高檔文化印刷紙的DIP制漿技術(shù)研究

吳雪梅

(深圳市玲瓏印刷有限公司 廣東 深圳 518102)

引言

為了應對市場競爭壓力和降低生產(chǎn)成本,需要在產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)工藝方面進行改進。在這一背景下,傳統(tǒng)制漿技術(shù)面臨著新的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)制漿技術(shù)是以化學法打漿為基礎,利用化學助劑或化學機械法制漿為輔助手段。隨著生物技術(shù)、現(xiàn)代分離技術(shù)和高效分離純化技術(shù)的發(fā)展,新型制漿技術(shù)不斷涌現(xiàn),并已成為造紙工業(yè)發(fā)展的重要方向。DIP制漿是在傳統(tǒng)制漿過程中引入生物酶、生物化學或生物物理處理工藝的一種新型制漿技術(shù)。該制漿工藝具有反應條件溫和、無污染、節(jié)省能源、環(huán)保等優(yōu)點。

1 DIP制漿技術(shù)的特點

在DIP制漿中,生物酶、生物化學或生物物理處理工藝能夠顯著改善制漿效果,主要表現(xiàn)在以下幾個方面:(1)減少了化學助劑的使用量。DIP制漿使用的化學助劑主要是甲醛、苯酚、雙氰胺等,這些化學助劑都是有毒物質(zhì),會對環(huán)境造成污染。DIP制漿中的生物酶能夠有效減少這些化學助劑的使用,減少了廢水中有毒有害物質(zhì)的排放。(2)降低了生產(chǎn)成本。DIP制漿采用生物酶和生物化學工藝替代部分傳統(tǒng)的化學法和機械法,可以顯著降低生產(chǎn)成本。例如:在傳統(tǒng)制漿過程中使用苯酚和甲醛等有毒物質(zhì)時,會對環(huán)境造成嚴重污染。DIP制漿過程中所使用的雙氰胺等化學助劑不僅價格昂貴,而且會產(chǎn)生大量的廢水。采用DIP制漿后,苯酚和甲醛等有毒有害物質(zhì)將不再使用。此外,DIP制漿所需的設備投資少、操作簡單、生產(chǎn)成本低、節(jié)能效果好,減少了資源浪費。(3)提高了產(chǎn)品質(zhì)量。在DIP制漿過程中,生物酶能夠有效去除原漿中的纖維素和半纖維素,而這些成分是形成紙張和纖維形態(tài)所必需的。同時,經(jīng)過處理后的原漿得率更高、強度更好。DIP制漿能夠提高文化用紙和其他紙張的物理強度,且所得紙張更具韌性和耐撕裂性。(4)改善了環(huán)境質(zhì)量。同時,DIP制漿過程中使用的化學助劑能夠有效去除原漿中的纖維素、木質(zhì)素等雜質(zhì)成分,使紙漿得率更高、纖維形態(tài)更好、強度更高。(5)降低了能源消耗。在傳統(tǒng)制漿過程中,大量使用化學品和能源進行打漿和蒸煮等處理環(huán)節(jié),且采用化學助劑進行抄造環(huán)節(jié)還會產(chǎn)生大量廢水,這些污染物對環(huán)境造成嚴重污染。DIP制漿可以在保持較高得率的同時顯著降低生產(chǎn)成本,具有較好的發(fā)展前景。(6)增加了經(jīng)濟效益。DIP制漿過程中使用生物酶、生物化學或生物物理處理工藝對原漿進行優(yōu)化后生產(chǎn)出符合標準要求的產(chǎn)品,可以有效減少生產(chǎn)過程中對環(huán)境造成的污染和資源浪費,提高企業(yè)經(jīng)濟效益。(7)提高了環(huán)境效益。

圖1 文化印刷紙

2 DIP制漿過程中的主要影響因素

DIP制漿是在傳統(tǒng)制漿工藝的基礎上引入生物酶技術(shù),以生物酶處理的方式代替?zhèn)鹘y(tǒng)化學打漿。該技術(shù)具有減少化學助劑使用量和降低生產(chǎn)成本的優(yōu)點,但也存在著酶用量大、制漿效率低、產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定等缺點。因此,在DIP制漿過程中要重點控制以下影響因素:①在DIP制漿過程中加入生物酶,使其在酸性或中性條件下進行酶解反應,這樣可降低制漿能耗,提高制漿效率;②控制DIP制漿過程中的溫度、pH值和反應時間等工藝條件;③控制DIP制漿過程中的化學助劑用量,從而提高產(chǎn)品質(zhì)量;④控制DIP制漿過程中的磨漿時間、磨漿粒度、抄紙溫度等工藝條件。下面將主要分析DIP制漿過程中影響因素的控制措施。

2.1 生物酶的選擇

生物酶是一類可以催化底物分子發(fā)生各種化學反應的酶,其具有反應速度快、酶活性高、易與底物發(fā)生特異性結(jié)合等特點,在造紙工業(yè)中主要用于木質(zhì)素水解、木聚糖和纖維素的降解。在DIP制漿過程中,加入不同種類的生物酶,可以起到不同的作用,從而達到提高制漿效率、降低成本的目的。目前常用的生物酶有木聚糖酶、半纖維素酶、漆酶和漆酶等。其中,木聚糖酶對木質(zhì)素具有較強的水解能力,能使木質(zhì)素結(jié)構(gòu)發(fā)生斷裂和脫除;半纖維素酶可將木素結(jié)構(gòu)中的半纖維素降解成更易溶于水的小分子化合物;漆酶能將木質(zhì)素中不溶于水的半纖維素降解成更易溶于水的小分子化合物。因此,在DIP制漿過程中加入不同種類和數(shù)量的生物酶對制漿效率有很大影響。

表1 化學品用量對比

2.2 磨漿、洗漿、抄紙工藝條件的選擇

由于DIP制漿過程中加入了生物酶,因此,在DIP制漿過程中,要根據(jù)所用生物酶的特性和所制漿紙產(chǎn)品的用途來選擇合適的工藝參數(shù)。在DIP制漿過程中,磨漿、洗漿、抄紙工藝條件對成紙質(zhì)量有很大的影響,因此要根據(jù)具體情況選擇合適的工藝條件。磨漿、洗漿工藝條件可通過改變磨漿機轉(zhuǎn)速、磨漿時間和磨漿池溫度等參數(shù)來達到目的。如果原料中纖維長度較短,纖維間結(jié)合較緊密,則宜采用低轉(zhuǎn)速、長時間的磨漿機;如果原料中纖維長度較長,纖維間結(jié)合較松散,則宜采用高轉(zhuǎn)速、短時間的磨漿機。為了提高DIP制漿效率,降低生產(chǎn)成本,一般宜采用高轉(zhuǎn)速、長時間洗漿機。DIP制漿過程中的抄紙工藝條件可通過控制抄紙溫度和壓力來實現(xiàn)。

3 DIP制漿技術(shù)的應用現(xiàn)狀

3.1 系統(tǒng)設計

DIP制漿系統(tǒng)由多個部分組成,其主要包括打漿箱、抄紙機、烘干設備、漂白設備及相關控制系統(tǒng)等。在實際應用過程中,紙廠應根據(jù)自身需求,選擇合適的DIP制漿系統(tǒng),并合理設計相關系統(tǒng)。其中,打漿箱的作用是將纖維進行打散,并使其均勻分布于打漿箱底部,然后借助刮板對纖維進行分散。在打漿過程中,如果紙漿中纖維較多、雜質(zhì)較多,則需要將其打碎成漿。因此,在打漿箱中應安裝打漿設備。抄紙機的作用是將經(jīng)過破碎后的紙漿送入抄紙機,并利用抄紙機使紙漿均勻分布于抄紙機盤上。在抄紙過程中,為了確保紙張的質(zhì)量,應在抄紙機盤網(wǎng)上設置打漿箱。漂白設備的作用是對紙漿進行漂白處理,從而使其具有良好的白度。在漂白過程中,應根據(jù)不同紙漿的性質(zhì)選擇不同的漂白設備。一般情況下,對于非離子型紙漿(如棉漿)來說,應選擇堿式氯化鋁或亞硫酸氫鈉等堿性漂白劑進行漂白處理;而對于離子型紙漿(如木漿)來說,則應選擇氫氧化鋁或亞硫酸氫鹽等酸性漂白劑進行漂白處理。在烘干過程中應選擇適宜的溫度、濕度以及風量等參數(shù)。其中,風量通常根據(jù)成品紙中纖維含量以及打漿度來確定。在實際應用過程中,為了提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本、保護生態(tài)環(huán)境等目的,應根據(jù)具體情況合理設計相關系統(tǒng)。

圖2 廢紙脫墨漿流程

3.2 工藝流程

紙漿經(jīng)機械篩選后,由DIP漿料倉進入打漿器,隨后經(jīng)刮板機進行打漿,紙漿在刮板機上通過自身的重力作用流向浮選段,經(jīng)浮選段內(nèi)的浮選柱進行分選,將不符合要求的纖維分離出來,并進入后續(xù)的酸洗和堿洗工序。酸洗和堿洗工序均采用NaOH溶液,主要目的是將紙漿中的纖維素去除;酸洗工序后得到的紙漿經(jīng)過兩級洗滌得到堿洗除雜、預脫木質(zhì)素后,再由后續(xù)的洗滌工序得到高白度的紙漿。紙漿在洗滌過程中所用的化學藥劑主要有NaOH、Na2CO3、NaHCO3和H2O2等。經(jīng)DIP制漿技術(shù)處理后的紙漿還需要經(jīng)過干燥、制漿、打漿、漂白等工序,其中漂白工序是該紙廠DIP制漿技術(shù)應用最多的環(huán)節(jié)。經(jīng)DIP制漿處理后的紙漿在經(jīng)過漂白工序后可得到高白度紙漿。目前,該紙廠生產(chǎn)的高檔文化紙均采用這一流程進行生產(chǎn)。經(jīng)DIP制漿技術(shù)處理后,文化用紙的纖維結(jié)構(gòu)和性能得到了明顯改善,并能有效降低生產(chǎn)成本。

3.3 運行效果

DIP制漿技術(shù)在實際應用中的效果主要表現(xiàn)為以下幾個方面:(1)紙漿白度得到提高。DIP制漿技術(shù)可將紙漿中的纖維及半纖維素含量從8%左右降低至2%～3%,同時還可以將紙漿的化學組成進行改善,使其符合高檔文化紙的生產(chǎn)要求。(2)提高生產(chǎn)效率。DIP制漿技術(shù)對紙漿中的纖維及半纖維素含量進行有效控制后,可以將其打漿時間縮短,從而使生產(chǎn)效率得到提升。DIP制漿技術(shù)可以有效降低紙漿中的纖維及半纖維素含量,可使生產(chǎn)成本得到降低,進而提高企業(yè)的經(jīng)濟效益。DIP制漿技術(shù)應用于高檔文化紙的生產(chǎn)中,不僅可以提高紙漿質(zhì)量,而且還可以減少對環(huán)境造成的污染。綜上所述,DIP制漿技術(shù)在高檔文化紙生產(chǎn)中具有良好的應用效果,有利于推動造紙工業(yè)向可持續(xù)發(fā)展方向邁進。

4 加強DIP制漿技術(shù)的理論研究

DIP制漿技術(shù)是一項新的制漿技術(shù),目前還沒有較為完善的理論體系來指導其在造紙工業(yè)中的應用。因此,未來應加強DIP制漿技術(shù)的理論研究,使DIP制漿技術(shù)更好地為造紙工業(yè)服務。首先,應加強對DIP制漿過程中各階段的機理研究,包括制漿過程中化學試劑的作用機理、酶活測試方法以及DIP制漿過程中木質(zhì)素降解機理等。其次,應加強對DIP制漿過程中各階段的反應機理研究,包括預處理、加酶、蒸煮、干燥等各個階段中各反應過程及相互影響作用。此外,還應加強對DIP制漿工藝優(yōu)化及優(yōu)化控制技術(shù)研究。最后,應加強對DIP制漿技術(shù)在實際應用過程中出現(xiàn)問題的研究。同時,還應加強對DIP制漿技術(shù)在實際生產(chǎn)應用中出現(xiàn)問題的解決措施研究,使DIP制漿技術(shù)更好地為造紙工業(yè)服務,進一步推動DIP制漿技術(shù)在我國文化用紙領域的應用。

4.1 研發(fā)適合我國國情的DIP制漿設備

與傳統(tǒng)制漿技術(shù)相比,DIP制漿技術(shù)具有改善纖維質(zhì)量、提高成紙強度等優(yōu)勢,因此,DIP制漿技術(shù)在我國文化用紙領域的應用具有廣闊的發(fā)展前景。由于我國傳統(tǒng)制漿工藝相對落后,且大多采用化學法制漿,因此,在我國DIP制漿技術(shù)應用過程中仍存在一些問題。(1)目前,我國的DIP制漿設備多為國外進口或與國外廠家合作生產(chǎn)的設備。由于DIP制漿工藝的特殊性,需要在不同的階段添加不同的酶,因此需要研發(fā)適合我國國情的DIP制漿設備。此外,目前生產(chǎn)DIP制漿設備的企業(yè)較多,但相關企業(yè)提供的設備不盡相同,因此需要進一步研發(fā)適合不同企業(yè)使用的DIP制漿設備。(2)目前國內(nèi)DIP制漿設備生產(chǎn)廠家較少。由于DIP制漿技術(shù)屬于較為先進的制漿技術(shù),因此對生產(chǎn)設備的要求較高。在我國文化用紙領域應用DIP制漿技術(shù)時,應注重選擇具有較強研發(fā)能力和生產(chǎn)經(jīng)驗的企業(yè)進行合作。此外,還應加強對現(xiàn)有DIP制漿設備的改造與升級工作。

4.2 加強DIP制漿技術(shù)的應用推廣

近年來,DIP制漿技術(shù)在我國造紙行業(yè)取得了長足進步,但仍有一些企業(yè)對DIP制漿技術(shù)的認識不足,未將DIP制漿技術(shù)應用到實際生產(chǎn)中。此外,由于國內(nèi)企業(yè)在DIP制漿技術(shù)應用方面的經(jīng)驗不足,對DIP制漿技術(shù)的操作規(guī)范和操作流程掌握不夠,導致DIP制漿技術(shù)在我國文化用紙領域的推廣應用效果不佳。深入開展對DIP制漿技術(shù)的研究,全面掌握其各項指標、性能以及在文化用紙領域應用的可行性,并進行相關工藝條件優(yōu)化研究。根據(jù)不同品種、不同等級文化用紙對纖維質(zhì)量和紙張性能的要求,綜合考慮紙機運行速度、生產(chǎn)成本以及環(huán)境效益等因素,選擇合適的DIP制漿工藝。同時,為保證紙機運行速度和成紙質(zhì)量,需要在制漿工藝中合理添加酶,提高纖維質(zhì)量和改善紙張性能。

4.3 加強DIP制漿過程中纖維素酶的研發(fā)

在DIP制漿過程中使用纖維素酶能夠使紙漿中的纖維結(jié)構(gòu)得到優(yōu)化,使纖維變得更加細密,并提高紙漿的性能。此外,在DIP制漿過程中添加纖維素酶后還可以使制漿液中的化學試劑用量減少1/3～1/2左右。DIP制漿過程中添加纖維素酶的主要作用是降低紙漿中的纖維素含量,提高紙漿的物理強度。在DIP制漿過程中添加纖維素酶還能夠促進紙漿中灰分、蛋白質(zhì)等成分的脫除和吸附作用。注:文章內(nèi)所有公式及圖表請以PDF形式查看。

結(jié)束語

綜上所述,DIP制漿技術(shù)對纖維的損傷程度較低,有利于改善紙張性能。DIP制漿可提高紙機運行速度和成紙質(zhì)量,降低能耗,減少污染物排放。使用DIP制漿技術(shù),漿料的化學結(jié)構(gòu)得到優(yōu)化,纖維質(zhì)量得到改善,可滿足高檔文化印刷紙對纖維質(zhì)量的要求。