用圓網紙機生產高效真空吸塵器紙袋原紙的工藝研究

劉文波 張紅杰 苗 紅 李海龍 許傳波

(1.天津科技大學天津市制漿造紙重點實驗室，天津，300457;2.中輕特種纖維材料有限公司，河北廊坊，065001;3.中國制漿造紙研究院，北京，100102;4.制漿造紙國家工程實驗室，北京，100102)

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·吸塵器紙袋原紙·

用圓網紙機生產高效真空吸塵器紙袋原紙的工藝研究

劉文波1，2，3，4，*張紅杰1苗 紅2李海龍1許傳波2

(1.天津科技大學天津市制漿造紙重點實驗室，天津，300457;2.中輕特種纖維材料有限公司，河北廊坊，065001;3.中國制漿造紙研究院，北京，100102;4.制漿造紙國家工程實驗室，北京，100102)

研究了采用圓網紙機生產高效真空吸塵器紙袋原紙的生產工藝。從纖維配比、漿料處理、化學助劑添加、表面施膠工藝及圓網紙機生產實際操作等方面考慮，采用單因素實驗探討各因素對生產高效真空吸塵器紙袋原紙的影響。研究結果表明，用圓網紙機生產高效真空吸塵器紙袋原紙的基本工藝條件為：石頭牌南方松針葉木漿和滌綸纖維(12 mm，1.67 dtex)配比為75∶25；漿料只疏解不打漿；濕強劑(PAE)用量為0.6%；表面施膠采用質量比為1∶1的氧化淀粉(OS)與羧甲基纖維素(CMC)的混合膠液，膠液濃度為4%。

吸塵袋原紙；強度性能；透氣性能

隨著人們環保意識的增強，作為吸塵器內的灰塵儲物器件——集塵袋的材質選用正逐步由無紡布材質向天然植物纖維材質過渡。紙質吸塵袋具有環境友好、使用更換方便等優點，其使用量呈現逐年增加的趨勢[1]。在西班牙、土耳其、日本以及東南亞一些國家均有專門生產吸塵器紙袋原紙的特種紙企業，目前國內售價約15000元/t，國內生產該原紙的企業不超過10家。

用吸塵器紙袋原紙做的集塵袋能有效收集可目視的細小顆粒或粉塵類物質，與無紡布袋相比又具有可降解的環保功能，因此紙質吸塵袋在歐美、日本以及我國經濟發達地區廣泛使用，國內制備紙質吸塵袋的廠家主要集中在江浙一帶手工業發達的地區，據悉該地區的紙質吸塵袋的制作數量約占了世界總量的60%。吸塵器紙袋原紙要求具有良好的強度性能尤其是耐破指數和透氣性能以降低爆袋現象的發生。紙質吸塵袋在使用過程中，較好的透氣性能可保證吸塵袋具有較小的初始阻力，使氣體順利排出，灰塵及雜物滯留在袋內，從而提高紙質吸塵袋的積塵率和使用效率。選用不同的針葉木漿與多種化學纖維配抄，通過優化原材料的配比，表面施膠工藝等，利用普通斜網紙機和圓網紙機均可以生產出強度高，透氣性好的產品。需要說明的是，同樣的原料配比下，圓網紙機生產的產品比斜網紙機生產的產品透氣量低。但由于吸塵器紙袋原紙的市場容量有限，傳統的圓網紙機無需大的改造即可進行吸塵器紙袋原紙的生產，因此國內仍有幾家工廠在用圓網紙機生產高效真空吸塵器紙袋原紙[2- 4]。

圖1 典型的圓網紙機流程圖

1 圓網紙機生產流程

典型的圓網紙機流程圖如圖1所示。

生產工藝流程如下：

(1)針葉木漿在水力碎漿機中以3.5%的濃度進行碎解，分散后，經過盤磨疏解或輕微打漿，結束后進入成漿池待用，之后再進入配漿池。

滌綸纖維在水力碎漿機中碎解，分散后，進入配漿池與針葉木漿混合均勻。

(2)在配漿池中的漿料經流送、稀釋、除渣、篩選后在網部脫水成形。漿料流送過程中，在網前恒位箱連續加入濃度0.03%～0.05%的分散劑，防止纖維絮聚和脫水過快，提高紙張勻度。

(3)濕紙幅在圓網部成形后經壓榨部，前干燥部、表面施膠機、后干燥部，紙病檢測系統和定量水分掃描控制系統后在卷取部卷得成品紙，然后按照要求分切復卷，入成品庫。

2 實 驗

2.1 實驗原料及儀器

針葉木漿：云景牌思茅松漿、雄獅牌杉木漿、GP牌南方松、石頭牌南方松和金星牌本色輻射松漿，中輕特種纖維材料有限公司提供；濕強劑聚酰胺環氧氯丙烷(PAE)，石家莊冀亨助劑有限公司；氧化淀粉(OS)，廣西農墾明陽生化科技股份有限公司；羧甲基纖維素鈉(CMC)，化學純，國藥集團化學制劑有限公司；蒸餾水，天津市制漿造紙重點實驗室自制。

紙張成形器(RK-3A)，奧地利PTI公司；標準疏解機(970154)，瑞典L&W公司；轉鼓式紙張干燥器(E-305AHE)，英國AMC公司；電子天平(BL-320H)，日本島津公司；耐破度測試儀(970243)，瑞典L&W公司；抗張強度儀(991739)，瑞典L&W公司。

2.2 實驗方法

對各種商品針葉木漿用L&W纖維分析儀進行纖維分析后，在實驗室抄造手抄片，作為空白紙樣，然后分別加入滌綸纖維和濕強劑進行抄片以及對紙樣進行浸漬施膠處理，將以上所有方案的手抄片按照國家標準進行有關物理性能的測定。

3 結果與討論

3.1 原料的選擇

考慮到吸塵器紙袋原紙耐破度和透氣性能要求，在纖維原料選用時盡量選用纖維較長且粗大的木漿纖維[5]，用纖維分析儀測得云景牌思茅松漿、雄獅牌杉木漿、石頭牌南方松漿、GP牌南方松漿、金星牌本色輻射松漿5種針葉木漿原料的纖維形態數據如表1所示，用這5種不同漿料抄造的空白紙樣的強度及透氣量等性能的實驗結果如表2所示。

表1 幾種典型牌號針葉木漿纖維形態

從表1和表2可以看出，不同針葉木漿對吸塵器紙袋原紙強度以及透氣量的影響較大，纖維越長，纖維之間的結合點越多，纖維之間的結合越好，抄造出的紙張強度越高；粗度較大的纖維細胞壁較厚，單位質量中纖維數少，比表面積較小，因而構成的紙張松厚、多孔、粗糙，用其生產出的紙張透氣更好。故選用石頭牌南方松漿和云景牌思茅松漿做進一步的實驗。

表2 幾種典型牌號針葉木漿抄造吸塵袋紙的強度和透氣量

表4 纖維配比對吸塵器紙袋原紙性能的影響

3.2 針葉木漿打漿度對吸塵器紙袋原紙性能的影響

為了減少制袋(包括印刷)過程中原紙斷裂和使用過程中的爆袋，要求原紙必須具有很好的強度性能，尤其是耐破指數。打漿是提高紙張物理強度的一種方法，打漿使纖維受到剪切力和纖維之間的相互摩擦作用，改變纖維的形態，使纖維橫向被切斷產生碎片，同時也會產生細纖維化作用，從而大大增加了纖維的比表面積，促進氫鍵結合，使紙張的物理強度提高。

石頭牌南方松漿原漿的打漿度為10.0°SR，對其進行輕度打漿，打漿后石頭牌南方松漿的打漿度為23.6°SR，進行紙張抄造，測得紙張透氣量數據如表3所示。

表3 不同打漿度石頭牌南方松漿吸塵器紙袋原紙透氣量

由表3可見，即使輕度打漿，抄造的吸塵器紙袋原紙的透氣量下降也十分嚴重，主要是因為打漿過程中南方松漿的細纖維化和切斷作用使纖維結合更緊密，所以透氣量下降。由于吸塵器紙袋原紙要求具有較好的透氣性能，所以不能通過打漿而需要采用其他方法來提高紙張的物理強度。

3.3 不同纖維配比對吸塵器紙袋原紙性能的影響

圓形截面的滌綸超短纖維表面十分光滑，不管粗度如何，均對紙張的透氣性能具有非常積極的影響[6]。將石頭牌南方松漿和云景牌思茅松漿分別與化學纖維(滌綸纖維，1.67 dtex)進行不同配比的抄造，具體混合配比是90∶10，85∶15，80∶20，75∶25，70∶30，抄造出的紙張平衡水分后測得的強度和透氣量等性能的實驗結果如表4所示，表中①、②分別代表石頭牌南方松漿和云景牌思茅松漿與滌綸纖維進行混合。

由表4可知，隨著滌綸纖維的加入比例增加，紙張整體的物理強度下降，同時透氣量有明顯的上升，這主要是因為滌綸纖維表面光滑，纖維之間結合減弱所致。同時，由于在加入濕強劑和進行表面施膠之后，都會使紙張的纖維層面中的縫隙減少，這就會導致紙張的透氣量下降，且本實驗是研究用圓網紙機抄造吸塵器紙袋原紙，所以在未加入濕強劑和未進行表面施膠之前應盡量選用透氣量高的滌綸纖維配比。

從石頭牌南方松漿和云景牌思茅松漿分別與滌綸纖維配比抄造的紙張物理強度可以看出，隨著滌綸纖維配比的提高，紙張中的植物纖維量減少，而隨之取代的滌綸纖維不能與植物纖維形成化學鍵的結合，所以其物理強度隨之下降。但也可明顯看到用石頭牌南方松漿配比的紙張抗張指數、撕裂指數、耐破指數整體上優于云景牌思茅松漿的。兩者在透氣性方面的表現整體上相差無幾，石頭牌南方松漿和滌綸纖維配比在75∶25時具有滿足要求的透氣量和強度指標。因此抄造高效真空吸塵器吸塵袋紙的原料可選擇石頭牌針葉木漿和滌綸纖維，其配比為75∶25。

3.4 滌綸纖維的長度對吸塵器紙袋原紙性能的影響

實驗采用3 mm、6 mm和12 mm 3種長度的滌綸纖維，將石頭牌南方松漿分別與3種長度的滌綸纖維以75∶25的配比進行紙張抄造，測得的紙張物理強度等性能的結果如表5所示。

表5 滌綸纖維長度對吸塵器紙袋原紙性能的影響

表6 PAE用量對吸塵器紙袋原紙性能的影響

表7 表面施膠劑對吸塵器紙袋原紙性能的影響

表8 施膠液濃度對吸塵器紙袋原紙性能的影響

由表5可知，采用長度為12 mm的滌綸纖維配抄出的吸塵器紙袋原紙具有最好的物理強度。主要是因為長纖維提供了更多的纖維交織點，并且其本身具有較高的強度，也有利于應力的分布，強度性能隨著滌綸纖維長度的增加而增加。因此本研究選用12 mm長度的滌綸纖維。

3.5 濕強劑用量對吸塵器紙袋原紙性能的影響

吸塵器紙袋原紙在表面浸漬和后續制袋過程中均需要一定的濕強度，因此考慮加入濕強劑PAE。將配制好的濕強劑PAE按照不同的用量加入石頭牌南方松漿與滌綸纖維配比中進行紙張抄造，用量分別為0.2%，0.3%，0.4%，0.5%，0.6%，0.8%，1.0%(均以絕干漿計)，紙張強度和透氣量等指標的實驗結果如表6所示。

由表6可見，隨著濕強劑PAE的用量增加，紙張的物理強度有明顯的提高，這主要是由于在紙漿中加入PAE抄造的紙張經過干燥以后，在PAE分子之間以及PAE與纖維之間形成了交聯作用，從而使得紙張強度增加。但當PAE用量達到0.6%后，紙張強度趨于穩定，耐破度達到最佳。在透氣量方面，因為濕強劑PAE的部分高分子聚合物沉淀于纖維之間與纖維網狀結構的無定型交織，填補了纖維間的縫隙，導致紙張透氣量的下降，限制了纖維間的活動，也相應地限制了纖維的潤脹和紙張伸縮變形。加入PAE，紙張的透氣量就會下降，但隨著PAE用量的增加透氣量不再變化。

3.6 表面施膠對吸塵器紙袋原紙性能的影響

聚乙烯醇(PVA)之類的表面增強劑雖然增強效果明顯，但是由于其容易在原紙的表面形成比較致密的膜，覆蓋紙張的透氣通道，從而大大影響原紙的透氣性能，因此本研究直接選用對紙張透氣量影響相對較小的氧化淀粉(OS)和羧甲基纖維素鈉(CMC)作為表面增強劑進行實驗。現將OS和CMC單獨使用和以不同質量比混合使用進行表面施膠，且施膠液濃度暫定為2%，表面施膠完成后使用轉鼓式紙張干燥器進行干燥，測得表面施膠后紙張強度和透氣量等指標的實驗結果如表7所示。

前文所述耐破指數是吸塵器紙袋原紙最重要的強度指標，而在表面施膠液的配比中，增加CMC的比例，紙張耐破指數增大，在m(OS)∶m(CMC)達到1∶1時紙張的耐破指數達到最高點，之后呈下降趨勢。同時由于采用的干燥方式壓力小、溫度高、干燥速度快，表面施膠劑沒有過多的填補纖維間的縫隙以及在表面成膜，整體上沒有對紙張的透氣量產生較大的不利影響。故本研究采用的表面施膠劑為OS和CMC混合使用，質量比為1∶1，表面施膠結束后采用轉鼓式干燥器干燥紙張。

按照上述配比配制2%、4%、6%、8%不同濃度施膠液進行表面施膠，紙張強度和透氣量等指標的實驗結果如表8所示。

從表8可見，表面施膠后，吸塵器紙袋原紙的抗張指數、撕裂指數、耐破指數都有明顯的增加，而且隨著施膠液濃度增大而增大，但是在濃度達到4%時紙張強度達到最大，之后紙張強度隨表面施膠液濃度提高而降低，原因可能是隨著表面施膠液濃度的提高，膠液的黏度增加，流動性降低，進入紙張內部更加困難，導致紙張的實際施膠量反而下降所致。同時，紙張透氣量隨著表面施膠液濃度施膠液濃度增大而下降，施膠液濃度4%時透氣量符合要求。

4 結 論

采用單因素實驗研究了生產吸塵器紙袋原紙的生產工藝條件為：石頭牌南方松漿和長度12 mm的滌綸纖維(1.67 dtex)配比為75∶25；漿料只疏解不打漿；成漿池加入用量0.6%(以絕干漿計)的濕強劑，圓網成形時適當加入分散劑以提高吸塵器紙袋原紙的勻度。并盡可能地降低壓榨部的壓力，在初步干燥后進行表面施膠，表面施膠液由質量比1∶1的氧化淀粉(OS)和羧甲基纖維素鈉(CMC)組成，膠液濃度4%。可采用圓網紙機生產中滿足質量要求的高效真空吸塵器紙袋原紙。

[1] MIAO Hong, CHAO Chu-meng, LIU Wen-bo, et al. The Factors Influencing the Performance of Dust Bag Paper for Vacuum Cleaners[J]. China Pulp & Paper, 2016, 35(3): 24. 苗 紅, 晁儲萌, 劉文波, 等. 高效真空吸塵器集塵袋用紙質量的影響因素[J]. 中國造紙, 2016, 35(3): 24.

[2] LIU Wen, ZENG Hui-jun, LI Zheng. Development of Special Paper Industry in China in 2015[C]//Proceeding of 2016 Internetional Specialty Papers Conference, 2016. 劉 文, 曾慧均, 李 政. 2015年我國特種紙產業發展現狀及分析[C]//特種紙委員會第十一屆年會論文集, 2016.

[3] Huygen C. The sampling of sulfur dioxide in air with impregnated filter paper[J]. Analytica Chimica Acta, 1963, (28): 349.

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(責任編輯：馬 忻)

Study on the Manufacturing Process of Vacuum Dust Collecting Bag Base Paper by Cylinder Paper Machine

LIU Wen-bo1,2,3,4,*ZHANG Hong-jie1MIAO Hong2LI Hai-long1XU Chuan-bo2

(1. Tianjin Key Lab of Pulp and Paper, Tianjin University of Science and Technology, Tianjin, 300457; 2. Sinolight Specialty Fiber Products Co., Ltd., Langfang, Heibei Province, 065001; 3. China National Pulp and Paper Research Institute, Beijing, 100102; 4. National Engineering Lab for Pulp and Paper, Beijing, 100102)(*E-mail: lwb8121002@163.com)

In this paper, the manufacturing process of efficient vacuum dust collecting bag base paper by using the cylinder paper machine was investigated. Some important parameters were determined, including the fiber type (natural wood fiber and synthetic fiber) and proportion, the mechanical treatment for the fiber materials, the chemical additives, surface sizing process and cylinder paper machine operation conditions. Finally, the optimized conditions for producing this specialty paper were obtained. The results showed that when the ratio of softwood pulp and synthetic fiber was 75∶25, the adding dosage of PAE was 0.6%, the ratio of OS and CMC was 1∶1, and the concentration of sizing agent was 4%, the air permeability and strength properties of dust collecting bag base paper were the best.

dust collecting bag base paper; strength properties; air permeability

劉文波先生，高級工程師；主要從事特種紙的研發、中試及生產管理工作。

2017- 04- 14(修改稿)

TS762

A

10.11980/j.issn.0254- 508X.2017.07.004