打漿發(fā)展歷程與趨勢

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本文作者：劉士亮胡慶喜作者單位：華南理工大學(xué)

最早在制漿造紙行業(yè)提出研究中濃設(shè)備及技術(shù)并在生產(chǎn)上應(yīng)用的是以瑞典為代表的歐美國家，在上世紀(jì)80年代，中濃制漿造紙技術(shù)已經(jīng)在歐美發(fā)達(dá)國家得到較好的普及和推廣。國內(nèi)對中濃打漿技術(shù)及設(shè)備的研發(fā)始于上世紀(jì)90年代，華南理工大學(xué)造紙與污染控制國家工程研究中心率先在國內(nèi)開發(fā)出適合國內(nèi)造紙行業(yè)特點的系列中濃制漿造紙設(shè)備及技術(shù)，中濃打漿設(shè)備及技術(shù)就是其中之一，該設(shè)備及技術(shù)適應(yīng)了國內(nèi)造紙企業(yè)規(guī)模和原料現(xiàn)狀，為造紙企業(yè)創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

近年來，造紙行業(yè)發(fā)展極為迅速，造紙原料及企業(yè)規(guī)模發(fā)生了很大的變化，具體表現(xiàn)為：造紙原料中木漿的比例增加明顯，草漿的比例顯著下降，造紙企業(yè)向大規(guī)模化、集成化的方向發(fā)展。根據(jù)造紙行業(yè)的變化和發(fā)展趨勢，華南理工大學(xué)造紙與污染控制國家工程研究中心和制漿造紙工程國家重點實驗室在原有的ZDPM中濃液壓單盤磨漿機(jī)的基礎(chǔ)上，開發(fā)出適應(yīng)這種變化和發(fā)展趨勢的更加高效的大功率ZDPS中濃液壓式雙盤磨漿機(jī)，其功率為280~1000kW，盤磨機(jī)磨片直徑750~1000mm，適用濃度可達(dá)8%~12%，生產(chǎn)能力可達(dá)80~200t•d-1（絕干漿）。目前，新開發(fā)的中濃打漿設(shè)備及技術(shù)已經(jīng)在貴州、福建、湖南等地的多家造紙企業(yè)中應(yīng)用推廣并獲得了企業(yè)的好評。本文根據(jù)多年來在中濃打漿領(lǐng)域的研究成果和生產(chǎn)應(yīng)用實踐，探討中濃打漿技術(shù)在國內(nèi)的發(fā)展歷程及前景。

1ZDPM中濃液壓單盤磨漿機(jī)和ZDPS中濃液壓雙盤磨漿機(jī)的差別

ZDPM中濃液壓單盤磨漿機(jī)是國內(nèi)研制較早的中濃打漿設(shè)備，在上世紀(jì)90年代初我們研制成功并推廣應(yīng)用到生產(chǎn)上（見圖1）。與傳統(tǒng)的低濃雙盤磨漿機(jī)相比，生產(chǎn)應(yīng)用表明該設(shè)備具有如下一些特點和優(yōu)勢：（1）打漿濃度較高，可以在8%~12%的紙漿濃度下打漿，在生產(chǎn)使用過程中紙漿絕干漿通過量比同功率的低濃打漿設(shè)備要大；（2）采用液壓進(jìn)退刀和調(diào)節(jié)磨片的間隙，反應(yīng)靈敏，操作簡單；（3）與傳統(tǒng)低濃磨漿機(jī)定距打漿不同，ZDPM中濃液壓單盤磨漿機(jī)采用定壓打漿，使得磨漿區(qū)的打漿壓力比較穩(wěn)定而保證打漿質(zhì)量的穩(wěn)定；（4）與傳統(tǒng)的低濃打漿相比，中濃打漿能提高產(chǎn)品的物理強(qiáng)度15%~35%，打漿能耗降低20%~40%。但在長期的應(yīng)用過程中，我們也發(fā)現(xiàn)ZDPM中濃液壓單盤磨漿機(jī)存在一些需要改善的地方：（1）在漿種的適應(yīng)性方面，ZDPM中濃液壓單盤磨漿機(jī)對廢紙漿、草類漿的打漿效果較好，但對木漿的打漿優(yōu)勢不明顯；（2）設(shè)備的維修工作量較大。

近年來，針對造紙行業(yè)企業(yè)規(guī)模和造紙原料的發(fā)展趨勢，我們在第一代中濃磨漿設(shè)備——ZDPM中濃液壓單盤磨漿機(jī)的基礎(chǔ)上，研制開發(fā)出大功率ZDPS中濃液壓雙盤磨漿機(jī)（見圖2）。該盤磨機(jī)除了具有第一代產(chǎn)品的優(yōu)點外，還具備：（1）對木漿優(yōu)越的打漿性能，表現(xiàn)為漿料打到較高的打漿度時具有良好的分絲帚化效果，并較好地保留纖維長度；（2）恒量定壓打漿功能，即在打漿過程中，通過穩(wěn)流穩(wěn)壓器保持離心漿泵依設(shè)定值恒量恒壓供漿，同時依不同漿種，通過調(diào)節(jié)盤磨機(jī)液壓系統(tǒng)調(diào)壓閥的壓力設(shè)定打漿壓力來實現(xiàn)，保證打漿質(zhì)量的均勻性與穩(wěn)定；（3）該新型中濃雙盤磨漿機(jī)的液壓系統(tǒng)設(shè)有保壓回路，因此，在生產(chǎn)使用過程中調(diào)好進(jìn)刀和打漿壓力后，液壓泵的電機(jī)可以關(guān)停而起到節(jié)能的效果；（4）設(shè)備的穩(wěn)定性好、維修工作量小。

2中濃打漿典型的生產(chǎn)工藝流程

對兩種設(shè)備而言，基本的中濃打漿工藝是很相似的，只是在中濃磨漿機(jī)的進(jìn)料方式上存在一點差別，由于設(shè)備結(jié)構(gòu)的差異，中濃單盤磨漿機(jī)進(jìn)漿方式除了中濃漿泵輸送之外，還可以采取盤磨機(jī)自吸式進(jìn)漿，在這種進(jìn)漿方式中，盤磨機(jī)替代了漿泵的輸送功能，但在某種程度上也降低了盤磨機(jī)的打漿功能，輸送效能較低，所以在生產(chǎn)上建議采取中濃漿泵來完成紙漿的輸送工作，如圖3所示。另外，考慮到生產(chǎn)上的兼容問題，如果生產(chǎn)上采用的是低濃碎漿機(jī)，則只需要在低濃碎漿機(jī)的后續(xù)工段增加濃縮設(shè)備，將紙漿濃縮至8%以上的濃度再進(jìn)行中濃打漿即可。

3中濃打漿的生產(chǎn)應(yīng)用效果及與傳統(tǒng)低濃打漿的比較

3.1中濃打漿成漿參數(shù)、纖維形態(tài)及與低濃打漿的對比

以商品闊葉木（桉木）漿和商品竹漿為原料配抄生產(chǎn)高檔的靜電復(fù)印紙、郵票紙等紙種的生產(chǎn)為例來探討中、低濃打漿應(yīng)用效果的差別。鑒于兩種漿料都屬于短纖維漿種，生產(chǎn)過程中在保證漿料流動性能的同時應(yīng)盡量提高其濃縮后的打漿濃度（一般為8%~10%），以達(dá)到增強(qiáng)中濃磨室內(nèi)高速湍流中的小纖維網(wǎng)絡(luò)自身的強(qiáng)度及其相互之間的作用以獲得較好的內(nèi)外細(xì)纖維化效果，中濃打漿后成漿性質(zhì)及與原有的低濃打漿情況的比較見表表2。由表1不難看出：中濃打漿較傳統(tǒng)的低濃打漿，在打漿至同樣的打漿度時，成漿濕重較大，這說明中濃打漿時的纖維自身長度保留較好，纖維的固有強(qiáng)度損失較少，這對于固有強(qiáng)度較差的短纖維漿種尤為重要。從表2的數(shù)據(jù)可知：低濃打漿時，留在100目以上的較長纖維組分僅占52.3%，而中濃打漿在相近的打漿度時留在100目以上的纖維組分的比例卻高達(dá)72.5%，細(xì)碎組分低濃打漿時為47.7%，而中濃打漿卻降至27.5%，從纖維各組分的比例來看，中濃打漿設(shè)備處理后的紙漿篩分分布比較均勻，有利于紙頁勻度的改善。為了觀察中濃打漿后的纖維形態(tài)，我們對中濃打漿成漿的纖維進(jìn)行了SEM掃描并同企業(yè)原有傳統(tǒng)低濃打漿后的漿料纖維形態(tài)作對比，以探究兩種不同打漿方式成漿纖維形態(tài)的差異（如圖4、圖5）。從圖4、圖5的纖維形態(tài)照片對比看出：在打漿至44oSR左右的打漿度值時，較之于傳統(tǒng)的低濃打漿，中濃打漿后的成漿纖維表現(xiàn)出更加顯著的細(xì)纖維化特性，纖維切斷較少，縱向撕裂、撓曲性改善，纖維被壓潰，結(jié)合面積變大；而傳統(tǒng)低濃打漿后的成漿纖維表面較為光滑，內(nèi)外細(xì)纖維化不很顯著，有較多的纖維切斷現(xiàn)象。纖維形態(tài)的對比說明了中濃打漿比傳統(tǒng)的低濃打漿具有更加優(yōu)越的增加游離羥基的能力和適抄性質(zhì)，從而賦予紙頁較高的物理強(qiáng)度和良好的紙頁勻度。

3.2中、低濃打漿抄造紙頁性能的比較

在生產(chǎn)使用過程中，我們對中濃打漿抄造紙頁的物理性能指標(biāo)和紙頁的勻度進(jìn)行了檢測并與傳統(tǒng)低濃打漿抄造的產(chǎn)品進(jìn)行了對比，檢測結(jié)果如表3所示。從表3可知，與企業(yè)使用的傳統(tǒng)低濃打漿相比，在打漿至相似的打漿度時，中濃打漿抄造出來的紙頁強(qiáng)度指標(biāo)具有較大幅度的提高，如紙頁裂斷長由低濃打漿時的3980m提高到5100m，撕裂指數(shù)從5.19mN•m2•g-1提高到7.15mN.m2•m-2，紙頁塵埃度從低濃打漿時的15個•m-2降低至6個•m-2，緊度也從0.71g•cm-3提高到0.79g•cm-3。紙頁裂斷長、撕裂指數(shù)的提高一方面說明了纖維表面結(jié)合能力大大改善，另一方面也說明纖維的固有強(qiáng)度保留較好，而對于短纖維漿種而言，這兩方面性能的提高無疑可以提高該漿種的適用范圍和使用品質(zhì)，因而使得完全采用價格較為低廉的短纖維漿種（闊葉木漿或竹漿）抄造高檔紙種成為可能。緊度的提高也說明了這一點；此外，從塵埃度的變化也不難推斷，中濃打漿對纖維束具有很強(qiáng)的疏解能力，這也有利于改善紙頁的勻度。與傳統(tǒng)的低濃盤磨機(jī)打漿相比，國內(nèi)研制的中濃盤磨機(jī)在生產(chǎn)應(yīng)用中表現(xiàn)出了較好的綜合優(yōu)勢，這是由中濃打漿機(jī)理和中濃盤磨機(jī)的設(shè)備特點所決定的：首先，中濃打漿對纖維的內(nèi)外細(xì)纖維化主要靠纖維內(nèi)部的“摩擦形變作用”來完成[2]，磨齒對纖維的機(jī)械剪切作用比較小，從而使得纖維的長度和纖維的固有強(qiáng)度受到的損傷比較小，纖維間的結(jié)合能力明顯改善；其次，中濃磨漿機(jī)恒量定壓打漿也保證了打漿生產(chǎn)過程中打漿質(zhì)量的穩(wěn)定，纖維受到的打漿作用不會受到磨片磨損、磨片間隙變化而造成的質(zhì)量波動；另外，中濃打漿后成漿纖維長度被切斷較少，細(xì)碎成分減少，所以網(wǎng)部流失和兩面差減小，纖維長度分布較為均勻，而且纖維的柔韌性和可塑性較好，纖維之間結(jié)合緊密而抄造出較好勻度的紙頁。

4中濃打漿設(shè)備及技術(shù)的應(yīng)用前景

自從上世紀(jì)90年代在國內(nèi)率先研制中濃打漿設(shè)備及其技術(shù)以來，華南理工大學(xué)造紙污染控制國家工程研究中心與制漿造紙國家重點實驗室就根據(jù)生產(chǎn)應(yīng)用效果、我國造紙原料特點和造紙企業(yè)規(guī)模發(fā)展趨勢，不斷對中濃打漿設(shè)備及其技術(shù)進(jìn)行發(fā)展和完善。從早期的小功率ZDPM中濃液壓單盤磨漿機(jī)發(fā)展到大功率、高自動化的ZDPM中濃液壓單盤磨漿機(jī)，以及最新研制成功并推廣到生產(chǎn)應(yīng)用的大功率ZDPS中濃液壓雙盤磨漿機(jī)，更好地適應(yīng)了我國造紙行業(yè)的企業(yè)集成化、原料木漿化等發(fā)展趨勢，該中濃打漿設(shè)備及技術(shù)在國內(nèi)造紙行業(yè)的推廣應(yīng)用必將促進(jìn)我國造紙行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，節(jié)約造紙企業(yè)的生產(chǎn)成本并提高造紙企業(yè)的國內(nèi)外的市場競爭力。