李偉岸,劉 諾,聶 渡,李素英
(1.江蘇金三發(fā)衛(wèi)生材料科技有限公司,江蘇 南通 226114;2.南通大學(xué),江蘇 南通 226019)
隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展,人們對(duì)濕巾等用即棄衛(wèi)生產(chǎn)品的需求迅速增加,同時(shí),其廢棄物對(duì)環(huán)境造成的負(fù)擔(dān)也愈加突出,急需開發(fā)一種綠色環(huán)保的濕巾用衛(wèi)生材料[1-2]。本研究以造紙技術(shù)為基礎(chǔ),利用濕法成網(wǎng)水刺加固等非織造技術(shù)制備可沖散非織造材料。一方面,可以在造紙技術(shù)與非織造技術(shù)有機(jī)融合方面積累經(jīng)驗(yàn);另一方面,可以獲得優(yōu)化的工藝參數(shù),指導(dǎo)生產(chǎn)[3-4]。
實(shí)驗(yàn)原料:日本大和黏膠短纖(2.2 dtex×8 mm,2.2 dtex×10 mm,2.2 dtex×12 mm),北木木漿漿粕(白色,84.0 cm×82.0 cm×0.1 cm)。試樣制備采用江蘇金三發(fā)濕法水刺設(shè)備。試樣性能評(píng)價(jià)儀器如表1所示。
表1 實(shí)驗(yàn)儀器
選擇黏膠纖維、木漿纖維為原料,設(shè)計(jì)產(chǎn)品面密度為50 g/m2,三因素三水平的正交實(shí)驗(yàn)如表2~3所示。10號(hào)試樣為市售清風(fēng)卷紙,11號(hào)試樣為市售斑布本色卷紙。選擇制備工藝為濕法成網(wǎng)工藝。
表2 實(shí)驗(yàn)因素設(shè)計(jì)
工藝流程:備料→打漿→混合→濕法成網(wǎng)→水刺加固→烘干→收卷。
將木漿纖維浸泡水中1 h,然后放入攪拌機(jī),攪拌打漿10 min,使木漿纖維均勻分散在水中后,輸送到調(diào)漿桶,將預(yù)濕的黏膠纖維按配比要求輸送到調(diào)漿桶。在調(diào)漿桶中,將木漿和黏膠纖維充分?jǐn)嚢杌旌虾?,同步?jīng)_漿系統(tǒng)送入成網(wǎng)簾,控制沖漿速度和成網(wǎng)簾速度,在網(wǎng)簾上形成木漿/黏膠混合纖維的濕紙頁,經(jīng)水刺預(yù)刺后,將濕紙頁轉(zhuǎn)移到下網(wǎng),經(jīng)多道水刺加固后,負(fù)壓脫水和干燥,即制成所需要的可沖散濕巾卷材試樣。
利用COXEM(庫賽姆)EM-30 Plus掃描電鏡對(duì)試樣進(jìn)行掃描,從圖1(a)中可以明顯看出纖維之間在水刺水流作用下產(chǎn)生了相互纏結(jié),圖1(b)中可以明顯看出試樣只含有木漿和黏膠兩種纖維,沒有其他物質(zhì),使用的安全性更強(qiáng),而圖1(c)~(d)中除了木漿纖維以外,還有其他物質(zhì)。
正交實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表4所示,均勻性分析如表5所示。
表5 正交實(shí)驗(yàn)均勻性分析
根據(jù)表5中面密度R值大小順序可以得出,首先影響試樣均勻性的主要因素是水刺道數(shù),其次是纖維長(zhǎng)度,最后是木漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)。水刺道數(shù)的增加加劇了木漿纖維的流失,導(dǎo)致試樣面密度均勻性下降、纖維長(zhǎng)度增加,與木漿纖維混合的均一性變差,導(dǎo)致試樣面密度的均勻性下降。根據(jù)表4中厚度R值大小順序可以得出,影響試樣均勻性的主次因素順序?yàn)樗痰罃?shù)、木漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)、纖維長(zhǎng)度,與面密度影響因素相比,木漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)與纖維長(zhǎng)度兩個(gè)因素影響大小的順序相反,但差異很小??傮w來看,濕法成網(wǎng)水刺加固的非織造試樣的面密度均勻性、厚度均勻性都很好。
正交實(shí)驗(yàn)力學(xué)性能分析如表6所示。
表6 正交實(shí)驗(yàn)力學(xué)性能分析
由表6實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出,影響試樣橫向濕態(tài)斷裂強(qiáng)力的主次因素順序?yàn)樗痰罃?shù)、木漿纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù),黏膠纖維長(zhǎng)度對(duì)試樣橫向濕態(tài)強(qiáng)力幾乎沒有影響。主要是因?yàn)樗痰罃?shù)增加,纖維間抱合增強(qiáng),使試樣濕態(tài)斷裂強(qiáng)力增大,黏膠纖維濕態(tài)斷裂強(qiáng)力至少下降50%,且有縱向取向趨勢(shì),因此,表現(xiàn)為影響試樣橫向濕態(tài)斷裂強(qiáng)力的最次要因素。影響試樣縱向濕態(tài)斷裂強(qiáng)力的主次因素順序?yàn)樗痰罃?shù)、黏膠纖維長(zhǎng)度、木漿纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù),主要是因黏膠纖維在縱向上取向,對(duì)周圍纖維起到束縛作用,纖維長(zhǎng)度越長(zhǎng),束縛作用越明顯,縱向濕態(tài)斷裂強(qiáng)力則顯示出提升趨勢(shì)。
將磁力攪拌器轉(zhuǎn)子放入含有300 mL蒸餾水的500 mL的燒杯中,將燒杯放在TTP磁力攪拌器上,啟動(dòng)攪拌器,轉(zhuǎn)動(dòng)速度定為600 r/min。將一塊11.4 cm×11.4 cm的試樣放入上述燒杯中開始計(jì)時(shí),每隔30 s記錄一次磁力攪拌器轉(zhuǎn)速,180 s后停止磁力攪拌器,觀察并拍照記錄試樣狀態(tài)。分散性變化規(guī)律如圖2所示,分散性狀態(tài)如表7所示。由圖2分散性變化規(guī)律可見,4號(hào)試樣經(jīng)過30 s磁力攪拌后,試樣已經(jīng)開始分散,轉(zhuǎn)動(dòng)阻力減小,攪拌速度就開始回升。其他8塊試樣經(jīng)過90 s磁力攪拌后,試樣已經(jīng)開始分散,轉(zhuǎn)動(dòng)阻力減小,攪拌速度回升。10號(hào)試樣經(jīng)過30 s磁力攪拌后,攪拌速度就呈直線回升,180 s后已經(jīng)接近600 r/min,說明材料接近完全沖散成短纖維狀,轉(zhuǎn)動(dòng)阻力接近原水轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)。總之,9塊可沖散試樣的可沖散性能比市售清風(fēng)卷紙差,但完全滿足可沖散導(dǎo)則要求。
圖2 分散性變化規(guī)律
表7 分散性效果
(1)影響試樣面密度均勻性的主要因素是水刺道數(shù),其次是纖維長(zhǎng)度,最后是木漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)。水刺道數(shù)增加,試樣面密度均勻性下降。
(2)影響試樣厚度均勻性的主次因素順序?yàn)樗痰罃?shù)、木漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)、纖維長(zhǎng)度,與面密度影響因素相比,木漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)與纖維長(zhǎng)度兩個(gè)因素影響順序相反,但差異很小。
(3)影響試樣橫向濕態(tài)斷裂強(qiáng)力的主次因素順序?yàn)樗痰罃?shù)、木漿纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù),水刺道數(shù)增加,纖維間抱合增強(qiáng),試樣濕態(tài)斷裂強(qiáng)力增大。影響試樣縱向濕態(tài)斷裂強(qiáng)力的主次因素順序?yàn)樗痰罃?shù)、黏膠纖維長(zhǎng)度、木漿纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù),水刺道數(shù)增加,纖維長(zhǎng)度增長(zhǎng),試樣縱向濕態(tài)斷裂強(qiáng)力增大。
(4)4號(hào)試樣A2B1C2,即木漿纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)為75%、纖維長(zhǎng)度為12 mm、水刺道數(shù)為4道時(shí),30 s時(shí)就開始分散,但180 s后達(dá)到?jīng)_散預(yù)期效果,其他8塊試樣經(jīng)過90 s磁力攪拌后開始分散,180 s后均能達(dá)到?jīng)_散預(yù)期效果。