CA-1复合助剂用于4种纤维原料蒸煮的效果

孙光发 ，陈克利 ，马 宁 ，孙廷聪

（1.昆明理工大学 化学工程学院，云南 昆明 650500；2.云南云景林纸股份有限公司，云南 景谷 666499；3.云南中烟再造烟叶有限责任公司，云南 昆明 650106）

全球所生产纸浆的70%以上是通过化学制浆方法来获取，其最大的优势就是其纸浆的品质最好，也最能体现纸浆的附加值，其最大的劣势则是由纤维原料制成纸浆的得率最低，从而形成对植物纤维资源，特别是木材资源过大的消耗。加上漂白纸浆的清洁生产向蒸煮低卡伯值纸浆的趋势发展，基于成熟的化学制浆技术基础之上的纸浆制备就寄希望于通过对脱木素有促进作用、对碳水化合物降解有保护作用的各种化学助剂来寻求更有效地木素脱出的同时，最大限度地保持甚至能提高纸浆的得率。像最早被应用于生产实际的蒽醌和后续研发出来的系列衍生物、多硫化钠、绿氧等，促进蒸煮剂渗透、扩散所开发出来的各种表面活性剂，到后来以它们各自功能作用通过复配形成互补的复合助剂的应用，其所获得的蒸煮效果已被业界普遍认可。

当然，即便助剂效果最为显著的蒽醌及其衍生物，它们的应用也是有局限性的。如其在木材的硫酸盐蒸煮中的助剂效果并不显眼，而在禾草碱法蒸煮中则能明显地降低纸浆的卡伯值并有利于得率的提高。因此，同一种助剂可能对某一类原料的蒸煮有效，而难以对广谱原料都能有效。复合型助剂也是基于所配伍的单一助剂具有的不同蒸煮促进效果通过组合来增加助剂的多元效果以及扩大其对原料广谱应有的目的而受到越来越多的关注。

在此，本文利用某助剂公司提供的CA-1复合助剂，分别对思茅松、桉木、大龙竹和麦草4种具有显著差异的纤维原料进行助剂添加的蒸煮实验，以比较其对不同原料蒸煮带来的添加效果。

1 实验部分

1.1 原料

蒸煮原料分别为思茅松、桉木、大龙竹和麦草，其中思茅松、桉木木片和大龙竹竹片由云南云景林纸股份有限公司提供，风干木、竹片在挑检出木节和竹节之后分别用储物箱加盖保持水分平衡；麦草（云麦42号）原料取自云南省武定县，自然晾干后用铡刀切成3～5 cm长，经筛选除灰、碎末后置于加厚塑料袋，扎口保持水分平衡。

名为CA-1复合助剂（以下简称“CA-1助剂”）为某助剂公司提供给云景林纸的试用品，为淡黄色粉末。

1.2 蒸煮工艺与设备

4种原料的蒸煮工艺均采用实验室经蒸煮优化系列实验所得到的成浆效果比较好的优化条件，具体参见表1所列。每种纤维原料的蒸煮中CA-1助剂的用量分别是0.00%、0.05%和0.50%（以绝干纤维原料质量计）。

用量蒸煮所用设备为15-LZQS1型回转式电热蒸煮锅（西北轻工业学院机械厂）。蒸煮所得浆料分别采用0.4 mm筛缝（对思茅松浆和大龙竹浆）和0.2 mm筛缝（对桉木浆和麦草浆）的3-1型筛浆机（L&W制造）进行筛选。

表1 4种纤维原料的蒸煮条件

1.3 纸浆指标检测

蒸煮黑液涉及残碱，纸浆涉及细浆得率、浆渣率、卡伯值、黏度和白度，浆张物理强度涉及抗张指数、耐破指数、撕裂指数和耐折度，上述分析项目均按相关国家标准检测。

2 结果与讨论

2.1 添加CA-1助剂的蒸煮效果

表2显示了 4种纤维原料添加CA-1助剂蒸煮的效果。

表2 4种纤维原料添加CA-1助剂蒸煮的效果

从表2来看，CA-1助剂的添加总体效果还是积极的。这主要表现在它能降低蒸煮过程碱的消耗，其结果是黑液残碱有不同程度的增加。用碱量的减少并不影响其对脱木素的促进作用，使得浆料的卡伯值有不同程度的降低，尽管降低的幅度不大（2个单位以内）。鉴于CA-1助剂对不同纤维原料的蒸煮显示出一定的差异性，因此以下按纤维原料种类分别扼要地概述CA-1助剂添加的效果。

2.1.1 CA-1助剂对思茅松蒸煮的效果

CA-1助剂的添加对思茅松蒸煮最明显的效果主要表现在思茅松浆得率的提高上，CA-1助剂0.05%的用量就能多得到将近1.5百分点的纸浆，这对于思茅松浆得率一直处于刚刚超过40%的低位水平来讲，这种提高的幅度已经很显著。CA-1助剂用量的增加虽然还能让思茅松浆的卡伯值有所降低，但它的其他浆料特性基本不变。因此，CA-1助剂的0.05%用量较为合宜。

2.1.2 CA-1助剂对桉木蒸煮的效果

从表2的结果来看，CA-1助剂的添加与否对桉木的蒸煮效果可以说是4种浆料中影响最小的。0.05%的CA-1助剂用量能降低至少1.5个单位的卡伯值，但对得率等其他指标的影响很小，并且继续增加CA-1助剂用量所起到的作用甚微。

2.1.3 CA-1助剂对大龙竹蒸煮的效果

CA-1助剂的添加对大龙竹的得率几乎没有影响，但其在碱耗降低方面的效果较为突出。相应地，除了能有约1.5个单位卡伯值下降之外，其还能提高浆料的滤水性能，其初始打浆度下降了2°SR。蒸煮效果较为显著的CA-1助剂用量也是0.05%。

2.1.4 CA-1助剂对麦草蒸煮的效果

通常报道的对麦草添加蒸煮助剂的脱木素效果都要比木材的要好[1]，但这里（见表2）只有当CA-1助剂的用量上升至0.5%时，浆料的卡伯值才有所降低。鉴于麦草在叶、茎和节方面存在差异，往往会导致蒸煮得率的起伏波动，但从结果来看，用量较大时对纸浆得率的提高还是有帮助的。与大龙竹蒸煮类似的是，添加CA-1助剂可以让浆料的打浆度值下降4°SR。这对于麦草浆黑液提取率与洗涤效率的提高是有帮助的。另外，CA-1助剂的添加对纸浆黏度能有明显的提高，0.05%用量时几乎增加了近300 mL/g。这是与前面3种浆料黏度相对波动较小的结果有较大差异之处，说明CA-1助剂对麦草纤维素的降解保护作用较为明显。

2.2 添加CA-1助剂蒸煮浆料的浆张强度

表3显示了表2所列浆料测定所得到的浆张物理强度[浆料抄纸前均通过KRK PFI磨浆机打浆至（45±2）°SR]。

表3 添加CA-1助剂蒸煮浆料的物理强度

由表3可以看出，因蒸煮纤维原料的不同，CA-1助剂添加带来浆料强度不一样的变化。就思茅松浆和麦草浆而言，添加CA-1助剂的浆张物理强度除耐折度有所波动之外，总体呈下降的趋势，只是下降的幅度比较小，CA-1助剂用量0.05%时的降幅基本在5%以内。因此，CA-1助剂对思茅松浆和麦草浆强度的负面影响基本可以忽略不计。

与思茅松浆和麦草浆形成对比的是，添加CA-1助剂的桉木浆抗张、耐破及撕裂强度则是增大的，而且与纤维结合关系密切的前2项指标增大约20%左右，上升显著。至于大龙竹浆的强度则表现的较为特别，添加CA-1助剂能对其撕裂强度有较明显的提高，在本来就已经超过20 kN·m2/g的基础上还能增加近40%的撕裂指数，但与结合强度关联的抗张和耐破强度则是降低的。通常，添加助剂蒸煮出来的浆料能显著提升浆料撕裂强度的报道并不多见[2]，对这里出现的这种特殊情况要想给出一个合理的解释则需要进行深入的研究。

根据对各种蒸煮助剂应用方面大量的报道，同一种蒸煮助剂对蒸煮不同的纤维原料确实存在效果上的差异，甚至有些差异还很大。这里所显示的结果也反映出类似的问题。毕竟从针叶木、阔叶木到禾本科纤维原料，除了化学组分之间形成的差异之外，还由于纤维原料组织结构疏密等物理特异性，各纤维原料蒸煮的工艺自然就会有较大的出入。如前面表1所示的那样，因纤维原料不同添加CA-1助剂带来不一样的蒸煮效果也是可以理解的。然而，如果从添加效果的有效性来评判，CA-1助剂对4种纤维原料总体是积极有效的，只不过所表现的效果各有所不同。

3 结论

（1）CA-1助剂能让思茅松浆得率提高近1.5百分点，桉木浆、大龙竹浆降低约1.5卡伯值，麦草浆的黏度提高300 mL/g左右。

（2）CA-1助剂对禾本科纤维原料的滤水性能改善有帮助，大龙竹浆的打浆度下降2°SR，麦草浆下降 4°SR。

（3）添加CA-1助剂的思茅松浆、大龙竹浆和麦草浆在浆张强度略有下降，而桉木浆的浆张强度则整体上升，特别是结合强度可提高20%左右。

（4）从CA-1助剂添加效果和经济性综合考虑，0.05%的CA-1助剂用量比较合适。