皮革離型紙?jiān)堉苽浼肮に嚰夹g(shù)優(yōu)化的研究.docx

皮革離型紙?jiān)堉苽浼肮に嚰夹g(shù)優(yōu)化的研究中國產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)情報(bào)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?；ò?，已成為人造革生產(chǎn)的必然趨勢(shì)。皮革離型紙運(yùn)用特定的紙張和涂布技術(shù)來實(shí)現(xiàn)皮革制品的生產(chǎn)，因?yàn)槠じ镏破飞a(chǎn)的條件為高溫和有機(jī)溶劑環(huán)境，因此皮革離型紙?jiān)埿枰邆漭^高的強(qiáng)度、耐熱度、耐溶劑性。國外對(duì)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?jiān)埖淖罴压に嚄l件。1實(shí)驗(yàn)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(qiáng)劑：陽離子聚丙烯酰胺，分子量70萬；木薯陽離子淀粉。增濕強(qiáng)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(shí)驗(yàn)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(cè)定儀。1.2實(shí)驗(yàn)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(jì)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(shí)間取樣測(cè)定打漿度，時(shí)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(shí)，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(gè)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(gè)可選擇用量的范圍，選擇其中一個(gè)用量點(diǎn)，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(jì)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(jì)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(cè)定方法定量按GB/T451.2-93測(cè)定，抗張強(qiáng)度按GB/T453-89測(cè)定，撕裂強(qiáng)度按GB/T455.1-89測(cè)定。2結(jié)果與討論原紙的強(qiáng)度對(duì)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?yàn)槠じ锕袒瘻囟雀?，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?jiān)诩訜崆闆r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(qiáng)紙張性能的助劑尤為重要。針對(duì)皮革離型紙的使用要求，本實(shí)驗(yàn)選用PAE、CPAM來增強(qiáng)皮革離型紙紙張的強(qiáng)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(yàn)為單因素實(shí)驗(yàn)，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?yàn)镻AE-CPAM-CS-AKD-CaCO3-ZnO。由圖1可以看出，離型原紙抗張強(qiáng)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(shí)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(shì)。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(qiáng)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(qiáng)度隨著PAE用量的增加而成直線上升趨勢(shì)，到了1%的峰值用量后，強(qiáng)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(shí)PAE也是很好的助留助濾劑，對(duì)長(zhǎng)、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(qiáng)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(shì)。由于增強(qiáng)劑一般都有助留作用，對(duì)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(gè)重要原因。陽離子淀粉對(duì)抗張強(qiáng)度和裂斷長(zhǎng)，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(shí)驗(yàn)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(gè)小范圍內(nèi)變化，其對(duì)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(shí)也使其施膠度、柔韌性、表面平滑度、表面強(qiáng)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(duì)抗張強(qiáng)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(shí)候強(qiáng)度有最大值，用量稍微再多一點(diǎn)，強(qiáng)度下降的趨勢(shì)就很明顯。氧化鋅對(duì)撕裂度的影響比較大，由圖9可以看出波動(dòng)很大，在1.1%的時(shí)候，有最大值。固體填料的添加會(huì)使?jié){料的強(qiáng)度有所下降，當(dāng)濃度還不是很大的時(shí)候，ZnO填料對(duì)強(qiáng)度的影響還不是很明顯，但是當(dāng)用量超過1.1%時(shí)，兩指標(biāo)都開始下降，太多的固體填料會(huì)使纖維網(wǎng)絡(luò)的空隙飽和甚至破壞，還會(huì)使紙頁的勻度變差，出現(xiàn)局部的小塊狀現(xiàn)象，致使強(qiáng)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(duì)離型原紙抗張強(qiáng)度的影響比較明顯。由圖10可以看出，CaCO3的用量在10%的時(shí)候強(qiáng)度還是可以接受的，但是在再偏高的用量下就會(huì)使得強(qiáng)度呈直線趨勢(shì)急劇下降。因?yàn)榧垵{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(qiáng)了纖維的活化作用。這種高纖維結(jié)合強(qiáng)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(huì)使紙張的強(qiáng)度有所下降，故把填料的添加點(diǎn)定為在各液體助劑添加點(diǎn)之后，由于耐熱劑氧化鋅晶須產(chǎn)品的微粒級(jí)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(gè)重要的指標(biāo)，故先添加氧化鋅，最后才添加碳酸鈣。此試驗(yàn)內(nèi)容采用了以下6種添加順序，其對(duì)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(shí)驗(yàn)，其中第一種順序的結(jié)果比較好，無論是抗張強(qiáng)度還是撕裂度都比較令人滿意。這也就說明了一個(gè)問題，以提高強(qiáng)度為主要目的的工藝，其增強(qiáng)劑的添加點(diǎn)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(duì)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(duì)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(yàn)，再進(jìn)行四因素三水平L9(34)正交試驗(yàn)，試驗(yàn)的因素水平如表2所示。實(shí)驗(yàn)結(jié)果、多因素極差分析和各因素與指標(biāo)趨勢(shì)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(duì)抗張強(qiáng)度和撕裂度上用量為1%時(shí)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(xiàng)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(yàn)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(yàn)中，可再追加一次試驗(yàn)加以驗(yàn)證。本試驗(yàn)紙張定量為135g ，纖維疏解機(jī)轉(zhuǎn)速為1 800r/min，疏解時(shí)間3min，上網(wǎng)濃度0.1%，壓榨壓力4MPa，壓榨時(shí)間2min，干燥溫度105，干燥時(shí)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(yàn)操作方法進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)并檢驗(yàn)其抗張強(qiáng)度和撕裂度，結(jié)果為抗張強(qiáng)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(yàn)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(qiáng)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(qiáng)劑，CPAM能與纖維形成比纖維-纖維作用力還要強(qiáng)的纖維-CPAM-纖維化學(xué)鍵。3.3對(duì)離型原紙抗張強(qiáng)度的影響因素次序?yàn)椋篊PAM用量 PAE用量 CS用量 AKD用量；對(duì)撕裂度的影響因素次序?yàn)椋篜AE用量CPAM用量 AKD用量CS用量。在利用正交試驗(yàn)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(qiáng)度的下降程度。3.4通過實(shí)驗(yàn)得出制備皮革離型紙?jiān)埖淖罴压に?，用此種工藝制備的原紙具備了較高的強(qiáng)度、耐熱度、耐溶劑性。將制備的皮革離型原紙