吸尘袋纸透气度和耐破度的影响因素研究

刘群华 刘 文

（1.中国制浆造纸研究院有限公司，北京，100102；2.制浆造纸国家工程实验室，北京，100102）

吸尘袋是放置在吸尘器上收集灰尘的用品，一般用无纺布袋收集灰尘。随着人们环保意识的提高，采用可自然降解的纸制吸尘袋成为一种新的消费趋势。吸尘袋纸是用于加工吸尘袋的一种特种纸，该纸具有较高的透气度和耐破度，能使有灰的空气透过吸尘袋时将灰尘截留住，空气能排出去，并要求吸尘袋在较快速的空气流动中不会破裂。在西班牙、土耳其、日本以及东南亚一些国家均有专门生产吸尘袋纸的特种纸企业，国内生产该纸的企业不超过10家[1]，有些厂家主要以废棉纤维、少量木浆为原料，所用表胶树脂以淀粉为主，生产出的吸尘袋纸透气度低、耐破度极差。中轻特种纤维材料有限公司为国内主要的生产吸尘袋纸的厂家，其联合中国制浆造纸研究有限公司成功开发出了高性能的吸尘袋纸，解决了国内高端吸尘袋纸的需求。一般造纸设备的湿压榨辊较重，制成的纸张紧度较高，要制造耐破度较高的纸张比较容易，但要制造透气度和耐破度都较高的滤纸却非易事[2-3]。吸尘袋纸作为过滤纸中的一种，对其透气度和耐破度的影响因素进行研究，对生产具有较高透气度和耐破度的过滤纸具有指导意义。

1 实 验

1.1主要原料

本色硫酸盐针叶木浆（以下简称本色针叶木浆），水分8.9% ，北京中基明星贸易有限公司；漂白硫酸盐针叶木浆A（以下简称漂白针叶木浆A），水分10.5% ，云南云景林纸股份有限公司；漂白硫酸盐浆针叶木B（以下简称漂白针叶木浆B），水分11.3% ，北京中基明星贸易有限公司；丝光针叶木浆，水分7.1% ，天津市卓越商贸有限公司。4种化学纤维，规格分别为：1.67 dtex×6 mm（长度，以下同）、3.33 dtex×6 mm、6 dtex×6mm、6dtex×12 mm，水分10.0% ，上海金山石化公司。

湿强剂PAE，固含量10.4% ，石家庄冀亨助剂有限公司；干强剂CH，固含量20.0% ，荒川化工；阳离子淀粉（CS），固含量91.3% ，江西博大化工有限公司；氧化淀粉（OS），固含量92.1% ，广西磊至明淀粉有限公司；苯丙乳液（PB），固含量44.5% ，北京东方亚科力化工科技有限公司。

1.2主要设备

Vally 打浆机（P40130，奥地利PTI 公司），纸浆标准解离器（03，L&W 公司），纸页成型器（中国制浆造纸研究院有限公司），鼓式干燥器（E-100，美国AMC 公司）；电子天平（03，L&W 公司），纸张厚度仪（DCP-HDY04，四川长江造纸仪器有限公司），数字式透气度仪（YG461E，宁波纺织仪器厂），电脑测控纸张耐破度仪（DCP-NPY1200，四川长江造纸仪器有限公司）。

1.3实验方法

1.3.1吸尘袋纸制备

几种针叶木浆用Vally打浆机在2% 的浓度下疏解或继续打浆，针叶木浆料中加入一定量经纸浆标准解离器分散的化学纤维或者丝光针叶木浆，纤维浆料中加入适量的造纸助剂进行配浆，经纸页成型器抄造成湿纸幅，然后在300 kPa 压力下，压榨30 s，再用纸页成型器自带的真空干燥器或鼓式干燥器干燥后制成原纸，原纸再经过表面施胶制成吸尘袋纸。

1.3.2纤维平均长度和宽度的测定

称取0.1 g绝干纤维（精确至0.1 mg），用活塞分散器分散后，加入约400 mL 自来水稀释，用L&W 纤维分析仪进行测定。

1.3.3纸张性能检测

定量按GB/T 451.2—2002 测定，紧度按GB/T 451.3—2002 测定，水分按GB/T 462—2003测定，透气度按GB/T 5453—1997 测定，耐破度按GB/T 454—2002测定。

样品均在标准恒温恒湿下恒定24 h后进行测试。

2 结果与讨论

2.1纤维特性对透气度和耐破度的影响

造纸常用的纤维有植物纤维和化学纤维，本研究选取的植物纤维为本色针叶木浆和漂白针叶木浆A与针叶木浆B，以及对透气度提高有利的丝光针叶木浆[3-5]和在特种纸上常用的化学纤维[6]。实验所用纤维原料的纤维特性如表1所示。本节实验浆料中配抄的化学纤维为1.7 dtex×6 mm、浆料中加入1.0% PAE（对绝干纤维质量）、湿纸幅经纸页成型器自带的真空干燥器干燥成原纸，原纸的具体浆料配比及检测结果见表2。

由表1 可知，几种针叶木浆中，漂白针叶木浆A的平均宽度最大，其次是本色针叶木浆。化学纤维的粗度dtex值越大，平均宽度越大，但dtex值与平均宽度不成正比关系。

表1 几种纤维原料的纤维特性

表2 本实验所制备吸尘袋纸原纸的性能指标

由表2可见，1#～3#实验中，添加相同量的化学纤维，对于未打浆只疏解的3种针叶木浆，漂白针叶木浆A 的初始打浆度最低，其对原纸透气度贡献最大，其次是本色针叶木浆，最后是漂白针叶木浆B，其中漂白针叶木浆A 原纸的透气度是漂白针叶木浆B 原纸的3.6 倍。对于耐破度而言，漂白针叶木浆B 原纸的耐破度最大，漂白针叶木浆A原纸的耐破度最小，漂白针叶木浆B 原纸的耐破度是漂白针叶木浆A 原纸的1.6 倍，两者耐破度之间的差距没有透气度之间的差距明显，主要是因为漂白针叶木浆A纤维的平均宽度最大，纤维间的结合比较疏松，透气度较大，但由于其纤维比较长，增加了纤维间的相互接触，对提高原纸耐破度有利[7]。

2#与4#相比，对于用量15% 化学纤维和15% 丝光针叶木浆而言，化学纤维比丝光针叶木浆对原纸透气度的贡献更大，有研究表明，当丝光针叶木浆用量为70% 以下时，随着丝光针叶木浆用量的增加，滤纸的透气度增加缓慢［8］；由于丝光针叶木浆之间有一定的氢键结合，含丝光针叶木浆的纸耐破度比含化学纤维的纸耐破度高。

2.2打浆对透气度和耐破度的影响

本节实验对本色针叶木浆和漂白针叶木浆A进行打浆，研究打浆对纸张透气度和耐破度的影响，本节实验浆料中配抄的化学纤维为1.7 dtex×6 mm、浆料中加入1.0% PAE（对绝干纤维质量）、湿纸幅经纸页成型器自带的真空干燥器干燥成吸尘袋原纸。具体纤维配比及检测结果见表3。

表3 打浆对吸尘袋纸原纸性能的影响

由表3 可见，在化学纤维用量均为15% 的情况下，2#与1#方案比较，漂白针叶木浆A 从10.0oSR 降到8.0oSR，原纸透气度提高53% ，耐破度降低33% ；4#方案与3#方案比较，本色针叶木浆从11.0oSR 降到9.0oSR，原纸透气度提高94% ，耐破度下降23% 。由此可见，降低纸浆打浆度，能有效提高原纸的透气度。

2.3化学纤维用量对透气度和耐破度的影响

圆形截面的化学纤维表面十分光滑，无论粗度如何，均对纸张的透气性能具有非常积极的影响［6］，本节实验浆料中配抄的化学纤维为1.7 dtex×6 mm、浆料中加入1.0% PAE（对绝干纤维质量）、湿纸幅经纸页成型器自带的真空干燥器干燥成吸尘袋纸原纸。化学纤维用量对吸尘袋纸原纸性能的影响见表4。

表4 化学纤维用量对吸尘袋纸原纸性能指标的影响

由表4 可见，随着化学纤维用量的增加，原纸的透气度呈上升趋势，在化学纤维用量为5% 时，与不加化学纤维的原纸相比，透气度增加16% ；而当化纤用量达15% 时，原纸透气度比不加化学纤维原纸的透气度增加108% 。随着化学纤维用量的增加，耐破度呈下降趋势，主要原因是当化学纤维用量为5% 时，由于化学纤维的长度大于本色针叶木浆纤维的长度，在用量较少的情况下，对耐破度有利；而当化学纤维用量继续增加时，由于化学纤维与植物纤维和自身纤维间不能形成氢键结合，原纸紧度降低，纤维间结合变差，耐破度呈下降趋势，当化学纤维用量高达20% 时，原纸耐破度比不加化学纤维的降低24% 。

2.4化学纤维特性对透气度和耐破度的影响

本实验配抄化学纤维特性及其对原纸透气度和耐破度的影响见表5。其中，化学纤维用量均为15% ，植物纤维为疏解的本色针叶木浆、浆料中加入1.0% PAE（对绝干纤维质量）、湿纸幅经纸页成型器自带的真空干燥器干燥成吸尘袋纸原纸。

表5 化学纤维特性对吸尘袋纸原纸的性能影响

由表5 可见，在化学纤维用量为15% 的情况下，化学纤维粗度从1.7 dtex增加至6.0 dtex，原纸透气度增加7.7% ，耐破度下降3.8% ，变化幅度不明显；当化学纤维粗度为6.0 dtex时，化学纤维长度从6.0 mm增加至12.0 mm，原纸透气度基本没有变化，耐破度增加5.5% ，影响不明显。考虑到实际生产，粗度大的化学纤维生产出的纸张发硬，故一般选择粗度为1.7 dtex的涤纶纤维［9］。

2.5紧度对透气度和耐破度的影响

本节研究浆料中配抄的化学纤维为1.7 dtex×6 mm、浆料中加入1.0% PAE（对绝干纤维质量）、湿纸幅经纸页成型器自带的真空干燥器（简称真空）干燥或鼓式干燥器（简称鼓式）干燥成吸尘袋纸原纸。具体浆料配比及干燥条件和检测原纸性能指标见表6。

表6 紧度对原纸性能的指标影响

由表6 可见，每组实验中原纸紧度从约0.3 g/cm3提高至0.4 g/cm3后，原纸的透气度降低50% ～60% 、耐破度增加45% ～55% 。由此可见，紧度对原纸的透气度和耐破度影响显著。

2.6浆内增强剂对透气度和耐破度的影响

本节主要研究了添加浆内增强剂对吸尘袋纸原纸耐破度和透气度的影响，具体工艺及物理检测指标见表7。

表7 添加浆内增强剂对原纸性能的影响

由表7 可见，浆内添加干强剂PAE 和CH，吸尘袋纸原纸的透气度增加8% ；浆内添加PAE 和CS，吸尘袋纸的透气度增加7% ；因此，添加浆内干强剂对吸尘袋纸的耐破度影响不大。

2.7表面施胶对透气度和耐破度的影响

上述研究的吸尘袋纸原纸耐破度未达到大于200 kPa 的要求。氧化淀粉是常用的表面施胶剂，苯丙乳液由于其对纤维黏结性能好、成膜性能优异及成本低等优点被广泛应用于空气滤纸的生产［10］。故本节研究氧化淀粉（OS）和苯丙乳液（PB）表面施胶对吸尘袋纸透气度和耐破度的影响，实验中采用的原纸相同，具体施胶方案及吸尘袋纸检测指标见表8。

表8 不同施胶剂对吸尘袋纸性能的影响

从表8 可见，随着PB 施胶量的增加，吸尘袋纸的耐破度呈上升趋势，当PB施胶量达5.7 g/m2，吸尘袋纸的耐破度比原纸提高116% ，透气度影响不大。当用OS 进行表面施胶时，吸尘袋纸耐破度比原纸提高80% ，说明PB 比OS胶对吸尘袋纸耐破度提高更有利，且用PB 表面施胶对吸尘袋纸透气度影响较小；但由于PB 的价格比OS 贵，为降低生产成本，将PB与OS 胶混合使用，使吸尘袋纸耐破度和透气度均达到了较高的水平。

3 结 论

本研究以几种针叶木浆为原料，将丝光针叶木浆和化学纤维与其配抄，制备吸尘袋纸。主要研究了纤维特性、打浆度、化学纤维用量、原纸紧度、浆内添加增强剂与表面施胶等因素对吸尘袋纸透气度和耐破度的影响。

3.1随着化学纤维用量的增加，吸尘袋纸原纸透气度呈上升趋势，当化学纤维用量达15% 时，原纸透气度比不加化学纤维的透气度增加108% ，但通过降低纸浆打浆度来减少化学纤维用量，是性价比较优的方案。

3.2将原纸的紧度由0.3 g/cm3提高到0.4 g/cm3，原纸耐破度提高45% ～55% ；表面施胶量约5 g/m2时，采用苯丙乳液（PB）和氧化淀粉（OS）进行表面施胶，吸尘袋纸的耐破度比原纸提高80% ～110% ，增加明显。

3.3添加浆内干强剂CH 和阳离子淀粉（CS）对吸尘袋纸耐破度和透气度影响不大。