棉短絨漿衍生化處理對(duì)打漿性能及薄片強(qiáng)度的影響

徐耀威，劉雄斌，韓 鵬，汪 丹，萬(wàn) 超，顧 亮，彭曦東

（湖北中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，湖北 武漢 430040；湖北新業(yè)煙草薄片開(kāi)發(fā)有限公司，湖北 武漢 430056；重組煙葉應(yīng)用技術(shù)研究湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430040）

造紙法煙草薄片制造過(guò)程包括原料抽提、打漿、配漿、抄造、浸涂、干燥等步驟[1]，國(guó)內(nèi)外煙草薄片生產(chǎn)技術(shù)中，多在薄片中摻混一定量的外加纖維[2]，外加纖維的種類(lèi)、含量對(duì)打漿生產(chǎn)及最終產(chǎn)品性能影響極大[3]。在對(duì)造紙法煙草薄片產(chǎn)品的應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，國(guó)產(chǎn)薄片相比國(guó)外薄片手感硬、易折、易碎，脆性較大，韌性不足[4]。查閱文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，有不同外加纖維對(duì)煙草薄片物理性能影響的探索，如松厚度、抗張強(qiáng)度、柔軟性等[5-7]，以及采用改性木漿纖維改善煙草薄片物理性能研究[8]，但還未發(fā)現(xiàn)有采用棉短絨漿作為外加纖維的研究。

眾所周知，棉、麻等特種長(zhǎng)纖維漿是生產(chǎn)特種紙的優(yōu)質(zhì)原料，尤其是棉，它是一種優(yōu)質(zhì)的非木材纖維原料，資源豐富，產(chǎn)量巨大[9]。以棉短絨為原料，采用燒堿法或燒堿-過(guò)氧化氫法制漿，可制得質(zhì)量?jī)?yōu)良的棉漿[10]。與木漿相比，棉漿具有纖維素純凈度高的優(yōu)勢(shì)，抽吸燃燒雜味少。但是棉漿纖維細(xì)長(zhǎng)而有彈性，不易于打漿。為此，對(duì)棉短絨漿進(jìn)行衍生物處理，得到纖維長(zhǎng)度合適的煙草薄片外纖材料，利于打漿，并且對(duì)制備得到的煙草薄片強(qiáng)度進(jìn)行分析。

1 試驗(yàn)

1.1 原料與試劑

試驗(yàn)采用的原料與試劑如下：棉短絨漿粕（由武漢達(dá)匯新科技有限公司提供）、棉短絨衍生物（由武漢達(dá)匯新科技有限公司提供）、麻漿料（由武漢達(dá)匯新科技有限公司提供）、常規(guī)木漿（由湖北新業(yè)煙草薄片開(kāi)發(fā)有限公司提供）、煙草漿料（由湖北新業(yè)煙草薄片開(kāi)發(fā)有限公司提供）。

1.2 儀器與裝備

試驗(yàn)采用的儀器與裝備如下：GBJ-A 型纖維標(biāo)準(zhǔn)解離器、纖維分析儀、ⅤB-21 瓦利打漿機(jī)、KRK 磨漿機(jī)、打漿度測(cè)定儀、快速紙頁(yè)成型器、紙片強(qiáng)度測(cè)定儀等。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 棉短絨漿衍生化處理

棉短絨纖維素衍生物按照以下步驟進(jìn)行處理：配制調(diào)節(jié)溫度為55～60 ℃，堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)為（17.50±0.5）%的離子膜堿液；將棉短絨漿粕投入堿液中，攪拌，并浸泡120 min；然后采用壓榨機(jī)對(duì)漿粥進(jìn)行擠干，得到含水率為50%～55%的濕態(tài)漿料；將壓榨后的漿粕用粉碎機(jī)快速粉碎，形成小碎片，將粉碎的物料密封保存，置于溫度28 ℃的恒溫房中存放，每5 h 對(duì)漿粕大幅度翻動(dòng)一次，存放48 h 后，對(duì)物料進(jìn)行清洗除去堿，清洗完成后漿粕顯中性；最后將清洗為中性的物料進(jìn)行粉碎，得到目數(shù)為8～10 的碎末狀，最后在80～100 ℃的條件下烘干、裝袋。

1.3.2 測(cè)定方法

測(cè)定方法如下：聚合度參照FZ/T 50010.3—2011《粘膠纖維用漿粕 粘度的測(cè)定》進(jìn)行測(cè)定；纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的測(cè)定參照FZ/T 50010.4—2011《粘膠纖維用漿粕 甲種纖維含量》；半纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的測(cè)定參照GB/T 745—2003《紙漿 多戊糖的測(cè)定》；纖維分析用纖維素分析儀進(jìn)行測(cè)定；打漿度按照GB/T 3332—1982《漿料打漿度的測(cè)定法》（肖伯爾-瑞格勒法）進(jìn)行測(cè)定；濕重采用框架法進(jìn)行測(cè)定，即在肖伯氏打漿度儀的錐形蓋上附加金屬框架，在測(cè)定打漿度的同時(shí)，測(cè)定掛在框架上的濕纖維質(zhì)量（框架增加的質(zhì)量），即為濕重；保水值測(cè)定是在規(guī)定的條件下將一定量的漿料離心，甩出漿料的游離水，測(cè)定漿料中保留的水分，以100 g 絕干漿保留水分表示[11]；煙草基片的定量、厚度和抗張強(qiáng)度均按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定方法進(jìn)行測(cè)定。

保水值（WRⅤ）的計(jì)算公式如下：

式（1）中：IWRⅤ為漿料的保水值，%；m1為離心后的濕漿重；m2為絕干漿重。

2 結(jié)果與討論

2.1 外加纖維原料編號(hào)

本研究中，外加纖維原料編號(hào)如表1 所示。

表1 外加纖維原料編號(hào)

2.2 外加纖維性質(zhì)分析

外加纖維分析結(jié)果如表2 所示。

表2 外加纖維分析結(jié)果

從表2 中的數(shù)據(jù)可知，對(duì)比標(biāo)樣木漿外纖漿主要特征為聚合度高、纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低，半纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高。而麻漿聚合度較木漿、棉漿均高，纖維長(zhǎng)度也較長(zhǎng)，這可能是造成麻漿打漿困難的原因所在。

而經(jīng)過(guò)衍生化處理后的棉短絨漿，聚合度大幅度降低，纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，半纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低，纖維平均長(zhǎng)度略微下降，纖維平均長(zhǎng)度變化不太明顯。造成這種現(xiàn)象的原因可能是經(jīng)過(guò)衍生化處理，降低了棉短絨漿的聚合度，同時(shí)堿處理引起半纖維素溶出，使得纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，半纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低，最終水洗得到的纖維表面得到松弛，纖維長(zhǎng)度有所降低，棉短絨漿粕的這種衍生化處理，可能促進(jìn)打漿時(shí)的分絲帚化效果。

2.3 外加纖維原料的打漿性質(zhì)分析

2.3.1 外加纖維原料獨(dú)立打漿

將木漿（m針葉木∶m闊葉木=3∶2）、棉短絨漿、衍生化棉短絨漿及麻漿分別撕碎和用水浸透，再經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)纖維疏解機(jī)疏解，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%后，用KRK 高濃盤(pán)磨進(jìn)行打漿。

打漿條件和結(jié)果如表3 所示。

表3 配抄用外加纖維的磨漿工藝條件及結(jié)果

從表3 中可以看出，在幾乎同等打漿度的情況下，幾種紙漿濕重情況為麻漿大于木漿大于棉漿，保水值情況為棉漿大于木漿大于麻漿。

根據(jù)幾種纖維分析數(shù)據(jù)可知，麻漿的纖維長(zhǎng)，但潤(rùn)漲和保水能力較差；而衍生化棉短絨漿聚合度更低，分子鏈更短，顯示出了更強(qiáng)的纖維潤(rùn)張能力，具備更強(qiáng)的保水性能。

2.3.2 木漿/衍生化棉短絨漿的打漿性能分析

木漿/衍生化棉短絨漿外纖磨漿工藝條件及結(jié)果如表4 所示。

表4 木漿/衍生化棉短絨漿外纖磨漿工藝條件及結(jié)果

從表4 可以看出，在同等打漿度的情況下，隨著外加纖維中棉短絨漿的比例增加，纖維的濕重不斷降低，而保水值不斷升高。根據(jù)前文對(duì)幾種纖維的數(shù)據(jù)的分析可知，木漿的纖維長(zhǎng)，但潤(rùn)漲和保水能力較差。各個(gè)配比均是隨打漿度的升高，其濕重降低，保水值提高，說(shuō)明纖維長(zhǎng)度變小，纖維潤(rùn)張能力增強(qiáng)。尤其是經(jīng)過(guò)處理后的棉短絨漿比例不斷增加，其聚合度更低，分子鏈更短，顯示出了更強(qiáng)的纖維潤(rùn)張能力。

2.4 同等煙漿情況下配抄煙草基片物理性能

對(duì)在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為18%下磨漿獲得打漿度為240SR的煙漿，與同等煙漿情況下（51±2）0SR 的木漿/衍生化棉漿進(jìn)行混配形成的外加纖維，進(jìn)行配抄煙草基片并測(cè)定它們的物理性能，測(cè)定結(jié)果如表5 所示。其中，木漿/衍生化棉漿的配比分別為100∶0、30∶70、40∶60、50∶50 及70∶30。從表5 可以看出，隨著外加纖維中衍生化棉短絨比例的增加，煙草基片的抗張強(qiáng)度明顯增加，說(shuō)明經(jīng)過(guò)衍生化處理的棉短絨漿外加纖維具有較好的基片增強(qiáng)效果。從抄造的煙草基片強(qiáng)度來(lái)看，使用棉短絨衍生物作為外加纖維，可以有效地保證煙草薄片片基強(qiáng)度，并且在一定范圍內(nèi)，采用較低質(zhì)量分?jǐn)?shù)的棉短絨外加纖維可以起到較好的強(qiáng)度效果，有助于降低煙草薄片中外加纖維成分的作用。尤其是當(dāng)衍生化棉短絨漿的比例超過(guò)50%后，抄造煙草基片的強(qiáng)度與松厚度變化較為明顯。

表5 同等煙漿與不同配比外加纖維配抄煙草基片的物理性能

3 結(jié)論

棉短絨漿衍生化處理后，將它與木漿、麻漿進(jìn)行打漿性質(zhì)對(duì)比，并且部分替代木漿外加纖維制備煙草薄片，具備如下優(yōu)點(diǎn)：①同等打漿度情況下，紙漿濕重為麻漿大于木漿大于棉漿，保水值為棉漿大于木漿大于麻漿；②用衍生化棉短絨漿部分替代木漿，導(dǎo)致外加纖維數(shù)均、重均長(zhǎng)度有所降低，外加纖維組分中纖維素分子短鏈比增加，顯示出更好的吸水性能；③用衍生化棉短絨漿部分替代木漿，煙草基片的松厚度明顯降低，纖維分子間的結(jié)合能力較好，煙草基片的抗張強(qiáng)度有所增加；④用適當(dāng)比例（如50%及以上）的棉衍生化棉短絨漿部分替代木漿外纖，具有增強(qiáng)紙張的吸水性及抗張強(qiáng)度升高的綜合優(yōu)點(diǎn)，并且打漿難度降低。