不同废纸脱墨制浆性能的研究

2012-11-21刘成良刘曙光赵年珍刘春景

中国造纸 2012年5期

关键词：白度制浆废纸

刘成良刘曙光赵年珍刘春景

(湖南岳阳林纸股份有限公司技术中心，湖南岳阳，414002)

不同废纸脱墨制浆性能的研究

刘成良刘曙光赵年珍刘春景

(湖南岳阳林纸股份有限公司技术中心，湖南岳阳，414002)

在实验条件下，从灰分与纤维组成等方面对不同废纸进行了比较分析，研究了不同废纸脱墨浆的光学性能、油墨含量、物理强度性能等。研究发现，不含机械浆纸的白度高，其成浆残余油墨最低，尘埃少，强度相对要好，能满足配抄白度为85%文化纸生产要求。含机械浆纸脱墨制浆得率高，制浆成本低，但因其脱墨浆固有的低白度、高尘埃，无法满足高比例脱墨浆配抄文化纸生产的要求。

废纸;灰分;纤维组成;脱墨制浆;白度;制浆得率

脱墨浆生产线上所用的废纸，一般按废纸来源与纤维种类分类。我国造纸工业所用废纸包括国内废纸与进口废纸，国内废纸来源较多，品种较杂。国外废纸中，分类很多，如日本分为9类，英国分为11类，美国细分为47类。国内在废纸使用中，往往参考美国分类标准，本研究所涉及废纸类别，也参考美国分类标准。

对于拥有脱墨浆生产线的工厂，特别是利用废纸浆生产高档文化纸的工厂，一方面是市场因素的影响，另一方面是为了有效降低废纸脱墨制浆成本，在某种程度上，废纸的使用会受到限制。为了获得性价比高的废纸资源，拓宽废纸采购渠道，研究多种废纸的外在表现及内在的脱墨制浆性能，以较低的原料成本抄造文化用纸，具有一定的现实意义。

1 实验

1.1 原料

8#国废、8#美废、8#欧废、10#美废、10#欧废、国产废书刊纸、国产废铜版纸、37#欧废;针叶木漂白硫酸盐浆 (NBKP)、苇浆、碱性过氧化氢机械浆(APMP)。

1.2 化学品

(1)制备脱墨浆用化学品:某公司KL-S-100钠皂脱墨剂，工业用Na2SiO3、NaOH、H2O2、甲脒亚磺酸 (FAS)。

(2)脱墨浆配抄文化纸用化学品:沉淀碳酸钙(PCC)、聚丙烯酰胺 (PAM)、增白剂。

1.3 设备

CX41-32C02奥林巴斯显微镜 (日本);Bauer McNett筛分仪 (瑞典);N-100T 12L高浓碎浆机 (美国);浮选槽Delta 25TM(德国);CTP-ISO ERIC 950残余油墨粒子检测仪 (加拿大);抽滤用真空泵。

日本产ZXC-200A纸页成形器，压榨机，烘干机;SE062抗张强度测试仪与电子式撕裂度仪 (瑞典);13505-Manual-engl耐折度仪 (法国);colortouch白度和油墨测定仪 (美国)等。

1.4 实验方法

制备废纸脱墨浆流程为:碎浆→浮选→浓缩→H2O2漂白→洗涤→FAS漂白。对生产出的脱墨浆进行抄片，检测浆料质量指标。

取几种经过优选的脱墨浆，按一定的浆料配比，分别与NBKP、苇浆及APMP进行配抄，检测白度、CIE白度、L*a*b*值、尘埃、抗张指数、撕裂指数等质量指标。

2 结果与讨论

2.1 不同来源废纸脱墨制浆

2.1.1 不同来源废纸的灰分

图1与图2是某企业验收废纸时，随机采样，检测到的不同废纸的灰分。

图1表明，国内回收废纸 (以下简称国废)中，灰分从高至低排列的是国产废铜版纸、国产废书刊纸、8#国废。国产废铜版纸的灰分平均为33.44%，波动幅度为13.14个百分点;8#国废的灰分平均为11.07%，波动幅度为5.61个百分点，这类纸的灰分波动幅度不大，相对较为稳定。图2表明，进口废纸中，灰分偏大的是10#废纸，最低的是8#废纸。值得注意的是，不管是10#美废还是10#欧废，其废纸灰分均随采购批次的不同而有较大的波动，10#美废的波动幅度达到了19.35个百分点。废纸灰分的高低，对其性价比的评估起着决定性的作用，废纸灰分含量高，在浮选过程中会增大纤维的流失，成浆得率会下降。

2.1.2 不同来源废纸的纤维组成

对采集的8种废纸实验原料进行碎浆，取浆料进行纤维组分的分析，结果如下:

(1)8#国废约80%的化学机械浆 (以针叶木为主，有时含15%左右的阔叶木)、20%的化学浆(有时以阔叶木为主，有时以针叶木为主)。

(2)8#美废约80%的针叶木化学机械浆、20%的化学浆 (以阔叶木为主，含有部分针叶木)。

(3)8#欧废 100%的针叶木化学机械浆。

(4)10#美废约50%～80%的针叶木化学机械浆、20%～50%的化学浆 (一般以阔叶木为主，但有时含有5% ～35%左右的针叶木)。

(5)10#欧废约55%～85%的针叶木化学机械浆、15%～45%的化学浆 (有时以阔叶木为主，有时以针叶木为主)。

(6)国产废铜版纸约60%～70%的阔叶木化学浆、15% ～30%的化学机械浆 (以阔叶木为主，微量的针叶木)、10% ～15%左右的针叶木化学浆。

(7)国产废书刊纸约65%～90%的草类浆与阔叶木化学浆 (草类浆偏多)，0～25%的针叶木化学浆、10%的化学机械浆 (有时为针叶木，有时为阔叶木)。

(8)37#欧废约70%～100%的阔叶木化学浆、0～25%的针叶木化学浆、0～5%的针叶木化学机械浆。

从纤维组分看，37#欧废的纤维成分最好，8#废纸最差。对国内采购的废纸而言，废铜版纸的纤维组分优于废书刊纸与8#国废，废书刊纸中含有较多的草类浆。对8#废纸而言，8#美废的纤维组分优于8#国废和8#欧废。

2.1.3 不同来源废纸的纤维筛分

为使实验结果有代表性，进行了4次采样，每次对采集的8种废纸原料，在实验用N-100T 12L高浓碎浆机上碎浆，然后用Bauer McNett筛分仪进行筛分处理，得出4次结果的平均值，如图3、图4所示。从图3、图4可知，存留在50目以上 (包括R30)的长纤维，含量最高的是37#欧废(61.9%)、其次是 10#欧废(54.4%)，8#欧废 (43.3%)最低。100目以下细小纤维含量最多的是8#欧废 (38.0%)，其次是国产废书刊纸 (37.7%)与10#美废 (36.1%)。

2.1.4 不同来源废纸脱墨制浆后其浆料的光学性能

不同来源废纸，在实验室中经碎浆、浮选脱墨、浓缩、H2O2漂白、洗涤、FAS漂白各处理过程后制得浆料［1-2］，对每一处理过程的浆料进行抄片，检测浆料白度指标，结果如图5与图6所示。

图5表明，国废中无论是碎浆后浆料的白度，还是浮选与漂白后浆料的白度，都是以国产废铜版纸最高、8#国废最低。但是在各处理过程中，浮选表现出来的白度增值，以8#国废最高，达到17个百分点以上，而国产废铜版纸与国产废书刊纸白度增值仅为7～8个百分点。但国产废铜版纸在两段漂白过程中表现出的能力相对较弱，而国产废书刊纸白度的增值则达到了15个百分点。这些可能与废纸印刷油墨及纤维组成有关。不同废纸的脱墨性能，取决于油墨配方，有些胶版热固印刷品如SC和ULWC可能会有一些脱墨问题，夏季可能还会加剧，但未涂布纸和涂布纸凹版印刷品的脱墨性能总体较好［3-4］。

单种废纸，其碎后浆白度，通常代表纤维的初始白度。由图6可知，进口废纸中以37#欧废白度最高，达到74%，8#欧废最低，仅33%左右。这一点，与通常的表现一致，也就是说木素含量相对较低的化学纤维才具有高白度。

经浮选后，37#欧废与10#美废的白度增值很高，分别达到22个百分点与20个百分点，其他3种进口废纸表现出的能力相对要弱。漂白表现出的白度增值，也以37#欧废最佳，而10#美废白度增值基本没有突破4个百分点。这些表现可能与废纸印刷工艺、纤维组成以及灰分含量高低有关。

表1是各处理过程废纸浆非荧光白度对比情况。从表1可以看出，去除荧光成分引起白度上升的因素，在相同的工艺条件下，经碎浆、浮选、H2O2与FAS两段漂白后，最终成浆白度最高的还是37#废纸与国产废铜版纸，成浆白度最低的仍然是8#废纸。

2.1.5 不同来源废纸的油墨含量及浮选过程油墨含量的变化

图7与图8分别表示各类废纸在浮选过程中油墨去除情况。不管是国废还是进口废纸，8#废纸的油墨含量最高，以8#国废最高，其残余油墨含量 (ERIC)达到了2510 mg/kg;国产废铜版纸与37#欧废最低，其ERIC仅为118 mg/kg。碎后浆经脱墨浮选后，油墨去除率最高的是10#美废，其次是37#废纸。值得一提的是，因废书刊纸中含有较多的水溶性油墨，这些油墨很难通过浮选去除，其油墨去除率最低，仅为28.27%。但国产废书刊纸脱墨浆料在浓缩过程中，水溶性油墨去除较多，使其白度有所提高。因此，在脱墨浆实际生产过程中，因白水回用率较高，国内回收的废书刊纸配用比例不宜太高。

表1 废纸浆非荧光白度对比 %

2.1.6 不同来源废纸脱墨制浆后成浆的物理强度性能

表2为FAS漂后浆强度指标对比，从表2可以看出，8#废纸的抗张强度相对较差，国产废铜版纸和国产废书刊纸的撕裂度较差。这与废纸的灰分、纤维组成与筛分等有关系。

表2 FAS漂后浆强度指标对比

2.1.7 不同来源废纸脱墨制浆得率

表3所示为实验室条件下不同废纸脱墨制浆得率，由表3可知，国产废铜版纸脱墨制浆得率最低，其次是10#美废与10#欧废。导致这一结果的主要原因是废纸的灰分含量高，其平均灰分达到了33.14%。纸浆得率低，吨浆耗废纸量也高。因此废纸的灰分含量的高低，对其性价比的评估起到了非常重要的作用。37#欧废的制浆得率高于国产废铜版纸和10#废纸，但在实际生产中，为了控制成浆尘埃，其筛选排渣率与浮选排渣率相对会高些［5］，因此实验室计算的得率偏高。国产废书刊纸的制浆得率比10#废纸、37#废纸、国产废铜版纸的高，但其强度较差，且水溶性油墨较多，系统白水变差带来较多的负面影响。另外，如果胶黏物去除不干净，胶黏物含量较高，一般不建议生产上大比例配用。8#废纸的制浆得率较高，尤以8#欧废最高。

表3 实验室条件下不同废纸脱墨制浆得率

2.2 配抄实验

考虑到国产废铜版纸得率较低、37#欧废市场价格相对较高、以及国产废书刊纸在实际生产过程中可能带来的负面影响等因素，因此，在如下文化纸的配抄实验中，仅对其他5种废纸脱墨浆按照表4的配抄方案进行相关实验。

表4 使用优选后的脱墨浆配抄颜料整饰胶版纸的配比方案

表5 使用8#废纸脱墨浆配抄颜料整饰胶版纸相关检测结果

2.2.1 以8#废纸脱墨浆为主配抄颜料整饰胶版纸情况

由表5可知，以8#废纸脱墨浆为主配抄B级颜料整饰胶版纸时，NBKP配比10%，增白剂用量达到15 kg/t浆时，即使掺配10% ～15%苇浆及5%APMP的情况，白度都在73%以内，无法满足B级颜料整饰胶版纸的白度 (85%)要求。

以8#美废脱墨浆为主配抄A级颜料整饰胶版纸，也不能满足 A级颜料整饰胶版纸白度 (＞85%)要求。

另外，尘埃度基本都大于10 mm2/m2，尘埃较多，尤其是掺配8#美废脱墨浆时尘埃更多。

2.2.2 以10#废纸脱墨浆为主配抄颜料整饰胶版纸情况 (见表6)

2.2.2.1 配抄B级颜料整饰胶版纸结果分析

以10#美废脱墨浆为主配抄B级颜料整饰胶版纸，NBKP配比10%，增白剂用量15 kg/t浆时，无论是否掺配苇浆和APMP，均可达到B级颜料整饰胶版纸白度要求，抄片抗张指数在23 N·m/g以上，撕裂指数在6.50 mN·m2/g以上，耐折度在7次以上。尘埃方面也基本可以达到B级颜料整饰胶版纸要求。

以10#欧废脱墨浆为主配抄B级颜料整饰胶版纸时，与10#美废脱墨浆配抄情况类似。

2.2.2.2 配抄A级颜料整饰胶版纸结果分析

以10#美废脱墨浆为主配抄白度85%以上的A级颜料整饰胶版纸，NBKP配比20%，10#美废脱墨浆80%，增白剂用量15 kg/t浆时，白度可达到85.8%，可以达到A级颜料整饰胶版纸白度要求。抄片抗张指数在27 N·m/g以上，撕裂指数在7 mN·m2/g以上，耐折度在11次以上。尘埃度基本可以达到A级颜料整饰胶版纸要求。另外，在掺配10%～15%苇浆及5%APMP后，白度反而有所下降，这与实验中使用的苇浆白度 (75%)偏低有一定关系。因此，以10#美废脱墨浆为主生产白度85%的颜料整饰胶版纸时，配比可采用NBKP配比20%，脱墨浆配比80%，当然，也可掺配部分苇浆。

表6 用10#废纸脱墨浆配抄B级颜料整饰胶版纸相关检测结果

以10#欧废脱墨浆为主配抄白度85%的A级颜料整饰胶版纸，NBKP配比20%，10#美废脱墨浆配比80%，增白剂用量15 kg/t浆时，白度为82.3%，低于85%的白度要求;当掺配10%～15%苇浆或5%～10%APMP后，白度可接近84%。由于本次抄片实验中，苇浆白度偏低 (75%)，因此，当苇浆白度达到78%后，估计掺配10%～15%苇浆是可以达到白度为85%的A级颜料整饰胶版纸白度要求的。尘埃较多，抄片尘埃度都大于10 mm2/m2，实际生产中，要加强尘埃控制。另外，以10#欧废脱墨浆为主配抄A级颜料整饰胶版纸，纸张强度应没有太大问题。因此，以10#欧废脱墨浆为主生产白度85%的A级颜料整饰胶版纸时，配比可采用 NBKP 20%，脱墨浆60% ～70%，苇浆10% ～15%，APMP 0～5%。

3 结论

3.1 通过对废纸灰分、纤维筛分与组成的分析，含机械浆纸与不含机械浆纸的差异主要体现在纤维内在的质量上，进口废纸总体质量要优于国内回收废纸。

3.2 通过对废纸脱墨制浆的研究表明，不含机械浆废纸脱墨浆的白度高，残余油墨含量 (ERIC)最低，尘埃少，强度相对要好。但含机械浆废纸 (特别是8#废纸)脱墨浆的得率相对要高，国内回收废铜版纸，因其灰分含量高，其得率最低。

3.3 通过对8#废纸和10#废纸的脱墨浆进行配抄结果发现，因8#废纸脱墨浆固有的低白度、高尘埃，无法满足文化纸生产的要求，以10#废纸脱墨浆为主配抄生产，能满足白度85%文化纸生产要求。

［1］胡惠仁，李海明，张盆．脱墨浆高白度漂白初步研究［J］．中国造纸，2005，24(3):5．

［2］林一亭．现代废纸脱墨技术概述［J］．中国造纸，2005，24(1):45．

［3］韩卿，刘焕彬，闫东波．现代脱墨过程中的相关问题及提高脱墨浆质量与性能的途径［J］．陕西科技大学学报，2004，22(6):9．

［4］李海明，胡惠仁，王晓梅．废纸脱墨及其相关问题［J］．黑龙江造纸，2003(4):30．

［5］詹怀宇，王双飞，李兵云，等．脱墨浆生产线脱墨效率的评估与应用［J］．造纸科学与技术，2001，20(6):6． CPP

Pulping Properties of Waste Papers from Different Sources

LIU Cheng-liang*LIU Shu-guang ZHAO Nian-zhen LIU Chun-jing
(Technology Center，Hu'nan Yueyang Forest＆ Paper Share Co．，Ltd．，Yueyang，Hu'nan Province，414002)
(*E-mail:lclxiaohe@263．net)

The ash content and fiber components of the waste papers from different sources were compared in the laboratory，the optical properties，ink contents，physical strength properties and pulping yields of the de-inked pulps from the waste papers were studied．The investigation results showed that the waste paper of wood-free grade with high brightness has the lowest ERIC content，fewer dirt，and relatively higher strength，which satisfy the production requirement for fine paper with 85%ISO brightness．Whereas the waste paper of wood-containing grade has higher pulping yield，lower pulping cost，but its low brightness and high dirt properties were unable to meet the production requirements of fine paper when using at a high proportion．

waste paper;ash;fiber furnish;screening;DIP pulping;brightness;strength;yield