超聲波楊木漿在壁紙?jiān)堉械膽?yīng)用研究

黨 超 尹乙惠 李 仁 徐 明，2 蒲俊文，*

(1.北京林業(yè)大學(xué)林業(yè)生物質(zhì)材料與能源教育部工程研究中心，北京，100083；2.北京中科奧倍工程科學(xué)研究院，北京，100083)

隨著人民生活水平的不斷提高，樣式豐富且方便環(huán)保的壁紙逐漸受到人們的青睞。壁紙作為一種應(yīng)用于室內(nèi)裝飾墻壁用的特種紙，它是以紙為基材，通過涂料涂布、延壓復(fù)合或發(fā)泡等工序與原紙結(jié)合，再經(jīng)壓紋、表面覆塑、裁剪和包裝等工序加工而成。壁紙?jiān)埵潜诩埢鶎拥脑垼湫阅艿暮脡闹苯佑绊懼诩埖暮笃诩庸づc使用，所以原紙需要有良好的干濕強(qiáng)度、尺寸穩(wěn)定性、不透明度、松厚度等性能[1]。壁紙?jiān)埓蠖嗖捎冕樔~木化學(xué)漿與化學(xué)機(jī)械漿按一定比例進(jìn)行混合，然后添加填料、過程助劑與功能助劑抄造而成。河南華森超聲波科技有限公司(原安陽華森紙業(yè)有限責(zé)任公司)開發(fā)了一種新的制漿技術(shù)，利用超聲波處理?xiàng)钅局频脳钅緷{，具有比普通楊木化學(xué)機(jī)械漿更高的白度和強(qiáng)度性能。該技術(shù)最大的優(yōu)勢(shì)在于制漿與漂白同步進(jìn)行，工藝流程簡單、用水量少、排放量少，且從源頭上削減了污染負(fù)荷[2]。利用超聲波楊木漿配抄壁紙?jiān)?，不僅價(jià)格低廉，而且成紙強(qiáng)度、不透明度、松厚度等性能較好，這對(duì)提高壁紙?jiān)埿阅?、降低生產(chǎn)成本與環(huán)境污染具有積極的意義。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 原料

超聲波楊木漿(河南華森超聲波科技有限公司生產(chǎn))，松木硫酸鹽漿(山東太陽紙業(yè)股份有限公司生產(chǎn))，楊木化學(xué)機(jī)械漿(山東太陽紙業(yè)股份有限公司生產(chǎn))，烷基烯酮二聚體乳液(AKD，固含量15%，北京科奧科技有限公司)，陽離子聚丙烯酰胺(CPAM，相對(duì)分子質(zhì)量800萬，北京科奧科技有限公司)，聚酰胺聚胺環(huán)氧氯丙烷(PAE，固含量12.5%，泰安市鑫泉精細(xì)化工制造有限公司)，滑石粉(泰安市鑫泉精細(xì)化工制造有限公司)。

1.2 儀器

瓦利打漿機(jī)(中國制漿造紙研究院有限公司)，PN-SDJ100打漿度測(cè)定儀(杭州品享科技有限公司)，KRK No.2542-A紙頁成型器(熊谷理機(jī)工業(yè)株式會(huì)社)，KRK No.2569紙頁壓榨器(熊谷理機(jī)工業(yè)株式會(huì)社)，KRK No.2575- 1型鼓式干燥器(熊谷理機(jī)工業(yè)株式會(huì)社)，DHG- 9070A電熱鼓風(fēng)干燥箱(上海一恒科學(xué)儀器有限公司)，ZZ- 100紙張表面吸收質(zhì)量測(cè)定儀(長春市紙張?jiān)囼?yàn)機(jī)廠)，DCP-KZ300電腦測(cè)控抗張?jiān)囼?yàn)機(jī)(四川長江造紙儀器有限責(zé)任公司)，J-SLY1000紙張撕裂度儀(四川長江造紙儀器有限責(zé)任公司)，ZH- 4紙與紙板厚度測(cè)定儀(長春市紙張?jiān)囼?yàn)機(jī)廠)，YQ-Z- 48B紙張白度測(cè)定儀(杭州輕通博科自動(dòng)化技術(shù)有限公司)，CX41型造紙纖維測(cè)量儀(Olympus公司)，Bauer-MeNett纖維篩分儀，SU8000場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡(日本日立公司)。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1纖維原料的打漿

將松木硫酸鹽漿板、楊木化學(xué)機(jī)械漿板、風(fēng)干超聲波楊木漿于5 L水中浸泡5 h以上，撕成25 mm×25 mm的小漿片，用水稀釋至濃度為1.25%，在瓦利打漿機(jī)中進(jìn)行疏解，并測(cè)定其打漿度，最后控制飛刀輥轉(zhuǎn)數(shù)，調(diào)節(jié)杠桿臂負(fù)荷進(jìn)行打漿并測(cè)量打漿度，打漿至30～35°SR。

1.3.2測(cè)量3種漿料的纖維性能

松木硫酸鹽漿、楊木化學(xué)機(jī)械漿與超聲波楊木漿的纖維粗度、纖維長度及纖維寬度用造紙纖維測(cè)量儀檢測(cè)；細(xì)小纖維含量由Bauer-MeNett 纖維篩分儀檢測(cè)。

表1 3種漿料的纖維性能

表2 2種漿料紙張性能的對(duì)比

1.3.3測(cè)量2種紙漿的紙張性能

用打漿度均在30～35°SR的楊木化學(xué)機(jī)械漿與超聲波楊木漿分別抄造定量為90 g/m2的手抄片，測(cè)定紙張的各項(xiàng)性能。

1.3.4掃描電鏡分析

利用掃描電鏡觀察超聲波楊木漿、楊木化學(xué)機(jī)械漿、松木硫酸鹽漿的纖維形貌。

1.3.5壁紙?jiān)埖呐涑?/p>

將35°SR的松木硫酸鹽漿與33°SR的超聲波楊木漿按照一定質(zhì)量比(100∶0、90∶10、80∶20、70∶30、60∶40、50∶50)進(jìn)行配漿、抄紙并測(cè)定紙張性能；確定紙漿配比后，PAE按照基于紙張絕干質(zhì)量的用量(0.1%、0.3%、0.5%、0.7%、0.9%)加入配好的漿中，并測(cè)量紙張性能；確定PAE用量后，加填紙張絕干質(zhì)量15%的滑石粉并測(cè)量紙張性能；確定PAE及滑石粉用量后，AKD按照基于紙張絕干質(zhì)量的用量(0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%)加入配好的漿中，并測(cè)量紙張性能；確定PAE、滑石粉及AKD用量后，CPAM按照基于紙張絕干質(zhì)量的用量(0.1%、0.2%、0.3%)加入配好的漿中，并測(cè)量紙張性能。

1.3.6紙張性能檢測(cè)

以上所述紙張均是通過紙頁成型器抄造定量為90 g/m2的手抄片，將抄好的濕手抄片進(jìn)行2次壓榨處理，隨后在溫度為110°C的鼓式干燥器上進(jìn)行干燥，最后測(cè)定紙張的各項(xiàng)性能。紙張性能的測(cè)量均按照國家標(biāo)準(zhǔn)方法，用標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量儀測(cè)定[3]。在恒溫恒濕的條件下，即溫度為(23±1)°C、相對(duì)濕度為(50±2)%將紙張平衡水分24 h，然后測(cè)定紙張的干抗張強(qiáng)度、濕抗張強(qiáng)度、撕裂度、松厚度、吸水性[4]、不透明度和伸縮率。

2 結(jié)果與討論

2.1 楊木化學(xué)機(jī)械漿與超聲波楊木漿性能對(duì)比

表1為松木硫酸鹽漿、楊木化學(xué)機(jī)械漿與超聲波楊木漿的纖維性能，表2為楊木化學(xué)機(jī)械漿與超聲波楊木漿的紙張性能對(duì)比。由表1可以看出，3種漿料中，松木硫酸鹽漿的纖維最長、超聲波楊木漿纖維次之、楊木化學(xué)機(jī)械漿纖維最短；楊木化學(xué)機(jī)械漿的纖維粗度與纖維寬度值最高、超聲波楊木漿纖維次之、松木硫酸鹽漿纖維最?。怀暡钅緷{細(xì)小纖維含量最多、楊木化學(xué)機(jī)械漿次之、松木硫酸鹽漿最少。由表2可以看出，超聲波楊木漿的紙張強(qiáng)度與光學(xué)性能較楊木化學(xué)機(jī)械漿的紙張好，且松厚度略低于楊木化學(xué)機(jī)械漿的紙張，這也是選用超聲波楊木漿配抄壁紙的主要原因。圖1為3種漿料的掃描電鏡圖。由圖1可以看出，楊木化學(xué)機(jī)械漿的纖維較為挺硬，而超聲波楊木漿纖維較為彎曲且扭結(jié)程度較高，松木硫酸鹽漿纖維扭結(jié)程度最高。

出現(xiàn)以上現(xiàn)象是因?yàn)槌暡ǖ目栈?yīng)對(duì)楊木纖維起到了機(jī)械打漿的作用，因此細(xì)胞壁位移變形，初生壁與次生壁破除，并發(fā)生吸水潤脹和細(xì)纖維化作用，使得處理后的纖維柔性增加[5]，扭結(jié)纏繞程度變高，導(dǎo)致超聲波楊木漿的纖維結(jié)合程度比楊木化學(xué)機(jī)械漿高，且其纖維長度比楊木化學(xué)機(jī)械漿的纖維長，因此超聲波楊木漿成紙的抗張強(qiáng)度與撕裂度大于楊木化學(xué)機(jī)械漿成紙，同時(shí)細(xì)纖維化作用使得超聲波楊木漿比楊木化學(xué)機(jī)械漿有更多的細(xì)小纖維(如表1所示)，使得光散射性更高，因而成紙擁有更高的不透明度；同樣因?yàn)槌暱栈?yīng)所產(chǎn)生的羥基自由基(OH·)是一種單電子氧化劑，其氧化性僅次于F2，同時(shí)還會(huì)產(chǎn)生氫過氧自由基(HO2·)[6]，這兩種自

圖1 3種漿料的掃描電鏡圖

松木硫酸鹽漿∶超聲波楊木漿松厚度/cm3·g-1不透明度/%干抗張強(qiáng)度/kN·m-1濕抗張強(qiáng)度/kN·m-1撕裂度/mN伸縮率/%100∶090∶101.801.7886.288.34.694.210.260.21116011201.401.3580∶201.8689.23.990.0410881.3170∶301.9190.13.830.039361.2660∶401.9691.63.640.029081.2150∶502.0492.73.250.028520.86

由基會(huì)與木素結(jié)構(gòu)單元發(fā)生氧化反應(yīng)從而除去發(fā)色基團(tuán)，使得超聲波楊木漿表現(xiàn)出比楊木化學(xué)機(jī)械漿更高的白度；由表1可以看出，超聲波楊木漿纖維粗度略小于楊木化學(xué)機(jī)械漿，這使得超聲波楊木漿的紙張松厚度略低于楊木化學(xué)機(jī)械漿的紙張；超聲波楊木漿的紙張伸縮率高于楊木化學(xué)機(jī)械漿的紙張，其原因可能是楊木化學(xué)機(jī)械漿纖維較挺硬，柔軟性差，對(duì)纖維內(nèi)部收縮起到了抑制的作用。

綜上可知，超聲波楊木漿在光學(xué)性能與強(qiáng)度性能上均比楊木化學(xué)機(jī)械漿高，只是松厚度與伸縮率上略低于楊木化學(xué)機(jī)械漿。盡管超聲波楊木漿的松厚度與伸縮率不如楊木化學(xué)機(jī)械漿，但是可以通過對(duì)抄造壁紙?jiān)埖倪^程中紙漿配比和化學(xué)助劑添加量進(jìn)行調(diào)控，使得超聲波楊木漿替代楊木化學(xué)機(jī)械漿抄造的紙張達(dá)到壁紙?jiān)垏覙?biāo)準(zhǔn)[7]的要求。

2.2 紙漿配抄比例對(duì)紙張性能的影響

表3為松木硫酸鹽漿與超聲波楊木漿配抄比例對(duì)紙張性能的影響。從表3可以看出，隨著超聲波楊木漿配抄比例的增加，紙張松厚度與不透明度呈上升趨勢(shì)，當(dāng)其配抄比例由0增加到50%時(shí)，紙張松厚度由1.80 cm3/g增加到2.04 cm3/g，紙張不透明度由86.2%增加到92.7%。結(jié)合表2可知，超聲波楊木漿的紙張松厚度較高，通過增加超聲波楊木漿比例以取得所配紙張較高的松厚度，從而在定量一定的情況下降低生產(chǎn)成本。由表1可知，紙張不透明度的增加是因?yàn)槌暡钅緷{中有較多的細(xì)小纖維，增加其配抄比例會(huì)使得所配紙漿中細(xì)小纖維含量增加，導(dǎo)致光散射性增強(qiáng)，不透明度隨之增加。

從表3同時(shí)可以看到，隨著超聲波楊木漿配抄比例的增加，紙張干、濕抗張強(qiáng)度均呈下降趨勢(shì)，當(dāng)其配抄比例由0增加到50%時(shí)，紙張干抗張強(qiáng)度由4.69 kN/m降低到3.25 kN/m，紙張濕抗張強(qiáng)度由0.26 kN/m降低到0.02 kN/m。這是因?yàn)榛瘜W(xué)漿纖維較柔軟，纖維之間纏繞扭結(jié)程度高，連接區(qū)域較大，纖維結(jié)合力強(qiáng)，強(qiáng)度較高[8]。而超聲波楊木漿的纖維與化學(xué)漿纖維相比較為挺硬，所以當(dāng)超聲波楊木漿添加比例升高，其對(duì)紙張結(jié)合強(qiáng)度的負(fù)面影響也隨之升高。

從表3中數(shù)據(jù)還可以看出，隨著超聲波楊木漿添加比例的增加，紙張撕裂度與伸縮率均呈下降趨勢(shì)。當(dāng)其配抄比例由0增加到50%時(shí)，則紙張撕裂度由1160 mN降低到852 mN，紙張伸縮率由1.40%降低到0.86%。漿料纖維的長度和紙張的結(jié)構(gòu)是影響撕裂度的主要因素[9]，從表1可以看出，超聲波楊木漿的纖維長度遠(yuǎn)小于松木硫酸鹽漿的纖維長度，加入越多的超聲波楊木漿，所配紙漿中的平均纖維長度越低，因此紙張撕裂度越低。隨著超聲波楊木漿配抄比例的增加，紙張伸縮率降低，可能是因?yàn)橄啾扔谒赡玖蛩猁}漿，超聲波楊木漿中木素仍然被保留，纖維相對(duì)挺硬，紙張伸縮率小，其配抄比例越高，使得所配紙張尺寸穩(wěn)定性越好。為了使壁紙?jiān)诟邷鼗蛭爻睍r(shí)，紙頁保持平整，不翹邊，原紙需要有較好的尺寸穩(wěn)定性能[10]，因此，在考慮生產(chǎn)成本與壁紙?jiān)垜?yīng)具備的紙張性能的前提下，綜合以上不同超聲波楊木漿配抄比例下的紙張性能，松木硫酸鹽漿與超聲波楊木漿配抄比例應(yīng)在60∶40。

2.3 PAE用量對(duì)紙張性能的影響

PAE屬于一種水溶性、陽離子型、熱固性樹脂，具有增濕強(qiáng)效果好、無甲醛、用量少、成紙返黃少、無毒、使用方便、損紙回收容易的特點(diǎn)，特別適合中堿性抄紙，且兼有助留助濾作用等優(yōu)點(diǎn)[11]。在確定松木硫酸鹽漿與超聲波楊木漿配抄比例60∶40后，分別添加紙張絕干質(zhì)量0.1%、0.3%、0.5%、0.7%、0.9%的PAE，研究其對(duì)紙張性能的影響并找到配抄壁紙?jiān)埶m合的PAE用量。

表4 PAE用量對(duì)紙張性能的影響

表4為PAE用量對(duì)紙張性能的影響。從表4可以看出，隨著PAE用量的增加，紙張松厚度呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，紙張不透明度則一直上升。在PAE用量為0.5%時(shí)，紙張松厚度達(dá)到最大值2.16 cm3/g；PAE用量從0增加到0.9%，紙張不透明度由91.6%增加到97.4%。由表1可知，超聲波楊木漿中細(xì)小纖維較松木硫酸鹽漿多，PAE作為一種陽離子型助劑，隨著其用量的增多，紙漿中帶負(fù)電的細(xì)小纖維會(huì)被逐漸吸附，光散射性增強(qiáng)，使得不透明度得以提高；同樣，當(dāng)PAE用量在0～0.5%之間增加時(shí)，可能被吸附的細(xì)小纖維中有大部分是超聲波楊木漿，這部分細(xì)小纖維較挺硬(圖1所示)，因此紙張松厚度提高。但當(dāng)PAE的用量超過0.5%時(shí)，紙張松厚度下降，這可能是因?yàn)榧尤脒^多陽離子型PAE后，PAE部分沉積于纖維之間或吸附于纖維的表面，PAE分子間產(chǎn)生交聯(lián)作用[12]，使得帶有負(fù)電荷的紙漿纖維間連接得更加緊密，導(dǎo)致紙張緊度提升，松厚度下降。

在表4中同時(shí)可以看到，隨著PAE用量的增加，紙張干抗張強(qiáng)度與濕抗張強(qiáng)度均呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)。在PAE用量由0增加到0.9%時(shí)，紙張干抗張強(qiáng)度由3.64 kN/m上升到5.02 kN/m；紙張濕抗張強(qiáng)度由0.02 kN/m增加到0.64 kN/m。這可能是因?yàn)镻AE本身帶有陽電荷，帶有陽電荷的濕強(qiáng)劑聚合物與纖維表面的陰離子(如—COO—)形成離子鍵，這些離子鍵在強(qiáng)度與數(shù)量方面足以阻止纖維之間的連接被水破壞[13]，從而使得紙張干、濕抗張強(qiáng)度上升。

從表4中數(shù)據(jù)還可以看出，隨著PAE用量的增加，紙張撕裂度與伸縮率均呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)。在PAE用量由0增加到0.9%時(shí)，紙張撕裂度由908 mN上升到1150 mN；紙張伸縮率由1.21%增加到1.66%。紙張撕裂度上升可能是因?yàn)殡S著陽離子型PAE的添加，紙漿中細(xì)小纖維被吸附絮聚，纖維間結(jié)合力增大導(dǎo)致。同樣，可能因?yàn)榧?xì)小纖維被大量助留下來，使得紙張中的羥基含量增多，當(dāng)紙張吸水后，纖維會(huì)大量膨脹，當(dāng)紙張失水時(shí)，使得纖維更大幅度地收縮，從而伸縮率上升。

在不同的PAE用量下，綜合考慮其對(duì)紙張強(qiáng)度性能、光學(xué)性能與尺寸穩(wěn)定性的影響，依據(jù)壁紙?jiān)垏覙?biāo)準(zhǔn)，確定PAE用量應(yīng)在0.7%為宜。

2.4 滑石粉對(duì)紙張性能的影響

壁紙?jiān)埿枰辛己玫牟煌该鞫取⒊叽绶€(wěn)定性及強(qiáng)度，因此除了確定漿種、配比和濕強(qiáng)劑PAE的用量外，紙張?zhí)盍系倪x擇與用量的確定也具有十分重要的意義?；圩鳛樵旒堉谐Ｓ玫奶盍?，可以提高紙張的平滑度和適印性，也可以加深彩色紙的色度，且具有比其他填料更小的強(qiáng)度影響[14]，同時(shí)可以增加紙張的不透明度，對(duì)后續(xù)壁紙?jiān)埖挠』ㄆ鸬椒e極作用。根據(jù)研究組之前所做的裝飾原紙的實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)滑石粉用量為10%～15%時(shí)較為適宜，故本研究選定滑石粉的加填量為15%。松木硫酸鹽漿與超聲波楊木漿配比為60∶40，PAE用量0.7%的情況下，添加絕干紙質(zhì)量15%的滑石粉進(jìn)行紙張性能測(cè)定。

表5為添加滑石粉對(duì)紙張性能的影響。從表5可以看出，與未添加滑石粉的紙張相比，添加滑石粉的紙張不透明度略有上升，干、濕抗張強(qiáng)度及撕裂度和伸縮率略有下降。填料通常以嵌入的形式來阻礙纖維間的結(jié)合[15]，滑石粉作為一種片狀粒子，被留著在纖維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中，因此紙張不透明度上升；但是滑石粉的存在卻使得纖維之間結(jié)合程度減小，導(dǎo)致紙張強(qiáng)度性能降低。紙張尺寸穩(wěn)定性的增加可能是因?yàn)榛厶畛湓诩垙埥Y(jié)構(gòu)中纖維間的空隙，導(dǎo)致伸縮率降低。實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)滑石粉用量為15%時(shí)，所抄造紙張的性能完全符合壁紙?jiān)埿阅艿囊蟆?/p>

表5 添加滑石粉對(duì)紙張性能的影響

2.5 AKD用量對(duì)紙張性能的影響

AKD是反應(yīng)型中性施膠劑，其活性基團(tuán)內(nèi)酚環(huán)能與纖維表面的烴基反應(yīng)，打開內(nèi)酯環(huán)，形成β-酮酯，從而固著在纖維上，并在纖維表面定向，產(chǎn)生施膠作用[16]，添加AKD可以防止壁紙?jiān)堅(jiān)谖爻焙蠹堩撟冃渭皬?qiáng)度降低。在確定松木硫酸鹽漿與超聲波楊木漿配比為60∶40，PAE用量0.7%，滑石粉用量15%的情況下，分別添加紙張絕干質(zhì)量0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%的AKD，研究其對(duì)紙張性能的影響并找到配抄壁紙?jiān)埶线m的AKD用量。所用AKD乳液為陽離子型。

表6 AKD用量對(duì)紙張性能的影響

表6為AKD用量對(duì)紙張性能的影響。從表6可以看出，隨著AKD用量的增加，紙張吸水性逐漸下降，紙張不透明度總體逐漸上升。在AKD用量由0增加到0.5%時(shí)，紙張吸水性由114.2 g/m2下降到21.4 g/m2；紙張不透明度由97.3%升高到97.8%。這可能是因?yàn)锳KD乳液用量越多，附著在纖維上與纖維反應(yīng)的AKD量越多，成紙吸水性越低。也可能是紙頁在加熱干燥時(shí)，PAE分子中的環(huán)氧基團(tuán)會(huì)開環(huán)導(dǎo)致仲胺基烷基化，此時(shí)PAE樹脂就變成了一個(gè)親核試劑，去進(jìn)攻AKD的內(nèi)酯環(huán)，促使其打開，并固著在PAE樹脂的大分子鏈上[17]，增加了AKD在漿料中的反應(yīng)數(shù)量，從而起到增效的作用，導(dǎo)致吸水性下降。同樣AKD用量越多，可能漿料中被留著的細(xì)小纖維量與滑石粉量越多，光散射性增強(qiáng)，不透明度上升。

表6中同時(shí)可以看到，隨著AKD用量的增加，紙張干抗張強(qiáng)度呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，紙張濕抗張強(qiáng)度呈先上升后下降的趨勢(shì)。在AKD用量為0～0.5%時(shí)，紙張干抗張強(qiáng)度由4.28 kN/m下降到3.44 kN/m，紙張濕抗張強(qiáng)度在AKD用量0.2%時(shí)達(dá)到最大值(0.57 kN/m)?？赡苁且?yàn)锳KD對(duì)PAE有一定的增效作用，使得紙張濕抗張強(qiáng)度先上升；當(dāng)其用量超過0.2%時(shí)，乳化后的AKD帶陽電荷，對(duì)填料和細(xì)小纖維的留著具有積極的影響，使得帶負(fù)電荷的填料和細(xì)小纖維留著率上升，纖維彼此之間結(jié)合能力減弱[18]，導(dǎo)致紙張干抗張強(qiáng)度與濕抗張強(qiáng)度均下降。

從表6中數(shù)據(jù)還可以看出，隨著AKD用量的增加，紙張撕裂度呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)，紙張伸縮率呈現(xiàn)先下降后上升趨勢(shì)。在AKD用量為0～0.5%時(shí)，紙張撕裂度由1024 mN下降到826 mN；在AKD用量為0.3%時(shí)，紙張伸縮率達(dá)到最小值1.05%。隨著AKD用量的增加，填料與細(xì)小纖維留著增加，纖維平均長度與纖維間結(jié)合程度下降，紙張撕裂度下降。紙張伸縮率先下降可能是由于AKD用量的增多，使得在纖維空隙間的填料留著增多，限制了紙張的伸縮。紙張伸縮率后上升可能是由于紙漿陽離子電荷過多，細(xì)小纖維被大量留著，羥基含量增加，羥基具有很強(qiáng)的親水性，當(dāng)纖維含水量沒有達(dá)到飽和之前，更多的水分子會(huì)進(jìn)入纖維內(nèi)部，從而引起纖維膨脹變形，經(jīng)過干燥后，紙張纖維脫水而導(dǎo)致纖維更大幅度的收縮[8]，因此紙張尺寸穩(wěn)定性減弱。

綜上所述，可以得出當(dāng)AKD用量在0.5%時(shí)，紙張吸水性最接近壁紙?jiān)垏覙?biāo)準(zhǔn)的要求，且強(qiáng)度性能、光學(xué)性能和尺寸穩(wěn)定性均滿足壁紙?jiān)埖囊?。針?duì)紙張吸水性略高于壁紙?jiān)堃螅罄m(xù)實(shí)驗(yàn)添加CPAM使得紙張性能完全符合壁紙?jiān)埖男阅芤蟆?/p>

2.6 CPAM用量對(duì)紙張性能的影響

在造紙工業(yè)中聚丙烯酰胺根據(jù)分子質(zhì)量的不同可以具有多種功能，如增強(qiáng)劑、助留劑和絮凝劑等[19]。CPAM吸附在纖維表面，降低纖維和填料表面負(fù)電性，通過橋聯(lián)作用，產(chǎn)生良好的助留助濾效果，CPAM加入量一般在0.01%～0.5%之間。在確定松木硫酸鹽漿與超聲波楊木漿配比為60∶40，PAE用量0.7%，滑石粉用量15%，AKD用量0.5%的情況下，分別添加絕干紙張質(zhì)量0.1%、0.2%、0.3%的CPAM，探究其改善紙張性能的最佳用量。

表7 CPAM用量對(duì)紙張性能的影響

表7為CPAM用量對(duì)紙張性能的影響。從表7可以看出，隨著CPAM用量的增加，紙張吸水性逐漸下降，紙張不透明度逐漸上升。在CPAM用量為0～0.3%時(shí)，紙張吸水性由21.4 g/m2下降到18.5 g/m2；紙張不透明度由97.8%提高到98.5%。這可能是因?yàn)镃PAM作為助留劑，更多的細(xì)小纖維被留著，AKD與更多的纖維進(jìn)行了反應(yīng)，使得紙張吸水性下降；同時(shí)被助留的細(xì)小纖維量多，使得光散射性增強(qiáng)，紙張不透明度提高。

表7中同時(shí)可以看到，隨著CPAM用量的增加，紙張干、濕抗張強(qiáng)度均呈上升趨勢(shì)。在CPAM用量為0～0.3%時(shí)，紙張干抗張強(qiáng)度由3.44 kN/m上升到3.72 kN/m，紙張濕抗張強(qiáng)度由0.51 kN/m上升到0.64 kN/m。干、濕抗張強(qiáng)度的上升，可能是因?yàn)閹в姓姾傻腃PAM加入到紙漿中，在靜電引力的作用下使得纖維間結(jié)合力增大，而吸附在細(xì)小纖維上的PAE數(shù)量也會(huì)隨著CPAM用量的增加而增多[20]，從而導(dǎo)致紙張干、濕抗張強(qiáng)度增加。

從表7中數(shù)據(jù)還可以看出，隨著CPAM用量的增加，紙張撕裂度呈先上升后下降的趨勢(shì)，紙張伸縮率呈下降趨勢(shì)。在CPAM用量為0.2%時(shí)，紙張撕裂度達(dá)到最大值895 mN；在CPAM用量為0～0.3%時(shí)，紙張伸縮率由1.38%下降到1.26%。這可能是因?yàn)殡S著CPAM用量的增加，纖維間結(jié)合力增強(qiáng)，紙頁撕裂度有所上升，但當(dāng)CPAM用量超過0.2%時(shí)，細(xì)小纖維吸附量會(huì)增多，導(dǎo)致紙頁纖維平均長度下降，填料所帶來的負(fù)面影響也會(huì)增加，因此紙張撕裂度會(huì)呈下降趨勢(shì)。紙張伸縮率下降的原因可能是隨著CPAM用量的增多，纖維間填料留著量增加對(duì)紙張尺寸穩(wěn)定性的有利影響大于紙漿中細(xì)小纖維留著量增加對(duì)紙張尺寸穩(wěn)定性不利影響。

綜合考慮CPAM對(duì)紙張強(qiáng)度性能、光學(xué)性能、尺寸穩(wěn)定性以及吸水性的影響，結(jié)合壁紙?jiān)埿阅芤?，CPAM用量應(yīng)在0.2%。

3 結(jié) 論

3.1超聲波楊木漿與楊木化學(xué)機(jī)械漿性能相比，紙漿纖維長度與細(xì)小纖維含量較高，但纖維寬度與纖維粗度較低，纖維較柔軟且扭結(jié)交聯(lián)程度高，紙張具有較高的白度、不透明度、抗張強(qiáng)度、撕裂度與伸縮率，但松厚度比楊木化學(xué)機(jī)械漿成紙略低。

3.2當(dāng)松木硫酸鹽漿與超聲波楊木漿配抄比例在60∶40、PAE用量0.7%、滑石粉用量15%、AKD用量0.5%、CPAM用量0.2%，加入順序?yàn)镻AE濕強(qiáng)劑→滑石粉→AKD→CPAM時(shí)，可以抄出符合壁紙?jiān)埿阅芤蟮募垙垺?/p>

3.3在漿料最佳配比與最佳助劑用量的情況下，所抄造紙張不透明度98.1%、吸水量19.2 g/m2、干抗張強(qiáng)度3.62 kN/m、濕抗張強(qiáng)度0.62 kN/m、撕裂度895 mN、伸縮率1.30%，紙張主要性能均已達(dá)到或超過壁紙?jiān)垏覙?biāo)準(zhǔn)。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] YU Shi-fa, LIN Shu-fang. Application of Waste Paper Deinking Pulp in the Production of Wallpaper[J]. Paper & Paper Making, 2015, 34(1): 3.

余仕發(fā), 林淑芳. 廢紙脫墨漿在壁紙?jiān)埳a(chǎn)中的應(yīng)用[J]. 紙和造紙, 2015, 34(1): 3.

[2] LIU Jie, LI Shang-wu. A Bright Future of Straw Pulp Ultrasonic Bleaching and Making Technology[J]. East China Pulp & Paper Industry, 2010, 41(4): 8.

劉 潔, 李尚武. 超聲無氯麥草制漿具有的較好發(fā)展前景[J]. 華東紙業(yè), 2010, 41(4): 8.

[3] SHI Shu-lan, HE Fu-wang. Detection and Analysis of Pulp and Paper[M]. Beijing： China Light Industry Press, 2003.

石淑蘭, 何福望. 制漿造紙分析與檢測(cè)[M]. 北京: 中國輕工業(yè)出版社, 2003.

[4] GB/T 1540—2002, Paper and board—Determination of Water Absorption—Cobb Method[S].

GB/T 1540—2002, 紙和紙板吸水性的測(cè)定 可勃法[S].

[5] TANG Ai-min, ZHANG Hong-wei, CHEN Gang, et al. Morphology Structure Changes of Cellulose Fibers Brought about by Ultrasound Wave Treatment[J]. Journal of Cellulose Science & Technology, 2005, 13(1): 26.

唐愛民, 張宏偉, 陳 港, 等. 超聲波處理對(duì)纖維素纖維形態(tài)結(jié)構(gòu)的影響[J]. 纖維素科學(xué)與技術(shù), 2005, 13(1): 26.

[6] XING Li-yan. The Study on the Properties of Ultrasonic Straw Pulp and the Applicability in Papermaking[D]. Beijing: Beijing Forestry University, 2016.

邢立艷. 超聲波紙漿特性及其抄造性能的研究[D]. 北京: 北京林業(yè)大學(xué), 2016.

[7] GB/T 30129—2013, Base Paper of Wallpaper[S].

GB/T 30129—2013, 壁紙?jiān)圼S].

[8] SONG Peng-yao, WANG Hai-yi, LI Jie, et al. Study on the Optimum Furnishing Ratio of Poplar APMP in Making Base Paper of Wall Paper[J]. Paper Science & Technology, 2013(5): 11.

宋鵬瑤, 王海毅, 李 杰, 等. 楊木APMP漿配抄壁紙?jiān)堓^優(yōu)配抄比例探究[J]. 造紙科學(xué)與技術(shù), 2013(5): 11.

[9] HU Wei-ting. Influence of the Alkyl Ketene Dimmer(AKD) Sizes on the Furnish Behaviour and Paper Properties[J]. World Pulp and Paper, 2012(1): 20.

胡偉婷. AKD施膠劑對(duì)紙料及紙張性能的影響[J]. 國際造紙, 2012,(1): 20.

[10] CHEN Ji-wei. Study on the Manufacture of Base Wallpaper[J]. Paper Science & Technology, 2003, 22(6): 90.

陳繼偉. 壁紙?jiān)埖难兄芠J]. 造紙科學(xué)與技術(shù), 2003, 22(6): 90.

[11] HE Yi-xin, XUE Guo-xin, CHEN Jin-long, et al. Research Trends of Modified PAE Wet-strengthening Agent in Papermaking[J]. Paper Chemicals, 2011, 23(5): 2.

何裔鑫, 薛國新, 陳金龍,等. 造紙濕強(qiáng)劑PAE的改性研究進(jìn)展[J]. 造紙化學(xué)品, 2011, 23(5): 2.

[12] WANG Zhi-yan. Research Progress of Wet Strength Agent for papermaking[J]. Heilongjiang Pulp & Paper, 2009, 37(1): 25.

王治艷. 常用造紙濕強(qiáng)劑的作用機(jī)理及研究現(xiàn)狀[J]. 黑龍江造紙, 2009, 37(1): 25.

[13] SONG Xiao-lei. Study on the Application of Environment-friendly PAE-based Wet-strength System in Papermaking[D]. Beijing: Beijing Forestry University, 2012.

宋曉磊. 環(huán)保型PAE二元濕強(qiáng)體系在造紙中的應(yīng)用研究[D]. 北京: 北京林業(yè)大學(xué), 2012.

[14] ZHOU Lin-jie, WANG Li-jun, CHEN Fu-shan. Properties of Talc Powder and its Application in Papermaking[J]. South West Pulp and Paper, 2005(6): 32.

周林杰, 王立軍, 陳夫山. 滑石粉的性質(zhì)及其在造紙中的作用[J]. 西南造紙, 2005(6): 32.

[15] LI Jian-wen. Drainage and Retention Improvement with Talc Powder[J]. Paper Chemicals, 2005, 17(2): 52.

李建文. 滑石粉對(duì)助留助濾效果的改進(jìn)[J]. 造紙化學(xué)品, 2005, 17(2): 52.

[16] DING Ming-zhao, LIU Wen-xia. Reaction Mechanism of AKD Sizing[J]. Paper Chemicals, 2011, 23(3): 15.

丁明曌, 劉溫霞. AKD施膠的反應(yīng)機(jī)理[J]. 造紙化學(xué)品, 2011, 23(3): 15.

[17] LIU Kai, HU Hui-ren. Enhancement Effect of PAE on AKD Sizing for Straw Pulp[J]. Paper & Paper Making, 2008, 27(3): 62.

劉 凱, 胡惠仁. PAE對(duì)草漿AKD施膠的增效作用[J]. 紙和造紙, 2008, 27(3): 62.

[18] KE Dong-yu, LUO Xiao-lin, MIAO Qing-xian, et al. Effect of Additives and Filler on the Properties of Base Wall Paper and White Water[J]. Paper & Paper Making, 2015, 34(1): 18.

柯冬雨, 羅小林, 苗慶顯, 等. 助劑和填料添加對(duì)壁紙?jiān)埣捌浒姿阅艿挠绊慬J]. 紙和造紙, 2015, 34(1): 18.

[19] LI Wang, HU Hui-ren. Synthesis and Application of Cross-linked Cationic Polyacrylamide (CPAM) Emulsion[J]. China Pulp & Paper, 2014, 33(6): 13.

李旺, 胡惠仁. 交聯(lián)型陽離子聚丙烯酰胺乳液的合成與應(yīng)用[J]. 中國造紙， 2014, 33(6): 13.

[20] ZHANG Hong-wei, TANG Ai-min, CHEN Gang, et al. Effects of CPAM/APAM Compound on Paper Strength[J]. China Pulp & Paper, 2003, 22(11): 18.

張宏偉, 唐愛民, 陳 港, 等. CPAM與APAM并用對(duì)紙張性能的影響[J]. 中國造紙, 2003, 22(11): 18.