（中国粉体技术网/班建伟）麦饭石是我国传统的医药保健矿物, 因其外观象大麦米饭团而得名。我国麦饭石储量较丰富, 在内蒙古、陕西、甘肃、河南、河北、山西、天津、吉林、江西、浙江、辽宁等地都有大量优质麦饭石矿藏。现代科学研究证明: 麦饭石中含有多种人体所需的矿物质和微量元素, 其内部具有孔道结构, 具有溶出、吸附和生物活性、抑菌等功能属性, 利用其溶出、生物活性等特性可广泛应用于食品、饮品、医药保健等领域, 利于其吸附、抑菌特性可广泛应用于冰箱除臭、水产保鲜、水质净化等。但是将麦饭石用于纸张填料还未见报道。
本文中介绍一种麦饭石超细粉作为填料制备具有抑菌功能纸的方法, 研究了麦饭石超细粉掺量与手抄纸物理性能间的关系, 并通过细菌菌落总数实验测定麦饭石功能纸的抑菌效果。麦饭石抑菌功能纸可以广泛应用于高档包装材料, 可以起到保鲜、除臭、抑菌等作用, 市场前景很大, 为合理利用麦饭石资源和开发新型造纸填料都具有一定意义。
1 实验
1.1 原料与实验仪器
1) 原料选择和制备: 麦饭石选自内蒙古奈曼旗平顶山, 经万能粉碎机和球磨机制备麦饭石超细粉体, 经激光粒度分析仪进行粒度分析( 见表1)；按照标准方法进行麦饭石超细粉体物理性能分析( 见表2)；纸浆为加拿大针叶木漂白硫酸盐浆, 打浆度为28bSR。
2)实验仪器: F12101 抄片器, 瑞典尹洛夫汉森公司; Klemm 吸水性测定仪, ZL210 型拉力试验机,YQ2E220 型手抄片撕裂度测定仪, ZZD2025 型耐折度测定仪, ZJ2100 纸浆打浆度测定仪, 长春手抄片试验机厂; ZD01201 型手抄片耐破度测定仪, 杭州轻工机械厂。
1.2 实验方法
将麦饭石超细粉按一定比例与纸浆混合, 电动搅拌均匀30 min 后, 对纸浆性能进行检测, 然后按照标准方法抄片, 并按相关标准测定手抄片的物理特性; 用光学显微镜和SEM 扫描电子显微镜分析纤维和麦饭石的结合性能; 通过细菌菌落总数测定麦饭石抑菌功能纸的抑菌性能。
2 结果和讨论
2.1 麦饭石对手抄片物理性能的影响
 表3 为麦饭石超细粉掺加量对手抄片物理性能的影响数据。可以看出, 手抄片的拉力、断裂长、挺度、撕裂度都随麦饭石用量的增加而减小, 当麦饭石用量由10%增加到75%时, 拉力由8.04 N/mm 降到3.87 N/ mm, 断裂长由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, 这是由于麦饭石的加入, 使纤维连接程度变差造成的。总体看来, 75%和50%掺加量的手抄片其耐折和吸水率都比10%掺加量的手抄片高, 但是手抄片耐折和吸水率随麦饭石掺加量增加的变化趋势都是先增加而后又降低。
一般情况下, 只有分子结构与纤维类似的矿物材料会使手抄片耐折度提高, 其他矿物填料用量增大会导致耐折度降低。麦饭石结构属于三维多孔状结构, 干法粉磨后, SEM 扫描电镜显示其多为片状结构( 见图1) , 当麦饭石掺加量不足50%时, 麦饭石颗粒与纤维结构交互作用, 结构中的活性阳离子与纤维上的阴离子形成较多的离子键, 且起到较好的孔隙填充作用, 而使耐折度升高。
由于一定制浆方法处理的纤维阴离子数量一定, 过剩的麦饭石阳离子电荷会使颗粒和纤维结合变弱, 且颗粒对纤维填充饱和, 耐折度在麦饭石掺加量达到50%后开始降低。吸水率主要与纤维上游离羟基的多少以及手抄片的紧度有关, 一般掺加矿物填料会使纤维上的游离羟基暴露量降低而使吸水率降低, 但是麦饭石具有多孔结构, 本身具有一定的吸水性, 因此因为其掺加量增大而使吸水性提高的程度要大于掩盖纤维上的游离羟基而使吸水率降低的程度, 最终使吸水性提高。而在麦饭石掺加量超过50%后, 吸水率又有降低的趋势, 可能和麦饭石掺量增加到一定程度后, 阳离子电荷过剩导致手抄片紧度降低有关。
 从麦饭石手抄片光学显微镜照片( 图2) 可以看出, 麦饭石均匀分布于纤维组织中, 而且随着掺加量的升高麦饭石超细粉密度越大, 纤维连接越松散, 表3 中对应手抄片的强度指标如拉力、裂断长、挺度、撕裂度等也要下降; 图3(a)、(b) 、(c) 分别是掺加10%、50%和75%麦饭石超细粉手抄片的SEM 图像, 图3(a) 和(b) 显示麦饭石超细粉体在纤维间均匀分布,图3(c) 显示麦饭石超细粉过量, 导致在手抄片表面上堆积; 图3(d) 和(e) 是分别掺加10%和50%麦饭石超细粉手抄片的SEM 图像, 结果显示掺加50%麦饭石后纤维的结合强度下降较大, 是使手抄片强度指标下降较大的原因。
3 结论和建议
麦饭石超细粉填料的手抄片物理性能随掺加量变化发生改变, 手抄片的拉力、断裂长、挺度、撕裂度随麦饭石超细粉掺加量的增加而减小; 75%和50%掺加量的手抄片其耐折和吸水率都比10%掺加量的手抄片高, 但是手抄片耐折和吸水率随掺加量增加的变化趋势都是先增加而后又降低。掺加了麦饭石的手抄片测试组菌落总数少于阳性对照组, 随着掺加量的增大, 测试组菌落总数减少, 说明麦饭石功能纸具有一定的抑菌作用。
麦饭石是一种具有多种保健功能的矿物材料,具有无毒、环保、抑菌等特性, 建议对其进行改性, 提高抗菌能力, 拓宽适用范围。
►欢迎进入【粉体论坛】
|
