打浆预处理工艺对绒毛浆纤维性能的影响

徐永建， 闫 瑛， 岳小鹏

(1.陕西科技大学 轻工与能源学院 陕西省造纸技术及特种纸品开发重点实验室， 陕西 西安 710021; 2.陕西科技大学 材料科学与工程博士后流动站， 陕西 西安 710021)

0 引言

一次性卫生用品也被称为吸收性用即弃产品，包括妇女卫生巾、卫生护垫、止血塞和宠物垫等.绒毛浆属于一次性卫生用品中的吸水材料[1,2]，在使用时需将绒毛浆板干法解离成棉絮状绒毛浆，填充到卫生用品芯层用作吸水性材料或者作为干法无纺布的原料.要求绒毛浆板容易起绒、起绒后纤维完整性好、粉尘少、浆垫松厚度大而且柔软、良好的吸液能力以及起绒时无小浆块或纤维结等[3,4].这样，绒毛浆板纤维间的结合强度及绒毛浆纤维自身的吸收性就成了评价绒毛浆质量好坏的重要指标.

传统工艺中，一次性卫生用品为了获得良好的吸收性，在芯层添加颗粒状的高吸水性复合材料，如高吸水性树脂，然而粉末不固定，易移动，造成铺展不均匀，影响吸水后的强度和完整性等[5].打浆能够使纤维发生细纤维化现象，研究发现纤维形态影响纤维间的结合，但不影响绒毛浆的吸水性[6].纤维素纤维内部细纤维化后，在次生壁同心层之间彼此产生滑动，纤维刚性削弱，塑性增加，能够提高纤维的吸收性[7,8]，外部细纤维化程度减小，纤维间的结合力就会适当弱化.

论文借鉴传统打浆工艺，通过机械的预处理方式，更多地使纤维发生内部细纤维化现象，从而为绒毛浆制备工艺提供一种提高其吸收性的预处理思路.

1 实验

1.1 原料

马尾松漂白硫酸盐浆，由凤凰纸业有限公司提供.

1.2 仪器与设备

多媒体显微镜(DMB5-223IPL-5型，麦克奥迪实业集团有限公司)；离心机(LD4-2A，最大离心力2 800 g，最高离心转数4 000 r/min，北京医用离心机厂)；零距抗张强度仪(Canada H8N 2V7，德国)；内结合强度仪(NO.2085-D，日本)；电脑测控厚度紧度仪(DC-HJY03，四川省长江造纸仪器厂)；纸样抄取器(ZQJ1-B，西北轻工业学院机械厂).

1.3 实验方法

采用Valley打浆机对纤维进行机械预处理，处理浓度为2%，每隔10 min取样测定打浆度，直到打浆至所需打浆度，取样待用.

PFI预处理，浓度为10%，采用不同磨浆转数，取样测定纸浆打浆度，选取与Valley打浆方式下同一打浆度水平的浆样待用.

1.4 测试方法

1.4.1 保水值(WRV)的测定[9]

称取相当于1.0 g 绝干浆的纤维原料，于25 ℃下在60 mL水中浸泡过夜，用离心机于2 800 g(4 000 r/min)离心力下离心15 min，称纤维湿重W1，再将样品烘干至绝干，称重W2.WRV按如下公式计算：

WRV/%=100×(W1-W2)/W2

(1)

1.4.2 角质化的测定[10]

以体现纤维润胀能力的保水值(WRV)的减少来表征纤维的角质化程度.纤维角质化的数学表达式为：

角质化/%=100×(WRV0-WRV1)/WRV0

(2)

式中，WRV0为纤维开始的保水值；WRV1为发生角质化纤维的保水值.

1.4.3 其它性能检测

纤维零距抗张强度、内结合强度、松厚度等检测方法参见文献[11].

2 结果与讨论

纸浆纤维在打浆过程中可以发生细纤维化现象，传统造纸工艺通过打浆提高纤维间的结合.绒毛浆要求纤维具有良好的吸收性、干蓬松度，绒毛浆板易于干解离，已有研究表明[7]，纤维内部细纤维化能够改善纤维的吸收性，破坏分子之间的氢键联接.不同于传统造纸打浆工艺，绒毛浆制备过程借鉴打浆工艺对纤维进行机械预处理，实现纤维内部细纤维化而弱化外部细纤维化，为生产出质量优等的绒毛浆提供技术及理论基础.

2.1 两种预处理方式下的纤维形貌

植物纤维原料分别经过Valley打浆和PFI打浆处理之后，选取该两种打浆方式下的纸浆试样对纤维进行了形貌观察，见图1.

图1 两种预处理方式下纸浆纤维显微镜照片

由图1可知，两种打浆方式下纤维的形态结构都发生了不同程度的变化，对比同打浆度水平下的Valley打浆与PFI打浆预处理工艺可以发现，打浆初始阶段，同打浆度水平时Valley打浆预处理后纤维表面基本未发生变化，PFI打浆预处理后纤维表面起毛；随着打浆度的上升，两种预处理方式下纤维表面均起毛，分丝帚化，分离出细小纤维.

其中，图1(c)Valley打浆预处理后，纤维发生一定的断裂，断口明显；图1(d)PFI打浆预处理后，纤维相对完整.纤维打浆一般分为游离状打浆与粘状打浆，前者打浆速度快，对纤维的切断作用明显，主要应用于长纤维打浆工艺，纤维强度损失也比较明显；粘状打浆纤维间的摩擦作用强烈，利于纤维的分丝帚化，纤维长度损失较小[8].因此，相比于Valley打浆预处理工艺，PFI预处理更有利于纤维细纤维化.

2.2 两种预处理方式对纤维强度及吸收性能的影响

实验室分别测定了植物纤维原料经Valley打浆及PFI打浆预处理后纸浆纤维的一些强度及吸收性能指标，包括零距抗张强度、内结合强度、保水值、松厚度、角质化程度等，结果如图2、图3和表1.

(a) 打浆度对纸浆零距抗张强度及内结合强度的影响 (b) 打浆度对纸浆保水值及角质化程度的影响 图2 Valley打浆预处理对纸浆纤维性能的影响

(a) 打浆度对纸浆零距抗张强度及内结合强度的影响 (b) 打浆度对纸浆保水值及角质化程度的影响 图3 PFI打浆预处理对纸浆纤维性能的影响

由图2和图3可知，Valley打浆及PFI打浆预处理后，纸浆纤维间的结合强度均呈上升趋势，纤维的零距抗张强度有一定损失，纤维保水值上升的同时，角质化程度也有一定幅度的上升.

由表1可知，对比同打浆度水平下的Valley打浆与PFI打浆预处理工艺发现，经PFI打浆预处理的纤维自身强度损失较小，纤维间的结合强度在较低打浆度水平时高于Valley打浆预处理，随着打浆度的上升，到达一定打浆度时，经PFI打浆预处理后的纤维间结合强度反而低于Valley打浆预处理；经PFI打浆处理的纸浆纤维的保水值明显高于Valley打浆.PFI打浆预处理后纤维保水值较Valley打浆预处理最大可提高31.90%，纤维间结合强度最大提高12.05%，纤维内外部细纤维化程度均较高，单根纤维强度损失减少19.95%，但角质化程度增加5.72%.

表1 两种不同打浆方式下纸浆纤维性能对比

由实验结果分析可知，相比于Valley打浆预处理方式，PFI打浆预处理能够使纤维强度损失更小，纤维吸水润胀程度更大，更有利于纤维的内部细纤维化.这主要是由于PFI打浆方式属于粘状打浆，纤维切断少，纤维间的接触面积大摩擦作用较强.打浆过程中，纤维初生壁及次生壁外层的破除，使纤维的吸水润胀加快，吸水润胀后纤维外表面积增大，内部组织结构松弛，分子内聚力下降，次生壁的层与层之间产生滑动，使纤维变得柔软可塑，更有利于内部细纤维化的进行[12].

绒毛浆纤维的特殊性能使得绒毛浆纤维制备时，纤维素纤维间的氢键结合强度适当弱化，才能满足绒毛浆干解离的要求.同时，纤维的吸收性及纤维间的结合强度直接关系到后续绒毛浆制品的质量问题.PFI打浆预处理相比于Valley打浆预处理工艺，纤维的保水值增加比较明显，纤维自身强度损失较小.因此，PFI打浆预处理工艺可以与某些能够阻碍纤维之间氢键联接的化学助剂结合使用，作为绒毛浆纤维制备过程中增加其吸收性的一种预处理工艺.

3 结论

(1)Valley打浆预处理与PFI打浆预处理均能使纤维发生细纤维化现象，但PFI打浆预处理纤维切断少，纤维自身强度损失小.

(2)相比于Valley打浆预处理，PFI打浆预处理纤维保水值有较大幅度提高，有利于绒毛浆纤维吸收性的获得.

(3)PFI打浆预处理，使纤维发生细纤维化现象，提高了纤维的吸收性，该预处理方式可以作为绒毛浆纤维制备过程中增加其吸收性的一种工艺方法.

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