机制游龙纸纤维丝束制备方法的研究

陈 杰 童树华 孟 育 周桂生 徐玉清

(浙江金昌特种纸股份有限公司,浙江衢州,324400)



·游龙纸纤维丝束·

机制游龙纸纤维丝束制备方法的研究

陈 杰 童树华 孟 育 周桂生 徐玉清

(浙江金昌特种纸股份有限公司,浙江衢州,324400)

实验以黏胶纤维为原料，以阴离子聚丙烯酰胺(APAM)、聚氧化乙烯(PEO)和阳离子物质A为助剂，制备机制游龙纸的纤维丝束(“游龙丝”)，研究了3种助剂对黏胶纤维制备“游龙丝”过程的影响。当APAM用量为黏胶纤维的0.6%时,“游龙丝”结构紧密；当PEO用量为0.2%时,“游龙丝”分散效果最好；阳离子物质A可使“游龙丝”结构紧密,其用量为2%时,“游龙丝”形态明显,结构紧密,“游龙丝”在溶液中分散均匀。

“游龙丝”；黏胶纤维；APAM；PEO

游龙纸是一种新兴的高档特种纸,主要特点为表面具有清晰的纤维丝束纹路,提高了纸张的观赏性；根据该纤维丝束的形态，本公司将其称为“游龙丝”,如图1所示。游龙纸的纹理清晰、色彩明亮、细韧柔软,主要用于传统手工艺品制作、高档书画纸、高档礼盒包装、装饰装潢等,还用于仿古建筑的窗户、门、屏风上,是一种高档的包装、装饰材料,具有广阔的市场前景[1]。

日本、韩国以及我国台湾地区通过不断的研究,采用黏胶纤维制备“游龙丝”,获得的“游龙丝”色泽明亮鲜艳、形态美观,且通过复合技术将“游龙丝”与纸张复合,成功开发出机制游龙纸,如图2所示。

黏胶纤维主要成分为纤维素，通过天然植物纤维加工而成，是制备“游龙丝”的原料。“游龙丝”要求纤维丝束结构紧密、无分丝帚化现象、且在水中分布均匀,不易分散。“游龙丝”的色泽鲜艳明亮、形态自然,并且纤维的长短、粗细、颜色等参数可以在生产或后加工过程中进行调节[1]。

本实验以黏胶纤维为原料,阴离子聚丙烯酰胺(APAM)、聚氧化乙烯(PEO)和阳离子性物质A为助剂,制备“游龙丝”。黏胶纤维在水中易相互缠绕、絮聚成团,且纤维间结构疏松。APAM具有提高溶液黏度、促进纤维絮凝的作用。PEO是一种中性分散剂,具有润滑作用,防止较大纤维丝束的产生。阳离子物质A吸附细小纤维与“游龙丝”结合,促进“游龙丝”的结构紧密和形态稳定。在制备游龙纸时,在水力的冲击作用下,“游龙丝”不会分散或起毛。

本实验主要研究不同助剂的用量对制备 “游龙丝” 的影响,为“游龙丝”的制备和游龙纸的开发提供关键的技术参数。

1 实 验

1.1 原料

图1 传统游龙纸表面“游龙丝”结构

图2 日本、韩国开发的机制游龙纸产品

黏胶纤维：由木浆纤维分离提纯纤维素、溶解、喷丝制成,纤维长度20～30 mm,纤度3.5～4.0D,上海可乐丽公司提供；阴离子聚丙烯酰胺(APAM)：相对分子质量800万～1000万,日本三井公司提供；聚氧化乙烯(PEO)：相对分子质量400万,日本住友化工公司提供；阳离子性物质A。

1.2 仪器

槽式疏解分丝装置：结构见参考文献[2],由浙江金昌特种纸股份有限公司开发。纸机：长网上丝机与圆网纸机,浙江金昌特种纸股份有限公司提供。照相机：普通照相机。

1.3 “游龙丝”和游龙纸的制备

“游龙丝”制备：①将一定量的APAM加入槽式疏解分丝装置[2],加水搅拌至APAM分散均匀,调节搅拌器频率至20 Hz左右。然后加入一定量的黏胶纤维至1%的浓度,调节搅拌器频率至80 Hz,搅拌30 min,至出现丝束结构,降低搅拌器频率至20 Hz。②加入一定量的质量分数0.05%的PEO溶液,并通过不断搅拌,使黏胶纤维丝束结构分散均匀。③加水稀释至黏胶纤维浓度为0.5%,加入一定量的质量分数为0.1%阳离子物质A,并通过搅拌分散均匀,形成“游龙丝”溶液。

游龙纸的制备：“游龙丝”丝束制备完成后,通过长网上丝机在网面形成分布均匀的“游龙丝”层；采用圆网纸机抄造纸张；并通过长圆网纸机复合成形技术,将“游龙丝”复合到纸张表面,经压榨、干燥后等制备成游龙纸[1]。

1.4 分析方法

“游龙丝”以及游龙纸的外观及结构都无统一标准。实验通过对比分析“游龙丝”在溶液中和在纸张表面的密实性、结构形态、分布等,优选最佳工艺方案。

将制备好的“游龙丝”放入清水中稀释,轻轻搅动后,在日光灯下观察丝的结构紧密性,均匀性,以丝的长度均匀、形态自然、无分丝分叉、无相互缠绕为较好的“游龙丝”。

“游龙丝”经过复合至纸面制备游龙纸。“游龙丝”在纸面的丝结构形态均匀、无分叉分丝和相互缠绕,作为评判 “游龙丝”的标准。

1.5 实验方法

实验在APAM用量、PEO用量和阳离子物质A用量的3个因素中,固定其中两个因素条件下,进行单因素实验,通过对比分析,优化实验工艺,获得最佳的工艺参数。

2 结果与讨论

2.1 APAM用量对制备“游龙丝”的影响

黏胶纤维长度20～30 mm,为了促使纤维成丝束结构,实验过程中PEO用量为0.2%；阳离子物质A用量为2%，均相对黏胶纤维绝干量。APAM用量分别为0.2%、0.4%、0.6%、0.8%；APAM在搅拌过程中能够吸附在纤维表面,促进纤维之间的结合,提高纤维丝束的稳定性,同时增加溶液的黏度。黏胶纤维在PEO、阳离子物质A和机械搅拌力的作用下,形成丝束结构。图3为APAM用量对“游龙丝”结构的影响。

由图3可知,当APAM用量为0.2%时,黏胶纤维之间结构疏松,这是因为黏胶纤维表面有较多亲水基团,在水分子的冲击作用下容易分散,无明显的成束的结构趋向,结构疏松。当添加0.4%的APAM时,出现了明显的纤维丝束,但是纤维丝束较粗,结构不紧密,在水流的作用下,很容易分散成游离的黏胶纤维丝。当添加0.6%的APAM时,“游龙丝”结构较紧密,丝束的结构均匀,游离的单根纤维丝减少。当添加0.8%的APAM时,“游龙丝”产生过度的絮聚,结构紧密,溶液中游离的单根纤维较少,在水中的稳定性较高,但丝束形态细长,不够美观。实验发现,APAM用量较少时,纤维表面吸附APAM的浓度低,纤维间的结合力达不到一定强度,导致纤维丝束在搅拌过程中分散,或出现分丝帚化的现象。APAM用量过多,导致纤维的结构紧密,纤维丝束的形态受到影响[3]。实验发现在APAM用量为黏胶纤维的0.6%时,效果最好。

图3 APAM用量对“游龙丝”结构的影响

图4 PEO用量对“游龙丝”结构及成形的影响

2.2 PEO用量对制备“游龙丝”的影响

黏胶纤维在APAM作用下,出现显著的絮聚,在搅拌的过程中,容易相互缠绕,絮聚成团,无法形成丝束状结构。实验添加分散剂PEO吸附在黏胶纤维丝束表面,形成一层滑而不黏的水合膜,具有分散、润滑作用[4]。同时PEO提高了水的张力和黏度,在搅拌器作用下纤维丝束分散均匀,无相互缠绕。实验在添加0.6%的APAM和2%的阳离子物质A条件下进行,PEO用量分别为0.1%、0.15%、0.2%和0.25%(相对于黏胶纤维绝干量)。实验结果如图4所示。

通过图4发现,PEO用量为0.1%时,“游龙丝”的结构特征明显,但是在成形时,纤维丝束之间相互缠绕,这是由于PEO用量低,纤维丝束带有负电荷,在阳离子物质A作用下出现相互缠绕引起的。PEO用量为0.15%时,“游龙丝”也出现一定的缠绕现象。当PEO用量为0.2%时,纤维之间几乎没有缠绕,“游龙丝”的结构特征明显。当PEO用量为0.25%时,“游龙丝”分散较好,但纤维形态较细,这是因为PEO对纤维丝束起到分散作用,促使“游龙丝”分散成更细小的丝束,影响了“游龙丝”形态美观的要求。实验发现PEO用量对于纤维的分散以及再成形具有重要影响。PEO用量低,黏胶纤维分散效果差,纤维丝相互缠绕,难以分布均匀；同时在添加阳离子物质A后,纤维丝束会出现较多絮聚。PEO用量增加,在“游龙丝”表面形成一层水合膜,具有润滑作用,同时水的黏度增加,减少“游龙丝”的缠绕。PEO用量过多时,“游龙丝”结构在PEO作用下,丝束的絮聚能力下降,“游龙丝”分裂成小的纤维丝束,影响了“游龙丝”的结构形态。实验发现,当PEO用量为0.2%时,“游龙丝”分散效果最好。

图5 阳离子物质A用量对“游龙丝”的影响

2.3 阳离子物质A用量对制备“游龙丝”的影响

阳离子物质A可使“游龙丝”结构密实,形态稳定,防止“游龙丝”在成形过程中被水流冲开,或出现较多的单根“游龙丝”。该阳离子物质A的作用机理为：黏胶纤维在APAM作用下,形成丝束结构,表面具有较强的负电荷,在中性分散剂作用下,结构疏松,并出现单根游离纤维丝。阳离子物质A具有较强的正电荷,吸附在纤维表面促进纤维进一步絮聚,增强“游龙丝”结构的密实性和稳定性,同时能够减少单根游离纤维或细小的纤维丝束[5]。实验添加0.6%的APAM和0.2%的PEO,阳离子物质A用量对纤维丝束的影响如图5所示。

通过图5发现,当添加1%的阳离子物质A时,纤维丝束结构疏松,出现分叉,丝束表面细小纤维较多。添加1.5%的阳离子物质A时,纤维丝束结构变得紧密,但纤维丝束表面出现较多细纤维丝,丝束结构的紧密性不够。当阳离子物质A用量为2%时,纤维结构紧密,“游龙丝”形态结构明显。当阳离子物质A用量为2.5%时,纤维结构紧密,较多的阳离子物质A与纤维结合,引起纤维丝束具有絮聚的倾向。实验发现,阳离子物质A用量为黏胶纤维绝干量的2%时,“游龙丝”束结构紧密,效果最好。

2.4 验证实验

根据单因素变量实验,确定3种助剂为黏胶纤维用量的最佳方案为：APAM用量0.6%、PEO用量0.2%和阳离子物质A用量2%。实验取优化后的3种助剂用量,用于制备“游龙丝”。通过实验发现,“游龙丝”的形态自然、无过度的絮聚和缠绕,“游龙丝”表面无细小的纤维丝,且结构密实。

3 结 论

(1)阴离子聚丙烯酰胺(APAM)具有显著的絮凝效果,在机械力作用下,其用量为黏胶纤维的0.6%时,纤维丝束结构紧密,“游龙丝”形态结构明显。

(2)分散剂聚氧化乙烯(PEO)用量为0.2%时,“游龙丝”分散效果较好。

(3)阳离子物质A促进纤维丝束结构紧密,用量为2%时,“游龙丝”形态明显,结构紧密。

[1] Zhang Qiurong, Du Lixing, Huang Xiaojun. Method for preparing swim long paper: CN 102605670[P]. 2012- 03-21. 张求荣, 杜黎星, 黄晓俊. 一种制备游龙纸的方法： 中国专利： 102605670[P]. 2012- 03-21.

[2] Du Lixing,Huang Xiaojun, Zhang Qiurong, et al. For the tour of polymer chemistry fibre trough the production of tour dragon paper relief device: CN 202644283[P]. 2013- 01- 02. 杜黎星, 黄晓俊, 张求荣, 等. 用于游龙纸生产的高分子化学纤维丝槽式疏解分丝装置： 中国专利： 202644283[P]. 2013- 01- 02.

[3] Lu Wei. Preparation of anionic polyacrylamide flocculant and its treatment of characteristic organic compounds in water[D]. Chongqing: Chongqing University, 2013. 卢 伟. 阴离子聚丙烯酰胺絮凝剂的制备及其对水中特征有机物的处理研究[D]. 重庆： 重庆大学, 2013.

[4] WANG Xi-wen, ZHAN Huai-yu, ZHOU Xue-song, et al. Study on the Dispersion Properties of High Performance Fibers Used in Papermaking[J]. China Pulp & Paper, 2006, 25(1): 21. 王习文, 詹怀宇, 周雪松, 等. 造纸用高性能纤维分散性能的研究[J]. 中国造纸, 2006, 25(1): 21.

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(责任编辑：董凤霞)

The Preparation of Rayon Fiber Bundles for Manufature of Tour Dragon Paper

CHEN Jie*TONG Shu-hua MENG Yu ZHOU Gui-sheng XU Yu-qing

(ZhejiangJinchangSpecialPaperCo.,Ltd.,Quzhou,ZhejiangProvince, 324400)(*E-mail: 18392183581@126.com)

The effect of flocculant(APAM), dipersant(PEO) and the reaction agent on the preparation of stalle fiber bundles of rayon fiber, which were used in the manufacture of tour dragon paper, was investigated. The results showed that fiber bundles had close structure when flocculation agent dosage was 0.6%(on rayon fiber). When dispersant dosage was 0.2%, fiber dispersion effect was better. On the other hand, reaction agent promoted the fiber bundle structure more close, the amount was 2%, the morphology of the fiber tow was obvious, fiber tow uniformly dispersed in the solution．

tour dragon fiber bundle; rayon fiber; APAM; PEO

2016- 07-24(修改稿)

陈 杰先生，硕士，工程师；研究方向：功能性纸基材料。

TS764.9

A

10.11980/j.issn.0254- 508X.2016.12.003