傳統(tǒng)造紙理念的創(chuàng)新型技術(shù)
——泡沫成形技術(shù)及其應(yīng)用前景

泡沫用于紙頁成形可追溯到20世紀(jì)70年代或80年代，從表面上看這是一個(gè)相對簡單的理念。與纖維-水混合物不同，泡沫成形技術(shù)將纖維及其他漿料組分與泡沫混合，泡沫由水、發(fā)泡劑和空氣形成。最終的泡沫混合物含有30%～70%的空氣和氣泡，可以防止纖維在流漿箱發(fā)生絮聚。這有利于生產(chǎn)低定量紙張，可節(jié)省資源；對于傳統(tǒng)原料，無論是細(xì)小的納米顆粒還是大尺寸的長纖維，為其開辟了一種創(chuàng)新型的應(yīng)用方法。

目前，泡沫成形理念正在維美德位于芬蘭Jyvaskyla的試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行商業(yè)化應(yīng)用的測試，該理念在成品性能和節(jié)省原料、能源和水資源方面引人關(guān)注。

1　效益

由泡沫抄紙技術(shù)形成的紙和紙板，無論纖維尺寸的長短，均具有良好的勻度，而且可以在低定量條件下賦予紙頁較高的松厚度和強(qiáng)度，這使得該技術(shù)成為低定量紙應(yīng)用的理想之選；而利用傳統(tǒng)的纖維-水抄造的紙張難以實(shí)現(xiàn)松厚度和強(qiáng)度的同時(shí)改善。

降低紙或紙板的定量可改善脫水，減少干燥能耗，降低化學(xué)品使用成本。采用該技術(shù)可充分利用各種原料，從納米顆粒到長纖維，以實(shí)現(xiàn)優(yōu)良的產(chǎn)品性能。

泡沫成形技術(shù)的初始目標(biāo)是用于紙張、包裝材料、低定量紙、非織物、絕緣材料、衛(wèi)生產(chǎn)品以及其他復(fù)合材料中，以大幅節(jié)省原料（20%～40%）、能源（50%～60%）和用水（60%～80%），實(shí)際節(jié)省程度將因生產(chǎn)原料和產(chǎn)品的不同而有所差異。這一技術(shù)有潛力將工廠的碳和水足跡降低40%之多。

泡沫成形技術(shù)不僅能提升現(xiàn)有產(chǎn)品的競爭力，而且是造紙業(yè)通過降低定量實(shí)現(xiàn)資源高效的一個(gè)飛躍。實(shí)驗(yàn)室測試結(jié)果表明，利用泡沫成形技術(shù)抄造的紙頁要比僅用水抄造的紙頁質(zhì)量減少50%以上。

2　方法

據(jù)北歐地區(qū)最大的綜合研究機(jī)構(gòu)VTT稱，雖然可以測定出泡沫成形紙頁具有的眾多純泡沫的特性，但是泡沫-纖維體系中發(fā)泡劑和造紙?jiān)祥g的化學(xué)結(jié)合卻知之甚少。通過與瑞典一家化學(xué)品公司的合作，VTT實(shí)驗(yàn)室測試了不同表面活性劑、纖維和造紙助劑之間的聯(lián)系，分析了用于生產(chǎn)具有特定空氣含量和氣泡粒徑分布的纖維-泡沫體系的幾種表面活性劑。

VTT在2012年1月首次對泡沫成形理論進(jìn)行中試試驗(yàn)，采用的是VTT SUORA中試規(guī)模試驗(yàn)機(jī)，寬300 mm，車速2 000 m/min。從設(shè)計(jì)思路到中試試驗(yàn)僅用了8個(gè)月的時(shí)間（圖1～3分別為VTT SUORA中試規(guī)模試驗(yàn)機(jī)生產(chǎn)現(xiàn)場、紙機(jī)成形網(wǎng)的泡沫和紙機(jī)碎漿機(jī)的泡沫）。

此外，VTT發(fā)現(xiàn)對傳統(tǒng)紙機(jī)進(jìn)行改造用于泡沫成形紙張的生產(chǎn)并沒有想象中的困難，只需要更換泵，重新配置流漿箱、流送系統(tǒng)和真空系統(tǒng)，并提供一種可在線測量泡沫密度、穩(wěn)定性和氣泡粒徑的方法。

圖1　VTT SUORA中試規(guī)模試驗(yàn)機(jī)生產(chǎn)現(xiàn)場

圖2　VTT SUORA成形網(wǎng)的泡沫

圖3　碎漿機(jī)中的泡沫

下階段（目前該階段正在進(jìn)行中）是利用維美德的2號中試紙機(jī)進(jìn)行商業(yè)化測試。當(dāng)全面測試完成后，維美德將在其產(chǎn)品生產(chǎn)線內(nèi)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。除了會對紙和紙板的生產(chǎn)帶來重大利益及對現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行簡單的改造外，泡沫成形理念還將為未來發(fā)展提供有利條件。一位見證泡沫成形工藝的目擊者稱，這使得無需添加額外的長網(wǎng)紙機(jī)而生產(chǎn)不同產(chǎn)品成為可能。

3　展望

自2015年1月開始，VTT和維美德為泡沫成形理念的規(guī)模擴(kuò)張創(chuàng)造了基礎(chǔ)條件，這需要?dú)W盟的裁決以及一些公司的參與（有興趣的公司現(xiàn)在仍然可以參與此項(xiàng)目）。

利用泡沫成形技術(shù)可以改善現(xiàn)有包裝材料、紙和紙板產(chǎn)品的性能，可生產(chǎn)具有高孔隙率、低定量和高平滑度的不同種類產(chǎn)品，例如衛(wèi)生用品、絕緣材料和過濾產(chǎn)品，也可用于智能印刷、電子產(chǎn)品和微細(xì)纖維領(lǐng)域；并且通過不同原材料的結(jié)合，有助于開發(fā)可持續(xù)發(fā)展材料，其發(fā)展前景廣闊，對于無紡布材料的應(yīng)用具有較大的價(jià)值，可用于建筑、絕緣、吸聲和包裝產(chǎn)品，甚至可用作植物生長所用可持續(xù)性的、高性能的生長介質(zhì)。

（楊揚(yáng)編譯）