纤维素纤维复合绒毛化工艺及机理研究

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绒毛浆纤维是绒毛浆浆板干法解离后用于卫生用品的柔软且弹性好的高吸水性材料,有关绒毛浆浆板纤维弱结合及绒毛浆纤维吸收性的矛盾问题一直倍受关注。课题提出了复合绒毛化的新工艺,并分别以工厂、自制马尾松半漂浆为原料,研究得到复合绒毛化的工艺方法及最佳工艺条件,并在此基础上,将复合绒毛化工艺分别与超声波预处理、解键剂结合用于绒毛浆的制备中,探讨物理绒毛化与化学绒毛化结合使用的优越性,在工艺探讨的基础上,采用Morfi Compact、SEM、X ray、FT IR、SEM EDAX、XPS仪器分析方法,进行了机理的初步研究。复合绒毛化处理方法的最佳工艺条件为:用碱量,8%;H2O2用量,1.8%;温度,70℃;浓碱处理时间,10min。在上述工艺条件下制备得到的绒毛浆,紧度为0.30g/m3,耐破指数为0.57KPa m2/g,吸水速度为3.30s/g,吸收性为9.14g/g,干蓬松度为17.43cm3/g,经一段补充漂白后,白度达82.44%ISO,达到绒毛浆国标GB/T213312008对绒毛浆性能的要求。该工艺同样适用于实验室自制马尾松硫酸盐半漂浆,当自制半漂浆蒸煮后纸浆卡伯值为33.02,并采用O O D漂白工艺时,在复合绒毛化最佳工艺条件下,制备得到的绒毛浆纤维部分性能不及工厂马尾松硫酸盐半漂浆,进一步研究中需从蒸煮工艺、设备两方面作以改进。超声波预处理时间为30min时,纤维的吸收性、保水值(WRV)分别增加了23.49%、16.47%,纤维之间的结合强度仅增加了4.07%,零距抗张强度降低了8.11%;将其与复合绒毛化结合用于绒毛浆制备中,一方面,超声波预处理促进了纸浆纤维的吸水润胀,增加了纤维的比表面积,从而增加了复合绒毛化处理时纤维对药液的可及度,减少复合绒毛化处理的药品用量;另一方面,采用超声波预处理的机械处理方式代替部分化学处理方式,降低了药品用量及废液处理成本。解键剂用量为0.5%,抄造温度为40℃时,制备得到的绒毛浆紧度为0.31g/m3,耐破指数为0.30KPa m2/g,吸水速度为1.10s/g,吸收性为8.23g/g,干蓬松度为19.78cm3/g,达到绒毛浆国标GB/T213312008对绒毛浆性能的要求;与复合绒毛化结合使用时,当用量仅为0.25%时,相比单独复合绒毛化处理,抄造得到的绒毛浆浆板耐破指数降低了40.85%,透气度升高了13.88%,纤维吸收性仅降低了2.50%,吸水速度降低了12.12%。Morfi Compact研究发现,复合绒毛化处理后纤维发生了润胀、卷曲,纤维粗度及弯曲纤维含量分别增加了6.51%和26.13%,导致纤维之间的孔隙增加,纤维表面游离羟基之间的距离也增加,有利于削弱绒毛浆浆板纤维之间的结合。细小纤维含量降低了29.63%,减少了干解离时的粉尘。SEM扫描图片显示,复合绒毛化处理后纤维表面包覆层去除,部分碳水化合物降解。X ray研究发现,复合绒毛化处理后,纤维素的结晶度下降了45.10%;超声波与复合绒毛化结合处理后,试样纤维素的结晶度下降了48.99%,无定形区增多,出现了纤维素Ⅱ晶体结构中的特征衍射吸收峰。FT IR研究发现,复合绒毛化处理后,分子间氢键占总氢键强度比例由67.95%减小至61.74%,总的分子内氢键占总氢键强度比例增加;超声波与复合绒毛化结合处理后,纤维素分子间氢键占总氢键强度比例由67.95%减小至33.13%,新增了分子间氢键O(2)H…O(2')或O(6)H…O(2'),其占总氢键强度比例为25.53%,总的分子内氢键占总氢键强度比例增加。氢键的断裂暴露出较多的游离羟基,对于绒毛浆纤维的吸收性是有利的,而且较多的分子间氢键断裂可以削弱绒毛浆浆板纤维之间的结合。SEM EDAX研究发现,复合绒毛化处理后纤维表面C元素百分比含量增加、O元素百分比含量降低;XPS全谱扫描结果显示,复合绒毛化处理后,试样纤维表面O元素拟合峰OH原子百分比减小了4.15%,说明处理过程中有部分碳水化合物发生降解,并且主要为半纤维素,纤维表面OH含量较小幅度的减小,既削弱了纤维之间的结合力,又能将其对纤维吸收性的负面影响降至最低;FT IR、XPS氩刻研究发现,解键剂中存在O C=O、N H等官能团,解键剂作用于纤维时,主要与纤维表面发生作用,屏蔽了纤维表面的部分OH,削弱了纤维之间结合,又能将其对纤维吸收性的负面影响降至最低。
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