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高得率浆在高档纸板芯层中应用技术的优化研究 摘要 发展高得率浆是解决造纸工业木浆短缺和减少制浆污染，振兴林业经济 的有效途径之一。高得率浆具有与漂白硫酸盐阔叶木浆相似的强度和白度， 且细小纤维含量高、成纸匀度、松厚度和不透明度好。高得率浆广泛应用于 高档板纸的生产，提高高得率浆在高档板纸芯层的用量，可改善纸板松厚度、 挺度、印刷适性等，获得更高经济效益。本论文是国家“十一五”科技支撑 项目，选用b c t m p 及a p m p 浆料作为研究对象，对其进行了基础性能研究 ( 纤维性能、磨浆性能以及细小组分性能) 和应用拓展研究( 不同游离度浆 混合配抄特性、与化学浆混合配抄特性) 。旨在改善高得率浆的成纸性能、 提高高得率浆在造纸中的应用量、优化速生材高得率浆用于高档纸板芯层的 应用技术。 对不同材种b c t m p 浆纤维形态和成纸性能分析可知：云杉纤维长而粗， 纤维本身强度好，浆料具有较高的强度及松厚度，但白度和不透明度较低； 杨木纤维短而细，浆料具有最高白度和不透明度，但松厚度较差；桦木纤维 挺硬，浆料具有高强度和挺度，但白度和不透明度较差；枫木纤维腔大柔软， 浆料具有高松厚度和不透明度，但其强度较低。优选云杉b c t m p 浆和杨木 b c t m p 浆进行研究。 高得率浆经p f i 磨浆过程中，对纤维的切断作用较少，而以细纤维化和 纤维的舒展作用为主。打浆对两种浆料的纤维长度影响较小，而对纤维粗度、 卷曲和扭结指数影响较大。p f i 冷磨通过改善纤维形态改善了高得率浆的成 纸性能。磨浆使得浆料游离度和松厚度下降，挺度先上升后下降，抗张强度 和耐破度提高。打浆对两种浆料成纸的松厚度和挺度影响相对较小，而对抗 张强度和耐破度的影响较大，其中对杨木b c t m p 浆成纸抗张强度影响尤为 显著。当游离度在3 6 0 m l 附近，即打浆度为3 5 0 s r 时，浆料可获得均衡的 性能指标。纤维之间结合程度提高，一定程度上保留了纸张挺度，且大幅度 提高了成纸的强度。 打浆度从2 0 0 s r 上升到5 0 0 s r ，杨木b c t m p 浆的细小纤维含量由l8 3 增加到3 5 4 。为保证杨木b c t m p 浆料性能的均衡，打浆度不宜超过3 0 0 s r 。 浆中细小纤维的添加比例增大，纸张的松厚度下降，挺度稍有增加，抗张强 度和耐破度有极大的增加。高得率浆中细小纤维的存在对成纸松厚度和挺度 影响较小，对成纸抗张强度和耐破度影响显著。高得率浆中短小纤维的存在 与分布能够广泛的促进纤维之间结合，从而提高成纸挺度和强度，优化成纸 性能。 高游离度与低游离度a p m p 浆配抄过程中，原浆游离度和添加比例对 成纸性能影响较大。各项指标获得最佳值的配抄条件为：松厚度一o o m l 、 3 5 0 m l 、5 ；挺度一5 2 5 m l 、3 5 0 m l 、5 ；抗张指数一o o m l 、2 0 0 m l 、2 0 ： 耐破指数一o o m l 、3 5 0 m l 、2 0 。原浆游离度范围为4 7 5 m l 5 2 5 m l ，添 加浆游离度范围为2 5 0 m l 3 5 0 m l ，添加比例为1 0 0 o , - , 1 5 时，成纸的松厚度、 强度和挺度均可取得相对较佳值。含长纤维较多的高游离度浆料形成纸页构 架，提供高松厚度和挺度，含短小纤维较多的低游离度浆料作为填充物，提 供高强度和表面性能，从而获得均衡优越的纸页性能。 杨木a p m p 浆与杨木化学浆配抄过程中，随着l b k p 添加比例增大， 除了松厚度和不透明度下降以外，纸张的挺度、抗张强度、耐破度、内结合 强度等性能均有不同程度的提高。白卡纸芯层中加入损纸浆对成纸强度和挺 度均有利，但会牺牲一部分松厚度和不透明度。因此，根据本章研究结果， 损纸浆的加入量应控制在一定范围内，最好不超过2 0 ，才能在一定程度上 保留成纸松厚度，最大程度提高成纸强度。 关键词：高得率浆，白卡纸，芯层，挺度，强度，p f i 磨浆 r e s e a r c ho no p t i m i z i n g a p p l i c a t i o n t e c h n o l o g yo fh y p i nl i n e ro fh i g h g r a d e c a r d b o a r d a b s t r a c t h i 曲y i e l dp u l pd e v e l o p i n ga n da p p l y i n gi np a p e ri n d u s t r yi s a ne f f e c t i v e w a yt or e s o l v et h ep r o b l e mo fw o o dp u l ps h o r t a g e ，r e d u c ep o l l u t i o no fp u l p i n g ， a n dr e v i t a l i z ef o r e s t r ye c o n o m y c o m p a r e dw i t hb l e a c h e dk r a f tp u l p ，u s eo f h y pi nl i n e ro fc a r d b o a r dw i l ln o to n l ys a v ep r o d u c t i o nc o s t s ，b u ta l s oi m p r o v e c e r t a i np a p e rq u a l i t i e ss u c ha sb u l k , s t i f f n e s so p a c i t ya n dp r i n t a b i l i t y t h i ss t u d y i ss u p p o r t e db yt h en a t i o n a le l e v e n t hf i v e - y e a rp l a nf o rs c i e n c e & t e c h n o l o g y p r o j e c t s t u d i e sa r em a i n l yo ns o m eb a s i cp e r f o r m a n c e s ，a sf i b e rm o r p h o l o g y , b e a t i n gp e r f o r m a n c e ，f i n e sp r o p e r t y , a n do p t i m i z a t i o n o fh y pa p p l i c a t i o n t e c h n o l o g y , a sp e r f o r m a n c e so fm i x e dp u l pw i t hd i f f e r e n tf r e e n e s s ，o fm i x e d b c t m pa n dl b k p , t oi m p r o v eh y pp r o p e r t i e s ，i n c r e a s i n gt h ea m o u n to f h y l p i np a p e r ，o p t i m i z et h ea p p l i c a t i o nt e c h n o l o g i e so ff a s tg r o w i n gw o o dh y p i n l i n e ro fc a r d b o a r d t h ef i b e rm o r p h o l o g ya n dp a p e rp r o p e r t yo ft y p i c a ls p e c i e so fb c t m p w e r ea n a l y z e d w ef o u n dt h a ts p r u c eh a v el o n ga n d c o a r s ef i b e r s ，w h i c hb r o u g h t g o o ds t r e n g t ha sw e l la sb u l kp e r f o r m a n c et op u l p ，b u tp o o rb r i g h t n e s s a n d o p a c i t y ；a s p e n f i b e rw a ss h o r ta n dt h i n ，w h i c hg i f t e dt h ep u l pt h eh i g h e s t b r i g h t n e s sa n do p a c i t y , b u tp o o r e s tb u l ka m o n g t h e s ef o u rs p e c i e s ；b i r c hf i b e r 、v a sh a r da n ds t i i f , w h i c hd e v e l o p e dh i g hs t r e n g t ha n ds t i f f n e s s ，b u tn o tw e l la s b r i g h t n e s sa n do p a c i t y ；m a p l ef i b e rw a sb r o a da n ds o f t ，w h i c he n d o w e d t h ep u l p w i t he x c e l l e n tb u l k b u tp o o rs t r e n g t h c o n s e q u e n t l yt h es p r u c ea n da s p e np u l p w e r es e l e c t e dt ot h ea f t e r w a r dr e s e a r c h f i b e rl e n g t h ，c o a r s e n e s s ，c u r la n dk i n ki n d e xd e c r e a s e ds o m e w h a tw h e n t h e h y pw e r er e f i n e db yu s i n gp f i t h ed e c l i n er a t eo ff i b e rm o r p h o l o g yi n d e x p a r a m e t e ro fs p r u c eb c t 4 p i sh i g h e rt h a nt h a to fa s p e n t h ep u l pf f e e n e s s ，b u l k a n ds t i f f n e s sw e r er e d u c e d a n dt h et e n s i l ea n db u r s ts t r e n g t hw e r ei m p r o v e d w e h m eb u l ko fs p r u c eb c t m pa n ds t r e n g t ho fa s p e nb c t m p w e r eg r e a t l y a f f e c t e db yt h eb e a t i n gd e g r e e w h e nf r e e n e s sw a sa b o u t36 0 m l ，a sb e a t i n g d e g r e eo f3 5 0 s r , t h ep u l pc o u l da c h i e v eb a l a n c e dp r o p e r t i e s a sb e a t i n gd e g r e ei n c r e a s e df r o m2 0 0 s rt o5 0 0 s r , t h ef i n e sc o n t e n to f a s p e nb c t m pi n c r e a s e df r o m18 3 t o3 5 4 t oe n s u r et h eb a l a n c eo fp u l p p r o p e r t i e s ，t h eb e a t i n gd e g r e ew a sb e t t e rn o to v e r30 0s r a st h ea d d i n g p r o p o r t i o no ff i n e si n t op u l pi n c r e a s e d ，b u l kd e c r e a s e d ，s t i f f n e s si n c r e a s e dal i t t l e ， w h i l et e n s i l ea n db u r s ts t r e n g t hi n c r e a s e do b v i o u s l y i nt h er e s e a r c ho f p u l pm i x e db ya p m p w i t hh i g ha n dl o wf r e e n e s s ，i tw a s f o u n dt h a tt h ef r e e n e s so fo r i g i n a lp u l pa n da d d i n gr a t ei n f l u e n c e dt h ep a p e r p r o p e r t i e s m o s t t h eb e s t p r o c e s s c o n d i t i o n sf o re a c h p r o p e r t y w e r e ： b u l l ( - _ 6 0 0 m l ，3 5 0 m l ，5 ；s t i f f n e s s - - 5 2 5 m l ，3 5 0 m l ，5 ：t e n s i l e s t r e n 舀h 4 0 0 m l ，2 0 0 m l ，2 0 ；b u r s ts t r e n 舀h 4 0 0 m l ，3 5 0 m l ，2 0 w h e n t h ef r e e n e s so fo r i g i n a lp u l pw a s a m o n g4 7 5 m l t o5 2 5 m l ，t h ef r e e n e s so f a d d i n g p u l pw a sa m o n g2 5 0 m l t o3 5 0 m l ，a n dt h ea d d i n gr a t ew a sa m o n g1 0 t o1 5 ， t h ep u l pc o u l da c h i e v eb a l a n c e dp r o p e r t i e s i nt h er e s e a r c ho fp u l pm i x e db ya p m pa n dl b k po fa s p e n ，e x c e p tb u l k a n do p a c i t y , a l lt h es t i f f n e s s ，t e n s i l es t r e n g t h ，b u r s ts t r e n g t h ，i n t e r n a l b o n d i n g s t r e n g t hw e r ep r o m o t e db yi n c r e a s i n gt h ea d d i n gr a t eo fl b k p w h i l et h ea d d i n g r a t eo fl b k pi sa b o u t2 0 ，t h eb e s tp a p e rp r o p e r t i e sw e r eo b t a i n e d h y pp r o p e r t yc a nb ei m p r o v e dt h r o u g ht h em e t h o do f u s i n gl o n gf i b e rt o b u i l df r a m e w o r k ，a n du s i n gs h o r tf i b e rt of i l lt h ei n t e r s p a c e k e y w o r d s ：h y p , c a r d b o a r d ，c o r el a y e r , b u l k ，s t r e n g t h ，p f ir e f i n i n g i v 高得率浆在高档纸板芯层中应用技术的优化研究 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：趣 日 期：2 q q2 生月 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：! 盎导师签名：衄日期：2 q q 旦生旦 高得率浆在高档纸板芯层中应用技术的优化研究 1 绪论 1 1 国内外制浆造纸工业现状及发展趋势 在经济发达国家，纸及纸板消费量增长速度与其国内生产总值增长速度同步。作为 一个与国民经济发展和社会文明建设息息相关的重要产业，在现代经济中所发挥的作用 已越来越多地引起世人瞩目，被国际上公认为“永不衰竭”的行业。现代造纸工业的特 点不同于一般日用消费品工业，而是一个技术、资金、资源、能源密集型，规模效益显 著，且连续、高效生产的基础原料工业。纸和纸产品渗透到人类生产、生活、文化教育 等诸多方面，纸和纸制品的人均消费量已被公认为衡量一个国家经济发展水平的标准。 1 1 1 现状 据统计，2 0 0 7 年全球纸浆总产量为1 8 8 3 5 亿t ，比2 0 0 6 年( 1 8 6 4 3 亿t ) 增长1 0 3 。 其中，化学浆产量为1 2 9 1 亿t ，比2 0 0 6 年增长1 2 ；机械浆产量为3 4 9 4 万t ，比2 0 0 6 年下降2 2 。全球机械浆生产集中在北美和欧洲，它们的产量分别为1 4 8 3 万t 和1 6 1 0 万t 。这两个地区机械浆产量总和占全球机械浆总产量的8 8 5 。2 0 0 7 年全球纸和纸板 总产量为3 9 4 3 亿t ，比2 0 0 6 年增长3 0 4 ，全球纸和纸板产量以亚洲地区最高。2 0 0 7 年全球纸和纸板表观消费量为3 9 4 1 8 亿t ，人均消费量5 9 2 k g ，产量比2 0 0 6 年增长2 9 。 世界造纸处于快速发展的道路上，每年都以2 - 3 的速度增长【m i 。同时，各大造纸企业 也在逐步扩大自己的生产，提高科技含量，增大产能，扩大自己的生产领域，增强了造 纸企业的抗风险能力。一些有实力的造纸企业逐步走向了国际化，加入了国际资本运作 之中，企业的强强联合及合并重组和技术革新明显加快。在世界范围内，造纸企业更加 注重原料和环保问题，探索和开发原料问题解决的新途径，将植树造林纳入到制浆造纸 过程之中，实现林和纸的结合，并且更加关注环境保护【3 】。 目前我国造纸工业的基本情况是：政策环境基本建立，生产消费快速增长，行业运 行质量显著提高，原料结构有所改善，产品结构迸一步优化，企业重组力度加大，污染 防治初见成效，资源消耗进一步降低。但同时也面临着规模不合理，原料缺口大，对外 依存度高，资源消耗较高，污染防治任务艰巨等问题【4 】。2 0 0 7 年全国纸浆生产总量5 9 3 5 万吨，较上年5 2 0 4 万吨增长1 4 0 5 ，增幅较上年减少3 个百分点。2 0 0 7 年全国纸浆消 耗总量6 7 6 9 万吨，较上年5 9 9 2 万吨增长1 2 9 7 ，其中木浆1 4 5 0 万吨，较上年增长9 6 8 ， 且进口木浆比例下降1 个百分点。2 0 0 7 年中国纸和纸板总产量为7 3 5 0 0 万t ，比2 0 0 6 年增长1 3 。1 ，在全球总产量所占比例由2 0 0 4 年的1 3 8 ，2 0 0 5 年的1 5 3 ，2 0 0 6 年的 1 7 增长至2 0 0 7 的1 8 6 。2 0 0 7 年中国纸和纸板表观消费量为7 2 9 0 万t ，人均表观消费 陕西科技大学硕士学位论文 量为5 4 8 k g ，消费增长率为1 0 6 t 1 - 2 。 1 1 2 发展趋势 世界发达国家造纸行业已经基本处于平稳时期，其经济水平及造纸产业的发展均处 于稳中有降的趋势。据中国造纸协会对我国经济发展与纸张消费的统计，g d p 每增加l 万亿，对纸张的需求将增加3 0 0 万吨，由于我国正处于经济发展的高速时期，经济的不 断发展，使纸张的需求量也不断增加。2 0 0 8 年由于经济危机的影响，2 0 0 8 年l 9 月， 我国纸和纸板总产量6 2 7 4 万吨，同比增长l l ，比2 0 0 7 年同期下降4 个百分点( 全年 统计数据有待于2 0 0 8 年造纸行业年度报告统计结果) 【，1 。总体可以看出，在经济危机的 情况下，我国造纸行业仍然保持较高的增长速度。 近年来，随着我国造纸行业的不断壮大发展，我国人均纸品消费量已由2 0 0 3 年不足 世界人均消费量的一半提升到2 0 0 7 年的接近世界人均消费水平。然而，2 0 0 7 年我国人 均纸产品消费量距离国外发达国家2 0 0 - - 3 0 0 k g 的消费量尚有明显差异。可以预见，将随 着我国经济实力的不断提高，我国人均纸产品的消费量与世界发达国家的差异将逐步缩 小，在这个不断缩小差异的过程中，必将伴随我国造纸行业的不断发展。根据预测到2 0 1 0 年，我国纸和纸板的总产量将达到9 0 0 0 万t f 4 j 。我国造纸工业近十年内仍将保持较快增 长速度，虽不会像“十五”期间年均增长率达1 3 ，在“十一五”期间年均增长率 在1 0 左右，“十二五 期间年均增长率也会在在5 - 7 t s j 。造纸工业已成为国民经济 发展中为数不多的产品供不应求且市场潜力巨大的产业，加快造纸工业的发展，对林业、 农业、包装、印刷、化工、机械和交通等行业具有明显的带动作用，可培育成国民经济 新的增长点。 当今世界造纸业正在高速、高效、高质量、低消耗、低污染、连续化和自动化的发 展轨道上飞速前进，面对持续增长的市场需求和产品结构问题，必须从原料结构调整着 手。实践证明j 木材纤维原料是世界造纸工业的主流原料，只有木材原料的大量使用， 才有造纸工业的高效率和现代化，只有加快木浆造纸发展，才能进一步满足纸张多元化 消费需求的增长 6 1 。自二十世纪八十年代提出林纸结合以来，发展林业造纸，走林纸一 体化道路己成为林业和纸业界的共识。在我国，随着国内纸张需求推动产能的迅速扩张， 原材料需求量快速增长，我国造纸原料结构，也以由非木材草类浆料逐步转到以木浆为 主的战略上，目前我国原木浆使用比例已达到2 2 r n 。近年来国内小草浆厂因环保问题 的日益突出而逐渐关闭，已经开始迫使我国造纸行业开始大力发展木材制浆造纸，因此， 发展木材制浆造纸已成为我国造纸行业必由之路和必然趋势。 1 2 高得率浆概述 造纸工业是资源依赖型产业，其生存和发展依靠纤维原料资源的有效供给，其企业 2 高得率浆在高档纸板芯层中应用技术的优化研究 竞争力取决于原料成本、生产技术水平和生产规模效益等制约因素。改革开放以来，尽 管中国的造纸工业取得了世界瞩目的成就，但这主要来自本土消费市场的强劲需求和生 产的粗放式增长，而不是产业综合竞争能力的体现。随着市场竞争的加剧、原料资源的 匾乏和环境保护要求的同趋严厉，可持续发展和循环经济模式必将推动造纸工业的技术 升级，提高我国造纸工业的行业竞争力。在此多方面的要求和压力下，高效、环保的高 得率制浆特别是速生材的高得率制浆已经成为近年来全球造纸业研究和开发的重点 方向【引。 中国林科院林产化学工业研究所在林业部的支持下先后承担了国家“八五和“九 五关键技术攻关任务和u n d p 资助的“发展中国高得率制浆技术研究等项目，引进 了世界先进水平的高得率制浆整套中试设备，并系统研究了速生杨、桦、桉等阔叶材及 杉木、马尾松等速生针叶材制浆适宜性能，适宜的制高得率浆工艺技术，漂白工艺及相 关废水处理技术等，对林业系统发展高得率浆生产在技术上进行了准备。此外，在生产 经验上，林业系统所属的福建顺昌纸板厂是我国第一家全部采用国产设备、利用混合材 制化机浆生产强韧箱纸板的生产厂，取得了良好的社会和经济效益。预计“十一五 完成后，我国将有具有自主知识产权的国产大产能高得率制浆关键设备可进入市场 9 1 。 林纸一体化是一个前期投资进行植树一产生收益一再进行种植的一个过程，这个过 程的关键便是“产生收益 ，从世界范围来看，这种快速成长的树种，其最佳收益便是用 于制浆造纸；而从这种树种的化学成分分析，其非常适合用于生产h y p ( 高得率浆 h i g hy i e l dp u l p ) 1 2 1h y p 的特性 化学机械浆是在传统的机械浆基础上发展起来的清洁高效制浆技术。其自2 0 世纪 7 0 年代第一条生产线投产以来发展迅速。最初，化学机械浆始于亚硫酸盐处理的化学热 磨机械浆，传统上称为c t m p 或b c t m p 。2 0 世纪8 0 年代后期开发了a p p 和a p m p ， 9 0 年代开发了p r c a p m p 。目前，常用这3 种制浆方法生产化学机械浆，得率一般在 8 0 - - 9 0 之间，这3 种浆被统称为高得率浆( h y p ) o o l 。3 种高得率浆制浆方法的共同点 在于都有温和的化学处理和机械磨浆，但由于在木片浸渍化学品和漂白上的差异，又使 其在能量消耗、漂白化学药品成本及运行性方面有所不同。 现代化学机械浆技术的显著特点为t 】： 1 ) 原料适应性广 生产实践和科学研究表明，密度在0 3 - - 0 5 9 c m 3 左右的木材都是化机浆工艺适宜的 原料，如云杉、杨木、桦木、桉木和枫木等。早期生产h y p 的原料仅限于针叶木。近 2 0 年来，随着技术的发展，h y p 的生产有了重大转变，由原先的针叶木原料改为以阔叶 木原料为主。原料形式可以是原木，也可以是木片，特别是林区次、小、薪材和木材加 陕西科技大学硕士学位论文 工剩余物，甚至全树混合木片都可用于化机浆生产。 2 ) 纸浆适用于抄造多种纸品 由于化机浆成功地结合了化学浆高强度，机械浆对木材高利用率的优点，可以根据 生产纸品要求，采用本色浆或漂白浆工艺进行生产。本色浆能够用于抄造高强度包装纸 板、高强度瓦楞纸板、本色包装纸、本色生活用纸和低白度文化用纸等产品；漂白化机 浆则可用于制高档卫生纸、面巾纸、高档文化印刷用纸、涂布纸( 轻量涂布纸、铜版纸等) 、 新闻纸、白板纸、食品包装纸等。 3 ) 生产过程清洁、纸品卫生无毒、废水易于处理 化学机械浆生产过程中无大气污染，废水量少，污染负荷低，易于生化处理，漂白 过程以双氧水为漂剂，不产生毒性物质，纸浆清洁无残毒，适合于食品包装。解决当前 的白色污染问题，化学机械浆将成为最佳替代材料。 4 ) 投资少 同样规模工厂，化学机械浆制浆生产线投资仅为化学浆厂的一半，而且生产线结构 紧凑，工序简洁，易于实现连续化生产。近年来发展起来的a p m p 制浆技术大大降低了 化机浆电能消耗，可比常规节能3 0 - 5 0 ，综合能耗( 热能、电能) 下降显著，因此生 产成本低，被誉为“二十一世纪主流制浆技术”，在国内外得到了迅猛发展。 5 ) 规模灵活 化学机械浆工艺不存在化学制浆的黑液问题，而且原料适应性广，生产效率高，成 本低，因此经济规模十分灵活，没有化学法制浆必须要考虑的规模经济问题。目前，制 浆造纸技术发达国家发展化学机械浆生产的成功经验表明，单条化机浆生产能力一般为 5 0 , - - 1 0 0 t d 。 1 2 1 1h y p 与传统机械浆比较 传统机械浆主要是指磨石磨木浆( g w ) 、压力瘩石磨木浆( p g w ) 和热磨机械浆 ( t m p ) 。机械浆能使纸张在较低的定量下也具有较好的不透明度、松厚度和印刷适应性。 但与化学浆相比，机械浆的强度和白度稳定性较差。h y p 在纸浆质量和成本方面填补了 化学浆和机械浆之间的空缺。 如图1 1 所示，传统机械浆的纤维分离点一般在纤维细胞壁或细胞壁与胞间层之间， 而c t m p 浆则由于亚硫酸盐处理对木素的软化作用，其纤维分离点主要发生在胞问层i l l j 。 这样在c t m p 制浆过程中纤维损伤较少，长纤维多而细小纤维含量低。 由于h y p 的纤维分离比较完全，其成浆游离度可以比g w 和t m p 高得多，而纤维 束含量仍维持在较低的水平。总的来说，c t m p 的化学预处理在以下3 方面改变了纤维 尺寸及其分布：长纤维数量增加：细小纤维含量下降：纤维束含量下降。这些变 化对阔叶木尤其有利，因为阔叶木的纤维较短，所以采用化学预处理可以生产高游离度、 4 高得率浆在高档纸扳芯层中鹿用技术的优化研究 低纤维束含量的阔叶木h y p ，且在很大程度上保留术材原有的纤维长度。c t m p 的化学 预处理对纤维的表面性质也有明显影响。提高了纤维的亲水性，从而增加纤维的柔软度 和结合力。在相同游离度下，c t m p 的强度高于t m p ，而t m p 则又高于g w 。化学预 处理同时还可抑制高温摩浆过程中的一些发色反应，从而提高磨后浆的自度及可漂性。 图11 不同机械制最3 - 艺的王要纤维分离点”_ _ f i g l 1s e p a r a t i n g l o c a t i o no f f i b e r f r o md i f f e r e n t m e c h a n i c a lp u l p i n g p r o c e s s 一般来说，以阔叶木为原料的g w 、p g w 或t m p 浆，由于纤维短，强度太低，难 干抄造。但阔叶术经化学预处理后的热磨机械浆大大改善了成浆强度，使得用阔叫术化 学机械浆抄造许多纸种成为町能。由于其纤维较短，阔叶木h y p 的游离度( c s f ) 可以保 持在较高的范围( 2 5 0 3 5 0 m l ) 而不显著影响成纸的匀度和表面粗糙度。杨木h y p 漂后 白度町以达到8 5 ，甚卒9 0 ，接近化学浆的白度( 8 7 9 0 ) 。另外筛选技术的发展， 特别是楔型细筛的应用，也显著降低了h y p 的纤维束台最i ，i 。 i 2 1 2 i y p 与硫酸盐化学浆比较 h y p 制浆过程包括温和的化学处理和机械磨浆，保留了大部分木索。化学制浆则是 在较高的温度下用化学药品如n a o h 和n a 2 s 除去木片中几乎所有的木素，得率较低 只有4 0 5 0 。此外，化学浆漂白也以进一步脱术素为主，条件比较剧烈。h y p 具有 与漂白硫酸盐阔叫木浆相似的强度和白度但也具有一些独特的性质，比如表面积大、 细小纤维含量高、成纸松厚度和匀度好。表1 1 中对h y p 和化学浆的特点进行了对比m ： 从表卜1 可以看出，与化学浆相比，h y p 纤维比较 r 大和挺硬，不容易压扁 高 松厚度是h y p 的典型特征。此外，h y p 纤维具有较好的挺度和尺寸稳定性。h y p 含有 较少的长纤维和较多的细小纤维。h y p 不但细小纤维含量高，而且纤维表面损伤和碎片 也较多。当然，h y p 的纤维尺寸分布在很大程度上取决r 其化学处理条件以及成浆的游 离度。i i y p 和化学浆在性质上的差异对成纸性能有显著的影响。含h y p 的纸通常具有 较高的松厚度、弯曲挺度、尺寸稳定性以及更好的光散射性和印刷适应性。 h y p 可以达到与硫酸盐浆相似的强度，但是为了取得较高的松厚度，h y p 的强度 般低于化学浆m i 。由于h y p 纤维的表m 有较多的木索，其亲水性比化学浆差，陶而碎浆 陕西科技大学硕士学位论文 较困难。 表1 - 1h y p 和化学浆的主要区别1 1 2 l r l b1 - ld i f f e r e n c e sb e t w e e nh y pa n dk p h y p 的性能还可通过灵活调节制浆和漂白过程的化学品用量以及工艺条件，使之更 接近机械浆或化学浆。所以h y p 的性能范围跨跃机械浆和化学浆。h y p 的特殊性能以 及生产工艺的灵活性，再加上对各种木材的适应性，可以根据不同纸种的要求来生产出 不同品种的h y p 。如今，以阔叶木为主要原料的h y p 在几乎所有的纸种上都得到了应 用d 3 。 目前质量较高的速生材高得率浆种有漂白热磨化学机械浆( b c t m p ) 和碱性过氧化 氢预处理机械浆( a p m p ) ，这两种浆在造纸发达国家生产技术已经十分成熟。下面就对 这两种高得率浆的性能和应用分别进行介绍。 1 2 1 3b c r m p 和a p m p 概述 ( 1 ) b c t m p b c t m p ( b l e a c h e dc h e m i t h e r m om e c h a n i c a lp u l p ) 1 l j 漂白化学热磨机械浆，是8 0 年代 6 高得率浆在高档纸板芯层中应用技术的优化研究 在c t m p 制浆方法的基础上发展起来的一种新的制浆工艺。所生产的产品由于采用过氧 化氢进行漂白，因此属于全无氯纸浆 1 3 1 。 b c t m p 既保持了化学机械浆较高的纸浆得率和不透明度以及松厚度，同时还具有 较c t m p 高的纸浆白度( 可达到8 5 i s o 左右) ，其应用范围较c t m p 大为增加，可以替 代部分漂白化学木浆。b c t m p 可获得与漂白阔叶木硫酸盐浆相似的高抗张强度，b c t m p 得率在8 5 - - - , 9 0 ，几乎比一般漂白化学木浆高1 倍，白度因材种而异，针叶木b c t m p 白度约8 0 i s o ，阔叶木b c t m p 白度为8 5 i s o 。b c t m p 浆有着相当多的优质性能， 如改善纸页成形，减少纸页表面的微孔，加强纤维内部的结合，提高纸张的松厚度和挺 度，改善纸张的压缩性能，稳定纸张的尺寸【1 2 】。 阔叶木b c t m p 浆比针叶木b c t m p 浆拥有更卓越的成纸性能，且适用于b c t m p 的阔叶木材种广泛，特别是杨木、桉木等速生材资源丰富，便于实际生产中加以选择利 用。因此，阔叶木b c t m p 浆发展潜力巨大，现阶段其主要应用于以下几个领域( 1 4 j ： 1 ) 在不含机械浆纸中的应用 b c t m p 在不含机械浆纸中的应用主要是代替阔叶木硫酸盐浆。此类b c t m p 的游 离度2 5 0 - 4 0 0m l ，白度8 3 - - 8 6 。在涂布纸和非涂布纸中用量一般分别为5 1 5 和1 0 - - 2 5 t 1 5 】。b c t m p 可提高不含机械浆纸的松厚度和不透明度，而且成本比阔叶木 硫酸盐浆低。在传统的不含机械浆纸的生产中，长纤维针叶木浆为纸张提供必要的强度 性能，而短纤维的阔叶木浆则可用来改善纸张的成形和平滑度，同时降低浆料的成本。 2 ) 在纸板中的应用 纸板的结构可以多于3 层，但总是包含2 个功能层：面层和芯层( 填料层) 。面层赋 予纸板良好的外观、表面强度以及平滑度。这些性能对后续的涂布、印刷和加工很重要。 芯层( 填料层) 或底层的主要功能是提供松厚度和支撑。纸板的面层和底层般为漂白化 学浆。为了降低成本，芯层一般使用低成本的纤维。但这并不意味着芯层的质量就可以 被忽视。芯层浆的质量必须要满足以下几点【- 6 】： 高的松厚度，在一定的厚度下尽量降低定量； 良好的成形和表面平滑度，为面层浆及后续的涂布打好基础； 有足够的层间结合强度，防止分层； 良好的滤水性能，确保生产速度和纸机的运行性能； 对于食品和液体包装产品，芯层浆还必须无嗅无味。 b c t m p 完全符合上述要求，因此在多层纸板中获得了广泛应用。用于纸板芯层的 b c t m p 的游离度一般在4 0 0 m l 左右。直接使用b c t m p 或在纸板机之前经b c t m p 进 一步低浓打浆。将b c t m p 浆用于面层和芯层，可减少面层化学木浆的使用量，增加芯 层的厚度，提高纸板的松厚度和挺度，改善白纸板表面的印刷性能，降低产品的生产成 7 陕西科技大学硕士学位论文 本【7 1 。 3 ) 在机械浆纸中的应用 在l w c 纸的应用中，商品b c t m p 主要用来代替g w 。造纸厂倾向于将b c t m p 进 一步磨到较低的游离度。尽管如此，b c t m p 的游离度仍然高于g w ，这有利于改善浆 料的滤水以及纸机的运行性能o s l 。b c t m p 在新闻纸中的应用主要是为了提高强度以减少 化学浆的用量，或为了提高产品等级如生产用于广告插页的高白度新闻纸。在新闻纸的 生产中，对于阔叶木等一些不适于制成g w 和t m p 浆的木材也采用b c t m p 制浆工艺。 4 1 在生活用纸中的应用 在卫生纸、面巾纸和毛巾纸中使用b c t m p ，主要是为了降低成本和提高松厚度。 卫生纸、面巾纸和毛巾纸最重要的性能为吸水性和柔软度。高松厚度表明纸具有较高的 吸水能力，同时赋予纸松厚柔软的感觉。b c t m p 在这些性能方面的优势非常明显。过 去主要使用高游离度的针叶木b c t m p ，但现在也使用阔叶木如枫木、桦木和杨木 b c t m p 。用于生活用纸的b c t m p 的游离度一般为：针叶木5 0 0 - - 一6 5 0m l ，阔叶木3 0 0 - - - 5 0 0m l 【3 j 。 ( 2 ) a p m p a p m p ( a l k a l i n ep e r o x i d em e c h a n i c a lp u l p ) 即碱性过氧化氢化学机械浆，具有得率 高、制浆强度好、污染少、能耗低等突出有点【- 9 】。 a p m p 制浆工艺使用h 2 0 2 进行预处理，且在磨浆前漂白，而b c t m p 制浆工艺则使 用n a o h 和n a s 0 3 进行预处理，且在磨浆后漂白1 2 0 l 。两者工艺上的差别使得a p m p 较之 b c t m p 具有以下优点【2 l 】：由于木片在浸渍过程中就使用了所有的化学药品，以致随后 磨浆时可降低能耗。在纸浆游离度相同情况下，杨木a p m p 磨浆能耗比b c t m p 低2 8 左右，故降低了生产成本； a p m p 化学药品采用不含硫的化合物，废水污染负荷低， 易于用生物化学方法处理； a p m p 采用常压磨浆，b c t m p 工艺比较，不需要庞大的蒸 汽加热和回收系统，a p m p 采用在盘磨机磨浆过程中同时漂白纸浆省去了漂白设备和工 序，简化了操作，投资费用比b c t m p 降低2 5 。 另外较之b c t m p ，a p m p 的浆料质量还存在以下不足 2 2 1 ：0 ) a p m p 漂白过程中，由 于漂白药液不易渗透、金属离子的去除率不高、有机物质干扰等因素，使得过氧化氢过 多分解，大大降低了a p m p 工艺的漂白效率。因此在工业生产中a p m p 浆比b c t m p 浆 可达到的最高白度较低；碱性过氧化氢药液可使木片中木素羰化，带有羰基的木素能 参与氢键结合，从而在造纸过程中增加纤维的结合力，但同时碱性过氧化氢预浸会使得 纤维束含量增加，特别是细小纤维束增加。如果在筛选中这些纤维束没有被去除，在抄 造时便会影响纤维的结合强度。因此，a p m p 浆粗糙度较高、纤维表面性能不如b c t m p ， 细小纤维束含量高1 2 3 1 。 8 高得率浆在高档纸板芯层中应用技术的优化研究 用于生产a p m p 浆的木材原料主要有云杉、桉木和杨木。其中杨木a p m p 是一种非 常成功的高得率新浆种，因其得率高、强度和不透明度好，适用于代替部分长纤维针叶 木化学浆配抄低定量胶印新闻纸和涂布纸等。在国外，a p m p 浆料可替代b c t m p 浆料， 用于抄造纸板( 工业包装、液体饮料及食品包装) 、文化用纸( 新闻纸及各种涂布原纸) 、 吸收类产品( 卫生纸及绒毛浆产品) 和一些高附加值纸种1 2 4 1 。而国内a p m p 浆料用途比 较单一，仅作为新闻纸、胶印书刊纸等的浆料。我国的造纸企业应通过调整产品结构， 开发新技术、新产品，以适应国内多层次的需要。岳阳林纸集团公司以杨木a p m p 浆料 为主配抄低定量涂布纸便为a p m p 浆料的拓展利用树立了样板 2 2 1 。 1 2 2h y p 国内外应用现状及发展前景 ( 1 ) 现状 目前世界化机浆生产线生产能力己达到4 4 0 万吨( 我国产能8 6 1 万吨) ，有2 9 0 万吨 拟建( 我国拟建产能1 3 0 万吨) 。在b c t m p 、a p m p 和p r c a p m p 三种化学机械浆中， b c t m p 工艺占主导地位，但在拟建工程中p r c a p m p 工艺占主导地位 i l l 。如今高得率 浆已广泛用于含机械浆纸种、多层纸板、卫生纸、面巾纸，或作为漂白阔叶木硫酸盐浆 的部分替代物，用于很多涂布和未涂布板纸，高档印刷、书写纸种及其他特种纸( 剥离