(中國粉體技術網/班建偉)麥飯石是我國傳統的醫藥保健礦物, 因其外觀象大麥米飯團而得名。我國麥飯石儲量較豐富, 在內蒙古、陜西、甘肅、河南、河北、山西、天津、吉林、江西、浙江、遼寧等地都有大量優質麥飯石礦藏?,F代科學研究證明: 麥飯石中含有多種人體所需的礦物質和微量元素, 其內部具有孔道結構, 具有溶出、吸附和生物活性、抑菌等功能屬性, 利用其溶出、生物活性等特性可廣泛應用于食品、飲品、醫藥保健等領域, 利于其吸附、抑菌特性可廣泛應用于冰箱除臭、水產保鮮、水質凈化等。但是將麥飯石用于紙張填料還未見報道。
本文中介紹一種麥飯石超細粉作為填料制備具有抑菌功能紙的方法, 研究了麥飯石超細粉摻量與手抄紙物理性能間的關系, 并通過細菌菌落總數實驗測定麥飯石功能紙的抑菌效果。麥飯石抑菌功能紙可以廣泛應用于高檔包裝材料, 可以起到保鮮、除臭、抑菌等作用, 市場前景很大, 為合理利用麥飯石資源和開發新型造紙填料都具有一定意義。
1 實驗
1.1 原料與實驗儀器
1) 原料選擇和制備: 麥飯石選自內蒙古奈曼旗平頂山, 經萬能粉碎機和球磨機制備麥飯石超細粉體, 經激光粒度分析儀進行粒度分析( 見表1);按照標準方法進行麥飯石超細粉體物理性能分析( 見表2);紙漿為加拿大針葉木漂白硫酸鹽漿, 打漿度為28bSR。
2)實驗儀器: F12101 抄片器, 瑞典尹洛夫漢森公司; Klemm 吸水性測定儀, ZL210 型拉力試驗機,YQ2E220 型手抄片撕裂度測定儀, ZZD2025 型耐折度測定儀, ZJ2100 紙漿打漿度測定儀, 長春手抄片試驗機廠; ZD01201 型手抄片耐破度測定儀, 杭州輕工機械廠。
1.2 實驗方法
將麥飯石超細粉按一定比例與紙漿混合, 電動攪拌均勻30 min 后, 對紙漿性能進行檢測, 然后按照標準方法抄片, 并按相關標準測定手抄片的物理特性; 用光學顯微鏡和SEM 掃描電子顯微鏡分析纖維和麥飯石的結合性能; 通過細菌菌落總數測定麥飯石抑菌功能紙的抑菌性能。
2 結果和討論
2.1 麥飯石對手抄片物理性能的影響
表3 為麥飯石超細粉摻加量對手抄片物理性能的影響數據。可以看出, 手抄片的拉力、斷裂長、挺度、撕裂度都隨麥飯石用量的增加而減小, 當麥飯石用量由10%增加到75%時, 拉力由8.04 N/mm 降到3.87 N/ mm, 斷裂長由8.05 km 降到4.15 km, 挺度由1.05 m N·m 降到0.57 mN·m, 撕裂度由739 mN 降到521 mN, 這是由于麥飯石的加入, 使纖維連接程度變差造成的。總體看來, 75%和50%摻加量的手抄片其耐折和吸水率都比10%摻加量的手抄片高, 但是手抄片耐折和吸水率隨麥飯石摻加量增加的變化趨勢都是先增加而后又降低。
一般情況下, 只有分子結構與纖維類似的礦物材料會使手抄片耐折度提高, 其他礦物填料用量增大會導致耐折度降低。麥飯石結構屬于三維多孔狀結構, 干法粉磨后, SEM 掃描電鏡顯示其多為片狀結構( 見圖1) , 當麥飯石摻加量不足50%時, 麥飯石顆粒與纖維結構交互作用, 結構中的活性陽離子與纖維上的陰離子形成較多的離子鍵, 且起到較好的孔隙填充作用, 而使耐折度升高。
由于一定制漿方法處理的纖維陰離子數量一定, 過剩的麥飯石陽離子電荷會使顆粒和纖維結合變弱, 且顆粒對纖維填充飽和, 耐折度在麥飯石摻加量達到50%后開始降低。吸水率主要與纖維上游離羥基的多少以及手抄片的緊度有關, 一般摻加礦物填料會使纖維上的游離羥基暴露量降低而使吸水率降低, 但是麥飯石具有多孔結構, 本身具有一定的吸水性, 因此因為其摻加量增大而使吸水性提高的程度要大于掩蓋纖維上的游離羥基而使吸水率降低的程度, 最終使吸水性提高。而在麥飯石摻加量超過50%后, 吸水率又有降低的趨勢, 可能和麥飯石摻量增加到一定程度后, 陽離子電荷過剩導致手抄片緊度降低有關。
從麥飯石手抄片光學顯微鏡照片( 圖2) 可以看出, 麥飯石均勻分布于纖維組織中, 而且隨著摻加量的升高麥飯石超細粉密度越大, 纖維連接越松散, 表3 中對應手抄片的強度指標如拉力、裂斷長、挺度、撕裂度等也要下降; 圖3(a)、(b) 、(c) 分別是摻加10%、50%和75%麥飯石超細粉手抄片的SEM 圖像, 圖3(a) 和(b) 顯示麥飯石超細粉體在纖維間均勻分布,圖3(c) 顯示麥飯石超細粉過量, 導致在手抄片表面上堆積; 圖3(d) 和(e) 是分別摻加10%和50%麥飯石超細粉手抄片的SEM 圖像, 結果顯示摻加50%麥飯石后纖維的結合強度下降較大, 是使手抄片強度指標下降較大的原因。
3 結論和建議
麥飯石超細粉填料的手抄片物理性能隨摻加量變化發生改變, 手抄片的拉力、斷裂長、挺度、撕裂度隨麥飯石超細粉摻加量的增加而減小; 75%和50%摻加量的手抄片其耐折和吸水率都比10%摻加量的手抄片高, 但是手抄片耐折和吸水率隨摻加量增加的變化趨勢都是先增加而后又降低。摻加了麥飯石的手抄片測試組菌落總數少于陽性對照組, 隨著摻加量的增大, 測試組菌落總數減少, 說明麥飯石功能紙具有一定的抑菌作用。
麥飯石是一種具有多種保健功能的礦物材料,具有無毒、環保、抑菌等特性, 建議對其進行改性, 提高抗菌能力, 拓寬適用范圍。
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