紙尿褲邊角料絨毛漿纖維回用研究

孟卿君， 劉麗娜， 張素風(fēng), 劉 葉， 錢立偉， 侯 晨

(陜西科技大學(xué) 陜西省造紙技術(shù)及特種紙品開發(fā)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 陜西 西安 710021)

?

紙尿褲邊角料絨毛漿纖維回用研究

孟卿君， 劉麗娜， 張素風(fēng), 劉 葉， 錢立偉， 侯 晨

(陜西科技大學(xué) 陜西省造紙技術(shù)及特種紙品開發(fā)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 陜西 西安 710021)

紙尿褲邊角料絨毛漿纖維中夾雜著超吸水性樹脂(Super Absorbent Polymer，SAP)，存在回用困難的問題.通過添加化學(xué)品的方式，改變超吸水性樹脂的凝膠狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)紙尿褲邊角料絨毛漿纖維的有效回用.采用動(dòng)態(tài)濾水儀測試樣品的濾水性能，環(huán)境掃描電子顯微鏡表征樣品結(jié)構(gòu)，超景深顯微鏡表征紙張的表面形貌.結(jié)果表明：添加無機(jī)鋁鹽，可以明顯改善原料的濾水性能，可以改變SAP的凝膠狀態(tài)，成紙無紙病.

紙尿褲； 超吸水性樹脂； 無機(jī)鋁鹽

0 引言

近年來，隨著國內(nèi)經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速增長，人民物質(zhì)生活水平的改善，生活的便捷，嬰兒及老年人對(duì)紙尿褲的使用量逐年增長.據(jù)統(tǒng)計(jì)，2015年，中國嬰兒紙尿褲總消費(fèi)量達(dá)到269.88億片，預(yù)計(jì)2018年中國嬰兒紙尿褲總消費(fèi)量將達(dá)到351.25億片[1].而在生產(chǎn)紙尿褲過程中，會(huì)產(chǎn)生較多的邊角料及性能不達(dá)標(biāo)的廢產(chǎn)品，這部分材料直接廢棄將造成極大的資源浪費(fèi)，同時(shí)也對(duì)環(huán)境造成一定的污染.如果將其回收再利用將利好環(huán)境且節(jié)約資源.

在紙尿褲領(lǐng)域，國內(nèi)外研究者一直致力于紙尿褲的環(huán)保性、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、吸液性能、舒適性等功能方面的研究，并取得了一定的成果.如金佰利公司推出的 Huggies Convertibles 的新式紙尿褲，既可以像普通短褲一樣穿上，又可像一般紙尿褲一樣在側(cè)面扣緊[2].Seventh Generation和Nature品牌的紙尿褲開發(fā)了環(huán)保型紙尿褲，因其產(chǎn)品使用的絨毛漿和香料不經(jīng)含氯元素漂白，因而減少了對(duì)環(huán)境的污染[3].某些紙尿褲生產(chǎn)廠家通過改變紙尿褲的面層材料及結(jié)構(gòu)，來提高紙尿褲的反滲透性[4-7].有研究表明通過改變導(dǎo)流層的材料及結(jié)構(gòu)可以改善紙尿褲的吸收性[8].專利US7204907B中，介紹了一種具有三維開孔結(jié)構(gòu)的非織造材料，該材料能改善產(chǎn)品導(dǎo)流性能[9].專利201120300749 介紹了一種具有彈性的復(fù)合防漏底膜，使得紙尿褲的穿著更為舒適[10].

在SAP相關(guān)技術(shù)方面，研究者們也已取得一定成果，例如，阮維青等[11]采用紫外光輻射聚合法制備高吸水性樹脂.Alla等[12]以丙烯酸和塔拉膠為原料，采用γ射線輻射引發(fā)聚合法制備出了具有互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的高吸水性樹脂.張小磊等[13]首先采用水溶液聚合法制備出了聚丙烯酸鈉 SAP.鮑艷等[14]用不同的單體(丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸羥乙酯等)和丙烯酰胺共聚合成 SAP.劉玉貴等[15]以丙烯酸和丙烯酰胺為原料，采用反相懸浮聚合法合成 SAP.

但對(duì)于紙尿褲絨毛漿纖維的回用技術(shù)研究，在國內(nèi)外鮮有報(bào)道.原因主要是該類纖維的回用困難，其中摻雜著高吸水樹脂SAP(Super Absorbent Polymer)，遇水膨脹形成凝膠，直接回用會(huì)給生產(chǎn)及產(chǎn)品質(zhì)量造成很大問題，而SAP的脫除技術(shù)難度較大.目前在紙尿褲絨毛漿纖維的回用技術(shù)研究領(lǐng)域，日本研究人員已經(jīng)取得一些進(jìn)展，專利CN104411881A中介紹了一種在使用過的紙尿褲等衛(wèi)生用品中添加漂白殺菌劑，再加入交聯(lián)劑，再對(duì)其進(jìn)行解離、稀釋，加入酸性物質(zhì)并加熱，再使用分離裝置進(jìn)行多次分離，最終將SAP從紙尿褲絨毛漿纖維中分離出來，以實(shí)現(xiàn)纖維回用[16].但其工藝繁瑣，化學(xué)品使用較多，能耗較大，且需要將SAP分離出來才可以實(shí)現(xiàn)紙尿褲絨毛漿纖維的回用.

在當(dāng)今低碳經(jīng)濟(jì)和循環(huán)經(jīng)濟(jì)形勢下，開發(fā)脫除SAP回用紙尿褲邊角料絨毛漿纖維的生產(chǎn)技術(shù)，節(jié)約社會(huì)資源，是非常有必要的.所以課題研究一種紙尿褲邊角料絨毛漿纖維回用方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中紙尿褲材料中高吸水樹脂難脫除的問題.采用無機(jī)鋁鹽破壞紙尿褲邊角料絨毛漿纖維中的高吸水樹脂的吸水功能，破除其凝膠狀態(tài)，使其對(duì)紙漿不產(chǎn)生惡劣影響.本研究將為紙尿褲邊角料絨毛漿纖維的回收提供一定研究依據(jù).

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

紙尿褲邊角料絨毛漿纖維，由國內(nèi)某紙業(yè)公司提供.無機(jī)鋁鹽，鄭州潤豐環(huán)保公司.

1.2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

1.2.1 紙尿褲邊角料絨毛漿纖維的組分分析及表征

根據(jù)TAPPI標(biāo)準(zhǔn)(T401cm-93)制片，用針頭挑出少許樣品附于載玻片上，加入赫氏試劑染色，蓋上載玻片，并置于PMB5-223IPL-5光學(xué)顯微鏡的載物臺(tái)上，觀察紙尿褲邊角料絨毛漿纖維形態(tài).并在樣品中取出少許SAP，將SAP放置于載玻片上，蓋上蓋玻片放置于德國LEICA型超景深顯微鏡載物臺(tái)上，采用超景深顯微鏡觀察SAP形貌，透射光模式.

1.2.2 破除紙尿褲邊角料絨毛漿纖維中凝膠狀SAP

將紙尿褲邊角料粉碎后溶于水中，再加入一定量無機(jī)鋁鹽，充分?jǐn)嚢瑁缓蟛捎?91738型標(biāo)準(zhǔn)漿料疏解器疏解10 000轉(zhuǎn)，得到纖維漿料；無機(jī)鋁鹽可以為氯化鋁、硫酸鋁或聚合氯化鋁中的一種.

1.2.3 紙尿褲邊角料絨毛漿纖維漿料濾水性檢測

取1 L刻度的量桶，將漿料樣品添加至量桶，并添加水至液面到1 L刻度處，并加入50目濾網(wǎng)的濾水保留游離度測試儀(BTG公司生產(chǎn)，型號(hào)為DFR-05)中，進(jìn)行紙漿濾水性測試.

1.2.4 SAP性狀變化表征

采用美國FEI環(huán)境掃描電子顯微鏡表征SAP結(jié)構(gòu)及其與無機(jī)鋁鹽反應(yīng)后的結(jié)構(gòu).

1.2.5 紙尿褲邊角料絨毛漿纖維造紙

采用ZQJ1-B型紙樣抄取器抄紙.首先將疏解后漿料加至紙樣抄取器，加水至漿料上網(wǎng)濃度為0.3 g/L，用攪拌器將纖維漿料攪拌均勻，放水，使之成為濕紙幅，其次用壓輥進(jìn)行手動(dòng)壓榨，最后放入紙頁烘干器，在真空度為0.06 MPa的條件下，以105 ℃的溫度烘干10 min，烘干后，放真空，取紙.

1.2.6 成紙表面形貌的表征

采用德國LEICA型超景深三維顯微鏡表征紙張的表面形貌.

2 結(jié)果與討論

2.1 紙尿褲邊角料絨毛漿纖維組分分析

通過光學(xué)顯微鏡觀察放大100倍的紙尿褲邊角料絨毛漿纖維(如圖1所示)發(fā)現(xiàn)，纖維呈深藍(lán)色，為化學(xué)漿纖維，且纖維為木材纖維，具有較高回用價(jià)值.該纖維回收后可避免制漿污染，且節(jié)約植物資源.

圖1 紙尿褲邊角料絨毛漿纖維的顯微鏡圖(×100)

紙尿褲邊角料絨毛漿纖維樣品，將其浸泡于水中，肉眼觀察發(fā)現(xiàn)水中除了有纖維外還有較多量的透明的不同體積的凝膠狀物質(zhì)，此物質(zhì)即為SAP吸水后的狀態(tài)，此物質(zhì)手感滑膩，與纖維均勻的混合在一起.隨著浸泡時(shí)間的延長，凝膠狀物質(zhì)的體積逐漸增大，大約20 min后，凝膠狀物質(zhì)體積恒定，但已占整個(gè)漿料的大部分體積，漿料整體變成粘稠狀，可以預(yù)見，如果這種漿料上紙機(jī)，將導(dǎo)致糊網(wǎng)、紙頁難以成型等嚴(yán)重生產(chǎn)問題.將凝膠狀SAP挑出，采用超景深顯微鏡觀察放大140倍的超吸水性樹脂，發(fā)現(xiàn)SAP為透明膠狀物質(zhì)，其中包裹著些許細(xì)小纖維(如圖2所示).如果能夠破除凝膠狀態(tài)的SAP，并釋放出其間的細(xì)小纖維將為后續(xù)造紙減少生產(chǎn)及成紙問題.

圖2 吸水性樹脂超景深顯微鏡圖(×140)

2.2 紙尿褲邊角料絨毛漿纖維成漿后濾水性能研究

SAP在濕漿料中以凝膠狀態(tài)存在，其與纖維混合在一起，用加熱、篩選、擠壓、離心等方法均不能除掉，凝膠狀SAP的存在嚴(yán)重影響了紙漿的濾水性，將直接導(dǎo)致紙漿難于成形.本研究采用添加無機(jī)鋁鹽的方法除去SAP的吸水功能，改變其凝膠狀態(tài).

在紙尿褲邊角料絨毛漿纖維紙漿中分別添加相當(dāng)于樣品絕干量的2%、5%、8%、10%、12%的無機(jī)鋁鹽，并標(biāo)記為2#、3#、4#、5#、6#樣品，不添加無機(jī)鋁鹽的漿料樣品為1#樣品，觀察漿料中凝膠狀SAP的破除效果.結(jié)果發(fā)現(xiàn)：1#漿料肉眼可見凝膠狀樹脂，觸感滑膩，漿料較粘稠.而適量的無機(jī)鋁鹽可以很好的破除SAP，肉眼觀察，發(fā)現(xiàn)4#、5#、6#漿料樣品中已觀察不到凝膠狀SAP，手感已無滑膩感；2#漿料樣品觀察可見較少量SAP，手感微滑；3#漿料樣品中可看到些許SAP，手感基本不滑膩.并對(duì)6種漿料樣品進(jìn)行濾水性測試，結(jié)果如表1所示.

表1 1#～6#樣品濾水性能

紙漿的濾水時(shí)間可以表征紙漿的濾水性，濾水時(shí)間越長，表明紙漿的濾水性越差，紙漿越不容易成形；反之，紙漿濾水時(shí)間越短，表明紙漿濾水性越好，紙漿越容易成形，利于抄紙.從表1中可以看出，1#樣品是沒有添加無機(jī)鋁鹽的漿料，其濾水時(shí)間為110 s；2#樣品為添2%無機(jī)鋁鹽的漿料，其濾水時(shí)間為40 s；3#樣品為添加5%無機(jī)鋁鹽的漿料，其濾水時(shí)間為10 s；4#～6#樣品為添加8%～12%無機(jī)鋁鹽的漿料，其濾水時(shí)間為1 s或2 s.以上結(jié)果表明，添加無機(jī)鋁鹽后，紙漿濾水性有明顯提高，且隨著無機(jī)鋁鹽添加量的增加，濾水性提高的幅度越大，當(dāng)無機(jī)鋁鹽添加量為樣品量的8%、12%時(shí)，紙漿的濾水性最好，此時(shí)漿料最易成形.

從上述結(jié)果可知，添加一定量的無機(jī)鋁鹽可以有效改善SAP對(duì)紙漿濾水性的影響.并發(fā)現(xiàn)當(dāng)無機(jī)鋁鹽添加量大于8%時(shí)，可以得到比較理想的紙漿濾水性.

2.3 SAP結(jié)構(gòu)表征

圖3(a)為凝膠狀SAP放大1000倍的環(huán)境掃描電子顯微鏡圖，圖3(b)為添加了8%無機(jī)鋁鹽的SAP放大1000倍的環(huán)境掃描電子顯微鏡圖.從圖3可以看出，SAP處于凝膠狀態(tài)時(shí)，結(jié)構(gòu)致密、表面相對(duì)光滑.添加無機(jī)鋁鹽后，SAP結(jié)構(gòu)松散，表面褶皺.出現(xiàn)這種結(jié)構(gòu)差異的原因可能是，一方面無機(jī)鋁鹽可以破壞乳狀液界面的雙電層，增加了油、水兩相的密度差，使內(nèi)相水析出較快；一方面，無機(jī)鋁鹽增加了油、水兩相的極性差，使油在水中的溶解度降低，從而實(shí)現(xiàn)破乳.

(a)凝膠狀SAP (b)添加無機(jī)鋁鹽后的SAP圖3 環(huán)境掃描電子顯微鏡(×1 000)

2.4 紙尿褲邊角料絨毛漿纖維成紙的表征

將1#～6#漿料分別抄造成紙，抄紙過程中發(fā)現(xiàn)：1#漿料，抄片后，其濕紙幅上有明顯凝膠狀超吸水性樹脂，烘干后其成紙有明顯紙病，紙頁上有凹坑(如圖4(a)所示).2#、3#分別為添加2%及5%無機(jī)鋁鹽的漿料抄片，其濕紙幅較平整、均勻，有部分凸起，說明仍有部分SAP的凝膠性狀沒有被改變.干燥后發(fā)現(xiàn)其成紙表面仍存在少許凹坑，存在紙病(如圖4(b)、(c)所示).4#、5#、6#分別為添加8%、10%、12%無機(jī)鋁鹽的漿料，抄紙后濕紙幅平整、均勻，未見凸起，干燥后成紙未見凹坑，沒有紙病(如圖4(d)、(e)、(f)所示)，說明凝膠狀的SAP在紙尿褲邊角料絨毛漿纖維抄紙前已經(jīng)被破除.

(a)1#樣品 (b)2#樣品

(c)3#樣品 (d)4#樣品

(e)5#樣品 (f)6#樣品圖4 1#～6#漿料成紙照片

超景深顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)1#漿料成紙表面存在明亮反光物質(zhì)(如圖5所示)，此為SAP吸水潤漲成凝膠狀后再干燥的狀態(tài).添加8%無機(jī)鋁鹽的4#漿料成紙?jiān)诔吧铒@微鏡下觀察，未見超吸水性樹脂(如圖6所示).

圖5 未添加無機(jī)鋁鹽的紙尿褲邊角料絨毛漿纖維成紙超景深顯微鏡圖(×50)

圖6 添加8%無機(jī)鋁鹽的紙尿褲邊角料絨毛漿纖維成紙超景深顯微鏡圖(×50)

由上述結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，添加無機(jī)鋁鹽，可以解決SAP阻礙紙尿褲絨毛漿纖維回用的問題，同時(shí)，在制漿造紙中無機(jī)鋁鹽為常用化學(xué)助劑，故選擇無機(jī)鋁鹽也不會(huì)給后續(xù)的抄紙工段帶來新的問題.

綜上所述，添加無機(jī)鋁鹽，能夠破除紙尿褲纖維中的凝膠狀SAP，且漿料濾水性好，易成形，不糊網(wǎng)，不會(huì)給生產(chǎn)造成困擾，且成紙無紙病，從而可實(shí)現(xiàn)紙尿褲邊角料的回用.

3 結(jié)論

采用無機(jī)鋁鹽可以破壞高吸水樹脂凝膠物質(zhì)的界面雙電層，提高該物質(zhì)的內(nèi)、外兩相密度差，促使內(nèi)相容易析出，同時(shí)，增加內(nèi)、外兩相的極性差，使外相即油相在水中的溶解度降低，破除SAP的性狀.將實(shí)現(xiàn)紙尿褲邊角料絨毛漿纖維的有效回收，有利于大幅度節(jié)約資源.

[1] 中國產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng).2016年中國嬰兒紙尿褲市場現(xiàn)狀分析及發(fā)展趨勢預(yù)測[DB/OL].http://www.chyxx.com/industry/201607/428472.html,2016-07-05/2017-01-15.

[2] 白 木.紙尿褲市場發(fā)展綜述[J].湖北造紙,2004(3):29-31.

[3] 孟群華.好奇出手，紙尿褲市場新添子品類[J].市場觀察,2011(9):48．

[4] 王從南，沈志明.一項(xiàng)衛(wèi)生用吸收性產(chǎn)品層面材料的專利開發(fā)[J].非織造布,2001,9(1):50.

[5] 冉和碧.立體型拉伸打孔網(wǎng)面[P].中國專利:200810210613，2009-05-27.

[6] 陳大鵬.無紡布瞬吸孔紙尿褲[P].中國專利:201020576050，2011-05-08.

[7] Richmond R.Cohen.Multilayeered absorbent structures[P].US: 5505719，1996-04-09.

[8] John P Ers Pamer.Absorbent structures having fluid acquisition and distribution layer[P].US:6479415B1，2002-11-12.

[9] James W Cree.Absorbent device using an apertured nonwoven as an acquistion distribution layer[P].US:7204907B,2007-04-17

[10] 泉州恒峰衛(wèi)生材料科技有限公司.一種復(fù)合透氣膜[P].中國專利：201120300749，2012-05-30.

[11] 阮維青,喬金梁,黃毓禮,等.酰基膦氧化物光引發(fā)劑在UV光聚合法合成高吸水樹脂中的應(yīng)用[J].輻射研究與輻射工藝學(xué)報(bào),2004,22(4):213-218.

[12] Abd Alla S G,Sen M,El Naggar A W M.Swelling and mechanical properties of superabsorbent hydrogels based on tara gum/acrylic acid synthesized by gamma radiation[J].Carbohydrate Polymers,2012,89(2):478-485.

[13] 張小磊,沈慧芳,陳煥欽.表面交聯(lián)后處理對(duì)高吸水性樹脂性能的影響[J].精細(xì)化工,2013,30(11):1 274-1 278.

[14] 鮑 艷,馬建中,李 娜.丙烯酸類高吸水樹脂的制備及性能研究[J].功能材料,2011,42(4):693-695.

[15] 劉玉貴,張 瑾,朱忠其,等.聚(丙烯酸-丙烯酰胺)高吸水樹脂吸水保水性能研究[J].功能材料,2013,44(13):1 842-1 846.

[16] 渡邊治隆,中谷徹,扇元政人,等.再生纖維和再生纖維成型品[P].中國專利:CN104411881A，2015-03-11.

【責(zé)任編輯：陳 佳】

Study on recycling of diaper offcut fluff pulp fiber

MENG Qing-jun, LIU Li-na, ZHANG Su-feng, LIU Ye, QIAN Li-wei, HOU Chen

(Shaanxi Province Key Laboratory of Papermaking Technology and Specialty Paper, Shaanxi University of Science & Technology, Xi′an 710021, China)

Diapers offcut fluff pulp fiber mix with Super Absorbent Polymer(SAP),that were recycled difficultly.The paper,SAP was exploded by adding chemicals,that led to recycling of diapers offcut fluff pulp fiber was come ture.The filtering performance of the sample was tested by dynamic filter water meter,structure of sample was tested by environmental scanning electron microscope,the surface morphology of the paper was studied by super depth of field microscope.Results show the filtering performance of raw material can significantly improve with adding inorganic aluminum salt.The SAP gel state can be changed with adding inorganic aluminum salt,and no disease into paper.

diaper; super absorbent polymer; inorganic aluminum salt

2017-04-01

陜西省科技廳重大科技專項(xiàng)項(xiàng)目( 2015KTCQ01-44)； 陜西省造紙技術(shù)及特種紙品開發(fā)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室科研項(xiàng)目(12JS024)； 陜西科技大學(xué)博士科研啟動(dòng)基金項(xiàng)目( BJ15-14)； 陜西科技大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目(2016-024)

孟卿君(1981-)，女，河北安國人，工程師，博士，研究方向：紙基材料印刷適性

2096-398X(2017)03-0025-05

TQ325

A