中浓打浆技术对部分浆种的生产使用效果

中浓打浆技术对部分浆种的生产使用效果　刘士亮　（华南理工大学，广＇ｋｌ＇ｌ，５１０６４０）　摘要：本文论述了近年来中浓打浆技术在我国的发展和生产使用　情况。生产应用表明：中浓打浆技术特别适合我国的原料特点，能较　好的保留短纤维浆种如草类浆、废纸浆的长度，提高短纤维的结合能　力，提高短纤维浆种的使用品质，与传统的打浆方式相比，中浓打浆　后纸页的物理强度指标提高１８．２％－５７％，同时，打浆能耗降低显著。　另外．本文也对该新技术的未来发展趋势进行了预测。　作者简介：刘士亮先　关键词：中浓：打浆：生产使用　生，博士，华南理工大　学资源科学与造纸工　程学院工作．研究方　向：制浆造纸新技术与　前言　期。由于与槽式打浆机相比具有能连续操作、产　污染控制，制浆造纸新　传统的打浆定义　量较大、占地面积小、能量消耗低的特点，所以　设备开发及清洁生产　是：利用机械的方法来　在不长的时间内逐渐取代了大部分槽式打浆机　研究。　处理水中的纸浆纤维．　的使用。但在长期使用过程中，国内造纸工作者　使其具备满足生产上　也逐渐认识到传统双盘磨的一些缺陷，（１）首　要求的特性且所生产的纸张能达到质量指标要　先，由于低浓纸浆流体所固有的性质，纸浆悬浮　求的一项工艺操作过程。在我国古代的农业社　液中的纤维在低浓打浆设备中所受到的打浆作　会中．人们借助棍棒等工具来捶打竹、麻浆等原　用都是不均匀的，这种低浓双盘磨打浆固有的　料使造纸纤维原料得以分散，后来在造纸术西　缺陷尤其不适应我国的短纤维原料占主体地位　传欧洲后，荷兰人设计发明了荷兰式打浆机，这　的原料现状；（２）由于浆料浓度低，低浓双盘磨　在打浆设备的发展史上是一个质的飞跃，它第　磨片施加于纤维本身的有效打浆能耗较少，能　一次实现了由人工操作向机械化的转变。在　量利用率较低，故低浓打浆单位能耗较大、效率　１８５８年．英国人乔：ｆ｝（Ｊｅｒｄａｎ）首先研制了连续打　较低；ｆ３）从打浆工艺流程上来看，双盘磨打浆　浆用的锥形精磨机，它的出现也使得打浆工艺　管道布置较为复杂、工艺操作繁琐、工人劳动强　由间歇操作流程转变为连续式操作工艺流程，　度大。不利于劳动生产率的提高。　为打浆工艺的发展更新提供了物质设备上的基　上述三个方面尤其是前两个方面成为制约　础。以后在此基础上，圆柱精磨机、圆盘磨浆机　企业提高产品质量、降低能耗的瓶颈，使得许多　相继得到发展。在打浆设备的研制方面，北欧　造纸企业尤其是中小型造纸企业在激烈的市场　一些国家占据着领先地位，出现了以顺智公司　竞争中极为不利，因此研制适宜于国内中小型　为代表的一些著名盘磨设备制造企业。　造纸企业的新设备和新技术尤为重要，在打浆　就我国造纸工业的打浆设备的发展历程来　设备和技术研究方面亦是如此。　看．较早的打浆设备是以槽式打浆机为主，盘磨　机在打浆方面的应用起步于上世纪六十年代中　收稿日期：２００＿７—１１－０８　・１４・　２００７年第４期《浙江造纸》　维普资讯 http://www.cqvip.com

１　中浓打浆研究历程　近几十年来．就低浓双盘磨本身而言，虽然　设备本身有了很大的进步，诸如出现了大功率　双盘磨浆机．自动化水平也日渐完善，制造质量　也明显提高．但就其打浆作用机理来看却仍然　停留在低浓打浆方面，所以在适应造纸浆种尤　其是国内的这种短纤维浆种用量占绝大多数的　现状方面未能达到明显的突破和改善。　针对这种现状．国内外造纸研究工作者把　目光转移到了中、高浓度打浆设备及工艺的开　发。中浓ｆＭＣ１技术是上世纪８０年代初期首先在　北欧应用的制浆新技术，它是在蒸煮（或磨浆１　之后以中浓进行泵送、储存、洗涤、筛选、漂白和　打浆的制浆过程，是一种高效、低能耗、少污染　的制浆技术。目前中浓技术已在国际制浆造纸　工业中得到应用：如卡米尔公司制造的一条中　浓技术生产线正在澳大利亚的Ｐｏｌｓ硫酸盐厂　运行．产量６６０ｔ／ｄ漂白长纤维木浆：在国外　ｆ如瑞典１较大的造纸企业中，打浆设备也采　用大功率（电机功率在２００００ｋＷ）、大直径（盘磨　直径约１８００ｍｍ１，在较高浓度下（１５％～２０％１打　浆处理。　对于中浓技术的发展．应该说已经引起国　内造纸专家及轻工主管部门的高度重视。在中　浓打浆的研究方面．８０年代初期即在试验室进　行了一系列的研究工作。国内的隆言泉［１］、彭毓　秀［２］、洪传真［　等人对落叶松ＫＰ浆、ＫＰ—ＡＱ　浆及桦木浆在ＰＦＩ磨打浆的研究表明：在６％～　２０％的浓度范围内．固定转速１０００转的条件　下，从打浆后纤维强度变化、纤维形态及浆张强　度方面认为１０％一１５％的打浆浓度是较为适宜　的；山东轻工业学院［４３曾利用ＰＦＩ磨研究了黄　麻浆的中浓打浆，试验表明：中浓打浆时．保水　值的增长速度高于低浓打浆．纸张裂断长和伸　长率分别比低浓打浆情况下高出４３％和１５％．　在１５％的浆浓度下进行中浓打浆能很容易地　将黄麻浆细纤维化，尤其是端部帚化．与低浓打　浆相比，中浓打浆能使裂断长和填料保留率大　幅度上升：另外，朱志仁等人［５］对苇浆等浆种进　行了增浓打浆的研究工作．从打浆结果来看．得　２００７年第４期《浙江造纸》　出的打浆趋势是类似的。但限于试验规模及试　验设备的限制．上述试验结果的生产可比性及　可操作性有待进一步验证。　针对这种状况．华南理工大学造纸与污染　控制国家工程研究中心在国内首先研制成功中　浓打浆的设备——ＺＤＰＭ系列液压中浓盘磨机　并在生产上得到推广和应用，本论文对中浓打　浆在国内的生产使用效果及生产上应该注意的　问题作一全面的论述，希望能对该技术的推广　和普及有所帮助１　２　中浓打浆的生产使用效果　２．１　中浓打浆在非木材纤维浆种的使用　近年来．在国家造纸原料结构调整政策的　引导下，我国的造纸原料结构有所变化，但总体　而言．非木材纤维浆种仍然占据着较大的比例，　这种纸浆纤维较短．非纤维细胞含量较高．传统　的低浓打浆对这种纤维的强度破坏严重、对纤　维间结合能力不佳，而这也正是原来研究中浓　打浆技术和设备替代传统低浓打浆的初衷。　本论文以南方常见的蔗渣浆和北方的麦草　浆为例．探讨研究非木材纤维纸浆的中浓打浆　生产使用效果（如表１一表４１：　从表１中的统计数据可知：在磨前浆料性　质近似的情况下．对纸浆进行ＺＤＰＭ中浓盘磨　中浓打浆．其成浆性质与采用低浓槽式打浆机　磨打浆后成浆性质差别主要体现在：在打浆至　相同的打浆度时．成浆纤维湿重较大。　另外．表１也反映出一个值得关注的问题．　就是中浓打浆成浆在打浆后池中储存３０分钟　后打浆度会有所提高，数值一般为２—３。ＳＲ，这　一现象在低浓打浆过程中不存在，那么应该怎　么理解这一现象呢？本研究认为这一现象进一　步验证了中浓打浆对短纤维浆种的独特优势．　那就是中浓打浆导致蔗渣浆纤维内部纵向撕　裂．纤维结构变得疏松．吸水润胀性能进一步提　高，在池中稀释储存后．浆料纤维吸水润胀所导　致，这种性质使得纸浆纤维挠曲性增强，从而有　利于纤维问的结合。　对于麦草浆．在打浆至相近的打浆度数值　时，低浓打浆后成浆纤维湿重仅为２．４ｇ，而中浓　・１５・　维普资讯 http://www.cqvip.com

表１打浆系统改造前后成浆质量的比较　表２蔗渣浆中、低浓打浆成纸物理强度指标的比较　打浆后成浆湿重则为３．３ｇ０ｎ表３）。这就说明了　中浓打浆与低浓打浆相比具有两方面的优势：　首先是中浓打浆能较好地保留了纤维的长度．　较高．而且由于使用性质的关系．对纸页抗张强　度也有很严格的要求标准。从表４看出：传统低　浓打浆抄造的纸巾纸抗张强度为２１００ｍＮ．虽　这使得中浓打浆后成浆有较大的湿重数值：其　次．说明在中浓打浆的打浆度值提高的数值中，　由细碎纤维组分导致的比例是较少的．更多的　是由纤维的内、外细纤维化所导致，显然，这对　于提高纤维间的结合能力并进而获得高强度的　纸页是有利的。另外，从对中、低浓打浆后成浆　然符合标准要求．但数值是较低的．采用中浓打　浆改造后，在同样的定量的情况下，所抄纸巾纸　的抗张强度提高至３０５０ｒａｎ。在柔软度方面，中　浓打浆也表现较好，这可能是中浓打浆对杂细　胞破坏较少、纤维保留较好，从而减弱了纸页脆　性的缘故。　的纤维筛分析来看：中浓打浆长纤维筛分比例　２．２　中浓打浆在废纸浆中的生产使用效果　近年来．废纸在造纸原料中所占的比例逐　年增加。但与原生浆相比，废纸浆具有一些明显　的“先天不足”．其中最为不利的就是废纸浆由　于干燥、压榨过程中的“角质化”现象影响其回　较高，例如，留在１００目以上的纤维组分，中浓　打浆占７６．５％，而低浓打浆仅为４５．４％，这些数　值也进一步验证了中浓打浆对麦草浆纤维较好　的保留．在抄造上减少和一定程度上避免了纸　页两面差、减少了纤维的流失和提高了纸页的　用过程中的纤维结合能力。特别是近几年来，由　于原料来源的紧缺、废纸回用次数的增加．废纸　纤维不仅变得更为短小、细碎、固有强度损失较　匀度和外观。　对于纸巾纸来说．不仅对纸页的白度要求　１６・　・２００７年第４期《浙江造纸》　维普资讯 http://www.cqvip.com

表５中、低浓打浆对瓦楞原纸物理强度的影响　浆种　打浆类型　玎浆浓度　％　打浆度　。ＳＲ　Ｒ１６　昼堕　Ｐｌ６／Ｒ３０　占些　（丝）　Ｐ３０／Ｒ５０　Ｐ５０／Ｒ１００　Ｐ１００　大，而且废纸纤维的分丝、帚化能力更差，传统　的低浓打浆处理更难使废纸浆纤维表面产生　抄造所要求的较好的分丝、帚化能力，所以必　主要的困难是抄造纸页的物理强度指标较低。究　其原因由两个方面造成：一则是废纸原料多次回　用所导致纤维结合能力的下降，二则是低浓打浆　切断剧烈、打浆效果不佳而达不到强度指标的要　求，而中浓打浆成纸在物理强度指标方面则有突　出的表现，强度提高幅度较大，解决了废纸抄造　这类高强包装用纸所遇到的困难。　虽然从中、低浓打浆后抄造纸页的物理强　度指标已经可以看出两种打浆效果的差异，但　对两种打浆后的纤维形态电镜扫描照片的观察　更能看出它们之间的差别（如图１一图２１。　２－３　中浓打浆在木浆中的生产使用效果　目前在国内造纸原料中，木浆的比例约为　２２％，较之于几年前有了很大的提高，但在２２％　须采用一种更适宜的处理工艺和方法，采用中　浓打浆替代低浓打浆就是基于这样的考虑，生　产上的使用效果如下：　从废纸浆抄造瓦楞原纸纸页的物理强度　指标来看（表５），在主要的几个物理强度指标方　面，中浓打浆均比低浓打浆明显提高：紧度、横　向环压指数、裂断长分别提高１８．２％、２５％和　５３．８％。另外，从表６可以看出，较之于低浓打　浆，在同样原料的情况下，中浓打浆抄造高强　牛皮箱纸板的一些主要物理强度指标提高明　显，例如：低浓打浆的纸页的紧度、环压指数、　耐折度、耐破指数分别为Ｏ．６５－ｇ／ｃｍ３、６，３Ｎ．ｍ／ｇ、　６８次、２．９ｋＰａ．ｍ２／ｇ，而中浓打浆则提高到Ｏ．７８ｇ，　ｃｍ。、左右的木浆中，６０％　８０％都是短纤维阔叶木　浆。国内近年来大力提倡种植的速生材也大都　归属于短纤维原料，如北方的速生杨、南方的桉　树，国外进口的商品浆种也大都属于这种短纤　维浆种，例如巴西、印尼的桉木浆、俄罗斯的硬　８．８Ｎ．ｍ／ｇ、１１３次、３．６ｋＰａ．ｍ２／ｇ。分别提高　对于废纸抄造牛皮箱纸板，国内造纸企业最　２０％、４０％、４５％和２４％。　图１双盘磨低浓打浆成浆纤维形态３５。ＳＲ６００ｘ　图２　ＺＤＰＭ中浓盘磨打浆成浆纤维形态３５￣ＳＲ６００ｘ　２００７年第４期《浙江造纸》　・１７・　维普资讯 http://www.cqvip.com

杂木浆等等。　阔叶木浆的纤维比较细短．约在０．７—　１．７ｍｍ，两端尖削，细胞壁较厚，所含的导管、木　短纤维阔叶木浆中浓打浆较之于低浓打　浆，在打浆至相似的打浆度时。成浆湿重数值较　大，这说明纤维自身长度保留较好，纤维的固有　强度损失较少。这对于固有强度较差的硬杂木　薄壁等非纤维细胞也较多；传统的低浓打浆处　理的阔叶木浆很难抄造强度较高的纸页，因此　浆尤为重要。另外，表８的不同打浓度的纤维筛　分析也告诉我们，硬杂木浆低浓打浆时。留在　１００目以上的较长纤维组分仅占５７．６％。而中　浓打浆在相近的打浆度值下留在１００目以上的　纤维组分的比例却高达８５．４％．细碎组分低浓　打浆时为４２．４％，而中浓打浆却降至１４．６％。　从表９不难看出，较之于低浓打浆。虽然中　在抄造高强纸页的时候往往要配加很大比例　的长纤维针叶木浆．这就增加了造纸企业的生　产成本。针对这种情况．我们在打浆方面有必　要采取适宜的措施来弥补其不足。采用新的技　术来优化阔叶木浆。提高该浆种纤维之间的结　合能力，中浓打浆即是为了达到这一目标所做　的尝试，生产上的使用结果如表８、表９。　浓打浆成浆未使用针叶木长纤维木浆。成浆打　表８中、低浓打浆后浆料的筛分析　打浆类型　打浆浓度　％　打浆度　。ＳＲ　纸页定量　ｇ／ｍ　紧度　ｇ，ｃｍ３　尘埃度　个／ｍ　裂断长　ｍ　撕裂指数　ｍＮ・ｍ２／ｇ　伸缩率　％　浆度值也稍低，但抄造出来的静电复印纸纸页　强度指标仍然具有较大幅度的提高，如纸页裂　断长由低浓打浆时的３７００ｍ提高到４５７５ｍ．撕　裂指数从４．１９　ｍＮ．ｍ２／ｇ提高到６．５６　ｍＮ．ｍ２／ｇ．　高档纸种成为可能。生产上我们对此也进行了　相关的试验，试验结果如表１０。　生产结果说明：中浓打浆较之于低浓打浆．　在成浆打浆度相同，长、短纤维即针、阔纤维配　比由５：１降至１：１的情况下，防粘原纸成纸强度　较之于低浓打浆有很明显的提高（如表１　０）。这　纸页尘埃度从低浓打浆时的１６个／ｍ　降低至８　个／ｍ　。紧度也从０．７２ｇ／ｃｍ　提高到０．７８ｇ／ｃｍ　。　纸页裂断长、撕裂指数的提高一方面说明了纤　维表面结合能力大大改善，另一方面也说明纤　维的固有强度保留较好。紧度的提高也说明了　这一点；此外，从尘埃度的变化也不难推断，中　浓打浆对纤维束具有很强的疏解能力．这也有　种纤维配比的改变可以大大降低造纸企业的生　产成本。对提高造纸企业的市场竞争力很有裨　益。　２．４　中、低浓打浆能耗的比较　在中、低浓打浆能耗方面。我们以麦草浆为　利于改善纸页的匀度。　对于短纤维浆种而言，这两方面性能的提　例。在生产上对中浓打浆和低浓打浆的电耗作　了统计和分析（如表１１）。　对于传统低浓打浆而言，打浆质量的改善　和打浆能耗的降低往往是互相矛盾的。但对于　高无疑可以提高该浆种的使用范围和使用品　质，因而使得部分或完全取代长纤维浆种抄造　・１８・　２００７年第４期《浙江造纸》　维普资讯 http://www.cqvip.com

表１１麦草浆中、低浓打浆能耗的比较（二抄车间）　※：每班打浆绝干浆总量一样。　中浓打浆而言，其代替传统的低浓打浆，不但纸　页的物理强度指标得到了较大的改善，而且打　浆工段的能耗也大大下降，较之于传统的双盘　磨低浓打浆，麦草浆中浓打浆电耗减低２３％左　右。从表可知，仅就该厂一个二抄车间而言，较　之于低浓打浆．中浓打浆月均电耗就降低了　２０ｏ４７，５ｋＷｈ．年均节电近２５００００ｋＷｈ．对于全　厂五个车间而言，如全部更换为中浓打浆，则节　电每年在ｌ０００ｏ００ｋＷｈ以上。所以在能源紧缺　的今天，采用中浓打浆替代传统的打浆方式，不　仅经济效益可观．而且还具有显著的社会效益　和示范意义，值得大力推广和应用１　３　中浓打浆技术未来的发展趋势初探　中浓打浆技术在上世纪九十年代由华南理　工大学造纸与污染控制国家工程研究中心研制　成功并投入生产使用以来，已经在国内一百多　个厂家得到推广和普及．从生产应用上来看．该　技术特别适合我国的造纸原料特点。能在较好　的保留纤维长度的基础上改善纤维之间的结合　能力，提高抄造纸品的物理强度指标，与此同　时，该技术的应用又能够大幅降低打浆能耗，从　而大大提高造纸企业的市场竞争能力。　但在实际生产应用中也暴露出现有技术的　一些不足：首先是设备的功率和生产能力偏小，　不能适应现在和未来一段时间的大规模造纸企　业的生产能力的需求；其次，中浓打浆设备的自　动化控制水平有待进一步提高和完善：另外．对　于一些浆种例如厚壁长纤维纸浆，在中浓打浆　工艺设置和中浓打浆设备配置方面仍然有待进　一步的研究和完善．相关的研究工作已经在华　南理工大学造纸国家工程中心进行并取得了较　大的进展。　回顾中浓打浆技术近年来的生产应用，作　者认为中浓打浆技术的发展趋势主要集中在以　２００７年第４期《浙江造纸》　下两个方面：第一．中浓打浆设备向大功率、大　生产能力和自动化控制的方向发展．以适应国　内造纸企业生产能力的发展趋势；第二，中浓打　浆工艺研究以短纤维浆种为主，同时兼顾长纤　维浆种的特点。　４结论　４．１　蔗渣浆中浓打浆能改善纸浆纤维的柔软　度和挠曲性，纤维长度下降较少，抄造生活用纸　时抗张强度指标提高２８％左右．纸页的柔软度　和松厚度明显改善：较之于双盘磨低浓打浆，麦　草浆中浓打浆对纤维的起毛、分丝明显，内外细　纤维化显著，纤维筛分中长纤维筛分比例较大，　在抄造生活用纸的生产应用中，抗张强度提高．　纸页的柔软度改善。　４．２　中浓打浆使用于废纸浆可以改善纸浆纤　维的内外分丝、帚化，提高二次纸浆纤维的结合　能力，改善废纸浆纤维的“角质化”现象，较之于　传统的双盘磨低浓打浆，中浓打浆抄造纸页的　物理强度指标提高ｌ８．２％一５３．８％。　４＿３短纤维阔叶木浆中浓打浆的成浆的纤维　长度保留较好，成纸物理强度指标提高２４％一　５７％，纸页的伸缩率稍有提高，因此在纸浆配抄　时可以减少昂贵的长纤维纸浆的配比。　参考文献　［１］隆言泉．落叶松硫酸盐浆组合打浆研究［Ｊ］．中国造纸，　１９８５，４０）：４６－５６　［２］彭毓秀，李忠正，江达等．短周期桦木浆打浆造纸特性的　研究［Ｊ］．中国造纸，１９９４，１３（６）：８－１２　［３］洪传真，李忠正。短周期落叶松漂白化学浆的打浆性能探　讨［Ｊ］．中国造纸，１９９５，１４（５）：１３－１７　［４］郑宝琛．黄麻浆中浓打浆的研究［Ｊ］．中国造纸，１９９４，１３　（２）：２９—３４　［５］朱志仁，杨永斌．应用高浓打浆技术用全苇浆生产胶印书　刊纸［Ｊ］．中华纸业，１９９８，１９（６）：ｌ２一ｌ４　・ｌ９・