高浓磨浆技术用于生活用纸生产的研究High-Consistency Refning in Tissue Production

2016-08-31吴学勋长沙正达轻科纸业设备有限公司

生活用纸 2016年1期

陈　瑜吴学勋刘　超长沙正达轻科纸业设备有限公司

陈瑜吴学勋刘超长沙正达轻科纸业设备有限公司

生活用纸产品质量要求主要包括以下几个方面：一是干强度和湿强度，其主要目的是能够保证产品强度性能要求。二是较好的柔软度和较高的松厚度，这两个指标非常重要，在实际生产中可以采取一些措施来达到这些性能要求。打浆是生活用纸生产中一个非常重要的环节。打浆与产品质量和纸机运行性能密切相关，通过打浆可以改善纸张干强度，同时在一定程度上也有助于湿强度的提升，但过度打浆，纸页松厚度和柔软度会严重损失。

图1、2可以看出，没有经过打浆的纤维和打浆之后的纤维表面形态发生了较大的变化。除了纤维表面形态发生变化之外，图3表明，在打浆过程中纤维产生了卷曲、扭结及微压缩等，图4显示纤维的内部发生了分层等现象。

生活用纸生产中如何处理阔叶木浆，目前主要分为两种情况，一部分生产企业采用高频疏解机进行处理。这种情况下纸页的强度性能较差，解决这一问题的主要措施是提高针叶木浆的配比，这样成本会相应增加。另外一些生产企业采用低浓磨浆处理阔叶木浆料，采用低浓磨浆可以提高纸页强度，但纸页松厚度和柔软度下降比较明显。低浓磨浆主要靠磨片切断作用，细小纤维比例较高，纤维的流失比较大。如果能够通过改变打浆方式，在提升纸页强度性能的同时又可保持较高松厚度，则可以降低长纤维浆的配比，或根据市场情况调整或降低化学品的用量来节约成本。在此，着重介绍阔叶木高浓磨浆技术研究及其在生活用纸生产中的应用。

图1　未打浆化学浆纤维

图2 打浆后纤维

图3　打浆产生的卷曲、扭结及微压缩

图4　打浆产生的纤维内部分层

1　高浓磨浆技术的机理和优势

高浓磨浆在某些纸种（如纸袋纸）的应用是比较成功的。传统的低浓磨浆打浆浓度一般在3%～5%之间，其浆料中存在大量的水，纤维主要以单根纤维的形式通过磨片，磨片接触纤维、切断纤维的作用非常强，纤维分丝帚化的效果在较高的打浆度条件下才能产生。高浓磨浆的磨浆浓度可以达到20%～35%，浆料主要以纤维束的形式通过磨片，打浆效果主要是以纤维之间的摩擦、挤压产生卷曲扭结，从而使纤维的表面发生分丝帚化，初生壁、次生壁剥离，游离出纤维羟基来。通过这种方式，可以充分保留纤维的长度，同时又可以获得较好的分丝帚化的效果。

对其原理进行分析，高浓打浆用于生活用纸有以下优势：一是能够有效地提高纸页抗张强度、撕裂度等性能。另外，高浓磨浆过程中保留了纤维的长度，这样可以在很大程度上改善生活用纸的柔软性和吸收性，提升纸页的松厚度。同时在抄纸过程中，纤维较长，留着率也会得到明显提升，白水浓度降低。

2　实验方法

（1）高浓磨浆处理：采用正大轻科中试高浓磨浆机对漂白相思木硫酸盐浆进行磨浆处理，磨浆浓度控制在20%左右，每个浆样获得3个不同打浆度梯度的浆料；

（2）低浓打浆处理：采用实验室用瓦利打浆机，对3种浆料分别进行打浆处理，获得与高浓磨浆处理下相近的打浆度；

（3）FQA纤维形态分析：采用加拿大FQA纤维分析仪对纤维形态进行分析，包括纤维平均长度、宽度、细小纤维比例、卷曲指数、扭结指数和扭结角度等，数据为测定5,000根纤维的处理结果；

（4）纤维表面形貌分析：采用奥林巴斯纤维形貌分析仪对纤维打浆前后的分丝帚化、切断、卷曲、扭结情况进行观察对比；

（5）打浆度：采用肖伯尔打浆度仪（国标）对打浆前后的打浆度、湿重进行分析；

（6）手抄片制备：采用方形抄片器、压榨机和烘缸干燥设备，利用高浓和低浓处理后的浆料，制备定量为（60±3）g/m2手抄片，备用；

（7）纸页性能分析：经过恒温恒湿处理后，对手抄片纸样的定量、厚度、松厚度、抗张强度、撕裂度、透气性等进行分析。

3　结果与讨论

3.1 高浓磨浆纤维形态分析

高浓磨浆纤维性能分析以及磨浆前后纤维的性能对比，包括纤维长度，细小纤维的比例、纤维宽度、卷曲指数、扭结指数、扭结角度等，相同打浆度情况下，高浓磨浆和低浓磨浆纤维的不同特性，如表1所示。

表1　高浓磨浆对纤维性能的影响

表1可以看出，保持同样的打浆度情况下，高浓磨浆纤维的长度明显高于低浓磨浆纤维长度，同时高浓磨浆细小纤维的比例也明显低于低浓磨浆细小纤维比例。这说明高浓磨浆有效地保持了纤维的长度。同时可以看出，在同一打浆度时，高浓磨浆的卷曲指数、扭结指数、扭结角度比低浓磨浆高，说明高浓磨浆能够降低细小纤维的比例，保证纤维的长度。

图5、图6、图7显示了磨浆前后纤维表面形貌的变化。可以看出，未打浆的纤维表面光滑，导管分布清晰可见，看不到分丝帚化和切断现象。采用低浓打浆，打浆到24°SR，纤维的切断已经比较严重，有大量的细小纤维产生，分丝帚化的效果不明显。在同一打浆度下的高浓打浆，纤维的长度保留比较好，同时分丝帚化现象较明显，切断现象不明显，体现出高浓磨浆的优势。

图5　磨浆前纤维形貌，16°SR， x100

图6　高浓磨浆后纤维形貌，24°SR，x100

图7　低浓磨浆后纤维形貌，24°SR，x100

3.2 高浓磨浆对纸页性能的影响

图8、图9、图10表明了高浓磨浆和低浓磨浆对纸页松厚度和强度性能的影响。图8表明，在同样打浆度情况下，高浓磨浆纸页的松厚度明显高于低浓磨浆纸页松厚度。图9表明，在相同打浆度下，高浓磨浆纸页抗张指数要高于低浓磨浆。图10表明，在同样打浆度情况下，高浓磨浆能够明显提高纸页的撕裂性能。

上述实验结果表明，阔叶木高浓磨浆与低浓磨浆相比，在提升纸页松厚度的同时，还可以获得比较好的强度性能。生产企业可以通过调整浆料配比，优化化学品使用等，降低生产成本。

3.3 高浓磨浆与未打浆处理纤维及纸页性能对比

目前不少厂家采用阔叶木不打浆的生产工艺，只对纤维进行疏解处理。针对这种情况，我们对阔叶木浆采用高浓磨浆机进行处理，并进行了对比分析，如图11所示。可以看出，如果采用高浓磨浆对相思木浆进行轻微磨浆处理，随着游离度的降低或者打浆度的提升，在最初阶段，纸张的抗张指数和撕裂指数快速上升，当打浆的游离度降低到500mL左右时，也就是打浆度提升6～7°SR时，虽然抗张指数能够继续增加，但撕裂度已经开始下降，这说明纤维切断已经比较多了。同时纸张的松厚度没有明显的下降，反而有较小幅度的增加。在阔叶木不打浆情况下，采用高浓磨浆可以对浆料进行轻微处理，获得快速增长的撕裂指数、抗张指数，且保持松厚度基本不变。

3/（cm3/g）高浓磨浆低浓磨浆2.5 R2=0.9972度厚松2R2=0.95561.515202532打浆度/°SR

60/g）R2=0.987高浓磨浆低浓磨浆·m40 /（NR2=0.9801数张指20抗0 15202532打浆度/°SR

10m2/g）8 R2=0.9875高浓磨浆低浓磨浆N·6 /（mR2=0.9699数4指裂撕2 0 15202532打浆度/°SR

6 54 321松厚度裂断长撕裂指数0 700600500400 CSF（mL）

表2 高浓磨浆对阔叶木纤维形态及成纸性能的影响（浆料类型：相思木浆）

4　高浓磨浆生产试验

按照前面的实验结论，将实验结果应用到实际生产中。选择5万t/a的中试试验厂家进行试验。中试试验中，原料采用森博生产的桉木浆，桉木浆配比为70%，采用高浓磨浆处理，磨浆浓度为18%，打浆度24°SR；同时采用低浓盘磨处理，磨浆浓度为4.3%，相同打浆度24°SR。凯利普针叶木浆，配比30%，锥磨处理，打浆浓度4.0%，打浆度37°SR。纸机车速750m/min，幅宽2,970mm，真空圆网高速卫生纸机。

4.1高浓磨浆对纸机网部留着率的影响

采用高浓磨浆后，纸机网部的首程留着率变化比较明显。采用低浓磨浆，纸机首程留着率为71.4%，采用高浓磨浆，纸机首程留着率为78.6%，提高了近10%。

4.2高浓磨浆对生活用纸强度的影响

对中试产品的纸页性能进行检测和分析。从表3可以看出，对于生活用纸纵向抗张指数，采用高浓打浆可以提高23.4%，横向抗张指数可以提高25.5%；采用高浓打浆的纸页要比采用低浓打浆的纸页松厚度稍低，下降约4%左右，强度提升将近25%。实际上如果不需要提升那么高的强度，可以通过调整浆料的配比来核算最优的成本。

表3　高浓打浆与低浓打浆强度性能对比

4.3控制系统

图12　控制系统

图12是高浓磨浆控制系统简图。浆池来的浆料进入浓缩装置，再通过螺旋输送进入高浓磨浆机进行磨浆。在高浓磨浆过程中，由于纤维浓度比较高，磨浆机出口的浆料温度能够达到55℃～60℃，磨浆过程摩擦升温的现象较为明显，这也是高浓磨浆过程有别于低浓磨浆的一个方面。另外，在高浓磨浆之后浆料进入浆池再对其进行其他工艺处理，比如消潜处理等，经过磨浆之后纤维的扭结现象比较明显，另外纤维内部结构也发生了较大变化，这时候如果能在浆池中停留一段时间，使纤维吸水润胀，对成纸的强度提高都是非常有效的，或者后续有低浓磨浆处理对于以上性能也是有效的。