楮皮紙復(fù)配分散劑體系構(gòu)建及對(duì)紙張性能的影響

摘要： 本研究分析了不同種類的合成/改性高分子材料（聚環(huán)氧乙烯、陰離子型聚丙烯酰胺、羥丙基瓜爾膠、黃蜀葵膠） 及其復(fù)配分散劑體系的黏度、相對(duì)分子質(zhì)量分布，探討了上述各分散劑對(duì)楮皮纖維的分散效果（濾水性能、紙張勻度） 及紙張性能（物理性能、潤(rùn)墨性能） 的影響。結(jié)果表明，聚環(huán)氧乙烯∶羥丙基瓜爾膠∶黃蜀葵膠以1∶1∶1質(zhì)量比復(fù)配的D1分散劑效果最優(yōu)。該分散劑放置48 h后黏度仍保持為387 mPa·s，相對(duì)分子質(zhì)量分布變化不明顯，因此仍能保持良好的紙漿分散性能；未打漿處理的楮皮纖維中D1添加量為12%時(shí)，紙張的勻度指數(shù)為137，紙張的抗張指數(shù)相比未添加分散劑的紙張?zhí)岣?. 8%、撕裂指數(shù)提高6. 2%、耐折度從51次增加到287次，紙張中墨跡圓形度為0. 72，灰度值偏差為14. 4，墨跡內(nèi)部墨色均勻。

關(guān)鍵詞：楮皮紙；分散劑；紙張性能

中圖分類號(hào)：TS727+. 2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10. 11980/j. issn. 0254-508X. 2025. 03. 013

楮樹（學(xué)名構(gòu)樹），?？茖伲且环N優(yōu)質(zhì)的造紙?jiān)?，傳統(tǒng)手工楮皮紙主要集中在云南、甘肅、四川和貴州等地區(qū)。云南白族的白棉紙、廣西貢川紗紙均是以楮皮纖維為原料的楮皮紙[1]。楮皮纖維以其細(xì)小的細(xì)胞腔、較長(zhǎng)的纖維長(zhǎng)度及顯著的長(zhǎng)寬比特性，賦予了所制紙張表面光滑度高、質(zhì)地輕薄且堅(jiān)韌、物理及潤(rùn)墨性能卓越的特性，因而常被精選為書畫紙及古籍修復(fù)用紙[2]。

相較于針葉木纖維與竹纖維，楮皮纖維較長(zhǎng)的纖維長(zhǎng)度增加了其在抄紙工藝中的分散難度[3]。在古法造紙中，常使用從植物中提取得到的天然分散劑調(diào)節(jié)紙漿的濾水性能，提升紙張勻度?？捎糜谔崛√烊环稚┑某Ｒ?jiàn)植物原料有黃蜀葵的根部、楊桃藤的莖部等，但是這些植物資源易受季節(jié)限制，存在不耐熱、不易保存、性質(zhì)不穩(wěn)定等缺點(diǎn)，需要現(xiàn)配現(xiàn)用[4]。不同于天然分散劑，合成分散劑的性質(zhì)較為穩(wěn)定，合成分散劑聚環(huán)氧乙烯（PEO） 和陰離子型聚丙烯酰胺（APAM） 常用于機(jī)制紙與特種紙中[5]，這些合成分散劑能夠防止纖維絮凝，與天然分散劑有類似的懸浮效果，當(dāng)二者混用時(shí)，還能夠提高紙張的物理性能，節(jié)約成本[6]。Sadanori等[7]對(duì)比了PEO和黃蜀葵中提取的天然分散劑對(duì)植物纖維和合成纖維分散能力的差異，結(jié)果表明，PEO對(duì)合成纖維的分散效果更好，而天然分散劑對(duì)植物纖維的分散效果更好。瓜爾膠表面豐富的羥基基團(tuán)，能夠調(diào)節(jié)體系的電荷狀態(tài)，可作為有機(jī)體系的分散劑[8]。同時(shí)瓜爾膠的成膜特性還能夠改善紙張的書寫性能。然而，關(guān)于合成分散劑對(duì)手工紙及其與植物膠復(fù)配效果的研究尚顯不足。

本研究以楮皮纖維為原料，將PEO、APAM、黃蜀葵膠、羥丙基瓜爾膠幾種助劑進(jìn)行復(fù)配，對(duì)比單一分散劑與復(fù)配分散劑的穩(wěn)定性，進(jìn)一步對(duì)比分析分散劑對(duì)紙漿濾水性能、紙張分散效果和潤(rùn)墨性的影響。

1 實(shí)驗(yàn)

1. 1 實(shí)驗(yàn)原料

構(gòu)皮原料產(chǎn)自安徽省涇縣，經(jīng)實(shí)驗(yàn)室常壓蒸煮、洗漿、篩漿（篩縫0.15 mm） 后得到楮皮纖維原料。聚環(huán)氧乙烯（PEO），購(gòu)自山東優(yōu)索化工科技有限公司，陰離子型聚丙烯酰胺（APAM） 購(gòu)自盛福萊環(huán)保科技有限公司，改性羥丙基瓜爾膠購(gòu)自南通昕源生物科技有限公司，黃蜀葵膠購(gòu)自深圳盛海生物工程有限公司，墨水購(gòu)自一得閣墨業(yè)有限責(zé)任公司。

1. 2 實(shí)驗(yàn)儀器

電動(dòng)攪拌器（EUROSTAR 200 digital，德國(guó)IEK），色彩掃描儀（perfection V19Ⅱ，日本 Epson），纖維分析儀（MorfiCompact，法國(guó)Techpap），轉(zhuǎn)子黏度計(jì)（NDJ-5S，力辰科技），凝膠色譜儀（Agilent 1260，美國(guó)Agilent Technologies），納米粒度及Zeta電位分析儀（MS3000，英國(guó)Malvern Panalytical），動(dòng)態(tài)濾水分析儀（MütekTM DFR-05， 瑞典BTG）， 塵埃勻度儀（2D-F SENSOR， 法國(guó)Techpap）， 表面張力儀（DCAT21，德國(guó)Dataphysics）。

1. 3 實(shí)驗(yàn)方法

1. 3. 1 分散劑溶解與復(fù)配

稱取一定量的分散劑固體粉末， 溶解在盛有1 000 mL熱水的燒杯中，使得分散劑整體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%，在添加的過(guò)程中使用電動(dòng)攪拌器攪拌。分散劑的復(fù)配方案與實(shí)驗(yàn)編號(hào)如表1所示。

1. 3. 2 抄紙實(shí)驗(yàn)

按照紙張定量為40 g/m2稱取適量濕漿放入疏解桶中，量取一定量分散劑，一半加入疏解桶中，疏解12 000轉(zhuǎn)；另一半在疏解后加入漿料中攪拌均勻，添加適量的水，使得抄紙時(shí)漿濃為0.05%。

1. 3. 3 滴墨實(shí)驗(yàn)

將制備的紙張裁成2 cm×2 cm的紙片，利用表面張力儀在紙張上滴加0.6 μL墨水，所得的紙張晾干后使用色彩掃描儀（專業(yè)模式，掃描分辨率為1 200dpi） 掃描成圖片，掃描面積為1.5 cm×1.5 cm。將圖片導(dǎo)入MATLAB 軟件中，使用MATLAB 軟件分析墨跡的灰度變化、計(jì)算墨跡的面積與周長(zhǎng)，計(jì)算墨跡的圓形度[9]，見(jiàn)式（1）。

1. 4 測(cè)試與表征

1. 4. 1 纖維形態(tài)表征

采用纖維分析儀測(cè)試楮皮原料的纖維長(zhǎng)度、寬度、細(xì)小纖維含量，樣本達(dá)10 000根纖維時(shí)，系統(tǒng)停止統(tǒng)計(jì)并進(jìn)行相關(guān)計(jì)算。

1. 4. 2 黏度測(cè)試

溶解好的分散劑裝入聚丙烯塑料廣口瓶中，將廣口瓶置于水浴鍋中恒溫保存，溫度設(shè)置為25 ℃。分別在配制后3、6、9、12、24、48 h時(shí)，使用轉(zhuǎn)子黏度計(jì)測(cè)試分散劑的黏度。旋轉(zhuǎn)法測(cè)試黏度是在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，使得液體受到剪切作用力，通過(guò)測(cè)量液體在轉(zhuǎn)子上的黏性扭矩和轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，計(jì)算得出的黏度。

1. 4. 3 相對(duì)分子質(zhì)量分布測(cè)試

采用凝膠色譜儀測(cè)定分散劑的相對(duì)分子質(zhì)量分布，采用純水作為流動(dòng)相，流速為0.6 mL/min。

1. 4. 4 Zeta電位測(cè)試

采用納米粒度及Zeta 電位分析儀測(cè)試分散劑的Zeta電位。

1. 4. 5 濾水性能測(cè)試

采用動(dòng)態(tài)濾水分析儀測(cè)試紙漿的濾水時(shí)間。測(cè)試時(shí)漿濃為0.2%，在紙漿中分別添加相當(dāng)于紙漿絕干質(zhì)量1%、2%、5%、10% 的分散劑，使用攪拌器攪拌均勻后加入到動(dòng)態(tài)濾水儀中，記錄過(guò)濾800 g水所需要的時(shí)間。

1. 4. 6 勻度測(cè)試

采用塵埃勻度儀測(cè)試紙張的勻度，紙張勻度指數(shù)越低表示紙張勻度越好。

1. 4. 7 紙張物理性能測(cè)試

將紙張置于恒溫恒濕實(shí)驗(yàn)室（23 ℃，相對(duì)濕度50%） 中平衡24 h以上，進(jìn)行各項(xiàng)物理性能檢測(cè)。抗張強(qiáng)度、耐折度、撕裂度分別按照GB/T 12914—2018、GB/T 457—2008、GB/T 455—2002進(jìn)行測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

2. 1 楮皮纖維形態(tài)分析

本研究使用的楮皮纖維的纖維長(zhǎng)度3.26 mm，寬度21.7 μm， 扭結(jié)纖維占比41.3%， 彎曲纖維占比14.7%，細(xì)小纖維含量為26.0%。楮皮纖維的長(zhǎng)度與木材纖維（2.82 mm）、竹纖維（2 mm）、麥草纖維（0.97 mm） 的長(zhǎng)度相比[10-11]更長(zhǎng)，因此抄紙工藝中也更難分散均勻。楮皮纖維未經(jīng)過(guò)打漿處理，因此原料中細(xì)小纖維占比較少。

2. 2 分散劑性質(zhì)分析

2. 2. 1 存放時(shí)間對(duì)分散劑黏度的影響

造紙用的高分子分散劑能夠顯著增大體系的黏度，通過(guò)分子包裹纖維表面產(chǎn)生空間位阻作用，有效減少纖維的纏結(jié)絮聚[12]，因此當(dāng)黏度降低時(shí)，分散效果也會(huì)顯著下降。不同分散劑黏度隨放置時(shí)間的變化規(guī)律如圖1所示。由圖1可知，分散劑的黏度會(huì)隨著放置時(shí)間的推進(jìn)而降低。B2 起始黏度為750 mPa·s，放置48 h后黏度降為110 mPa·s，隨著放置時(shí)間推進(jìn)黏度會(huì)顯著下降，因此建議即用即配以避免性能損失。B1的起始黏度為671 mPa·s，放置48 h后黏度降為400 mPa·s，雖然B1的黏度也會(huì)下降，但在放置2天后，也會(huì)保持一個(gè)較高的水平。B3和B4的黏度下降不明顯，幾乎沒(méi)有變化。B1和B2的黏度下降可能是由于PEO 和APAM 在溶解之后發(fā)生水解，相對(duì)分子質(zhì)量減小所導(dǎo)致的。

含有PEO的復(fù)配型分散劑（C1、C2、D1） 的黏度值介于各單一分散劑的黏度之間，隨放置時(shí)間的推進(jìn)呈下降趨勢(shì)，這可能是由于PEO本身的高黏度特性在儲(chǔ)存過(guò)程中仍能提供一定黏度支撐，其中分散劑D1起始黏度為497 mPa·S，放置48 h后黏度仍保持為387 mPa·S。羥丙基瓜爾膠和APAM復(fù)配形成的分散劑（C3） 黏度比B3更大，這是由于羥丙基瓜爾膠分子鏈上的羥基與親水膠體氫鍵結(jié)合，以及與陰離子結(jié)合絮聚導(dǎo)致的增稠現(xiàn)象[13-14]。類似地，APAM、羥丙基瓜爾膠、黃蜀葵膠3種助劑復(fù)配形成的分散劑（D2），其黏度均高于其中任意單一分散劑的黏度。隨著放置時(shí)間的增加，APAM與瓜爾膠分子間的作用力增強(qiáng)，形成了類似梯形結(jié)構(gòu)的互穿網(wǎng)絡(luò)[15]，因此，D2體系能夠較好地保持高黏度狀態(tài)，從而減緩復(fù)配體系黏度下降的速度。

2. 2. 2 放置時(shí)間對(duì)分散劑相對(duì)分子質(zhì)量分布的影響

PEO與APAM為線性高分子分散劑，其相對(duì)分子質(zhì)量的大小會(huì)對(duì)體系的黏度產(chǎn)生影響[16]，相對(duì)分子質(zhì)量大小與黏度呈正相關(guān)。凝膠色譜儀可以通過(guò)分子的保留時(shí)間來(lái)分析樣品的相對(duì)分子質(zhì)量大小，相對(duì)分子質(zhì)量越大的分子保留時(shí)間越短，反之亦然。分散劑在放置3和24 h后的相對(duì)分子質(zhì)量分布圖如圖2所示。由圖2（a）可知，B1和B2在放置24 h后，出峰時(shí)間明顯更晚，其中B2尤為明顯，表明其相對(duì)分子質(zhì)量均發(fā)生一定程度的下降；相反，B3和B4放置24 h后出峰時(shí)間沒(méi)有明顯變化，表明其相對(duì)分子質(zhì)量沒(méi)有顯著下降。該實(shí)驗(yàn)結(jié)果與黏度實(shí)驗(yàn)的變化趨勢(shì)一致。由圖2（b）可知，C4在放置24 h后，出峰時(shí)間明顯更晚，而C1、C2、C3在放置24 h后出峰時(shí)間基本保持不變，這表明C4的相對(duì)分子質(zhì)量下降，C1、C2、C3的相對(duì)分子質(zhì)量基本保持不變。由圖2（c）可知，D1 和D2 在放置24 h后，出峰時(shí)間基本沒(méi)有變化，相對(duì)分子質(zhì)量保持穩(wěn)定，與C4相比較，添加了羥丙基瓜爾膠后的分散劑的相對(duì)分子質(zhì)量更加穩(wěn)定，這可能是因?yàn)榱u丙基瓜爾膠分子鏈上的羥基與其他分子氫鍵結(jié)合，提高了分散劑整體的穩(wěn)定性，因此在放置一段時(shí)間之后，D2的黏度仍會(huì)比C4高。

2. 2. 3 不同分散劑的Zeta電位

Zeta電位絕對(duì)值的大小是表征帶電荷體系穩(wěn)定性的一項(xiàng)重要指標(biāo)，絕對(duì)值越大，體系顆粒穩(wěn)定性越好[17]。植物纖維表面帶負(fù)電荷，當(dāng)分散劑表面與紙漿表面帶有同種電荷時(shí)，可以通過(guò)靜電斥力減少纖維的絮聚，提高紙張的勻度。Zeta電位測(cè)試結(jié)果如表2所示。由表2可知，B1、B2、B3、B4的Zeta電位分別為?4.66、?19.18、?36.04 和?59.63 mV，PEO （B1） 作為合成高分子的非離子型的分散劑，其Zeta電位絕對(duì)值最小。APAM為陰離子型高分子分散劑，表面帶有負(fù)電荷，因此APAM的Zeta電位絕對(duì)值比PEO大。羥丙基瓜爾膠和黃蜀葵膠的分子結(jié)構(gòu)富含羧基，導(dǎo)致Zeta電位絕對(duì)值較大，在體系中比較穩(wěn)定。

復(fù)配型的分散劑的Zeta電位絕對(duì)值介于單一分散劑之間。含有PEO的復(fù)配型分散劑（C1、C2、D1） 的Zeta電位絕對(duì)值比含有APAM 的復(fù)配型分散劑（C3、C4、D2） 的Zeta電位絕對(duì)值更小，這可能是因?yàn)閺?fù)配后樣品表面電荷會(huì)重新分布，PEO作為非離子型分散劑，表面幾乎沒(méi)有電荷，電荷來(lái)自于植物膠；而APAM為陰離子型分散劑，表面本身帶負(fù)電荷，因此含有PEO的復(fù)配型分散劑表面負(fù)電荷更少，Zeta電位絕對(duì)值更小。在后續(xù)抄紙的過(guò)程中添加復(fù)配型分散劑，高分子型分散劑可以通過(guò)空間位阻作用（增黏作用） 對(duì)纖維進(jìn)行分散，其中植物膠與纖維表面帶有同種電荷，還可通過(guò)靜電斥力進(jìn)一步增強(qiáng)對(duì)纖維的分散作用。

2. 3 分散劑對(duì)紙漿濾水性能的影響

在人工撈紙制備紙張時(shí)，需適度控制紙漿的脫水速率，以便在蕩簾過(guò)程中使纖維均勻鋪展于簾面，但過(guò)長(zhǎng)的脫水時(shí)間則會(huì)影響生產(chǎn)效率。分散劑種類與添加量對(duì)紙漿的濾水時(shí)間的影響如圖3所示。在未添加分散劑（A1） 時(shí)，紙漿的濾水時(shí)間為21 s。添加單一分散劑（B1、B2、B3、B4） 之后，低添加量（1% 和2%） 的紙漿濾水時(shí)間lt;21 s，繼續(xù)增加分散劑的添加量，濾水時(shí)間延長(zhǎng)，高于未添加分散劑的紙漿，阻礙了紙漿濾水。在添加二元復(fù)配型分散劑（C1、C2、C3、C4） 之后，紙漿濾水時(shí)間與單一分散劑具有相同的趨勢(shì)，但在二元復(fù)配型分散劑添加量為5% 和10% 時(shí)，紙漿濾水時(shí)間比添加單一分散劑的紙漿濾水時(shí)間更長(zhǎng)，這可能是因?yàn)榱u丙基瓜爾膠與黃蜀葵膠在低添加量時(shí)能夠起到促進(jìn)濾水的作用，而在較高的添加量時(shí)，植物膠中甘露糖骨架上的半乳糖側(cè)鏈與周圍的水分子相互作用，分子間纏結(jié)，增加了體系中的黏度，從而增加了濾水時(shí)間。三元復(fù)配分散劑中（D1、D2），D1 在添加量為5% 和10% 時(shí)，對(duì)比其他復(fù)配分散劑，紙漿的濾水時(shí)間較短，在3 種組成成分的協(xié)同作用下，能夠控制濾水時(shí)間在40 s之內(nèi)。復(fù)配分散劑可用來(lái)調(diào)整紙漿的濾水時(shí)間。

2. 4 分散劑對(duì)紙張性能的影響

2. 4. 1 紙張勻度

紙張的均勻性主要受纖維分散狀態(tài)的影響，塵埃勻度儀可以處理光透射變化率與定量的關(guān)系，輸出結(jié)果以勻度指數(shù)表示[18]。在手工紙的制備中，分散劑的添加量大，黏度較高。分散劑的種類與添加量對(duì)紙張勻度的影響如圖4所示。由圖4可知，在未添加分散劑時(shí)，使用的楮皮纖維未經(jīng)過(guò)打漿處理，纖維長(zhǎng)度較長(zhǎng)，在制備過(guò)程中很難分散，紙張的均勻性較差，勻度指數(shù)為296。加入分散劑后，紙張勻度得到顯著改善，并存在最佳的添加比例。單一分散劑中B1的分散效果最好，B1的添加量從2%增加到6%時(shí)，紙張的勻度指數(shù)從247 下降到了144，勻度指數(shù)改善了41.7%，繼續(xù)增加B1添加量至12%，紙張的勻度指數(shù)變化不明顯，這可能是因?yàn)槔^續(xù)增加分散劑的添加量會(huì)增加紙漿的濾水時(shí)間，纖維在濾水過(guò)程中又重新發(fā)生了絮聚。羥丙基瓜爾膠和黃蜀葵膠對(duì)紙張勻度的改善作用不明顯，僅靠靜電作用不能夠滿足纖維分散的要求。在復(fù)配型分散劑中，三元復(fù)配的效果最好，D1和D2在添加量為12%時(shí)，紙張的勻度指數(shù)分別為137和145，這可能是因?yàn)楹铣煞稚┰隗w系中形成了大分子網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[19]，減少了纖維之間的接觸，同時(shí)加入植物膠后，能夠增加分散劑表面的電荷量，進(jìn)一步阻止纖維團(tuán)聚。對(duì)比天然分散劑楊桃藤汁（從楊桃藤中提取） 的分散效果，在添加量均為為12%的情況下，添加天然分散劑的紙張勻度指數(shù)為202，復(fù)配分散劑的分散效果明顯優(yōu)于天然分散劑，在手工紙的制備中可以使用復(fù)配分散劑代替天然分散劑實(shí)現(xiàn)對(duì)纖維的分散。

分散劑添加量為12%時(shí)，紙張的勻度圖像如圖5所示。由圖5（a）可知，未添加分散劑時(shí)，大量的纖維團(tuán)聚在一起，呈現(xiàn)出絮狀，纖維分布不均勻，這是因?yàn)殍だw維長(zhǎng)度較長(zhǎng)，在體系中易發(fā)生團(tuán)聚。圖5（b）～圖5（f）為添加分散劑B1、C1、C4、D1、D2 之后紙張的勻度圖。從圖5（b）～圖5（f）可以發(fā)現(xiàn)，添加分散劑后，團(tuán)聚在一起的纖維明顯減少，纖維分布較A1更均勻。但從圖5中還可以發(fā)現(xiàn)，添加分散劑的紙張纖維仍存在分布不均勻的情況，繼續(xù)增加分散劑的添加量至20%（圖5（g）和圖5（h）），D1在該添加量下，對(duì)纖維分散效果更好，纖維團(tuán)聚的現(xiàn)象減少。

2. 4. 2 紙張物理性能

選取分散效果較好的幾種分散劑，分別測(cè)試其在添加量為12%時(shí)紙張的物理性能（表3）。如表3所示，未添加分散劑時(shí)，紙張的抗張指數(shù)為27.3 N·m/g，撕裂指數(shù)為26.0 mN·m2/g，耐折度為51次。由2.1 可知，楮皮原料中的細(xì)小纖維含量較少，纖維長(zhǎng)度較長(zhǎng)，因此纖維與纖維之間的交互與搭接較弱，紙張的抗張指數(shù)與撕裂指數(shù)較小，纖維的長(zhǎng)寬比大，也會(huì)導(dǎo)致紙張耐折次數(shù)會(huì)增多，當(dāng)纖維之間具有更復(fù)雜的交錯(cuò)結(jié)構(gòu)時(shí)，也可提高紙張耐折次數(shù)，實(shí)驗(yàn)中使用的纖維未經(jīng)打漿處理，因此紙張耐折測(cè)試次數(shù)較少。

添加分散劑后，紙張的物理性能均有提升，這是因?yàn)槔w維分布更加均勻。受力時(shí)，紙張的應(yīng)力分布更加均勻，從而提升了紙張的物理性能。D1紙張的抗張指數(shù)相比A1提高4.8%，撕裂指數(shù)提高6.2%，D1紙張的耐折度為287次。復(fù)配型的分散劑添加后紙張物理性能增強(qiáng)效果更明顯，這是因?yàn)橹参锬z與聚丙烯酰胺類物質(zhì)通常作為紙張的干強(qiáng)劑[20]，因此當(dāng)加入APAM與植物膠后，均可明顯提升紙張的物理性能[21]。其中D2分散體系下的紙張抗張指數(shù)為31.7 N·m/g，撕裂指數(shù)為30.8 mN·m2/g，耐折度為352次。紙張初始的物理強(qiáng)度會(huì)對(duì)紙張的耐用性產(chǎn)生較大影響[22]，復(fù)配分散劑能夠顯著提高紙張初始的物理強(qiáng)度，從而對(duì)紙張的耐老化性能產(chǎn)生有利的影響。

2. 5 分散劑對(duì)紙張潤(rùn)墨性的影響

紙張表面的粗糙度、厚度方向的孔隙結(jié)構(gòu)和纖維分布均會(huì)影響墨跡的擴(kuò)散速率[23]。當(dāng)墨滴以相同的速度向外擴(kuò)散時(shí)，墨跡的形狀會(huì)接近于圓形，因此可以用圓形度來(lái)評(píng)價(jià)紙張的潤(rùn)墨情況[24]，圓形度越接近于1，墨水各向擴(kuò)散速度越均勻。不同分散劑對(duì)墨跡圓形度的影響如圖6 所示。由圖6 可知，未添加分散劑（A1） 與添加分散劑的紙張墨跡的圓形度測(cè)試結(jié)果相近，這可能是因?yàn)槭褂玫姆稚┚哂休^好的親水性能，分散劑本身對(duì)墨水?dāng)U散的影響較小。其中添加D1 紙張的圓形度為0.72，墨水各向擴(kuò)散速度最均勻，這是因?yàn)榱u丙基瓜爾膠能夠在表面形成一個(gè)較為光滑的膜，墨水在表面擴(kuò)散速度均一，同時(shí)紙張比較均勻，在紙張內(nèi)部擴(kuò)散速度也比較接近。

圖7為墨滴在紙張上擴(kuò)散形狀。由圖7可知，墨滴在紙張上的面積均較大，表明紙張的吸墨能力強(qiáng)，紙張不存在變形，但是墨跡的邊緣仍存在牙缺現(xiàn)象，添加D1的紙張牙缺現(xiàn)象最不明顯，這與其均勻性最好的結(jié)論相一致。灰度可以用來(lái)描述墨跡顏色的深淺，灰度的標(biāo)準(zhǔn)差越小墨跡的顏色越均勻。墨跡的灰度分布圖如圖8 所示。由圖8 可知，未添加分散劑時(shí)，墨水的擴(kuò)散距離最長(zhǎng)，樣品墨跡內(nèi)部灰度漲幅波動(dòng)較大。添加分散劑后，墨滴灰度的均值均下降，墨跡的顏色更深。其中，添加D1 的紙張灰度均值為30.4，偏差為14.4，其灰度值的偏差最小，墨跡的顏色最均勻。這是因?yàn)榧垙埦鶆蛐栽胶?，纖維分布的均整性更好，墨水對(duì)纖維的附著更加均一，因此墨色會(huì)更均勻。

3 結(jié)論

本研究使用不同種類的合成/改性高分子質(zhì)量材料（聚環(huán)氧乙烯（PEO）、陰離子型聚丙烯酰胺（APAM）、羥丙基瓜爾膠、黃蜀葵膠） 及其復(fù)配分散劑對(duì)楮皮纖維進(jìn)行分散，探究了分散劑的黏度、分子質(zhì)量分布等性質(zhì)，并進(jìn)一步探究了分散劑對(duì)紙漿濾水性能、紙張的物理性能及紙張潤(rùn)墨性能的影響。

3. 1 PEO雖然對(duì)紙張的物理強(qiáng)度提升不明顯，但是其分子質(zhì)量、黏度相對(duì)穩(wěn)定，對(duì)紙張勻度的改善效果明顯，且對(duì)紙張的潤(rùn)墨性影響較小。

3. 2 測(cè)試各組別分散劑的黏度、相對(duì)分子質(zhì)量變化，羥丙基瓜爾膠可以與APAM中的氫鍵結(jié)合，增加分散劑體系的黏度，可以延緩黏度下降的速度。

3. 3 復(fù)配分散劑可實(shí)現(xiàn)楮皮纖維的均勻分散，其中D1 （PEO∶羥丙基瓜爾膠∶黃蜀葵膠質(zhì)量比=1∶1∶1）的分散效果最好。添加12% D1時(shí)，勻度指數(shù)可降至137，對(duì)未打漿的纖維也有比較好的分散效果；同時(shí)可提高紙張的物理性能，D1紙張的抗張指數(shù)相比未添加分散劑的紙張?zhí)岣?.8%， 撕裂指數(shù)提高6.2%，D1紙張耐折度為287次。

3. 4 在潤(rùn)墨性測(cè)試中，分散劑加入后紙張表面更均勻，殘留在紙張內(nèi)的分散劑可填補(bǔ)纖維之間的空隙，使得墨水在紙張內(nèi)部中各向的擴(kuò)散速度更加均勻。其中，添加D1的紙張中墨跡的圓形度最接近1、灰度圖內(nèi)部漲幅變化最小，灰度偏差為14.4。

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（責(zé)任編輯：宋佳翼）