浆料种类对生活用纸与杨克烘缸表面黏附力的影响

浆料种类对生活用纸与杨克烘缸表面黏附力的影响

生活用纸在杨克烘缸中干燥时，表面黏附力对其最终性能影响很大。该文通过4种浆料研究了纸幅与模拟成杨克烘缸表面的加热金属表面的黏结性能；黏结强度采用特殊设计的刮刀将纸页剥离金属表面所用的压力衡量。研究表明：黏结强度随着定量和打浆度的增加而增加；浆料中含有更多的细小纤维或半纤维素时，黏结强度也上升。

起皱过程对于生活用纸最终性能有很大的影响；起皱过程涉及到黏附力与释放力的最终平衡，这些力与黏结化学品和喷到杨克烘缸上的润滑油有关；浆料的性能也会影响这种平衡。起初，当杨克烘缸上不使用黏结化学品时，黏结力主要由纸张中的能在纸张和杨克烘缸之间形成自然的黏结层的半纤维素含量产生。如今，经常使用涂布化学品喷到杨克烘缸上去控制黏结力。

1　起皱机理

均匀的涂层很重要，因为这会导致纸张和杨克烘缸间形成较强的黏结力；同时也更容易使纸张性能均一。如果黏结强度强且均一，则刮刀接触到纸幅时会引起纸张中纤维间结合力的破坏。这对于生活用纸有益，因为这样可以增加纸张松厚度进而得到更好的吸收性；然而，黏结太强会导致纸幅的断裂；反过来，如果黏结力太弱，纸幅在接触刮刀之前就可能从烘缸上脱落下来而无法引起纸张的起皱。

为了得到较强且适合的黏结力，应在涂层可能黏结时将纸张紧贴烘缸上。为了更好地分散涂布化学品，需要较高的烘缸表面能力和较低的化学品表面能量。纸张在杨克烘缸表面几乎瞬间达到干燥；随后刮刀将纸页从烘缸上剥离。起皱过程增加了纸张的松厚度，且当纤维从纸幅表面拉出时纸张会产生多孔结构。

本文研究的目的是确定一些特定因素是否会影响、以及如何影响纸幅与金属表面（模拟杨克烘缸表面）的黏结力。研究的因素有细小纤维含量、半纤维素含量和打浆度。

2　实验

2.1原料

浆料：（1）漂白硫酸盐浆［w（云杉木浆）=70%+ w（松树木浆）=30%］，漂白方式为Q-OP-Q-PO；（2）漂白针叶木浆［w（云杉木浆）=70%+w（松树木浆）= 30%］，漂白方式为Q-QP-Q-Paa）-PO，浆料主要由木片制成；（3）无元素氯漂白阔叶木硫酸盐浆［w（巨桉木浆）=75%+w（蓝桉木浆）=25%］；（4）无元素氯巨桉木浆（欧洲巨桉）。

打浆度依据国际标准5267-1用打浆度衡量。依据国际标准16065-2用纤维测量仪测定纤维性能。结果如表1。

表1　4种浆料的有关参数

2.2化学品

实验所用的胶粘剂是阳离子聚酰胺多胺环氧氯丙烷（PAAE）。胶粘剂来自2种不同的批次：第1批次含有0.81%的固含量，用于建立快速干燥层；第2批次含有0.38%固含量，用于黏结纸幅前的调节。

2.3设备

动态纸页成形器，抄造定量为40 g/m2的纤维各项取向的纸页。相对于生活用纸来说，选择一个高的定量数值，主要是为了在起皱试验中降低实验离散性。纵横向比为2.2。在施胶前不要给纸页压力以尽可能获得较高的水分含量。

2.4方法

0.54g/m2的施胶剂被喷到金属辊表面，模拟杨克烘缸表面，辊表面温度为100～105℃。在30%左右含水量的纸页被黏结到和杨克烘缸有着同样粗糙度的耐酸钢辊上。干纸页从金属辊上剥离并通过起皱设备的刮刀施压，施加的线压力为3 kN/m，角度为89°。设备以2 m/min的速度拉伸前进。包含纸页与金属表面的黏结力和纸页屈服力的起皱力由拉伸测试仪测定得到。

采用由圆木生产的针叶木硫酸盐浆评价打浆度的影响。用PFI磨浆机分别磨0（14.5°SR）、190（15.8°SR）、570（16.8°SR）和1 000（19°SR）转。在动态纸页成形器上抄造定量为40 g/m2的纸张，干度为30%。纤维不定向取向在2.1～2.9。对于每个测试点，一些纸页受限干燥以便计算定量和用抗张测定仪测定纵向拉伸挺度强度。

3　结果与讨论

3.1打浆的影响

图1是圆木针叶木浆的起皱力与抗张指数间的对应关系。通过打浆获得不同的抗张强度。打浆度分别是14.5°SR、15.8°SR、16.8°SR和19°SR［未打浆（14.5°SR）、190转（15.8°SR）、570转（16.8°SR）、1 000转（19°SR），结果是10个试样95%的置信区间］。

图1　圆木针叶木浆在不同打浆度下的起皱力

由图1可以看出，纵向抗张强度指数和起皱力随着打浆度的上升均上升。

打浆产生影响的原因是内部细纤维化和外部细纤维化，进而细小纤维含量会增加。当纸页施胶时细小纤维进入金属表面的涂层，而这些细小纤维对于纸张与金属表面的黏结力有利。打浆也会增加纤维间的结合面积，因而产生更多的氢键结合进而使得抗张强度增加。

细纤维化能够增加纤维的柔软性和纤维间的接触面积，因此增加了与杨克烘缸表面结合的可能性。当起皱力以将纸页从金属表面剥离的力为衡量标准时，以未起皱的纸张为标准的抗张强度对于起皱力有正面影响。

在起皱点纸张的弯曲对于起皱力也有影响。纸张越薄，弯曲刚度越大，从而使起皱力增加。

3.2浆料种类的影响

由巨桉浆料和蓝桉浆料抄造的纸页比其他的桉木、针叶木（圆木）和针叶木（木片）浆料抄造的纸页有着最大的黏结力。针叶木木片浆料抄造纸的起皱压力最低。另外，同样是针叶木浆料，起皱力却不同，可能是由于树木的纤维形态不同使得圆木比木片有更小更细的纤维。心材比边材纤维素短，锯木厂木片纤维间有更多的接触面积，从而有较强的黏结力。

图2显示了2种不同的针叶木浆和2种不同桉木浆的起皱力大小（取10个试样95%的置信区间）。

图2　2种不同的针叶木浆和2种不同桉木浆的起皱力大小

较高的半纤维素含量导致较高的黏结性能；因而，同种木材的起皱力却不同的另一个原因可能是巨桉（75%）-蓝桉（25%）浆含有更多的半纤维素（表1），从而导致较大的接触面积和较强的黏结性。巨桉（75%）-蓝桉（25%）浆抄造的纸张的定量比欧洲巨桉要高，见表2。

表2　浆料打浆度及纸张黏结点的水分含量

纸张干度也会影响黏结性，但是实验中的浆料干度很低；因此纸张干度的任何改变都可能对结果产生负面影响；然而，一般来说，黏结到金属表面的纸张越干，纸张接触到金属辊前起皱越多。当接触到金属表面的化学品时，不均匀的纸张阻碍纤维间的结合。烘缸的回湿也影响施胶点的纸张水分，反过来影响涂层的黏性。

另一个可能影响黏度的原因是纸张的挺度，这会影响起皱过程中纸张的弯曲。起皱力可能是由于纸张与金属表面的黏结力和纸张的弯曲引起的；因此，桉木浆料定量的不同可能是2种桉木浆料本身的不同引起的。

依据目前对于纤维结合力的认识，表3给出了不同浆样的对比以及这些因素是如何影响起皱压力的（特定因素的理论影响力由弱到强依次用“－”、“0”和“＋”表示）。

表3　不同因素对起皱力的影响

由表3可见，巨桉-蓝桉浆料加号最多，针叶木木片浆最少；另外2种浆料各有1个“+”。表3中的4种浆料的数据与实验得到的起皱力值相一致；因此，不同浆种的对比可以较好地解释纸样的结果。

4　结论

（1）采用4种不同浆料研究了纸幅与加热的金属表面黏结性能。金属表面模拟成生活用纸生产厂的杨克烘缸的表面，有同样的粗糙度。研究探索了剥离施胶纸页所用的力，这也是文章主要的分析因素。

（2）实验中高定量纸张、施胶时较低的干度、高的打浆度、高细小纤维含量和半纤维素含量等会产生最高的起皱压力。最高的起皱力是无元素氯漂白的巨桉/蓝桉浆种。

（3）纸张定量和施胶点纸张的干度、打浆度、细小纤维含量以及半纤维素含量影响起皱压力。对比4种浆料可以发现，测试因子的结果可以很好地解释起皱力的差异。

（宋顺喜编译）