（轻工技术与工程专业论文）低定量新闻纸在南纸的研究和开发.pdf

低定量新闻纸在南纸的研究和开发 摘要 生产低定量新闻纸是大势所趋，降低定量不但可以节约木材资源 t 和能源，而且可以大大增加吨纸出报率。本文主要介绍了南纸股份 有限公司在开发和推广低定量新闻纸上的开发思路和研究过程。 生产低定量新闻纸首先要有现代化的先进设备做为基础，南纸在 1 9 9 9 年引进了国内一流的新概念纸机，2 0 0 1 年又对国产3 1 5 0 纸机 进行了改造，使低定量新闻纸在国产纸机上得到了推广应用。 原料结构组成是生产低定量新闻纸的关键，这里的原料主要是指 浆料组成，对此，南纸公司做了大量的研究，根据各种浆料的特性， 采用不同的配比进行分析，找出适合低定量新闻纸生产的最佳方案， 并应用于大规模的生产实践中。 为解决低定量新闻纸透印问题，对造纸用的填料也进行了分析比 较，通过性价比优选出最适合的产品用于生产。 本文对化学品在生产低定量新闻纸上所起的作用也做了研究， 如：助留助滤剂、淀粉和消泡剂等。助留助滤剂一方面提高了填料 的留着率，提高了成纸的不透明度，另一方面由于白水的循环利用， 系统内部集聚了大量的阴离子杂质，助留助滤剂能使纸机在较清洁 的条件下运行；淀粉的主要作用是弥补填料留着率提高带来的成纸 强度降低所造成的损失；消泡剂的作用是消除系统内部的泡沫，提 高匀度，减少针眼纸病；以马尾松生产的木片浆树脂障碍严重，生 物酶树脂控制技术能够解决这个问题。最后提出了滑石粉加入点改 进方案及引进杀菌剂的必要性。 关键词：低定量新闻纸，透印，强度，填料，助剂 s t u d ya n de x p l o i t a t i o no nl o w - b a s en e w s p r i n t i nn a n p i n gp a p e rm i l l a b s t r a c t i tt e n d st op r o d u c el o w - b a s en e w s p r i n t f o r n e w s p r i n t ，r e d u c i n gt h e b a s em e a n s s a v i n gt h ew o o d sa n dp o w e r s ，a n di n c r e a s i n gt h eq u a n t i t y o fn e w s p r i n t t h i sp a p e rm a i n l yi n t r o d u c en a n p i n gp a p e rc o l t d h o w t os t u d yo np r o d u c i n gl o w - b a s en e w s p r i n ta n ds p r e a dt h et e c h n o l o g y t op r o d u c i n gl o w b a s en e w s p r i n t ，a b o v e a l l ，i ts h o u l dh a v et h e m o d e r na d v a n c ee q u i p m e n t s n a n p i n gp a p e rm i l lb o u g h tan e w c o n c e p t p a p e r m a k i n gm a c h i n eo fm e t s oi n19 9 9 ，a n dr e c o n s t r u c t e dt h eo w no u r 315 0p a p e r m a k i n gm a c h i n e s o ，t h et e c h n o l o g yo fp r o d u c i n gl o w b a s e n e w s p r i n tw a su s e do n315 0p a p e r m a k i n gm a c h i n e t h ec o n f i g u r a t i o no fm a t e r i a li st h ek e yo fp r o d u c i n gl o w b a s e n e w s p r i n t t h em a t e r i a l h e r em a i n l ym e a n st h e c o m p o s eo fp u l p n a n p i n gp a p e rm i l lm a d eal o to fs t u d yo ni t ，a n a l y z i n go nd i f f e r e n t c o m p o s eo fp u l p a tl a s t ，t h eb e s ts c h e m eo fp r o d u c i n gl o w - b a s e n e w s p r i n tw a sf o u n do u t ，a n di tw a su s e di np r o d u c i n gp r a c t i c e i no r d e rt os o l v et h el o w b a s en e w s p r i n t sp r o b l e mo fp r i n t i n g t h r o u g h ，n a n p i n gp a p e rm i l la l s oa n a l y z e dm a n yk i n d so ff i l l e r ，a n d f o u n do u tt h eb e s tf i l l e rf o rp a p e r m a k i n g t h i s p a p e r a l s oi n t r o d u c e st h ef u n c t i o n so fc h e m i s t r i e so n p r o d u c i n gl o w b a s en e w s p r i n t ，s u c ha sf i l t e ra i d 、s t a r c h 、d e f o a m i n g a g e n t f i l t e ra i dr e m a i n st h ef i l l e ro nt h ep a p e r , i m p r o v e st h ep a p e r s o p a c i t y , a n ds u p p l y sac l e a n l yc o n d i t i o nf o rp a p e r m a k i n gm a c h i n e r u n n i n g t h em a i nf u n c t i o no fs t a r c hi si m p r o v i n gt h ep a p e rs t r e n g t h t h ef u n c t i o no fd e f o a m i n ga g e n ti se l i m i n a t i n gt h ef o a m a tt h ee n d ，t h e a m e l i o r a t i v es c h e m eo ft h ea d d e dp o i n to ff i l l e rw a sg a v eo u t ，a n d m e n t i o n e dt h en e c e s s a r yo fa d d i n gb a c t e r i c i d e k e yw o r d s ：l o w b a s e ，n e w s p r i n t ，p r i n t i n gt h r o u g h ，s t r e n g t h ，f i l l e r i 低定量新闻纸在南纸的研究和开发 原创性声明及关于学位论文使用授权的声明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文 不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文 的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。 本人完全意识到本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：批皓 日期： 2q q 2 生旦 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解陕西科技大学有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅和借阅；本人授权陕西科技大学可以将本学位 论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：茏鱼查垒导师签名： 低定量新闻纸在南纸的研究和开发 1 文献综述 1 1 国内外新闻纸发展状况及趋势 1 1 1 世界新闻纸市场的概况 1 9 9 0 年至2 0 0 0 年，世界新闻纸年总产量3 2 5 8 6 万吨增加到3 9 1 2 3 万吨， 年平均增长率为2 。2 0 0 3 年新闻纸总产量为3 7 4 2 5 万吨，3 年内减产了1 6 9 8 万吨，在总产量3 7 4 2 5 万吨中，北美占1 3 6 7 3 万吨( 加拿大约8 5 0 万吨，美 国约5 1 2 5 万吨) ，欧洲占1 2 7 3 8 万吨，其它地方为1 1 0 1 4 万吨，2 0 0 3 年亚洲 净进口量为1 9 0 万吨。 据有关刊物报导，2 0 0 4 年北美新闻纸总产量减少5 9 ，产生原因是美国 报刊发行量养活新闻纸成本上升，纸供应商为了提高新闻纸的价格采取停产或 转产年产能在l o 万吨左右的纸机。 欧洲的新闻纸机幅宽大，车速快、自动化程度高，根据近年来造纸信息报 导，关停转产或作二手机外卖的纸机产能较少，而新建纸机的产能较多，2 0 0 4 年，西欧新闻纸产能增长量超过5 0 万吨，而新上的纸机如2 0 0 3 年比利时 l a n g e r b r u g g e 纸厂一台宽1 1 1 m ，车速2 0 0 0 m m i n ，年产4 0 万吨新闻纸机，2 0 0 2 年德国莱茵造纸厂新建一台网宽8 9 m 。工作车速1 8 0 0 m m i n ，年产2 8 万吨新闻纸 机计划于2 0 0 6 年投产的西班牙p e n i n s u l a r 厂的p m 6 2 ，网宽9 6 5 m ，设计车速 2 0 0 0m m i n ，年产3 0 万吨新闻纸或轻量涂布纸等。总的说，欧洲新闻纸市场比 较稳定，不像北美市场下滑。 2 0 0 3 年，亚洲新闻纸总产量约为9 0 2 3 万吨，进口量为1 9 0 万吨，与2 0 0 2 年相比，消费量增加4 0 6 3 万吨，产量只增加9 3 1 万吨，进口量增加4 3 8 7 万 吨。2 0 0 4 年印度就进口新闻纸7 6 。8 万吨，中国台湾进口4 8 万吨，中国香港3 8 万吨。2 0 0 5 年虽然中国新闻纸产量大于消费量，但亚洲新闻纸还是短缺，还需 要进口i o j 1 1 2 国内新闻纸的市场需求 造纸工业是国民经济的一个重要组成部分，纸和纸板的消费水平己成为衡 量一个国家现代化水平的重要标志社会已经跨入2 l 世纪，全球纸业已发展 到一个新的水平。上个世纪末世界纸与纸板的产量已达3 0 1 0 1 万吨，纸浆产量 达1 7 5 5 3 万吨。 我国的造纸工业白建国以来已有较大的发展。1 9 4 9 年，我国的纸与纸板 陕西科技大学硕士学位论文 产量仅为l o 8 万吨，经过近半个世纪的发展，到上个世纪末已达到3 0 0 0 万吨， 居世界第三位。但是，我国纸和纸板的人均消费量仅为2 9 千克，与世界平均 消费水平( 5 2 千克) 相比还有较大的差距，与发达国家( 美国人均消费量为 3 3 5 千克) 的差距则更大。因此被列为我国重点发展产业的造纸工业必须有较 大的增长。 改革开放后，随着我国新闻印刷业的发展，各大新闻纸厂通过技术改造， 提高产品质量和生产规模，降低消耗，关键技术装备得以更新，生产力水平得 到了明显提高，大部分产品能够满足胶板印刷的要求。但高档纸还是较少，单 个生产商的竞争力偏弱，1 9 9 7 年随着大量进口新闻纸倾销到国内市场，中国的 新闻纸行业遭到了严重打击。1 9 9 8 年后，随着投资体制的改革，中国的新闻纸 行业利用反倾销保护的机遇，加大了技术引进的规模和力度，高起点地新建了 多条现代化的新闻纸生产线，浆料结构也转化为以废纸脱墨浆为主，初步解决 了传统浆料由于木材资源紧缺，材质树脂含量高、生产装备总体水平低造成的 产品质量差、档次低等问题【1 2 l 。 新闻纸过去作为一种战略物资，历来受中国政府的高度重视和严格控制。 计划经济时期，我国的新闻纸生产量和需求量增长缓慢，1 9 9 5 年到2 0 0 0 年， 新闻纸产量年增长率约1 3 ，其主要是靠原有新闻纸生产企业通过技术改造提 速提产实现的，其中1 9 9 7 年由于国外新闻纸的倾销，国产新闻纸产量大幅下 滑；2 0 0 0 年后随着我国经济的快速发展和新闻出版业不断繁荣，新闻纸市场出 现强劲增长势头，消费量逐年大幅上升，许多生产商和投资商抓住机遇，纷纷 投巨资引进国际一流的先进技术和装备，新闻纸产能快速增长，2 0 0 0 年至2 0 0 4 年的年增长率高达约2 0 ；但是2 0 0 5 年由于整个国家宏观调控政策和新型传 播媒体发展的影响，新闻纸市场需求放缓，消费量基本和前年持平，首次出现 了生产量大于消费量，产品供大于求，另一方面随着江西晨鸣，河北诺斯克龙 腾、山东华泰等1 0 0 多万吨新生产能力的形成，新闻纸市场竞争空前激烈，各 生产企业效益下滑，部分生产线处于停产或半停产状况。表一为1 9 9 5 年至2 0 0 5 年中国新闻纸行业生产量与消费量的情况【4 l 。 表l l过去十年间中国新闻纸行业生产量与消费量情况 t a b l e1 lp r o d u c t i o nv o l u m ea n dc o n s u m p t i o no fn e w sp a p e ri np a s tt e ny e a r s 2 低定量新闻纸在南纸的研究和开发 1 1 3 新闻纸行业发展方向 1 1 3 1 新闻纸原料供应和结构的改变 造纸业的高速发展给国民经济带来了飞速提高，但也必然导致原材物 料及资源的短缺，我国森林资源匮乏，供给造纸用木材不足，资源危机正 迫近造纸产业，而造纸原料是造纸工业发展的基础，造纸纤维原料的供应 将始终是困扰造纸企业的瓶颈，为解决原材料危机问题，目前要依靠加快 植树造林和实施林纸一体化工程来解决，因此，国家子2 0 0 4 年2 月1 6 日 出台了全国林纸一体化工程建设“十五”及2 0 1 0 年专项规划 及国家 与地方的相关产业政策，有力地推动了林纸一体化建设工程的实施。 近年来，我国造纸行业的结构矛盾突出，其中原料结构的不合理及供 给不足己严重制约我国造纸工业持续、健康发展，因此，极有必要在实行 林纸一体化工程的同时，对新闻纸原料结构进行调整，提高废纸的回收利 用，利用二次纤维原料造纸，这不仅大大缓解了原材物料及资源的短缺的 现象，还保护了环境，减轻了对生态的破坏。 传统的新闻纸生产原料以磨石磨木浆为主，废纸脱墨浆的应用，大大 促进了我国这个木材原料紧缺国家新闻纸待业的快速发展，近十年来新建 的新闻纸生产线大多以废纸脱墨浆为原料，废纸的使用比例迅速上升，目 前己达8 0 左右。但遗憾的是我国废纸的回收率还只有3 0 ，新增废纸的 来源几乎都是国外，并且以美国为主，美国每年出口的几百万吨旧报纸有 近一半运往中国废纸供应渠道的单一，令其进口价格一再攀升而质量却 不断变坏。大家还应该对2 0 0 3 年中美贸易磨擦和美国码头工人罢工期间 对我国新闻纸行业造成的影响记忆犹新。我国的新闻纸生产企业要积极开 拓新的废纸供应渠道，并大力推进国内废旧新闻纸的回收利用，面对国内 零星分散的旧报纸收集系统，可借鉴外国的成功经验，建立起高效运作的 多级废纸收集体系。与此同时，随着废纸循环回用次数的增加纤维强度会 降低，纤维表面会角质化，这些会影响最终产品的质量，所以说木材始终 还是新闻纸生产的重要纤维原料1 5 】坚持以二次纤维为主，新鲜纤维为辅 来配抄新闻纸，是保证产品质量、降低运行成本的重要手段，同时也是新 闻纸企业可持续发展的先决条件之一。各新闻纸企业要积极发展“林纸一 体化”工程，将自营林业基地作为企业的第一车间，把相当部分的林业资 源控制在企业手中，保证质量好成本低木材的稳定供应 福建南纸股份有限公司是一个以新闻纸为主导产品年产3 0 万吨的制 浆造纸大型企业。“九五”之前，南纸已建设基地林5 3 1 3 万亩，2 0 0 4 年 3 陕西科技大学硕士学位论文 后可供造纸材2 4 ，2 万m 3 年，项目建成后年均可供造纸材3 2 1 万m 3 ，已 完成投资8 0 0 0 万元人民币。经营面积5 3 1 3 万亩，其中自办林场1 0 6 万 亩，合作造林4 4 5 1 万亩，分布在南平市延平区、建欧市、建阳市、政和 县、古田县等地股份制经营7 5 万亩( 分布在屏南县、武夷山市二地) 。 “十五”期间为了配合新上年产1 8 万吨低定量胶印新闻纸林纸一体化工 程，决定新建造纸原料林基地7 5 万亩，建成后可提供马尾松造纸材3 2 1 万m 3 。十五”期间原料林基地投资3 5 亿元人民币( 国家开发银行贷款 和企业自筹) ，分布在建欧市、南平市延平区、政和县、尤溪县、连城县、 古田县等地。几年之后。木材自给自产率达8 0 9 ，自产造纸原料基地作 为企业的第一生产车间，按政策可享受林业规定有关优惠政策，既能做到 造纸原材料的均衡供应，又能较大幅度降低生产成本【i 1 1 3 2 低定量新闻纸的发展 低定量化是当今新闻纸行业的一个主要发展趋势。目前普通新闻纸定量一 般在4 9 9 m 2 左右，而定量在4 5 4 6 9 m 2 之间的新闻纸被称为低定量新闻纸， 定量在4 3 9 m 2 以下的为超低定量新闻纸。发达国家对低定量新闻纸( 甚至超 低定量新闻纸) 的研究已有多年历史，已开发了成熟的技术并生产出优质的产 品。欧洲新闻纸的定量大部分已由4 8 8 9 m 2 降到4 5 9 m 2 ，最薄的有低到3 8 9 m 2 日本新闻纸在低定量方面也走在了世界的前列从1 9 7 6 年开始，新闻纸定量 从5 2 9 m 2 降到4 9 9 m 2 ；从1 9 8 0 年开始生产4 6 9 , m 2 的低定量新闻纸，从1 9 9 3 年开始又推进到4 3 9 m 2 的超低定量新闻纸。现在日本约8 7 的新闻纸为4 3 9 m 2 超低定量新闻纸，1 0 为4 6 9 m 2 低定量新闻纸。日本近年已开始推广4 0 9 m 2 甚至3 8 9 m 2 超低定量的新闻纸。另外，定量更低的电话号簿纸( 定量一般在 2 8 4 0 9 m 2 ) 也可视为低定量新闻纸的一个品种 7 1 我国造纸行业很早便意识到开发生产低定量新闻纸的重要性，中国制浆造 纸研究院等科研单位、吉林、广州、南平等多家大型新闻纸厂均开展了4 5 9 m 2 低定量新闻纸的研究试验工作，有些单位还进行了生产试验，取得了不同程度 的成功。但是，在新闻纸低定量化的进程中，国内新闻纸厂与西方发达国家的 新闻纸厂的确差距较大。与国外同类产品相比，国内的新闻纸在成本和质量上 都缺乏竞争力。 降低定量不但可以节约木材资源和能源，而且可以降低纸张的储存运输费 用和印刷品的运输、邮寄费用。降低新闻纸定量关键是可以增加吨纸出报率， 因此对印刷、出版用户来说，生产低定量新闻纸具有明显的经济效益同时， 开发高质量的低定量新闻纸可以增强我国新闻纸生产企业的市场竞争力，在我 4 低定量新闻纸在南纸的研究和开发 国正式加入w t o 后显得更有战略意义 为了适应市场的需要，提高产品质量，增强产品的竞争力和提高产品的社 会效益，我公司及时地在5 释纸机上试制成功4 5 9 m 2 低定量胶印新闻纸。 根据对国际市场上质量较好的4 5 9 m 2 低定量新闻纸的测定，对比，我公 司4 5 9 m 2 低定量新闻纸的主要技术指标，如抗张指数、撕裂指数和亮度等可 与之媲美。由于我公司这台新纸机采用白水稀释网前箱、夹网成形和软辊压光 机等当今最先进的设备，纸张的匀度和横幅变异系数当是世界上为数不多的最 好的纸张之一 首次生产的4 5 9 m 2 低定量新闻纸的纸张不透明度稍低，在印刷大字标题 时有轻微透印现象，后来的生产中，对新闻纸的浆料配比进行调整，选用了遮 盖率较大、粒度较小的填料，用两性淀粉来改善纸张表面强度，提高细小纤维 保留率，特别是南纸二期废纸脱墨浆工程投产后，浆料配比得到了进一步优化， 上述问题得以解决 1 2 低定量新闻纸发展所具备的条件 1 2 1 先迸的生产装备 在纸机装备上，南纸股份有限公司1 9 9 9 年从芬兰维美德公司引进了 一台当今国际最新技术的高速纸机，该纸机采用o p t i 全新概念设计，集 o p t i 上浆系统、白水稀释网前箱、o p t i f o r m e r 成形器、o p t i p r e s s 靴型压 榨、s y m r u n 单捧烘缸，软压光和o p t i r e e l p l u s 卷取等当今世界一流的最 新设备于一体，并配有纸机控制系统( m c s ) 和集散式控制系统( d c s ) 及质量控制系统( q c s ) ，是一条高度自动化和现代化的生产线。先进的夹 网成型器进行双面脱水，落浆点喷在内网与成形辊之问，脱水部位较早。 脱水效率高，纸页成型好，填料及细小纤维分布均匀，能改善纸张的两面 性能，使纸张厚度、紧度均匀一致；靴型压榨提高了纸页出压榨干度，从 而降低干燥部的用汽量；软压光技术的应用改善了纸页的表面性能；o p t i r e e l p l u s 卷取的合理控制保证了纸捆的紧度均匀一致。这些先进的纸机装 备为4 5 9 m 2 低定量胶印新闻纸的生产奠定了坚实基础。 1 2 2 成熟的废纸脱墨技术 废纸在2 0 世纪初开始作为造纸工业的再生资源，亦称。二次纤维”，其 用量及其在造纸原料中的比例逐年增加。进入9 0 年代以来，由于人们要求改 善环境、保护森林、节约能源及原材料、降低造纸成本的呼声日益高涨。再加 上环保要求越来越严格，造纸原料价格不断上涨和能源压力，废纸作为再生资 5 陕西科技大学硕士学位论文 源，再度引起世界各国政府及企业的重视。这主要是因为，利用废纸原料制浆 与直接使用植物纤维原料制浆相比，废纸制浆除能够大量节约能源、节约植物 纤维原料、降低产品成本外，还可以节约设备投资、减轻环境公害。以制浆造 纸为例，回收利用废纸，可节约用水5 0 ，相应地污水捧放量减少；节约能源 6 0 - - 7 0 ：节约建设投资2 3 ：节省氢氧化钠等化工原料的用量；减少对环境 的污染，对大气污染减少6 0 一7 0 ，生物耗氧量减少4 0 ，污水中悬浮物减 少2 5 ，固体垃圾减少7 0 ；节约原生资源，如用木材作原料，生产每吨纸约 节约木材4 吨，如用草类作原料，每吨纸节约草资源2 吨1 1 4 l 。由此可见，废纸 再生利用具有显著的社会效益及经济效益。 利用废纸制浆的关键工序是脱墨，脱墨所用的化学药品称为脱墨剂，脱 墨剂是能使粘附在纸张上的油墨、颜料颗粒及胶黏物脱落所用的化学药品。以 往多以氢氧化钠、碳酸钠、硅酸钠等碱性物质作为脱墨剂。但效果较差。碱性 物质对皂化油脂虽有效，但对紧密吸附于纤维问的油墨很难除去，并易使纸浆 返黄。当前，使用的废纸脱墨剂应具有使油墨润湿、渗透、发生润涨，减少对 纤维的结合力，并使油墨乳化、分散，与纤维脱离，防止再沉积在纤维上的多 功能复合型混合物。例如，以聚氧乙烯烷基酚醚、聚氧乙烯烷基苯醚等非离子 型表面活性剂为主体，配有其他助剂组成的脱墨剂，可有效去除书刊、杂志和 报纸的印刷油墨，现被广泛应用。具体组分要根据废纸种类，以及脱墨纸浆质 量的要求而不同特别是当前印刷技术在不断改新，油墨的组成也不断变化， 所以脱墨剂的组成也要随着印刷技术的变化而变化 脱墨剂的作用主要是降低脱墨温度、节约能源；加速脱墨反应、缩短脱 墨时间，并减少纤维受机械作用的损伤；减少碱的用量，减少纤维强度的降低， 从而提高脱墨效果，并尽可能取得高质量的回收纸浆。 目前，印刷油墨主要有两类基本成分组成：油墨中含有颜料或染料使 其具有颜色、不透明性及油墨的可流动性。油墨还应含有载色体，它们起着 夹带颜料的作用，并把它们携带到纸页上，使其在纸面上凝固下来。载色体一 般为植物油、矿物分馏液、树脂、可溶性塑料或挥发性溶剂【”。 除了上述基本成分外，印刷油墨中还含有一些其他成分，如黏合剂、溶 剂、催干剂、润湿剂和蜡质等。 上述各成分要根据印刷过程中油墨的固化机理和印刷方法不同采用不同 的配比而成。如油墨的固化方法有吸收、挥发、氧化、热化、紫外线、红外线、 沉淀、胶凝、冷却等。印刷方法有：凸版印刷、平版印刷、凹版印刷、柔版印 刷、静电印刷、喷墨印刷。 6 低定量新闻纸在南纸的研究和开发 现代废纸脱墨技术得到了迅速发展，其最基本的方法分为洗涤法和浮选 法两种，这是根据油墨与纤维分离方式不同而分的，生物法脱墨是现代废纸脱 墨技术的一种新方法，目前还在不断的探讨和摸索中 洗涤法是把从废纸上脱离下来与纸浆悬浮液共存的油墨等污物，用脱水 处理的方法进行污水一一清水轮流置换洗涤，使油墨污物和纸浆纤维分离。该 法动力消耗较浮选法少，处理后的纸浆灰分含量少，脱墨洁净，白度高，适于 生产薄页纸及要求灰分低的纸张。但用水量较大，纸浆得率较浮选法低 浮选法是在与纸浆悬浮液共存的油墨及污物中不断通入微小空气气泡， 使气泡吸附油墨及污物并浮到表面，然后摔除的方法。该法特点是耗水量少， 但要求精确控制p h 值，占地面积较大，动力消耗大。 生物法脱墨分两类： 用纤维素酶( 半纤维素酶) 和纤维素( 半纤维素) 反应，在纤维表面 产生剥皮反应，使油墨粒子与纤维分离。由于剥皮反应，纤维素部分降解，纸 浆得率降低。因此酶的用量、反应时间等因素的优化控制很重要。 用脂肪酶和油墨中植物油基性油墨中的载体或粘结剂反应，使之从纤 维表面剥落【l 】。 采用酶脱墨只能替代部分化学品，剥离出的油墨粒子还需要用浮选法从 系统中捧出。目前，混合办公室废纸用酶法脱墨已较成功地用于生产。 传统的脱墨法是在p h 值1 忙1 l 下进行的，废纸中的机械木浆在碱性环 境中会发黄，需要用h 2 0 2 等漂白剂来补偿白度的下降，或者加大漂白剂用量， 这势必加大生产成本，因此，对中性亚硫酸盐法脱墨的可能性仍在探索之中 2 0 0 0 年加拿大造纸研究所进行了中性亚硫酸法脱墨的实验室研究，最近又发表 了短时问大型工厂生产试验报告，取得较好的结果。相信碱性脱墨的弊端不久 可望得到解决。 南纸二条废纸脱墨浆生产线，一条5 0 0 t d ，采用先进的芬兰奥斯龙公司 二次浮选技术；另一条1 0 0t d 采用美国b e l o i t 公司压力浮选槽，脱墨浆质 量各项指标均能够满足生产要求，为生产低定量新闻纸具备了条件 1 2 3 造纸化学品的发展 造纸过程实际上可看作是一个化学过程，近年，越来越多的人将注意 力转向造纸化学品的研究上，通过调整助剂配方来适应生产工艺或设备的 要求，或者通过调整工艺来探索造纸化学品的最佳应用条件。造纸化学品 的研究和开发促进了造纸业的飞速发展 除填料和淀粉外，造纸化学品的添加量一般为纸张总量的1 2 ， 7 陕西科技大学硕士学位论文 它对纸张的性能起着重要的作用，可使生产优化、纸机运行速度加快，并 能使性能较差的纤维生产出性能优良的纸张，同时还可减轻环境污染。尤 其是像我国这样的国家，既是造纸大国，且草浆占有很大比重，在所制得 的纸浆中短纤维含量较高，因此对助剂有更大的依赖性，例如草浆中助留 剂的使用将大大减少短纤维和填料的流失；脱墨；f ! i 的使用使废纸回收而获 得二次纤维；中性施胶剂的应用使得中性造纸成为现实，这对提高纸的强 度和降低生产成本具有特殊的意义。总之，造纸化学品在纸的生产和加工 过程中己经变得愈来愈重要，因而引起人们的高度重视。 随着社会进步和人类生活水平的提高，对纸张和纸制品的需求量加 大，应用范围日益广阔，同时对纸的质量要求更加严格，这一切对造纸化 学品提出了更高的要求。 我国在造纸化学品研究和应用方面起步较晚，但近年来发展很快。目 前对以非木材纤维原料造纸的工艺，通过化学助剂来提高纸张质量，已引 起有关方面的高度重视。 我国是造纸大国，且目前仍以非木材纤维为造纸原料，目前纸和纸板 的年产量约为3 0 0 0 万吨，居世界第三。每年约需造纸化学品2 0 4 0 万吨， 而实际产量只达l o 万吨左右，到2 0 0 4 年纸和纸板产量要达到4 0 0 0 万吨 左右，对造纸化学品需求量将达到4 0 5 0 万吨。另外，在废纸再生工程 和各种化机浆配抄优质纸的生产过程中，更需要加入各种化学品以提高产 品的质量。 加工纸对各种化学品的依赖性更大，并且加工纸的性质在很大程度上 取决于所添加的化学品，加工纸所用的化学品，其结构和性能对纸的物理 机械性能有决定性的作用。但我国在这一领域与先进国家相比有着较大的 差距，在品种、质量及用量等方面都有巨大的开发潜力。 目前，各国都十分重视造纸化学品的研制和开发，利用现代测试手段 来确定其结构和性能，研究两者之间的关系，并进行分子设计，达到化学 和物理改性的目的，同时对其作用机理也进行了深入的研究。这对于正确 地使用和选择材料，合理地制定工艺，以及进行设备选型及改造，具有十 分重要的意义。发展造纸化学品已成为当务之急，而且从长远看，这必将 大大地推动整个造纸工业的进步。 低定量新闻纸在南纸的研究和开发 1 3 新闻纸的特点及基本性能 1 3 1 新闻纸的特点 新闻纸( n e w s p a p e r ) 俗名白报纸，主要用于印刷报纸和杂志用。新闻纸纸 质松软、富有良好的弹塑性，一般不施胶，具有较大的吸收性能，以保证 油墨很快地固定在印迹上，纸面经过压光后两面平滑较高，由于使用浆料 中有一定短细纤维等缘故，纸张不透明性很好，由于木浆中含有较多的木 质素，新闻纸易在空气中被氧化，耐日光照射性较差，易泛黄、变脆，纸 张抗水性差，所以印刷时必须注意纸张的伸缩现象【2 1 1 1 3 2 新闻纸的基本物理性能、表面性能及光学性能 新闻纸的基本物理性能包括定量、裂断长、撕裂度、灰份等，表面性 能主要是平滑度，光学性能有白度、不透明度、色泽等，透印是反应新闻 纸的印刷性能。 1 3 2 1 定量。 定量是指纸张单位面积的质量，以g m 2 表示。在技术方面，定量是进 行纸张各种技术指标( 如强度、不透明度) 评价时的基本条件，在经济方 面它是按重量计价的，因此，从经济的观点考虑，应尽可能使用定量低的 纸张，目前，国内外为节约原料，新闻纸的定量己降到4 5 9 m 2 甚至以下。 公式为： g 一丝一丝 一一册 l l 式中：m 一试样叠的质量，g ； a 试样叠的面积，m 2 ； a 每一张试样的面积，m 2 ； n 每一叠试样的层数。 1 3 2 2 裂断长、撕裂度 裂断长、撕裂度都是表示纸张强度性能的指标，裂断长是指宽度一致 的纸条本身重量将纸断裂时所需要的长度，以m 表示，纸张裂断长的提高 有赖于纤维结合力的增长，而纤维结合力的增大则取决于纸料的打浆度。 裂断长计算公式为： 凡1 o b = 一 l - 2 m 9 陕西科技大学硕士学位论文 式中：l b - 裂断长，k m ； ，平均拉张力，n ； s 抗张强度，k n l m ； g 一定量，g m 2 ； l 1 夹子间初始长度，m m ； m 夹子间纸条的平均质量，m g 。 撕裂度有内撕裂度和边撕裂度之分，内撕裂度是指撕裂预先切口的纸 或纸板至一定长度所需要的力，以m n ( g f ) 表示，通常所说的撕裂度即 指内撕裂度撕裂度与裂断长有所不同，影响纸张撕裂度主要是纤维平均 长度，其次才是纤维结合力、纤维强度等。撕裂度计算公式为： o 一百 1 3 一s p 式中：o 一撕裂度，m n ( g f ) ) s 在试验方向上的平均刻度读数； p 换算因素，即刻度的设计层数； n 同时撕裂试样的层数。 1 3 2 3 灰份 灰份是指纸与纸板按规定的温度( 9 2 5 2 5 0 c ) 进行灼烧后残渣的质量 与原绝干试样质量之比，用百分数表示一般灰份大，成本就能降低， 当然这要在保证成纸表面强度的前提下，否则会造成掉粉掉毛现象。其计 算公式为： x = 学 1 4 式中：g 1 一灼烧后的坩埚重，g ； g 2 一灼烧后盛有灰渣的坩埚重，g ； w 一绝干试样重，g 。 1 3 r 2 4 平滑度 平滑度( s m o o t h n e s s ) 是指纸张表面平整光滑的程度，它取决于纸张表面 的形态，描述了纸张的表面结构特性由于纸张平滑度的测量受到纸张透 气度和空隙度的影响，因此也常用粗糙度( r o u g h n e s s ) 表示纸张的平整程 度。纸张平滑度主要取决于抄纸加工过程，特别是纸张内部纤维分布状态、 加填量以及压光程度。加填有助于提高纸张的平滑度，但也易于在印刷过 i o 低定量新闻纸在南纸的研究和开发 程中发生掉粉现象，不但使印迹模糊，严重时还会导致“糊版”，这是由 于印刷版粘附来自纸张表面的填料太多，无法继续印刷。 1 3 2 5 不透明度、白度、色泽 纸的不透明度、白度、色泽反映的是纸张的光学性能。 不透明度表示在标准状态下测定的从有黑色衬底的单页纸反射的光 通量与一叠这种纸作衬底的反射的光通量的比值，以百分率表示。不透 明度对印刷质量有很大关系，纸张不透明度太差，势必会出现“透印”现 象。新闻纸不透明度一般要求在9 1 5 以上。 白度是指由一物体反射的辐通量与同一条件下完全反射漫射体所反 射的辐通量之比，以百分数表示。不同纸对白度的要求不同，新闻纸对 白度的要求不是很高，般在5 5 5 8 i s o 左右。 色泽在实际生产中通常用明度指数l 、色度指数a s 、b 来表示，明 度指数是指在视觉上近似均匀的三维色空间中，表示物体色明度值的坐 标，l 值为0 时表示对光全部吸收的黑体，值为l o o 表示对光全反射的纯 白物体；a 、b 是指在视觉上近似均匀的三维空间中，表示色度的坐标， a 为正值表示偏红程度，负值时表示偏绿程度，b 为正值表示偏黄程度， 负值表示偏蓝程度。 1 3 2 6 透印 透印( p r i n t i n gt h r o u g h ) 是指在印刷品反面可见印迹的现象，对于新闻 纸这类需双面印刷的低定量纸张，透印问题显得尤为重要。从光学性能的 角度来看，透印的结果表现为印品反面光反射率减少，因此是印刷后不希 望发生的现象，透印程度可用透印值来表示： p t = l o g ( r 一r p ) 1 - 5 式中：p t 透印值； r 。一未印纸张反面在背后衬以足够厚相同纸张时的反射率； r p 印品反面在背后衬以足够厚未印纸张时的反射率。 如果用p r s t 表示因纸张透背( s h o wt h r o u g h ) 所致的透印组分，p t p p 表示因油墨中颜料所致的透印组分，p t v s 表示因油墨中连接料从油墨整体 中分离渗入纸张孔隙取代空气所致的透印组分，则透印值为： p t = p t s t + p t p p + p t v s1 6 陕西科技大学硕士学位论文 由上式可见，透印的程度取决于油墨对纸张的渗透程度和纸张本身不 透明度两个方面。对于使用同种油墨相同墨量来说，透印程度主要取决于 纸张本身性能。 1 4 本课题研究的意义 本文主要围绕着开发低定量新闻纸的课题展开研究，生产低定量新闻纸既 可增加吨纸出报率又可节约木材资源和能源，也是适应市场需要提高产品竞争 力，满足用户要求，在我国加入w t o 后显得更有战略意义生产低定量新闻纸 是一项复杂的系统工程，随着定量的降低纸机运行性能、纸张强度和不透明度 的矛盾就充分表现出来，为了解决这些矛盾，文中就南纸股份有限公司在开发 和推广低定量新闻纸研究上的总体思路，从设备、原料及工艺上提出了可行性 的方案进行了一系列研究，并应用于国产新闻纸机中 低定量新闻纸在南纸的研究和开发 2 南纸低定量新闻纸的开发研究 目前国内生产的新闻纸定量一般在4 9 9 m 2 左右，虽然我国已制定了4 5 9 m 2 的产品标准，但实际尚无产品问世。先进国家的新闻纸定量多在4 5 4 6 9 m 2 以日本为例，早在1 9 8 5 年4 6 9 m 2 的新闻纸的比例便高达9 0 ，近年来有些报 纸已开始采用4 3 9 m 2 甚至4 0 9 m 2 的新闻纸 国外低定量新闻纸的研究开发工作已有多年历史，已有成熟的生产工艺和 产品。国外新闻纸的生产工艺主要注重以下两个方面：一方面十分重视提高机 械浆的质量，近年还开发出游离度较低专门用于生产印刷用纸的所谓第二代 c t m p 。并且加强筛选，把纤维束减少到最少程度；另一方面，在造纸工艺上 都毫不例外地添加特殊的高遮光率的填料和化学助剂，以弥补由于定量低而影 响纸张不透明度和强度，并提供良好的印刷适性。 降低定量是造纸工业发展的总趋势，它不但可以节约木材资源和能源，而 且可以降低纸张的储存运输费用和印刷品的运输和邮寄费用降低新闻纸定量 可以增加吨纸出报率。据印刷业调查表明，4 5 9 m 2 低定量新闻纸与4 9 9 m 2 胶 印纸相比，1 5 6 2 规格的吨纸出报率提高9 3 ，7 8 7 的规格出报率提高8 0 9 具有明显的经济效益和社会效益。 由于纸张的强度和不透明度等性质直接取决于定量的大小，定量降低后纸 张的强度和不透明度必然下降，要在降低定量的条件下维持纸张的强度和不透 明度，对造纸技术是一种挑战。低定量新闻纸的开发正是要解决这两方面的难 题。因此在研究开发这种新产品时，不能靠简单调整现有纤维配比，而必须在 一系列造纸技术上有新的突破。 近年来，国外新闻纸在国内市场占有相当的份额，对我国新闻纸生产企业 造成巨大影响这与我国新闻纸长期以来存在着产品品种单一、质量较差有密 切关系。因此开发高质量的低定量新闻纸，增强我国新闻纸生产企业的市场竞 争力是非常必要的 本项目研制的低定量新闻纸，采用先进的加填、助留和增强技术，保证纸 张有较高强度、不透明度和良好的匀度。同时改善纸张油墨吸收性能，提高纸 张平滑度等重要印刷性能，大大提高纸张质量，可增强国产新闻纸参与国内外 市场竞争能力。 研制开发低定量新闻纸是一项复杂的系统工程。由于国内新闻纸生产技术 和装备落后，原材料价格高使得国产新闻纸在价格和质量上都无法与国外同类 1 3 陕西科技大学硕士学位论文 产品竞争。为改变这种局面，福建省科学技术委员会( 现为科技厅) 把“低定 量新闻纸工艺研究”列为1 9 9 8 年省重点科研项目，并签订了省科技项目( 课 题) 合同书。通过福建省南纸股份有限公司课题组和有关人员多年研制开发， 于2 0 0 0 年9 月2 0 日在南纸公司五号高速新闻纸机上试产出4 5 9 m 2 低定量胶 印新闻纸，其产品检测结果达到国外名牌产品水平。2 0 0 0 年9 月在福建日报、 浙江日报试印彩色报纸获得成功，从而填补了国产低定量胶印新闻纸的空白。 为研制生产低定量新闻纸，南纸公司在工艺技术研究、纸机装备、人才培 训三个方面进行了大量的工作。 2 1 实验室研究工作 我们和中国制浆造纸工业研究所合作，在实验室，对纤维配比、填料选择， 化学助剂的应用等方面进行了全面的研究。纤维原料选择b k p 、b g p 、b c t m p 、 t m p 、d i p 进行配抄。填料方面对不同滑石粉和一些特殊填料进行加填试验 已研究出成熟的配方和工艺条件，并多次在北京造纸研究所小长网纸机上抄出 合格纸样，为下一阶段的工厂生产试验奠定了基础。实验在2 0 0 m m 小长网纸 机上连续抄纸。 ：7 2 1 1 纤维配比 纤维原料：漂白马尾松硫酸盐浆( b k p ) 、热磨机械浆( t m p ) 、脱墨浆( d i p ) 、 马尾松磨石磨木浆( g p ) 化工原料：分散松香胶、硫酸铝、阳离子淀粉、聚丙烯酰胺、滑石粉、 白碳黑、瓷土 试验设备和方法：、 打浆：用实验室2 3 l v a l l e y 打浆机，打浆浓度2 o 湿重：用框架法测定 手抄片：在r a p i d k o t h e n 纸页成型器上进行，湿纸页夹在毛毯中用油压 机在2 5 k g f c m 2 压力下压l m i n ，然后在纸页成型器的真空干燥器上干燥。 纸张性质检测：纸张物理性质的检测，根据有关国家标准进行。 首先在浆料选择上我们对几种浆的配比进行优选，本研究中手抄片使用的 浆料性能如表2 1 所示。漂白硫酸盐木浆( b k p ) 、磨木浆( b g p ) 、脱墨浆( d i p ) 和化机浆( c t m p ) 是配抄新闻纸的主要浆种。其中，漂白硫酸盐木浆主要是赋 予纸张强度，但由于其不透明度低、价格高，用量不宜过高；磨木浆成本低、 油墨吸收性好、不透明度高，但脱水慢、强度差；化机浆强度比磨木浆好，但 不透明度低；脱墨浆成本低，不透明度和强度均较高，在新闻纸中的比例越来 1 4 低定量新闸纸在南纸的研究和开发 越高，有很多纸厂甚至用1 0 0 d i p 来生产新闻纸。新闻纸定量降低后，纸页 的抗张强度和不透明度必然明显下降。因此，应结合工厂的具体条件，根据上 述几种原料的特点，应首先优化浆料配比为了研究最佳的浆料配比，用上述 纤维原料进行配抄试验，结果如表2 2 所示。 。 表2 1 各种纤维原料打浆后纸浆性质 t a b l e2 - 1q u a l i t yo fp u l po ff i b e ra f t e rb e a t i n g b k p3