紙尿褲邊角料絨毛漿纖維回用研究

孟卿君， 劉麗娜， 張素風, 劉 葉， 錢立偉， 侯 晨

(陜西科技大學 陜西省造紙技術及特種紙品開發重點實驗室， 陜西 西安 710021)

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紙尿褲邊角料絨毛漿纖維回用研究

孟卿君， 劉麗娜， 張素風, 劉 葉， 錢立偉， 侯 晨

(陜西科技大學 陜西省造紙技術及特種紙品開發重點實驗室， 陜西 西安 710021)

紙尿褲邊角料絨毛漿纖維中夾雜著超吸水性樹脂(Super Absorbent Polymer，SAP)，存在回用困難的問題.通過添加化學品的方式，改變超吸水性樹脂的凝膠狀態，實現紙尿褲邊角料絨毛漿纖維的有效回用.采用動態濾水儀測試樣品的濾水性能，環境掃描電子顯微鏡表征樣品結構，超景深顯微鏡表征紙張的表面形貌.結果表明：添加無機鋁鹽，可以明顯改善原料的濾水性能，可以改變SAP的凝膠狀態，成紙無紙病.

紙尿褲； 超吸水性樹脂； 無機鋁鹽

0 引言

近年來，隨著國內經濟持續快速增長，人民物質生活水平的改善，生活的便捷，嬰兒及老年人對紙尿褲的使用量逐年增長.據統計，2015年，中國嬰兒紙尿褲總消費量達到269.88億片，預計2018年中國嬰兒紙尿褲總消費量將達到351.25億片[1].而在生產紙尿褲過程中，會產生較多的邊角料及性能不達標的廢產品，這部分材料直接廢棄將造成極大的資源浪費，同時也對環境造成一定的污染.如果將其回收再利用將利好環境且節約資源.

在紙尿褲領域，國內外研究者一直致力于紙尿褲的環保性、結構設計、吸液性能、舒適性等功能方面的研究，并取得了一定的成果.如金佰利公司推出的 Huggies Convertibles 的新式紙尿褲，既可以像普通短褲一樣穿上，又可像一般紙尿褲一樣在側面扣緊[2].Seventh Generation和Nature品牌的紙尿褲開發了環保型紙尿褲，因其產品使用的絨毛漿和香料不經含氯元素漂白，因而減少了對環境的污染[3].某些紙尿褲生產廠家通過改變紙尿褲的面層材料及結構，來提高紙尿褲的反滲透性[4-7].有研究表明通過改變導流層的材料及結構可以改善紙尿褲的吸收性[8].專利US7204907B中，介紹了一種具有三維開孔結構的非織造材料，該材料能改善產品導流性能[9].專利201120300749 介紹了一種具有彈性的復合防漏底膜，使得紙尿褲的穿著更為舒適[10].

在SAP相關技術方面，研究者們也已取得一定成果，例如，阮維青等[11]采用紫外光輻射聚合法制備高吸水性樹脂.Alla等[12]以丙烯酸和塔拉膠為原料，采用γ射線輻射引發聚合法制備出了具有互穿網絡結構的高吸水性樹脂.張小磊等[13]首先采用水溶液聚合法制備出了聚丙烯酸鈉 SAP.鮑艷等[14]用不同的單體(丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸羥乙酯等)和丙烯酰胺共聚合成 SAP.劉玉貴等[15]以丙烯酸和丙烯酰胺為原料，采用反相懸浮聚合法合成 SAP.

但對于紙尿褲絨毛漿纖維的回用技術研究，在國內外鮮有報道.原因主要是該類纖維的回用困難，其中摻雜著高吸水樹脂SAP(Super Absorbent Polymer)，遇水膨脹形成凝膠，直接回用會給生產及產品質量造成很大問題，而SAP的脫除技術難度較大.目前在紙尿褲絨毛漿纖維的回用技術研究領域，日本研究人員已經取得一些進展，專利CN104411881A中介紹了一種在使用過的紙尿褲等衛生用品中添加漂白殺菌劑，再加入交聯劑，再對其進行解離、稀釋，加入酸性物質并加熱，再使用分離裝置進行多次分離，最終將SAP從紙尿褲絨毛漿纖維中分離出來，以實現纖維回用[16].但其工藝繁瑣，化學品使用較多，能耗較大，且需要將SAP分離出來才可以實現紙尿褲絨毛漿纖維的回用.

在當今低碳經濟和循環經濟形勢下，開發脫除SAP回用紙尿褲邊角料絨毛漿纖維的生產技術，節約社會資源，是非常有必要的.所以課題研究一種紙尿褲邊角料絨毛漿纖維回用方法，解決了現有技術中紙尿褲材料中高吸水樹脂難脫除的問題.采用無機鋁鹽破壞紙尿褲邊角料絨毛漿纖維中的高吸水樹脂的吸水功能，破除其凝膠狀態，使其對紙漿不產生惡劣影響.本研究將為紙尿褲邊角料絨毛漿纖維的回收提供一定研究依據.

1 實驗部分

1.1 實驗原料

紙尿褲邊角料絨毛漿纖維，由國內某紙業公司提供.無機鋁鹽，鄭州潤豐環保公司.

1.2 實驗內容

1.2.1 紙尿褲邊角料絨毛漿纖維的組分分析及表征

根據TAPPI標準(T401cm-93)制片，用針頭挑出少許樣品附于載玻片上，加入赫氏試劑染色，蓋上載玻片，并置于PMB5-223IPL-5光學顯微鏡的載物臺上，觀察紙尿褲邊角料絨毛漿纖維形態.并在樣品中取出少許SAP，將SAP放置于載玻片上，蓋上蓋玻片放置于德國LEICA型超景深顯微鏡載物臺上，采用超景深顯微鏡觀察SAP形貌，透射光模式.

1.2.2 破除紙尿褲邊角料絨毛漿纖維中凝膠狀SAP

將紙尿褲邊角料粉碎后溶于水中，再加入一定量無機鋁鹽，充分攪拌，然后采用991738型標準漿料疏解器疏解10 000轉，得到纖維漿料；無機鋁鹽可以為氯化鋁、硫酸鋁或聚合氯化鋁中的一種.

1.2.3 紙尿褲邊角料絨毛漿纖維漿料濾水性檢測

取1 L刻度的量桶，將漿料樣品添加至量桶，并添加水至液面到1 L刻度處，并加入50目濾網的濾水保留游離度測試儀(BTG公司生產，型號為DFR-05)中，進行紙漿濾水性測試.

1.2.4 SAP性狀變化表征

采用美國FEI環境掃描電子顯微鏡表征SAP結構及其與無機鋁鹽反應后的結構.

1.2.5 紙尿褲邊角料絨毛漿纖維造紙

采用ZQJ1-B型紙樣抄取器抄紙.首先將疏解后漿料加至紙樣抄取器，加水至漿料上網濃度為0.3 g/L，用攪拌器將纖維漿料攪拌均勻，放水，使之成為濕紙幅，其次用壓輥進行手動壓榨，最后放入紙頁烘干器，在真空度為0.06 MPa的條件下，以105 ℃的溫度烘干10 min，烘干后，放真空，取紙.

1.2.6 成紙表面形貌的表征

采用德國LEICA型超景深三維顯微鏡表征紙張的表面形貌.

2 結果與討論

2.1 紙尿褲邊角料絨毛漿纖維組分分析

通過光學顯微鏡觀察放大100倍的紙尿褲邊角料絨毛漿纖維(如圖1所示)發現，纖維呈深藍色，為化學漿纖維，且纖維為木材纖維，具有較高回用價值.該纖維回收后可避免制漿污染，且節約植物資源.

圖1 紙尿褲邊角料絨毛漿纖維的顯微鏡圖(×100)

紙尿褲邊角料絨毛漿纖維樣品，將其浸泡于水中，肉眼觀察發現水中除了有纖維外還有較多量的透明的不同體積的凝膠狀物質，此物質即為SAP吸水后的狀態，此物質手感滑膩，與纖維均勻的混合在一起.隨著浸泡時間的延長，凝膠狀物質的體積逐漸增大，大約20 min后，凝膠狀物質體積恒定，但已占整個漿料的大部分體積，漿料整體變成粘稠狀，可以預見，如果這種漿料上紙機，將導致糊網、紙頁難以成型等嚴重生產問題.將凝膠狀SAP挑出，采用超景深顯微鏡觀察放大140倍的超吸水性樹脂，發現SAP為透明膠狀物質，其中包裹著些許細小纖維(如圖2所示).如果能夠破除凝膠狀態的SAP，并釋放出其間的細小纖維將為后續造紙減少生產及成紙問題.

圖2 吸水性樹脂超景深顯微鏡圖(×140)

2.2 紙尿褲邊角料絨毛漿纖維成漿后濾水性能研究

SAP在濕漿料中以凝膠狀態存在，其與纖維混合在一起，用加熱、篩選、擠壓、離心等方法均不能除掉，凝膠狀SAP的存在嚴重影響了紙漿的濾水性，將直接導致紙漿難于成形.本研究采用添加無機鋁鹽的方法除去SAP的吸水功能，改變其凝膠狀態.

在紙尿褲邊角料絨毛漿纖維紙漿中分別添加相當于樣品絕干量的2%、5%、8%、10%、12%的無機鋁鹽，并標記為2#、3#、4#、5#、6#樣品，不添加無機鋁鹽的漿料樣品為1#樣品，觀察漿料中凝膠狀SAP的破除效果.結果發現：1#漿料肉眼可見凝膠狀樹脂，觸感滑膩，漿料較粘稠.而適量的無機鋁鹽可以很好的破除SAP，肉眼觀察，發現4#、5#、6#漿料樣品中已觀察不到凝膠狀SAP，手感已無滑膩感；2#漿料樣品觀察可見較少量SAP，手感微滑；3#漿料樣品中可看到些許SAP，手感基本不滑膩.并對6種漿料樣品進行濾水性測試，結果如表1所示.

表1 1#～6#樣品濾水性能

紙漿的濾水時間可以表征紙漿的濾水性，濾水時間越長，表明紙漿的濾水性越差，紙漿越不容易成形；反之，紙漿濾水時間越短，表明紙漿濾水性越好，紙漿越容易成形，利于抄紙.從表1中可以看出，1#樣品是沒有添加無機鋁鹽的漿料，其濾水時間為110 s；2#樣品為添2%無機鋁鹽的漿料，其濾水時間為40 s；3#樣品為添加5%無機鋁鹽的漿料，其濾水時間為10 s；4#～6#樣品為添加8%～12%無機鋁鹽的漿料，其濾水時間為1 s或2 s.以上結果表明，添加無機鋁鹽后，紙漿濾水性有明顯提高，且隨著無機鋁鹽添加量的增加，濾水性提高的幅度越大，當無機鋁鹽添加量為樣品量的8%、12%時，紙漿的濾水性最好，此時漿料最易成形.

從上述結果可知，添加一定量的無機鋁鹽可以有效改善SAP對紙漿濾水性的影響.并發現當無機鋁鹽添加量大于8%時，可以得到比較理想的紙漿濾水性.

2.3 SAP結構表征

圖3(a)為凝膠狀SAP放大1000倍的環境掃描電子顯微鏡圖，圖3(b)為添加了8%無機鋁鹽的SAP放大1000倍的環境掃描電子顯微鏡圖.從圖3可以看出，SAP處于凝膠狀態時，結構致密、表面相對光滑.添加無機鋁鹽后，SAP結構松散，表面褶皺.出現這種結構差異的原因可能是，一方面無機鋁鹽可以破壞乳狀液界面的雙電層，增加了油、水兩相的密度差，使內相水析出較快；一方面，無機鋁鹽增加了油、水兩相的極性差，使油在水中的溶解度降低，從而實現破乳.

(a)凝膠狀SAP (b)添加無機鋁鹽后的SAP圖3 環境掃描電子顯微鏡(×1 000)

2.4 紙尿褲邊角料絨毛漿纖維成紙的表征

將1#～6#漿料分別抄造成紙，抄紙過程中發現：1#漿料，抄片后，其濕紙幅上有明顯凝膠狀超吸水性樹脂，烘干后其成紙有明顯紙病，紙頁上有凹坑(如圖4(a)所示).2#、3#分別為添加2%及5%無機鋁鹽的漿料抄片，其濕紙幅較平整、均勻，有部分凸起，說明仍有部分SAP的凝膠性狀沒有被改變.干燥后發現其成紙表面仍存在少許凹坑，存在紙病(如圖4(b)、(c)所示).4#、5#、6#分別為添加8%、10%、12%無機鋁鹽的漿料，抄紙后濕紙幅平整、均勻，未見凸起，干燥后成紙未見凹坑，沒有紙病(如圖4(d)、(e)、(f)所示)，說明凝膠狀的SAP在紙尿褲邊角料絨毛漿纖維抄紙前已經被破除.

(a)1#樣品 (b)2#樣品

(c)3#樣品 (d)4#樣品

(e)5#樣品 (f)6#樣品圖4 1#～6#漿料成紙照片

超景深顯微鏡觀察發現1#漿料成紙表面存在明亮反光物質(如圖5所示)，此為SAP吸水潤漲成凝膠狀后再干燥的狀態.添加8%無機鋁鹽的4#漿料成紙在超景深顯微鏡下觀察，未見超吸水性樹脂(如圖6所示).

圖5 未添加無機鋁鹽的紙尿褲邊角料絨毛漿纖維成紙超景深顯微鏡圖(×50)

圖6 添加8%無機鋁鹽的紙尿褲邊角料絨毛漿纖維成紙超景深顯微鏡圖(×50)

由上述結果可以發現，添加無機鋁鹽，可以解決SAP阻礙紙尿褲絨毛漿纖維回用的問題，同時，在制漿造紙中無機鋁鹽為常用化學助劑，故選擇無機鋁鹽也不會給后續的抄紙工段帶來新的問題.

綜上所述，添加無機鋁鹽，能夠破除紙尿褲纖維中的凝膠狀SAP，且漿料濾水性好，易成形，不糊網，不會給生產造成困擾，且成紙無紙病，從而可實現紙尿褲邊角料的回用.

3 結論

采用無機鋁鹽可以破壞高吸水樹脂凝膠物質的界面雙電層，提高該物質的內、外兩相密度差，促使內相容易析出，同時，增加內、外兩相的極性差，使外相即油相在水中的溶解度降低，破除SAP的性狀.將實現紙尿褲邊角料絨毛漿纖維的有效回收，有利于大幅度節約資源.

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【責任編輯：陳 佳】

Study on recycling of diaper offcut fluff pulp fiber

MENG Qing-jun, LIU Li-na, ZHANG Su-feng, LIU Ye, QIAN Li-wei, HOU Chen

(Shaanxi Province Key Laboratory of Papermaking Technology and Specialty Paper, Shaanxi University of Science & Technology, Xi′an 710021, China)

Diapers offcut fluff pulp fiber mix with Super Absorbent Polymer(SAP),that were recycled difficultly.The paper,SAP was exploded by adding chemicals,that led to recycling of diapers offcut fluff pulp fiber was come ture.The filtering performance of the sample was tested by dynamic filter water meter,structure of sample was tested by environmental scanning electron microscope,the surface morphology of the paper was studied by super depth of field microscope.Results show the filtering performance of raw material can significantly improve with adding inorganic aluminum salt.The SAP gel state can be changed with adding inorganic aluminum salt,and no disease into paper.

diaper; super absorbent polymer; inorganic aluminum salt

2017-04-01

陜西省科技廳重大科技專項項目( 2015KTCQ01-44)； 陜西省造紙技術及特種紙品開發重點實驗室科研項目(12JS024)； 陜西科技大學博士科研啟動基金項目( BJ15-14)； 陜西科技大學大學生創新創業訓練計劃項目(2016-024)

孟卿君(1981-)，女，河北安國人，工程師，博士，研究方向：紙基材料印刷適性

2096-398X(2017)03-0025-05

TQ325

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