高濃磨漿技術(shù)用于生活用紙生產(chǎn)的研究High-Consistency Refning in Tissue Production

陳　瑜 吳學(xué)勛 劉　超 長沙正達(dá)輕科紙業(yè)設(shè)備有限公司

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高濃磨漿技術(shù)用于生活用紙生產(chǎn)的研究High-Consistency Refning in Tissue Production

陳瑜 吳學(xué)勛 劉超 長沙正達(dá)輕科紙業(yè)設(shè)備有限公司

生活用紙產(chǎn)品質(zhì)量要求主要包括以下幾個方面：一是干強(qiáng)度和濕強(qiáng)度，其主要目的是能夠保證產(chǎn)品強(qiáng)度性能要求。二是較好的柔軟度和較高的松厚度，這兩個指標(biāo)非常重要，在實際生產(chǎn)中可以采取一些措施來達(dá)到這些性能要求。打漿是生活用紙生產(chǎn)中一個非常重要的環(huán)節(jié)。打漿與產(chǎn)品質(zhì)量和紙機(jī)運行性能密切相關(guān)，通過打漿可以改善紙張干強(qiáng)度，同時在一定程度上也有助于濕強(qiáng)度的提升，但過度打漿，紙頁松厚度和柔軟度會嚴(yán)重?fù)p失。

圖1、2可以看出，沒有經(jīng)過打漿的纖維和打漿之后的纖維表面形態(tài)發(fā)生了較大的變化。除了纖維表面形態(tài)發(fā)生變化之外，圖3表明，在打漿過程中纖維產(chǎn)生了卷曲、扭結(jié)及微壓縮等，圖4顯示纖維的內(nèi)部發(fā)生了分層等現(xiàn)象。

生活用紙生產(chǎn)中如何處理闊葉木漿，目前主要分為兩種情況，一部分生產(chǎn)企業(yè)采用高頻疏解機(jī)進(jìn)行處理。這種情況下紙頁的強(qiáng)度性能較差，解決這一問題的主要措施是提高針葉木漿的配比，這樣成本會相應(yīng)增加。另外一些生產(chǎn)企業(yè)采用低濃磨漿處理闊葉木漿料，采用低濃磨漿可以提高紙頁強(qiáng)度，但紙頁松厚度和柔軟度下降比較明顯。低濃磨漿主要靠磨片切斷作用，細(xì)小纖維比例較高，纖維的流失比較大。如果能夠通過改變打漿方式，在提升紙頁強(qiáng)度性能的同時又可保持較高松厚度，則可以降低長纖維漿的配比，或根據(jù)市場情況調(diào)整或降低化學(xué)品的用量來節(jié)約成本。在此，著重介紹闊葉木高濃磨漿技術(shù)研究及其在生活用紙生產(chǎn)中的應(yīng)用。

圖1　未打漿化學(xué)漿纖維

圖2 打漿后纖維

圖3　打漿產(chǎn)生的卷曲、扭結(jié)及微壓縮

圖4　打漿產(chǎn)生的纖維內(nèi)部分層

1　高濃磨漿技術(shù)的機(jī)理和優(yōu)勢

高濃磨漿在某些紙種（如紙袋紙）的應(yīng)用是比較成功的。傳統(tǒng)的低濃磨漿打漿濃度一般在3%～5%之間，其漿料中存在大量的水，纖維主要以單根纖維的形式通過磨片，磨片接觸纖維、切斷纖維的作用非常強(qiáng)，纖維分絲帚化的效果在較高的打漿度條件下才能產(chǎn)生。高濃磨漿的磨漿濃度可以達(dá)到20%～35%，漿料主要以纖維束的形式通過磨片，打漿效果主要是以纖維之間的摩擦、擠壓產(chǎn)生卷曲扭結(jié)，從而使纖維的表面發(fā)生分絲帚化，初生壁、次生壁剝離，游離出纖維羥基來。通過這種方式，可以充分保留纖維的長度，同時又可以獲得較好的分絲帚化的效果。

對其原理進(jìn)行分析，高濃打漿用于生活用紙有以下優(yōu)勢：一是能夠有效地提高紙頁抗張強(qiáng)度、撕裂度等性能。另外，高濃磨漿過程中保留了纖維的長度，這樣可以在很大程度上改善生活用紙的柔軟性和吸收性，提升紙頁的松厚度。同時在抄紙過程中，纖維較長，留著率也會得到明顯提升，白水濃度降低。

2　實驗方法

（1）高濃磨漿處理：采用正大輕科中試高濃磨漿機(jī)對漂白相思木硫酸鹽漿進(jìn)行磨漿處理，磨漿濃度控制在20%左右，每個漿樣獲得3個不同打漿度梯度的漿料；

（2）低濃打漿處理：采用實驗室用瓦利打漿機(jī)，對3種漿料分別進(jìn)行打漿處理，獲得與高濃磨漿處理下相近的打漿度；

（3）FQA纖維形態(tài)分析：采用加拿大FQA纖維分析儀對纖維形態(tài)進(jìn)行分析，包括纖維平均長度、寬度、細(xì)小纖維比例、卷曲指數(shù)、扭結(jié)指數(shù)和扭結(jié)角度等，數(shù)據(jù)為測定5,000根纖維的處理結(jié)果；

（4）纖維表面形貌分析：采用奧林巴斯纖維形貌分析儀對纖維打漿前后的分絲帚化、切斷、卷曲、扭結(jié)情況進(jìn)行觀察對比；

（5）打漿度：采用肖伯爾打漿度儀（國標(biāo)）對打漿前后的打漿度、濕重進(jìn)行分析；

（6）手抄片制備：采用方形抄片器、壓榨機(jī)和烘缸干燥設(shè)備，利用高濃和低濃處理后的漿料，制備定量為（60±3）g/m2手抄片，備用；

（7）紙頁性能分析：經(jīng)過恒溫恒濕處理后，對手抄片紙樣的定量、厚度、松厚度、抗張強(qiáng)度、撕裂度、透氣性等進(jìn)行分析。

3　結(jié)果與討論

3.1 高濃磨漿纖維形態(tài)分析

高濃磨漿纖維性能分析以及磨漿前后纖維的性能對比，包括纖維長度，細(xì)小纖維的比例、纖維寬度、卷曲指數(shù)、扭結(jié)指數(shù)、扭結(jié)角度等，相同打漿度情況下，高濃磨漿和低濃磨漿纖維的不同特性，如表1所示。

表1　高濃磨漿對纖維性能的影響

表1可以看出，保持同樣的打漿度情況下，高濃磨漿纖維的長度明顯高于低濃磨漿纖維長度，同時高濃磨漿細(xì)小纖維的比例也明顯低于低濃磨漿細(xì)小纖維比例。這說明高濃磨漿有效地保持了纖維的長度。同時可以看出，在同一打漿度時，高濃磨漿的卷曲指數(shù)、扭結(jié)指數(shù)、扭結(jié)角度比低濃磨漿高，說明高濃磨漿能夠降低細(xì)小纖維的比例，保證纖維的長度。

圖5、圖6、圖7顯示了磨漿前后纖維表面形貌的變化。可以看出，未打漿的纖維表面光滑，導(dǎo)管分布清晰可見，看不到分絲帚化和切斷現(xiàn)象。采用低濃打漿，打漿到24°SR，纖維的切斷已經(jīng)比較嚴(yán)重，有大量的細(xì)小纖維產(chǎn)生，分絲帚化的效果不明顯。在同一打漿度下的高濃打漿，纖維的長度保留比較好，同時分絲帚化現(xiàn)象較明顯，切斷現(xiàn)象不明顯，體現(xiàn)出高濃磨漿的優(yōu)勢。

圖5　磨漿前纖維形貌，16°SR， x100

圖6　高濃磨漿后纖維形貌，24°SR，x100

圖7　低濃磨漿后纖維形貌，24°SR，x100

3.2 高濃磨漿對紙頁性能的影響

圖8、圖9、圖10表明了高濃磨漿和低濃磨漿對紙頁松厚度和強(qiáng)度性能的影響。圖8表明，在同樣打漿度情況下，高濃磨漿紙頁的松厚度明顯高于低濃磨漿紙頁松厚度。圖9表明，在相同打漿度下，高濃磨漿紙頁抗張指數(shù)要高于低濃磨漿。圖10表明，在同樣打漿度情況下，高濃磨漿能夠明顯提高紙頁的撕裂性能。

上述實驗結(jié)果表明，闊葉木高濃磨漿與低濃磨漿相比，在提升紙頁松厚度的同時，還可以獲得比較好的強(qiáng)度性能。生產(chǎn)企業(yè)可以通過調(diào)整漿料配比，優(yōu)化化學(xué)品使用等，降低生產(chǎn)成本。

3.3 高濃磨漿與未打漿處理纖維及紙頁性能對比

目前不少廠家采用闊葉木不打漿的生產(chǎn)工藝，只對纖維進(jìn)行疏解處理。針對這種情況，我們對闊葉木漿采用高濃磨漿機(jī)進(jìn)行處理，并進(jìn)行了對比分析，如圖11所示。可以看出，如果采用高濃磨漿對相思木漿進(jìn)行輕微磨漿處理，隨著游離度的降低或者打漿度的提升，在最初階段，紙張的抗張指數(shù)和撕裂指數(shù)快速上升，當(dāng)打漿的游離度降低到500mL左右時，也就是打漿度提升6～7°SR時，雖然抗張指數(shù)能夠繼續(xù)增加，但撕裂度已經(jīng)開始下降，這說明纖維切斷已經(jīng)比較多了。同時紙張的松厚度沒有明顯的下降，反而有較小幅度的增加。在闊葉木不打漿情況下，采用高濃磨漿可以對漿料進(jìn)行輕微處理，獲得快速增長的撕裂指數(shù)、抗張指數(shù)，且保持松厚度基本不變。

3/（cm3/g）高濃磨漿低濃磨漿2.5 R2=0.9972度厚松2R2=0.95561.515202532打漿度/°SR

60/g）R2=0.987高濃磨漿低濃磨漿·m40 /（NR2=0.9801數(shù)張指20抗0 15202532打漿度/°SR

10m2/g）8 R2=0.9875高濃磨漿低濃磨漿N·6 /（mR2=0.9699數(shù)4指裂撕2 0 15202532打漿度/°SR

6 54 321松厚度裂斷長撕裂指數(shù)0 700600500400 CSF（mL）

表2 高濃磨漿對闊葉木纖維形態(tài)及成紙性能的影響（漿料類型：相思木漿）

4　高濃磨漿生產(chǎn)試驗

按照前面的實驗結(jié)論，將實驗結(jié)果應(yīng)用到實際生產(chǎn)中。選擇5萬t/a的中試試驗廠家進(jìn)行試驗。中試試驗中，原料采用森博生產(chǎn)的桉木漿，桉木漿配比為70%，采用高濃磨漿處理，磨漿濃度為18%，打漿度24°SR；同時采用低濃盤磨處理，磨漿濃度為4.3%，相同打漿度24°SR。凱利普針葉木漿，配比30%，錐磨處理，打漿濃度4.0%，打漿度37°SR。紙機(jī)車速750m/min，幅寬2,970mm，真空圓網(wǎng)高速衛(wèi)生紙機(jī)。

4.1高濃磨漿對紙機(jī)網(wǎng)部留著率的影響

采用高濃磨漿后，紙機(jī)網(wǎng)部的首程留著率變化比較明顯。采用低濃磨漿，紙機(jī)首程留著率為71.4%，采用高濃磨漿，紙機(jī)首程留著率為78.6%，提高了近10%。

4.2高濃磨漿對生活用紙強(qiáng)度的影響

對中試產(chǎn)品的紙頁性能進(jìn)行檢測和分析。從表3可以看出，對于生活用紙縱向抗張指數(shù)，采用高濃打漿可以提高23.4%，橫向抗張指數(shù)可以提高25.5%；采用高濃打漿的紙頁要比采用低濃打漿的紙頁松厚度稍低，下降約4%左右，強(qiáng)度提升將近25%。實際上如果不需要提升那么高的強(qiáng)度，可以通過調(diào)整漿料的配比來核算最優(yōu)的成本。

表3　高濃打漿與低濃打漿強(qiáng)度性能對比

4.3控制系統(tǒng)

圖12　控制系統(tǒng)

圖12是高濃磨漿控制系統(tǒng)簡圖。漿池來的漿料進(jìn)入濃縮裝置，再通過螺旋輸送進(jìn)入高濃磨漿機(jī)進(jìn)行磨漿。在高濃磨漿過程中，由于纖維濃度比較高，磨漿機(jī)出口的漿料溫度能夠達(dá)到55℃～60℃，磨漿過程摩擦升溫的現(xiàn)象較為明顯，這也是高濃磨漿過程有別于低濃磨漿的一個方面。另外，在高濃磨漿之后漿料進(jìn)入漿池再對其進(jìn)行其他工藝處理，比如消潛處理等，經(jīng)過磨漿之后纖維的扭結(jié)現(xiàn)象比較明顯，另外纖維內(nèi)部結(jié)構(gòu)也發(fā)生了較大變化，這時候如果能在漿池中停留一段時間，使纖維吸水潤脹，對成紙的強(qiáng)度提高都是非常有效的，或者后續(xù)有低濃磨漿處理對于以上性能也是有效的。

5 結(jié)論

高濃磨漿用于處理化學(xué)漿生產(chǎn)生活用紙具有很多優(yōu)勢，通過以上實驗我們可以得出：

（1）高濃磨漿技術(shù)用于生活用紙生產(chǎn)中可以明顯提升紙頁抗張強(qiáng)度。在紙頁強(qiáng)度有較明顯提升的同時，可以通過調(diào)整漿料配比，獲得最優(yōu)的成本。

（2）高濃磨漿在不降低紙頁強(qiáng)度性能的情況下能夠較好地提高紙頁松厚度。

（3）高濃磨漿能夠提高網(wǎng)部首程留著率，提高紙機(jī)抄造濾水性和紙機(jī)運行性能，降低紙機(jī)運行能耗。

（李智斌整理）