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上海泛標紡織品檢測技術有限公司
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在GB／T8942—1988《紙柔軟度的測定法》中對柔軟度的定義為：在標準規(guī)定的條件下，將一定寬度和長度的試樣用一板狀測頭壓入狹縫中一定深度時，試樣本身抗彎曲力和試樣與縫隙處摩擦力的矢量和(力的單位以mN表示)。標準對其適用范圍作了如下規(guī)定：適用于各種皺紋衛(wèi)生紙及其派生產品和其他有柔軟性能要求的紙張，不適用于經過折疊、壓花后的餐巾、面巾紙以及具有較高挺度的紙張。試樣大小為lOOmm×lOOmm。
生活用紙中現行的行業(yè)標準QB3529—1999《紙巾紙》和QB2500—2000(皺紋衛(wèi)生紙》中對柔軟度的測定均按GB／T8942—1988進行，但目前由于市場發(fā)展的需要和其他原因，一些廠家生產的卷筒衛(wèi)生紙卷筒高度不夠lOOmm(即橫向高度不夠lOOmm，現在廣東省內以88—90mm居多)、還有少數的特殊包裝的紙巾紙橫向高度也不夠lOOmm，檢測柔軟度時就遇到了制備的樣品尺寸不符合標準的情況，對這一問題如何進行處理，值得商榷。以前一般以為把樣品制備成lOOmm(縱)×50ram(橫)大小，然后把檢測結果橫向取兩倍、縱向不變，用這種方法測得的結果是否符合事實呢?還有沒有別的更簡單準確的方法呢?對此，筆者采用了不同尺寸的樣品進行對比試驗，分析尺寸與結果的關系。
2試驗
2．1 試驗儀器
(1)FQ—KTD300可調距切紙刀。
(2)YQ—z一39柔軟度測定儀。
2．2 試驗過程
試驗采用國內廠家生產的衛(wèi)生紙、紙巾紙產品作為樣品，共3組21個樣品。樣品測定按標準進行，部分樣品采用單層測定，備有l(wèi)OOmm×lOOmm和lOOmm(縱)×89ram(橫)、lOOmm(縱)×50mm(橫)三種尺寸。其中1～8#為*組，每個樣品各備有l(wèi)OOmm×lOOmm和lOOmm(縱)×50ram(橫)兩份試樣，試驗結果見表1；9～13#為第二組，每個樣品各備有l(wèi)OOmm×lOOmm和lOOmm(縱)×89ram(橫)兩份試樣，試驗結果見表2；14～21#為第三組，每個樣品各備有l(wèi)OOmm×lOOmm和lOOmm(縱)×89mm(橫)、lOOmm(縱)×50ram(橫)三份試樣，試驗結果見表3—1、3—2；綜合分析見表4。
3結果分析
對上面表格的結果進行分析，可以發(fā)現在橫向測得的結果與試樣橫向高度近似成正比，E／D值與0．89(89mm／100mm)很接近，如表4中所有試驗樣品平均E／D為0．885，同樣的F／D值與0．5(50mm／100mm)也很接近，所有試驗樣品平均F／D為0．557；第三組的數值zui為接近，E／13為0．895、F／D為0．508，得到這樣的結果與理論是相一致的。因為在合成力的兩個分力一試樣本身抗彎曲力和試樣與狹縫的摩擦力中占主導的是抗彎曲力(在樣品柔軟度低的時候更為明顯，這種樣品表面比較平滑，摩擦力很小，由于試樣本身重量的減少而導致的摩擦力的減少，對合成力的影響也就小)，而橫向試驗時的抗彎曲長度就是橫向高度，是明顯的正比，而試樣與狹縫的摩擦力如果以橫向高度方向為軸，軸上的每點磨擦力理論上是一致的，所以摩擦力的大小決Paper Science&Technology 2002 V01．21 No．5定于軸長，軸長即橫向高度，在寬度同為100mm的情況下，其比值就是橫向高度之比。
而在縱向上抗彎曲長度不變，與狹縫的磨擦長度不變，但是寬度變小了。在這個方向上力的變化比較復雜，由于試樣本身重量的減少會導致磨擦力的減少，但是磨擦力的方向是隨著板狀測頭的運動而變化的，同時由于試樣本身重量的減少也會導致抗彎曲力的變小，但是影響的大小很難判斷。從測試結果來看，所有試驗品的平均B／A為0．943，C／A為0．843，證明了抗彎曲力在柔軟度中的主導性，但兩個數據并無量的對應關系。
4結 論
從試驗結果B／A=0．943、C／A=0．838、E／13=0．885、F／D=0．557分析，以縱向為X，橫向為y，則標準尺寸試樣柔軟度為0．5(x+Y)，而100mm×89mm大小試樣得到的結果為[x(B／A)+(E巾)y]／2=0．472x+0．443y，100mm×50mm大小試樣得到的修正結果為[x(C／A)+2(F／D)Y]／2=0．419x+0．557y。由于縱向柔軟度較橫向柔軟度大，從上述試驗數據可看出，一般縱向柔軟度在橫向柔軟度兩倍以上，若以X=2a，Y=a則有標準尺寸試樣柔軟度為1．，lOOmm×89mm大小試樣得到的結果為1．38，而100mm×50mm大小試樣得到的修正結果為1．39，相差7．00％，在縱向柔軟度較橫向柔軟度大很多時相差更大。筆者以為，以100mm×50mm大小試樣測試得到的修正結果與實際結果相的紙剛性大，尺寸小的試樣試驗時容易呈V型，兩邊翹起，影響測量結果；而采用100mm×89mm(實際操作時應為100mm×產品高度，由于各產品的橫向高度不同，需分別測量)測試不但可以節(jié)省試樣制備的時間，而且可以避免試驗時的V型翹起，結果進行修正后與實際結果非常接近，可取修正式如下：X=X7／0．95x一縱向柔軟度，X’一實測縱向柔軟度y=100y7／ay一橫向柔軟度，y’一實測橫向柔軟度，a一試樣橫向高度mm。
我國衛(wèi)生紙的消費量正在逐漸增加 , 消費者對其質量的要求也越來越高 , 其中柔軟度是個非常重要的指標 。
對衛(wèi)生紙柔軟度的改善可以在整個生產過程中進行控制,包括漿料制備 、濕部調控、控制起皺和加入柔軟劑等。
1 漿料制備
1 .1 適當的漿料組成
適當的長短纖維配比是抄造柔軟衛(wèi)生紙的前提,長纖維漿賦予衛(wèi)生紙足夠的強度, 短纖維漿則對手感尤其是柔軟度影響較大 , 要抄出強度和柔軟度均佳的衛(wèi)生紙,長 、短纖維配比要合理, 根據目前幾個生產廠家的經驗, 長纖維一般采用進口或國產的漂白針葉木漿,短纖維采用進口或國產的漂白闊葉木漿, 長、短纖維配比為 3 ∶7 或 4 ∶6 較合理, 這種配比的漿料抄出的衛(wèi)生紙柔韌舒適[ 1 , 2] 。
適當的紙漿配漿可以改善柔軟性, 少量增加闊葉木漿的含量可改善某些手感因素。闊葉木短纖維可提供較低的抗張強度 ,因此可改善衛(wèi)生紙的懸垂性。但闊葉木短纖維若在紙頁表面 ,它們在表面上的結合力較差, 便會有少許紡織品的手感。采用所謂易打漿的紙漿也很重要, 因為這樣可避免纖維過度降解以及不良成形和細小纖維的產生。從化學的角度上說 ,在碎漿機中也可對配漿進行改性[ 3] 。
含有較多的細小雜細胞和半纖維素的纖維 ,對皺紋原紙性能影響很大, 在打漿時, 紙漿水化作用較強,纖維結合力大, 且有細小雜細胞的作用 ,使得紙頁緊度大,因此, 降低了紙質的柔軟度 。并且白度低的紙漿，含有木素較多, 制成的原紙既硬且有脆性,其物理強度亦低 。所以要想改進紙張的柔軟性 ,必須純化纖維 ,除去其中的雜細胞。
對于含有半纖維素多的紙漿, 纖維顯得比較剛硬。因為半纖維素是天然的增強劑 ,會促進纖維的結合 ,使成紙的緊度大, 手感粗硬 ,所以半纖維素的含量要盡量少一些。
1 .2 提高打漿質量
短纖維紙漿 ,不要過分磨漿。在抄造皺紋原紙時,為獲得其必要的加工性能 ,必須在打漿過程中盡量避免纖維切短和過分水化 , 因此對這種漿在一般打漿機中zui合理的操作方法是采用“輕刀細磨” , 即打漿方式以疏解為主 ,再輔以輕刀切斷。短纖維在減少磨漿的情況下,可以通過加入干強劑(DSA)保持強度 。大量的實驗室試驗數據一致表明 ,采用此方法可在強度保持不變的同時使紙頁的挺度明顯下降, 因此提高了柔軟度 ,干強劑產生的表面固結作用也可提高表面手感。長纖維必須磨漿 。所以為了優(yōu)化紙頁性能 ,長短纖維一般分開磨漿。
對于漂白麥草漿 ,打漿對柔軟度的影響不大, 而且造成電耗比較高 ,強度下降 。實際操作中采取不打漿直接抄造的方式生產[ 5] 。
1 .3 控制原紙定量在較低范圍內
衛(wèi)生紙的柔軟度與原紙的定量影響更為突出 。實踐表明,其紙張定量愈低 ,紙的厚度小, 紙質亦愈柔軟。其原因可由下面力學分析來解釋。在緊度相同的情況下,定量大意味著在紙平面垂直方向的纖維加厚, 纖維在該方向上受力彎曲時抵抗外力作用的纖維數量增加,表現出較大的抗彎曲力, 同時彎曲半徑明顯增大,呈現出較大的挺度 ,因而柔軟度差。在預計定量一定時,以較低的原紙定量配以較大的速比所成的紙頁 ,其起皺前纖維層較薄, 且起皺后疊成的層間間隙較大 ,因而柔軟度有所改善。
2 濕部控制
2 .1 濕強劑的應用
濕強劑加入要適量。濕強劑的加入會造成紙的白度降低,皺紋細膩程度下降, 柔軟度下降 , 但是為了增加濕強度不得不加入濕強劑 ,所以要根據實際需要加入合適的濕強劑 。
2 .2 分散劑的使用
由于抄造低定量衛(wèi)生紙的上網濃度很低, 漿料在輸送上網及脫水成型的過程中容易發(fā)生勻度不良的情況,影響紙的柔軟度和外觀,所以需要使用分散劑。分散劑有天然植物黏液如刺槐、殼聚糖,也有人工合成的如聚丙烯酰胺和聚氧化乙烯(PEO),通過加入一定黏度的溶液使纖維間互相纏繞的趨勢受阻,從而分散纖維,抄造勻度優(yōu)良的紙頁。分散劑在低添加量下能促進造紙纖維的良好分散和的紙張成形效果,增加柔軟度。
2 .3 膨化劑的加入
膨化劑能夠提高衛(wèi)生紙的發(fā)泡程度 , 對紙張的柔軟度有一定的改善 。對于雜細胞、半纖維素含量大的紙漿 ,其漿料比較黏 ,容易粘缸, 膨化劑同時起到脫缸作用 ,有利于抄造。加入膨化劑后的衛(wèi)生紙手觸光滑、飽滿 ,給人以柔軟感 。
2 .4 膠粘劑的使用
向漿料中加入膠粘劑主要是為了控制紙頁與烘缸的粘附力 。紙頁與烘缸粘附力小 ,皺紋粗 ,柔軟度差;紙頁與烘缸粘附力大 ,皺紋細 ,柔軟度好 。提高紙頁與烘缸粘附力zui簡單的辦法是控制水分, 即降低紙頁的水分含量 ———3 %或更小 ,但單純控制起皺前的水分較困難 ,一般采取向紙料或白水中加膠粘劑的方法, 可取得較好效果?？梢允褂醚趸矸? 氧化淀粉和原淀粉相比黏度較小, 用量范圍比較大,便于操作。
3 控制起皺
3 .1 合理使用造紙網毯
假如原紙表面粗糙, 網痕深 ,毛布紋重, 在加工過程中會產生皺紋不良 ,甚至由于紙面粗糙,經刮刀起皺后,產生不規(guī)則的皺折,影響皺紋外觀質量和手感 。因此對于網毯,有以下幾點需要注意 :使用細目(80 目)銅網 , 襯網也隨之改細, 一方面保護面網和防止網孔變形 ,保持網的濾水性, 另一方面更主要的是網痕較輕 ,白水流失少 ,紙內保留較多的細小纖維,使紙頁柔軟 。
很好地控制托輥的壓力, 盡量輕壓 ,不僅能改善原紙表面細膩程度 ,而且能提高紙的柔軟度。
3 .2 軟壓輥和靴形壓榨
靴形壓榨的壓區(qū)比普通壓榨的壓區(qū)要長的多, 而且在壓區(qū)長度上的壓力分布曲線還可以通過靴的形狀加以調整 。在線壓力固定的條件下, 靴形壓榨壓區(qū)越長,壓區(qū)zui大壓力就越低 ,降低對紙頁的壓力會使紙頁的松厚度和柔軟度提高。軟壓輥同樣可以降低壓力。并且軟壓輥和靴形壓榨這些機械手段還有助于獲得均勻的紙頁粘附性和高密度的微小皺紋[ 6 , 7]。還有 TissueFlex靴形壓榨技術將靴形壓榨裝置直接靠在楊克式烘缸上 ,使改善松厚度和柔軟度與較高的壓榨干度得到的結合 。
3 .3 控制起皺速比
起皺速比的控制也很重要。速比過大,皺紋細密不易剝缸易發(fā)生塞紙,從而提高刮刀對缸面的線壓力造成刮刀與烘缸的磨損;速比過小,皺紋粗大甚至不起皺。另外起皺率是決定紙頁松厚度和伸長率的重要因素。為了使起皺率達到*值, 化學涂料必須具有可控制和可預測的粘缸性和脫缸性,這是很重要的。并且涂料要非常柔軟,具有高粘附力,這樣才能獲得柔軟的衛(wèi)生紙。
3 .4 揚克式烘缸控制技術/空氣穿透干燥技術(TAD)
3 .4 .1 揚克式烘缸控制技術
為了使衛(wèi)生紙具有*的柔軟度, 衛(wèi)生紙生產商在揚克式烘缸上采用了一套行之有效的方法[ 8] :紙幅要想獲得柔軟度 ,就意味著在撞擊刮刀刀刃時,增加爆裂, 減少彎曲, 即增加微皺, 減少粗大的起皺。在衛(wèi)生紙的生產中 , 紙幅與揚克烘缸在結合強度和粘貼緊密性之間需要一個平衡點, 以獲得紙幅的*特性[ 9] 。采用先進的刮刀起皺技術, 并且降低刮刀的接觸角度,使起皺刮刀的斜角鋒利 ,即達到 20°。斜角刮刀將產生較細密的皺紋 ,它使紙頁具有較好的手感表面柔軟度。
在揚克式烘缸表面噴鍍金屬材料的發(fā)展趨勢和新型起皺刮刀(特別是陶瓷刮刀)已經確切無疑地被*可明顯提高柔軟度[ 3] 。
采用高溫熱風罩及小心地控制紙卷的張力就能提高衛(wèi)生紙機的生產能力 。還可以保持較高的干燥能力、較高的產量 、較高的松厚度、更好的紙頁橫向水分分布[ 10 , 11] 。
3 .4 .2 空氣穿透干燥技術(TAD)
選用 TAD 可降低成本和提高質量 。 TAD 產品在相同的定量下具有更高的松厚度和吸水性 ,進而可以節(jié)約纖維用量和降低成本[ 12] 。如這種工藝令衛(wèi)生紙和餐巾紙摸起來更柔軟 ,用起來有一種絨毛的感覺,而且比傳統的楊克式烘缸生產的衛(wèi)生紙和餐巾紙有更好的強度 。
3 .4 .3 揚克式烘缸和熱風穿透干燥技術(TAD)結合使用
紙頁首先使用熱風穿透干燥技術(TAD)對紙頁進行干燥, 再將紙頁從吸移輥帶到揚克式烘缸 。從吸移輥帶到揚克式烘缸的毛布比干毯具有更好的成形性,毛布通常是用模板生產出來的 ,以便把毛布上的圖案印在紙頁上。在到達轉鼓之前真空把紙頁吸在毛布上,這令紙頁能印上毛布表面的圖案并且改善紙頁的結構 ,從而賦予紙頁更好的松厚度 、吸收性和柔軟度。因為紙頁壓在烘缸表面上的壓力遠低于傳統的干燥部,由強制通過的熱空氣產生的松厚結構可以一直保持在紙頁中[ 13 , 14] 。
3 .5 后起皺和后加工(壓光)
紙頁離開刮刀之時是提高柔軟度進程中zui后一步的開始。對各種面巾紙來說, 在紙頁被卷取之前, 紙頁的松厚度和表面柔軟度要受到紙頁壓光工藝的控制。在這種情況下, 通過使用 具有高粘附力的新型柔軟薄膜,可能使離開刮刀的紙頁具有過高的松厚度 。這樣,離開刮刀的紙頁就具有高柔軟度, 良好的抗斷頭性和高于標準的松厚度 。然后再用壓光機加以控制 ,zui后借助于其他方法可同時獲得所要求的厚度和柔軟度[ 3] 。
壓光是在較低的額外成本下有效地改進產品柔軟度的方法之一。壓光 ,尤其是鋼對鋼輥的壓光 ,使得衛(wèi)生紙產品獲得額外的表面平滑度, 從而改善了總的柔軟度 。柔軟度隨著壓光程度的增加受益減少 。如果壓光超過一定的量 ,紙頁被壓縮從而降低柔軟度。同時 ,初始柔軟度越高 ,壓光所能提高的柔軟度越低。近年來,在這個領域有了新的發(fā)展 ,已開發(fā)了稱之為以圖案裝飾的成形網和壓榨毛毯, 可顯著提高紙頁的松厚度 ,進而改善柔軟度[ 15] 。
4 柔軟劑和解鍵劑
4 .1 柔軟劑
使用柔軟劑的目的在于降低纖維之間的結合力,使紙張剛性下降 、挺硬性降低以減少紙張對皮膚的摩擦力而給人以平滑、柔順之感受;其二是具有濕潤纖維的作用,通過改善纖維的平滑性, 增加紙張的光滑、濕潤、細膩的感覺 ,具有濕潤劑的作用;其三對紙張具有可塑作用[ 16 , 17] 。柔軟劑對紙張表面進行處理的過程中,還起著固定紙頁纖維組織的作用。
主要的柔軟劑有陽離子表面活性劑 , 兩性離子表面活性劑 ,有機硅表面活性劑(包括季銨鹽化有機硅油乳液 、氨基硅油及其乳液 、陽離子羥基硅油乳液等),硬脂酸聚氧乙烯酯 ,聚氧化乙烯 ,羊毛脂, 乳化蠟 ,天然油脂、石蠟類柔軟劑,高分子聚合物乳液(包括聚乙烯 ,聚丙烯 ,有機硅樹脂,聚氨酯樹脂等)[ 18] 。
4 .1 .1 漿內柔軟劑
咪唑啉衍生物是漿內柔軟劑的典型例子 ,它通過破壞漿料結合力而起作用。簡單來說, 通過修飾纖維表面 ,降低纖維-纖維之間結合面積 ,進而弱化纖維之間的結合力,雖然對改善松厚柔軟性有效,但是它們對紙幅的強度有顯著的影響 ,會使得抗張強度降低 15 %或者更多[ 19] 。
纖維潤滑劑是另外一類漿內柔軟劑 。這類柔軟劑通過在紙幅上引入脂肪物質或者蠟質, 降低纖維之間的摩擦性能而起作用 。潤滑柔軟劑對紙幅抗張強度的降低一般低于 10 %。潤滑柔軟劑對表面柔軟性的貢獻更多源于紙幅光滑性的強化, 它使紙幅手感更加平滑[ 20]。
4 .1 .2 紙面柔軟劑
柔軟劑于揚克烘缸前在紙面施加, 這是一種強化紙幅柔軟性的相對較新的技術 。其作用方式為纖維表面改性,降低紙幅表面的摩擦性能 ,其表面柔軟性強化效果驚人 。紙面施加柔軟劑的優(yōu)點之一是提高了成本效率 。由于柔軟劑的施加接近揚克烘缸 , 柔軟劑的成膜性能就會影響起皺方案 。柔軟劑作用如同溫和的涂布改良劑 ,使得揚克烘缸的涂層更加有彈性, 使其涂布更容易實現。雖然它可能會使體積柔軟度稍有提高,但是它的使用要與造紙工作者的目標相一致, 如果主要是為了提高體積柔軟度 ,那么,采用漿內添加用柔軟劑就比使用紙頁噴涂用柔軟劑更合適。
4 .2 解鍵劑
解鍵劑具有強大的陽離子功能, 可抑制纖維間的氫鍵結合 ,使紙頁的抗張強度和挺度下降,在碎漿機中加入解鍵劑可獲得*的解鍵效果 。
由于柔軟劑/解鍵劑用量的微小變化會在衛(wèi)生紙廠產生問題,因此必須嚴格控制好柔軟劑/解鍵劑在衛(wèi)生紙中的含量, 過量使用會使紙頁飄離楊克式烘缸 ,并因抗張強度下降 ,增加紙頁的斷頭次數 ,這對工廠的生產效率有很大的影響 。用量不足會使衛(wèi)生紙變得粗糙,從根本上影響衛(wèi)生紙產品的質量。
5 其他
5 .1 特種柔軟技術
特種柔軟化是現在常用的另一種化學柔軟技術。所使用的方法和化學品變化多端 ,噴涂 、輥印式涂布、接觸輥式涂布是zui常用的幾種方法?？墒褂盟稚Ⅲw、無水熱熔膠或純低黏度配方組成的化學柔軟劑。它們可用在楊克式烘缸之后或加工生產線上[ 21]。和有效的方法是將濕部添加和特種涂布相結合,這樣柔軟性大大提高 。
5 .2 使用雙層流漿箱
雙層流漿箱可使生產廠家在一層中使用柔軟的短纖維, 而在另一層中使用能提高強度的長纖維 。流漿箱的中間有一剛性隔板, 使層間不發(fā)生混合, 而且成形好,不會產生條紋。在以后的加工中,可把紙頁疊在一起,使成品的外表面是柔軟、平滑的表面。
