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思考與探索:絲光漿對(duì)空氣濾紙?jiān)�紙性能的影�?/h5>

2015-12-23 11:09:07 安裝信息網(wǎng)

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作者：鄭曉敏

    空氣濾紙是原紙經(jīng)過(guò)樹脂浸漬加工形成的過(guò)濾用紙，主要用于空氣濾清器，用在汽車、船舶、拖拉機(jī)等的內(nèi)燃機(jī)上�？諝鉃V清器位于發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣系統(tǒng)中，直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的使用情況。使用空氣濾紙能夠提高發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒效率，延長(zhǎng)發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命，防止早期磨損�？諝鉃V紙不僅影響對(duì)空氣的過(guò)濾效果，而且影響發(fā)動(dòng)機(jī)的使用安全。

    用一定濃度的堿液浸漬纖維的過(guò)程稱為絲光化，纖維絲光化處理后，其形態(tài)和自身特性發(fā)生一定程度的變化：在堿液的作用下，纖維得到充分潤(rùn)脹，寬度變寬，同時(shí)纖維的非結(jié)晶區(qū)被部分溶出，使纖維長(zhǎng)度變短、扭曲指數(shù)變大，紙漿中細(xì)小組分的含量減少。絲光化處理后的纖維表面變得光滑、圓潤(rùn)，纖維發(fā)生扭曲，有利于提高紙張的透氣度，但物理強(qiáng)度會(huì)有所降低。絲光漿具有較好的透氣性能及化學(xué)穩(wěn)定性，適于生產(chǎn)過(guò)濾紙、吸墨紙、字典紙等紙種。

    利用絲光漿配抄空氣濾紙?jiān)�紙�?duì)原紙的物理性能有較大的影響。本實(shí)驗(yàn)研究了絲光漿與針葉木漿的配比、針葉木漿的打漿度、增強(qiáng)劑的種類和用量以及壓榨和干燥方式對(duì)空氣濾紙?jiān)�紙的影響�?

1實(shí)驗(yàn)

1. 1實(shí)驗(yàn)原料

    漂白硫酸鹽針葉木漿：智利進(jìn)口。

    NaoH（分析純），購(gòu)于天津市北方天醫(yī)化學(xué)試劑廠；陽(yáng)離子淀粉（CS，分析純），取代度為0.025 -0. 035．購(gòu)于北京康普匯維科技有限公司；陽(yáng)離子聚丙烯酰胺（CPAM，工業(yè)級(jí)），相對(duì)分子質(zhì)量為80萬(wàn)，購(gòu)于鞏義邦潔凈水材料有限公司。

1.2實(shí)驗(yàn)儀器

    標(biāo)準(zhǔn)紙頁(yè)成型器（RK-ZA-KWT，PTI公司，奧地利），轉(zhuǎn)鼓式紙張干燥器（2110，AMC公司，美國(guó)），Valley打漿機(jī)（1304027，日本KRK株式會(huì)社），纖維分析儀（979444，L&W公司，瑞典）。

1.3實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1針葉木漿的絲光化處理

    首先設(shè)定絲光化處理溫度為室溫，并設(shè)定不同堿液濃度和處理時(shí)間。利用Valley打漿機(jī)對(duì)針葉木漿進(jìn)行疏解，稱取一定質(zhì)量的漿料，根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)條件加入所需質(zhì)量的NaOH和補(bǔ)加水量，絲光化處理一定時(shí)間后，用清水沖洗漿料至中性。

1.3.2絲光化處理前后纖維形態(tài)觀察及纖維分析

    用赫氏染色劑對(duì)纖維進(jìn)行染色，在顯微鏡下觀察纖維形態(tài)，取點(diǎn)拍照，并用纖維分析儀進(jìn)行纖維分析。

1.3.3手抄片的抄造及性能檢測(cè)

    將絲光漿與針葉木漿按比例混合后，使用標(biāo)準(zhǔn)紙頁(yè)成型器抄造定量為110 g/ll12左右的手抄片，分別使用真空干燥器和轉(zhuǎn)鼓式紙頁(yè)干燥器干燥，然后按照相應(yīng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)紙張進(jìn)行各項(xiàng)性能檢測(cè)。

2結(jié)果與討論

2.1堿液濃度與處理時(shí)間對(duì)絲光化處理的影響

    在室溫條件下，堿液濃度和處理時(shí)間是影響絲光化作用最主要的因素。絲光化處理后的纖維用于抄造空氣濾紙能夠有效地提高原紙的透氣度，但原紙的強(qiáng)度會(huì)有所降低。絲光化處理能夠有效地去除纖維素結(jié)晶區(qū)間的半纖維素和低聚合度的纖維素，從而改變紙漿的聚合度，因此以聚合度為參數(shù)，探討堿液濃度和處理時(shí)間的優(yōu)化條件。

    圖1為堿液濃度對(duì)紙漿聚合度的影響。由圖1可知，隨著堿液濃度的增大，紙漿聚合度先逐漸增加，達(dá)到最大值后又降低。當(dāng)堿液濃度較低時(shí)，由于半纖維素和低聚合度的纖維素被大量去除，尤其是聚木糖的溶出，溶出率高達(dá)80%，其余的聚木糖可能與纖維素形成共價(jià)鍵結(jié)合，難以去除，因此導(dǎo)致紙漿的聚合度有所增大；當(dāng)堿濃超過(guò)一定值后，由于纖維素也發(fā)生劇烈降解，導(dǎo)致紙漿的聚合度明顯降低。由圖1可得絲光化處理的最佳堿液濃度為190 g/L。

    處理時(shí)間對(duì)紙漿聚合度的影響如圖2所示。從圖2可以看出，紙漿的聚合度隨處理時(shí)間先有所升高，達(dá)到最大值后，聚合度又適量降低。這是由于隨著處理時(shí)間的增加，紙漿中的半纖維素和低聚合度的纖維素大量脫除；隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)，纖維素發(fā)生劇烈降解，聚合度下降。因此最佳處理時(shí)間可選擇為

45 min。

    綜上，絲光化處理可除去紙漿中大量的聚木糖，以而提高紙漿的聚合度。在室溫條件下，絲光化處理的優(yōu)化條件是堿液濃度190 g/L、處理時(shí)間45 min，在此條件下紙漿具有較高的聚合度。

2.2絲光化處理前后纖維形態(tài)的變化

    圖3為絲光化處理前后針葉木漿纖維的顯微鏡照片。由圖3可以看出，絲光化處理后紙漿中的細(xì)小組分有所降低，纖維扭曲程度有所增加，且纖維表面變得更加光滑，說(shuō)明纖維表面有部分暴露出來(lái)的細(xì)小纖維被降解了。

表1為絲光化處理對(duì)纖維形態(tài)的影響。從表1可以看出，絲光化處理后，纖維平均長(zhǎng)度變短，平均寬度變寬，說(shuō)明經(jīng)絲光化處理后的纖維自身發(fā)生潤(rùn)脹，這是由帶負(fù)電荷的氫型離子基向鈉型結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換而引起的。離子交換在纖維細(xì)胞壁內(nèi)形成了滲透壓，使得水合鈉離子向濃度低的細(xì)胞壁滲透，使細(xì)胞壁發(fā)生潤(rùn)脹和塑化。由表1還可知，纖維的平均扭曲角和平均扭曲指數(shù)都有所增大，說(shuō)明纖維整體彎曲程度變大；紙漿中細(xì)小組分含量降低了45%，說(shuō)明絲光化處理有利于除去紙漿中的細(xì)小組分。

2.3  絲光漿用量對(duì)空氣濾紙?jiān)�紙性能的影�?

    將針葉木漿打漿至380SR，然后與絲光漿配抄定量為110 g/IT12左右的手抄片，絲光漿的比例分別為0、10%、200-/0、30%、40%、50%（相對(duì)于紙張絕干量），壓榨5 mi后用真空干燥器干燥，按照相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)方法對(duì)手抄片進(jìn)行物理性能檢測(cè)。

    圖4-圖6為絲光漿用量對(duì)空氣濾紙?jiān)�紙性能的影響。從圖4可以看出，隨著絲光漿用量的增加，空氣濾紙?jiān)�紙的松厚度和透氣度增大，且透氣度增大趨�?shì)明顯。從圖5可以看出，隨著絲光漿用量的增加，空氣濾紙?jiān)�紙的抗張指�?shù)和耐破指數(shù)都降低，可知，絲光漿的加入會(huì)劇烈降低原紙的強(qiáng)度。從圖6可以看出，空氣濾紙?jiān)�紙的撕裂指�?shù)隨絲光漿用量的增加呈先增大后減少的趨勢(shì)，而耐折度呈持續(xù)降低的趨勢(shì)。

    由于絲光化處理后的纖維表面變得光滑、圓潤(rùn)，且纖維整體彎曲程度變大，導(dǎo)致成形后的空氣濾紙?jiān)�紙更疏松且含有更多的孔隙，從而空氣濾紙?jiān)�紙的透氣度提高。另外，由于絲光化處理使纖維中的半纖維素大量脫除，所以絲光漿的打漿能力差；且與未經(jīng)絲光化處理的紙漿相比，絲光漿具有抗張強(qiáng)度小、撕裂強(qiáng)度較大和零距抗張較大等特點(diǎn)，所以空氣濾紙?jiān)�紙的撕裂指�?shù)會(huì)先增大，但絲光化處理后的纖維表面暴露出來(lái)的羥基被脫除，導(dǎo)致其在干燥過(guò)程中與其他纖維形成的氫鍵結(jié)合力更弱，降低了纖維間的鍵合強(qiáng)度，因此空氣濾紙?jiān)�紙的撕裂指�?shù)會(huì)隨著絲光漿用量的不斷增加而降低。

    雖然隨著絲光漿用量的不斷增加，空氣濾紙?jiān)�紙的物理性能都呈降低的趨�?shì)，但在絲光漿的配比為50%時(shí)，撕裂指數(shù)仍然高于只有針葉木漿抄造的原紙的水平，可見，絲光漿的加入能夠提高紙張的撕裂指數(shù)，可歸因于絲光化處理后的纖維本身的撕裂強(qiáng)度較大，但其他物理強(qiáng)度明顯降低。以空氣濾紙?jiān)�紙的透氣度為主要參考�?duì)象，絲光漿的配比可選為50%。2.4針葉木漿打漿度對(duì)空氣濾紙?jiān)�紙性能的影�?

    為了保證空氣濾紙?jiān)�紙具有較高的透氣度的同時(shí)，又具有一定的強(qiáng)度，所以對(duì)針葉木漿進(jìn)行打漿，通過(guò)改變針葉木漿的打漿度來(lái)探討其對(duì)空氣濾紙?jiān)�紙�?qiáng)度的影響。將針葉木漿分別打漿O、10、20、30、40、50 min，其打漿度分別為14、16、22、30、34、380SR，與絲光漿（打漿度160 SR）配抄定量為110 g/m2左右的空氣濾紙?jiān)�紙，保持絲光漿的配比為50%，壓榨5 min后，用真空干燥器干燥，然后按照標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行紙張物理性能檢測(cè)。

    圖7～圖9是針葉木漿打漿度對(duì)空氣濾紙?jiān)�紙性能的影響。從圖7可以看出，隨著針葉木漿打漿度的提高，空氣濾紙?jiān)�紙的松厚度和透氣度都呈下降的趨�?shì)。從圖8可以看出，空氣濾紙?jiān)�紙的抗張指�?shù)和耐破指數(shù)隨針葉木漿打漿度的增大而增大，尤其是打漿度從140SR增大至160SR，空氣濾紙?jiān)�紙的�?qiáng)度有明顯的提高，打漿度達(dá)到300SR以后，抗張指數(shù)和耐破指數(shù)增加的趨勢(shì)較平緩。從圖9可以看出，打漿度從140SR增大至160SR，撕裂指數(shù)和耐折度都有明顯的提高，隨后撕裂指數(shù)趨于平衡，而耐折度一直呈直線增大的趨勢(shì)。

    隨著針葉木漿打漿度的增大，纖維潤(rùn)脹和細(xì)纖維化程度增加，纖維的比表面積增大，游離出更多的羥基，促進(jìn)纖維間的氫鍵結(jié)合，使纖維間的結(jié)合力不斷上升，同時(shí)纖維間的孔徑和孔隙率等也隨之下降�？紤]到空氣濾紙的過(guò)濾能力、過(guò)濾效果以及濾芯加工的簡(jiǎn)易性，針葉木漿的打漿度不宜過(guò)高，也不宜過(guò)低，否則過(guò)濾效果和容塵量會(huì)急劇降低。綜上，為了既保證空氣濾紙?jiān)�紙的透氣度和過(guò)濾性能，又保證空氣濾紙?jiān)�紙有較好的機(jī)械性能，最終選擇針葉木漿的打漿度為220SR。

2.5增強(qiáng)劑對(duì)空氣濾紙?jiān)�紙性能的影�?

    提高打漿程度雖能提高抗張強(qiáng)度，同時(shí)又會(huì)降低透氣度和松厚度，不能兼得，所以為了既能提高紙張的抗張強(qiáng)度，又不對(duì)其他性能產(chǎn)生較大的影響，借助增強(qiáng)劑是一種理想的方式。本實(shí)驗(yàn)采用了兩種常見的商品增強(qiáng)劑，陽(yáng)離子聚丙烯酰胺( CPAM)和陽(yáng)離子淀粉(CS)。這是由于陽(yáng)離子型增強(qiáng)劑能夠直接吸附在纖維表面上，增強(qiáng)效果明顯，且不會(huì)給白水循環(huán)系統(tǒng)帶來(lái)過(guò)多的陰離子垃圾。

2.5.1   CPAM用量對(duì)空氣濾紙?jiān)�紙性能的影�?

    選擇打漿度為220 SR的針葉木漿與打漿度為160SR的絲光漿進(jìn)行配抄，其中絲光漿的配比為50%，配抄定量為IIO g/rri2左右的空氣濾紙?jiān)�紙，CPAM的用量分別為0、0.02%、0.040-/0、0.060-/0、0. 08%（相對(duì)于紙張絕干量），壓榨5 min后，用真空干燥器干燥，然后按照相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)方法對(duì)紙張物理性能進(jìn)行檢測(cè)。

    圖10 -圖12為CPAM用量對(duì)紙張性能的影響。從圖10可以看出，CPAM的加入對(duì)空氣濾紙?jiān)�紙的松厚度無(wú)明顯的影響，對(duì)透氣度有提升作用，但隨著CPAM用量的繼續(xù)增加，透氣度無(wú)明顯增大。從圖1 1可以看出，空氣濾紙?jiān)�紙的抗張指�?shù)隨CPAM用量的增加而增大，而耐破指數(shù)表現(xiàn)為先增大后減小，且在CPAM用量為0.060-/0時(shí)達(dá)到最大值。從圖12可以看出，空氣濾紙?jiān)�紙的撕裂指�?shù)和耐折度隨CPAM用量的增加先增大后減小，且在CPAM用量為0. 06%時(shí)達(dá)到最大值。

    由于CPAM是陽(yáng)離子型的，能夠直接吸附在纖維表面上，作為中間介質(zhì)，可促使纖維間形成更多的氫鍵，從而使纖維間結(jié)合力增大，所以隨著CPAM用量的增加，空氣濾紙?jiān)�紙的物理性能�?huì)增大；但用量超過(guò)0. 060-/0時(shí)，耐破指數(shù)、撕裂指數(shù)和耐折度都有所降低，這可能是由于CPAM的過(guò)量加入使纖維絮聚加快，降低了原紙的勻度，從而使物理性能有所降低。

2.5.2   CS用量對(duì)空氣濾紙?jiān)�紙性能的影�?

    將打漿度為220SR的針葉木漿與打漿度為160SR的絲光漿以1:1的比例混合，抄造定量為110 g/m2左右的空氣濾紙?jiān)�紙，CS的用量分別為0、0.20-/0、0.4%、0. 6%、0.8%（相對(duì)于紙張絕干量），壓榨5 min后，用真空干燥器干燥，然后按照標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行紙張物理性能檢測(cè)。

    圖13 -圖15為CS用量對(duì)空氣濾紙?jiān)�紙物理性能的影響。從圖13可以看出，隨著CS用量的增加，空氣濾紙?jiān)�紙的松厚度無(wú)明顯變化，而透氣度持續(xù)降低，但降低程度較小。從圖14可以看出，空氣濾紙?jiān)�紙的抗張指�?shù)和耐破指數(shù)都隨CS用量的增加而增大。從圖15可以看出，空氣濾紙?jiān)�紙的撕裂指�?shù)和耐折度都隨CS用量的增加呈先增大后減小的趨勢(shì)，并在用量為0. 6%時(shí)達(dá)到最大值。

    由于CS帶有正電荷，能與帶負(fù)電荷的纖維緊密結(jié)合，促使纖維間形成更多的氫鍵，從而提高纖維間的結(jié)合力，使空氣濾紙?jiān)�紙�?qiáng)度增大，然而隨著CS用量的增加，纖維絮聚更加明顯，從而影響紙張的勻度，所以空氣濾紙?jiān)�紙的�?qiáng)度性能也會(huì)有所降低。綜上，CS的用量選為0.6%。

2.5.3增強(qiáng)劑種類的選擇

    CPAM和CS都能有效地提高空氣濾紙?jiān)�紙的物理性能，�?為兩種增強(qiáng)劑在優(yōu)化條件下所得空氣濾紙?jiān)�紙的物理性能，從�?可以看出，加入CPAM的空氣濾紙?jiān)�紙的透氣度�?yōu)于加入CS的，而撕裂指數(shù)和耐折度都不及加入CS的，以透氣度為首要參數(shù)，且其他性能相當(dāng)，認(rèn)為CPAM更有利于絲光漿配抄空氣濾紙。

2.6壓榨及干燥方式對(duì)空氣濾紙?jiān)�紙性能的影�?

    將針葉木漿和絲光漿混合配抄定量為110 g/m2左右的空氣濾紙?jiān)�紙，其中，絲光漿配比為50%，針葉木漿的打漿度為220 SR，絲光漿的打漿度為160SR．CPAM用量為0.06%。分別以壓榨5 min后用真空干燥器烘干、壓榨5 min后用轉(zhuǎn)鼓式紙頁(yè)干燥器干燥和不經(jīng)壓榨直接用轉(zhuǎn)鼓式干燥器干燥3種方式抄造空氣濾紙?jiān)�紙，然后按照�?biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行紙張物理性能檢測(cè)。

    表3顯示了壓榨及干燥方式對(duì)空氣濾紙?jiān)�紙性能的影響。從�?可知，壓榨+轉(zhuǎn)鼓干燥的空氣濾紙?jiān)�紙的松厚度和透氣度比壓�?真空干燥的大，但是抗張指數(shù)、耐破指數(shù)和耐折度都不及后者，其中耐破指數(shù)下降幅度高于50%，撕裂指數(shù)下降程度較小，可見轉(zhuǎn)鼓式干燥有利于提高紙張松厚度和透氣度，但耐破指數(shù)下降明顯；未壓+轉(zhuǎn)鼓干燥的空氣濾紙?jiān)�紙的松厚度比壓�?轉(zhuǎn)鼓干燥的有較大的提升，同時(shí)，抗張指數(shù)、耐破指數(shù)和耐折度下降劇烈，其中抗張指數(shù)下降幅度高達(dá)50%，撕裂指數(shù)降低相對(duì)較少，可見壓榨可有效提高空氣濾紙?jiān)�紙的機(jī)械性能，尤其對(duì)抗張指數(shù)影響最大，對(duì)松厚度和透氣度的影響次之。

    綜上，壓榨和干燥方式對(duì)空氣濾紙?jiān)�紙的各�?xiàng)指標(biāo)都有較明顯的影響。綜合考慮后，選擇壓榨5 min后用轉(zhuǎn)鼓式紙頁(yè)干燥器干燥的方式，所得空氣濾紙?jiān)�紙既有較大的透氣度，又有較好的機(jī)械強(qiáng)度。

3結(jié)論

    采用光學(xué)顯微鏡和纖維形態(tài)分析儀等方法分析了絲光化處理前后的纖維形態(tài)，并與針葉木漿配抄，探討了絲光漿用量、針葉木漿打漿度、增強(qiáng)劑種類和用量、壓榨及干燥方式等對(duì)空氣濾紙?jiān)�紙性能的影響�?.1在室溫條件下，研究了堿液濃度和處理時(shí)間對(duì)紙漿聚合度的影響。結(jié)果表明，堿液濃度為190 g/L、處理時(shí)間為45 min時(shí)，所得絲光漿具有較高的聚

合度。

3.2在室溫條件下，對(duì)針葉木纖維進(jìn)行絲光化處理后，纖維表面變得更加圓潤(rùn)、平滑，纖維得到充分潤(rùn)脹，纖維的扭曲指數(shù)增大，紙漿中的細(xì)小組分有所降低，經(jīng)絲光化處理后的纖維變得更加彎曲且富有彈性，能有效地提高空氣濾紙?jiān)�紙的透氣度�?

3.3用絲光漿與針葉木漿配抄空氣濾紙?jiān)�紙，絲光漿的比例為50%，絲光漿和針葉木漿的打漿度分別為160 SR和220 SR，CPAM用量為0.06%，壓榨5 min后，用轉(zhuǎn)鼓式紙頁(yè)干燥器干燥后的空氣濾紙?jiān)�紙性能�?yōu)良。

4摘要：

在室溫條件下，對(duì)漂白硫酸鹽針葉木漿進(jìn)行絲光化處理，探討了堿液濃度和處理時(shí)間對(duì)紙漿聚合度的影響；并進(jìn)一步研究了絲光漿與針葉木漿的配比、針葉木漿的打漿度、增強(qiáng)劑種類和用量以及壓榨和干燥方式對(duì)空氣濾紙?jiān)�紙性能的影響。結(jié)果表明，堿液濃度190 g/L、處理時(shí)間45 min時(shí)，獲得的絲光漿具有較高的聚合度；另外，當(dāng)絲光漿用量為50%、針葉木漿的打漿度為220SR、陽(yáng)離子聚丙烯酰胺用量為0. 06%時(shí)，所抄空氣濾紙?jiān)�紙�?jīng)壓榨干燥后，其透氣度高于100μm/( Pa-s)，優(yōu)于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QB/T 4031-2010阻燃性汽車空氣濾紙要求。

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