Innventia对生活用纸性能和功能性的重点研究

Mattias Drotz Hannes Vomhoff

Innventia对生活用纸性能和功能性的重点研究

Tissue Research at Innventia

Mattias Drotz Hannes Vomhoff

2013年4月，瑞典斯德哥尔摩的一家研究机构Innventia公司（原STFI-Packforsk公司）开展了一个生活用纸领域中的研究项目。“生活用纸研究”项目是Innventia公司的集中研究计划的一部分，是2012年冬天完成使命的“前生活用纸研究”项目的延续。制浆厂和生活用纸生产商等提供资金的企业以及Innventia公司一起确定了今后两年的研究重点。

为了保持竞争力，制浆造纸和生活用纸行业有效地利用以纸浆和能源为主的资源，是很重要的。在保持产品功能性的前提下，通过改变或改良纸浆来降低纸页的定量是提高成本效率的好方法。换句话说，我们可让生产过程有更高的能源效率。生活用纸最重要的产品性能是强度、吸收能力和手感柔软度。为了降低定量，在研究改变或改良纸浆纤维时，我们必须了解这样做对这些性能会产生怎样的影响。纸浆的强度通常用定量为60g/m2的纸张为标准来评价，而生活用纸的特有定量比这要低得多。以前的研究表明，强度性能随着纸张定量的减轻而显著降低，见图1。

图1 抗张指数与定量的函数关系

事实是，生活用纸只有几根纤维的厚度，并且不同的纸浆有不同的纤维形态，因此知道这些参数如何影响强度性能是很重要的。

另外，还得知道纤维长度较短的产品的应力应变关系。例如生活用纸的压花就需要在纸面发生塑性变形，同样，沿着打孔线纸页的破裂只是发生在局部。生活用纸不仅在生产和加工过程中，而且在使用过程中，例如擤鼻涕时，会掉毛掉粉，因此了解纸页的强度，尤其是纤维间的结合强度也很重要。这里，最值得注意的是识别那些不能牢固地与纤维网结合在一起的微粒。

现在，多数吸收能力检测都是在准静态条件下进行的，即测定吸收的液体总量，此时，纸样一般是处于非受压状态。然而，生活用纸使用时的吸收速率和吸收能力都是至关重要的。此外，生活用纸在使用过程中通常受到挤压。因此，应使用受到挤压的纸样，在动态条件下测定吸收能力。目前，几乎没有关于受挤压纸样的动态吸收能力的可用资料。Innventia已经提出一种测定受压纸样动态吸收性能的新方法，由图2，纸样吸水率的各向异性清晰可见。

图2 受压的生活用纸纸样动态吸收性能测定的红外图像

在这种新方法中，把置于两片玻璃中间的圆形纸样压缩到规定的厚度，然后把冷水加到纸样的中央，使用红外成像技术观察液体在纸样中的扩散情况。因此，红外图像可说明吸液量随时间的变化情况。

提高生产过程的能源效率始终是生活用纸行业关注的重点。由于干燥纸页所需能量最多，因此提高出压区后的纸页干度特别重要。此外，纸页匀度差还将延长干燥时间，这是由于需要更长的时间干燥纸页定量较高的地方。另外，扬克缸表面与纸页之间的热传递决定了生活用纸生产过程的总体干燥效率，应尽量提高。生产效率还受到由起皱刮刀变化引起的纸页性能变化的影响。

生活用纸生产商面临的挑战

生活用纸生产商的奋斗目标是以较少的原料用量获得相同的强度方面的产品功能性。通过选择适合的浆料或混合浆料，使浆料改性，或在浆料中加入增强剂都可减少原料用量。生活用纸的定量较低，需要深入了解原料在低定量下对纸页机械性能和吸收能力的影响。机械性能需要采用适合于生活用纸的宏观和微观手段测定，比如抗张强度和球形顶破强度试验（Ball Burst Test）。掉毛掉粉对生活用纸使用的影响也很大。此外，使用纸巾擦桌子时，了解受压下的动态吸收能力也很重要。在这方面，Innventia公司提出了一种新的方法，可测定用不同原料生产的和被加工成不同结构的纸页的吸收能力数据。

高效的脱水和干燥过程一直受到生活用纸生产商的高度重视。尽量缩短干燥时间就能提高纸机的车速。为了使生产过程更高效，不同结构（纤维种类、纤维形态和纸页匀度）的低定量纸页的干燥过程是重要的研究领域。压区的机械脱水，例如纸机网毯较合理的结构和最佳的压区几何形状，也是重要的研究方面。

过程控制、在线测量方法以及生活用纸生产商有效控制起皱过程和加工过程的手段无疑能提高生产效率。在线测量以及使用除渣器和提高纤维利用率的浆筛对浆料进行有针对性的处理都将降低生活用纸生产商的成本。

今后的工作

今后的研究显然是必要的，Innventia生活用纸研究小组内的工作将主要集中在提高产品功能性和改进生产工艺方面。各种方法的基本摄像将由来自试验室分析、中试和生活用纸厂的数据评定。研究工作的成果将有助于：

· 深入了解定量对产品性能的影响，从而实现降低定量同时保持产品功能性；

· 详细了解浆料性能对加工过程的影响；

· 充分了解原料和纸页压花结构对受压纸样动态吸收性的影响；

· 找到产品生产、加工以及使用过程中掉毛掉粉的根源。

（曾晓桂编译自MeTissue/2013年春季版，陈海昌审校）

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Innventia公司是一家世界领先的研究机构，主要从事以木材为原料的研发创新工作。多数业务都是借助于研究方案以项目形式进行的，研究方案涉及多家合作伙伴，如三年期的集中研究方案，或针对个别客户的开发项目等。Innventia还承担许多以实验室和中试分析、检验和演示等形式的直接委托工作。Innventia共有员工约225名，其中有200人在斯德哥尔摩地区工作，主要从事造纸、生物精炼和包装三个领域的研发工作。