十二、打浆

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内容出处: 《奇妙的造纸术》 图书
唯一号: 110120020230001439
颗粒名称: 十二、打浆
分类号: TS752
页数: 10
页码: 110-119
摘要: 本文记述了打浆过程中常用的术语以及不同的打浆方式。混合打浆因能够发挥各种纤维的优势,被认为是一种有效的打浆方式。
关键词: 造纸 技术 打浆

内容

打浆在造纸中的作用
  利用机械方法处理悬浮于水中的纸浆纤维,改变纤维形态和纤维特性,使其具有造纸机生产上所需求的特性,生产出符合预期质量要求的纸和纸板,这一操作过程,称为打浆。
  打浆在造纸生产过程中具有极其重要的作用。从筛选漂白工段过来的浆料,尚含有少量未离解的纤维束,这些未经打浆处理的浆料纤维缺乏必要的润胀、切断和分丝帚化,有的太长,有的太粗,如果直接用来抄纸,在纸机网上成形时,难以分布均匀,抄出来的纸强度低,表面粗糙、疏松、多孔,不能满足使用要求。经过打浆处理的浆料纤维,在形态和性质上都起了很大的变化,纤维在水中受到机械力的作用以及纤维与纤维之间的摩擦作用,以及浆料在循环流动中受到的剪切作用,使浆料纤维受到切断、压溃、润胀、纵向分裂和细纤维化,同时,纤维的细胞壁发生位移和变形,初生壁和次生壁外层破除,纤维的比表面积增大,直径减少,具有较好的柔软性和可塑性,纤维之间的结合力增加。经过打浆的纸浆抄出来的纸,组织紧密均匀,表面光滑,强度较大,能够达到预期的使用要求。
  通常,纸的品种很多,但可用来造纸的纤维原料种类并不多,这就要求用有限种类的纤维原料来生产多种性能和用途的纸张,如何实现这一目的?关键之一就是打浆。
  打浆过程的常用术语
  (1)打浆度(°SR):打浆度又称叩解度,是衡量浆料脱水难易程度的指标,它综合地反映了纤维被切断、润胀、分丝、帚化、细纤维化的程度。
  打浆度是生产过程中控制的一项重要技术指标。根据打浆度的高低,可以掌握浆料将来在纸机网部的脱水速度,同时可预知生产纸张的机械强度、紧度等质量情况。单纯打浆度一项指标并不能完全代表浆料的性质,同样是40°SR的浆料,我们可以采用高度切断纤维的游离状打浆方式来达到,也可以采用低度切断纤维的粘状打浆方式来达到,这两种打浆方式尽管打浆度相同,但用来生产的纸张质量却相差悬殊,因此不能单凭打浆度作为生产技术上的唯一控制指标,还应与纤维平均长度等结合起来考虑。
  目前,国内外测定打浆度的方法有两种。一种是肖氏打浆度测定仪,为欧洲和我国所采用;另一种是加拿大标准游离度(CSF)测定仪,为北美国家和日本所采用。
  肖氏打浆度测定仪测定打浆度的方法是以2克绝干浆,稀释到1000毫升,在20℃条件下,通过80目铜网,测定从肖氏打浆度仪侧管排出的水量,打浆度=(1000-滤水量)/10。加拿大游离度仪与肖氏打浆度仪相似,但操作时,取3克绝干浆,稀释至1000毫升,在25℃条件下测定,测定数据为加拿大标准游离度,以毫升表示。
  (2)湿重:湿重是指在用肖氏打浆度仪测定打浆度时,积存在湿重框架上的湿浆重量。这间接地表示了纤维的平均长度,纤维越长,则挂在湿重框架上的纤维越重,也就是湿重越大。
  (3)保水值:在标准条件下,用高速离心机把纸浆中的游离水脱去,再定量测定纸浆中所保留的水量,即为保水值。这种方法是借离心分离的作用,使纤维间仅仅保留润胀水,这时纤维表面的水和纤维间的水含量都极少,所以保水值指标可以说明纤维的润胀程度,从而反映出细纤维化程度,相应的说明了纤维之间结合力的大小。
  纸张的强度并不随打浆度的增长成直线比例关系,而是随浆料保水值的增长而增加,它主要取决于纤维的结合力与纤维长度,所以测出保水值又测出纤维平均长度,就能很好地说明纸张强度。由于测定保水值所用时间较长,故目前在生产中不便于推广使用。
  常用的打浆方式
  在打浆过程中,纤维主要发生细胞壁的位移和变形、初生壁和次生壁外层的破除、纤维的吸水润胀和细纤维化、横向切断、压溃、揉搓等作用,这些作用在打浆的整个过程中是同时发生的,而绝不是孤立出现的,只是变化的主次和程度不同而已。
  以横向切断纤维为主的打浆方式称为游离状打浆,而以纵向分裂纤维使之细纤维化为主的,则称为黏状打浆。按照对纤维切短和分裂程度的要求,将打浆大体分为下列四种方式:
  (1)长纤维游离状打浆:长纤维游离状打浆要求分散浆料成为单纤维,纤维只是适当地切短,因此其打浆时间较短。长纤维游离状打浆生产的浆料在网上容易脱水,打浆度一般在22~23°SR,纤维的平均长度在2.2~2.4毫米。由于纤维较长成纸组织匀度欠佳,缺乏透明性,表面不甚平滑,但成纸具有一定机械强度。这种打浆方式适用于工业滤纸的制造。
  (2)短纤维游离状打浆:短纤维游离状打浆要求在分散纤维的基础上,同时高度切断纤维。以这种方式生产的浆料脱水也比较容易,打浆度一般为25~30°SR,纤维平均长度在1.2毫米左右,但纤维交织能力很差,而成纸的组织较均匀,吸收能力较强。这种打浆方式生产的浆料适用于抄制滤纸、吸墨纸以及其他一些要求吸收性能强和组织匀度好的纸类。
  (3)长纤维黏状打浆:长纤维黏状打浆要求将纤维高度分裂和细纤维化,而尽可能避免纤维遭到横向切断。在抄纸时,纸料必须加水稀释到较低浓度。长纤维黏状打浆生产的浆料适合于生产强度大的高级薄页纸,例如高打浆度的卷烟纸、电容器纸以及电话用纸等,电容器纸的打浆度应打到90°SR以上,但纤维的长度也不应过长,以免影响纸页的匀度。
  (4)短纤维黏状打浆:短纤维黏状打浆则要求一方面将纤维高度分裂和细纤维化,同时又对纤维进行适当的切断作用,这种浆料有滑腻感,易在网上形成组织均匀的湿纸,成纸吸水性小,并有相当大的强度。短纤维黏状打浆生产的浆料适合于生产一般证卷纸、电缆纸等。
  在实际操作过程中,游离状打浆到黏状打浆之间还有半游离状、半黏状打浆等。例如,对于一般的胶版印刷纸,一方面要求一定的打浆度,使浆料具有一定的细纤维化,以提高成纸的强度;另一方面又要控制打浆度,以避免印刷时收缩变形严重,为此其打浆度一般控制在30~40°SR。
  现将国内常见纸张的纤维平均长度及打浆度要求。
  混合打浆的优点
  在纸张生产中,为了满足产品质量和降低成本的需要,有时采用两种或三种不同纤维原料配合抄纸,在这种情况下,有两种打浆方式,一是分别打浆,即每种原料分别在打浆设备中打浆,达到质量要求后,放入各自的成浆池,然后配料抄纸;另一种是混合打浆,即先将两种或三种浆料在配料池按一定比例配好,然后送入打浆设备中混合打浆,即先将两种或三种浆料在配料池按一定比例配好,然后送入打浆设备中混打浆,达到质量指标后,放入统一的贮浆池。
  有的工厂用50%漂白亚麻浆和50%亚硫酸盐木浆配比,混合打浆抄造卷烟纸,在成纸质量和打浆动力消耗方面,均有较好的结果。在以针叶木浆为主的纸张生产中,如掺用30%以下的阔叶木浆或竹浆,混合打浆成纸的裂断长和耐破度稍有提高。如某厂用70%~80%漂白针叶木浆配加20%~30%麦草浆或苇浆,通过盘磨机进行混合二级连续打浆,成浆打浆度8689°SR生产半透明纸的裂断长、耐破度提高10%左右,撕裂度提高5%左右,电耗,降低15%左右。这主要是因为在打浆过程中,木浆长纤维不仅保护了短纤维,减少了麦草纤维的切断,而且麦草纤维在木浆纤维的夹裹下带进磨盘齿面间,增加了对麦草短纤维的挤压、摩擦、扭曲变形作用,加之麦草浆中半纤维素含量高,打浆度上升较快所致。所以,针叶木浆与麻浆、针叶木浆与竹浆、针叶木浆与麦草浆、苇浆等,只有配比适当,打浆工艺条件合理,可采取混合打浆,特别是对我国一些掺用草类纤维的中、小型纸厂,更有实际意义。但是,在一些大型纸厂,如用针叶木浆和磨木浆混合抄新闻纸时,针叶木浆应进行单独打浆,然后与磨木浆混合抄纸。
  综上所述,采用混合打浆工艺的优点是:
  (1)在用外购浆板的企业中,可以通过水力碎浆机计量浆下料,容易做到配比准确,对稳定纸机生产有利。
  (2)可减少打浆前、后浆池数量和配套设备,节约设备投资。
  (3)在盘磨机等连续打浆生产系统中,混合打浆可比分别打浆节省打浆设备,操作和管理更方便。
  (4)可以提高成纸的物理强度和降低动力消耗。
  不同纤维原料的打浆特性
  木材纤维大体可分为针叶木和阔叶木两大类。对同一种制浆方法,阔叶木浆比针叶木浆需要打到更高的打浆度,才能取得相近的物理强度,但是阔叶木浆的纤维较短,既要提高其打浆度,又要尽量避免过多的切断,确实是不太容易的,因此,阔叶木浆一般只能轻度打浆,取得不太高的物理强度。针叶木浆的纤维平均长度为2~3.5毫米,为了保证纸张的匀度,必须切短至0.6~1.5毫米。
  木浆中,早材和晚材的比例不同,也会影响到打浆性质。晚材细胞壁厚而且硬,初生壁不易被破坏,打浆时纤维容易遭到切断,吸水润胀和细纤维化比较困难;而早材细胞壁较薄,性质又柔软,打浆时容易分离成单根纤维。含早材纤维比例高的纸张,其耐破度较大,而含晚材纤维比例高的纸张,则撕裂度较大。落叶松含晚材多,纤维长,细胞壁厚,纤维本身强度好,打浆较困难,但对提高撕裂度有利。红松含早材多,细胞壁较薄,纤维柔软,易于吸水润胀,结合力较强,因此红松比落叶松易于打浆,并且纸张强度好,尤以耐破度较为显著。
  棉麻纤维较长,一般长度在20~25毫米,通常要在切断能力较强的半浆打浆机内进行疏解和切断,然后再在成浆机内进一步打浆。
  竹浆的纤维形态介于阔叶木纤维和针叶木纤维之间,因此竹浆的打浆要求比较接近于针叶木浆。
  稻麦草的纤维较短,在打浆过程中,既要避免过多的润胀和切断作用,又要取得一定的细纤维化。但是,稻麦草浆纤维次生壁外层和次生壁中层之间的黏结较紧密,不易细纤维化。此外,草浆的杂细胞含量较多,在打浆过程中,这些杂细胞极易破碎,结果是打浆度上升很快,增加了滤水困难。因此,应根据稻麦草浆的这些特点,结合纸张的质量要求,尽可能采取轻打浆的方法。
  蔗渣浆、获苇浆的情况基本上与稻麦草浆相似,纤维短,杂细胞多,不易细纤维化。为此,用其生产一般文化用纸,也应轻度打浆。
  常用的打浆设备及其发展趋势
  打浆设备可分为间歇式和连续式两大类。
  间歇式打浆设备目前使用的主要是槽式打浆机,槽式打浆机的种类很多,常见的有荷兰式打浆机、改良荷兰式打浆机、伏特式打浆机、标准EDG式打浆机、瓦格纳式打浆机等。它们具有占地面积大、动力消耗大、劳动强度大、间歇操作、产量低、成浆纤维均整性差、细小纤维多等缺点,目前已被国内大多数造纸企业淘汰。但由于它有较强的适应性,仍有一些工厂在使用。如:①用作半浆机切断棉、麻、破布等纤维浆料;②继续保留作为成浆机打高黏状浆;③品种多样的中、小型厂打各种浆。
  连续式打浆设备有圆柱磨浆机、锥形磨浆机和盘磨机等。现分述如下:
  (1)圆柱磨浆机:它自1966年从国外引进,70年代得到广泛应用,它与槽式打浆机比较,具有许多优点。但也存在下列问题:
  ①切断纤维的能力较差,在处理硫酸盐浆、棉浆等长纤维或处理游离状浆料时,切断能力不足;
  ②打高黏状浆时,纤维不够柔软,打浆的均整性也不够好;
  ③散热性差,尤其是在打高黏状浆时,打浆温度高,影响浆料质量,并且容易引起石刀爆裂;
  ④维修较麻烦。
  因此,从1980年以后,圆柱磨浆机已被国内大多数纸厂淘汰,目前仅少数厂使用。
  (2)锥形磨浆机:它包括普通锥形磨浆机、高速锥形磨浆机、水化锥形磨浆机、大锥度精浆机等。
  普通锥形磨浆机(圆锥度小于22°),打浆时切断作用强,适用于书写纸、印刷纸及其他游离浆料的打浆;高速锥形磨浆机(圆锥度为22°~24°),打浆时分丝帚化能力强,适用于打中等黏状浆,如电缆浆料的打浆;水化锥形磨浆机(圆锥度约为26°)打浆时切断作用小,分丝帚化作用强,适用于打黏状浆,如生产卷烟浆料、水泥,袋浆料的打浆;大锥度精浆机(圆锥度为60°),打浆时纤维帚化程度高,电耗较低。前三种虽是国内使用较早的连续打浆设备,但并未得到广泛应用,仅有一些厂用于抄纸前纸料的精整上。大锥度精浆机是近年来发展起来的一种新设备,由于锥度大,增加了大端的刀片数量,转子和定子以相反的角度安装,运转时刀口呈急剧的菱形变化,产生剧烈的搅动,使纤维得到均匀处理。这种磨浆机按飞刀、底刀材料、形状及厚度的不同,可以处理不同的浆料,打浆时适应性强。
  (3)盘磨机:它是国内外近年来发展最快的一种连续打浆设备,按磨面划分,它有单盘磨、双盘磨和三盘磨之分,由于规格、型号、齿形、材质的不同,各有其优缺点,都在各自的领域发挥其应有的作用,逐步取代其他打浆设备。
  打浆设备大体沿着以下方向发展:
  ①提高设备效能,降低动力消耗;
  ②由间歇操作转向连续操作,从而提高生产能力;
  ③从多性能设备发展到单一性能设备,并可将几台效能不同的打浆设备串联起来使用;
  ④由低浓设备发展到高浓设备;
  ⑤从人工操作单台设备运转,发展到多台设备的集中控制和自动控制。
  近年来,在打浆工艺和设备改进上,一个突出的特点就是逐步用连续打浆设备代替了间歇打浆设备,因为连续打浆设备效率高、占地面积小、节省动力消耗、劳动强度低、自动化程度高,是今后打浆的发展方向。
  用于打浆的国产盘磨机规格
  国内常用的盘磨机按其设备特征一般可分为立式和卧式两类,按其结构和盘数可分为双盘式磨浆机、三盘磨、多盘式磨浆机。
  (1)双盘式磨浆机:其中又分为单盘旋转式和双盘旋转式。
  ①单盘旋转式磨浆机又称单盘磨,即一个圆盘固定,另一个圆盘旋转,只有一个磨浆面,主要规格有Φ300、Φ330、Φ400、Φ450、Φ500、Φ600、Φ1250(石磨),其中直径在Φ400以下的一般称为小型盘磨机,或称小钢磨,它不仅适用于中、小型纸厂处理草浆(如稻、麦草浆、苇浆、蔗渣浆等),生产一般文化用纸(如有光纸、书写纸、胶版纸等),而且能够处理各种硫酸盐木浆、麻浆、棉浆等,生产电容器纸、拷贝纸、半透明纸、卷烟纸等高级薄页纸。
  ②双盘旋转式磨浆机又称双盘磨,即两个圆盘同时回转,但回转方向相反,只有一个磨浆面,规格只有Φ915一种,它主要用于处理半化学浆、化学机械浆等,生产纸板及各种包装纸。
  (2)三盘磨:即一个两面具有磨齿的圆盘在两个只有一面磨齿的固定磨盘中间旋转,构成两个磨浆面,其规格有Φ350、Φ360、Φ380、Φ450四种,能够处理各种草浆、木浆,生产大多数纸种。
  高浓磨浆与低浓磨浆的区别
  浆料在高浓盘磨机中进行打浆,纤维受到刀片的冲击、压溃和纤维彼此之间的摩擦作用,其初生壁和次生壁外层得到破坏,从而促进纤维的吸水润胀和细纤维化。在低浓打浆时,由于大量的水在纤维间起着润滑作用,因此纤维间的摩擦力很小,对纤维的结构形态不易产生影响。低浓打浆主要靠底盘刀片的作用,因此要求磨盘刀片之间的缝隙必须保持在单根纤维厚度左右,勿使纤维受到剧烈的摩擦作用。但是由于打浆设备在使用过程中会发生不均匀磨损,致使整个磨盘刀片间隙不可能完全一致。间隙太小处,纤维受到过度的压溃和切断;间隙过大处,纤维又得不到必要的处理。因此,低浓打浆不易取得均匀的打浆效果。高浓打浆主要依靠磨盘间浆的相互摩擦,而不是靠磨盘本身的作用,因此盘磨间的间隙可以加大,从而避免了纤维的过度压溃和切断。从纤维筛分组成和纤维形态的观察,可以看出经过高浓打浆和低浓打浆的浆料存在明显的差别。前者纤维长度变化不大,纤维多呈扭曲状,细纤维化程度高。后者切断多,长纤维比例大大降低;短纤维和细小纤维比例增加,因而打浆度上升快,其滤水性也差。所以,用高浓打浆的浆料抄成的纸撕裂度和伸缩率、耐折度均比用低浓打浆的浆料抄成的纸高得多。表12-3显示了硫酸盐木浆高低浓度不同打浆方式的抄纸结果。高浓打浆虽然抗张强度变化不大,耐破度增加不多,但纸的横向撕裂度、横向伸长率增加很多,纸的韧性大为提高,这点对提高纸袋纸的使用性能是相当重要的。
  对长纤维浆来说,单纯采取高浓打浆的处理方式,纤维没有得到适当的切断作用,不易保证成纸的匀度,因此,可以考虑采用两段打浆的方法,即在高浓打浆之后,再经过低浓打浆处理。两段打浆既能体现高浓打浆的优点,又能达到低浓均整和节约用电的目的。只要高浓和低浓两个阶段取得良好的配合而使纤维受到最小损伤,纸张的强度和质量都会比单独用高浓打浆或低浓打浆要高得多。

知识出处

奇妙的造纸术

《奇妙的造纸术》

出版者:山东科学技术出版社

本书讲述了造纸工业快速、健康和可持续发展,带动了相关产业的发展。我国的现代造纸工业在国民经济建设中占有重要地位。以便人们特别是广大青少年更好地了解造纸工业,普及造纸技术基础知识。

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