针叶木/黄麻纤维制鞋用内底板的浸渍工艺研究

刁云云 刘彦雪 刘玉新

（1.国家知识产权局专利局实用新型审查部，北京，100088 2.昆明理工大学 制浆造纸工程研究中心，云南昆明 ，650500）

近年来，随着新潮时装轻便鞋的出现及制鞋工业对相关成本的控制，使用纤维类物质替代皮革做为鞋用内底板原材料逐渐成为一种新趋势[1-2]，这种鞋用纸板在有效降低制鞋行业成本的同时，也满足了足部的舒适卫生性和现代热熔粘接等制鞋技术的要求。但有研究表明，未经处理的鞋用纸板，它的耐磨、耐折及湿强度与应用要求还有一定的差距，如单纯采用长纤维制备的鞋用内底板，其强度表现为一撕就裂和一折就断的状态，但若经适量的浸渍处理后，强度有着明显的上升[3-4]。因此，对鞋用纸板原纸进行浸涂处理就被认为是决定鞋用纸板质量的另一关键要素。因此，本文在前期对鞋用内底板配抄研究的基础上，结合配抄纤维原料的特性，采用具有低粘度、低表面自由能、高固含量的特点[5]的羧基丁苯胶乳（Styrofan SD 332S）对鞋用纸板原纸进行浸渍处理[6-7]，通过对鞋用内底板层间剥离强度、吸水率和耐折度等指标的检测，研究浸渍工艺对鞋用内底纸板性能的影响。

1 实验

1.1 实验原料

黄麻纤维，以废旧麻袋为原料，经洗涤、漂选、裁切和疏解处理后，风干，平衡水分后备用。

针叶木纤维，采用进口硫酸盐针叶木(落叶松)浆板，经分散、疏解和平衡水分后备用。

Styrofan SD 332S，产自上海高桥巴斯夫分散体有限公司，固含量为50.94%。

1.2 实验方法

1.2.1 鞋用纸板的制备

依据实验设计和鞋用纸板的国家生产标准，废旧黄麻浆和进口硫酸盐针叶木浆分别在盘式磨浆机中磨打浆至 45 °SR 和 35 °SR 后，按照 7∶3（针∶黄）的比例进行混合，并抄造单层定量为100 g/m2的鞋用纸板原纸，再将5张纸板原纸在油压机中进行压合处理。

1.2.2 鞋用纸板的浸渍处理

将压合处理后的针叶木/黄麻纤维的鞋用内底板在一定温度下，浸入到不同浓度的Styrofan SD 332S胶乳体系中，室温下处理一段时间后，取出，缓慢烘干。

1.2.3 浸渍处理后的鞋用纸板物理性能检测

依据文献[3]对纸板的层间剥离强度、吸水率、耐折度等强度指标进行测定。4 h抗张强度的测定是将130 mm×10 mm纸板样条置入 （20±1）℃的去离子水中处理4 h后取出，缓慢烘干后测定。

2 结果与讨论

2.1 Styrofan SD 332S胶乳质量分数对鞋用内底板性能的影响

在湿纸板干度50%、浸渍时间2 min、浸渍温度30℃、胶乳用量为300 mL的条件下，研究胶乳浓度对鞋用内底板性能的影响。

图1 胶乳浓度对纸板抗张强度和吸水率的影响

图2 胶乳浓度对纸板剥离强度和耐折度的影响

图3 纸板干度对纸板抗张强度和吸水率的影响

图4 纸板干度对纸板剥离强度和耐折度的影响

图5 纸板干度对纸板抗张强度和吸水率的影响

图6 纸板干度对纸板剥离强度和耐折度的影响

图7 浸渍温度对纸板抗张强度和吸水率的影响

图8 浸渍温度对纸板剥离强度和耐折度的影响

由图1和图2可知，当胶乳浓度由5%增加至35%时，鞋用内底纸板的4h抗张强度和层间剥离强度都呈上升趋势，尤其是在10%～15%的区间内，纸板的抗张强度由0.21 kN/cm2增加至0.28 kN/cm2,增加了33%，但胶乳质量分数由20%增加至25%时，抗张强度反而出现下降的趋势。层间剥离强度虽未出现此种现象，但胶乳浓度超过30%时，其强度增量不明显。上述现象可能是因为在一定的温度和胶乳用量下，胶乳的浓度决定了胶乳的渗透量和流动性。当胶乳浓度很低时，其具有较好的流动性和渗透性，可迅速渗透到纸板的内部，从而提高纤维间结合力。当胶乳浓度过高时，虽然其渗入到纤维内部的绝对量没有减少，但因其流动性下降，会造成局部吸胶量的不均，反而会影响纸板整体的强度，从而出现4 h抗张强度下降的现象。另外，由图1还可以看出，提高胶乳浓度，有助于改善纸板的阻水能力，在实验设计范围内，其吸水率由7.61%下降至6.81%。综合纸板的强度可以看出，当胶乳浓度在20%时，纸板性能较好。

2.2 湿纸板干度对鞋用内底板性能的影响

在浸渍时间为4 min、浸渍温度为35℃、胶乳用量为300 mL的条件下，研究湿纸板干度对鞋用内底板性能的影响，结果如图3、图4所示。

湿纸板干度直接影响着纸板的吸胶量，进而影响浸渍纸板的各种性质。由图3可以看出，随着湿纸板干度的提高，纸板的吸水率逐渐下降，这间接说明纸板的吸胶量逐步上升，从而极大的提高了纸板的内部结合力。这一点由纸板的4 h抗张强度和层间结合力（图4）的变化都可以得到进一步验证。如当纸板干度由35%增加至45%时，纸板的4 h抗张强度和层间结合力分别上升了138%和62.5%，耐折度也由4213次上升至5743次。但当纸板干度超过45%时，这些强度指标都出现了不同程度的下降。这说明一定含量的水分存在，可以起到加速胶料渗透的作用，同时，适当水分的存在，有助于促进浓度和粘度较高的胶乳在纤维内部的分散和流动，从而使其在纤维表面和内部形成均匀连续的薄膜，这样纸板的结合强度提高，吸水率降低。因此，湿纸板干度为45%时，可以取得较好的研究结果。

2.3 浸渍时间对鞋用内底板性能的影响

在湿纸板干度为45%、浸渍温度为35℃、胶乳浓度为20%、胶乳用量为300 mL的条件下，研究浸渍时间对纸板性能的影响，结果如图5、图6所示。

由图5、图6中可以看出，随着浸渍时间的延长，纸板的4 h抗张强度和层间剥离强度稍有上升；与之相反，吸水率和耐折度则都有着明显的下降，尤其是吸水率，浸渍时间由2 min延长至3 min时，吸水率下降了约0.5个百分点。这说明仅就吸水率而言，浸渍时间为3 min时就可以满足要求，过长的浸渍时间对改善鞋用内底板的阻水方面改善不明显，甚至会造成耐折度、层间剥离强度等指标的下降，如纸板的层间剥离强度随着浸渍时间的延长下降了约20个百分点。这可能是由于纸板在胶料浸渍时间过长，纤维吸水润胀程度高，影响了鞋用内底板的内结合强度。而浸渍时间较短时，又由于纸板的吸胶量不够，纤维间的结合差，导致各强度指标较低。因此，浸渍最佳时间为4 min时纸板性能较好。

2.4 浸渍温度对鞋用内底板性能的影响

在湿纸板干度为40%、浸渍时间为4 min，胶乳浓度为15%、胶乳用量为300 mL的条件下，研究浸渍时间对鞋用内底板性能的影响，结果如图7、图8所示。

由图7可以看出，随着浸渍温度的提高，浸渍效果明显得到改善，尤其是层间剥离强度几乎以每度0.03 mkN的线性关系增加；与室温下（25℃）下的浸渍效果相比较，耐折度也增加了44%。上述现象可能是因为浸渍温度的提高，极大的降低了胶乳的粘性，从而使其渗透性和流动性增加，提高了纸板纤维内部和纤维间的结合力。综合其强度结果可以看出，在实验范围内，当浸渍温度为40℃时，其强度效果较好。

3 结论

采用羧基丁苯胶乳（Styrofan SD 332S）对黄麻/针叶木纤维鞋用内底板进行浸渍处理时，在一定的胶乳用量下，胶乳浓度对纸板的抗张强度和层间剥离强度影响比较大，但过高的胶乳浓度也会造成纸板吸胶量不均，强度下降。在一定胶乳浓度下，纸板浸渍温度和时间决定了纸板的主要性能，适当延长浸渍时间或提高温度，有助于改善胶乳的流动性和纸板的吸胶量。当湿纸板干度45%、浸渍时间4 min、浸渍温度40℃时，在强度和吸水性方面可获得的指标为：浸水4 h抗张强度0.34 kN/cm2，吸水性6.46%，层间剥离强度0.29 kN/m，耐折度5721次，均接近于B级纸板的技术标准。

[1]M.A.Nassar,N.A.Abdelwahab.Contributions of polystyrene to the mechanical properties of blended mixture of old newspaper and wood pulp[J].Carbohydrate Polymers.2009,(76)：417-421.

[2]屠恒忠．鞋用内底纸板的质量要求及生产技术要点[J]．纸和造纸，2006，25(5)：7-10

[3]刁云云．高级鞋用纸板的研究—原料配比及浸渍条件的优化[D]．大连轻工业学院，2005.

[4]Mingliang Du,Baochun Guo.Carboxylated butadiene-styrene rubber/halloysite nanotube nanocomposites：Interfacial interaction and performance[J].Polymer.2008,(49)：4871-4876.

[5]Ranimol Stephen,Ranimol Stephen.Diffusion and transport through nanocomposites of natural rubber(NR),carboxylated styrene butadiene rubber(XSBR)and their blends[J].Journal of Membrane Science.2006,(282)：162-170.

[6]张运展译．纸加工技术（上册）[M]．中国轻工业出版社，1991.

[7]Ranimol Stephen,Seno Jose,Kuruvilla Joseph.Thermal stability and ageing properties of sulphur and gamma radiation vulcanized natural rubber(NR)and carboxylated styrene butadiene rubber(XSBR)latices and their blends [J].Polymer Degradation and Stability.2006,(91)1717-1725.