鄧麗娟，蘇夢(mèng)冰，陳曉珊，黃俊生

（韓山師范學(xué)院化學(xué)系，廣東潮州 521041）

1 引言

中國造紙工業(yè)近年來保持了持續(xù)高速增長的態(tài)勢(shì).雖然廢紙對(duì)中國造紙業(yè)發(fā)展的支撐作用越來越大，但是廢紙資源并不是取之不盡用之不竭，特別是廢紙回收利用已接近極限.因此，必須提高一次性纖維原料的供給能力[1].

水葫蘆（Eichhornia crassipes），又名鳳眼蓮、水風(fēng)信子，是雨久花科鳳眼蓮屬植物，為多年生漂浮水生草本植物.水葫蘆曾經(jīng)作為觀賞植物引入中國，但是由于大量繁殖造成水生環(huán)境的破壞，因此水葫蘆也被世界公認(rèn)為“十大害草”之一.盡管當(dāng)前對(duì)水葫蘆有一定的開發(fā)利用，但并不能有效地解決水葫蘆瘋長所造成的一系列生態(tài)問題.水葫蘆對(duì)所在水域的氣候和生態(tài)影響非常明顯，它們生長和繁殖能力超強(qiáng)，一旦繁衍開來，便對(duì)水面實(shí)施嚴(yán)密“封鎖”，擋住陽光，導(dǎo)致水下植物得不到足夠光照，破壞水生動(dòng)物的食物鏈[2].因此，如果能夠利用豐富的水葫蘆代替森林資源作為造紙?jiān)?，不但使其得到科學(xué)的轉(zhuǎn)化利用，緩解了其對(duì)環(huán)境造成的破壞，也為造紙行業(yè)提供了豐富的原料，真正實(shí)現(xiàn)變廢為寶，具有重大的社會(huì)意義.

在此之前，造紙行業(yè)已對(duì)利用多種非木纖維材料造紙進(jìn)行了研究，如：玉米稈[3]、煙稈[4]、香蕉樹[5]、菠蘿葉[6]、麥草[7]等，但是對(duì)于水葫蘆纖維造紙還未有相關(guān)研究報(bào)道.

2 材料與實(shí)驗(yàn)方法

2.1 材料采集

水葫蘆，采自潮州市湘橋區(qū)東湖，經(jīng)洗凈瀝干，切碎后備用.

2.2 實(shí)驗(yàn)藥品和儀器

氫氧化鈉、十二烷基苯磺酸鈉、過氧化氫、硅酸鈉、氯化鋁、明礬、碳酸鈣、羧甲基纖維素鈉、EDTA等藥品和試劑均為國產(chǎn)分析純.

電爐、水浴鍋、目篩、恒溫水浴箱、電磁攪拌器、烘箱.

2.3 紙張的制作

（1）原料采集：從潮州市湘橋區(qū)東湖采集水葫蘆.

（2）原料處理：將水葫蘆根部切除、洗凈.

（3）蒸煮：采用堿法蒸煮，參考麥草蒸煮的工藝條件[7]，并結(jié)合EDTA及十二烷基苯磺酸鈉，確定實(shí)驗(yàn)蒸煮藥品的種類及用量.

（4）洗漿篩漿：對(duì)蒸煮后的纖維進(jìn)行洗滌，然后進(jìn)行篩選.

（5）漂白：應(yīng)用過氧化氫漂白技術(shù)，采取適當(dāng)?shù)钠邦A(yù)處理[8,9].并在高濃漿、高溫、低堿量并添加少量硅酸鹽的條件下，使漂白達(dá)到最佳效果[10].

（6）絮凝：用氯化鋁對(duì)漂白后的紙漿進(jìn)行絮凝，提高紙張的強(qiáng)度.

（7）填料：用碳酸鈣、明礬對(duì)絮凝后的紙漿進(jìn)行填料，增強(qiáng)紙張的性能.

（8）施膠：用羧甲基纖維素鈉對(duì)填料后的紙漿進(jìn)行施膠，增強(qiáng)紙張的防潮性能.

（9）勻漿：對(duì)施膠后的紙漿進(jìn)行勻漿.

（10）烘烤掀紙：對(duì)勻漿后的紙漿進(jìn)行烘烤掀紙后得到產(chǎn)品.

水葫蘆纖維造紙的具體流程如圖1所示.

圖1 水葫蘆纖維造紙流程圖

3 水葫蘆纖維造紙的影響因素

3.1 絮凝、填料、施膠對(duì)水葫蘆纖維造紙的影響

運(yùn)用正交設(shè)計(jì)助手IIV3.1專業(yè)版，對(duì)明礬、碳酸鈣、羧甲基纖維素鈉等三個(gè)因素進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)（見表1）.以下實(shí)驗(yàn)所用的目篩面積大小均為130 cm2.

表1 各填料水平對(duì)應(yīng)表

由表2可知，當(dāng)明礬、碳酸鈣、羧甲基纖維素鈉的濃度分別為0.563 mmol/L、2.670 mmol/L、0.625 mmol/L時(shí)紙張感官評(píng)價(jià)最佳.按照上述工藝制作的紙張與不經(jīng)過絮凝、填料與施膠等操作步驟制作的紙張相比，整體效果相似，因此可不經(jīng)絮凝、填料與施膠等操作步驟直接利用水葫蘆纖維造紙.

以下所研究的水葫蘆纖維紙張均為不經(jīng)過絮凝、填料與施膠等步驟制作的成品.

表2 填料量影響紙張效果的正交結(jié)果表

3.2 漿量多少對(duì)紙張的影響

由表3可知，紙張的耐破度、厚度與所用漿量成正比.當(dāng)漿量為10 mL時(shí)，紙張過薄易破；當(dāng)漿量為30 mL時(shí)，紙張過厚，并且原料消耗量大；當(dāng)用漿量為20 mL時(shí)，紙張感官評(píng)價(jià)適中.綜合紙張性能以及原料消耗等因素，用漿量為20 mL是水葫蘆纖維的最佳造紙工藝條件.

表3 漿量對(duì)紙張性能影響表

3.3 烘烤溫度的探究

由表4可知，隨著烘烤溫度的上升，烘烤時(shí)間縮短，但是紙張的耐破度卻是先上升后下降.當(dāng)溫度為50℃時(shí)，烘烤用時(shí)過長，能耗較大；當(dāng)溫度為70℃、80℃時(shí)，雖然烘烤用時(shí)較短，但是紙張韌性度較低，耐破度較差；而當(dāng)溫度為60℃時(shí)，烘烤用時(shí)適中，并且紙張質(zhì)量較好.綜合紙張性能與能耗大小等因素，烘烤溫度為60℃是水葫蘆纖維的最佳造紙工藝條件.

表4 溫度對(duì)紙張性能影響表

4 紙張性能指標(biāo)測(cè)定與分析

4.1 水葫蘆纖維紙張與普通紙張的性能指標(biāo)對(duì)比

4.1.1 紙張的物理性能對(duì)比

由表5可知，不經(jīng)過絮凝、施膠與填料等操作步驟制作的水葫蘆纖維紙張的著火點(diǎn)與普通紙張的著火點(diǎn)相近，但是吸水性明顯優(yōu)于普通紙張.

表5 物理性能對(duì)比表

4.1.2 紙張的化學(xué)性能對(duì)比

由表6可知，不經(jīng)過絮凝、施膠與填料等操作步驟制作的水葫蘆纖維紙張的酸堿度與普通紙張的酸堿度都為中性，但水葫蘆紙張的灰分含量比普通紙張少，更利于印刷.

表6 化學(xué)性能對(duì)比表

5 結(jié)論

通過研究用漿量、烘烤溫度、絮凝劑、施膠劑與填料等因素對(duì)水葫蘆纖維紙張性能的影響.實(shí)驗(yàn)表明：130 cm2的紙張最佳漿量為20 mL，最佳烘烤溫度為60℃，而絮凝、填料與施膠等操作對(duì)水葫蘆紙張的性能沒有明顯影響.

同時(shí)，研究結(jié)果也表明水葫蘆纖維紙張的著火點(diǎn)及酸堿度與普通紙張相近，但是水葫蘆纖維紙張的吸水性明顯優(yōu)于普通紙張，并且水葫蘆纖維紙張的含灰量比普通紙張少，這更有利于印刷.

[1]郭永新.中國造紙?jiān)系默F(xiàn)狀和未來[J].中華紙業(yè)，2010，31（19）：15-20.

[2]霍壽喜.揭開水葫蘆的“面紗”[J].少兒科技，2012（4）：35.

[3]孫勇慧.玉米稈可同時(shí)作為能源和造紙?jiān)蟍J].中華紙業(yè)，2010，31（12）：96.

[4]鄭書敏.煙稈——潛在的制漿造紙?jiān)蟍J].國際造紙，2001（1）：46-48.

[5]孫濤.用香蕉樹桿造紙[J].中華紙業(yè)，2010，31（10）：91.

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