废纸的分类及其再生过程性质的变化废纸回用技术讲座之一.doc

废纸的分类及其再生过程性质的变化_废纸回用技术讲座之一.txt大悲无泪，大悟无言，大笑无声。我们手里的金钱是保持自由的一种工具。女人在约会前，一定先去美容院；男人约会前，一定先去银行。废纸的分类及其再生过程性质的变化废纸回用技术讲座之一詹怀宇(华南理工大学制浆造纸工程国家重点实验室广州510641)1前言废纸是重要的可再生资源,废纸的回收利用是解决造纸工业面临的原料短缺、能源紧张和污染严重等三大问题的有效途径。近十多年来,世界各国高度重视废纸资源的利用,废纸的回收率和利用率逐年增长,处理废纸的技术不断改进和完善,用废纸浆制成的纸和纸板的产量和品种也逐年增长。1995年世界纸浆总产量为2.91亿吨,各种纸浆的比例见表1。根据联合国和世界粮农组织的预计,2010年全世界纸和纸板消耗量为4.79亿吨,人均消耗68Kg,废纸利用率50.9%。表11995年世界各种纸浆产量的比例浆种比例%化学浆42废纸浆*34机械浆15半化学浆3非木材纸浆6*其中废纸脱墨浆8%由表1看出,世界废纸浆产量仅次于化学浆,已占世界纸浆总产量的三分之一。来源于人类社会的废纸已成为造纸工业的重要原料来源。我国造纸工业也一样,有遍布各省市的为数众多的大中小型造纸企业长年使用回用纤维生产数量巨大的各种档次的工业包装用纸和纸板;随着脱墨技术的发展,脱墨浆的产量也逐年增长,成为废纸浆越来越重要的组成部分。日益完善的工业用纸废纸浆和脱墨浆生产技术成为世界造纸工业的重要支柱之一,对造纸工业的发展和造纸科技进步产生重要的影响。废纸回用的意义,可以概括为:1)节约原料,增加生产废纸的回收利用可节省大量的制浆造纸用纤维原料,节省出来的纤维原料可增加纸浆和纸张产量,满足人们生活和工业的需要。目前全世界木材年需求量20亿m3以上,而且在未来20年中,全世界木材需求量年增长率不低于25%。木材需求量如此之大,这就迫切需要节约木材。用废纸制浆造纸,可节约大量的木材1。例如,每生产1t废新闻纸浆较生产1t磨木浆可节约木材2m3,生产1t高白度废纸脱墨浆较生产1t漂白化学浆可节约木材5m32。2)减少污染,保护环境与常规的制浆过程相比,废纸制浆生产工艺流程较简单,其废水的处理也较容易,排放的废水量和污染负荷较少。此外,废纸制浆基本上没有大气污染,因此,废纸制浆可减少对环境的污染。由于不用新的纤维原料,木材砍伐量可相应减少,有利于生态平衡和保护环境。而大量使用原本是人类社会废料的各类废纸,通过经济可行的工业技术而生产出卫生的、符合各种质量指标、在社会不同领域发挥作用的再生纸,既避免废纸累积造成的污染,又变废为宝,为社会创造了财富。3)节省能源、降低能耗与化学法、机械法和化学机械法制浆相比,废纸制浆生产工艺流程较简单,能耗相应较低。生产1t废新闻纸浆比生产1t磨木浆48广东造纸1999.No.1节约能量75%左右,生产1t高白度脱墨浆较生产1t化学浆节约能量50%以上2。4)节省投资,降低成本建设以植物纤维原料制浆的生产线投资大,而建设同等规模的废纸浆厂只需建设原浆浆厂投资的25%30%。化学浆厂化学品回收和废水处理投资也很大,而废纸制浆污染轻,其废水也较易处理,环保方面的投资也较少。由于废纸浆的原材料成本、能耗、投资均较低,其生产成本比原浆要低。2废纸的分类废纸的分类,对废纸的收集、处理有直接的影响。废纸的来源不同,其纤维种类、成分以及性能等差异甚大。对废纸进行分类,可以达到分级使用,物尽其用的目的。废纸的分类一般按废纸的来源和废纸纤维的种类来划分,但世界各国废纸分类的方法和标准均有较大的差异。1)国外废纸的分类联合国粮农组织按废纸用途将废纸分为四大类:新闻纸和书籍废纸、纸板箱废纸、高质量废纸及其他废纸。日本将废纸分为九类:上等白纸卡纸、特白中白马尼拉纸、有色道林纸、证券纸、牛皮纸、报纸、杂志纸、瓦楞箱板和硬纸板。英国将废纸分为11类:不含机械浆的白色未印刷废纸、不含机械浆的白色已印刷废纸、含机械浆的白色和轻度印刷废纸、不含机械浆的有色废纸、含机械浆的重度印刷废纸、有色牛皮纸和马尼拉纸、新的牛皮挂面纸板、容器废纸、混合废纸、有色卡纸和含杂质废纸。美国将废纸分为三大类:纸浆代用品、可净化的废纸和普通废纸。纸浆代用品指白纸与白纸的切边,这类废纸经打散成纤维后不作进一步处理即可作为成浆使用。可净化的废纸经脱除印刷油墨后即可成浆使用。普通废纸包括旧报纸、旧瓦楞箱和混合废纸等。另一更细的分类法是将废纸分为47种,另列特殊等级7种。与此同时,还颁布了一项废纸原料标准,使每个类别的废纸均有明确的质量标准。德国将废纸分为低极、中级、高级和保强废纸四大类。后者包括用过的防水或不防水的牛皮纸袋,用过或未用过的纯硫酸盐浆纸、旧瓦楞箱纸等。2)我国废纸的分类3我国废纸分类各地情况不同。例如,北京市物资回收公司将废纸分成20种,天津市物资回收公司将废纸分类,设29个品名。目前全国尚无废纸分类的统一标准,但根据我国废纸的来源和特点,通常可分为以下6类:白色废纸这类废纸也可以看成是纸浆的代用品,其中包括未经印刷、具有比较一致的白度和无有害物的白纸。废弃物不超过0.5%。此类废纸碎浆后可作为生产一般书写、印刷纸的漂白浆,或用于抄造中、高档卫生纸。这类废纸主要是印刷厂切下的白纸边。书籍、杂志废纸这类废纸主要包括印刷厂或书店未发行的和发行后回收的书籍、印刷着色不含或仅含少量机械浆的废刊物、书籍等。这类废纸要求不含禁止物,无用物不超过0.25%。此类废纸经脱墨处理除去颜色、油墨后,可生产有光纸、书写纸、凸板纸、卫生纸等。也可生产提箱纸板,或在新闻纸中掺用。旧新闻纸由成捆的、选择过的旧报纸组成。不包括旧杂志。凸印和彩印部分不高于正常的百分率。包装必须不含焦油、禁止物,无用物不超过0.25%。此类废纸脱墨后主要用作配抄新闻纸用,或用于抄造生活用纸和一般文化用纸。纸箱与纸板废纸此类废纸包括牛皮纸板、瓦楞纸板切边,旧瓦楞纸箱,各色废纸盒、纸箱,黄、白、灰色纸板等。其禁止物不超过1%,无用物不超过5%。这类废纸可用于回抄草纸板、茶纸49广东造纸1999.No.1板、箱纸板、瓦楞原纸等,其中的竹、木浆废纸可用于生产挂面纸板。纸袋纸废纸和牛皮纸废纸这类废纸是指包装水泥后回收的破水泥袋、废牛皮纸袋及其他纸袋和牛皮纸废纸。此类废纸经拆线挑选,不含杂物,可回抄代用纸袋纸(即仿纸袋纸)、再生条纹包装纸,也可掺入木浆作箱纸板挂面浆。混合废纸这类废纸属低级废纸,包括部分“垃圾废纸”(从垃圾堆拣来的废纸)。主要含混合杂志书籍、传票、单据帐簿、中小学生练习本、办公废纸及包装物品后的废纸。各种废纸的比例不限,其禁止物含量不许超过2%,无用物含量不超过1%。此类废纸主要用于生产屋顶纸板、防潮纸板及普通的低级纸板芯层等。混合废纸含有大量杂质,如金属粒子、石头、砂子、带子、破布、细绳、塑料以及热熔物、沥青等。随着办公设备的现代化,办公废纸(如使用过的计算机打印纸、静电复印纸、传真纸等)的数量将会逐年增长,因此,混合办公废纸将成为新的一类废纸。3废纸再生过程性质的变化废纸循环使用时,纸张纤维的性质与原浆纤维的性质有所不同,因为它们已经过造纸生产的全过程,即纸料制备湿部脱水干部干燥压光卷取等过程,纤维发生了一些不可逆的变化。纸和纸板后加工方法及工艺,存放时间及环境条件,都会引起废纸浆性质不同程度的变化。而不同浆种的废纸在循环使用过程中纸浆性质的变化也有明显的差别。(1)化学浆废纸再生过程中性质的变化图1为经打浆的未漂针叶木硫酸盐浆循环回用时纸浆性质的变化。对于经过打浆的化学浆,循环回用引起裂断长、耐破度和耐折度的显著下降,紧度和伸长率少量下降,而撕裂度、挺度、光散射系数、不透明度和透气度增加。这些变化在第一次回用时最显著,循环使用超过4次后,大部分物理性质趋于稳定。多数研究者认为,引起这些变化的主要原因是:废纸在重复碎浆脱水干燥等处理过程中,纤维素的部分游离羟基形成图1经过打浆的未漂针叶木硫酸盐浆循环回用时纸浆性质和变化5氢键结合,非结晶结构转变为结晶结构,使纤维素的结晶度增加,产生不可逆的角质化,纤维变得挺硬,可塑性降低,吸水后的润胀减少,保水值下降,因而导致纤维间的结合强度降低。表2为实验室条件下漂白硫酸盐浆再生纤维的纸页性质。从表2看出,随着回用次数的增加,纸浆的保水值下降,纸页的厚度增加,紧度、裂断长下降,白度和不透明度有所增加。针叶木浆与阔叶木浆主要不同是:随循环回用次数的增加,针叶木浆的撕裂因子提高,而阔叶木浆的撕裂因子下降。此外,硫酸盐浆和亚硫酸盐浆,打过浆和未打浆的化学浆,漂白浆和未漂浆,其回用过程性质的变化均有一定的差别。(2)机械浆废纸再生过程中性质的变化机械浆循环回用过程中性质的变化与化学浆不同。随着回用次数的增加,紧度、裂断长的耐破度提高,撕裂强度也略有增加,而光散射系数下降。图2为磨石磨木浆循环回用时纸浆性质的变化。50广东造纸1999.No.1机械浆在湿的状态下并非完全层离的,干燥时产生的角质化很少,而挺硬的机械浆纤维经过连续的循环使用而逐步变平和柔韧,使得纤维间的结合改善,抄纸时得到更薄和更紧密的纸页,因而紧度和强度提高,光散射系数下降。(3)影响废纸浆性质的因素影响废纸浆性质的因素很多,除与纤维原料和制浆方法有关外,还与纸料配比、造纸过程、印刷加工方法、消费和收集方式、以及循环回用方法等有关。化学环境纸页抄造时的化学环境会影响干燥和回用后纸浆纤维的润胀,在酸性条件下抄造的未漂化学浆回用后其润胀和强度均比碱性条件下抄造的低。废纸中的松香胶和硫酸铝会引起循环潜力(纸浆强度等)的进一步损失,这可能是由于施了胶的纤维维持其疏水表面,在一定程度上阻碍了纤维间的结合。打浆化学浆打浆度越高,循环回用后纸浆质量变化越大。总的来说,经打浆的化学浆循环回用后,润胀显著减少,纤维长度降低,细小纤维含量增加。表2针叶木和阔叶木漂白硫酸盐浆再生纤维的纸页性质4材种针叶木阔叶木回用次数0 1 3 5 0 1 3 5游离度CSF ml 326 441 362 334 343 470 441 420保水值% 132 113 109 106 131 114 103 106厚度1/100mm 7.8 8.7 9.2 9.3 8.1 10.0 10.5 10.6紧度g/cm30.74 0.63 0.60 0.59 0.73 0.57 0.53 0.53裂断长Km 8.61 4.40 3.71 3.65 6.38 2.52 2.03 1.93撕裂因子102 182 213 204 92 70 60 58白度% 80.4 83.8 84.4 84.2 79.6 84.0 83.5 82.7不透明度% 65.1 76.9 80.1 80.0 75.2 85.1 85.3 85.2紧度裂断长耐破度撕裂度光散射系数图2机械浆循环回用时纸浆性质的变化5经湿压、未干燥经湿压和干燥图3经打浆的漂白硫酸盐浆湿压后干度对回用浆润胀度的影响5湿压榨的影响对于中度打浆的化学浆,重的湿压榨会引起纤维润胀的损失。如图3所示,对经湿压、未干燥和经湿压和干燥的纤维的润胀度51广东造纸1999.No.1均随湿纸页干度的提高而降低,但大多数影响是在干度大于35%时才产生。纸浆干燥纸浆在抄纸前是否干燥过对废纸浆性质有一定的影响。从未干燥过的化学浆,抄纸干燥过程中产生角质化,废纸回用时纤维结合强度会降低。对干燥过的纸浆,由于干燥时已经角质化,抄纸时进一步干燥并不明显减少其已经较低的润胀,废纸循环回用时其结合潜力损失甚小;而且,干燥过的纤维通常是卷曲的,这种卷曲会降低纸浆强度,循环回用时能去除部分卷曲,有利纤维间的结合。压光压光会引起化学浆保水值、长度和强度的损失。压光越重,由压光纸回用浆制的纸页裂断长越低,撕裂强度和浆料滤水性也变差。现代趋势是避免采用硬压区。印刷和加工印刷主要影响废纸浆的光学性质。大于50m的油墨粒子形成尘埃,小于50m的油墨粒子虽然肉眼看不到,但会降低白度,使浆变灰色。制纸箱时用的憎水材料(如胶粘剂)保留在纸箱碎解后的纤维悬浮液中并沉积在纤维表面,因而降低了回用纤维的表面自由能,阻碍了纤维的结合。消费者和收集者纸张(品)消费者和废纸收集者将不同类型的废纸混合在一起,会降低废纸的级别,废纸中的杂质(污染物)影响其回用性能。废纸的老化也是一个重要因素,旧报纸存放的时间越长,其废纸浆的强度越低。回用过程废纸回用包括机械、化学和热处理过程。这些过程对废纸浆性质均有重要的影响。机械作用与纸浆浓度密切相关。浓度高于8%时,机械作用对纤维的卷曲和微压缩有重要的影响。随着浆浓的提高,得到更松厚、伸缩性更大的纸浆。氢氧化钠是废纸制浆的重要化学品之一。NaOH有助于油墨的脱除和重施胶纸张的离解,更有助于纤维的润胀,使纤维更柔韧且结合更好。本讲座承蒙广州造纸有限公司冯铭杰高级工程师提供技术资料并对文稿提出许多宝贵意见,特此致谢!参考文献1沈序龙,朱友胜编著.废纸再生工程.轻工业出版社,1990,122安建华编.废纸制浆与造纸.轻工业出版社,1990,133梁实梅,张静娴,张松寿编著.制浆技术问答.中国轻工业出版社,1994,3583594Richard 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