（纺织化学与染整工程专业论文）造纸毛毯抗压抗污整理研究.pdf

摘要 本文对国内外造纸毛毯的发展概况进行了认真地分析和研究，特别对造纸 毛毯在实际使用过程中，导致滤水性能下降的各种原因进行了广泛而深入地探 讨。针对我国目前造纸毛毯产品丌发中存在的问题，在立足国内现有原材料和 加工条件的基础上，采用化学后处理的方法，对高性能造纸毛毯丌发的理论和 工艺进行了研究。 研究结果表明，具有羟甲基的脲一醛类树脂及三聚氰胺甲醛类树脂类整理 剂，可以有效提高造纸毛毯中锦纶短纤维的刚性和改善其屈服性能。当整理剂 浓度超过1 2 0 # l 以后，对造纸毛毯使用后期滤水性能的改善效果非常明显。经 过实验室测试比较，整理后的造纸毛毯在液流阻力、透气性能、空隙体积、抗 压缩性能等方面已经达到或接近了进口原料生产产品的水平。说明了提高原料 纤维的刚性及其屈服性能，可以提高造纸毛毯的抗压缩性，从而改善造纸毛毯 的滤水性能。 研究也证明，经过聚氨酯、橡胶类的弹性助剂整理后的造纸毛毯，在被压 榨后厚度变薄，且不能瞬时恢复，因此对改善造纸毛毯的滤水性能无显著作用。 研究还证明，选择适当的防污整理剂对造纸毛毯进行防污整理后，能够提 高造纸毛毯的抗污性能。采用锦纶织物模拟造纸毛毯进行的防污性能测试结果 表明，经抗污整理后造纸毛毯对纸浆模拟污物的抗污染性能增加主要体现在两 个方面，即防沾污能力和易去污能力的增加。而且不同的整理剂对防沾污性能 和易去污性能的改善程度不同，选择防沾污性能和易去污性能均衡的整理剂对 造纸毛毯进行抗污整理，可以在一定程度上防止造纸毛毯因严重脏污而失去弹 性并结板等现象的产生，提高造纸毛毯使用后期的滤水性能，延长造纸毛毯的 使用寿命。 本课题不仅提出了改善造纸毛毯用纤维的刚性和抗污染性能的后处理方法 和工艺。而且对评价造纸毛毯的滤水性能和抗污性能提出了有效并切实可行的 实验方法，填补了国内外在此领域的空白，为研究丌发和生产高性能造纸毛毯 提供了良好的评价方法和手段。 关键词：造纸毛毯纤维改性防污整理滤水性能 a b s t r a c t t h i s p a p e ra n a l y z e da n dr e s e a r c h e ds e r i o u s l yo nt h ed e v e l o p m e n to ft h e p a p e r m a k i n gf e i t sa th o m ea n da b r o a d e s p e c i a l l yd i s c u s s e da l lk i n d so fr e a s o n s w i d e l ya n dd e e p l y , w h i c hb r i n go nt h ed e c e n to ft h ea b i l i t yo ff i l t r a t i o nd u r i n gt h e a c t u a lu s a g eo ft h ep a p e r m a k i n gf e l t s a g a i n s tt ot h ep r o b l e m so ft h ed e v e l o p m e n to f t h ep a p e r m a k i n gf e l t sr e c e n ti no u rc o u n t r y , w er e s e a r c h e dt h et h e o r ya n dt e c h n o l o g y o ft h e d e v e l o p m e n to fh i g hp e r f o r m a n c ep a p e r m a k i n g f e l t s b yu s i n g t h e a f t e r - t r e a t m e n to fc h e m i c a lm e t h o d so nt h eb a s e m e n to ft h er a wm a t e r i a la n d p r o c e s s i n gc o n d i t i o n si n l a n d t h er e s u l t so fr e s e a r c hi n d i c a t e dt h a tt h ea g e n to fa l d e h y d er e s i nw i t hm e t h y l o l u r e a sa n dm e l a m i n o f o r m a l d e h y d er e s i nc a ne n h a n c et h er i g i d i t yo ft h ep o l y e s t e r s t a p l ef i b e r sw h i c hi nt h ep a p e r m a k i n gf e i t sa n da m e l i o r a t et h ey i e l db e h a v i o r w h e n t h ea g e n t sc o n c e n t r a t i o ne x c e e dl2 0 9 l ，i ti sv e r yo b v i o u st oa m e l i o r a t et h ea b i l l t yo f f i l t r a t i o na tt h el a t e rp e r i o do ft h eu s a g eo ft h ep a p e r m a k i n gf e l t s b yt h ec o m p a r i s o n o ft h el i b r a r yt e s t i n g ，t h ef l u i dd r a g ，a i rp e r m e a b i l i t y , v o i ds p a c ea n dr e s i s t a n c et o c o m p r e s s i o no ft h ef i n i s h e dp a p e r m a k i n gf e i t sh a sa c h i e v e do ra p p r o a c h e dt h es a m e l e v e lo ft h ep r o d u c t i o n sw i t h i m p o r t e dr a wm a t e r i a l i te x p l a i n e dt h a tw ec a n e n h a n c et h er e s i s t a n c et oc o m p r e s s i o no ft h ep a p e r m a k i n gf e i t st h o u g he n h a n c et h e r i g i d i t ya n dy i e l db e h a v i o ro ft h em a t e r i a lf i b e r s a m e l i o r a t et h ea b i l i t yo ff i l t r a t i o n o ft h ep a p e r m a k i n gf e l t ss e q u e n t i a l l y t h er e s e a r c ha l s op r o v e dt h a tt h ep a p e r m a k i n gf e l t sf i n i s h e db yt h ee l a s t i ca g e n t s s u c ha sp o l y u r e t h a n ea n dr u b b e rw i l lg e tt h i n n e ra n dc a nn o tr e c o v e ri n s t a n t a n e o u s l v a f t e rb e e np r e s s e d s oi tc a nn o ta m e l i o r a t e t h ea b i l i t yo ff i l t r a t i o no ft h e p a p e r m a k i n gf e l t so b v i o u s l y t h er e s e a r c ha l s op r o v e dt h a tw ec a ne n h a n c et h ed i r t yr e s i s t a n c eo ft h e p a p e r m a k i n gf e l t si fw eu s et h ea n t i s t a i nf i n i s ht ot h ep a p e r m a k i n gf e l t sb yc h o o s i n g t h ep r o p e ra g e n t s t h er e s u l t so fd i r t yr e s i s t a n c eu s i n gt h ec h i n l o nt e x t i l e sw h i c h s i m u l a t et ot h ep a p e r m a k i n gf e i t si n d i c a t e dt h a tt h e r ea r et w oa s p e c t so ft h ei n c r e a s e o ft h ed i r t yr e s i s t a n c eo ft h ea n t i s t a i nf i n i s h e dp a p e r m a k i n gf e i t sa g a i n s tt h e s i m u l a t e df e c u l e n c eo fp a p e rp u l p o n ei ss t a i nr e s i s t a n c ea n dt h eo t h e ri ss o i l r e l e a s e i ti sd i f f e r e n tf o rt h ed e g r e eo ft h ed e v e l o p m e n to ft h es t a i nr e s i s t a n c ea n d s o i l r e l e a s ew i t ht h ed i f f e r e n ta g e n t s t h u s w ec a nu s et h ea n t i s t a i nf i n i s hb y c h o o s i n gt h eb a l a n c e da g e n t ，t h i sm e t h o dc a na v o i dt h ep a p e r m a k i n gf e l t sf r o m l o o s i n ge l a s t i c i t ya n db e i n gh a r d e nc a u s e db ys m u d g i n gb a d l y t oac e r t a i nd e g r e e a t t h es a m et i m e ，t h i sm e t h o dc a na l s oe n h a n c et h ea b i l i t yo ff i l t r a t i o no ft h e p a p e r m a k i n gf e l t sa f t e rt h ep e r i o do ft h eu s a g e a n dp r o l o n gt h eu s e f u ll i f eo ft h e p a p e r m a k i n gf e l t s t h i sp a p e rn o to n l yp r o v i d et h em e t h o da n dm e t h o d o l o g yo ft h ea f t e r - t r e a t m e n tt o a m e l i o r a t et h er i g i d i t ya n dd i a yr e s i s t a n c eo ft h ep a p e r m a k i n gf e l t s ，b u ta l s o p r o p o s e dt h ee f f e c t i v ea n dd o a b l ee x p e r i m e n t a lt e c h n i q u ee v a l u a t i n gt h ea b i l i t yo f f i l t r a t i o na n dd i r t yr e s i s t a n c eo ft h ep a p e r m a k i n gf e i t s ，s u p p l yag a po ft h i sa r e aa t h o m ea n da b r o a d t h i st o p i ca l s op r o v i d et h ee v a l u a t em e t h o da n di n s t r u m e n tt o r e s e a r c ha n dp r o d u c et h eh i g hp e r f o r m a n c ep a p e r m a k i n gf e l t s k e yw o r d s ：t h ep a p e r m a k i n gf e l t s f i b e rm o d i f i c a t i o na n t i s t a i nf i n i s h i n g t h ea b i l i t yo ff i l t r a t i o n 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文足本人在导师指导一f 进行的研究：【作和取得 的研究成果，除r 文中特别加以标注和敛【9 i 之处外，论文r f 彳i 包含j 乓他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得丞洼王些太堂或其他教育机构的学 位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已 在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 虢纠够 签字慨哆歹月同| 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解丞洼王些太堂有关保留、使用学位论文的规 定。特授权丞洼王些太堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。 同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授杖说明) 学位论文作者签名： 签字眺寸歹月日 导磁名装苏义叭影一 签字日期：i 夕年夕月日 ，| o 学位论文的主要创新点 一自行研制评价造纸毛毯滤水性能的试验室用装置 二首次提出了实验室评价造纸毛毯抗污性能的方法，该方法包括两个部分。 一是以造纸毛毯经过含模拟污物的液体多次浸轧后滤水性能的变化情况，表示 造纸毛毯的抗污性能：另外一种方法赴运j 羽反射分光光度计，通过评价锦纶织 物对有色纸浆模拟污物的沾污情况表示造纸毛毯纤维的抗污性能。 三首次提出通过后处理的方法，改善造纸毛毯用纤维的刚性，这样可以提高 造纸毛毯的抗压榨性能。并且配制了具有较好性能的改性整理剂r e s i s t o i 。 四 延长造纸毛毯的使刖寿命，关键在于提高造纸毛毯的抗结板能力，本文以 大量的实验数据为依据，提出了提高抗沾污性能和抗压性能是提高造纸毛毯滤 水能力的重要途径。多数防污整理剂有一定的效果，但是只有防沾污和易去污 性能俱佳的整理剂最适合用于造纸毛毯的防污整理。 五对造纸毛毯进行的抗压整理和抗污整理有非常好的协同作用，并且证明了 对造纸毛毯同时进行抗压整理和抗污整理可以有效提高造纸毛毯在使用后期的 滤水性能，从而有效延长其使用寿命。 第一章前高 1 1 造纸毛毯发展概况 第一章前言 造纸毛毯是现代造纸机重要的脱水器材之一，也是造纸厂的易耗材料。它在 造纸过程中起着纸页成形、传递纸页、滤水、传送带带动其他被动辊筒等重要作 用。由于它直接和纸页接触，因此其性能直接影响着纸页的均匀度、表面平整度、 光滑度、紧度等主要性能。故而，造纸厂对造纸毛毯的选择非常严格。上世纪6 0 年代以前，造纸毛毯的使用寿命一般为2 3 星期，今天造纸毛毯的期望寿命已达 到l 3 个月甚至更长。造纸毛毯寿命不断延长和相对纸产量的消耗比率不断下降 表明了造纸毛毯的设计和制造技术在不断发展。 造纸毛毯的发展历史 造纸毛毯的发展经历了3 个阶段：即： 机织造纸毛毯 底布针刺造纸毛毯( b a t to nb a s ep a p e rm a k i n gf e l t ，简币6 _ ：b o b ) 底网针刺造纸毛毯( b a t to nm e s hp a p e rm a k i n gf e l t ，简称b o m ) 7 0 年代以前，机织造纸毛毯选用优质羊毛，经过纺纱、织布、缩呢、起毛等 工序制作而成。这种毛毯成本高、生产流程长、强力低、耐磨损性差、使用寿命 短。 7 0 年代初，随着非织造布针刺技术的兴起与发展，底御针刺造纸毛毯( b o b ) 很快替代了机织毛毯。b o b 选用化纤长丝织成基布，表面铺化纤短纤维网，用针 刺方法加固，经过热处理而成。由于b o b 全部使用化学纤维，因而成本低、生产 流程短、耐磨损性好、滤水性能优良、强力高、使用寿命长。b o b 是目前国内造 纸工业中使用量最多的造纸毛毯。 近年来，随着造纸技术的发展，一些宽幅、高速、高线压造纸机相继投产， 对与之配套的脱水器材一特别是造纸毛毯的要求也相应地提高。伴随着纸机速度 越来越快，压榨力越来越高，普通全化纤针刺造纸毛毯( b o b ) 已不能满足现代造 纸机对造纸毛毯的要求，因此一些造纸厂为满足生产的需要，开始大量使用高线 压底网针刺造纸毛毯( b o m ) 。并且从趋势上看，底网针刺毛毯( b o m ) 的使用越来越 多，正在逐渐成为造纸毛毯的主要品种。b o m 也是目前高速纸机的专用毛毯。 b o m 造纸毛毯一般由底网层和纤维层组成。其中底网层是以单丝为原材 第一帝前高 料，由单丝或单丝合股组成的经线和纬线经不同的织法织造而成，并分为单层、 双层、多层三种类型。纤维层是由不同线密度的锦纶短纤分层铺设而成。纤维 层与底网层结合是通过针刺工艺并经热处理而完成。 b o m 造纸毛毯滤水透气性能极好，孔隙率大，便于造纸毛毯的洗涤，适于 真空压榨( s u c t i o np r e s s ) 、盲孔压榨( b l i n d d r i l l e dp r e s s ) 等压榨形式的垂直脱水； b o m 造纸毛毯具有良好的弹性而内部基网具有不可压缩性，能耐较高线压力； 抗张强度大，在高拉力、高负载情况下，不易被拉断或撕裂：结构稳定，挺度好， 不易打折，伸长、收缩率极小。 1 1 2 造纸毛毯的使用与生产开发现状 2 0 0 3 年的有关资料表明“，我国造纸机幅宽超过5 m 以上、车速超过1 0 0 0 m m i n 以上的约有1 6 台左右，生产的纸种有铜版纸、高档挂面箱板纸、生活用纸、新闻 纸、涂布白纸板、瓦楞纸等，采用大辊径高冲量压榨、靴式压榨等先进的新概念 压榨形式，一般线压力在3 0 0 k n m 左右，最高线压力可达1 0 0 0 k n m 。然而，这类宽 幅、高速、高线压造纸机对与之相配套的脱水器材，特别是造纸毛毯提出了更高 的要求，它不仅要求造纸毛毯有很好的滤水性能、尺寸稳定性能、耐磨性能，还要 求其具有良好的抗高线压力性能、弹性恢复性能、铺层均一平整性能、拒污性能 和自洁性能。 国外造纸毛毯生产商为了生产出适应高车速的造纸机的造纸毛毯，早在上个 世纪术不仅对产品基础性能研究很深，而且在造纸毛毯的后序化学处理方面已经 做了大量的工作，并相继开发出一些性能优越，技术含量高的产品投放市场。实践 证明，经过不同的化学处理后，这类造纸毛毯的性能与未经化学处理的造纸毛毯 相比，不仅在拒污耐磨、抗起毛等性能方面得到很大提高，而且在表面软化、硬化、 平整细腻、初期适应性等方面性能也得到大大的提高。这种性能的完善更有助于 造纸毛毯适应高速、宽幅造纸机的需求。 然而与此相对应，我国的大多数造纸毛毯生产企业起步较晚，技术水平相对 滞后，创新开发能力薄弱，新产品升级换代缓慢。目前，与先进造纸机相配套的造 纸毛毯基本上完全依赖进口。掘中国海关总署有关资料显示1 ，每年进口造纸 网毯数量逐年大幅上升。2 0 0 3 年进口造纸用网毯外汇额是1 9 9 8 年的7 6 倍。1 9 9 8 - 2 0 0 3 六年合计进口造纸网毯用外汇高达1 6 4 2 亿美元。 为了能满足造纸行业对造纸毛毯更高的需求，近年来，国内一些造纸毛毯生 产商相继投入大量资金，引进大批国际先进的造纸毛毯生产设备和技术，同时加 大了对现有设备、技术改造的力度，另外还通过直接采购国际上品质一流的造纸 毛毯专用原料，在提高造纸毛毯的抗高线压性能、滤水性能、尺寸稳定性能等基 第一章前击 础性能方面确实取得了一些效果。个别在产品丌发方面走在前列的造纸毛毯厂商 相继开发出了一大批新型技术含量高的造纸毛毯，如：1 + 1 复合双层b o m 造纸毛毯、 1 + 2 ( 2 + 1 ) 复合三层b o m 造纸毛毯、大辊径压榨专用造纸毛毯、靴式压榨专用造纸 毛毯等等。但是，与国际先进的造纸毛毯相比，我们的产品在使用寿命、抗沾污自 洁性能、弹性恢复性能等方面差距还很大。还不能满足高速、宽幅造纸机的需求。 我国对化学处理造纸毛毯的研究也处于n i j 冈i j 起步阶段。相关的研究文章偶有 所见，但实际生产出的产品却不多见。其中徐州工业用呢厂在此方面作了很多工 作，但是据了解产品性能并不如人意。为了赶上国际造纸毛毯行业前进的步伐， 满足中高速造纸机对造纸毛毯性能的需求。尽快研制丌发新型化学处理造纸毛 毯，提高国产造纸毛毯的使用性能、延长造纸毛毯的使用寿命是一项迫切需要解 决的课题。1 1 1 3 造纸毛毯使用过程中存在的主要问题 虽然b o m 造纸毛毯具有很多的优点，但是在高速纸机的强大压力下，经过一 定时间的使用仍然会出现因滤水性能下降而下机的现象。特别是目前国内的b o m 造纸毛毯质量和性能还远远达不到高速造纸机发展的要求，在使用过程中，随着 造纸机的高速运转，经过一段时间后，造纸毛毯的透气性和滤水性等性能明显下 降。产生这种现象的原因主要是由于造纸毛毯在使用过程中要承受非常大的压 力，其尺寸很难保持稳定，在经向和纬向都会发生不同程度的延展，导致整个造 纸毛毯的回弹性变差，厚度变的越来越薄，密度增大，相应地造纸毛毯的空隙变 小、孔隙率减少，水流阻力增加，变小的空隙也极容易被异物堵塞，最终造纸毛 毯因滤水性能恶化而下机。 据国内相关专业人士分析1 ，在b o m 造纸毛毯下机的众多原因中，9 5 是由 于造纸毛毯的孔隙被污垢堵塞后而下机，磨损和其他原因仅占5 。特别是目前造 纸厂强调大量使用再生纤维，耗用低级别的纤维原料，填料用量同益增加，以及 纸厂为适应环境需要而实行白水封闭循环使用等原因，这种状态无疑给延长造纸 毛毯的使用寿命带来不利因素。 所以，除了加强对造纸毛毯在使用过程中的洗涤工艺之外，为现代高速造纸 机配套的高性能造纸毛毯应该具备良好的抗压榨性能和抗污染性能，这样才能使 造纸毛毯在使用过程中尽可能保持良好的滤水性能，提高造纸毛毯的使用寿命。 1 2防污整理概况 第一学i j i 击 防污整理和加工涉及的领域和所包含的内容非常丰富，在纺织行业范畴内， 防污整理所研究的主要内容是为了提高服用纺织品和家纺类产品的使用性能和 价值，而相对于服用纺织品和家纺类纺织品的使用条件和环境而言，产业用纺织 品所涉及的行业更多，使用环境更复杂，条件更苛刻，遇到的污垢品种也更多， 而且污垢的性能各异、成分更复杂，同时对防污整理产品的评价和技术要求也各 有千秋，目前适用于产业用纺织品需要的防污整理技术和产品开发还不够完善， 相关的理论研究也相对匮乏。 1 2 1 纺织品防污整理概况 对于服用纺织品和家纺类织物而言，在使用过程中被沾污的原因主要有： 由于静电效应而吸附的干微粒、尘埃等 通过接触而沾污固体污( 皮肤屑) 、油性污( 动、植物油脂) 和水性污( 污 水 在洗涤时再沾污的固体污和油性污的污胶粒。 污垢主要来源于人体和环境两个方面，无论是服装、室内装饰用品还是产 业用织物上的污垢通常都是混合物，按其形念可分为液态和固态两种。污垢主 要是依靠机械力、化学力( 主要是范德华力和油粘附) 和静电引力粘附在织物 上。研究表明，织物上的污垢主要分布在纤维之间或纱线之问、纤维表面的凹 凸不平凹陷处及缝隙和细毛孔中，也有颗粒状污粘附在纤维表面的光滑部分。 完整意义上的纺织品防污整理包括了拒污整理和易去污整理两个方面，也 可以将拒油整理列入到防污整理的范畴之内。 目前为止，最成功的拒污整理剂当属含氟类产品，早在2 0 世纪5 0 年代， 美国3 m 公司推出了含氟烷基丙烯酸酯织物整理剂( 商品名称：s c o t c h g a r d ) 用 于织物的拒水拒油加工。而后，美国杜邦、瑞士汽巴、r 本大金工业和日本旭 硝子公司等也相继推出了类似产品。由于这些含氟整理剂整理后的织物表面具 有极低的表面能，不仅低于水的表面能，甚至低于大多数污物所具有的表面能 量，因此整理后的织物不仅拒水性能优良，而且具有良好的拒油性能。但是此 类产品一旦被沾污后，往往不容易洗涤或者在洗涤过程中容易发生再沾污。因 此又针对该类整理剂的特点进行了改进和完善，在其化学结构中保留拒水的氟 烃链段，同时再引入亲水性链段，使得纤维上的聚合物所表现出的表面能量， 因环境条件发生变化而变化，形成双稳态结构。也就是说，经过整理后的纤维 表面在空气中和水中表现出不同的表面能量，整理后的产品不仅具有较佳的拒 水拒油性，而且有拒污或易去污功能，同时还不会影响纤维原有的风格，现已 成为防污整理剂的主流。 4 第章前言 尊爵 o c h 3# c h 3旮一至- 堇警 士z f 删：十+ h z 吼w 。- f 叽呲哜c r s 甘c o + 在空气中，含氟链段在纤维表面定向排列，形成低表面能表面，产生拒油 性：在水中，亲水性的聚氧乙烯链段在纤维表面定向排列，使纤维表面亲水性 提高，防止湿沾污。 经过这样的防污整理之后，纺织品在使用过程中具备以下性能： 不会被水性污垢和油性污垢所润湿造成沾污，也不会因静电吸附干的尘埃 或微粒于纤维或织物的表面； 织物在洗涤液中不会吸附洗涤液中的污物( 即从织物上洗下来的污垢，通 过洗涤液转移到其他部位，这种现象称为湿再沾污。在重复洗涤中湿再沾 污有积累作用) 。 织物一旦沾污后，在正常的沈涤条件下容易洗净，如系地毯或挂毯等可用 刷子或吸尘器方便地除去。 除了上述氟系防污整理剂之外，在服用功能纺织品开发方面，还可以采用 氟聚合物以外的多种聚合物和化合物，目的是提高以聚酯纤维为首的合成纤维 的吸水性和易去污性能，使其不仅具有良好的拒污、易去污性能，而且具有良 好的吸水性，特别是具有良好耐洗涤性的吸水、吸汗和快干等性能。在吸水性 提高的同时，纤维表面的易去污( s r ) 性也会有所提高。 此类易去污整理剂一般以乳液、分散液或水溶液的形式应用，大多数既具 有亲水性基团，又具有亲油性基团。根掘其化学结构和加工工艺不同大致可以 分为以下两种。 l 、聚丙烯酸阴离子型易去污整理剂及其整理工艺 聚丙烯酸型易去污整理剂一般为共聚乳液，亲水基团由丙烯酸、甲基丙烯 酸等构成，疏水基团由丙烯酸乙酯等丙烯基单体构成。具有良好的低温成膜性 第一章前言 能，对纤维有良好的粘着力。l - - ( - c h z f r - h c h 2 f r 3 古 i c o o r 2 c o o h r 1 ，r 3 = h ，c h 3r 2 = c h 3 ，c 2 h 5 ，c 4 h 9 2 、嵌段共聚醚酯型非离子易去污整理剂及其整理工艺 嵌段共聚醚酯型易去污剂( 简称聚醚酯) 是最早应用于涤纶制品的耐久性易 去污剂，它能使涤纶及其混纺织物具有优良的抗湿再沾污、防静电性能。聚醚 酯类易去污整理剂的耐洗性好，与涤纶有类似的结构，在整理时的热处理过程 中，能够与涤纶形成共结晶或共熔物。 聚醚酯由对苯二甲酸乙二醇酯和聚氧乙烯缩聚而成，其结构通式如下所示： h 4 c 【c 。叶c h 2 c h 2 0 - ) _ n c h 2 c h 2 0 七m h 整理完成后，由于嵌段共聚物均匀地分布在疏水性涤纶的表面，嵌段共聚 物中的聚氧乙烯基中的氧原子能与水分子形成氢键，从而使之产生亲水性能， 因此具备了一定的易去污性能。另外非离子的整理剂也不会吸附带有电荷的污 垢，而且还可以赋予纤维更柔软的手感。 1 2 2 造纸毛毯沾污及其防污整理中的特殊性 如上所述，在服用或家纺类纺织品的防污整理中，污垢主要来源于人体和 环境两个方面，总体上污垢通常可以按其形态可分为液态和固态两种。而对于 在使用过程中的造纸毛毯而言，所沾污的污垢成份比服用纺织品复杂的多，有 关资料表明侣，导致造纸毛毯脏污的物质种类繁多，按其在脏污过程中不同危害， 可分为两大类。第一类为胶粘物，如施胶剂和淀粉类、有机合成类的各种助剂， 它们粘附在纤维原料、填料表面，或者游离在浆液中。第二类为毛孔堵塞物， 如细小纤维、填料等。 通常造纸毛毯从上机到下机的脏污过程，一般可分为三个阶段。 第一阶段：以胶粘物逐步脏污纤维为主。该阶段由于纤维还未被胶粘物全 面脏污，或已脏污部分的脏污层较薄，所以绝大部分被搁置的毛孔堵塞物与毛 纤维之间的粘附力较弱，它们容易被冲毯水冲掉，也容易被真空吸收箱吸走。 本阶段是使用性能最佳的时期，毛毯洁净，弹性良好，滤水性能和表面整饰性 能均佳。 第二阶段：毛孔逐渐被堵塞阶段。随着纤维基本被胶粘物封裹，纤维表面 6 第一章前高 的脏污层逐渐增厚，搁置的毛孔堵塞物与毛纤维之间的粘附力逐渐增大，粘附 力增大到一定程度后，冲毯水、真空吸水箱己不能把这部分毛孔堵塞物除绰， 因此毛孔逐渐被堵塞。虽然本阶段毛毯滤水性能有所下降，但是由于毛毯的使 用性能基本上还能满足纸张抄造的需要，所以仍然属于毛毯j 下常运行时期。 第三阶段：滤水性能恶化阶段。毛孔堵塞达到一定程度，并且封裹在纤维 表面的胶粘物和己搁置的毛孔堵塞物，在压榨辊的紧压下，两者粘成一块，即 毛毯开始结板，滤水性能恶化，这更加剧了毛毯的脏污、结板，形成恶性循环， 还会加剧机械磨损，最后只能以毛毯被迫提前下机而告终。 由于施胶剂在造纸浆中含量最多，因此在沾污造纸毛毯的所有沾污物中，施 胶剂在其中起着关键的作用。长期以来，松香一直是最重要的一种造纸浆内施胶 剂。松香是一种天然可再生资源，其中含有十余种同分异构的萜烯类树脂，常温 下其外观为透明的浅黄色固体，不溶于水，能溶于大部分有机溶剂。目前，随着 造纸工业逐渐由酸性施胶向中碱性施胶转变，常用的松香类中碱性施胶剂主要 有：阴离子分散松香胶、阳离子分散松香胶和石蜡松香高分散松香胶等u 。 阳离子分散松香胶是通过阳离子表面活性剂或阳离子树脂对松香进行乳化 制备的，阳离子松香胶助留剂有阳离子淀粉、阳离子p a m 、聚乙烯亚胺、聚酰胺、 干酪素及其改性物等。阳离子聚合型施胶剂一般由疏水性单体与阳离子单体共聚， 然后对阳离子中心进一步烷基化而得，由于高聚物能形成线性网状化合物，进一 步增强了纤维与纤维的交织力，因此随着阳离子聚合胶用量的增加，能增强纸张 的强度，但是同时也会带来对造纸毛毯纤维粘污后不容易去除的问题。 用于中性施胶的阴离子分散松香胶通常需要首先将松香进行改性处理，得到 酯化松香、环氧化松香等，以增强其在中性甚至碱性条件下的适应性，然后再借助 于适当的乳化与分散技术对其进行处理，得到松香分散体。在具体应用过程中， 此类施胶剂的使用目前主要采用的是双组分施胶体系，即阴离子分散松香胶辅 助剂施胶体系。聚合氯化铝、阳离子淀粉、两性淀粉、阳离子聚丙烯酰胺、两性 聚丙烯酰胺、阳离子聚酰胺、多胺环氧氯丙烷等都可以用作辅助剂。 石蜡可单独作为内部施胶剂，但大多数是和松香胶掺用作内部施胶剂，即将 石蜡松香结合制备成高分散松香胶。另外，某些合成的中性施胶剂自身结构中有 季铵盐基团，可与带负电的纤维相互作用，因此也对造纸毛毯的抗沾污增加了难 度。 各种施胶剂的结构及作用机理有所不同，应用工艺亦有显著的差别。但任 何一种施胶剂与纸浆中纤维的结合都必须满足以下条件：1 ( 1 ) 疏水( h y d r o p h o b i c ) ：即本身具有憎水性长链脂肪烃基，大多数施胶剂 还带有亲水基，如松香酸中含有羧基、中性施胶剂中的双烯酮基、异氰酸酷基 7 第一章前鲁 箪 可o ( 2 ) 留着( r e t e n t i o n ) ：本身带有正电荷或在其他留着剂、铝盐帮助下，留 着在带负电荷的纤维上：并能均匀分布在纤维表面。 ( 3 ) 定向( ( o r ie n t a t io n ) ：疏水基朝外排列，而亲水基则通过多价金属离 子或自身和纸纤维结合，使表面能降低，防止水分浸润和扩散。 ( 4 ) 固定( a n c h o r i n g ) ：能通过化学键合或物理吸附作用与纤维结合，施胶 主要是通过施胶剂自身的反应性官能团与纤维键合，或通过铝盐与纤维素上羟 基形成配位键：而后一种作用力很弱，施胶效果不稳定，如石蜡胶在较高温度时 可发生疏水组分的迁移。 综上所述，造纸毛毯发生沾污的污物不同于服用和家纺类纺织品，其中松 香等施胶剂是造纸毛毯沾污物中最重要的一种物质，从某种意义上讲，造纸毛 毯的防污也可以看成就是防松香的沾污，而且松香类施胶剂对造纸毛毯纤维的 沾污和防污问题有其特殊性。 这种特殊性首先表现在沾污所发生的环境方面，松香类施胶剂对造纸毛毯 纤维的沾污主要是在充分润湿后的半干燥状态下发生的，不是普通防污整理所 面对的干燥状态，或者是易去污整理面对的完全浸泡在水中的情况。另外，松 香类施胶剂对造纸毛毯纤维的沾污是在强大压力作用之下发尘的，这种线压力 通常在每米几十个k n 左右，最高的情况下线压力可达1 0 0 0 k n m 左右，在如此大 的压力之下，沾污不仅很容易发生，而且一旦发生就沾污的非常彻底且牢固。 松香类施胶剂对造纸毛毯纤维沾污和防污问题的特殊性还表现在所沾附污 物方面，松香类物质不同于水、油等一般液体物质，其对纤维的粘附能力极强， 甚至某些合成的中性施胶剂自身结构中含有可与纤维相互作用的基团，因此仅 仅从表面张力( 表面能) 的角度分析这个问题，或者仅仅采用常规的防污整理 和易去污整理解决造纸毛毯沾污的问题都是有所偏颇的。 1 3本课题研究的目的和主要研究内容 针对目前造纸毛毯产品开发中存在的问题，在立足国内现有原材料和加工 条件的基础上，本课题将对具备良好抗压榨性能和抗污染性能、滤水性能良好、 使用周期长的高性能造纸毛毯丌发的理论和工艺进行研究，使我国大量先进的 造纸机能够配套上国产的高性能造纸毛毯。 为了能够实现上述的目标，在本课题中将对下列内容进行研究： 高性能造纸毛毯防污性能测试方法和手段的研究 造纸毛毯纤维材料的改性以及对造纸毛毯性能的改善研究 造纸毛毯抗压整理研究 8 第一章前言 造纸毛毯抗污整理原理研究以及抗污整理工艺研究 1 4 本课题的创新点 本课题主要创新点包括以下几个方面： 自行研制评价造纸毛毯滤水性能的试验室用装置 首次提出了实验室评价造纸毛毯抗污性能的方法，该方法包括两个部分。 一是以造纸毛毯经过含模拟污物的液体多次浸轧后滤水性能的变化情况，表示 造纸毛毯的抗污性能；另外一种方法是运用反射分光光度计，通过评价锦纶织 物对有色纸浆模拟污物的沾污情况表示造纸毛毯纤维的抗污性能。 首次提出通过后处理的方法，改善造纸毛毯用纤维的刚性，这样可以提高 造纸毛毯的抗压榨性能。并且配制了具有较好性能的改性整理剂r e s i s t o i 。 延长造纸毛毯的使用寿命，关键在于提高造纸毛毯的抗结板能力，本文以 大量的实验数据为依据，提出了提高抗沾污性能和抗压性能是提高造纸毛毯滤 水能力的重要途径。多数防污整理剂有一定的效果，但是只有防沾污和易去污 性能俱佳的整理剂最适合用于造纸毛毯的防污整理。 对造纸毛毯进行的抗压整理和抗污整理有非常好的协同作用，并且证明了 对造纸毛毯同时进行抗压整理和抗污整理可以有效提高造纸毛毯在使用后期的 滤水性能，从而有效延长其使用寿命。 9 第二帝理论分析 第二章理论分析 弟一早 璀t 匕，刀俐l 2 1高性能造纸毛毯的技术要求1 4 1 钉 长度、宽度、平方米重量被公认是造纸毛毯最基本的物理指标。这三项物理 指标对于毛毯在造纸机上是否能够成功运行并且发挥其功能是十分重要的。在我 国2 0 0 0 年颁布实施的底网造纸毛毯标准中，又增加了经向断裂强度、透气度、耐 磨度三项物理指标。这些指标基本上构成了常规造纸毛毯的技术要求。 高性能造纸毛毯通常是以专用纤维为原料，底网针刺造纸毛毯( b o m ) 为基本 结构，再经过化学后整理后得到的。底网针刺毛毯( b o m ) 由单层、双层、三层或 多层的聚酰胺单丝织成的基网和高性能的聚酰胺短丝纤维层组成。由于单丝或股 丝坚韧、强力高、伸长少，弹性好、耐磨。因此基网具有不可压缩的特性。即使 在较高强力的压榨下，也不会被压扁，能保持一定的网孔面积，保证流水畅通， 所以滤水性非常好。 底网针刺造纸毛毯( b o m ) 具有如下特点： 1 滤水性好：由于基网是一种不可压缩层，能够保持f 常的网孔孔隙，从而使 压榨区脱出的水能均匀地从空隙中排出，同时水能够在压区中纵横流动，增强了 脱水能力，配合以高真空抽吸，比( b o b ) 毛毯纸页干度可提高1 3 ，因而可节 约能源，提高生产效率。 2 耐高线压力：一般新型纸机的线压力在0 6 1 8 k n c m ，宽压区压榨和高强 度压榨的线压力在2 3 6 k n c m ，( b o b ) 毛毯在此压力下，其纱线基本会被压扁 变形，很快失去弹性和内部孔隙，因而使毛毯变薄，滤水性能恶化，甚至因强力 不够而伸长、断裂。( b o m ) 毛毯则因单丝原料坚韧、强力高，且为双层、三层或 多层，基网不会被压扁，不会变形，压榨脱水时能承受较高的线压力，在高速运 行下达数个月。 3 规格稳定性好：由于b o m 基网采用高性能的单丝生产的多层结构，同时基网经 过预定型拉伸和铺层针刺后的高温热定型，因此伸长和收缩力极小，一般不大于 1 。且经过切边、烫边处理，可保证宽窄一致。 4 耐高压冲洗：底网针刺毛毯( b o m ) 比较厚实，每平方米在8 5 0 - - ，1 5 0 0 9 之内，一 般常压机械洗涤穿不透毛毯，达不到喷洗去污的能力，因此，必需配有高压冲洗 设备( 新型纸机均有) 其压力在o 5 5 m p a ( 常用1 5 3 m p a ) 可以定期丌启，间歇使 用，也可适当降低压力，正常使用。 5 毯面平整：由于底网( b o m ) 针刺毛毯采用高性能、高强力原料，复杂的结构组 织，精密的加工工艺和高温定型，保证了毡面平整，纤维间粘结牢固，即使在高 1 0 第一二章理论分析 压冲洗下也不能脱毛。 现代高性能造纸毛毯的性能更加突出，技术要求更高，上述的常规技术要求 不能反映高性能造纸毛毯的特点。因此根据其在实际生产中所具有重要作用，对 高性能造纸毛毯又提出了进一步的技术要求。这些技术要求包括： 毛毯抗变形能力 由于造纸机压榨辊中高和各导辊不平行等因素，毛毯在运行过程中各点的速 度存在差异。毛毯在纸机上长期运行后可能发生变形，人们可以从毛毯上横向商 标线的形状变化观察到。此变形可能造成毛毯性能变化，所以变形越小越好，变 形小的毛毯抗变形能力强。 平滑度 毛毯平滑度直接影响纸页的表面性能、印刷质量。毛毯平滑度主要由以下两 个方面决定：毛毯基布和表面纤维。毛毯基布平滑度可用其粗糙度来衡量，毛毯 表面平滑度测量比较困难，一般由纤维纤度、纤维均匀度、刺针类型、整理工艺 综合决定。纸页产生毛毯基布痕的主要原因可能是毛毯基布纱线过粗、毛毯表面 短纤维量过少或脱落以致湿纸在压区受到不均匀的压力。纸页产生毛毯表面纤维 印痕大多由于毛毯表面纤维纤度过大、起毛所致。 振动 毛毯在低速状态下运行一般比较稳定，但在较高速度下运行时可能产生振 动。产生振动的原因很多，由毛毯造成的原因可能是毛毯结构设计、制造质量等 方面存在问题。 厚度恢复 使用期间，毛毯在具有一定线性压力的压区内被循环挤压，结果是毛毯厚度 逐渐减低。当毛毯压实达到一定程度时毛毯滤水性能不能满足使用要求，则意味 着毛毯使用寿命终结，现代造纸毛毯被换下大多数是由于滤水性能不良造成的。 毛毯厚度恢复能力直接关系到毛毯使用性能能否保持稳定，关系到纸机是否达到 稳态压榨。 虽然底网针刺毛毯( b o m ) 具有一定的抗压能力，但是因造纸毛毯始终在高线 压下运转，同时还要承受高压水的冲洗，所以必需采用高模量，高强力的高性能 原料。目前国产原料的质量在强力、耐磨等方面还存一定差距，特别是国内没有 开发造纸毛毯专用纤维，而进口的专用纤维比国产的普通纤维价格高几倍。因此 通过后处理的方式提高纤维的性能在目前仍有一定的价值。 回湿量 由于出压区时湿纸页从毛毯中吸收了部分水。湿纸页在出压区处的实际干度 比在压区中心处的干度低，这就是回湿现象。回湿量越大则出压榨部的湿纸页干 ： 第二章理论分析 度越低，干燥能耗也越大。回湿量与毛毯有密切关系，它是衡量毛毯性能优劣的 重要指标之一。 ：- 水流阻力 造纸机车速越来越快，毛毯水流阻力是提高纸机车速的瓶颈之一，因此降低 毛毯内部水流阻力是毛毯制造者需要研究的课题之一。 抗污能力 现在环境保护的问题越来越被重视，造纸用原料也越来越多地使用废纸纤 维。浆料净化程度下降可能污染毛毯，也直接影响到造纸毛毯的使用寿命。研究 毛毯表面处理方法以提高毛毯的抗污能力也越来越显得十分重要了。 2 2 造纸毛毯性能的测试方法 前文我们已经对造纸毛毯的各项技术要求作了介绍，这些指标中的一部分已 经制定了规范的测试方法和手段，这部分指标基本上都属于常规技术要求范畴， 例如： ( 1 ) 经向断裂强度：在规定条