齊書田 張美云 王 建 王權(quán)科

(1.陜西科技大學(xué)，陜西西安，710021;

2.河南漯河銀鴿實(shí)業(yè)投資股份有限公司，河南漯河，462000)

近年來(lái)，隨著磨漿工藝的不斷發(fā)展，對(duì)高得率漿的質(zhì)量要求及能耗要求也在不斷提高。同時(shí)在質(zhì)量要求較高的紙產(chǎn)品中，用高得率漿替代更多昂貴的化學(xué)漿也成為發(fā)展的進(jìn)一步要求［1］。如在白卡紙的生產(chǎn)過(guò)程中，APMP主要用于面層和芯層，減少化學(xué)木漿在面層的使用量，且能適當(dāng)提高紙板挺度，改善紙板表面印刷適性，降低生產(chǎn)成本［2］。除此之外，環(huán)境保護(hù)的壓力越來(lái)越大，這也要求高得率漿生產(chǎn)過(guò)程能夠?qū)崿F(xiàn)低污染物排放、低能耗［3］。因此，目前很多高得率漿研究的方向?yàn)楦咂焚|(zhì)、低能耗制漿。

化機(jī)漿的生產(chǎn)一般需要經(jīng)過(guò)兩段磨漿后得到所需游離度的漿料。從生產(chǎn)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，木片經(jīng)過(guò)一段高濃磨后，大部分木片已經(jīng)被有效分離成為纖維，這部分被有效分離的纖維將混同未分離的纖維束進(jìn)行第二段磨漿。因此，如果能夠?qū)⑦@部分被有效分離的纖維進(jìn)行篩分，僅將未分離的纖維束用于第二段磨漿，將會(huì)減少第二段磨漿的總量，從而降低磨漿能耗，本課題將這種磨漿方式定義為化機(jī)漿的選擇性磨漿。有研究表明，加拿大短葉松對(duì)選擇性磨漿具有較好的適應(yīng)性，與對(duì)所有漿料進(jìn)行磨漿相比，針對(duì)長(zhǎng)纖維的選擇性磨漿在提高強(qiáng)度的同時(shí)還可以降低磨漿能耗［4-5］;林友鋒等人［6］發(fā)現(xiàn)，對(duì)云杉TMP實(shí)施選擇性磨漿，可以降低磨漿能耗。但是以上研究都沒(méi)有提到針對(duì)纖維束的選擇性磨漿及一段高濃磨后紙漿的游離度對(duì)選擇性磨漿的影響。

根據(jù)前期工作，利用纖維束篩將一段高濃磨后的半成品化機(jī)漿篩分為纖維束和漿A，將纖維束用盤磨磨漿至不同游離度后回添至漿A中，制備化機(jī)漿，這種選擇性磨漿方式可降低楊木P-RC APMP的磨漿能耗，提高成紙松厚度，但成紙強(qiáng)度略有降低。本實(shí)驗(yàn)在前期工作的基礎(chǔ)上，將半成品化機(jī)漿磨至較低游離度，對(duì)比不同游離度的半成品化機(jī)漿對(duì)選擇性磨漿以及成紙性能的影響，以期對(duì)化機(jī)漿生產(chǎn)及應(yīng)用提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

山東某廠楊木P-RC APMP生產(chǎn)線上經(jīng)過(guò)一段高濃磨后的漿 (定義為半成品化機(jī)漿1)，游離度710 mL。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

ZSP-300盤磨機(jī) (吉林機(jī)械廠);纖維束篩分儀(PTI);CSF游離度儀 (加拿大);TAPPI標(biāo)準(zhǔn)抄片器 (陜西科技大學(xué)機(jī)械廠);DC-HJ Y03電腦測(cè)控厚度緊度儀 (四川省長(zhǎng)江儀器廠);SEO64抗張強(qiáng)度儀(瑞典L＆W公司);ProTear撕裂度測(cè)定儀 (美國(guó)MIT公司);KRK內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度儀 (日本KUMAGAI RIKI KOGYO公司);PCD194E-2S4多功能智能電表 (西安亞川電力科技有限公司)。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 半成品化機(jī)漿2的制備

取一定量的半成品化機(jī)漿1，浸泡24 h后，將濃度調(diào)至25%，盤磨機(jī)主軸轉(zhuǎn)速3000 r/min，喂料螺旋轉(zhuǎn)速300 r/min，調(diào)整磨漿間隙，將半成品化機(jī)漿1磨漿至游離度為600 mL，即為半成品化機(jī)漿2。

1.3.2 纖維束篩分

分別取一定量半成品化機(jī)漿1和半成品化機(jī)漿2，浸泡24 h后，將漿料濃度調(diào)至1%，利用纖維束篩分儀進(jìn)行篩分，將篩出的纖維束 (纖維束1、纖維束2)與漿A(A1、A2)分開收集，濃縮測(cè)定漿A1和漿A2的游離度及纖維束含量后備用 (見表1)。

表1 篩選前后漿料的纖維束含量與漿料特性

1.3.3 纖維束磨漿

將篩出的纖維束1、纖維束2均濃縮至25%的濃度，分別使用高濃盤磨機(jī)磨漿。盤磨機(jī)主軸轉(zhuǎn)速3000 r/min，喂料螺旋轉(zhuǎn)速300 r/min，調(diào)整磨漿間隙，獲得不同游離度的漿B(分別按照纖維束1、纖維束2定義為B1、B2)，漿B篩除纖維束后，按照篩出比例回添至漿A，混合均勻后制備為漿C(分別按照纖維束1、纖維束2定義為C1、C2)，供成紙性能測(cè)試使用。

1.3.4 漿C制備流程

漿C的制備流程見圖1和圖2。

圖2 漿C2制備流程圖

1.3.5 手抄片的制備及性能檢測(cè)

取一定量的漿C，在白水循環(huán)條件下，利用TAPPI標(biāo)準(zhǔn)抄片器制備手抄片，前5張用于制白水，后5張抄造手抄片，恒溫恒濕條件下風(fēng)干后平衡水分，然后按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定手抄片的性能。

2 結(jié)果與討論

2.1 纖維束磨漿能耗

漿B1、漿B2的游離度與二段磨漿能耗的關(guān)系如圖3所示。由圖3可知，隨著漿B游離度不斷降低，二段磨漿能耗不斷升高，但是由于半成品化機(jī)漿2游離度較低，篩出的纖維束游離度也較低，所以漿B2二段磨漿能耗較低，但把漿B1和B2磨至游離度100 mL左右時(shí)，所需能耗基本相同，均需要很高的能耗。

圖3 漿B游離度對(duì)二段磨漿能耗的影響

2.2 纖維束磨漿能耗對(duì)漿C能耗的影響

漿B1按照41.8%的比例回添至漿A1中，制備漿C1，漿B2按照27.5%的比例回添至漿A2中，制備漿C2，測(cè)定漿C游離度，并按照?qǐng)D3能耗值計(jì)算漿C能耗，其中漿C2能耗值應(yīng)加上由半成品化機(jī)漿1磨至半成品化機(jī)漿2所需的能耗157.5 kWh/t，結(jié)果見表2。由表2可以看出，隨著漿B游離度的不斷降低，無(wú)論對(duì)漿C1還是漿C2來(lái)說(shuō)，能耗都不斷升高，綜合圖3和表2可以看出，制備漿B2的能耗低于制備漿B1的能耗，但是漿C2的能耗卻高于漿C1的能耗，這是由于在對(duì)游離度為710 mL的半成品化機(jī)漿磨漿至游離度為600 mL時(shí)，所消耗的157.5 kWh/t能耗中，有一部分作用于已經(jīng)得以良好分離的纖維上。這部分作用在良好分離的纖維上所消耗的功，可以被視為無(wú)效功，因此，漿C2能耗高于漿C1。

表2 漿C游離度與能耗值

表3 對(duì)比漿手抄片性能及磨漿能耗

2.3 對(duì)比漿的選擇

本實(shí)驗(yàn)將出一段高濃磨的半成品化機(jī)漿利用高濃磨在25%的濃度下磨漿，篩除纖維束后所得到的漿料作為對(duì)比漿，與化機(jī)漿的選擇性磨漿進(jìn)行手抄片性能比較。對(duì)比漿手抄片性能及磨漿能耗見表3。分析對(duì)比表2和表3可以看出，當(dāng)實(shí)施選擇性磨漿時(shí)，漿B1的游離度為170 mL，所獲得漿C1與對(duì)比漿游離度基本一致;漿B2的游離度為185 mL時(shí)，所獲得漿C2與對(duì)比漿游離度一致，此時(shí)，漿C1的能耗304 kWh/t，漿C2的能耗340 kWh/t，相對(duì)于對(duì)比漿能耗分別降低了13.1%和2.9%，而與游離度600 mL相比，游離度710 mL時(shí)，能耗降低10.6%。

2.4 漿C與對(duì)比漿手抄片性能比較

2.4.1 松厚度

漿C1、漿C2與對(duì)比漿松厚度變化如圖4所示。由圖4可以看出，當(dāng)游離度大于300 mL時(shí)，漿C1、漿C2松厚度均大于對(duì)比漿松厚度，這是由于組成漿C1和漿C2的漿A1和漿A2都是又粗又長(zhǎng)的纖維，有利于松厚度的提高。從圖4還可以看出，在游離度相同的情況下，漿C1的松厚度均高于漿C2的松厚度，對(duì)漿C1和漿C2松厚度的影響主要有兩方面，一是漿A1和漿A2的纖維粗大程度，二是漿A1和漿A2在漿C1和漿C2中所占的比例，漿A1的纖維比漿A2的纖維粗大，漿A2在漿C2中所占的比例較大，由此可見纖維的粗大程度在對(duì)松厚度的影響上占據(jù)主導(dǎo)地位。另外，當(dāng)漿C1游離度為305 mL時(shí)，其松厚度為3.81 cm3/g，相對(duì)于對(duì)比漿增加了11.6%;當(dāng)漿C2游離度為310 mL時(shí)，其松厚度為3.57 cm3/g，相對(duì)于對(duì)比漿增加了4.7%。當(dāng)一段高濃磨漿后漿游離度為710 mL時(shí)，與出漿游離度600 mL相比，漿C1可以獲得更好的松厚度，比漿C2的松厚度高6.7%。

圖4 手抄片松厚度變化

圖5 抗張強(qiáng)度變化

圖6 撕裂強(qiáng)度變化

圖7 內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度變化

2.4.2 抗張強(qiáng)度

漿C1、漿C2與對(duì)比漿抗張強(qiáng)度變化如圖5所示。由圖5可以看出，當(dāng)游離度低于300 mL時(shí)，漿C1、漿C2抗張強(qiáng)度才大于對(duì)比漿抗張強(qiáng)度;在游離度相同的情況下，漿C2的抗張強(qiáng)度要高于漿C1的抗張強(qiáng)度。雖然漿C1中添加的細(xì)小組分較多，但是由于其中漿A1游離度較大，分絲帚化較少，與細(xì)小組分之間難以形成良好的氫鍵結(jié)合，所以漿C1的抗張強(qiáng)度低于漿C2的抗張強(qiáng)度。另外當(dāng)漿C1的游離度為305 mL時(shí)，其抗張指數(shù)為13.4 N·m/g，相對(duì)于對(duì)比漿下降了10.5%;當(dāng)漿C2游離度為310 mL時(shí)，其抗張指數(shù)為14.3 N·m/g，相對(duì)于對(duì)比漿下降了4.2%。一段高濃磨漿后漿游離度為710 mL時(shí)，與出漿游離度600 mL相比，漿C2可以獲得更好的抗張強(qiáng)度，漿C1比漿C2的抗張指數(shù)降低了6.6%。

2.4.3 撕裂強(qiáng)度

漿C1、漿C2與對(duì)比漿撕裂強(qiáng)度變化如圖6所示。由圖6可以看出，當(dāng)游離度低于300 mL時(shí)，漿C1、漿C2撕裂強(qiáng)度才大于對(duì)比漿撕裂強(qiáng)度;在游離度相同的情況下，漿C2的撕裂強(qiáng)度基本均高于漿C1的撕裂強(qiáng)度，當(dāng)游離度接近300 mL時(shí)，漿C1、漿C2以及對(duì)比漿的撕裂強(qiáng)度基本相當(dāng)。另外當(dāng)漿C1的游離度為305 mL時(shí)，漿C1的撕裂強(qiáng)度高于對(duì)比漿，其撕裂指數(shù)為2.12 mN·m2/g，相對(duì)于對(duì)比漿提高了1.7%;當(dāng)漿C2游離度為310 mL時(shí)，其撕裂指數(shù)為2.08 mN·m2/g，與對(duì)比漿撕裂強(qiáng)度相當(dāng)。當(dāng)一段高濃磨漿后漿游離度為710 mL時(shí)，與出漿游離度600 mL相比，漿C1可以獲得更好的撕裂強(qiáng)度，漿C1的撕裂指數(shù)比漿C2高1.9%。

2.4.4 內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度

漿C1、漿C2與對(duì)比漿內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度變化如圖7所示。由圖7可以看出，當(dāng)游離度低于300 mL時(shí)，漿C1、漿C2內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度才大于對(duì)比漿內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度;在游離度相同的情況下，漿C2的內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度要高于漿C1的內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度，這是由于漿C2中的漿A2游離度較低，與細(xì)小組分能夠形成良好的氫鍵結(jié)合。另外當(dāng)漿C1的游離度為305 mL時(shí)，其內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度為43.6 J/m2，相對(duì)于對(duì)比漿下降了16.8%;當(dāng)漿 C2游離度為310 mL時(shí)，其內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度為45.9 J/m2，相對(duì)于對(duì)比漿下降了12.4%。一段高濃磨漿后漿游離度為710 mL時(shí)，與游離度600 mL相比，漿C2可以獲得更好的內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度，漿C1比漿C2內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度降低了4.9%。

3 結(jié)論

3.1 與對(duì)比漿 (游離度310 mL)相比，利用化機(jī)漿的選擇性磨漿，當(dāng)半成品化機(jī)漿游離度為710 mL，且選擇性磨漿所制備的化機(jī)漿與對(duì)比漿的游離度基本一致時(shí)，可以使化機(jī)漿生產(chǎn)過(guò)程的能耗降低13.1%，此時(shí)松厚度提高11.6%，撕裂指數(shù)升高1.7%，但抗張指數(shù)降低10.5%，內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度降低16.8%;當(dāng)半成品化機(jī)漿游離度為600 mL，且選擇性磨漿所制備的化機(jī)漿與對(duì)比漿的游離度基本一致時(shí)，能耗值降低2.9%，此時(shí)松厚度提高4.7%，撕裂強(qiáng)度相當(dāng)，但抗張指數(shù)降低4.2%，內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度降低12.4%。

3.2 通過(guò)一段高濃磨出漿的游離度對(duì)實(shí)施化機(jī)漿的選擇性磨漿的影響可以看出，一段高濃磨漿后漿游離度710 mL時(shí)，有利于磨漿能耗的降低，與游離度600 mL相比，能耗降低10.6%，此時(shí)松厚度和撕裂指數(shù)分別提高6.7%和1.9%，而抗張指數(shù)和內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度分別降低了6.6%和4.9%。

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