高濃磨漿技術用于生活用紙生產的研究High-Consistency Refning in Tissue Production

陳　瑜 吳學勛 劉　超 長沙正達輕科紙業設備有限公司

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高濃磨漿技術用于生活用紙生產的研究High-Consistency Refning in Tissue Production

陳瑜 吳學勛 劉超 長沙正達輕科紙業設備有限公司

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

圖1、2可以看出，沒有經過打漿的纖維和打漿之后的纖維表面形態發生了較大的變化。除了纖維表面形態發生變化之外，圖3表明，在打漿過程中纖維產生了卷曲、扭結及微壓縮等，圖4顯示纖維的內部發生了分層等現象。

生活用紙生產中如何處理闊葉木漿，目前主要分為兩種情況，一部分生產企業采用高頻疏解機進行處理。這種情況下紙頁的強度性能較差，解決這一問題的主要措施是提高針葉木漿的配比，這樣成本會相應增加。另外一些生產企業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，或根據市場情況調整或降低化學品的用量來節約成本。在此，著重介紹闊葉木高濃磨漿技術研究及其在生活用紙生產中的應用。

圖1　未打漿化學漿纖維

圖2 打漿后纖維

圖3　打漿產生的卷曲、扭結及微壓縮

圖4　打漿產生的纖維內部分層

1　高濃磨漿技術的機理和優勢

高濃磨漿在某些紙種（如紙袋紙）的應用是比較成功的。傳統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，纖維分絲帚化的效果在較高的打漿度條件下才能產生。高濃磨漿的磨漿濃度可以達到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、擠壓產生卷曲扭結，從而使纖維的表面發生分絲帚化，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。

對其原理進行分析，高濃打漿用于生活用紙有以下優勢：一是能夠有效地提高紙頁抗張強度、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對漂白相思木硫酸鹽漿進行磨漿處理，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，對3種漿料分別進行打漿處理，獲得與高濃磨漿處理下相近的打漿度；

（3）FQA纖維形態分析：采用加拿大FQA纖維分析儀對纖維形態進行分析，包括纖維平均長度、寬度、細小纖維比例、卷曲指數、扭結指數和扭結角度等，數據為測定5,000根纖維的處理結果；

（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、扭結情況進行觀察對比；

（5）打漿度：采用肖伯爾打漿度儀（國標）對打漿前后的打漿度、濕重進行分析；

（6）手抄片制備：采用方形抄片器、壓榨機和烘缸干燥設備，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、抗張強度、撕裂度、透氣性等進行分析。

3　結果與討論

3.1 高濃磨漿纖維形態分析

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，細小纖維的比例、纖維寬度、卷曲指數、扭結指數、扭結角度等，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，同時高濃磨漿細小纖維的比例也明顯低于低濃磨漿細小纖維比例。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、扭結指數、扭結角度比低濃磨漿高，說明高濃磨漿能夠降低細小纖維的比例，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?？梢钥闯?，未打漿的纖維表面光滑，導管分布清晰可見，看不到分絲帚化和切斷現象。采用低濃打漿，打漿到24°SR，纖維的切斷已經比較嚴重，有大量的細小纖維產生，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，同時分絲帚化現象較明顯，切斷現象不明顯，體現出高濃磨漿的優勢。

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度性能。生產企業可以通過調整漿料配比，優化化學品使用等，降低生產成本。

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工藝，只對纖維進行疏解處理。針對這種情況，我們對闊葉木漿采用高濃磨漿機進行處理，并進行了對比分析，如圖11所示?？梢钥闯?，如果采用高濃磨漿對相思木漿進行輕微磨漿處理，隨著游離度的降低或者打漿度的提升，在最初階段，紙張的抗張指數和撕裂指數快速上升，當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，雖然抗張指數能夠繼續增加，但撕裂度已經開始下降，這說明纖維切斷已經比較多了。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行輕微處理，獲得快速增長的撕裂指數、抗張指數，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4指裂撕2 0 15202532打漿度/°SR

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

表2 高濃磨漿對闊葉木纖維形態及成紙性能的影響（漿料類型：相思木漿）

4　高濃磨漿生產試驗

按照前面的實驗結論，將實驗結果應用到實際生產中。選擇5萬t/a的中試試驗廠家進行試驗。中試試驗中，原料采用森博生產的桉木漿，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。紙機車速750m/min，幅寬2,970mm，真空圓網高速衛生紙機。

4.1高濃磨漿對紙機網部留著率的影響

采用高濃磨漿后，紙機網部的首程留著率變化比較明顯。采用低濃磨漿，紙機首程留著率為71.4%，采用高濃磨漿，紙機首程留著率為78.6%，提高了近10%。

4.2高濃磨漿對生活用紙強度的影響

對中試產品的紙頁性能進行檢測和分析。從表3可以看出，對于生活用紙縱向抗張指數，采用高濃打漿可以提高23.4%，橫向抗張指數可以提高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，強度提升將近25%。實際上如果不需要提升那么高的強度，可以通過調整漿料的配比來核算最優的成本。

表3　高濃打漿與低濃打漿強度性能對比

4.3控制系統

圖12　控制系統

圖12是高濃磨漿控制系統簡圖。漿池來的漿料進入濃縮裝置，再通過螺旋輸送進入高濃磨漿機進行磨漿。在高濃磨漿過程中，由于纖維濃度比較高，磨漿機出口的漿料溫度能夠達到55℃～60℃，磨漿過程摩擦升溫的現象較為明顯，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入漿池再對其進行其他工藝處理，比如消潛處理等，經過磨漿之后纖維的扭結現象比較明顯，另外纖維內部結構也發生了較大變化，這時候如果能在漿池中停留一段時間，使纖維吸水潤脹，對成紙的強度提高都是非常有效的，或者后續有低濃磨漿處理對于以上性能也是有效的。

5 結論

高濃磨漿用于處理化學漿生產生活用紙具有很多優勢，通過以上實驗我們可以得出：

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

（2）高濃磨漿在不降低紙頁強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部首程留著率，提高紙機抄造濾水性和紙機運行性能，降低紙機運行能耗。

（李智斌整理）