝條件[7]，并結(jié)合EDTA及十二烷基苯磺酸鈉，確定實驗蒸煮藥品的種類及用量.

（4）洗漿篩漿：對蒸煮后的纖維進(jìn)行洗滌，然后進(jìn)行篩選.

（5）漂白：應(yīng)用過氧化氫漂白技術(shù)，采取適當(dāng)?shù)钠邦A(yù)處理[8,9].并在高濃漿、高溫、低堿量并添加少量硅酸鹽的條件下，使漂白達(dá)到最佳效果[10].

（6）絮凝：用氯化鋁對漂白后的紙漿進(jìn)行絮凝，提高紙張的強(qiáng)度.

（7）填料：用碳酸鈣、明礬對絮凝后的紙漿進(jìn)行填料，增強(qiáng)紙張的性能.

（8）施膠：用羧甲基纖維素鈉對填料后的紙漿進(jìn)行施膠，增強(qiáng)紙張的防潮性能.

（9）勻漿：對施膠后的紙漿進(jìn)行勻漿.

（10）烘烤掀紙：對勻漿后的紙漿進(jìn)行烘烤掀紙后得到產(chǎn)品.

水葫蘆纖維造紙的具體流程如圖1所示.

圖1 水葫蘆纖維造紙流程圖

3 水葫蘆纖維造紙的影響因素

3.1 絮凝、填料、施膠對水葫蘆纖維造紙的影響

運用正交設(shè)計助手IIV3.1專業(yè)版，對明礬、碳酸鈣、羧甲基纖維素鈉等三個因素進(jìn)行正交實驗（見表1）.以下實驗所用的目篩面積大小均為130 cm2.

表1 各填料水平對應(yīng)表

由表2可知，當(dāng)明礬、碳酸鈣、羧甲基纖維素鈉的濃度分別為0.563 mmol/L、2.670 mmol/L、0.625 mmol/L時紙張感官評價最佳.按照上述工藝制作的紙張與不經(jīng)過絮凝、填料與施膠等操作步驟制作的紙張相比，整體效果相似，因此可不經(jīng)絮凝、填料與施膠等操作步驟直接利用水葫蘆纖維造紙.

以下所研究的水葫蘆纖維紙張均為不經(jīng)過絮凝、填料與施膠等步驟制作的成品.

表2 填料量影響紙張效果的正交結(jié)果表

3.2 漿量多少對紙張的影響

由表3可知，紙張的耐破度、厚度與所用漿量成正比.當(dāng)漿量為10 mL時，紙張過薄易破；當(dāng)漿量為30 mL時，紙張過厚，并且原料消耗量大；當(dāng)用漿量為20 mL時，紙張感官評價適中.綜合紙張性能以及原料消耗等因素，用漿量為20 mL是水葫蘆纖維的最佳造紙工藝條件.

表3 漿量對紙張性能影響表

3.3 烘烤溫度的探究

由表4可知，隨著烘烤溫度的上升，烘烤時間縮短，但是紙張的耐破度卻是先上升后下降.當(dāng)溫度為50℃時，烘烤用時過長，能耗較大；當(dāng)溫度為70℃、80℃時，雖然烘烤用時較短，但是紙張韌性度較低，耐破度較差；而當(dāng)溫度為60℃時，烘烤用時適中，并且紙張質(zhì)量較好.綜合紙張性能與能耗大小等因素，烘烤溫度為60℃是水葫蘆纖維的最佳造紙工藝條件.

表4 溫度對紙張性能影響表

4 紙張性能指標(biāo)測定與分析

4.1 水葫蘆纖維紙張與普通紙張的性能指標(biāo)對比

4.1.1 紙張的物理性能對比

由表5可知，不經(jīng)過絮凝、施膠與填料等操作步驟制作的水葫蘆纖維紙張的著火點與普通紙張的著火點相近，但是吸水性明顯優(yōu)于普通紙張.

表5 物理性能對比表

4.1.2 紙張的化學(xué)性能對比

由表6可知，不經(jīng)過絮凝、施膠與填料等操作步驟制作的水葫蘆纖維紙張的酸堿度與普通紙張的酸堿度都為中性，但水葫蘆紙張的灰分含量比普通紙張少，更利于印刷.

表6 化學(xué)性能對比表

5 結(jié)論

通過研究用漿量、烘烤溫度、絮凝劑、施膠劑與填料等因素對水葫蘆纖維紙張性能的影響.實驗表明：130 cm2的紙張最佳漿量為20 mL，最佳烘烤溫度為60℃，而絮凝、填料與施膠等操作對水葫蘆紙張的性能沒有明顯影響.

同時，研究結(jié)果也表明水葫蘆纖維紙張的著火點及酸堿度與普通紙張相近，但是水葫蘆纖維紙張的吸水性明顯優(yōu)于普通紙張，并且水葫蘆纖維紙張的含灰量比普通紙張少，這更有利于印刷.

[1]郭永新.中國造紙原料的現(xiàn)狀和未來[J].中華紙業(yè)，2010，31（19）：15-20.

[2]霍壽喜.揭開水葫蘆的“面紗”[J].少兒科技，2012（4）：35.

[3]孫勇慧.玉米稈可同時作為能源和造紙原料[J].中華紙業(yè)，2010，31（12）：96.

[4]鄭書敏.煙稈——潛在的制漿造紙原料[J].國際造紙，2001（1）：46-48.

[5]孫濤.用香蕉樹桿造紙[J].中華紙業(yè)，2010，31（10）：91.

[6]許開紹，王雙飛，楊崎峰，等.菠蘿葉堿法制漿及漂白工藝的研究[J].廣西民族學(xué)院學(xué)報：自然科學(xué)版，1998，4（3）：26-28.

[7]鞏洪讓.螯合劑作為麥草蒸煮助劑的應(yīng)用效果[J].造紙化學(xué)品，2007，19（6）：43-45.

[8]張曾，黃干強(qiáng)，李兵云，等.過氧化氫漂白的活化劑[J].紙與造紙，2001（3）：49-50.

[9]王萍.預(yù)處理對荻葦漿過氧化氫漂白的影響[J].湖南輕工業(yè)高等專科學(xué)校學(xué)報，2000，2（2）：12-14.

[10]陳巧花，朱松山.化學(xué)漿的高濃過氧化氫漂白[J].造紙化學(xué)品，1994，6（3）：35-36.