藍(lán)家良 馬樂凡 潘曉鋒 長沙理工大學(xué)化學(xué)與生物工程學(xué)院 湖南 長沙 （404）

劉便初2 王福紀(jì)2 李正國2 泰格林紙集團(tuán)湘江紙業(yè)有限公司 湖南 永州 （425000）

馬尾松KP漿生產(chǎn)紙袋紙打漿工藝研究

藍(lán)家良1馬樂凡1潘曉鋒1長沙理工大學(xué)化學(xué)與生物工程學(xué)院 湖南 長沙 （410114）

劉便初2王福紀(jì)2李正國2泰格林紙集團(tuán)湘江紙業(yè)有限公司 湖南 永州 （425000）

以未漂馬尾松硫酸鹽漿生產(chǎn)紙袋紙，研究了紙袋紙高濃打漿(HCR)和低濃打漿(LCR)工藝，并對(duì)其紙漿和手抄片的性質(zhì)進(jìn)行了對(duì)比分析。研究結(jié)果表明，馬尾松硫酸鹽漿制紙袋紙其打漿工藝以高濃打漿為宜；其中，HCR更有利于保持纖維長度，而且撕裂指數(shù)、伸長率也明顯高于LCR，雖然抗張指數(shù)、耐破指數(shù)低于LCR，但在改善紙袋紙抗張能量吸收(TEA)和透氣度兩個(gè)重要指標(biāo)方面HCR明顯優(yōu)于LCR。

未漂馬尾松硫酸鹽漿；紙袋紙；高濃打漿；低濃打漿

眾所周知，紙袋紙是商品包裝的主要材料，隨著國家基礎(chǔ)建設(shè)、民用建設(shè)的發(fā)展，對(duì)紙袋紙的要求越來越高。同時(shí)，一些其他的包裝材料如塑編袋，也給紙袋紙市場(chǎng)帶來激烈的競(jìng)爭(zhēng)，給紙袋紙廠商帶來巨大壓力，迫使他們采取措施提高產(chǎn)品質(zhì)量。

紙袋紙的質(zhì)量最重要的是強(qiáng)度性能和透氣性能，其中強(qiáng)度指標(biāo)包括抗張強(qiáng)度、抗張能量吸收（TEA）、耐破強(qiáng)度和撕裂強(qiáng)度等。在快速裝填及搬運(yùn)過程中都要求紙袋紙具有較高的抗張強(qiáng)度和TEA[1～4]，而在快速裝填粉末狀商品時(shí)，則要求紙袋紙具有良好的透氣性能[1,2]，否則紙袋紙因無法承受瞬間的沖擊力而發(fā)生破裂。

提高紙袋紙質(zhì)量的主要措施是優(yōu)化打漿。目前，國外紙袋紙生產(chǎn)主要采用高濃打漿，并進(jìn)行了大量的研究[5～11]；而國內(nèi)紙袋紙生產(chǎn)主要采用低濃打漿，少數(shù)廠家采用了高濃打漿[12]，但國內(nèi)對(duì)紙袋紙高濃打漿的系統(tǒng)研究和報(bào)道很少。本文對(duì)未漂馬尾松硫酸鹽漿生產(chǎn)紙袋紙的高濃打漿工藝和低濃打漿工藝進(jìn)行了對(duì)比研究，對(duì)其成漿和手抄片的性質(zhì)進(jìn)行了比較，得出較合適的打漿工藝條件，可供紙袋紙生產(chǎn)廠家參考。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)漿料

實(shí)驗(yàn)所用漿料為實(shí)驗(yàn)室自制馬尾松硫酸鹽未漂漿，原漿打漿度12.1OSR，卡伯值38。

1.2 打漿方法

高、低濃打漿均于ZQS7-PFI立式盤磨機(jī)內(nèi)進(jìn)行。高濃打漿漿濃25%；低濃打漿漿濃4%。每次實(shí)驗(yàn)取20g絕干漿，通過改變打漿轉(zhuǎn)數(shù)來控制打漿度。打完漿后取出漿料平衡水分待用。

1.3 紙漿和手抄片檢測(cè)方法

纖維長度的測(cè)量依照GB/T 10336-1989進(jìn)行；手抄片的抄造依照QB/T 3703-1999進(jìn)行；手抄片抗張強(qiáng)度、伸長率及TEA的測(cè)定依照GB/T 12914-1991進(jìn)行；撕裂度的測(cè)定依照GB/T455.1-1991進(jìn)行；耐破度的測(cè)定依照GB/T 454-2002進(jìn)行；透氣度的測(cè)定依照GB/T458-1989進(jìn)行。

2 結(jié)果與討論

2.1 打漿對(duì)紙漿及纖維性質(zhì)的影響

高濃和低濃打漿紙漿和纖維性質(zhì)見表1。從表1中可以看到，高濃打漿時(shí)，纖維長度隨打漿度的升高變化不大，當(dāng)打漿度為22.5OSR，纖維長度僅下降6%；而低濃打漿打漿度為23OSR時(shí)，纖維長度下降了23.1%。這是因?yàn)楦邼獯驖{是依靠纖維之間的相互摩擦、擠壓、揉搓等作用使紙漿受到磨漿(見圖1)而不產(chǎn)生切斷，所以纖維長度的損失較小；而低濃打漿對(duì)纖維切斷作用較明顯，有較多的短纖維(見圖2)。

同樣，低濃打漿濕重下降較明顯，而高濃打漿濕重下降較慢。由于低濃打漿時(shí)產(chǎn)生較多短纖維，所以纖維更易于吸水潤脹和細(xì)纖維化。因此，低濃打漿保水值比高濃打漿時(shí)高(見圖3)。

表1 高濃、低濃打漿對(duì)漿和纖維的影響

2.2 打漿對(duì)手抄片物理性能的影響

2.2.1 打漿度對(duì)透氣度的影響

透氣度是紙袋紙的一個(gè)比較重要的質(zhì)量指標(biāo)。紙袋紙?jiān)谑褂眠^程中既要有較高的TEA又要有良好的透氣性能，《伸性紙袋紙》（GB/T 24287-2009）中要求透氣度≥3.40 μm/Pa·s以上。

圖4給出了打漿度與透氣度的關(guān)系(由于打漿初始階段透氣度太高，為作圖需要，文中只取4個(gè)點(diǎn))。從圖4中我們可以看到，隨著打漿度的提高，高濃和低濃打漿的透氣度均有明顯的下降；在相同打漿度條件下，高濃打漿的透氣度要高于低濃打漿，原因主要是低濃打漿產(chǎn)生較多的細(xì)小纖維，在紙頁成型及干燥過程中，這些細(xì)小纖維充斥于長纖維交織成的網(wǎng)絡(luò)骨架中，減少了孔隙率，從而降低透氣度；而高濃打漿產(chǎn)生的細(xì)小纖維少，所以透氣度相對(duì)要高。從圖中還可得出，透氣度要達(dá)到3.40μm/Pa·s以上，低濃打漿時(shí)打漿度不能超過18OSR，高濃打漿時(shí)范圍較寬，打漿度可達(dá)23OSR。

2.2.2 打漿度對(duì)TEA指數(shù)的影響

TEA是紙袋紙很重要的一個(gè)質(zhì)量指標(biāo)，它指的是紙張被拉斷時(shí)外力所做的功，即常說的破裂功。伸性紙袋紙(QB/T 24287-2009)的縱向和橫向的TEA指數(shù)分別要求在1.8J/g和1.0J/g以上。

高濃和低濃打漿的打漿度對(duì)TEA指數(shù)的影響見圖5。從圖5中我們得知，高濃打漿和低濃打漿在達(dá)到14OSR以上時(shí)即可滿足標(biāo)準(zhǔn)的要求。同時(shí)，我們還看到，高濃打漿和低濃打漿在同一打漿度下的TEA指數(shù)相差不大，原因是TEA指數(shù)與抗張指數(shù)及伸長率之間有著直接的關(guān)系。這一點(diǎn)從圖6中也可驗(yàn)證，無論是高濃打漿還是低濃打漿，TEA指數(shù)與抗張指數(shù)和伸長率的乘積的一半都存在良好的線性關(guān)系，其判定系數(shù)R2分別為0.9945和0.9997，擬合度較好。

從圖4和圖5的綜合分析我們最終得到，低濃打漿打到14OSR-18OSR和高濃打漿打到14OSR-23OSR時(shí)，TEA指數(shù)和透氣度都能滿足QB/T24287-2009標(biāo)準(zhǔn)要求。

圖7揭示了TEA指數(shù)與透氣度的關(guān)系。從圖中可以看出，TEA指數(shù)越高，透氣性越差，兩者呈相反關(guān)系。在實(shí)際生產(chǎn)及應(yīng)用過程當(dāng)中，紙袋紙必須同時(shí)滿足TEA指數(shù)和透氣度的要求，因此對(duì)打漿的控制就顯得尤為重要。綜合分析圖5和圖7可以得到，高濃打漿在改善TEA指數(shù)和透氣性能方面明顯優(yōu)于低濃打漿。

2.2.3 打漿度對(duì)抗張指數(shù)和伸長率的影響

高濃和低濃打漿對(duì)抗張指數(shù)的影響見圖8。纖維間結(jié)合力是影響抗張指數(shù)的主要影響因素，所以打漿初期抗張指數(shù)上升較快，然后便趨于平緩。從圖中還可看出，低濃打漿抗張指數(shù)明顯大于高濃的，這是因?yàn)榈蜐獯驖{時(shí)由于短纖維的存在，纖維更易于潤脹和細(xì)纖維化，提高了纖維之間的結(jié)合面積，從而獲得了較高的抗張強(qiáng)度。而高濃打漿使纖維產(chǎn)生較多的扭曲和微壓縮(見圖9)，抗張指數(shù)增長較慢[13,14]；但另一方面，纖維的微壓縮又賦予纖維更好的伸縮性，即伸長率，這對(duì)于紙袋紙來說是極為有利的[13]。從圖10中我們看到，高濃打漿對(duì)于紙頁伸長率的提高明顯優(yōu)于低濃打漿。從圖8可知，高濃打到15OSR和低濃打到13OSR時(shí)抗張指數(shù)即可達(dá)到GB/T24287-2009中優(yōu)等品50N·m/g的要求。

2.2.4 打漿度對(duì)撕裂指數(shù)的影響

打漿度對(duì)撕裂指數(shù)的影響見圖11。從圖中可以看到，高濃打漿和低濃打漿時(shí)，撕裂指數(shù)均隨打漿度升高先升后降，原因是未打漿時(shí)，纖維間接觸面積小，摩擦阻力小，因而撕裂指數(shù)較低；在打漿初期，纖維間結(jié)合力增加，摩擦力也隨之增大，撕裂指數(shù)逐漸增大；當(dāng)達(dá)到一定打漿度后，纖維長度逐漸降低，從而使撕裂指數(shù)逐漸降低。從圖中還可看到，高濃打漿撕裂指數(shù)要遠(yuǎn)大于低濃打漿，這是因?yàn)樗毫阎笖?shù)不僅與纖維間結(jié)合力有關(guān)，主要與纖維平均長度有關(guān)；低濃打漿存在較多短纖維，即纖維平均長度要低于高濃(見表1)，所以撕裂指數(shù)相對(duì)要低很多。GB/T24287-2009中要求撕裂指數(shù)達(dá)到12mN·m2/g以上，從圖11中可知，高濃和低濃打漿時(shí)其手抄片的撕裂指數(shù)均大于標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.2.5 打漿度對(duì)耐破指數(shù)的影響

高濃和低濃打漿對(duì)耐破指數(shù)的影響見圖12。耐破指數(shù)的主要影響因素是纖維間的結(jié)合力。從圖中可看出，在打漿初始階段，隨著打漿度的升高，纖維間結(jié)合力增大，耐破指數(shù)上升較快，到達(dá)一定打漿度后則趨于平緩。而且，耐破指數(shù)在低濃打漿條件下要大于高濃，這是因?yàn)榈蜐獯驖{使纖維更容易吸水潤脹而變得柔軟可塑；同時(shí)，部分短纖維充斥于長纖維形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，增大了纖維間的接觸面積，提高了纖維間的結(jié)合力，從而提高了耐破強(qiáng)度。

3 結(jié)論

1)相對(duì)于低濃打漿，高濃打漿更有利于保持纖維長度，成紙的透氣度、伸長率、撕裂指數(shù)和TEA指數(shù)較高。

2）高濃打漿手抄片的抗張指數(shù)和耐破指數(shù)低于低濃打漿。

3）TEA指數(shù)與抗張指數(shù)及伸長率乘積的一半存在良好線性關(guān)系。

4）馬尾松KP漿采用低濃打漿生產(chǎn)伸性紙袋紙，打漿度在14OSR～18OSR比較合適；采用高濃打漿，打漿度在14OSR～23OSR比較合適。

[1]Kaliebe.E.Developing Improved Sack Paper Qualities-Cooperation betweenPaperConverterandProducer[J],Inv.Tec.Paper.1996,33(128):397.

[2]Scott.K.C.Manufacture of Multiwall Sack Papers[J],Pulp Paper Canada.1997,98(5):45.

[3]Meinander.P.O.Papermaking Science and Technology-Paper and Board Grades[J].2000,18:121-122.

[4]Maddern.K.Sack Kraft-Stretching Paper to the Limit[J].Appita,2003,56(6):419.

[5]West.W.B.High Consistency Refining of Fibres[J].Tappi,1964,47(6):313.

[6]Jackson.M.High Consistency Refining-A Literature Survey[J].Svensk Papperstidn,1967,70(16):507.

[7]Carlson.W.E.Improving the Performance of Shipping Sack Papers[J].Tappi,1981,64(8):85.

[8]Karnis.A.High-consistency Refining of Bleached Sulfate Pulps[J].Tappi,1989,72(6):97.

[9]Pagliarini.K.High Consistency Refining of Chemical Pulp for Extensible Paper Grades[J].Paper Southern Africa,1992,12(5):16.

[10]Jessica.C.S，Hans.H.Refining systems for sack paper pulp,Part 1:HC refining under pressurized conditions and subsequent LC refining[J].Nordic Pulp and Paper Research Journal,2005,20(3):320-328.

[11]Norayr.G,Paul.S,Ingunn.O.Pressurised high-consistency refining of kraft pulps for improved sack paper properties[J].2009,62(1):25-30.

[12]黃寬桔,李芳梅,黃劍峰.高強(qiáng)度伸性紙袋紙性能試驗(yàn)[J].中華紙業(yè),2000,21(2):33-34.

[13]Hartler.N.Aspects on curled and microcompressed fibres[J].Nordic Pulp and Paper Research Journal,1995(1):4-7.

[14]Omholt.I.The Effects of Curl and Microcompressions on the Combination of Sheet Properties[J].TAPPI International Paper Physics Conference,1999,San Diego,CA USA,9:499-515.

The study on refining of masson's pine kraft pulps for sack paper

Lan Jialiang1,Ma Lefan1,Pan Xiaofeng1,Liu Bianchu2,Wang Fuji2,Li Zhengguo2(1.College of chemical&biological engineering,Changsha University of science&technology.Changsha,Hunan.410114;2.Xiangjiang paper limited company,Tiger forestry and paper group.Yongzhou,Hunan.425000)

High consistency refining (HCR)and low consistency refining(LCR)of unbleached Masson's pine kraft pulps for sack paper were studied in this article.The properties of their refined pulp and handsheet were analyzed comparatively.The results showed a high consistency refining was more suitable for sack paper with unbleached Masson's pine kraft pulp than a low consistency refining.High consistency refining is of advantage to retain the fiber length.The tear index and stretch of the handsheet of high consistency refining were higher than that of low consistency refining.The tensile energy absorption (TEA)index and air permeability of the handsheet of high consistency refining which were crucial properties of sack papers were better,though higher tensile index and higher burst index could be obtained with low consistency refining.

Unbleached masson's pine kraft pulp;Sack paper;High consistency refining;Low consistency refining

2011-01-07