一种热粘合法无尘膨化纸及其制备方法与应用
技术领域
本发明属于无尘纸(Airlaid Paper)的制备领域，特别涉及一种无尘膨化 纸的制备方法及应用。
背景技术
无尘纸(膨化纸)，也叫干法造纸非织造布(Airlaid pulp nonwovens)，是 干法非织造布的一种。无尘纸具有独特的物理性能，表现为高弹力，柔软、手 感、垂感极佳，具有极高的吸水性和良好的保水性能，被广泛应用于卫生护理 用品，特种医用用品、工业擦拭用品等领域。
无尘纸的两个主要特征：一是原料为木浆纤维；二是采用气流成网技术。 非织造布的生产工艺主要是成网和加固两个过程。干法造纸非织造布生产主要 采用化学粘合和热粘合两种方法。
1.化学粘合法
化学粘合法用100％木浆纤维(绒毛浆)为原料，开松成单纤维状态的纤 维经气流成网后，以喷洒方法将水性粘合剂喷到纤网表面，再进行烘焙加固成 布。产品的主要用途为工业用擦布、妇女卫生用品、婴儿擦布、台布、湿面巾 及烹调用布等。
2.热粘合法
热粘合法是在绒毛浆纤维中混入热熔纤维，混入比例一般不小于15％，经 气流成网后，通过热风或热轧使纤网中的低熔点纤维熔融而将纤网加固成布。 热粘合法非织造布因为不含化学粘合剂，产品蓬松性、吸湿性更好，主要用作 高吸收性卫生产品的吸收芯、薄型妇女卫生巾等。基于此种用途，有的生产线 上配置了高吸收树脂(SAP)粉的施加装置。由于加入了高分子吸水树脂，吸 水后能将水变成固状物，极大地提高了其吸水能力。
综上所述，无尘纸虽然称为纸，但其本质上是非织造布(无纺布)。
干法成形技术，又称气流成形技术，是20世纪的一项创新科技，虽然最 初主要应用于无纺布的生产，但今天它更广泛的应用却是无尘纸(Airlaid Paper) 的设计和生产。以木浆纤维为主要原料,通过气流成网及不同固结方法生产非织 造布。该法于20世纪末进入中国,21世纪初随着采用木浆纤维和热黏合纤维为 主要原料,通过气流成网和热固结的无尘纸生产装置在天津膨化芯材公司和广 西南宁侨虹公司的相继投产,国内浆粕气流成网非织造布生产达到了新的水平, 随之也带来了热黏合纤维国产化的要求。但国产的热黏合纤维受其质量稳定性、 分散性、膨松性及热收缩性等诸多因素的影响,难以满足这些大型高速设备的生 产要求。与单组分聚丙烯(PP)纤维相比,复合聚烯烃热黏合纤维具有黏合温度范 围较宽、热收缩率较低和蓬松性好等特点,因而在浆粕气流成网中得到更多的应用。目前主要品种为同心型复合纤维；偏心型复合纤维由于其具有螺旋结构,在 高蓬松产品中也有所应用；而具有微偏结构的偏心型复合纤维既可以保持同心 型纤维具有的热黏合性好,又能保持偏心型纤维具有的高蓬松性,在工业化生产 中产品品种的控制更简便
无尘纸代表着当今世界生活用纸的最高发展水平,具有天然超洁净、生产和 使用过程无污染等特点,用途十分广泛,是“绿色环保”产品。人们对中高档一 次性生活用纸的需求量和质量要求愈来愈高。一次性超级生活用纸将会很快进 入千家万户,这是生活用纸发展的必然趋势,它为无尘纸的发展提供了空间并要 求无尘纸的生产向更深层次的深加工方面发展。干法造纸也作为一门新兴的无 污染产业,开始在中国得到迅速的发展。
在实际生产中，热粘合法生产膨化纸采取的原料是以木绒(毛)浆为主， 辅以同心型、偏心型复合纤维为热粘合后形成骨架而成；其特征是木绒(毛) 纤维一般小于2mm，甚至更短；同心型、偏心型复合纤维一般为2-6mm。生 产中，这些细小的纤维在进行气流铺网才能很好的获得混合和均匀；使产品获 得均衡的质量，但由于木绒(毛)纤维特别的短细，同时也存在容易从成型后 的膨化纸中脱离而漏出，影响产品的使用；特别是在受力抖动和震动时，细小 纤维漏出现象更为明显。为了解决和改善这个产品缺陷，专利CN201821538243.0、CN208167328U、CN208309269U、CN207077859U、 CN209260444U等提出了通过设备(除尘)装置、工艺(压花、分离)、和与 无纺布复合等方法来解决和完善的技术方案；专利CN109735967A通过对一种 纤维油剂改善纤维表面后来完善产品；专利CN208626011U则是通过使用水溶 性纤维替代化纤来获得与木绒(毛)纤维良好的相容性而进行完善；专利 CN109610241A、CN109763262A、CN109940949A、CN209260444U、CN207073002U、CN207916235U、CN107351513A、CN107399116A、 CN107349053A等的技术方案都集中在通过对吸水膨化纸层进行包裹来实现改 善漏、掉粉尘(纤维)这一缺陷，具体实施的技术：通过在吸水膨化纸上、下 表面粘结一层无纺布、或编织布、或网格布等方法。这些技术方案虽说对产品 因受力漏尘(细小纤维)有所改善，但都不能彻底解决这种细小纤维因受力而 漏出的缺陷；而且会改变吸水膨化纸层的吸水性能。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点与不足，本发明的目的在于提供一种热粘合 法无尘膨化纸及其制备方法与应用。本发明提供的热粘合法无尘膨化纸制备方 法是一种完全解决膨化纸产品因受力而出现的漏(掉)尘(纤维)技术方案， 生产试验证明，不但能完全解决膨化纸产品因受力而出现的漏(掉)尘(纤维)， 而且不影响膨化纸的吸水性能，包括吸水速度、吸水倍率等；甚至使产品表现 获得更优秀的吸水性能。
本发明的目的至少通过如下技术方案之一实现。
一种无尘膨化纸的制备方法是通过在生产无尘膨化纸的生产工艺中进行 后期工艺处理而实现的；即在无尘膨化纸的生产过程中，混合纤维经过多层气 流铺网成型后，进入一个上下表面喷淋施胶装置中，对无尘膨化纸上下进行由 本发明提供的一种表面改性剂的喷淋，而后进行干燥、压花而成。
经过本发明技术方案改性后的无尘膨化纸产品，不但使膨化纸产品因受力 而出现的漏(掉)尘(纤维)的缺陷获得解决，而且产品的吸水性能也得到提 高，使产品的综合性能获得提高。
本发明提供的一种热粘合法无尘膨化纸的制备方法，包括如下步骤：
将气流铺网成型后的膨化纸在牵引辊牵引下进入上下表面喷淋处理装置 中，均匀喷淋改性液，然后进行干燥烘道进行干燥处理，用压花辊进行压花处 理，收卷得到成品，即所述热粘合法无尘膨化纸。
进一步地，所述改性液的制备，包括：
按配比称量所需组分后，将水性成膜剂、水性粘结剂、保湿剂、甘油、柔 软剂、基材润湿剂、咪唑烷基脲、对羟基苯甲酸酯及水在可加热容器中混合， 在搅拌状态下进行加热溶解处理，冷却至室温，得到所述改性液(无尘膨化纸 表面改性剂)。
进一步地，按照重量份数计，所述改性液的原料包括：
进一步地，所述水性成膜剂为具有水性的成膜良好的高分子树脂；所述水 性成膜剂包括天然高分子和合成高分子；所述水性成膜剂为水溶性的聚丙烯酸 和聚甲基丙烯酸树脂、聚丙烯酰胺树脂、聚氧化乙烯及水溶性的纤维素醚等中 的一种。
为了获得优良的成膜性能，这些水溶性树脂的分子量不能太小，必须使用 分子量较大的树脂，如水性的聚丙烯酸和聚甲基丙烯酸树脂包括美国罗门哈斯 公司(Rohm&Haas；于2008年被美国陶氏化学公司收购)生产的AcrysolR A-3、 AcrysolR A-5、AcrysolGS、AcrysolHV-1等中的一种；水性聚丙烯酰胺树脂包 括日本第一药品产业株式会社生产的ORP-F6NT、ORP-F6NT、ORP-F6NT；日 本日东化学工业公司生产的PDO-077、PDO-011；美国陶氏化学公司生产的Pusher 500、Pusher 700、Pusher 1000等中的一种；聚氧化乙烯包括日本制铁化 学工业株式会社生产的PEO-1、PEO-3、PEO-6、PEO-8、PEO-10、PEO-15等 中的一种；水溶性的纤维素醚包括有日本信越化学、美国陶氏化学、英国Brit Celanese公司等生产的水溶性非离子型烷基纤维素醚产品，具体指粘度为 0.3-1.0Pa.s(2％浓度；20℃)的甲基纤维素(MC)、羟丙基甲基纤维素(HPMC)、 羟乙基甲基纤维素(HEMC)和羟丁基甲基纤维素(HBMC)等中的一种。
进一步地，所述水性粘结剂为聚乙烯吡咯烷酮(PVP)；所述水性粘结剂 为巴斯夫公司或美国ISP等生产的PVP-K-12、PVP-K-15、PVP-K-17、PVP-K-30、 PVP-K-60等中的一种；所述水性粘结剂为食品级或医药级。所述水性粘结剂 不但具有优异的水溶性和相容性，而且水溶粘度很低，更具有非常好的粘结性 和络合性能，可以渗透至膨化纸内层并对纤维进行粘结固定。
进一步地，所述保湿剂为羟乙基脲；所述保湿剂为一种全新的，具有突出 优势的保湿剂。与传统的保湿剂相比，羟乙基尿素具有更显著的保湿效果，滑 爽的涂敷感觉，具有不发粘、不油腻、滋润的舒适感觉，以及自身非离子性带 来的极广泛的适用性被广泛使用在化妆品保湿产品中，与所述的甘油一起使用， 甘油为医药级。
进一步地，所述柔软剂为青岛中宝硅材料科技有限公司生产的204水溶性 硅油CGF、TS-19中的一种；所述柔软剂为一种水溶性聚醚改性硅油，聚醚改 性硅氧烷是共聚而成的一种性能独特的有机硅非离子表面活性剂；其柔软特性 及抗静电性能用被广泛用作织物的后整理剂、柔软剂，可赋予织物亲水性、吸 汗性及防静电性。
进一步地，所述基材湿润剂是指具有较强湿润和渗透能力的非离子型表面 活性剂或阴离子型表面活性剂。所述基材湿润剂是指具有较强湿润和渗透能力 的非离子型表面活性剂或阴离子型表面活性剂；如脂肪醇聚氧乙烯醚类的渗透 剂JFC、渗透剂JFC-1、渗透剂JFC-2、渗透剂JFC-E等非离子型表面活性剂 或渗透剂T、渗透剂-OEP、渗透剂-AEP、渗透剂-M等阴离子型表面活性剂中 的一种。
进一步地，所述咪唑烷基脲和对羟基苯甲酸酯是本发明方案中使用的高效 复合防腐剂。所述的水为工业纯净水。
所述的搅拌均是为了使原料之间充分的混合，因此可不用限制搅拌速度。
本发明中未指明温度的均指室温，本发明所述的室温是指23℃。
在改性剂制备完成后，按照上述的工艺(处理的装置可参照图1)对成型 后的膨化纸进行表面喷淋改性处理。
进一步地，所述加热溶解处理的温度为40-60℃，加热溶解处理的时间为 1-2h；所述干燥是进入4区控温干燥烘道中进行干燥处理；所述4区控温干燥 烘道的温度为60/90/120/80℃；所述压花辊的温度为80-120℃。
进一步地，所述改性液使用纯净水稀释3-12倍后进行喷淋；按照干重计， 改性液的喷淋量为1-5克/m2。
本发明提供一种由权上述的制备方法制得的热粘合法无尘膨化纸。
本发明提供的热粘合法无尘膨化纸能够应用在制备生活用品、工业用品、 以及医疗用品中。
本发明的机理为：
1、使用分子量较大成膜性优异的水溶性树脂对膨化纸表面进行成膜封闭， 使之改善表面掉纤维(尘)的缺陷；
2、使用粘度小、粘结力强、渗透性优异的水溶性树脂聚乙烯吡咯烷酮(PVP)， 对深层和内部的细小纤维进行粘结和固化，进一步改善细小纤维从骨架中容易 松动、而漏出掉尘的缺陷。
本发明制备的一种无尘膨化纸的应用领域：可涵盖(1)生活用品：美容 用品(面膜、化妆棉、一次性床单、洗脸巾等)、生理卫生用品(卫生巾、护 垫、纸尿布)吸收体、玻璃及瓷器等易碎品的包装材料、坐便器垫子、湿纸巾、 食品保鲜用纸等；(2)工业用品：精密仪器及生产过程的除尘、除油、擦拭、 清洁维护及保养等；(3)医疗用品：一次性床单、口罩、帽子等领域。
与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：
由于本发明改性剂体系选用的原料为全系列水溶性原料，所以，在改善膨 化纸漏、掉尘的同时不仅不影响膨化纸的吸水性能，而且经过本发明处理改性 后的膨化纸，比没有经过本发明处理的膨化纸具有更优异的吸水性能，从而保 障了产品的使用性能。
附图说明
图1为本发明实施例制备热粘合法无尘膨化纸的装置图；
其中，气流铺网成型后的膨化纸1；经过表面改性处理后的膨化纸产品2；上表 面喷淋装置3；下表面喷淋装置4；干燥烘道5；膨化纸压花辊6；
图2为吸水速度测试所使用的工具装置图；
其中，带有开关的锥形漏斗7，测试样品8。
具体实施方式
以下结合实例对本发明的具体实施作进一步说明，但本发明的实施和保护 不限于此。需指出的是，以下若有未特别详细说明之过程，均是本领域技术人 员可参照现有技术实现或理解的。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，视为可 以通过市售购买得到的常规产品。
以下实施例及对比例所用到的重量(质量)份数，作为举例，重量单位可 以为克、千克等，也可以是本领域常用的任意其他用量。
实施例中所用的水性成膜树脂，包括美国罗门哈斯公司(Rohm&Haas； 于2008年被美国陶氏化学公司收购)生产的AcrysolR A-3、AcrysolR A-5、 Acrysol GS、Acrysol HV-1等水溶性聚丙烯酸和聚甲基丙烯酸树脂；日本第一 药品产业株式会社生产的ORP-F6NT、ORP-F6NT、ORP-F6NT；日本日东化学 工业公司生产的PDO-077、PDO-011；美国陶氏化学公司生产的Pusher 500、 Pusher 700、Pusher 1000等水溶性聚丙烯酰胺树脂；日本制铁化学工业株式会 社生产的PEO-1、PEO-3、PEO-6、PEO-8、PEO-10、PEO-15等聚氧化乙烯树 脂；日本信越化学、美国陶氏化学、英国Brit Celanese公司生产的水溶性非离 子型烷基纤维素醚产品，具体指粘度为0.3-1.0Pa.s(2％浓度；20℃)的甲基纤维 素(MC)、羟丙基甲基纤维素(HPMC)、羟乙基甲基纤维素(HEMC)和羟 丁基甲基纤维素(HBMC)。
实施例中所用的水性粘结剂，包括包括由巴斯夫公司、美国ISP生产的食 品级或医药级PVP-K-12、PVP-K-15、PVP-K-17、PVP-K-30、PVP-K-60。
实施例中所用的柔软剂由青岛中宝硅材料科技有限公司生产的204水溶性 硅油CGF,TS-19。
实施例中所述的吸水性能测试和评价：
1、吸水速度测试方法：测试装置如图2所示，在带有开关的锥形漏斗7 中加入10ml工业纯净水，于漏斗下方放置带有开关的锥形漏斗7，漏斗与样品 的垂直距离为(h)，h＝2cm。
开启漏斗开关至最大，同时按动秒表计时，直至漏斗中的水全部放完并观 察样品吸水情况：至水在测试样品8表面完全吸收和扩散，表面无余液时按下 秒表即为吸水所需时间(即吸水速度，单位：秒)；并在1分钟内测试水在样 品上扩散的平均直径(cm)，要求为5个以上数据的平均值。图2中的h为漏 斗与样品的垂直距离。
2、吸水倍率测试：测试样品面积为10x10cm；称重为干重(m1)；在表面 皿中注满工业纯净水，然后把样品完全浸入水中1分钟；取出后垂直悬挂让水 自然滴落，直至1分钟内完全无水滴落后取下称重为湿重(m2)。吸水倍率由 以下公式计算而得：
吸水倍率＝湿重(m2)/干重(m1)
3、漏掉粉尘(纤维)测试方法：测试样品尺寸为：30cm(长)x10cm(宽)， 把样品(长度方向)夹在具有垂直摆动的机械上，垂直摆动频率为200次/分； 开动摆动机械，持续1分钟后，观察抖落的粉尘(纤维)，目测分级：粉尘数 量≥100为5级；粉尘数量50-100为4级；粉尘数量30-50为3级；粉尘数量 10-30为2级；粉尘数量≤10为1级。
实施例1
实施例1中的无尘膨化纸表面改性剂按质量份计，包括以下组分(如表1 所示)：
表1
上述组分计量后加入到带加热的容器进行搅拌混合，然后升温至40℃，搅 拌溶解混合1小时；降温至室温即一种无尘膨化纸表面改性剂。
实施例1中使用的膨化纸的克重为40克/m2。膨化纸组分：同心型化学纤 维为1.5旦，纤维长度为5cm；木绒浆纤维为2cm；化学纤维与木绒浆纤维比 例为30/70。
气流铺网成型后的膨化纸1进入图1所示装置进行喷淋、干燥、压花处理 后即得本发明成品。图1为本发明实施例制备热粘合法无尘膨化纸的装置图； 其中，气流铺网成型后的膨化纸1；经过表面改性处理后的膨化纸产品2；上表 面喷淋装置3；下表面喷淋装置4；干燥烘道5；膨化纸压花辊6；
喷淋时，改性剂用工业纯净水稀释3倍后进行，压花辊的温度为80℃； 喷淋改性剂的干重为1克/m2；所述干燥是进入4区控温干燥烘道中进行干燥 处理；所述4区控温干燥烘道的温度为60/90/120/80℃。
经过本发明改性剂喷淋处理后的无尘膨化纸性能指标如表2所示。
表2
注：空白样为没有经过本发明改性剂处理工艺生产的膨化纸，下同。由实施例 1可知，经过本发明改性处理后的膨化纸，不但漏掉粉尘缺陷获得解决，而且 吸水速度和吸水倍率都得到提高。
实施例2
实施例2中的无尘膨化纸表面改性剂按质量份计，包括以下组分(如表3 所示)：
表3
上述组分计量后加入到带加热的容器进行搅拌混合，然后升温至60℃，搅 拌溶解混合2小时；降温至室温即一种无尘膨化纸表面改性剂。
实施例2中使用的膨化纸的克重为60克/m2。膨化纸组分：同心型化学纤 维为1.5旦，纤维长度为5cm；木绒浆纤维为2cm；化学纤维与木绒浆纤维比 例为30/70。
上述膨化纸进入图1装置进行喷淋、干燥、压花处理后即得本发明成品。
喷淋时，改性剂用工业纯净水稀释8倍后进行，压花辊的温度为100℃； 喷淋改性剂的干重为5克/m2。所述干燥是进入4区控温干燥烘道中进行干燥处 理；所述4区控温干燥烘道的温度为60/90/120/80℃。
经过本发明改性剂喷淋处理后的无尘膨化纸性能指标如表4所示。
表4
由实施例2可知，经过本发明改性处理后的膨化纸，不但漏掉粉尘缺陷获 得解决，而且吸水速度和吸水倍率都得到提高。
实施例3
实施例3中的无尘膨化纸表面改性剂按质量份计，包括以下组分(如表5 所示)：
表5
上述组分计量后加入到带加热的容器进行搅拌混合，然后升温至50℃，搅 拌溶解混合1小时；降温至室温即一种无尘膨化纸表面改性剂。
实施例3中使用的膨化纸的克重为80克/m2。膨化纸组分：同心型化学纤 维为1.5旦，纤维长度为5cm；木绒浆纤维为2cm；化学纤维与木绒浆纤维比 例为20/80。
上述膨化纸进入图1装置进行喷淋、干燥、压花处理后即得本发明成品。
喷淋时，改性剂用工业纯净水稀释10倍后进行，压花辊的温度为120℃； 喷淋改性剂的干重为4克/m2。所述干燥是进入4区控温干燥烘道中进行干燥处 理；所述4区控温干燥烘道的温度为60/90/120/80℃。
经过本发明改性剂喷淋处理后的无尘膨化纸性能指标如表6所示。
表6
由实施例3可知，经过本发明改性处理后的膨化纸，不但漏掉粉尘缺陷获 得解决，而且吸水速度和吸水倍率都得到提高。
实施例4
实施例4中的无尘膨化纸表面改性剂按质量份计，包括以下组分(如表7 所示)：
表7
上述组分计量后加入到带加热的容器进行搅拌混合，然后升温至50℃，搅 拌溶解混合1小时；降温至室温即一种无尘膨化纸表面改性剂。
实施例4中使用的膨化纸的克重为50克/m2。膨化纸组分：同心型化学纤 维为1.5旦，纤维长度为5cm；木绒浆纤维为2cm；化学纤维与木绒浆纤维比 例为15/85。
上述膨化纸进入图1装置进行喷淋、干燥、压花处理后即得本发明成品。
喷淋时，改性剂用工业纯净水稀释12倍后进行，压花辊的温度为100℃； 喷淋改性剂的干重为3克/m2。所述干燥是进入4区控温干燥烘道中进行干燥处 理；所述4区控温干燥烘道的温度为60/90/120/80℃。
经过本发明改性剂喷淋处理后的无尘膨化纸性能指标如表8所示。
表8
由实施例4可知，经过本发明改性处理后的膨化纸，不但漏掉粉尘缺陷获 得解决，而且吸水速度和吸水倍率都得到提高。
实施例5
实施例5中的无尘膨化纸表面改性剂按质量份计，包括以下组分(如表9 所示)：
表9
上述组分计量后加入到带加热的容器进行搅拌混合，然后升温至50℃，搅 拌溶解混合1小时；降温至室温即一种无尘膨化纸表面改性剂。
实施例5中使用的膨化纸的克重为100克/m2。膨化纸组分：同心型化学 纤维为1.5旦，纤维长度为5cm；木绒浆纤维为2cm；化学纤维与木绒浆纤维 比例为30/70。
上述膨化纸进入图1装置进行喷淋、干燥、压花处理后即得本发明成品。
喷淋时，改性剂用工业纯净水稀释12倍后进行，压花辊的温度为100℃； 喷淋改性剂的干重为2克/m2。所述干燥是进入4区控温干燥烘道中进行干燥处 理；所述4区控温干燥烘道的温度为60/90/120/80℃。
经过本发明改性剂喷淋处理后的无尘膨化纸性能指标如表10所示。
表10
由实施例5可知，经过本发明改性处理后的膨化纸，不但漏掉粉尘缺陷获 得解决，而且吸水速度和吸水倍率都得到提高。
以上实施例仅为本发明较优的实施方式，仅用于解释本发明，而非限制本 发明，本领域技术人员在未脱离本发明精神实质下所作的改变、替换、修饰等 均应属于本发明的保护范围。
