高效真空吸尘器集尘袋纸质量的影响因素

苗　红　晁储萌　刘文波,2　赵　涛,2

(1.中轻特种纤维材料有限公司,河北廊坊,065001;

2.中国制浆造纸研究院,北京,100102)



高效真空吸尘器集尘袋纸质量的影响因素

苗红1晁储萌1刘文波1,2赵涛1,2

(1.中轻特种纤维材料有限公司,河北廊坊,065001;

2.中国制浆造纸研究院,北京,100102)

摘要：研究了商品木浆和打浆度、涤纶纤维纤度和配比、水溶性纤维用量、表面施胶胶液浓度、纸机各部压力、环境湿度等对吸尘器集尘袋纸性能的影响。

关键词：吸尘器集尘袋纸；打浆度；化学纤维；表面施胶

普通清洁工具清洁容易起灰尘,导致呼吸系统疾病、角落不易清洁、易滋生细菌、污染双手,且费时费力。吸尘器可以有效地解决这些问题,用作吸尘器内集尘袋材质的选用正逐步由无纺布材质向天然植物纤维材质过渡。纸质吸尘袋具有环境友好、使用更换方便等优点,其使用量呈现逐年增加的趋势。中轻特种纤维材料有限公司经过研发,成功生产出了性能优良的吸尘器集尘袋纸(以下简称集尘袋纸)。现对集尘袋纸开发、生产过程中影响产品性能的因素进行总结和探讨,以供相关生产企业参考。

1集尘袋纸的生产

1.1生产工艺流程

采用木浆配以化学纤维原料,在圆网造纸机抄造集尘袋纸,生产工艺流程见图1。

图1　集尘袋纸生产工艺流程

1.2主要工艺条件

1.2.1原料的选用

商品木浆：云景浆、白玉浆、雄狮浆、IP浆、银星浆。对各种商品木浆进行纤维分析和实验室手抄片性能检测分析,选出合适的商品木浆。

化学纤维：涤纶纤维(①1.67 dtex×6 mm,②1.67 dtex×10 mm,③1.67 dtex×12 mm,④3.33 dtex×6 mm),购于上海聚志贸易有限公司；水溶性PVA纤维,购于四川维纶公司。

木浆与不同长度和粗度的涤纶纤维、水溶性PVA纤维(用量为5%和10%)按不同配比抄造手抄片,检测各项性能。

1.2.2工艺条件

化学纤维(涤纶纤维、水溶性PVA纤维)在水力碎浆机中分散2～3 min,直接泵送至成浆池。

商品木浆经水力碎浆机碎解,碎浆浓度>3.5%,泵送至贮浆池,加水调节浆浓至3.5%，用圆盘磨浆机进行打浆处理,不下刀仅疏解,过一遍盘磨,通过量30～33 m3/h。在成浆池中加入湿强剂,加水调节浆浓至1.5%左右,上网浓度控制在0.1%左右。

在圆网造纸机上抄造集尘袋纸,抄造时视分散情况和网槽中的液位在网前恒位箱中加入分散剂阴离子型聚丙烯酰胺(APAM)。分散剂的配制方法如下：分散浓度0.03%；在加有10 m3水的APAM制备槽中开启搅拌器,然后缓慢均匀加入3 kg的APAM颗粒,直至溶解即可。纸机车速≥50 m/min。视生产实际情况调整分散剂的用量。

造纸机的干燥曲线见表1(参考值,可视生产情况酌情调整)。抄造的集尘袋纸下机水分控制在5%～6%。

表1　干燥曲线

1.3产品质量要求

根据产品使用要求,制定集尘袋纸质量要求如表2所示。不同定量的集尘袋纸质量指标要求不同,在生产工艺上也有较大差异。

表2　集尘袋纸产品质量要求

2结果与讨论

2.1木浆的选择

集尘袋纸要求强度高、透气性能好等。采用L&W纤维分析仪对几种常用的针叶木浆纤维的长度、宽度[1～3]进行分析,分析结果见表3。

表3　各种商品木浆的纤维分析

影响透气量的因素一般是纤维孔隙率、细小纤维组分、成纸紧度。从表3中数据可以看出,云景浆纤维平均长度和宽度均最大,银星浆纤维平均长度和宽度最小。纤维长度和宽度较大的情况下,纤维交织孔径理论上应该会大,宽度≥35 μm的纤维比例越大,其细小纤维含量越少,透气性能越好。为了进一步验证,将这几种浆料分别单独抄造手抄片。

长度和宽度不同的浆料单独抄造手抄片,测定其透气量和耐破指数。目标定量约为30 g/m2,紧度0.36～0.39 g/cm3,实验结果见表4。

表4　各种浆料手抄片定量为30 g/m2时的性能

结合表3的分析结果,云景浆纤维平均长度和宽度均最大,从表4可以看出,在相同定量下,云景浆手抄片的紧度最小,透气量最大；而银星浆纤维平均长度和宽度均最小,其手抄片紧度最大,透气量最小。云景浆和银星浆手抄片耐破指数都优于其他3种浆料。纤维越短、细小纤维越多,纤维间交织越紧密,纤维间的间隙越小,所以成纸的紧度会增大。在这5种浆料中,云景浆手抄片兼具透气量高和耐破指数高的特点。故集尘袋纸的生产中选用云景浆为主要纤维原料。

2.2木浆对手抄片透气性的影响

云景浆打浆至不同的打浆度：①只疏解，打浆度13.0°SR；②打浆至14.5°SR；③打浆至16.5°SR。按照云景浆∶涤纶纤维(1.67 dtex×6 mm)=85∶15的配比,抄造集尘袋纸手抄片。不同打浆度云景浆配抄对集尘袋纸手抄片透气量的影响见图2。

图2　不同打浆度的云景浆对集尘袋纸透气量影响

由图2可以看出,云景浆经打浆处理,随打浆度的提高,配抄的手抄片透气量迅速减小。随着打浆的进行,纤维平均长度逐渐下降,纤维结合力不断提高,手抄片平均孔径逐渐变小,厚度逐渐降低,随着打浆度上升,纤维被切断；纤维脱离出更多的游离羟基,纤维结合力增大,使得成纸的孔隙率下降,因而手抄片的透气量下降。

表5　配比不同粗度和长度的涤纶纤维对集尘袋纸性能的影响

2.3化学纤维

生产经验表明,全木浆抄造的集尘袋纸普遍存在透气量低、撕裂度小等缺点,通常若通过增加黏结剂来提高纸张强度,则会造成纸张透气量的明显下降,同时生产成本上升。经过研究,本实验采用木浆和化学纤维配抄来抄造集尘袋纸,以探索不同规格及种类的化学纤维对吸尘袋纸透气性和强度性能的增强效果。

2.3.1涤纶纤维

圆形截面的涤纶超短纤维表面十分光滑[4-5],采用一定比例不同粗度和长度的涤纶纤维:1#1.67 dtex×6 mm、2#1.67 dtex×10 mm、3#1.67 dtex×12 mm、4#3.33 dtex×6 mm，与木浆纤维配抄生产集尘袋纸,试验结果见表5。

配比涤纶纤维所抄造的集尘袋纸具有透气度高、气阻低,有利于气体和液体等介质的通过并减少压力损失,同时这种纸耐油、有较强的韧度和强度。由表5可知,涤纶纤维长度从6 mm增至12 mm,纸张透气量基本不变,但撕裂度有了明显提高,其原因可能是随纤维长度增加,接触点增多,摩擦阻力越大,参与拉出和撕断的纤维也越多,拉出和撕断时所需的力越大,撕裂强度越高。粗度从1.67 dtex增加至3.33 dtex,透气量基本没有变化,强度有一定的提高。粗度从1.67 dtex增至3.33 dtex,吸尘袋纸透气量基本不变,说明涤纶纤维长度和粗度对透气量影响很小,考虑到生产实际,粗度大的涤纶纤维不易分散,且生产出的产品发硬,故一般选择粗度为1.67 dtex的涤纶纤维。生产高撕裂度的产品可以采用1.67 dtex×12 mm的长涤纶纤维。

2.3.2水溶性PVA纤维

浆料中加入水溶性PVA纤维,可提高纸张的强度指标,但水溶性纤维的使用对温度要求较为严格。在生产中,烘缸干燥温度一般控制在比水溶性纤维溶解温度低5～10℃左右较好,温度过高,干燥时间长,水溶性纤维呈全溶状态,充满纸浆纤维之间的空隙,使得抄造的纸张发硬、发脆、强度下降；温度过低、干燥时间短,水溶性纤维未融化,起不到黏结增强作用。纸机大缸温度一般控制在95℃左右,故选择水溶温度为90℃的水溶性PVA纤维[6]为增强纤维,与云景浆和涤纶纤维(1.67 dtex×6 mm)按不同的配比抄造集尘袋纸。配比方案为：①云景浆∶涤纶纤维∶水溶性PVA纤维=80∶10∶10；②云景浆∶涤纶纤维∶水溶性PVA纤维=85∶10∶5；③云景浆∶涤纶纤维∶水溶性PVA纤维=85∶5∶10。实验结果见表6。

由表6可以看出,方案①效果最佳,水溶性PVA纤维能明显提高纸张的撕裂度。这是由于水溶性PVA纤维[7]在纸张干燥过程中,水溶性纤维能溶解成半溶状黏结纤维,将木浆纤维和涤纶纤维黏结起来,从而提高纸张的强度。随着水溶性PVA纤维加入量的增加,黏结增强作用逐渐明显[8]。但考虑到水溶性PVA纤维成本高,进一步提高水溶性PVA纤维用量意义不大,并且在实际生产中发现水溶性PVA纤维用量超过5%极易粘缸,断纸频繁,成品率低,不利于纸张抄造,综合考虑,水溶性PVA纤维在实际生产中添加量控制在5%左右。

表6　不同配比对抄造集尘袋纸手抄片性能的影响

表7　不同胶液对集尘袋纸手抄片性能的影响

2.4表面施胶胶液浓度的选择

采用氧化淀粉(OS)作为表面施胶剂。OS以优质木薯淀粉为原料,经过特殊加工处理而成,具有糊化温度低、糊化速度快、凝沉性弱、黏度稳定、流动性好、蛋白质含量低、沉淀少、黏结力强、成膜性好等特点。通过表面施胶可提高纸张强度。本实验采用浸渍不同浓度的表面施胶胶液的方法进行手抄片的表面施胶,表面施胶液浓度方案：①5%；②8%；③10%；④8%OS+2%丙烯酸树脂(PB-2060)。对表面施胶的手抄片进行性能检测，实验结果见表7。

由表7可知,随着表面施胶液浓度的增大,施胶量增大,集尘袋纸耐破度有明显提高,透气量基本不变；施胶液中加入PB-2060,表面施胶后手抄片耐破度显著提高,并且具有了一定抗水性。考虑到实际生产干燥能力和产品标准要求,施胶量以5～6 g/m2为宜。

2.5纸机各部压力

在圆网造纸机上生产55 g/m2集尘袋纸,纸机压榨部和表面施胶的压力对集尘袋纸性能的影响见表8。各部压力方案：①真空压榨辊0.15 MPa,表面施胶辊0.3 MPa；②真空压榨辊0.05 MPa,表面施胶辊0.3 MPa；③真空压榨辊0 MPa,表面施胶辊0.2 MPa；④真空压榨辊0 MPa,表胶辊0.15 MPa。

表8　纸机压榨部、表面施胶压力对集尘袋纸性能的影响

由表8数据可知,方案①和方案②对比,压榨压力对吸尘器集尘袋纸的透气量影响较大,随着压榨压力的降低,纸张透气量呈逐渐增加的趋势,在一定范围内压榨压力对纸张的耐破度和撕裂度影响较小。对比方案③和方案④,在一定范围内,表面施胶压力对纸张透气量影响较小,对强度有一定影响,原因是表面施胶压力降低,施胶量增大,使得纸张强度提高。实际生产中可通过调整浆料配比、打浆度及压榨压力改善纸张物理性能指标。

2.6环境湿度

通过统计一年来不同温湿度产品指标,发现集尘袋纸透气量、耐破度几乎不受温湿度影响,但抗张强度和撕裂度受湿度影响较大,统计数据见表9。

由表9可知,不同温度(30℃、25℃)、同样相对湿度60%时,抗张强度偏低,但撕裂度明显增大。分析原因随着湿度的增加,纸张水分含量也会增加,空气相对湿度大,纤维吸水润胀,降低了纤维的结合力,单位宽度的纸在拉伸断裂前所能承受的最大张力减少。含水量增加使纤维润胀,增加纤维弹性,使纤维间的接触面积增大,造成摩擦力增大,从而撕裂时从纸张中拉出纤维的作用力增大[9]。

表9　不同温度、湿度下集尘袋纸的性能

通过总结出的规律,一般北方每年7— 9月湿度大(50%～60%RH),在此期间应尽量通过改进生产工艺提高产品的抗张强度。

3结论

3.1与其他针叶木浆相比,云景浆纤维粗度大、纤维较长,相同条件下成纸的透气度和强度较高,比较适合吸尘器集尘袋纸的生产。选用云景浆,浆料仅疏解不打浆,纸机各部分压力尽可能低,对吸尘器集尘袋纸透气性能有明显改善。

3.2随着涤纶纤维长度增大,撕裂度有明显的提高。水溶性PVA纤维用量控制在5%左右,既可增加纸张的强度,又利于生产操作。

3.3表面施胶氧化淀粉(OS)浓度越大,产品的强度越高,适当增加丙烯酸树脂(PB-2060),既可以提高产品的强度，又可以使产品具有抗水性。

3.4环境温度对吸尘袋纸的各指标几乎没有影响,但环境相对湿度增大使得吸尘袋纸的抗张强度显著降低,但有利于撕裂度。

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(责任编辑：马忻)

The Factors Influencing the Performance of Dust Bag Paper for Vacuum Cleaners

MIAO Hong1,*CHAO Chu-meng1LIU Wen-bo1,2ZHAO Tao1,2

(1.SinolightSpecialtyFiberProductsCo.,Ltd.,Langfang,HeibeiProvince, 065001；2.ChinaNationalPulpandPaperResearchInstitute,Beijing, 100102) (*E-mail: miao2616529@163.com)

Abstract：The influences of several factors including the kinds of softwood fiber, beating degree of pulp, fineness and proportion of chemical fiber； amount of water-soluble fiber; concentration of surface sizing agent; pressure of paper press section, and environmental humidity on the performance of dust bag paper for vacuum cleaners were studied in this paper.

Key words：dust bag paper； beating degree of pulp； chemical fiber； surface sizing

中图分类号：TS762

文献标识码：A

DOI：10.11980/j.issn.0254- 508X.2016.03.005

收稿日期：2015-11-13(修改稿)

作者简介：苗红女士，工程师；主要从事新品研发、工艺技术改进、产品质量管控工作。