【摘要】：空氣濾紙作為一種必不可少的功能紙,要求紙張需要有過濾阻力小,容塵量高,過濾精度、效率高等特性。植物纖維由于其自身特性,難以完全滿足空氣濾紙的生產(chǎn)要求。傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝中,一般采用絲光化處理植物纖維,降低植物纖維交織能力,提高成紙松厚度,進而達到低過濾阻力、高容塵量的效果。絲光化過程的不足之處是用堿量高、廢水排放后對環(huán)境污染較大。采用綠色溶劑對纖維進行改性,獲得高松厚度、高透氣度、孔徑分布均勻的紙基材料纖維,以此作為空氣濾紙等產(chǎn)品的原料,既提高了纖維的使用效果,又不污染環(huán)境,具有重要意義。本論文選用漂白硫酸鹽針葉木漿為原料,采用堿脲體系(NaOH-尿素-硫脲、NaOH-尿素、NaOH-硫脲)在低溫下對紙漿纖維進行溫和處理,以制備使用壽命長,過濾阻力低,透氣性好,孔徑分布均勻的空氣濾紙。通過對比三種處理方法對纖維形態(tài)結(jié)構(gòu)及成紙性能的影響,選擇出經(jīng)濟有效的處理方法。在此基礎(chǔ)上,探究了超聲波的協(xié)同作用對堿脲體系改性效果及纖維成紙性能的影響,闡明了超聲波協(xié)同堿脲體系改性纖維的機理。將改性后的纖維進一步進行硅烷偶聯(lián)劑改性,以在空氣濾紙原紙樹脂涂布時賦予纖維和樹脂良好的相容性。采用NaOH-尿素-硫脲、NaOH-尿素、NaOH-硫脲水溶液分別在低溫下(-15℃)對紙漿纖維進行改性處理。在處理過程溫和,節(jié)省原料的基礎(chǔ)上,綜合考慮處理后纖維形態(tài)結(jié)構(gòu)與成紙性能的變化,對比三者后選擇經(jīng)濟有效的處理方法和配比。最終選用8wt%NaOH-8wt%硫脲水溶液低溫處理20 min進行后續(xù)研究。此時,纖維長度下降13%,細小纖維含量減少60%,卷曲指數(shù)上升63%。于此同時,纖維表面粗糙度提升158%,結(jié)晶度降低2.17%。成紙后松厚度達到6 cm~3/g,相對于未處理的纖維提升39.53%,透氣度提升105%,平均孔徑由28.79μm增加到49.62μm,強度下降45%。將超聲波與NaOH-硫脲水溶液改性結(jié)合起來處理紙漿纖維,探究了超聲波功率和處理時間對NaOH-硫脲水溶液改性纖維的影響。結(jié)果表明,在處理過程中,利用超聲波代替恒速攪拌器將纖維和處理溶液混合均勻(混合時間為5 min),在超聲功率為30%(360W)時效果較佳。此時,紙張松厚度達到6.75 cm~3/g,相對提高10.6%,透氣度為920 mm/s,結(jié)晶度由原來的77.89%下降至63.24%;在超聲波混合及NaOH-硫脲水溶液低溫處理后,再次對纖維超聲處理,以改善紙張強度和孔徑均勻性。最佳方案為采用40%(480W)的超聲功率處理20 min,紙張松厚度為6.68 cm~3/g,抗張指數(shù)為1.57 N·m/g,透氣度為825 mm/s,平均孔徑分布從80μm~210μm變?yōu)?0μm~80μm。超聲波空化作用產(chǎn)生的微射流沖擊波會使纖維表面及內(nèi)部結(jié)構(gòu)受到損傷,結(jié)構(gòu)變得趨于松散,從而使處理纖維素的溶劑分子深入纖維內(nèi)部,有利于NaOH-硫脲水溶液在低溫下處理纖維,提高其反應(yīng)程度。在NaOH-硫脲和纖維的混合溶液中,NaOH中的OH~-與硫脲的-NH_2存在較強的氫鍵作用,在低溫狀態(tài)下,溶液中的溶劑分子非常容易與纖維素鏈上的C6上的羥基締合,而且生成相對穩(wěn)定的管狀包合物。管狀包合物的產(chǎn)生破壞了纖維分子間的氫鍵,纖維素鏈發(fā)生分散和解離,部分破壞了纖維的結(jié)晶區(qū),從而使纖維呈現(xiàn)出彎曲扭結(jié)的狀態(tài)。以超聲波結(jié)合NaOH-硫脲水溶液處理后的纖維為原料,制備空氣濾紙原紙后進行樹脂涂布。為了改善樹脂與纖維的相容性,將纖維采用硅烷偶聯(lián)劑(KH570)改性,然后按照20%的涂布量將丙烯酸樹脂噴淋在原紙表面。紅外數(shù)據(jù)顯示,KH570通過化學(xué)鍵連接在了纖維素表面。KH570改性前后噴淋樹脂的紙張抗張指數(shù)由原紙的1.6 N·m/g分別提升到3.39 N·m/g和3.5 N·m/g;紙張的平均內(nèi)結(jié)合力分別提升至30 J·m~2和35 J·m~2;紙張彎曲挺度由原紙的75 mN分別提升至312mN和320 mN;紙張透氣度和松厚度幾乎沒有變化。
【學(xué)位授予單位】：齊魯工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TS761.2

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本文編號：2709562