1.研发项目的名词解释
再生纤维素膜防粘:为了赋予再生纤维素膜一定的柔韧性,会进行软化和调湿,使其除了含有80%左右的纤维素外,还有约20%的水分和软化剂。再生纤维素膜半成品或成品规格形式是卷筒状或平板状码放,因此在纤维素膜层与层之间几乎没有空气层隔离时,很容易粘连而影响使用。为此,在薄膜的表层加入一定量颗粒状抗粘剂,凸突于膜的表面使薄膜之间形成空气隔离层,从而起到防粘作用。
抗粘剂:再生纤维素膜进入干燥室之前,在混合有软化剂、增滑剂和抗粘剂等助剂的槽体内进行浸涂处理,再经过干燥,赋予纤维素膜一定的柔软、平滑和不粘连的特性。
强化抗粘:是检测膜与膜之间是否存在粘连现象的一种强化检测方法,检测周期由24小时缩短为8小时。整幅切取10cm*10cm的试样40层,塑料袋密封,夹于10cm*10cm的不锈钢板中,放置于水平面上,压上20kg压坨,放置8小时后取出查看粘结情况。放置温度:38-40℃,相对湿度:89%-91%RH。
2.研发背景
公司自1988年投产以来,系列高档出口再生纤维素膜产品,全部用德国德固赛公司定制的特质抗粘剂,供货持续稳定。后因该产品在德固赛公司维护成本高,对方决定取消该产品的生产,同时拒绝技术转让到国内。通过对现有库存和使用周期进行统计,发现国外该抗粘剂库存量使用周期不满四个月,后期如果没有合格的替代品,公司主要高档再生纤维素膜出口产品,即约40%的产能将面临停止生产。因此,研究人员决定对再生纤维素膜特殊抗粘剂进行开发与研究应用。
3.研发目标的确定
在对研发目标进行确定之前,需要对其进行可行性分析。本次研究目标可将德固赛特质抗粘剂作为标杆产品,对其进行理化指标分析,进而实现对K型特殊抗粘剂全方位定位和制作。该项目研发人员曾多次为企业解决各种关键技术问题,有着丰富的再生纤维素膜生产实践经验和理论知识,熟知诸多关联助剂在再生纤维素膜生产过程中的应用状态,能深刻理解K型特殊抗粘剂的开发创新点。因此,根据德固赛特质抗粘剂性能特征,结合日常高档再生纤维素膜的生产情况,确定以下两种目标,具体为:
(1)量化目标:高档纸强化抗粘8小时后不粘;
(2)非量化目标:在高档再生纤维素膜生产用软化浴中混合稳定性好,不发生沉淀,不影响滑度,不影响基膜涂布后热粘合强度等。
4.方案的提出与选择、确定
研究人员通过研究分析,针对如何限期成功研发、准确设计产品各项理化指标范围、主体材料筛选、乳液配方开发和产品实现方式等进行了详细讨论,最终确定出具体方案:
(1)在开发方式中,为能在限期内成功开发和应用K型特殊抗粘剂,选择与抗粘剂领域比较有技术实力的供货商进行合作开发的方法。合作开发不仅有专业的理论和实践做研发技术支持,而且有专业的应用条件调节能力,强强联手,可实现高效精准研发。
(2)在主体材料的选择上,有气相法二氧化硅、沉淀法二氧化硅及凝胶法二氧化硅三种材料可供选择,具体的性质参数如表1所示。而经过对德固赛特质抗粘剂进行全面分析,得出抗粘剂的聚集体粒径为400-600nm,电性为阳性,其他微量成分仅能做预计,不能得出具体的组分。
(3)物理、化学改性。①电性改性的选择:硅溶胶改性有直接对气相二氧化硅颗粒表面进行改性和分散时加入添加剂改性。选择合适的表面处理剂与二氧化硅表面的羟基反应,减少表面硅羟基的量,降低其表面阴离子,实现阳离子改性。无机改性剂虽能改性,但改性后容易破坏其内部结构,在软化浴体系中不稳定;而普通有机改性剂改性效果较差且不稳定。气相二氧化硅改性程度可通过测定胶体体系的Zeta电位和粒径进行确定。通过实验可知未改性溶胶胶体体系Zeta电位为负值,改性过程中到达等电位时体系最为不稳定,继续改性,当Zeta电位到达稳定正值时停止,通过理论与实际的结合,选择阳离子改性剂。
②润湿分散剂的选择:气相二氧化硅制备特殊抗粘剂需要使二氧化硅颗粒均匀的分散于水相中,为使其能够均匀分散成为稳定的胶体体系,需在分散时向其中加入一定的润湿分散剂。润湿剂能够降低胶体颗粒的表面张力,使其润湿加速进入水体系。分散剂能够使其均匀稳定的分散,使制成的特殊抗粘剂稳定有效。润湿分散剂选择可通过对胶体体系粒径及Zeta电位的测定确定。选择润湿分散剂进行分散同时测定胶体粒径的变化及Zeta电位对体系稳定性进行判断,进而选择合适试剂。
③研磨控制聚集体粒径方法的选择:实验选取适宜研磨搅拌设备,温度、时间和搅拌研磨速度,使颗粒聚集体粒径可控,整个溶液体系更加稳定,保证K型抗粘剂长期放置本身无沉淀产生。通过正交试验,经过反复多次实验,得出最佳生产条件如表2所示。
④研制投产方式:为了降低开发和生产该助剂的设备投资成本,并实现生产应用过程的平稳过渡,我们决定委托合作公司完成K型特殊抗粘剂外协加工和持续稳定供货。
5.效果评价
经过数次中试和小批量生产,K型特殊抗粘剂产品质量得以不断提升,并参考进口助剂制定出厂检测标准,如固含量、PH值、聚集体粒径范围等。
利用生产印刷专用再生纤维素膜、食品包装专用再生纤维素膜和有机溶剂涂布基膜的机会进行中试,参照原进口特质抗粘剂的浓度配置相对应的软化浴底液,化验人员对K型特殊抗粘剂的浓度进行化验,其他工艺条件按照各品种工艺范围进行调节,物检室对每卷实验基膜进行全面检测。经过中试,发现K型特殊抗粘剂在诸多高档再生纤维素膜生产中,实现了量化和非量化指标要求,可以替代进口同类产品。
从表3中可以得出结论,实现了该项目设定的目标,成功实现了特质抗粘剂国产化。
6.结论
经过科研人员的不懈努力,最终实现了K型特殊抗粘剂的成功研发,在短期时间内实现了进口产品国产化,使我公司高档再生纤维素膜品种得以持续生产,保障了公司产品品种结构稳定性。同时,研发人员在本次研发过程中进一步提升了业务水平和创新能力。
摘要：企业的发展离不开自主创新与研发,为了打破独家供货的局面,本文对再生纤维素膜特殊抗粘剂进行了开发与研究应用,在对研发项目实施背景进行介绍的基础上,提出了切实可行的研发开发方案,并最终成功研发出了K型特殊抗粘剂,确保了高档再生纤维素膜的稳定生产,进而保证了企业的后续发展。
关键词：再生纤维素膜,特殊抗粘剂,开发,应用
参考文献
[1] 王晶晶,王钱钱,张超群,孙建中.功能性再生纤维素复合膜的制备及性能研究进展[J].化工进展,2016,35(02):341-351.
[2] 曹延娟,辛斌杰,吴湘济,杜卫平.生物质棉纤维再生纤维素膜的制备与性能分析[J].河北科技大学学报,2015,36(03):269-278.
[3] 贾立霞,陈振宏,刘静,李瑞洲.基于聚苯硫醚纤维的复合功能面料研究与开发[J].河北工业科技,2012(05):78-84.
[4] 哈丽丹·买买提,库尔班江·肉孜,阿不利米提,阿依努尔.纤维素LiCl/DMAc溶液法制备纤维素薄膜[J].纺织学报,2011 (04):156-158.
[5] 张伟,陈朝见,傅师申.纤维素/NMMO溶液及其薄膜的制备与性能研究[J].合成纤维工业,2011(01):267-280.
[6] 马博谋,张猛,王丹丹,孙俊芬,何春菊.离子液体法制备再生竹纤维素膜及其性能[J].东华大学学报(自然科学版),2010(06).