Innventia對生活用紙性能和功能性的重點研究

Mattias Drotz Hannes Vomhoff

Innventia對生活用紙性能和功能性的重點研究

Tissue Research at Innventia

Mattias Drotz Hannes Vomhoff

2013年4月，瑞典斯德哥爾摩的一家研究機構(gòu)Innventia公司（原STFI-Packforsk公司）開展了一個生活用紙領(lǐng)域中的研究項目。“生活用紙研究”項目是Innventia公司的集中研究計劃的一部分，是2012年冬天完成使命的“前生活用紙研究”項目的延續(xù)。制漿廠和生活用紙生產(chǎn)商等提供資金的企業(yè)以及Innventia公司一起確定了今后兩年的研究重點。

為了保持競爭力，制漿造紙和生活用紙行業(yè)有效地利用以紙漿和能源為主的資源，是很重要的。在保持產(chǎn)品功能性的前提下，通過改變或改良紙漿來降低紙頁的定量是提高成本效率的好方法。換句話說，我們可讓生產(chǎn)過程有更高的能源效率。生活用紙最重要的產(chǎn)品性能是強度、吸收能力和手感柔軟度。為了降低定量，在研究改變或改良紙漿纖維時，我們必須了解這樣做對這些性能會產(chǎn)生怎樣的影響。紙漿的強度通常用定量為60g/m2的紙張為標準來評價，而生活用紙的特有定量比這要低得多。以前的研究表明，強度性能隨著紙張定量的減輕而顯著降低，見圖1。

圖1 抗張指數(shù)與定量的函數(shù)關(guān)系

事實是，生活用紙只有幾根纖維的厚度，并且不同的紙漿有不同的纖維形態(tài)，因此知道這些參數(shù)如何影響強度性能是很重要的。

另外，還得知道纖維長度較短的產(chǎn)品的應力應變關(guān)系。例如生活用紙的壓花就需要在紙面發(fā)生塑性變形，同樣，沿著打孔線紙頁的破裂只是發(fā)生在局部。生活用紙不僅在生產(chǎn)和加工過程中，而且在使用過程中，例如擤鼻涕時，會掉毛掉粉，因此了解紙頁的強度，尤其是纖維間的結(jié)合強度也很重要。這里，最值得注意的是識別那些不能牢固地與纖維網(wǎng)結(jié)合在一起的微粒。

現(xiàn)在，多數(shù)吸收能力檢測都是在準靜態(tài)條件下進行的，即測定吸收的液體總量，此時，紙樣一般是處于非受壓狀態(tài)。然而，生活用紙使用時的吸收速率和吸收能力都是至關(guān)重要的。此外，生活用紙在使用過程中通常受到擠壓。因此，應使用受到擠壓的紙樣，在動態(tài)條件下測定吸收能力。目前，幾乎沒有關(guān)于受擠壓紙樣的動態(tài)吸收能力的可用資料。Innventia已經(jīng)提出一種測定受壓紙樣動態(tài)吸收性能的新方法，由圖2，紙樣吸水率的各向異性清晰可見。

圖2 受壓的生活用紙紙樣動態(tài)吸收性能測定的紅外圖像

在這種新方法中，把置于兩片玻璃中間的圓形紙樣壓縮到規(guī)定的厚度，然后把冷水加到紙樣的中央，使用紅外成像技術(shù)觀察液體在紙樣中的擴散情況。因此，紅外圖像可說明吸液量隨時間的變化情況。

提高生產(chǎn)過程的能源效率始終是生活用紙行業(yè)關(guān)注的重點。由于干燥紙頁所需能量最多，因此提高出壓區(qū)后的紙頁干度特別重要。此外，紙頁勻度差還將延長干燥時間，這是由于需要更長的時間干燥紙頁定量較高的地方。另外，揚克缸表面與紙頁之間的熱傳遞決定了生活用紙生產(chǎn)過程的總體干燥效率，應盡量提高。生產(chǎn)效率還受到由起皺刮刀變化引起的紙頁性能變化的影響。

生活用紙生產(chǎn)商面臨的挑戰(zhàn)

生活用紙生產(chǎn)商的奮斗目標是以較少的原料用量獲得相同的強度方面的產(chǎn)品功能性。通過選擇適合的漿料或混合漿料，使?jié){料改性，或在漿料中加入增強劑都可減少原料用量。生活用紙的定量較低，需要深入了解原料在低定量下對紙頁機械性能和吸收能力的影響。機械性能需要采用適合于生活用紙的宏觀和微觀手段測定，比如抗張強度和球形頂破強度試驗（Ball Burst Test）。掉毛掉粉對生活用紙使用的影響也很大。此外，使用紙巾擦桌子時，了解受壓下的動態(tài)吸收能力也很重要。在這方面，Innventia公司提出了一種新的方法，可測定用不同原料生產(chǎn)的和被加工成不同結(jié)構(gòu)的紙頁的吸收能力數(shù)據(jù)。

高效的脫水和干燥過程一直受到生活用紙生產(chǎn)商的高度重視。盡量縮短干燥時間就能提高紙機的車速。為了使生產(chǎn)過程更高效，不同結(jié)構(gòu)（纖維種類、纖維形態(tài)和紙頁勻度）的低定量紙頁的干燥過程是重要的研究領(lǐng)域。壓區(qū)的機械脫水，例如紙機網(wǎng)毯較合理的結(jié)構(gòu)和最佳的壓區(qū)幾何形狀，也是重要的研究方面。

過程控制、在線測量方法以及生活用紙生產(chǎn)商有效控制起皺過程和加工過程的手段無疑能提高生產(chǎn)效率。在線測量以及使用除渣器和提高纖維利用率的漿篩對漿料進行有針對性的處理都將降低生活用紙生產(chǎn)商的成本。

今后的工作

今后的研究顯然是必要的，Innventia生活用紙研究小組內(nèi)的工作將主要集中在提高產(chǎn)品功能性和改進生產(chǎn)工藝方面。各種方法的基本攝像將由來自試驗室分析、中試和生活用紙廠的數(shù)據(jù)評定。研究工作的成果將有助于：

· 深入了解定量對產(chǎn)品性能的影響，從而實現(xiàn)降低定量同時保持產(chǎn)品功能性；

· 詳細了解漿料性能對加工過程的影響；

· 充分了解原料和紙頁壓花結(jié)構(gòu)對受壓紙樣動態(tài)吸收性的影響；

· 找到產(chǎn)品生產(chǎn)、加工以及使用過程中掉毛掉粉的根源。

（曾曉桂編譯自MeTissue/2013年春季版，陳海昌審校）

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Innventia公司是一家世界領(lǐng)先的研究機構(gòu)，主要從事以木材為原料的研發(fā)創(chuàng)新工作。多數(shù)業(yè)務都是借助于研究方案以項目形式進行的，研究方案涉及多家合作伙伴，如三年期的集中研究方案，或針對個別客戶的開發(fā)項目等。Innventia還承擔許多以實驗室和中試分析、檢驗和演示等形式的直接委托工作。Innventia共有員工約225名，其中有200人在斯德哥爾摩地區(qū)工作，主要從事造紙、生物精煉和包裝三個領(lǐng)域的研發(fā)工作。