近年來(lái),本色生活用紙十分火爆,給竹漿帶來(lái)了前所未有的發(fā)展機遇。我國竹林資源豐富,在長(cháng)江流域及華南有廣泛分布,相對一般的闊葉木纖維原料,竹子的生長(cháng)期較短,兩三年即可成材,并且竹漿的平均纖維長(cháng)度較長(cháng)。而竹漿纖維的缺點(diǎn)是纖維長(cháng)短不均,纖維挺硬,雜細胞含量高。
在制漿過(guò)程中竹纖維細長(cháng),細胞壁堅硬,細胞交織緊密等特點(diǎn),不利于打漿。而通過(guò)打漿將緊密的細胞結構軟化后,紙頁(yè)才能具有較好的強度和柔軟度。通常打漿的方式主要有三種,分別是:游離狀打漿,粘狀打漿和半粘狀半游離狀打漿。游離狀打漿是以切斷作用為主,紙漿的濃度較低,此方法的磨片齒切斷能力強,在打漿時(shí)纖維容易被切斷,所抄造出的紙頁(yè)具有密度小而蓬松、不透明、伸縮性小、油墨容易附著(zhù)等特性。粘狀打漿是以纖維吸水潤脹,細纖維化為主的打漿方式。在實(shí)際操作中,在游離狀打漿到粘狀打漿之間還有半粘狀半游離狀打漿。竹漿纖維需要適當的分絲帚化和適當的切斷,增加纖維結合力,因此適合采用半粘狀半游離狀打漿。
目前漿廠(chǎng)一般采用低濃打漿的工藝,磨漿濃度為2%~9%,這種磨漿工藝技術(shù)成熟,在生產(chǎn)過(guò)程中應用廣泛,但對于竹漿來(lái)說(shuō)有一定的局限性。
竹漿不適合采用低濃磨漿的主要原因是:一、竹纖維雜細胞多,濾水速率慢,不利于提高車(chē)速;二、去除纖維束塵埃需要過(guò)度打漿,容易形成塵埃點(diǎn)、孔洞;三、無(wú)法兼顧纖維切斷與分絲帚化,從而導致紙頁(yè)柔軟度較差,手感不佳;四、打漿能耗很高。
湖南正達纖科針對竹漿不利于打漿的缺點(diǎn),提出了獨特有效的解決方案,該方案主要內容是兩方面:一是進(jìn)行磨盤(pán)改造,提高打漿效率;二是采用高濃打漿或者是高濃加低濃打漿相結合的打漿工藝。
磨盤(pán)改造:采用傳統的磨片磨漿,漿料在磨盤(pán)中自小半徑進(jìn)入齒縫后向大半徑方向運動(dòng)時(shí)周長(cháng)不斷變大,漿層從內向外不斷變薄,越是靠近外圓的齒面越薄,甚至掛不上漿,產(chǎn)生了空磨現象。半徑越大的磨盤(pán),其齒面空磨現象就越嚴重,降低了磨漿的效率。另外,整個(gè)齒面漿層厚薄不一,磨漿均勻度差,纖維被大量剪斷,但打漿度提高不多。
針對傳統磨盤(pán)空磨現象,湖南正達纖科提出無(wú)空磨理論,對磨片齒形進(jìn)行設計,將磨片劃分為若干個(gè)圓形區域,分別設計不同的齒寬和槽寬,磨盤(pán)由內向外齒深、單剪切區間寬度逐漸變小,齒槽面為帶坡度的斜面,使整個(gè)盤(pán)面齒面積最大的區域(磨盤(pán)的外圓)掛漿量增加,漿層從中心往外圓厚薄均勻,無(wú)空磨區,以提高磨漿的功效。
與傳統磨片相比,改良后的磨片具有以下優(yōu)勢:
使少漿或無(wú)漿的齒面掛上漿后增加了做功,磨漿效率可提高20%~40%,噸漿電耗較普通磨片降低20%~40%;
盤(pán)磨剪切次數可達8~16次,解決單臺磨機打漿度不高的問(wèn)題;
加大了齒深和齒寬,使漿料通過(guò)量加大;
由于解決了齒面漿料厚薄不一的問(wèn)題,從而大大提高了磨漿的均勻度;
減少了纖維的流失,降低了白水濃度,使排放的污水中細小纖維懸浮物大大降低。
改進(jìn)打漿工藝:工藝改進(jìn)的核心是采用高濃打漿,打漿過(guò)程中漿料先通過(guò)濃縮設備將濃度提升至15%~25%,再由螺旋輸送強制喂入高濃磨機,漿料在磨區依靠纖維之間相互揉搓、擠壓和摩擦作用使得纖維分絲帚化。
可以看出低濃和高濃打漿的明顯差別。低濃打漿是以切斷為主,高濃打漿則是利用刀盤(pán)對纖維的作用力、纖維之間的擠壓和摩擦力,達到理想的工藝效果。
從打漿前后纖維掃描電鏡對比可以看出高濃打漿對纖維表面及內部結構的影響,未打漿前化學(xué)漿纖維是完整的,比較硬,表面有角質(zhì)層,打漿后纖維表面細纖維化,纖維卷曲、扭結及微壓縮,纖維內部分層。
通過(guò)表1對比,可以看出高濃打漿特點(diǎn)及對應的優(yōu)勢,高濃打漿保持了打漿后纖維的長(cháng)度,從而使紙張強度更好;一定程度去除了纖維束塵埃,使紙面潔凈;提高了纖維柔軟度,改善了紙張手感;降低打漿度,使濾水性能提高,有利于生產(chǎn)。
表1 高濃打漿與低濃打漿對纖維形態(tài)影響的對比
高濃打漿 | 低濃打漿 | |
纖維長(cháng)度 | 無(wú)明顯切斷 | 以切斷為主 |
纖維外部細纖維化 | 以纖維外部分絲帚化為輔 | 以纖維外部分絲帚化為主 |
纖維內部細纖維化 | 以纖維內部分絲分層為主 | 無(wú)明顯纖維內部分絲分層 |
纖維形態(tài) | 內外細纖維化顯著(zhù),纖維變軟,纖維扭結卷曲明顯,使得在彎曲處氫鍵結合點(diǎn)增加 | 有外部細纖維化,纖維變短,纖維則呈寬帶狀挺直 |
生產(chǎn)實(shí)踐案例
結合長(cháng)期的開(kāi)發(fā)實(shí)驗和生產(chǎn)實(shí)踐,正達纖科提出了竹纖維原料的高濃+低濃組合的磨漿工藝。首先利用高濃磨漿的搓揉功能,對竹纖維進(jìn)行充分的軟化和分絲帚化。再利用低濃磨漿的切斷功能,對竹纖維的長(cháng)度進(jìn)行修整。
結合長(cháng)期的開(kāi)發(fā)實(shí)驗和生產(chǎn)實(shí)踐,正達纖科提出了竹纖維原料的高濃+低濃組合的磨漿工藝。首先利用高濃磨漿的搓揉功能,對竹纖維進(jìn)行充分的軟化和分絲帚化。再利用低濃磨漿的切斷功能,對竹纖維的長(cháng)度進(jìn)行修整。
通過(guò)實(shí)驗發(fā)現,高濃+低濃組合的打漿工藝,可以從多個(gè)方面提升紙頁(yè)的性能:
利用高濃打漿使纖維內部分層,低濃打漿將纖維切斷,可以明顯提升柔軟度;
通過(guò)高濃打漿將纖維內部分絲帚化,低濃打漿將纖維外部分絲帚化,可以提升抗張強度,并且纖維結合更加緊密,減少了細小纖維流失;
通過(guò)高濃打漿使纖維卷曲扭結,提高紙張吸收性和松厚度;
通過(guò)高濃打漿將纖維揉搓與擠壓,提高紙張柔軟度和松厚度。
利用高濃+低濃組合打漿的工藝,可以充分發(fā)揮高濃打漿軟化纖維的功能,彌補竹纖維挺硬的缺點(diǎn),而高濃打漿的搓揉功能,又能去除漿料中的未蒸煮好的纖維束,降低成紙塵埃度。利用低濃打漿對纖維的切斷功能,可以提高成紙的手感,能夠在較低的打漿度下滿(mǎn)足抄紙要求,有利于提高車(chē)速,并且可以有效降低打漿電耗。
以下是高濃+低濃組合打漿在L廠(chǎng)、F廠(chǎng)、X廠(chǎng)、C廠(chǎng)的生產(chǎn)實(shí)踐數據。
通過(guò)L廠(chǎng)的竹漿板高濃磨后漿樣抄片指標數據及相對現場(chǎng)低濃抄片指標優(yōu)化率??梢钥闯鐾ㄟ^(guò)高濃打漿,松厚度提升了7%,柔軟度改善了11.3%。通過(guò)高濃+低濃組合磨漿方案,松厚度提高了4.5%,柔軟度改善了5.4%。
表2 L廠(chǎng)竹漿板不同打漿工藝的成紙性能
漿種 | 打漿度/°SR | 定量/(g/m²) | 松厚度/(cm³/g) | 提升幅度/% | 抗張指數(單層)/(N·m/g) | 提升幅度/% | 柔軟度/% | 提升幅度/% |
原漿 | 14 | 24.443 | 4.142 | -- | 12.909 | -- | 393.35 | -- |
現場(chǎng)低濃 | 24 | 25.27 | 3.41 | 18.5 | 414.69 | |||
23%高濃 | 19 | 24.31 | 6.65 | 7.0 | 18.13 | -2.0 | 367.91 | -11.3 |
高加低 | 22 | 23.846 | 3.565 | 4.5 | 22.436 | 21.3 | 392.213 | -5.4 |
在L廠(chǎng),漿料配比是65%濕竹漿+35%桉木漿,采用湖南正達纖科YC1100高濃磨漿設備,低濃磨漿是維美德錐磨,相關(guān)數據如表3所示:低濃+高濃打漿總能耗155kWh/t。成紙厚度0.113mm,伸長(cháng)率30%,柔軟度72mN,縱向抗張6.7N·m/g,橫向抗張3.5N·m/g。
表3 L廠(chǎng)采用低濃+高濃打漿工藝能耗和成紙數據
L廠(chǎng) | 打漿工藝 | 高濃磨工藝 | 錐磨工藝 | 總能耗/(kWh/t) | ||
流程 | 高濃能耗/(kWh/t) | 高濃后打漿度/°SR | 低濃能耗/(kWh/t) | 打漿度/°SR | ||
濕竹漿+桉木漿 | 高濃磨+錐磨 | 105 | 18 | 50 | 24.6 | 155 |
成紙數據(14g/㎡抽紙原紙) | ||||
厚度/mm | 伸長(cháng)率/% | 柔軟度(雙層)/mN | 縱向抗張/(N·m/g) | 橫向抗張/(N·m/g) |
0.113 | 30 | 72 | 6.7 | 3.5 |
在F廠(chǎng),漿料是100%濕竹漿,采用湖南正達纖科YC1000高濃磨漿設備,低濃磨漿是安德里茨雙盤(pán)磨,相關(guān)數據如表4所示:低濃+高濃打漿總能耗280kw/t。成紙厚度0.143mm,伸長(cháng)率39%,柔軟度47mN,縱向抗張6.4N·m/g,吸液高度38mm/100s。
表4 F廠(chǎng)采用低濃+高濃打漿工藝能耗和成紙數據
F廠(chǎng) | 打漿工藝 | 高濃磨工藝 | 錐磨工藝 | 總能耗/(kWh/t) | ||
流程 | 高濃能耗/(kWh/t) | 高濃后打漿度/°SR | 低濃能耗/(kWh/t) | 打漿度/°SR | ||
濕竹漿 | 高濃磨+雙盤(pán)磨 | 125 | 19 | 155 | 39 | 280 |
成紙數據(14g/㎡抽紙原紙) | ||||
厚度/mm | 伸長(cháng)率/% | 柔軟度(單層)/mN | 縱向抗張/(N·m/g) | 吸液高度/(mm/100s) |
0.143 | 39 | 47 | 6.4 | 38 |
在X廠(chǎng),漿料是100%濕竹漿,用湖南正達纖科YC1000高濃磨漿設備,低濃磨漿是安德里茨、相川的設備,可以看出噸漿電耗降低57%,塵埃度降低38.4%,洞眼(2~5mm)降低69.4%,柔軟度提升明顯,而抗張強度有所降低。
表5 X廠(chǎng)不同打漿工藝的成紙性能比較
X廠(chǎng) | 噸漿電耗/(kWh/t) | 定量(g/㎡) | 塵埃度(個(gè)/²) | 洞眼(2~5mm/個(gè)/m²) | 伸長(cháng)率/% | 抗張指數/(N·m/g) | 柔軟度/mN | ||||
縱向 | 橫向 | 縱橫平均 | 縱向 | 橫向 | 縱橫平均 | ||||||
低濃49~52°SR | 319 | 15.2 | 33.6 | 12.1 | 46.2 | 10.5 | 4.3 | 7.4 | 152.8 | 42.1 | 97.6 |
高+低49~52°SR | 134+128 | 15 | 20.7 | 3.7 | 46.9 | 8.9 | 3.1 | 6 | 106.3 | 33.2 | 70.2 |
提升幅度/% | -57 | -38.4 | -69.4 | 1.5 | -15.2 | -27.9 | -18.9 | -21.1 | -21.1 | -28.1 |
C廠(chǎng)也是100%本色竹漿板,采用湖南正達纖科YC900高濃磨漿設備,山東某廠(chǎng)雙盤(pán)磨低濃磨漿,可以看出3條生產(chǎn)線(xiàn)的成紙性能都有明顯提升。
表6 C廠(chǎng)不同打漿工藝的成紙性能比較
C廠(chǎng) | 指標機臺 | 定量/(g/㎡) | 縱向裂斷長(cháng)/m | 橫向裂斷長(cháng)/m | 平均裂斷長(cháng)/m | 伸長(cháng)率/% | 厚度/mm |
低濃磨220kw | 1#機 | 13.3 | 1112 | 710 | 911 | 45 | 0.079 |
4#機 | 15.2 | 2330 | 598 | 1461 | 42 | 0.092 | |
5#機 | 15.4 | 2451 | 696 | 1558 | 42 | 0.088 | |
高濃+低濃75kW+220kW | 1#機 | 13.1 | 1670 | 916 | 1293 | 51 | 0.076 |
4#機 | 15.4 | 2863 | 807 | 1835 | 42 | 0.091 | |
5#機 | 14.9 | 2403 | 833 | 1618 | 41 | 0.086 | |
提升幅度/% | 1#機 | -1.64 | 50.22 | 28.97 | 41.94 | 15.14 | -4.38 |
4#機 | 1.29 | 22.86 | 34.98 | 25.60 | 0.65 | -1.50 | |
5#機 | -3.74 | -1.94 | 19.75 | 3.91 | -1.66 | -1.89 |
由此可見(jiàn),正達纖科通過(guò)磨盤(pán)的改造和磨漿工藝的改進(jìn),可以大幅度降低磨漿能耗、降低成紙的塵埃度;或者在保持松厚度的情況下,大幅提高成紙的強度,使得可以適當降低打漿度,提高紙機的濾水性能,從而可以提高產(chǎn)量、降低成本。