皮革离型纸原纸制备及工艺技术优化的研究

皮革离型纸原纸制备及工艺技术优化的研究中国产业竞争情报网2011-09-20浏览:353皮革离型纸是由原纸(纸基层)和离型涂层(即在原纸上涂覆一层离型层)构成的，皮革离型纸用于皮革的成型固化，就是把热熔的皮革流体涂覆在制定好花纹或者平滑的皮革离型纸上，然后把它们放在烘箱中高温固化，将成型的皮革转移到毛布上面，这样就得到了成型的皮革制品。离型纸作为人造革生产的载体，可以重复使用，它代替落后的钢模花板，已成为人造革生产的必然趋势。皮革离型纸运用特定的纸张和涂布技术来实现皮革制品的生产，因为皮革制品生产的条件为高温和有机溶剂环境，因此皮革离型纸原纸需要具备较高的强度、耐热度、耐溶剂性。国外对此技术一直保密，原纸的开发任重道远，本文从达到离型纸重复使用次数和耐热性等性能要求出发，讨论了制备皮革离型纸原纸的最佳工艺条件。1实验1.1原料、试剂及仪器1.1.1原料及试剂针叶木浆板，水分7%；阔叶木浆板，水分7%。增干强剂：阳离子聚丙烯酰胺，分子量70万；木薯阳离子淀粉。增湿强剂：聚酰胺多胺-表氯醇树脂，固含量14%。施胶剂：烷基烯酮二聚体，固含量12.5。填料：研磨碳酸钙。耐热剂：氧化锌晶须。1.1.2仪器23LZQS2-23型打浆机系实验室定型标准打浆机(Valley式打浆机)；ZQJ1-B(Ⅰ，Ⅱ)型纸样抄取器(纸页成型器)；ZQYC-200型油压机；肖伯尔-瑞格勒(Schopper-Riegler)式ZQS12-100型纸浆打浆度测定仪。1.2实验方案1.2.1浆料的准备浆料的准备：根据浆料的水分含量和打浆浓度，计算出相当于360g绝干浆的浆料和用水量，用5L水浸泡4h以上，然后撕成25mm×25mm的小浆片；浆料疏解：打浆，打浆条件：杠杆臂负荷54N，飞刀辊转数500r/min；取样：从打浆开始，每隔一定时间取样测定打浆度，时间为5、15、30、45、60min；在将含有2g绝干浆的悬浮液1000mL倒入滤水筒时，纤维在滤网上形成滤层，水通过滤层进入分离室，随之从两个排水管流出。用特制量筒收集从侧流管流出的滤液，可直接读出打浆度值；打浆至针叶木浆打浆度为45°SR，阔叶木浆打浆度为40°SR；打浆结束，取下重铊，用水彻底清洗打浆机。1.2.2添加剂的配制阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)的配制：确定CPAM一个可选择用量的范围，选择其中一个用量点，在分析天平上准确称量出相当于绝干浆用量的药品量；将称好的药品置于600mL的蒸馏水中，在搅拌机下搅拌不少于4h至溶液中无未溶解的晶体颗粒为止；将溶液转移到1000mL的容量瓶中并用蒸馏水清洗残余溶液，一并转移到容量瓶中，摇匀，贴好标签。聚酰胺多胺-表氯醇树脂(PAE)的配制：计算出相当于绝干浆相应的PAE用量；用小移液管准确量取相应用量的PAE溶液，用蒸馏水稀释至1000mL的容量瓶中，摇匀静置。烷基烯酮二聚体(AKD)的配制：计算出相应的AKD乳液用量；用移液管准确量出并用蒸馏水稀释至1000mL的容量瓶中，摇匀静置。碳酸钙(CaCO3)与氧化锌填料的准备：称取相应用量的固体药品置于1000mL的蒸馏水中尽量充分搅拌，静置。1.2.3分析测定方法定量按GB/T451.2-93测定，抗张强度按GB/T453-89测定，撕裂强度按GB/T455.1-89测定。2结果与讨论原纸的强度对于皮革生产操作是否顺利及纸的使用次数有很大的影响。因为皮革固化温度高，在高温情况下要求原纸要承受一定的撕裂负荷，要求原纸在加热情况下反复使用，不卷曲、表面不掉粉、不发生破坏。因此选用增强纸张性能的助剂尤为重要。针对皮革离型纸的使用要求，本实验选用PAE、CPAM来增强皮革离型纸纸张的强度以达到反复使用性，加入ZnO晶须来提高耐热性能。2.1阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)用量的确定此次试验为单因素实验，各助剂的添加量初步确定为CPAM0.25%、PAE1%、CS0.5%、AKD0.25%、CaCO310%、ZnO1%，添加的顺序为PAE-CPAM-CS-AKD-CaCO3-ZnO。由图1可以看出，离型原纸抗张强度随着CPAM的用量的增加而明显地增加，到了0.5%左右的用量时有最大值，而后有所下降并趋于平缓，再后来又有上升的趋势。随着CPAM用量的不断增大，分子中的-CONH2活性基团可以和纤维表面的弱极性区形成氢键，因此不仅能加强纤维之间的范德华力，还能提供形成氢键的条件，其上的阳电荷也可与带负电性的纸纤维通过静电吸引作用相结合。2.2聚酰胺多胺-表氯醇树脂(PAE)用量的确定由图2可以看出离型原纸抗张强度随着PAE用量的增加而成直线上升趋势，到了1%的峰值用量后，强度有所下降，CPAM-纤维-PAE的网络体系存在的可能性变大，同时PAE也是很好的助留助滤剂，对长、短纤维也有留着。图2、图3数据表明，PAE适宜选用1%的用量。2.3阳离子淀粉用量的确定由图4中的数据可以分析认为，离型原纸的抗张强度随着阳离子淀粉用量的增加而基本上呈现直线上升的趋势。由于增强剂一般都有助留作用，对半纤维和细短纤维的留着是纸张的撕裂度能上升的一个重要原因。阳离子淀粉对抗张强度和裂断长，随着用量的增加，纸页物理性能成直线上升，但受成本制约和抄纸因素影响，加入量不宜超过2.0%，结合图例分析，可初步选定阳离子淀粉的用量为1.7%。2.4烷基烯酮二聚体(AKD)用量的确定本次实验的数据曲线前者比较平缓，后者的曲线虽然波折较大，但是只是在一个小范围内变化，其对纸张撕裂度的影响上下只是60mN的差距，中性施胶不仅大大提高了离型原纸的耐久性，同时也使其施胶度、柔韧性、表面平滑度、表面强度以及抗渗透性能等诸多方面得到了改善，这使离型原纸的质量得到了很大提高。由于这两者和AKD分子本身结构的原因，使得添加AKD并不能对抗张强度有很明显的作用，撕裂度亦然。2.5氧化锌晶须填料用量的确定图8氧化锌添加量在1%的时候强度有最大值，用量稍微再多一点，强度下降的趋势就很明显。氧化锌对撕裂度的影响比较大，由图9可以看出波动很大，在1.1%的时候，有最大值。固体填料的添加会使浆料的强度有所下降，当浓度还不是很大的时候，ZnO填料对强度的影响还不是很明显，但是当用量超过1.1%时，两指标都开始下降，太多的固体填料会使纤维网络的空隙饱和甚至破坏，还会使纸页的匀度变差，出现局部的小块状现象，致使强度、撕裂度均有所下降。2.6碳酸钙(CaCO3)填料用量的确定碳酸钙填料的用量对离型原纸抗张强度的影响比较明显。由图10可以看出，CaCO3的用量在10%的时候强度还是可以接受的，但是在再偏高的用量下就会使得强度呈直线趋势急剧下降。因为纸浆中细纤维化的纤维和细小纤维含量的比例高，氧化锌复合填料增强了纤维的活化作用。这种高纤维结合强度归因于短纤维、细小纤维引起的结合键的增加。2.7各助剂添加顺序的确定考虑到固体填料的添加会使纸张的强度有所下降，故把填料的添加点定为在各液体助剂添加点之后，由于耐热剂氧化锌晶须产品的微粒级数比碳酸钙要高，与纤维的结合比其要容易，且此纸的耐热性要求也是一个重要的指标，故先添加氧化锌，最后才添加碳酸钙。此试验内容采用了以下6种添加顺序，其对应的数据分析列于下表1和图12、图13(助剂用量暂取PAE用量1%，CPAM用量0.6%，CS用量取1.4%，AKD用量取0.25%，ZnO取1.1%，CaCO3取10%，只研究添加顺序)。在初步确定了各助剂的添加量的基础上，按上面6种方案的添加顺序进行抄造实验，其中第一种顺序的结果比较好，无论是抗张强度还是撕裂度都比较令人满意。这也就说明了一个问题，以提高强度为主要目的的工艺，其增强剂的添加点不适宜太晚，应尽早加入到浆料中使其与纤维能充分地作用起到应有的效果。2.8各助剂添加量对离型纸的性能的优化为了进一步确定各助剂添加量对抄造的离型纸最佳的工艺条件，找出影响纸张性能的主要因素，根据以上所做的单因素试验，再进行四因素三水平L9(34)正交试验，试验的因素水平如表2所示。实验结果、多因素极差分析和各因素与指标趋势如表3、表4和图14、图15所示。通过表4的极差分析容易看出：PAE在对抗张强度和撕裂度上用量为1%时都能达到较好的指标，比较一致，应该将PAE用量1%作为最优值。CPAM在两项指标上的用量也比较一致，应该将CPAM用量0.6%作为最优值。CS用量取1.4%为宜。AKD用量取0.25%为宜。所以本试验的较优条件为A2B3C1D2，即PAE用量1%，CPAM用量0.6%，CS用量取1.4%，AKD用量取0.25%。此条件在九次试验中，可再追加一次试验加以验证。本试验纸张定量为135g，纤维疏解机转速为1800r/min，疏解时间3min，上网浓度0.1%，压榨压力4MPa，压榨时间2min，干燥温度105℃，干燥时间15min，根据已确定的最优工艺条件，即CPAM用量0.6%，PAE用量1%，CS用量取1.4%，AKD用量取0.25%，按照前面的试验操作方法进行验证试验并检验其抗张强度和撕裂度，结果为抗张强度121N/m，撕裂度1440mN。结果表明，按照最优工艺条件进行的离型纸抄造的纸样中，撕裂度为1440mN，撕裂度超过9组正交试验中的最好结果。3结论3.1固体填料应尽量往后添加，以免影响增强剂和施胶剂的充分反应。3.2抄造离型原纸工艺的顺序确定为：CPAM—PAE—CS—AKD—ZnO—CaCO3。先加增强剂，CPAM能与纤维形成比纤维-纤维作用力还要强的纤维-CPAM-纤维化学键。3.3对离型原纸抗张强度的影响因素次序为：CPAM用量PAE用量CS用量AKD用量；对撕裂度的影响因素次序为：PAE用量CPAM用量AKD用量CS用量。在利用正交试验确定了各影响因素的用量后，通过改进操作条件来减少强度的下降程度。3.4通过实验得出制备皮革离型纸原纸的最佳工艺，用此种工艺制备的原纸具备了较高的强度、耐热度、耐溶剂性。将制备的皮革离型原纸在145℃鼓风干燥箱中烘烤3min，再对其物理性能进行测试，发现纸张抗张强度和撕裂强度只有轻微的变化，不影响使用。将离型原纸在DMF和甲乙酮中各浸泡10min后取出，等溶剂挥发后测试其物理性能，发现满足要求。故本实验采用的PAE用量1%，CPAM用量0.6%，CS用量取1.4%，AKD用量取0.25%，纤维疏解机转速为1800r/min，疏解时间3min，上网浓度0.1%，压榨压力4MPa，压榨时间2min干燥温度105℃，干燥时间