廢舊報紙用于垃圾收集箱的制備

林泳欣， 段紫瑤， 王曉薇， 劉深超， 趙金安

(太原工業學院環境與安全工程系，山西 太原 030008)

1 實驗部分

1.1 實驗原料及藥品

廢舊的報紙若干；硅酸鈉(模數1)，分析純，天津市北辰方正試劑廠；二甲基硅油，分析純，天津時北辰試劑廠；可溶性淀粉，分析純，天津市北辰方正試劑廠；氟硅酸，天津市北辰方正試劑廠。

1.2 實驗儀器

電子天平;JJ-4六聯異步電動攪拌器，金壇區水北盛威實驗儀器廠；78-1型磁力加熱攪拌器，上海衡平儀器儀表廠;202型電熱恒溫干燥箱，北京中興偉業儀器有限公司;HHS-2型電熱恒溫水浴鍋，上海衡平儀器儀表廠。

1.3 實驗方法

稱取3 g廢舊報紙剪成碎片放進燒杯中，加入42 g自來水浸泡，直至報紙碎片軟化，然后將其用六聯攪拌機制成紙漿(若其中有大塊碎紙片，將其撿出)，然后控干水分。其中施膠量與紙漿量的比值為0.189∶1，紙漿的含水率為71.43%。而后配置50%的硅酸鈉溶液(硅酸鈉粉末在常溫條件下不溶于水，水浴加熱并不斷攪拌,當硅酸鈉粉末完全溶于水后，立刻拿出)和10%的淀粉溶液(使用電熱恒溫水溶箱90 ℃下糊化0.5 h)，將淀粉溶液與配置好的硅酸鈉溶液、二甲基硅油進行復配，使用磁力攪拌器攪拌均勻后加入紙漿。攪拌均勻，在布料上堆平為厚度約為2 mm左右的樣品后放在通風的地方靜置等待自然放干，或可以放入電熱恒溫干燥箱進行機械干燥。中間進行壓實，使樣品結構更加牢固。干燥完成后的樣品根據生活的實際需要制作實物。實驗步驟為：制備紙漿備用→制備復配膠水→紙漿與復配好的膠水充分混合→將混合好的樣品平鋪在干凈的布上→自然晾干和烘干后壓實制成所需實物。

1.3.1 復配體系含量對實物韌性的影響

樣品的韌度、抗壓力主要與纖維間的結合力有關，纖維結合力越大，韌度和抗壓力越好。本實驗通過改變復配體系中硅酸鈉和淀粉的含量研究其對實物的影響。通過實驗發現，當硅酸鈉和淀粉含量過低或過高時，纖維間的結合力都會減弱。當制作的膠粘劑，其中硅酸鈉含量為5.2%、淀粉含量為1.2%時，樣品的韌性最好。

1.3.2 復配體系中二甲基硅油含量對樣品防水性能的影響(見表1)

表1 二甲基硅油含量對樣品防水性能的影響

防水性能的機理研究一般從以下兩方面考慮:1)表面施膠劑和纖維的活性羥基交聯產生疏水基團，這些疏水基團向外排列形成疏水膜(層);2)由于纖維間隙粘接層填充，樣品表面形成致密膜，降低了紙張的空氣適過率和水透過率，從而達到良好的防水性能。本實驗采用的實物復相嵌式涂抹方式既使得物品的防水性能得到一定的加強，又能使得使包裝紙牢實地粘在實物上。

從實驗結果可以得知，復配體系中二甲基硅油的最適含量為93.6%。從表1可知，隨著復配體系中二甲基硅油含量的增加，樣品的防水性能相應地得到增加，但當二甲基硅油的含量超過一定值時，會使復配效果降低，從而影響物品的防水性。

1.3.3 硅酸鈉模數對樣品韌性的作用

水玻璃模數越高，膠粘劑的密度和黏度越高，硬化速度越快，硬化后的黏度和強度、耐熱性和耐酸性越高，試樣的性能越好。但是，如果水玻璃的濃度和用量過高，黏度過高，在實驗操作中就可以直接使用[1-3]。這是因為，模數為1時對纖維的黏結沒有太大幫助，很難保證樣品的質量。而且，水玻璃的含量太高，不易溶于水。本實驗采用的是水玻璃溶液，但模塊數量少，模式低。氟硅酸的加入可以增加水玻璃溶液的用量，增加模數，增加顆粒組成，提高結合力。本實驗采用模數為1的硅酸鈉溶液，發現模數過低，模數低的硅酸鈉水溶液,晶體組分較多,黏結能力較差。加入氟硅酸提高硅酸鈉水溶液的模數，模數升高,膠體組分增加,黏結能力增大。實驗中發現，當復配中各體系含量達到最適時樣品中的纖維不夠堅韌。所以本實驗在復配體系各含量達到最適時通過加入氟硅酸增加它的黏結力。實驗發現，在復配體系中加入3滴氟硅酸能使纖維黏結力提高。

2 實驗實物的立體結構(見圖1)

圖1 實驗實物的立體結構

3 防水機理

二甲基硅油是以Si-O-Si為主鏈，硅原子上連接甲基的線型二甲基硅油，由于分子間作用力小，分子呈螺旋狀結構，甲基朝外排列并可自由旋轉，結構式如下:

因而其具有以下特性：高閃點、耐高低溫、低表面張力、成膜性、憎水性、對材料惰性、有化學惰性，無腐蝕及有生理惰性，正是這些特性決定了實物的實用性。二甲基硅油是一種親水性能較差的硅油。它可通過噴涂或者刷涂均勻地涂在需要防水的面上，因為改性硅的分子非常小，可以快速滲透到0.005 mm以下的縫隙或者空隙中。它和一般防水劑的區別在于一般的防水劑作用于物品表面，而有機硅是滲透進去填補樣品纖維中的縫隙達到防水防潮的作用，而不是簡單地形成一個防水膜。

4 創新點

實驗樣品為簡易型，把復配涂料均勻涂抹在樣品表面或鑲嵌式涂抹，利用復配的紙膠的黏結力使包裝紙牢實地粘在實物上，使實物更為美觀實用。

1)工藝創新

較好地把廢舊報紙利用于生活的各個場所，使復配的紙膠能與廢舊的報紙相結合起來，從而使實物制作出來輕便和結實，適用性更強。

2)特色

與傳統復配施膠在表面不同，實驗中紙膠與紙漿充分接觸，使復配膠牢牢地黏附在每一絲纖維中，既不會造成復配膠水的浪費，也使實物更為輕巧。在廢舊紙張的利用上節約了成本，也能使廢棄報紙再次利用。

5 結論

本課題分別利用硅酸鈉、淀粉復配體系對紙漿施膠，控制紙膠體系中各成分的含量變化，探討了施膠體系各含量的變化對實物韌性的影響;探討了二甲基硅油在復配體系中的含量對實物防水性的影響。實驗結果顯示，在復合體系中，硅酸鈉的含量為水玻璃的5.2%，淀粉為1.2%，二甲基硅油為93.6%時，實物的實用性最好；硅酸鈉模數為1時紙膠的黏結力不夠，會影響樣品中纖維的黏結程度。