竹漿生活用紙高濃打漿研究及生產(chǎn)運用

付盼 湖南正達纖科機械制造有限公司

近年來，本色生活用紙十分火爆，給竹漿市場帶來了前所未有的發(fā)展機遇。我國竹林資源豐富，在長江流域及華南有廣泛分布，相對一般的闊葉木纖維原料，竹子的生長期較短，兩三年即可成材，并且竹漿的平均纖維長度較長。而竹漿纖維的缺點是纖維長短不均，纖維挺硬，雜細胞含量高。

在制漿過程中，竹纖維細長、細胞壁堅硬、細胞交織緊密等特點使其不利于打漿。而通過打漿將緊密的細胞結(jié)構(gòu)軟化后，紙頁才能具有較好的強度和柔軟度。通常打漿的方式主要有三種，分別是：游離狀打漿、粘狀打漿和半粘狀半游離狀打漿。游離狀打漿是以切斷作用為主，紙漿的濃度較低，此方法的磨片齒切斷能力強，在打漿時纖維容易被切斷，所抄造出的紙頁具有密度小而蓬松、不透明、伸縮性小、油墨容易附著等特性。粘狀打漿是以纖維吸水潤脹，細纖維化為主的打漿方式。在實際操作中，在游離狀打漿到粘狀打漿之間還有半粘狀半游離狀打漿。竹漿纖維需要適當?shù)姆纸z帚化和適當?shù)那袛啵黾永w維結(jié)合力，因此適合采用半粘狀半游離狀打漿。

目前漿廠一般采用低濃打漿的工藝，磨漿濃度為2%～9%，這種磨漿工藝技術(shù)成熟，在生產(chǎn)過程中應用廣泛，但對于竹漿來說有一定的局限性。

竹漿不適合采用低濃磨漿的主要原因是：一、竹纖維雜細胞多，濾水速率慢，不利于提高車速；二、去除纖維束塵埃需要過度打漿，容易形成塵埃點、孔洞；三、無法兼顧纖維切斷與分絲帚化，從而導致紙頁柔軟度較差，手感不佳；四、打漿能耗很高。

湖南正達纖科針對竹漿不利于打漿的缺點，提出了獨特有效的解決方案，該方案主要內(nèi)容是兩方面：一是進行磨盤改造，提高打漿效率；二是采用高濃打漿或者是高濃加低濃打漿相結(jié)合的打漿工藝。

磨盤改造

采用傳統(tǒng)的磨片磨漿，漿料在磨盤中自小半徑進入齒縫后向大半徑方向運動時周長不斷變大，漿層從內(nèi)向外不斷變薄，越是靠近外圓的齒面越薄，甚至掛不上漿，產(chǎn)生了空磨現(xiàn)象。半徑越大的磨盤，其齒面空磨現(xiàn)象就越嚴重，降低了磨漿的效率。另外，整個齒面漿層厚薄不一，磨漿均勻度差，纖維被大量剪斷，但打漿度提高不多。

圖1 普通磨盤在磨漿時漿料在磨區(qū)內(nèi)的分布情況

針對傳統(tǒng)磨盤空磨現(xiàn)象，湖南正達纖科提出無空磨理論，對磨片齒形進行設計，將磨片劃分為若干個圓形區(qū)域，分別設計不同的齒寬和槽寬，磨盤由內(nèi)向外齒深、單剪切區(qū)間寬度逐漸變小，齒槽面為帶坡度的斜面，使整個盤面齒面積最大的區(qū)域（磨盤的外圓）掛漿量增加，漿層從中心往外圓厚薄均勻，無空磨區(qū)，以提高磨漿的功效。

圖2 傳統(tǒng)磨片與改造磨片齒形對比

與傳統(tǒng)磨片相比，改良后的磨片具有以下優(yōu)勢 ：

●使少漿或無漿的齒面掛上漿后增加了做功，磨漿效率可提高20%～40%，噸漿電耗較普通磨片降低20%～40%；

●盤磨剪切次數(shù)可達8～16次，解決單臺磨機打漿度不高的問題；

●加大了齒深和齒寬，使?jié){料通過量加大；

●由于解決了齒面漿料厚薄不一的問題，從而大大提高了磨漿的均勻度；

●減少了纖維的流失，降低了白水濃度，使排放的污水中細小纖維懸浮物大大降低。

改進打漿工藝

工藝改進的核心是采用高濃打漿，打漿過程中漿料先通過濃縮設備將濃度提升至15%～25%，再由螺旋輸送強制喂入高濃磨機，漿料在磨區(qū)依靠纖維之間相互揉搓、擠壓和摩擦作用使得纖維分絲帚化。

從圖3可以看出低濃和高濃打漿的明顯差別。低濃打漿是以切斷為主，高濃打漿則是利用刀盤對纖維的作用力、纖維之間的擠壓和摩擦力，達到理想的工藝效果。

圖3 低濃打漿和高濃打漿的原理區(qū)別

從打漿前后纖維掃描電鏡對比圖（圖4）可以看出高濃打漿對纖維表面及內(nèi)部結(jié)構(gòu)的影響，未打漿前化學漿纖維是完整的，比較硬，表面有角質(zhì)層。打漿后纖維表面細纖維化，纖維卷曲、扭結(jié)及微壓縮，纖維內(nèi)部分層。

圖4 打漿前后纖維電鏡圖對比

通過表1對比，可以看出高濃打漿特點及對應的優(yōu)勢，高濃打漿保持了打漿后纖維的長度，從而使紙張強度更好；一定程度去除了纖維束塵埃，使紙面潔凈；提高了纖維柔軟度，改善了紙張手感；降低打漿度，使濾水性能提高，有利于生產(chǎn)。

表1 高濃打漿與低濃打漿對纖維形態(tài)影響的對比

生產(chǎn)實踐案例

結(jié)合長期的開發(fā)實驗和生產(chǎn)實踐，正達纖科提出了竹纖維原料的高濃+低濃組合的磨漿工藝。首先利用高濃磨漿的搓揉功能，對竹纖維進行充分的軟化和分絲帚化。再利用低濃磨漿的切斷功能，對竹纖維的長度進行修整。

通過實驗發(fā)現(xiàn)，高濃+低濃組合的打漿工藝，可以從多個方面提升紙頁的性能：

●利用高濃打漿使纖維內(nèi)部分層，低濃打漿將纖維切斷，可以明顯提升柔軟度；

●通過高濃打漿將纖維內(nèi)部分絲分層，低濃打漿將纖維外部分絲帚化，可以提升抗張強度，并且纖維結(jié)合更加緊密，減少了細小纖維流失；

●通過高濃打漿使纖維卷曲扭結(jié)，提高紙張吸收性和松厚度；

●通過高濃打漿將纖維揉搓與擠壓，提高紙張柔軟度和松厚度。

利用高濃+低濃組合打漿的工藝，可以充分發(fā)揮高濃打漿軟化纖維的功能，彌補竹纖維挺硬的缺點，而高濃打漿的搓揉功能，又能去除漿料中的未蒸煮好的纖維束，降低成紙塵埃度。利用低濃打漿對纖維的切斷功能，可以提高成紙的手感，能夠在較低的打漿度下滿足抄紙要求，有利于提高車速，并且可以有效降低打漿電耗。

以下是高濃+低濃組合打漿在L廠、F廠、X廠、C廠的生產(chǎn)實踐數(shù)據(jù)。

通過L廠的竹漿板高濃磨后漿樣抄片指標數(shù)據(jù)和低濃打漿抄片指標對比，可以看出通過高濃打漿，松厚度提升了7%，柔軟度改善了11.3%。通過高濃+低濃組合磨漿方案，松厚度提高了4.5%，柔軟度改善了5.4%。

表2 L廠竹漿板不同打漿工藝的成紙性能

在L廠，漿料配比是65%濕竹漿+35%桉木漿，高濃磨漿采用湖南正達纖科YC1100磨漿機，低濃磨漿是維美德錐磨，相關(guān)數(shù)據(jù)如表3所示：低濃+高濃打漿總能耗155kWh/t。成紙厚度0.113mm，伸長率30%，柔軟度72mN，縱向抗張6.7N·m/g，橫向抗張3.5N·m/g。

表3 L廠采用低濃+高濃打漿工藝能耗和成紙數(shù)據(jù)

在F廠，漿料是100%濕竹漿，高濃磨漿采用湖南正達纖科YC1000磨漿機，低濃磨漿是安德里茨雙盤磨，相關(guān)數(shù)據(jù)如表4所示：低濃+高濃打漿總能耗280kWh/t。成紙厚度0.143mm，伸長率39%，柔軟度47mN，縱向抗張6.4N·m/g，吸液高度38mm/100s。

表4 F廠采用低濃+高濃打漿工藝能耗和成紙數(shù)據(jù)

在X廠，漿料是100%濕竹漿，高濃磨漿采用湖南正達纖科YC1000磨漿機，低濃磨漿是安德里茨、日本相川的設備，可以看出噸漿電耗降低57%，塵埃度降低38.4%，洞眼（直徑2～5mm）降低69.4%，柔軟度提升明顯，而抗張強度有所降低。

表5 X廠不同打漿工藝的成紙性能比較

C廠也是100%本色竹漿板，采用湖南正達纖科YC900高濃磨漿設備，山東某廠雙盤磨低濃磨漿，可以看出3條生產(chǎn)線的成紙性能都有明顯提升。

表6 C廠不同打漿工藝的成紙性能比較

由此可見，正達纖科通過磨盤的改造和磨漿工藝的改進，可以大幅度降低磨漿能耗、降低成紙的塵埃度；或者在保持松厚度的情況下，大幅提高成紙的強度，使得可以適當降低打漿度，提高紙機的濾水性能，從而可以提高產(chǎn)量、降低成本。