刘文波 张红杰 苗 红 李海龙 许传波

(1.天津科技大学天津市制浆造纸重点实验室，天津，300457;2.中轻特种纤维材料有限公司，河北廊坊，065001;3.中国制浆造纸研究院，北京，100102;4.制浆造纸国家工程实验室，北京，100102)



·吸尘器纸袋原纸·

用圆网纸机生产高效真空吸尘器纸袋原纸的工艺研究

刘文波1，2，3，4，*张红杰1苗 红2李海龙1许传波2

(1.天津科技大学天津市制浆造纸重点实验室，天津，300457;2.中轻特种纤维材料有限公司，河北廊坊，065001;3.中国制浆造纸研究院，北京，100102;4.制浆造纸国家工程实验室，北京，100102)

研究了采用圆网纸机生产高效真空吸尘器纸袋原纸的生产工艺。从纤维配比、浆料处理、化学助剂添加、表面施胶工艺及圆网纸机生产实际操作等方面考虑，采用单因素实验探讨各因素对生产高效真空吸尘器纸袋原纸的影响。研究结果表明，用圆网纸机生产高效真空吸尘器纸袋原纸的基本工艺条件为：石头牌南方松针叶木浆和涤纶纤维(12 mm，1.67 dtex)配比为75∶25；浆料只疏解不打浆；湿强剂(PAE)用量为0.6%；表面施胶采用质量比为1∶1的氧化淀粉(OS)与羧甲基纤维素(CMC)的混合胶液，胶液浓度为4%。

吸尘袋原纸；强度性能；透气性能

随着人们环保意识的增强，作为吸尘器内的灰尘储物器件——集尘袋的材质选用正逐步由无纺布材质向天然植物纤维材质过渡。纸质吸尘袋具有环境友好、使用更换方便等优点，其使用量呈现逐年增加的趋势[1]。在西班牙、土耳其、日本以及东南亚一些国家均有专门生产吸尘器纸袋原纸的特种纸企业，目前国内售价约15000元/t，国内生产该原纸的企业不超过10家。

用吸尘器纸袋原纸做的集尘袋能有效收集可目视的细小颗粒或粉尘类物质，与无纺布袋相比又具有可降解的环保功能，因此纸质吸尘袋在欧美、日本以及我国经济发达地区广泛使用，国内制备纸质吸尘袋的厂家主要集中在江浙一带手工业发达的地区，据悉该地区的纸质吸尘袋的制作数量约占了世界总量的60%。吸尘器纸袋原纸要求具有良好的强度性能尤其是耐破指数和透气性能以降低爆袋现象的发生。纸质吸尘袋在使用过程中，较好的透气性能可保证吸尘袋具有较小的初始阻力，使气体顺利排出，灰尘及杂物滞留在袋内，从而提高纸质吸尘袋的积尘率和使用效率。选用不同的针叶木浆与多种化学纤维配抄，通过优化原材料的配比，表面施胶工艺等，利用普通斜网纸机和圆网纸机均可以生产出强度高，透气性好的产品。需要说明的是，同样的原料配比下，圆网纸机生产的产品比斜网纸机生产的产品透气量低。但由于吸尘器纸袋原纸的市场容量有限，传统的圆网纸机无需大的改造即可进行吸尘器纸袋原纸的生产，因此国内仍有几家工厂在用圆网纸机生产高效真空吸尘器纸袋原纸[2- 4]。

图1 典型的圆网纸机流程图

1 圆网纸机生产流程

典型的圆网纸机流程图如图1所示。

生产工艺流程如下：

(1)针叶木浆在水力碎浆机中以3.5%的浓度进行碎解，分散后，经过盘磨疏解或轻微打浆，结束后进入成浆池待用，之后再进入配浆池。

涤纶纤维在水力碎浆机中碎解，分散后，进入配浆池与针叶木浆混合均匀。

(2)在配浆池中的浆料经流送、稀释、除渣、筛选后在网部脱水成形。浆料流送过程中，在网前恒位箱连续加入浓度0.03%～0.05%的分散剂，防止纤维絮聚和脱水过快，提高纸张匀度。

(3)湿纸幅在圆网部成形后经压榨部，前干燥部、表面施胶机、后干燥部，纸病检测系统和定量水分扫描控制系统后在卷取部卷得成品纸，然后按照要求分切复卷，入成品库。

2 实 验

2.1 实验原料及仪器

针叶木浆：云景牌思茅松浆、雄狮牌杉木浆、GP牌南方松、石头牌南方松和金星牌本色辐射松浆，中轻特种纤维材料有限公司提供；湿强剂聚酰胺环氧氯丙烷(PAE)，石家庄冀亨助剂有限公司；氧化淀粉(OS)，广西农垦明阳生化科技股份有限公司；羧甲基纤维素钠(CMC)，化学纯，国药集团化学制剂有限公司；蒸馏水，天津市制浆造纸重点实验室自制。

纸张成形器(RK-3A)，奥地利PTI公司；标准疏解机(970154)，瑞典L&W公司；转鼓式纸张干燥器(E-305AHE)，英国AMC公司；电子天平(BL-320H)，日本岛津公司；耐破度测试仪(970243)，瑞典L&W公司；抗张强度仪(991739)，瑞典L&W公司。

2.2 实验方法

对各种商品针叶木浆用L&W纤维分析仪进行纤维分析后，在实验室抄造手抄片，作为空白纸样，然后分别加入涤纶纤维和湿强剂进行抄片以及对纸样进行浸渍施胶处理，将以上所有方案的手抄片按照国家标准进行有关物理性能的测定。

3 结果与讨论

3.1 原料的选择

考虑到吸尘器纸袋原纸耐破度和透气性能要求，在纤维原料选用时尽量选用纤维较长且粗大的木浆纤维[5]，用纤维分析仪测得云景牌思茅松浆、雄狮牌杉木浆、石头牌南方松浆、GP牌南方松浆、金星牌本色辐射松浆5种针叶木浆原料的纤维形态数据如表1所示，用这5种不同浆料抄造的空白纸样的强度及透气量等性能的实验结果如表2所示。

表1 几种典型牌号针叶木浆纤维形态

从表1和表2可以看出，不同针叶木浆对吸尘器纸袋原纸强度以及透气量的影响较大，纤维越长，纤维之间的结合点越多，纤维之间的结合越好，抄造出的纸张强度越高；粗度较大的纤维细胞壁较厚，单位质量中纤维数少，比表面积较小，因而构成的纸张松厚、多孔、粗糙，用其生产出的纸张透气更好。故选用石头牌南方松浆和云景牌思茅松浆做进一步的实验。

表2 几种典型牌号针叶木浆抄造吸尘袋纸的强度和透气量

表4 纤维配比对吸尘器纸袋原纸性能的影响

3.2 针叶木浆打浆度对吸尘器纸袋原纸性能的影响

为了减少制袋(包括印刷)过程中原纸断裂和使用过程中的爆袋，要求原纸必须具有很好的强度性能，尤其是耐破指数。打浆是提高纸张物理强度的一种方法，打浆使纤维受到剪切力和纤维之间的相互摩擦作用，改变纤维的形态，使纤维横向被切断产生碎片，同时也会产生细纤维化作用，从而大大增加了纤维的比表面积，促进氢键结合，使纸张的物理强度提高。

石头牌南方松浆原浆的打浆度为10.0°SR，对其进行轻度打浆，打浆后石头牌南方松浆的打浆度为23.6°SR，进行纸张抄造，测得纸张透气量数据如表3所示。

表3 不同打浆度石头牌南方松浆吸尘器纸袋原纸透气量

由表3可见，即使轻度打浆，抄造的吸尘器纸袋原纸的透气量下降也十分严重，主要是因为打浆过程中南方松浆的细纤维化和切断作用使纤维结合更紧密，所以透气量下降。由于吸尘器纸袋原纸要求具有较好的透气性能，所以不能通过打浆而需要采用其他方法来提高纸张的物理强度。

3.3 不同纤维配比对吸尘器纸袋原纸性能的影响

圆形截面的涤纶超短纤维表面十分光滑，不管粗度如何，均对纸张的透气性能具有非常积极的影响[6]。将石头牌南方松浆和云景牌思茅松浆分别与化学纤维(涤纶纤维，1.67 dtex)进行不同配比的抄造，具体混合配比是90∶10，85∶15，80∶20，75∶25，70∶30，抄造出的纸张平衡水分后测得的强度和透气量等性能的实验结果如表4所示，表中①、②分别代表石头牌南方松浆和云景牌思茅松浆与涤纶纤维进行混合。

由表4可知，随着涤纶纤维的加入比例增加，纸张整体的物理强度下降，同时透气量有明显的上升，这主要是因为涤纶纤维表面光滑，纤维之间结合减弱所致。同时，由于在加入湿强剂和进行表面施胶之后，都会使纸张的纤维层面中的缝隙减少，这就会导致纸张的透气量下降，且本实验是研究用圆网纸机抄造吸尘器纸袋原纸，所以在未加入湿强剂和未进行表面施胶之前应尽量选用透气量高的涤纶纤维配比。

从石头牌南方松浆和云景牌思茅松浆分别与涤纶纤维配比抄造的纸张物理强度可以看出，随着涤纶纤维配比的提高，纸张中的植物纤维量减少，而随之取代的涤纶纤维不能与植物纤维形成化学键的结合，所以其物理强度随之下降。但也可明显看到用石头牌南方松浆配比的纸张抗张指数、撕裂指数、耐破指数整体上优于云景牌思茅松浆的。两者在透气性方面的表现整体上相差无几，石头牌南方松浆和涤纶纤维配比在75∶25时具有满足要求的透气量和强度指标。因此抄造高效真空吸尘器吸尘袋纸的原料可选择石头牌针叶木浆和涤纶纤维，其配比为75∶25。

3.4 涤纶纤维的长度对吸尘器纸袋原纸性能的影响

实验采用3 mm、6 mm和12 mm 3种长度的涤纶纤维，将石头牌南方松浆分别与3种长度的涤纶纤维以75∶25的配比进行纸张抄造，测得的纸张物理强度等性能的结果如表5所示。

表5 涤纶纤维长度对吸尘器纸袋原纸性能的影响

表6 PAE用量对吸尘器纸袋原纸性能的影响

表7 表面施胶剂对吸尘器纸袋原纸性能的影响

表8 施胶液浓度对吸尘器纸袋原纸性能的影响

由表5可知，采用长度为12 mm的涤纶纤维配抄出的吸尘器纸袋原纸具有最好的物理强度。主要是因为长纤维提供了更多的纤维交织点，并且其本身具有较高的强度，也有利于应力的分布，强度性能随着涤纶纤维长度的增加而增加。因此本研究选用12 mm长度的涤纶纤维。

3.5 湿强剂用量对吸尘器纸袋原纸性能的影响

吸尘器纸袋原纸在表面浸渍和后续制袋过程中均需要一定的湿强度，因此考虑加入湿强剂PAE。将配制好的湿强剂PAE按照不同的用量加入石头牌南方松浆与涤纶纤维配比中进行纸张抄造，用量分别为0.2%，0.3%，0.4%，0.5%，0.6%，0.8%，1.0%(均以绝干浆计)，纸张强度和透气量等指标的实验结果如表6所示。

由表6可见，随着湿强剂PAE的用量增加，纸张的物理强度有明显的提高，这主要是由于在纸浆中加入PAE抄造的纸张经过干燥以后，在PAE分子之间以及PAE与纤维之间形成了交联作用，从而使得纸张强度增加。但当PAE用量达到0.6%后，纸张强度趋于稳定，耐破度达到最佳。在透气量方面，因为湿强剂PAE的部分高分子聚合物沉淀于纤维之间与纤维网状结构的无定型交织，填补了纤维间的缝隙，导致纸张透气量的下降，限制了纤维间的活动，也相应地限制了纤维的润胀和纸张伸缩变形。加入PAE，纸张的透气量就会下降，但随着PAE用量的增加透气量不再变化。

3.6 表面施胶对吸尘器纸袋原纸性能的影响

聚乙烯醇(PVA)之类的表面增强剂虽然增强效果明显，但是由于其容易在原纸的表面形成比较致密的膜，覆盖纸张的透气通道，从而大大影响原纸的透气性能，因此本研究直接选用对纸张透气量影响相对较小的氧化淀粉(OS)和羧甲基纤维素钠(CMC)作为表面增强剂进行实验。现将OS和CMC单独使用和以不同质量比混合使用进行表面施胶，且施胶液浓度暂定为2%，表面施胶完成后使用转鼓式纸张干燥器进行干燥，测得表面施胶后纸张强度和透气量等指标的实验结果如表7所示。

前文所述耐破指数是吸尘器纸袋原纸最重要的强度指标，而在表面施胶液的配比中，增加CMC的比例，纸张耐破指数增大，在m(OS)∶m(CMC)达到1∶1时纸张的耐破指数达到最高点，之后呈下降趋势。同时由于采用的干燥方式压力小、温度高、干燥速度快，表面施胶剂没有过多的填补纤维间的缝隙以及在表面成膜，整体上没有对纸张的透气量产生较大的不利影响。故本研究采用的表面施胶剂为OS和CMC混合使用，质量比为1∶1，表面施胶结束后采用转鼓式干燥器干燥纸张。

按照上述配比配制2%、4%、6%、8%不同浓度施胶液进行表面施胶，纸张强度和透气量等指标的实验结果如表8所示。

从表8可见，表面施胶后，吸尘器纸袋原纸的抗张指数、撕裂指数、耐破指数都有明显的增加，而且随着施胶液浓度增大而增大，但是在浓度达到4%时纸张强度达到最大，之后纸张强度随表面施胶液浓度提高而降低，原因可能是随着表面施胶液浓度的提高，胶液的黏度增加，流动性降低，进入纸张内部更加困难，导致纸张的实际施胶量反而下降所致。同时，纸张透气量随着表面施胶液浓度施胶液浓度增大而下降，施胶液浓度4%时透气量符合要求。

4 结 论

采用单因素实验研究了生产吸尘器纸袋原纸的生产工艺条件为：石头牌南方松浆和长度12 mm的涤纶纤维(1.67 dtex)配比为75∶25；浆料只疏解不打浆；成浆池加入用量0.6%(以绝干浆计)的湿强剂，圆网成形时适当加入分散剂以提高吸尘器纸袋原纸的匀度。并尽可能地降低压榨部的压力，在初步干燥后进行表面施胶，表面施胶液由质量比1∶1的氧化淀粉(OS)和羧甲基纤维素钠(CMC)组成，胶液浓度4%。可采用圆网纸机生产中满足质量要求的高效真空吸尘器纸袋原纸。

[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 红, 晁储萌, 刘文波, 等. 高效真空吸尘器集尘袋用纸质量的影响因素[J]. 中国造纸, 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. 刘 文, 曾慧均, 李 政. 2015年我国特种纸产业发展现状及分析[C]//特种纸委员会第十一届年会论文集, 2016.

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

[4] LIU Qunhua, LIU Wen, XU Yue, et al. The Study on the Influence Factors of Air Permeability of Filter Paper[J]. Paper Science & Technology, 2013, 32 (5): 38. 刘群华, 刘 文, 许 跃, 等. 影响过滤纸透气度工艺因素的研究[J]. 造纸科学与技术, 2013, 32(5)： 38.

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(责任编辑：马 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

刘文波先生，高级工程师；主要从事特种纸的研发、中试及生产管理工作。

2017- 04- 14(修改稿)

TS762

A

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