萬洪安　焦國棟　李躍進(jìn)

（河南省輕工業(yè)科學(xué)研究所有限公司，河南　鄭州　450003）

棉稈化機漿配抄輕型紙技術(shù)研究

萬洪安焦國棟李躍進(jìn)

（河南省輕工業(yè)科學(xué)研究所有限公司，河南鄭州450003）

以農(nóng)業(yè)廢棄物棉稈為原料，采用化機漿方法生產(chǎn)棉稈漂白漿，配抄40%的比例生產(chǎn)輕型紙，在紙機抄造過程中，通過控制壓榨部線壓力和干燥部烘缸干燥溫度與干燥曲線，使產(chǎn)品在保持足夠的強度下，也有較高的松厚度和較好的不透明度，且具有油墨吸收性好、字跡清晰、印刷性能好等優(yōu)點，印刷質(zhì)量可與采用全木漿生產(chǎn)的輕型紙媲美。該輕型紙生產(chǎn)工藝技術(shù)減少了木漿使用量，降低了生產(chǎn)過程能耗和水耗，降低了生產(chǎn)成本，增加經(jīng)濟效益，保護(hù)寶貴的森林資源，具有較強的市場競爭力。

棉稈化機漿；輕型紙；配抄工藝技術(shù)

輕型紙屬印刷特種紙范疇。與普通文化印刷紙相比，對白度要求不高，但具有質(zhì)地松厚、不透明度高、表面光澤度低、表面印刷強度高且油墨吸收性好，以及同等面積同等厚度比普通文化印刷紙重量輕1/3等特點，適用于多色印刷的非涂布低密度紙。該產(chǎn)品主要用于畫冊畫報、宣傳冊、廣告、雜志刊物、課本、書籍和彩色印刷等［1，2］。近年來，由于人們對視力健康和環(huán)境保護(hù)意識的日益增強。對紙產(chǎn)品從原料、生產(chǎn)、使用和再利用環(huán)節(jié)提出更高要求。傳統(tǒng)紙質(zhì)閱讀物，表面有較高的白度和光澤度，與紙面上的文字和圖片等形成巨大反差，長時間閱讀引起眼睛不適，造成視力下降。另外，高白度和光澤度的紙產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中使用大量漂白藥劑和其他化學(xué)藥品，不但加重了環(huán)境污染，還降低了產(chǎn)品得率。發(fā)達(dá)國家及我國專業(yè)人士和部分消費者已認(rèn)識到以上現(xiàn)象及其危害。目前，生產(chǎn)和消費低白度、低亮度紙產(chǎn)品，達(dá)到保護(hù)視力健康和生態(tài)環(huán)境目的已逐漸成為人們的共識。所以，輕型紙消費市場需求量越來越大。

目前，國內(nèi)外輕型紙主要是以全木漿為原料，雖然生產(chǎn)工藝成熟，但生產(chǎn)成本較高［3］。本文研究了以農(nóng)業(yè)廢棄物棉稈為原料部分替代稀缺木材資源，采用化機漿方法生產(chǎn)棉稈漂白漿，漿得率高，配抄40%的比例生產(chǎn)輕型紙，在紙機抄造過程中，通過控制壓榨部線壓力、干燥部烘缸干燥溫度和干燥曲線，使產(chǎn)品在保持足夠強度下，保持較高的松厚度和較好的不透明度。最終生產(chǎn)出各項性能指標(biāo)達(dá)到《GB/T26705-2011》（輕型印刷紙產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)）優(yōu)等品標(biāo)準(zhǔn)要求的產(chǎn)品。

表1　項目完成情況

1　項目研發(fā)概況

1.1項目簡介

2013年6月，公司組建了“棉稈化機漿配抄輕型紙技術(shù)研究”項目研發(fā)課題組，開始了該項目的研發(fā)與科技攻關(guān)，同時，向河南省科技廳申報了“棉稈化機漿配抄輕型紙技術(shù)研究”研究開發(fā)專項資金科技攻關(guān)計劃項目。2014年，該項目被列入河南省轉(zhuǎn)制科研機構(gòu)研究開發(fā)專項資金項目計劃（項目編號：142104810008）。按照省科技廳對研究開發(fā)專項資金計劃項目的有關(guān)要求和規(guī)定，課題組根據(jù)輕型紙產(chǎn)品國內(nèi)外應(yīng)用情況、市場前景、生產(chǎn)采用的工藝方法和應(yīng)用方面存在問題等，進(jìn)行了資料收集、調(diào)研工作；在此基礎(chǔ)上，通過對棉稈化機漿固有特性、輕型紙產(chǎn)品特點和質(zhì)量要求等方面的研究分析，開發(fā)利用高得率棉稈芯漂白化學(xué)機械漿高比例（達(dá)到40%）配抄中高檔輕型紙技術(shù)。經(jīng)過近兩年科技攻關(guān)，現(xiàn)已研制開發(fā)成功，圓滿完成了項目目標(biāo)。與國內(nèi)外同類產(chǎn)品比較，本項目產(chǎn)品具有產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定可靠、開辟了新的原料來源、能耗水耗低、生產(chǎn)工藝與設(shè)備先進(jìn)、生產(chǎn)成本低等優(yōu)勢，深受用戶好評。

1.2技術(shù)難題及解決方案

1.2.1技術(shù)難題。①據(jù)輕型印刷紙具備較高松厚度和不透明度、低白度等特點，對棉稈芯漂白化機漿原料及其部分指標(biāo)提出特殊要求，滿足配抄輕型紙要求，達(dá)到采用棉稈芯漂白化機漿替代部分木漿、保護(hù)森林資源和生態(tài)環(huán)境的目的；②在滿足產(chǎn)品質(zhì)量要求的前提下，研究棉稈芯化機漿最高比例替代木漿配抄輕型紙的生產(chǎn)工藝技術(shù)和參數(shù)，從而降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟效益。

1.2.2解決方案。為解決上述技術(shù)難題，課題組通過對國內(nèi)市場上現(xiàn)有的棉稈化機漿和輕型紙生產(chǎn)技術(shù)、市場前景、價格等方面研究分析，借鑒國內(nèi)外與本項目相關(guān)的先進(jìn)研究開發(fā)成功技術(shù)資料，并派出科研技術(shù)人員到天津科技大學(xué)、陜西科技大學(xué)向國內(nèi)知名造紙專家教授學(xué)習(xí)和請他們指導(dǎo)，派出科研技術(shù)人員到河南新鄉(xiāng)、周口、許昌等地以及山東、新疆的造紙企業(yè)和棉花種植地現(xiàn)場考察收集資料。課題組的科研技術(shù)人員根據(jù)本產(chǎn)品的性能指標(biāo)要求，充分利用實驗儀器設(shè)備和檢測儀器設(shè)備，經(jīng)過近兩年的技術(shù)攻關(guān)，成功研發(fā)出以棉稈芯漂白化機漿替代部分木漿配抄中高檔輕型紙產(chǎn)品，降低了生產(chǎn)成本，完成了項目預(yù)定任務(wù)和目標(biāo)。

1.3項目計劃任務(wù)完成情況

具體的項目完成情況見表1。

2　生產(chǎn)工藝技術(shù)

2.1原料分析對比

基于棉稈產(chǎn)地不同，分析結(jié)果略有差異，但基本情況一致。課題組取河南省主要棉花產(chǎn)區(qū)——周口地區(qū)棉稈作為樣品進(jìn)行分析。

棉花屬于被子植物門雙子葉綱的草本植物。棉稈由主莖、枝莖和根三部分組成。其中，主莖占55%，枝莖占22%，根占23%。這三部分的組織結(jié)構(gòu)不同，主莖由棉稈皮、棉稈芯和髓組成，分別占27.0%、70.5%和2.5%；枝莖的髓質(zhì)較多，可達(dá)12%以上，而根部沒有髓質(zhì)，只有稈皮和稈芯。棉稈纖維平均長度0.89mm，稈皮纖維和稈芯差距較大，稈皮屬于韌皮纖維，平均纖維長度達(dá)2.05mm，全棉稈纖維長度在0.50～1.00mm的占70%左右［4，5］。課題組對棉稈樣品主莖部分（不含髓部）化學(xué)組成和纖維進(jìn)行分析研究，結(jié)果見表2。而且對棉稈芯與楊木的主要成分及纖維長寬進(jìn)行對比，結(jié)果見表3，其中楊木為豫北三倍白楊；并對棉稈化機漿與楊木化機漿主要指標(biāo)進(jìn)行對比，結(jié)果見表4。

表2　棉稈化學(xué)組成和纖維長寬度

表2結(jié)果表明，棉稈果膠含量較高，且主要集中在稈皮中，稈芯果膠含量較低。果膠質(zhì)的存在，嚴(yán)重影響了成漿品質(zhì)，尤其是對白度和塵埃的影響；棉稈皮和棉稈芯木素結(jié)構(gòu)不同，不能同時制漿。另外，棉稈皮中存在發(fā)色集團(tuán)較多，造成成漿顏色深，難以漂白，很難滿足生產(chǎn)高檔紙產(chǎn)品要求。

表3　棉稈芯與楊木主要成份和纖維長寬

表4　棉稈化機漿與楊木化機漿主要指標(biāo)對比（濕漿）

表3和表4結(jié)果表明，與全棉稈和稈皮比較，棉稈芯化學(xué)組分除灰分高于楊木外，其他成份基本相當(dāng)，特別是果膠含量不但明顯低于全棉稈和稈皮，還略低于楊木；棉稈芯纖維形態(tài)（長、寬、長寬比）、強度指標(biāo)與楊木漿非常接近，松厚度和不透明度略高于楊木漿。因此，以棉稈芯替代楊木生產(chǎn)高品質(zhì)漂白化機漿是可行的。

近年來，隨著造紙裝備技術(shù)的發(fā)展和提高，棉稈原料經(jīng)預(yù)處理后，進(jìn)行機器脫皮已應(yīng)用于實際生產(chǎn)。如新疆一些造紙企業(yè)和河南省新亞紙業(yè)等均采用成熟的棉稈皮、芯分離處理技術(shù)和設(shè)備，分離后的稈皮、稈芯通過分別制漿和漂白，用于生產(chǎn)不同紙產(chǎn)品［6］。

2.2工藝流程

針葉木化學(xué)漿、針葉木化機漿和棉桿化機漿3種原料經(jīng)計量后分別送入水力碎漿機碎解，碎解后漿料經(jīng)疏解和打漿成漿；成漿后漿料進(jìn)入各自儲漿池，按比例要求將3種漿料送入混合池混合，同時加入適量施劑；混合后漿料進(jìn)入成漿池。經(jīng)稀釋后漿料通過凈化進(jìn)入紙機系統(tǒng)，通過網(wǎng)部脫水、壓榨、烘干、卷取等工序成為成品，其主要生產(chǎn)工藝分別如下。

2.2.1針葉木化學(xué)漿制漿工藝流程。具體工藝流程如下：

針葉木化學(xué)漿木漿→高濃水力碎漿機→篩選→濃縮機→高濃盤磨機→儲漿池

2.2.2針葉木化機漿制漿工藝流程。具體工藝流程如下：

針葉木化機漿→高濃水力碎漿機→篩選→凈化→濃縮機→高濃盤磨機→儲漿池

2.2.3棉稈化機漿制漿工藝流程。經(jīng)過機器脫皮分離后的棉稈，用切片機切片后，進(jìn)行預(yù)浸預(yù)蒸，再疏解熱磨，然后再篩選漂白。具體工藝流程如下：

2.2.4抄造工藝流程。具體抄造工藝流程如下：

2.3主要設(shè)備

TPJ脫皮機，￠500mm切片機，LXY預(yù)浸預(yù)蒸機，￠650mm盤磨機，30m3漂白倉，5m3D型高濃水力碎漿機，2.0m2ZSL外流壓力篩，ZSA高濃除渣器，4.5m2ZNW重力圓網(wǎng)濃縮機，￠550mm DDR20型盤磨機，SGJ機內(nèi)雙輥施膠機，2640/500長網(wǎng)多缸造紙機（兩組缸之間裝有機內(nèi)雙輥施膠機），2640/800全自動復(fù)卷機等。

2.4工藝技術(shù)條件及參數(shù)

2.4.1原料配比。針葉木化學(xué)商品漿板，比例20%，打漿前叩解度21SR0，白度88%；針葉木化機商品漿板，比例40%，打漿前叩解度23SR0，白度79%；棉桿化機漿（濕漿），比例40%，打漿前叩解度30SR0，白度68%。

2.4.2打漿后叩解度。針葉木化學(xué)商品漿，打漿濃度8%～10%、打漿后叩解度50～55SR0、濕重5.5～6.0g；針葉木化機商品漿，打漿濃度8%～10%，打漿后叩解度40～45SR0，濕重3.0～3.5g；棉桿化機漿，打漿濃度8%～10%，打漿后叩解度35～40SR0，濕重2.0～2.5g。

2.4.3施膠劑用量。用量為0.3%～0.5%。

2.4.4抄造工藝條件。上網(wǎng)漿料濃度0.5%～0.8%；上網(wǎng)漿料pH值范圍在6.5～8.0；壓榨部線壓力35～45kN/m；進(jìn)壓榨部水分89%，出壓榨部水分65%；一組烘缸8個，烘干曲線0～0.02MPa；二組烘缸12個，前6個烘缸，烘干曲線0.02～0.04MPa；后6個烘缸，烘干曲線0.04～0.02MPa；冷缸1個，常壓通冷水；進(jìn)烘缸水分65%，出烘缸水分8%；成紙水分6%～9%；定量60～100g/m2；產(chǎn)品規(guī)格為卷筒或平板。

2.4.5抄造規(guī)程。控制好上網(wǎng)漿料漿速與網(wǎng)速比，減少纖維絮聚，改善成紙勻度；紙頁出第一組烘缸后直接進(jìn)入施膠機內(nèi)施膠料，然后再進(jìn)入烘干道和第二組烘缸干燥；白水要最大限度地回用；調(diào)整好壓榨線壓和干燥曲線，使成紙干濕強度、松厚度、不透明度等性能指標(biāo)達(dá)到最佳效果。

表5　產(chǎn)品性能指標(biāo)

3　產(chǎn)品性能指標(biāo)

產(chǎn)品經(jīng)河南省造紙產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢測中心檢測，各項性能指標(biāo)達(dá)到輕型印刷紙國家標(biāo)準(zhǔn)《GB/T 26705-2001》優(yōu)等品要求，產(chǎn)品主要性能指標(biāo)見表5。

4　技術(shù)創(chuàng)新性

①本項目技術(shù)研究使農(nóng)業(yè)廢棄物棉稈得到了有效綜合利用，減少了棉稈焚燒對大氣環(huán)境造成的污染，保護(hù)了生態(tài)環(huán)境；同時增加了農(nóng)民收入，節(jié)約了寶貴的森林資源。

②采用棉稈（即棉稈芯）漂白化機漿替代部分木漿生產(chǎn)輕型印刷紙，開辟了生產(chǎn)輕型印刷紙新的原料來源；同時降低了生產(chǎn)成本，增強了市場競爭力，具有良好的經(jīng)濟效益、環(huán)境效益和社會效益。

③采用化機漿方法生產(chǎn)棉稈化機漂白漿，漿得率高（55%～60%），能耗和水耗低，施膠化學(xué)助劑用量少，污染物和廢水排放量少，提高了清潔生產(chǎn)水平。

④高配比棉稈化機漿（40%）生產(chǎn)輕型紙，在紙機抄造過程中，通過控制壓榨部線壓力和干燥部烘缸干燥溫度和干燥曲線，使產(chǎn)品在保持足夠強度下，也有較高的松厚度和較好的不透明度。產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到輕型紙國家《GB/ T26705-2011》標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)等品要求。

［1］馬恒全.輕型紙生產(chǎn)工藝探討［J］.中國造紙，2009（8）：30-31.

［2］趙文平，蘇燕美，王新偉.輕型紙表面強度的改善措施［J］.紙和造紙，2012（3）：18-19.

［3］路晟，周洋，張俊青，等.楊木BECMP抄造輕型紙纖維體系的研究［J］.紙和造紙，2012（5）：6-9.

［4］鐘澤輝，詹懷宇.棉稈原料的化學(xué)機械制漿方法［J］.包裝工程，2007（2）：23-25.

［5］劉葦，侯慶喜.全棉稈原料生產(chǎn)漂白化機漿處理工藝［J］.紙和造紙，2008（10）：11-14.

［6］張毅，王玉興.棉稈無氯漂白清潔制漿工藝［J］.中華紙業(yè)，2010（9）：47-49.

Study on the Mixing Technology of the Light Paper by Cotton Stalk Chemimechanical Pulp

Wan Hong'anJiao GuodongLi Yuejin
（Henan Light Industry Scientific Research Institute Co.Ltd.，Zhengzhou Henan 450003）

With agricultural waste cotton stalk as raw material，light weight paper of 40%cotton stalking blending pulp through chemi-mechanical pulpingmethod wasproduced.Duringthemakingprocedure，by thecontrol of linear pressure in pressure section，drying temperature and drying curve in drying section，the paper produced could have better bulk and enough opacity while with higher intensity.The paper also have other advantages such as better ink absorbing ability，legibility and higher printing performance which are comparable with all-wood light paper.Light paper produced through thisprocedureiscompetitivebecauseit could decreasetheusageof wood pulp toprotect the forest resources，reduceproductioncost andincreasetheeconomicbenefitsbysavingof energyandwater.

cottonstalk chemi-mechanical pulp；light paper；mixingtechnology

TS75

A

1003-5168（2016）06-0072-04

2016-05-18

萬洪安（1964-），教授級高工，研究方向：造紙工藝技術(shù)與造紙助劑。