機制游龍紙纖維絲束制備方法的研究

陳 杰 童樹華 孟 育 周桂生 徐玉清

(浙江金昌特種紙股份有限公司,浙江衢州,324400)

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·游龍紙纖維絲束·

機制游龍紙纖維絲束制備方法的研究

陳 杰 童樹華 孟 育 周桂生 徐玉清

(浙江金昌特種紙股份有限公司,浙江衢州,324400)

實驗以黏膠纖維為原料，以陰離子聚丙烯酰胺(APAM)、聚氧化乙烯(PEO)和陽離子物質A為助劑，制備機制游龍紙的纖維絲束(“游龍絲”)，研究了3種助劑對黏膠纖維制備“游龍絲”過程的影響。當APAM用量為黏膠纖維的0.6%時,“游龍絲”結構緊密；當PEO用量為0.2%時,“游龍絲”分散效果最好；陽離子物質A可使“游龍絲”結構緊密,其用量為2%時,“游龍絲”形態明顯,結構緊密,“游龍絲”在溶液中分散均勻。

“游龍絲”；黏膠纖維；APAM；PEO

游龍紙是一種新興的高檔特種紙,主要特點為表面具有清晰的纖維絲束紋路,提高了紙張的觀賞性；根據該纖維絲束的形態，本公司將其稱為“游龍絲”,如圖1所示。游龍紙的紋理清晰、色彩明亮、細韌柔軟,主要用于傳統手工藝品制作、高檔書畫紙、高檔禮盒包裝、裝飾裝潢等,還用于仿古建筑的窗戶、門、屏風上,是一種高檔的包裝、裝飾材料,具有廣闊的市場前景[1]。

日本、韓國以及我國臺灣地區通過不斷的研究,采用黏膠纖維制備“游龍絲”,獲得的“游龍絲”色澤明亮鮮艷、形態美觀,且通過復合技術將“游龍絲”與紙張復合,成功開發出機制游龍紙,如圖2所示。

黏膠纖維主要成分為纖維素，通過天然植物纖維加工而成，是制備“游龍絲”的原料。“游龍絲”要求纖維絲束結構緊密、無分絲帚化現象、且在水中分布均勻,不易分散。“游龍絲”的色澤鮮艷明亮、形態自然,并且纖維的長短、粗細、顏色等參數可以在生產或后加工過程中進行調節[1]。

本實驗以黏膠纖維為原料,陰離子聚丙烯酰胺(APAM)、聚氧化乙烯(PEO)和陽離子性物質A為助劑,制備“游龍絲”。黏膠纖維在水中易相互纏繞、絮聚成團,且纖維間結構疏松。APAM具有提高溶液黏度、促進纖維絮凝的作用。PEO是一種中性分散劑,具有潤滑作用,防止較大纖維絲束的產生。陽離子物質A吸附細小纖維與“游龍絲”結合,促進“游龍絲”的結構緊密和形態穩定。在制備游龍紙時,在水力的沖擊作用下,“游龍絲”不會分散或起毛。

本實驗主要研究不同助劑的用量對制備 “游龍絲” 的影響,為“游龍絲”的制備和游龍紙的開發提供關鍵的技術參數。

1 實 驗

1.1 原料

圖1 傳統游龍紙表面“游龍絲”結構

圖2 日本、韓國開發的機制游龍紙產品

黏膠纖維：由木漿纖維分離提純纖維素、溶解、噴絲制成,纖維長度20～30 mm,纖度3.5～4.0D,上海可樂麗公司提供；陰離子聚丙烯酰胺(APAM)：相對分子質量800萬～1000萬,日本三井公司提供；聚氧化乙烯(PEO)：相對分子質量400萬,日本住友化工公司提供；陽離子性物質A。

1.2 儀器

槽式疏解分絲裝置：結構見參考文獻[2],由浙江金昌特種紙股份有限公司開發。紙機：長網上絲機與圓網紙機,浙江金昌特種紙股份有限公司提供。照相機：普通照相機。

1.3 “游龍絲”和游龍紙的制備

“游龍絲”制備：①將一定量的APAM加入槽式疏解分絲裝置[2],加水攪拌至APAM分散均勻,調節攪拌器頻率至20 Hz左右。然后加入一定量的黏膠纖維至1%的濃度,調節攪拌器頻率至80 Hz,攪拌30 min,至出現絲束結構,降低攪拌器頻率至20 Hz。②加入一定量的質量分數0.05%的PEO溶液,并通過不斷攪拌,使黏膠纖維絲束結構分散均勻。③加水稀釋至黏膠纖維濃度為0.5%,加入一定量的質量分數為0.1%陽離子物質A,并通過攪拌分散均勻,形成“游龍絲”溶液。

游龍紙的制備：“游龍絲”絲束制備完成后,通過長網上絲機在網面形成分布均勻的“游龍絲”層；采用圓網紙機抄造紙張；并通過長圓網紙機復合成形技術,將“游龍絲”復合到紙張表面,經壓榨、干燥后等制備成游龍紙[1]。

1.4 分析方法

“游龍絲”以及游龍紙的外觀及結構都無統一標準。實驗通過對比分析“游龍絲”在溶液中和在紙張表面的密實性、結構形態、分布等,優選最佳工藝方案。

將制備好的“游龍絲”放入清水中稀釋,輕輕攪動后,在日光燈下觀察絲的結構緊密性,均勻性,以絲的長度均勻、形態自然、無分絲分叉、無相互纏繞為較好的“游龍絲”。

“游龍絲”經過復合至紙面制備游龍紙。“游龍絲”在紙面的絲結構形態均勻、無分叉分絲和相互纏繞,作為評判 “游龍絲”的標準。

1.5 實驗方法

實驗在APAM用量、PEO用量和陽離子物質A用量的3個因素中,固定其中兩個因素條件下,進行單因素實驗,通過對比分析,優化實驗工藝,獲得最佳的工藝參數。

2 結果與討論

2.1 APAM用量對制備“游龍絲”的影響

黏膠纖維長度20～30 mm,為了促使纖維成絲束結構,實驗過程中PEO用量為0.2%；陽離子物質A用量為2%，均相對黏膠纖維絕干量。APAM用量分別為0.2%、0.4%、0.6%、0.8%；APAM在攪拌過程中能夠吸附在纖維表面,促進纖維之間的結合,提高纖維絲束的穩定性,同時增加溶液的黏度。黏膠纖維在PEO、陽離子物質A和機械攪拌力的作用下,形成絲束結構。圖3為APAM用量對“游龍絲”結構的影響。

由圖3可知,當APAM用量為0.2%時,黏膠纖維之間結構疏松,這是因為黏膠纖維表面有較多親水基團,在水分子的沖擊作用下容易分散,無明顯的成束的結構趨向,結構疏松。當添加0.4%的APAM時,出現了明顯的纖維絲束,但是纖維絲束較粗,結構不緊密,在水流的作用下,很容易分散成游離的黏膠纖維絲。當添加0.6%的APAM時,“游龍絲”結構較緊密,絲束的結構均勻,游離的單根纖維絲減少。當添加0.8%的APAM時,“游龍絲”產生過度的絮聚,結構緊密,溶液中游離的單根纖維較少,在水中的穩定性較高,但絲束形態細長,不夠美觀。實驗發現,APAM用量較少時,纖維表面吸附APAM的濃度低,纖維間的結合力達不到一定強度,導致纖維絲束在攪拌過程中分散,或出現分絲帚化的現象。APAM用量過多,導致纖維的結構緊密,纖維絲束的形態受到影響[3]。實驗發現在APAM用量為黏膠纖維的0.6%時,效果最好。

圖3 APAM用量對“游龍絲”結構的影響

圖4 PEO用量對“游龍絲”結構及成形的影響

2.2 PEO用量對制備“游龍絲”的影響

黏膠纖維在APAM作用下,出現顯著的絮聚,在攪拌的過程中,容易相互纏繞,絮聚成團,無法形成絲束狀結構。實驗添加分散劑PEO吸附在黏膠纖維絲束表面,形成一層滑而不黏的水合膜,具有分散、潤滑作用[4]。同時PEO提高了水的張力和黏度,在攪拌器作用下纖維絲束分散均勻,無相互纏繞。實驗在添加0.6%的APAM和2%的陽離子物質A條件下進行,PEO用量分別為0.1%、0.15%、0.2%和0.25%(相對于黏膠纖維絕干量)。實驗結果如圖4所示。

通過圖4發現,PEO用量為0.1%時,“游龍絲”的結構特征明顯,但是在成形時,纖維絲束之間相互纏繞,這是由于PEO用量低,纖維絲束帶有負電荷,在陽離子物質A作用下出現相互纏繞引起的。PEO用量為0.15%時,“游龍絲”也出現一定的纏繞現象。當PEO用量為0.2%時,纖維之間幾乎沒有纏繞,“游龍絲”的結構特征明顯。當PEO用量為0.25%時,“游龍絲”分散較好,但纖維形態較細,這是因為PEO對纖維絲束起到分散作用,促使“游龍絲”分散成更細小的絲束,影響了“游龍絲”形態美觀的要求。實驗發現PEO用量對于纖維的分散以及再成形具有重要影響。PEO用量低,黏膠纖維分散效果差,纖維絲相互纏繞,難以分布均勻；同時在添加陽離子物質A后,纖維絲束會出現較多絮聚。PEO用量增加,在“游龍絲”表面形成一層水合膜,具有潤滑作用,同時水的黏度增加,減少“游龍絲”的纏繞。PEO用量過多時,“游龍絲”結構在PEO作用下,絲束的絮聚能力下降,“游龍絲”分裂成小的纖維絲束,影響了“游龍絲”的結構形態。實驗發現,當PEO用量為0.2%時,“游龍絲”分散效果最好。

圖5 陽離子物質A用量對“游龍絲”的影響

2.3 陽離子物質A用量對制備“游龍絲”的影響

陽離子物質A可使“游龍絲”結構密實,形態穩定,防止“游龍絲”在成形過程中被水流沖開,或出現較多的單根“游龍絲”。該陽離子物質A的作用機理為：黏膠纖維在APAM作用下,形成絲束結構,表面具有較強的負電荷,在中性分散劑作用下,結構疏松,并出現單根游離纖維絲。陽離子物質A具有較強的正電荷,吸附在纖維表面促進纖維進一步絮聚,增強“游龍絲”結構的密實性和穩定性,同時能夠減少單根游離纖維或細小的纖維絲束[5]。實驗添加0.6%的APAM和0.2%的PEO,陽離子物質A用量對纖維絲束的影響如圖5所示。

通過圖5發現,當添加1%的陽離子物質A時,纖維絲束結構疏松,出現分叉,絲束表面細小纖維較多。添加1.5%的陽離子物質A時,纖維絲束結構變得緊密,但纖維絲束表面出現較多細纖維絲,絲束結構的緊密性不夠。當陽離子物質A用量為2%時,纖維結構緊密,“游龍絲”形態結構明顯。當陽離子物質A用量為2.5%時,纖維結構緊密,較多的陽離子物質A與纖維結合,引起纖維絲束具有絮聚的傾向。實驗發現,陽離子物質A用量為黏膠纖維絕干量的2%時,“游龍絲”束結構緊密,效果最好。

2.4 驗證實驗

根據單因素變量實驗,確定3種助劑為黏膠纖維用量的最佳方案為：APAM用量0.6%、PEO用量0.2%和陽離子物質A用量2%。實驗取優化后的3種助劑用量,用于制備“游龍絲”。通過實驗發現,“游龍絲”的形態自然、無過度的絮聚和纏繞,“游龍絲”表面無細小的纖維絲,且結構密實。

3 結 論

(1)陰離子聚丙烯酰胺(APAM)具有顯著的絮凝效果,在機械力作用下,其用量為黏膠纖維的0.6%時,纖維絲束結構緊密,“游龍絲”形態結構明顯。

(2)分散劑聚氧化乙烯(PEO)用量為0.2%時,“游龍絲”分散效果較好。

(3)陽離子物質A促進纖維絲束結構緊密,用量為2%時,“游龍絲”形態明顯,結構緊密。

[1] Zhang Qiurong, Du Lixing, Huang Xiaojun. Method for preparing swim long paper: CN 102605670[P]. 2012- 03-21. 張求榮, 杜黎星, 黃曉俊. 一種制備游龍紙的方法： 中國專利： 102605670[P]. 2012- 03-21.

[2] Du Lixing,Huang Xiaojun, Zhang Qiurong, et al. For the tour of polymer chemistry fibre trough the production of tour dragon paper relief device: CN 202644283[P]. 2013- 01- 02. 杜黎星, 黃曉俊, 張求榮, 等. 用于游龍紙生產的高分子化學纖維絲槽式疏解分絲裝置： 中國專利： 202644283[P]. 2013- 01- 02.

[3] Lu Wei. Preparation of anionic polyacrylamide flocculant and its treatment of characteristic organic compounds in water[D]. Chongqing: Chongqing University, 2013. 盧 偉. 陰離子聚丙烯酰胺絮凝劑的制備及其對水中特征有機物的處理研究[D]. 重慶： 重慶大學, 2013.

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[5] CUI Hui, HE Bei-hai, ZHAO Guang-lei. Effect of Fiber Charge on the Adsorption Properties of Cationic Polyelectrolyte[J]. China Pulp & Paper, 2011, 30(10): 7. 崔 輝, 何北海, 趙光磊. 纖維電荷對陽離子聚電解質吸附性能的影響[J]. 中國造紙, 2011, 30(10): 7. CPP

(責任編輯：董鳳霞)

The Preparation of Rayon Fiber Bundles for Manufature of Tour Dragon Paper

CHEN Jie*TONG Shu-hua MENG Yu ZHOU Gui-sheng XU Yu-qing

(ZhejiangJinchangSpecialPaperCo.,Ltd.,Quzhou,ZhejiangProvince, 324400)(*E-mail: 18392183581@126.com)

The effect of flocculant(APAM), dipersant(PEO) and the reaction agent on the preparation of stalle fiber bundles of rayon fiber, which were used in the manufacture of tour dragon paper, was investigated. The results showed that fiber bundles had close structure when flocculation agent dosage was 0.6%(on rayon fiber). When dispersant dosage was 0.2%, fiber dispersion effect was better. On the other hand, reaction agent promoted the fiber bundle structure more close, the amount was 2%, the morphology of the fiber tow was obvious, fiber tow uniformly dispersed in the solution．

tour dragon fiber bundle; rayon fiber; APAM; PEO

2016- 07-24(修改稿)

陳 杰先生，碩士，工程師；研究方向：功能性紙基材料。

TS764.9

A

10.11980/j.issn.0254- 508X.2016.12.003