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皮革離型紙原紙制備及工藝技術(shù)優(yōu)化的研究中國產(chǎn)業(yè)競爭情報網(wǎng)2011-09-20瀏覽: 353皮革離型紙是由原紙(紙基層)和離型涂層(即在原紙上涂覆一層離型層)構(gòu)成的，皮革離型紙用于皮革的成型固化，就是把熱熔的皮革流體涂覆在制定好花紋或者平滑的皮革離型紙上，然后把它們放在烘箱中高溫固化，將成型的皮革轉(zhuǎn)移到毛布上面，這樣就得到了成型的皮革制品。離型紙作為人造革生產(chǎn)的載體，可以重復(fù)使用，它代替落后的鋼模花板，已成為人造革生產(chǎn)的必然趨勢。皮革離型紙運用特定的紙張和涂布技術(shù)來實現(xiàn)皮革制品的生產(chǎn)，因為皮革制品生產(chǎn)的條件為高溫和有機(jī)溶劑環(huán)境，因此皮革離型紙原紙需要具備較高的強度、耐熱度、耐溶劑性。國外對此技術(shù)一直保密，原紙的開發(fā)任重道遠(yuǎn)，本文從達(dá)到離型紙重復(fù)使用次數(shù)和耐熱性等性能要求出發(fā)，討論了制備皮革離型紙原紙的最佳工藝條件。1實驗1.1原料、試劑及儀器1.1.1原料及試劑針葉木漿板，水分7% ；闊葉木漿板，水分7%。增干強劑：陽離子聚丙烯酰胺，分子量70萬；木薯陽離子淀粉。增濕強劑：聚酰胺多胺-表氯醇樹脂，固含量14%。施膠劑：烷基烯酮二聚體，固含量12.5。填料：研磨碳酸鈣。耐熱劑：氧化鋅晶須。1.1.2儀器23L ZQS2-23型打漿機(jī)系實驗室定型標(biāo)準(zhǔn)打漿機(jī)(Valley式打漿機(jī))；ZQJ1-B(，)型紙樣抄取器(紙頁成型器)；ZQYC-200型油壓機(jī)；肖伯爾-瑞格勒(Schopper-Riegler)式ZQS12-100型紙漿打漿度測定儀。1.2實驗方案1.2.1漿料的準(zhǔn)備漿料的準(zhǔn)備：根據(jù)漿料的水分含量和打漿濃度，計算出相當(dāng)于360g絕干漿的漿料和用水量，用5L水浸泡4h以上，然后撕成25mm25mm的小漿片；漿料疏解：打漿，打漿條件：杠桿臂負(fù)荷54N，飛刀輥轉(zhuǎn)數(shù)500r/min；取樣：從打漿開始，每隔一定時間取樣測定打漿度，時間為5、15、30、45、60min；在將含有2g絕干漿的懸浮液1000mL倒入濾水筒時，纖維在濾網(wǎng)上形成濾層，水通過濾層進(jìn)入分離室，隨之從兩個排水管流出。用特制量筒收集從側(cè)流管流出的濾液，可直接讀出打漿度值；打漿至針葉木漿打漿度為45SR，闊葉木漿打漿度為40SR；打漿結(jié)束，取下重鉈，用水徹底清洗打漿機(jī)。1.2.2添加劑的配制陽離子聚丙烯酰胺(CPAM)的配制：確定CPAM一個可選擇用量的范圍，選擇其中一個用量點，在分析天平上準(zhǔn)確稱量出相當(dāng)于絕干漿用量的藥品量；將稱好的藥品置于600mL的蒸餾水中，在攪拌機(jī)下攪拌不少于4h至溶液中無未溶解的晶體顆粒為止；將溶液轉(zhuǎn)移到1000mL的容量瓶中并用蒸餾水清洗殘余溶液，一并轉(zhuǎn)移到容量瓶中，搖勻，貼好標(biāo)簽。聚酰胺多胺-表氯醇樹脂(PAE)的配制：計算出相當(dāng)于絕干漿相應(yīng)的PAE用量；用小移液管準(zhǔn)確量取相應(yīng)用量的PAE溶液，用蒸餾水稀釋至1000mL的容量瓶中，搖勻靜置。烷基烯酮二聚體(AKD)的配制：計算出相應(yīng)的AKD乳液用量；用移液管準(zhǔn)確量出并用蒸餾水稀釋至1000mL的容量瓶中，搖勻靜置。碳酸鈣(CaCO3)與氧化鋅填料的準(zhǔn)備：稱取相應(yīng)用量的固體藥品置于1000mL的蒸餾水中盡量充分?jǐn)嚢?，靜置。1.2.3分析測定方法定量按GB/T451.2-93測定，抗張強度按GB/T453-89測定，撕裂強度按GB/T455.1-89測定。2結(jié)果與討論原紙的強度對于皮革生產(chǎn)操作是否順利及紙的使用次數(shù)有很大的影響。因為皮革固化溫度高，在高溫情況下要求原紙要承受一定的撕裂負(fù)荷，要求原紙在加熱情況下反復(fù)使用，不卷曲、表面不掉粉、不發(fā)生破壞。因此選用增強紙張性能的助劑尤為重要。針對皮革離型紙的使用要求，本實驗選用PAE、CPAM來增強皮革離型紙紙張的強度以達(dá)到反復(fù)使用性，加入ZnO晶須來提高耐熱性能。2.1陽離子聚丙烯酰胺(CPAM)用量的確定此次試驗為單因素實驗，各助劑的添加量初步確定為CPAM 0.25%、PAE 1%、CS 0.5%、AKD 0.25%、CaCO310%、ZnO 1%，添加的順序為PAE-CPAM-CS-AKD-CaCO3-ZnO。由圖1可以看出，離型原紙抗張強度隨著CPAM的用量的增加而明顯地增加，到了0.5%左右的用量時有最大值，而后有所下降并趨于平緩，再后來又有上升的趨勢。隨著CPAM用量的不斷增大，分子中的-CONH2活性基團(tuán)可以和纖維表面的弱極性區(qū)形成氫鍵，因此不僅能加強纖維之間的范德華力，還能提供形成氫鍵的條件，其上的陽電荷也可與帶負(fù)電性的紙纖維通過靜電吸引作用相結(jié)合。2.2聚酰胺多胺-表氯醇樹脂(PAE)用量的確定由圖2可以看出離型原紙抗張強度隨著PAE用量的增加而成直線上升趨勢，到了1%的峰值用量后，強度有所下降， CPAM-纖維-PAE的網(wǎng)絡(luò)體系存在的可能性變大，同時PAE也是很好的助留助濾劑，對長、短纖維也有留著。圖2、圖3數(shù)據(jù)表明，PAE適宜選用1%的用量。2.3陽離子淀粉用量的確定由圖4中的數(shù)據(jù)可以分析認(rèn)為，離型原紙的抗張強度隨著陽離子淀粉用量的增加而基本上呈現(xiàn)直線上升的趨勢。由于增強劑一般都有助留作用，對半纖維和細(xì)短纖維的留著是紙張的撕裂度能上升的一個重要原因。陽離子淀粉對抗張強度和裂斷長，隨著用量的增加，紙頁物理性能成直線上升，但受成本制約和抄紙因素影響，加入量不宜超過2.0%，結(jié)合圖例分析，可初步選定陽離子淀粉的用量為1.7%。2.4烷基烯酮二聚體(AKD)用量的確定本次實驗的數(shù)據(jù)曲線前者比較平緩，后者的曲線雖然波折較大，但是只是在一個小范圍內(nèi)變化，其對紙張撕裂度的影響上下只是60mN的差距，中性施膠不僅大大提高了離型原紙的耐久性，同時也使其施膠度、柔韌性、表面平滑度、表面強度以及抗?jié)B透性能等諸多方面得到了改善，這使離型原紙的質(zhì)量得到了很大提高。由于這兩者和AKD分子本身結(jié)構(gòu)的原因，使得添加AKD并不能對抗張強度有很明顯的作用，撕裂度亦然。2.5氧化鋅晶須填料用量的確定圖8氧化鋅添加量在1%的時候強度有最大值，用量稍微再多一點，強度下降的趨勢就很明顯。氧化鋅對撕裂度的影響比較大，由圖9可以看出波動很大，在1.1%的時候，有最大值。固體填料的添加會使?jié){料的強度有所下降，當(dāng)濃度還不是很大的時候，ZnO填料對強度的影響還不是很明顯，但是當(dāng)用量超過1.1%時，兩指標(biāo)都開始下降，太多的固體填料會使纖維網(wǎng)絡(luò)的空隙飽和甚至破壞，還會使紙頁的勻度變差，出現(xiàn)局部的小塊狀現(xiàn)象，致使強度、撕裂度均有所下降。2.6碳酸鈣(CaCO3)填料用量的確定碳酸鈣填料的用量對離型原紙抗張強度的影響比較明顯。由圖10可以看出，CaCO3的用量在10%的時候強度還是可以接受的，但是在再偏高的用量下就會使得強度呈直線趨勢急劇下降。因為紙漿中細(xì)纖維化的纖維和細(xì)小纖維含量的比例高，氧化鋅復(fù)合填料增強了纖維的活化作用。這種高纖維結(jié)合強度歸因于短纖維、細(xì)小纖維引起的結(jié)合鍵的增加。2.7各助劑添加順序的確定考慮到固體填料的添加會使紙張的強度有所下降，故把填料的添加點定為在各液體助劑添加點之后，由于耐熱劑氧化鋅晶須產(chǎn)品的微粒級數(shù)比碳酸鈣要高，與纖維的結(jié)合比其要容易，且此紙的耐熱性要求也是一個重要的指標(biāo)，故先添加氧化鋅，最后才添加碳酸鈣。此試驗內(nèi)容采用了以下6種添加順序，其對應(yīng)的數(shù)據(jù)分析列于下表1和圖12、圖13(助劑用量暫取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%，只研究添加順序)。在初步確定了各助劑的添加量的基礎(chǔ)上，按上面6種方案的添加順序進(jìn)行抄造實驗，其中第一種順序的結(jié)果比較好，無論是抗張強度還是撕裂度都比較令人滿意。這也就說明了一個問題，以提高強度為主要目的的工藝，其增強劑的添加點不適宜太晚，應(yīng)盡早加入到漿料中使其與纖維能充分地作用起到應(yīng)有的效果。2.8各助劑添加量對離型紙的性能的優(yōu)化為了進(jìn)一步確定各助劑添加量對抄造的離型紙最佳的工藝條件，找出影響紙張性能的主要因素，根據(jù)以上所做的單因素試驗，再進(jìn)行四因素三水平L9(34)正交試驗，試驗的因素水平如表2所示。實驗結(jié)果、多因素極差分析和各因素與指標(biāo)趨勢如表3、表4和圖14、圖15所示。通過表4的極差分析容易看出： PAE在對抗張強度和撕裂度上用量為1%時都能達(dá)到較好的指標(biāo)，比較一致，應(yīng)該將PAE用量1%作為最優(yōu)值。CPAM在兩項指標(biāo)上的用量也比較一致，應(yīng)該將CPAM用量0.6%作為最優(yōu)值。CS用量取1.4%為宜。AKD用量取0.25%為宜。所以本試驗的較優(yōu)條件為A2B3C1D2，即PAE用量1%，CPAM用量0.6%，CS用量取1.4%，AKD用量取0.25%。此條件在九次試驗中，可再追加一次試驗加以驗證。本試驗紙張定量為135g ，纖維疏解機(jī)轉(zhuǎn)速為1 800r/min，疏解時間3min，上網(wǎng)濃度0.1%，壓榨壓力4MPa，壓榨時間2min，干燥溫度105，干燥時間15min，根據(jù)已確定的最優(yōu)工藝條件，即CPAM用量0.6%，PAE用量1%，CS用量取1.4%，AKD用量取0.25%，按照前面的試驗操作方法進(jìn)行驗證試驗并檢驗其抗張強度和撕裂度，結(jié)果為抗張強度121N/m，撕裂度1440 mN。結(jié)果表明，按照最優(yōu)工藝條件進(jìn)行的離型紙抄造的紙樣中，撕裂度為1440mN，撕裂度超過9組正交試驗中的最好結(jié)果。3結(jié)論3.1固體填料應(yīng)盡量往后添加，以免影響增強劑和施膠劑的充分反應(yīng)。3.2抄造離型原紙工藝的順序確定為：CPAMPAECSAKDZnOCaCO3。先加增強劑，CPAM能與纖維形成比纖維-纖維作用力還要強的纖維-CPAM-纖維化學(xué)鍵。3.3對離型原紙抗張強度的影響因素次序為：CPAM用量 PAE用量 CS用量 AKD用量；對撕裂度的影響因素次序為：PAE用量CPAM用量 AKD用量CS用量。在利用正交試驗確定了各影響因素的用量后，通過改進(jìn)操作條件來減少強度的下降程度。3.4通過實驗得出制備皮革離型紙原紙的最佳工藝，用此種工藝制備的原紙具備了較高的強度、耐熱度、耐溶劑性。將制備的皮革離型原紙