层合法制作高级鞋用纸板的工艺

丁 旭，程 飞，张 彦 波，杨 汝 男

( 1.大连工业大学 化工与材料学院， 辽宁 大连 116034;2.大连产品质量监督检验所， 辽宁 大连 116021 )

0 引 言

鞋用纸板是指含有天然纤维、合成纤维及树脂类物质，经特殊加工工艺处理，用于制鞋行业、装饰行业及其他的弹性纤维材料系列产品的总称[1]。其具有柔韧性、弹性、坚挺性、透气性、耐磨、经久耐用等特点，而且价格便宜，可以节约大量牛皮，因此已广泛用于制鞋行业。目前，我国各大制鞋生产企业为了增强在国内外市场上的竞争力，本着降低成本、节约原材料的宗旨，借鉴国内外同行业成功经验，采用新的生产工艺来实现使用鞋用纸板代替传统的皮革材料制作鞋内底材料。本文主要对高级鞋用纸板采用层合法的新工艺进行探索。

1 实 验

1.1 原料及备料

1.1.1 原 料

废旧麻袋、进口硫酸盐针叶木(落叶松)浆板和废旧新闻纸。

鞋用纸板要求具有较高的强度，因此纤维原料应首选本色或漂白的硫酸盐针叶木浆[3]，废麻浆具有高的透气度[4]，而且物理强度性质与针叶木相当，尤其是有较高的撕裂指数，透气性好，适合用于制作鞋用纸板。

本实验选用废黄麻浆和进口硫酸盐针叶木浆作为制作鞋用纸板的主要原料，同时在废麻浆、针叶木浆中掺加来源广泛、价格低廉的废旧新闻纸浆，不仅有利于降低生产成本、节约纤维原料、保证经济合理性，而且还将有助改进纸板的柔韧性，这点对鞋用纸板的制造具有重要的意义。

1.1.2 原料准备

麻浆、针叶木浆和废旧新闻纸浆分别按如下流程处理至打浆度为40°、30°、52°SR。

1.1.3 原料处理流程

废麻袋→洗净→切碎→碱法脱胶→洗涤→盆式打浆机疏解→盘磨三段磨浆→PFI磨浆废旧新闻纸→浸泡→盆式打浆机疏解。

1.2 鞋用纸板原纸的抄造

按实验配比方案，m(废麻浆)∶m(木浆)∶m(废旧新闻纸浆)=62∶27∶11，分别称取不同的浆料，在打散器中分散均匀，然后用BBS-2型抄片机进行抄片。定量为100 g/m2的纸板若干片，用于测定基本物理强度指标做比照；定量为200、250、333.3 g/m2分别抄若干片，对应的每5、4、3片油压成1 000 g/m2的纸板，将其平衡水分24 h后，用定量为100 g/m2的纸板测定撕裂度。

1.3 层合实验

取一定量的羧基丁苯胶乳放在小烧杯中自然风干，1周后衡重，并测定原乳胶的水分和浓度。将羧基丁苯胶乳分别配成原浓度的1.0、0.75和0.5倍，在绝干胶料量相同、浓度不同的条件下，用毛刷将胶料均匀的涂刷在纸板的黏合面上，将各层数纸板放入油压机压实后，放入烘箱，60 ℃下预干燥1 h、100 ℃下干燥2 h。将所得纸板放入硫酸干燥器以备物检用。

1.4 鞋用纸板性能的检测

1.4.1 常规物理指标

纸张的撕裂强度[2]、耐折度和抗张强度分别按GB/T 455.1—1989、GB/T 457—1989和GB/T 453—1989进行测定。

1.4.2 浸水伸长率

切取一定长度的纸板，在上面画一条直线(20 cm以上)，测量长度L(cm)。浸入(20±1) ℃水中，1 h后取出，用滤纸吸去表面水分，测定直线长度变化，结果以百分数表示，计算公式如下：

浸水伸长率=[L(浸水后)-L(浸水前)]/L(浸水前)

1.4.3 高温收缩率

切取一定长度的纸板，在上面画一条直线(20 cm以上)，测出长度L(原)(cm)，放入(100±1) ℃烘箱中处理1 h，取出测其长度L(后)，再测定长度变化，结果以百分数表示，计算公式如下：

高温收缩率=[L(原)-L(后)]/L(原)

1.4.4 纸板吸水性

取面积为0.01 m2的纸板，称重G1(g)，放入温度为(20±1) ℃的水中，1 h后取出，用滤纸吸去表面水分，称重G2，结果以百分数表示，计算公式为

吸水性=(G2-G1)/G1

1.4.5 纸板层间剥离强度

切取宽15 mm、长130 mm的试样5条，在每条试样的中间层剥开80 mm，将剥开部分往左右方向分开，并使其与纸板的未剥开部分成垂直角度，将剥开部分的两端分别夹于抗张强度测定器的两个夹子上。上下两夹子的端面距离为100 mm，进行测定，待纸板中间开始剥离，抗张强度测定仪指针停止时，读数即为层间剥离强度。

2 结果与讨论

2.1 配抄原浆的最佳条件

经实验，当m(废麻浆)∶m(木浆)∶m(废旧新闻纸浆)=62∶27∶11 时，鞋用纸板原纸的基本物理强度指标最佳，分别为裂断长6 270 m、撕裂指数15.89 mN5m2/g、耐折度2 135次。

2.2 各层数纸板的物理性能检测和最佳层合数的筛选

每合成定量为1 000 g/m2的纸板所用的胶乳为20 mL。本实验所用纸板层合数分别为3、4、5层，分别测定各层数纸板的尺寸变形及物理强度，从而筛选出最佳的层合数，结果见表1。

从表1中可知，3层纸板的吸水性、伸长率最高，虽然收缩率最低，但与5层纸板相差不多；4层纸板无论是吸水性、收缩率还是伸长率都居中；而5层纸板虽然收缩率最高，但其吸水性和伸长率都是最小的，这些特点均利于鞋用纸板。所以，从尺寸变形性而言，5层纸板的尺寸变形率最低，也最适于鞋用纸板的生产。

表1 各层数纸板的尺寸变形及物理强度

Tab.1 Size distortion and physics intensity of every layer pasteboard

纸板层合数345浸水1 h后吸水率/%87.378.373.2浸水1 h后伸长率/%8.13.21.1热处理1 h后收缩率/%0.50.70.9最初剥离强度/N9.1210.398.73浸水1 h后抗张拉力/N75.6987.0797.59拉力/N1 028.61 036.71 069.5耐折度/次1 8521 9332 139

各层数的纸板的浸水拉力、抗张强度、耐折度均有规律地随层数的增加而提高，即5层纸板优于其他层数纸板。

综合各因素，5层纸板是层合法获得的最佳鞋用纸板。

2.3 层合纸板最佳涂胶质量分数的筛选

2.3.1 层合纸板涂胶质量分数的筛选

选用4层纸板进行最佳涂胶质量分数的筛选。用量筒准确称量羧基丁苯胶乳6.7 mL，在定量为250 g/m2的原纸板表面用毛刷涂匀胶乳。4层纸板共有3个涂胶面，总计涂布20 mL。涂过胶的纸板用油压机压实，放入烘箱低温干燥1 h，高温干燥2 h，放入硫酸干燥器中待测其物理性能。

将原胶乳分别配成原浓度的0.75、0.50倍后，用上述同样方法处理纸板。

本实验在总涂胶量一定的前提下，筛选羧基丁苯胶乳的质量分数分别为53.9%、40.43%和26.95%。

2.3.2 各涂胶纸板的物理性能检测和最佳胶乳质量分数的确定

每合成定量为1 000 g/m2的纸板所用的胶乳总体积为20 mL，分别测定4层纸板的尺寸变形数据及物理强度，结果见表2。从表2中可知，胶乳质量分数为26.95%的纸板浸水1 h的湿强度最高，而耐折度与胶乳质量分数为40.43%时相当。从经济角度而言，采用低浓度胶乳施加更为合理。

涂胶为26.95%～40.43%的纸板的剥离强度、抗张强度参数接近；但从尺寸变形性能上看，涂胶26.95%的纸板比40.43%的吸水性、收缩性更小，伸长率略高，更适合鞋用纸板的性能。

表2 各胶料质量分数条件下的尺寸变形数据及物理强度

Tab.2 Size distortion and physics intensity of every layer of rubber latex consistency

w/%53.9040.4326.95浸水1 h后吸水率/%浸水1h后伸长率/%热处理1 h后收缩率/%最初剥离强度/N浸水1 h后抗张拉力/N拉力/N耐折度/次93.62.55.35.2571.141 084.31 45787.31.38.79.6260.111 055.21 88283.78.14.99.6875.691 028.61 852

综合各因素，采用质量分数为26.95%的胶乳更经济合理。此时获得的纸板物理强度和尺寸变形性相对而言均更适于抄造鞋用纸板。

2.4 最佳表面施胶质量分数的确定

为了增加表面抗水性能、提高各项物理强度，对鞋用纸板进行表面施胶。但施胶浓度过高会降低纸板的透气性能，而且不经济；表面施胶浓度过低，也会对纸板的各项物理性能指标产生不良影响。

图1 表面施胶质量分数对纸板吸水性能的影响

Fig.1 The effect of water absorbency of all surfaces sizing concentration

由图1可知，表面不施胶的纸板吸水性最高，达到了56.94%；随着施胶质量分数的增加，吸水性逐渐下降，当施胶质量分数在21.56%时，纸板的吸水性最低，随着施胶质量分数的增加，吸水性又开始增加。

鞋用纸板要求具有透气舒适、尺寸变形性小、吸水性小等优点，因为纸板吸水后，会降低其物理强度，包括耐折度、撕裂度、抗张强度、戳穿强度等，所以吸水性越小，说明纸板的形变小，同时对自身物理强度的保持也越好。因此表面施胶质量分数在21.56%时最适宜。

2.5 再现性实验结果

综合上述分析，按照各条件实验得出的优化条件进行了再现性实验。采用毛刷涂布的方法，绝干胶用量10.78 g，5层纸板层合，胶料质量分数为26.95%，表面施胶质量分数21.56%，所得结果见表3。从表3中可以看出，经过优化组合，鞋用纸板各性能指标达到了预期的指标。其具有较低的吸水性和较高的耐折度，尺寸性变形良好。

表3 再现性实验结果

3 结 论

实验所用浆料是由麻废弃物、针叶木、废旧新闻纸浆组成。原料来源广泛、价格便宜，且经济环保。实验中较低的胶乳浓度能降低成本，获得更好鞋用纸板优良的性能。通过鞋用纸板抄制条件实验及层合工艺条件实验，确定了鞋用纸板的最佳层合数、内部层合胶乳质量分数和表面施胶质量分数，并测得在此条件下压制的鞋用纸板，各项指标均适合制鞋用纸板。

[1] 李明阁,唐明栋,胡荣华. 鞋用纸板的生产技术[J]. 上海造纸, 1996, 27(3):99.

[2] 石淑兰,何福望. 制浆造纸分析与检测[M]. 北京:中国轻工业出版社, 2004:177-191.

[3] 屠恒忠. 鞋用内底纸板的质量要求及生产技术要点[J]. 纸和造纸, 2006, 25(5):10.

[4] 阎东波,高长波. 针叶木浆与废麻浆配抄卷烟纸的配浆数学模型及纸页性能的预测[J]. 广东造纸, 1997(2):1-7.