Broom fin磨片改善竹漿生活用紙拉力和柔軟度

蔣小軍何本強

（1.南通華嚴鑄造有限公司 磨片研究中心，江蘇 南通 226403；2.四川蜀邦實業(yè)有限公司，四川 成都 611900 ）

Broom fin磨片改善竹漿生活用紙拉力和柔軟度

蔣小軍1何本強2

（1.南通華嚴鑄造有限公司 磨片研究中心，江蘇 南通 226403；2.四川蜀邦實業(yè)有限公司，四川 成都 611900 ）

四川蜀邦實業(yè)某生產(chǎn)線采用竹漿與木漿混合抄造生活用紙。經(jīng)與南通華嚴磨片研究中心協(xié)作，探索優(yōu)化竹漿打漿工藝，采用Broom fin 掃帚鰭磨片，提高竹漿生活用紙柔軟性和拉力，并取得明顯的節(jié)能成效。這為竹漿生活用紙的生產(chǎn)過程優(yōu)化,提供了理論和實踐借鑒。

掃帚鰭磨片 竹漿生活用紙 拉力 柔軟度

0 前 言

用竹纖維造紙，在我國始于唐宋年間，至今已有一千多年的歷史，有豐富的實踐和理論經(jīng)驗[1]。竹纖維含“竹醌”能夠抑制細菌繁殖，竹漿生活用紙長時間裸露在空氣中也能保持潔凈，不易滋生細菌。竹纖維橫切面由多個橢圓縫隙組成，呈中空狀態(tài)，透氣性是棉的3.5倍，竹漿生活用紙具備良好的透氣性。竹子是再生植物，繁殖能力強、生長周期短。我國作為造紙大國，造紙木材資源卻嚴重匱乏，但我國的竹材資源卻十分豐富，竹林產(chǎn)量在世界上居第一位。因此，在生活用紙行業(yè)大量運用竹纖維，從取材和生態(tài)環(huán)境而言，均具有可持續(xù)發(fā)展的優(yōu)勢。 我國西南（云、貴、川）及廣西地區(qū)，是竹漿資源大省，得天獨厚的氣候條件孕育了優(yōu)質(zhì)的竹資源，為我國竹漿造紙奠定了基礎。

四川蜀邦某生產(chǎn)線采用竹漿配以針葉木漿和闊葉木漿為原料，生產(chǎn)高檔生活用紙。由于漂白針葉木漿、漂白闊葉木漿及漂白竹漿漿料特性不同，三種漿采用兩條漿料處理生產(chǎn)線分開進行打漿，竹漿打漿系統(tǒng)使用一臺川佳NBR01（JC01）錐形磨漿機和一臺晨鐘DD660雙盤磨漿機串聯(lián)打漿。

該生產(chǎn)線試產(chǎn)初期，磨漿電耗高，紙張拉力和柔軟度不理想。為了進一步降低打漿能耗，提高生活用紙品質(zhì)，四川蜀邦與南通華嚴磨片研究中心協(xié)作，優(yōu)化打漿方式和磨漿機磨片，作了有益的研究和生產(chǎn)實踐探索?，F(xiàn)對竹漿打漿磨片優(yōu)化情況和成果作簡明介紹。

1 優(yōu)化前的打漿狀況

1.1 使用原料

西南地區(qū)所產(chǎn)竹漿20%～50%，其余為進口漂白硫酸鹽針葉木漿（NBKP）和進口漂白硫酸鹽闊葉木漿（LBKP）。

1.2 打漿設備

因產(chǎn)能較大，且考慮有助于峰谷電的價差政策利用，選用的兩種打漿設備均是較先進的，且動力配置均較高。

1號磨：川佳NBR01（JC01）錐形磨漿機（Conflo），額定功率250 kW；錐形磨漿機見圖1。

2號磨：晨鐘DD660雙盤磨漿機（DDR），額定功率315 kW；雙盤磨漿機見圖2。

1.3 優(yōu)化前的問題

（1）紙張強度、松厚度和柔軟度不理想。鑒于竹漿紙抗菌、抑菌、健康功能日益受到消費者的認同，竹漿紙市場需求較大。該生產(chǎn)線試產(chǎn)13.5～18g/m2生活用紙初期，采用竹漿纖維替代部分針葉漿與闊葉漿。但由于兩種打漿設備配置的磨片切斷力較強，影響了紙頁的強度、松厚度和柔軟度，且動力消耗很高，磨片磨損非常劇烈。期望通過改變錐形磨片和雙盤磨的磨片齒形來降低打漿電耗成本，改善打漿質(zhì)量，提高紙頁的物性指標與質(zhì)感。

圖1 NBR01（JC01）錐形磨漿機結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 DD660雙盤磨漿機結(jié)構(gòu)示意圖

（2）磨片磨損不均勻。原用磨片齒片容易出現(xiàn)波浪形磨損，導致磨片齒條有效磨漿面積降低，需要提高打漿功率以達到既定打漿指標，繼而打漿強度提高導致紙張的物理強度及松厚度下降。

（3） 打漿電耗高。由于原磨片提高打漿度較慢，需要輸入更高的打漿功率，t漿電耗高達105 kWh。

2 優(yōu)化打漿方式和磨片的過程

2.1 竹漿特性研究

楊仁黨和陳克復的研究表明[2]：竹子原料的纖維形態(tài)在各種屬間差距不大。從化學上看，竹子的主要成分有：纖維素、半纖維素、木素、果膠、淀粉，并含有少量的蠟質(zhì)。纖維細胞占細胞橫截面積60%～70%，低于木材，高于一般草類。纖維長度介于闊葉木和針葉木之間，比草類纖維長，長度范圍為1.5～4.4 mm，纖維平均長度 1.5～2.0 mm；纖維寬度波動在7～27 μm，大多在12～16 μm，平均小于15 μm；長寬比在100～200之間。細胞壁厚而胞腔小，使得竹子纖維挺硬。

張美云等[3]針對竹漿難打漿的特點,利用試驗系統(tǒng)研究了漂白硫酸鹽竹漿打漿性能,并與闊葉木漿打漿性能進行對比。研究發(fā)現(xiàn),相同打漿度下,竹漿成紙撕裂指數(shù)、耐破指數(shù)和耐折度均高于闊葉木漿；竹漿長纖維成紙的抗張指數(shù)、撕裂指數(shù)、耐破指數(shù)和耐折度均高于闊葉木漿中的長纖維。這些都說明利用竹漿能夠抄造出質(zhì)量較高的紙張。

2.2 生活用紙打漿研究

抗張強度、柔軟度、吸收性以及濕抗張強度均是生活用紙的重要性質(zhì)。打漿過程中，既定漿種采用合適的打漿方式使紙頁達到所需的柔軟度，并保持較高的強度。生活用紙的性質(zhì)受原料及生產(chǎn)工藝的影響，打漿工藝、烘缸及噴涂、壓榨、起皺刮刀等方面的差異均具有不同的影響力，打漿方式、磨片材質(zhì)和齒型對竹漿打漿、成紙抗張指數(shù)等方面的影響尤為明顯。

生活用紙強度主要取決于纖維的結(jié)合力，磨漿是提高纖維結(jié)合力的最有效方法。纖維的長度越長，纖維的強度就越大，纖維的長寬比越大，成紙時單位面積中纖維之間相互交織的次數(shù)多，纖維分布細密，則成紙強度越高。

2.3 磨片優(yōu)化

蜀邦實業(yè)技術團隊與南通華嚴磨片研究中心共同研究竹漿纖維特性和生活用紙打漿機理，根據(jù)現(xiàn)有設備條件，探討具體工藝及匹配的磨片齒型。根據(jù)不同原料和工藝，混合打漿或分別打漿方式實現(xiàn)靈活切換，竹漿打漿系統(tǒng)使用的NBR01(JC01)錐形磨漿機優(yōu)選Broom fin 掃帚鰭NBR01(JC01)-LF+型雙金屬不銹鋼磨片；DD660雙盤磨漿機優(yōu)選Broom fin 掃帚鰭DD660-L3型粗粒多元合金磨片，降低打漿強度，以達到減少對纖維的橫向切斷，促進纖維帚化，改善紙張的手感、柔軟度和拉力。

（1）NBR01（JC01）錐形磨漿機新磨片。磨片的設計與選型，一般應用“比刀緣負荷” (Specific Edge Load簡稱SEL)和“比表面負荷”(Specific Surface Load簡稱SSL)等假說理論。蜀邦實業(yè)與華嚴磨片研究中心在選擇錐形磨片齒型時，充分考慮到SEL和SSL理論的科學性和片面性，融入了“流變效應”和最新?lián)鯄卫碚?，在齒寬、溝寬、溝深三者之外，更多地關注到磨片齒傾角度與擋壩形式對絮聚纖維打漿的影響因素。本次錐形磨片優(yōu)化選定Broom fin掃帚鰭NBR01(JC01)-LF+型雙金屬不銹鋼磨片（見圖3），帶擋壩的磨片溝槽使竹漿不容易直接甩出而漏打，受到打漿和摩擦的幾率增加。

圖3 NBR01(JC01)-LF+型雙金屬不銹鋼磨片

（2）DD660雙盤磨漿機新磨片。Broom fin 掃帚鰭DD660-L3型粗粒多元合金磨片（見圖4），是一款經(jīng)典的適宜于偏黏狀打漿磨片的改型磨片，設有漿檔的彎折齒，可以較快地提高打漿度。結(jié)合“流變效應”觀點，磨片齒紋延外徑線速度最高區(qū)域增強“湍流”作用，避免了“生漿”直接甩出，使纖維在流體作用力和離心作用力條件下得到更充分的磨解，交匯角增大有助于降低對纖維的橫向切斷，而分絲帚化的作用得以加強。表面帶粗粒的多元合金磨片，打漿過程中的摩擦力促進了纖維的分絲起毛和結(jié)合力[4]。近似玄武巖孔隙的“微小磨齒”作用，促進了纖維的分絲起毛和吸水 潤張，在打漿度提高過程中較好保持纖維濕重，磨齒粗粒表面促進纖維潤漲水化，有助于提高纖維強度，并且降低打漿電耗[5]。

圖4 DD660-L3型粗粒多元合金磨片

Broom fin新型粗粒多元合金磨片，有助于改善纖維結(jié)合強度，相同打漿指標條件下可降低打漿電耗，在采用高強度打漿方式時則切斷力加劇，本次優(yōu)化打漿為保持纖維長度使用低強度打漿。本次優(yōu)化實踐中，粗粒多元合金磨片使用的全周期內(nèi)未出現(xiàn)波浪形、鋸齒形磨損和嚙合狀磨損，打漿電流穩(wěn)定，磨片磨損平整、均勻。

3 優(yōu)化前后紙張物性和電耗對比

生產(chǎn)線調(diào)試初期，磨漿機只開一臺川佳錐磨，竹漿用量20%，如果增加竹漿用量則紙頁手感、柔軟度等會變差。后增開了晨鐘DD660磨，竹漿用量上調(diào)至50%，但紙頁手感柔軟度、拉力仍不能達到既定目標。經(jīng)過此次對兩臺磨漿機的磨片進行優(yōu)化及工藝調(diào)整，在相同紙張定量條件下，改善了成紙的松厚度、柔軟度及強度，提升了紙張品質(zhì)（見表1），使用Broom fin磨片后，t漿耗電82 kWh,比優(yōu)化前下降23kWh（見表2），年節(jié)電可達200MWh以上，此處還未計入蒸汽消耗降低所帶來的節(jié)電量。

表1 優(yōu)化前后的成紙物性對比

表2 優(yōu)化前后運行電耗對比

4 結(jié)束語

業(yè)界對于竹漿打漿難易程度的觀點不太一致，對這方面的討論往往各執(zhí)一說。竹漿纖維與其他植物纖維不同，細胞壁為多層結(jié)構(gòu),采用低強度打漿就可提高打漿度。竹纖維橫切面由多個橢圓縫隙組成，呈中空狀態(tài)，打漿可促進內(nèi)部帚化及壁層分離。但是，竹纖維細胞壁厚、硬挺，打漿過程中纖維容易被橫向切斷，濕重下降快。四川蜀邦和南通華嚴磨片研究中心協(xié)作的竹漿生活用紙打漿優(yōu)化案例表明，竹漿打漿使用Broom fin磨片，采用低強度的擠壓、揉搓、疏解、帚化為主的打漿方式，盡量促進內(nèi)帚化，并保留其纖維長度和強度，改善了成紙的松厚度、柔軟度及強度，并降低了原料成本和電耗成本。

[1] 王菊華,郭小平,薛崇昀,等．竹漿纖維壁微細結(jié)構(gòu)與打漿特性的研究[J]． 中國造紙，1993(4)：10-17．

[2] 楊仁黨,陳克復．竹子作為造紙原料的性能和潛力[J]．林產(chǎn)工業(yè)，2002,29(3）：8-11．

[3] 張美云，吳乾斌，夏新興，等．漂白硫酸鹽竹漿的打漿特性[J]． 紙和造紙, 2011, 30(10)：29-32．

[4] 袁麟，蔣小軍．打漿磨片材質(zhì)與齒型的優(yōu)化，[J]．中國造紙，2011，30(3)：71-73．

[5] 蔣小軍，水玉峰，宋培．優(yōu)化打漿提高生活紙品質(zhì)降低能耗[J]．中華紙業(yè)，2015，36(22)：51-53．

蔣小軍 高級工程師 主要從事磨漿機理的研究和磨片設計、研發(fā)及應用指導。

通訊地址：江蘇省南通市如東縣岔河鎮(zhèn)白石路8號。

電話：13222131116，QQ：285112470，

E-mail：jindongzhiye@163．com。

Broom fin Refiner plates, Improve Bamboo Tissue Tensile and Softness

JIANG Xiaojun1HE Benqiang2
(1, Nantong Huayan Casting Co., Ltd., Refiner plates Research Center, Nantong 226403 Jiangsu China; 2, Sichuan Shubang Industrial Co., Ltd., Chengdu 611900 Sichuan China)

Sichuan Shubang Industrial Co., Ltd., A Production line Using Mixed Bamboo with Wood pulp Papermaking Tissue, And Nantong Huayan Casting Co., Ltd., Refiner plates Research Center to explore collaboration to Optimize Bamboo Refining process, Using Broom fin ? Refiner plates, Improve Bamboo Tissue Tensile and Softness, And Achieved Significant energy Savings for the Production Process Bamboo Tissue Optimization, It Provides a Theoretical and Practical Reference.

Broom fin Refiner plates； Bamboo Tissue； Tensile；Softness