鞋用纸板原纸原料及配比的研究

程飞，丁旭，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

鞋用纸板主要由纤维和胶料组成，一般要求强度好，尤其是要求柔韧耐折［1］，因此均选用长纤维原料制作。化学木浆具有较高的强度，废麻浆具有较高的透气度［2］，而且麻类纤维纸浆的物理机械强度性质与针叶木浆相当，废麻浆具有较高的撕裂指数［3］的特点，适用于制作鞋用纸板。但只用一种浆料研制鞋用纸板，在经济上不合算，在纸板质量上也不能满足要求。我国目前生产鞋用纸板的主要纤维原料是针叶材化学木浆。仅用这种原料，鞋用纸板的强度虽能满足，但成本高［4］。本文在满足鞋用纸板质量指标的前提下，采用价格低廉的废弃麻袋［5］（主要是黄麻纤维）部分或大部分代替价格昂贵的进口针叶木浆板，不仅可以“变废为宝”，还会给生产鞋用纸板的企业带来可观的经济效益。

1 原料与方法

1.1 原 料

（1）废麻袋：取自中央储备粮大连直属库。

（2）木浆：取自黑龙江造纸研究所的由俄罗斯进口的硫酸盐落叶松浆板。

（3）废旧报纸。

1.2 原料准备

废麻袋先经过人工除杂、漂洗后用剪刀剪成小块并用打浆机疏解成单根纤维的浆料，以下简称废麻浆。针叶木浆板、废报纸（预先撕成小块）用打浆机疏解成浆（以下分别简称为针叶木浆和废报纸浆）后，把浆团撕成均匀的小块，分别置于塑料袋中平衡水分备用。

1.3 鞋用纸板原纸的抄制

首先用PFI磨将废麻浆和针叶木浆打至所需的打浆度后，分别平衡并测量其水分，然后依实验条件称取浆料，打散，抄片并平衡水分后压制纸板，最后检测其裂断长、撕裂指数和耐折度。

1.4 鞋用纸板原纸性能的检测方法

原纸的裂断长、撕裂指数和耐折度分别按国标GB／T 453、GB／T 455和GB／T 1538进行检测。

2 结果与讨论

2.1 原料的选用

本实验选用废麻浆和木浆作为制作鞋用纸板原纸的主要原料。

2.1.1 针叶木浆打浆度与纸张强度的关系。

表1表明了针叶木浆在不同打浆度下纸页强度的变化趋势。可以看出，随着木浆打浆度的升高，裂断长逐渐升高，而耐折度和撕裂指数先升后降，这主要是因为随着打浆度的提高，一方面纤维的结合力不断上升，有利于提高纸页的各种物理强度；另一方面，纤维的长度不断减短，使纸页的各种物理强度指标下降［6］。裂断长主要受纤维结合力的影响，而耐折度还受纤维平均长度的影响，撕裂指数则主要受纤维长度的影响。从表中数据还可以看出，针叶木浆板在打浆度为45°SR时，裂断长接近10 000m，耐折度指标也较好。

表1 针叶木浆不同打浆度的成纸性能Tab.1 Paper property of different pulp degree of softwood pulp

2.1.2 废麻浆不同打浆度与纸张强度的关系

为检测废麻浆不同打浆度的浆成纸性能，用不同打浆度的废麻浆抄成纸页。检测结果见表2。

表2 废麻浆不同打浆度的成纸性能Tab.2 Paper property of different pulp degree of jute pulp

由表2可见，随着打浆度的提高，废麻浆的裂断长、耐折度和撕裂指数变化基本趋势与木浆一致。相比之下，针叶木浆抗张强度、耐折度远高于废麻浆，而废麻浆比木浆具有更好的撕裂指数。

2.2 鞋用纸板原纸浆料配比方案的确定

由实验“2.1.2”得出的结论，针叶木浆抗张强度、耐折度均比废麻浆好，但其撕裂指数在打浆度为25°SR时就达到了最高点，而废麻浆相对木纤维来说纤维长度长、长宽比大、有更好的撕裂指数。即增加麻纤维的含量可以提高鞋用纸板的强度；但浆料中麻纤维含量过高易引起浆料分散不匀，产生絮聚且麻纤维含油较多，与胶乳乳液的黏结会受到影响［3］，反而不利于提高鞋用纸板的质量。因此，选择浆料适宜的打浆度及配比是本研究的关键。

2.2.1 木浆打浆度的确定

选定废麻浆与针叶木浆的质量比为7∶3。用打浆度为45°SR的废麻浆分别与不同打浆度的针叶木浆抄片，其物理性能指标如表3所示。

表3 不同针叶木浆打浆度下原纸的强度特性Tab.3 Intensity properties of board under different beating degree of softwood pulp

由表3可见，在针叶木浆打浆度为30°SR时，鞋用纸板原纸的耐折度达2 336次，而此时，成纸的裂断长也超过了6 000m，因此，确定木浆的打浆度为30°SR。

2.2.2 废麻浆与针叶木浆配比的确定

本组实验的条件及结果见表4。由表4可见，随着浆料配比中针叶木浆比例的增加，鞋用纸板原纸的裂断长和耐折度一直呈现出上升趋势，而撕裂指数则一直下降，这正好符合了废麻浆撕裂指数高而针叶木浆抗张强度好的特点。综合考虑3个强度指标，在废麻浆与木浆质量比为7∶3时，裂断长超过了6 000m，耐折度达到了2 336次，虽然麻、木浆配比为6∶4时的撕裂指数稍高，但耐折度比较低，而且考虑到针叶木浆的成本较高，因此确定废麻浆与木浆的比例为7∶3。

表4 废麻浆与针叶木浆最佳配比确定实验结果Tab.4 Results of the best proportion between jute pulp and softwood pulp

2.2.3 废麻浆打浆度的确定

本组实验的条件及结果见表5。

表5 不同废麻浆打浆度下原纸的强度特性Tab.5 Intensity properties of base paper under different beating degree of jute pulp

由表5可见，在废麻浆打浆度为40°SR时，原纸的撕裂指数和耐折度最高，而当打浆度超过40°SR后，纸板的耐折度和撕裂指数迅速下降，裂断长增加不多，因此确定废麻浆的打浆度为40°SR。

2.2.4 废报纸浆比例的确定

废报纸主要由机械浆、化学机械浆和化学热磨机械浆等高得率纸浆抄造而成［7］。废报纸来源广泛，价格低廉，在废麻浆、针叶木（落叶松）浆中掺加废报纸浆，不仅有利于降低生产成本、节约纤维原料、保证经济合理性还有助于改进纸板的柔韧性，这对鞋用纸板的制造具有重要意义。因此考虑配加一定量的废报纸以取代针叶木浆，实验结果如表6所示。由表6可见，在鞋用纸板原纸浆料配中加入一定量的废报纸浆，成纸的抗张强度不仅没下降，反而有所上升。表现在裂断长增加，其原因可能在于：与废报纸浆相比，针叶木浆和废麻浆纤维都比较长，而废麻浆难以打浆，分丝帚化困难，因此两者的结合情况不理想，加入一定量的废报纸浆后，细小纤维增加，有效地加强了纤维之间的结合力，因此，成纸的抗张强度增加，裂断长上升。但是当废报纸浆比例超过11%后，由于纤维本身强度的原因，抗张强度明显下降，裂断长降低，撕裂指数以及耐折度均下降较多。考虑到废报浆的成本要远低于木浆和废麻浆，综合上述因素，选定废报纸纸浆的加入比例为11%。

表6 废报纸浆比例的确定Tab.6 Results of waste newspaper pulp proportion

综合上述实验结果，鞋用纸板原料种类为麻废弃物、针叶木（落叶松）浆板、废报纸。适宜的鞋用纸板原纸浆料配比为m（废麻浆）∶m（木浆）∶m（废报纸浆）=62.3∶26.7∶11。在此浆料配比条件下的鞋用纸板原纸裂断长、撕裂指数、耐折度均达到较好水平。

3 结论

使用废麻浆、针叶木浆板、废报纸浆料的最佳打浆条件和配比方案为：m（废麻浆）∶m（木浆）∶m（废报纸浆）=62∶27∶11（废麻浆，40°SR；木浆，30°SR；废报纸浆，52°SR）。在此条件下的鞋用纸板原纸特性为裂断长6 270m；撕裂指数15.89mN·m2／g；耐折度2 135次。另外，加入11%的废报纸浆能够满足鞋用纸板原纸各强度指标，降低了产品的成本，给造纸企业带来巨大的经济效益。