化机浆的应用和发展趋势

刘彦成

（吉林森工股份有限公司露水河刨花板分公司，吉林抚松，134506）

1 高得率浆简介

高得率浆是20世纪中后期逐步发展起来的浆种，自20世纪70年代第一条化学机械浆生产线投产以来，高得率浆对制浆造纸技术的进步和发展起到了极大的推动作用。高得率浆是指得率高于化学浆的浆料的总称。传统的高得率浆为机械法制浆，包括磨石磨木浆（SGWP）、化学磨木浆（CGWP）、压力磨木浆（PGW）、木片磨木浆（RMP）等。虽然传统机械法制浆得率很高（普遍可以达到90％以上），但是仍然存在很多明显的缺陷：①传统机械法制浆原料适应比较差，通常只适用于针叶材原料，我国的制浆纤维原料大多为阔叶材和草类植物，针叶材所占比例很小，这就使得在原料供应方面面临很大困难；②由于传统机械法制浆只是单纯的磨解分离纤维的过程，纸浆中存在大量木素，纸浆品质较低，漂白难度大，成纸强度无法保障，大大限制了产品适应范围；③传统机械法制浆能耗高、动力消耗大、生产周期短、停机频率高、维修费用大、劳动强度大、生产效率低、无法实现自动化作业。由于以上种种缺点限制了机械法制浆的发展，所以化机浆成为近年来高得率浆发展的主要趋势［1-2］。

化学机械浆是在传统的机械浆基础上发展起来的现代清洁高效制浆新技术。最初的化学机械浆是用亚硫酸盐处理的化学热磨机械浆，传统称CTMP或BCTMP。20世纪80年代后期发展了APMP，90年代开发了P-RC APMP。上述制浆方法都已用于生产化学机械浆，得率一般在80％～90％之间［3-4］。

传统上机械浆主要用于配抄含机械浆的印刷纸，如新闻纸、超级压光纸（SC）和低定量涂布纸（LWC）等，通常采用以针叶木为原料的磨石磨木浆（SGWP）、压力磨木浆（PGW）和热磨机械浆（TMP）。机械浆能使纸张在较低的定量下具有较好的不透明度、松厚度和适印性，但与化学浆相比，机械浆的强度和白度稳定性较差，化机浆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。近20年来随着技术的进步，化机浆的生产有了重大转变，从最初的只以针叶木为原料转到以阔叶木为主，包括杨木、桦木和枫木等［5］。现在的化机浆得率高易漂白，对木材利用率高（得率达80％～95％），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、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造高档卫生纸、高档文化印刷用纸、涂布纸（轻量涂布纸、铜版纸等）、新闻纸、白纸板、食品包装纸等纸种。

2 化机浆的应用现状

化机浆的基本用途见表1。

2.1 化机浆在不含机械浆纸中的应用

化机浆在不含机械浆纸中的应用主要是代替硫酸盐阔叶木浆，不含机械浆纸主要有复写纸、表格纸、书写纸、卡片纸、无碳复印纸和涂布纸等。在这些纸种中应用的化机浆的游离度（CSF）250～400mL，白度83％～86％，在涂布纸和非涂布纸中用量一般分别为5％～15％和10％～25％。表2是用于不含机械浆纸的商品杨木化机浆的典型性能。

表1 化机浆主要用途

表2 用于不含机械浆纸的商品杨木化机浆的性能

过去使用阔叶木化机浆的主要目的是为了降低浆料成本，但近年应用化机浆的目的已经转向提高不含机械浆纸的松厚度和不透明度。化机浆具有与漂白硫酸盐阔叶木浆相似的高抗张强度，但要生产高抗张强度的化机浆相对较难且成本偏高，并且还不一定适合不含机械浆纸种的需要。为了在满足成纸性能的同时降低生产成本，造纸过程常常使用多种浆料。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了必要的强度性能，而短纤维的阔叶木浆则可用来改善纸张的成形和平滑度，同时降低浆料成本。部分硫酸盐阔叶木浆被化机浆替代时，化机浆和硫酸盐浆强度之间有协同效应，但使用化机浆并不一定降低最终纸张强度。抄纸技术的进步，特别是涂布（计量施胶压榨代替刮刀）和压光技术（高温软压区压光）的进步也促进了化机浆的应用。这些新的抄纸技术不仅能更好地控制纸张的表面性质，还能保留原浆的松厚度［6-7］。

2.2 化机浆在多层纸板中的应用

纸板分为单层纸板和多层纸板，多层纸板在纤维的选择和成本上明显优于单层纸板，因为多层纸板的各层可使用不同的纤维。挺度、耐折度和印刷性能是纸板的重要性质，单层纸板的弯曲挺度取决于弹性模数和厚度，而对于三层纸板，弹性模数则主要受控于表层的硫酸盐浆，中间一层化机浆决定厚度。因此在三层纸板的生产中采用松厚度较高的化机浆能达到更高的弯曲挺度。表3是用于多层纸板的商品枫木、杨木和针叶木化机浆的典型性能。

纸板的结构一般包含两个功能层：面层和芯层。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。芯层或底层的主要功能是提供松厚度和支撑。面层一般为漂白化学浆，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。芯层浆的质量必须满足以下几点：①纸板使用性能要求具有一定挺度，浆料松厚度高，抄出纸板厚度就大，挺度就高，达到一定挺度定量就可降低，就可降低生产成本；②良好的成形和表面平滑度，为面层及后续的涂布打好基础；③有足够的层间结合强度，防止分层；④良好的滤水性能，确保生产效率和纸机的运行性能；⑤对于食品和液体包装纸板，芯层浆还必须无嗅无味。为了生产高质量的多层纸板，芯层广泛使用枫木、杨木、桦木或其与针叶木的化机浆混合浆料。针叶木化机浆挺硬的长纤维影响芯层的成形以及纸板的表面平滑度，所以仅在一些低档纸板中使用，而在高档纸板中通常是枫木和杨木化机浆配合使用。与枫木相比，杨木化机浆的松厚度较低，要达到某个特定厚度需要较高的定量。对松厚度的要求是推动纸板芯层化机浆开发和发展的主动力，枫木化机浆以高松厚度著称，被视为目前纸板生产中的超值纤维。粗短、挺硬的枫木纤维是生产高质量纸板的优良纤维原料，枫木化机浆生产出的纸板不仅具有高的松厚度、较好的匀度和表面平滑度，还具有优良的印刷加工性能［8］。

表3 用于生产多层纸板的几种化机浆的性能

2.3 化机浆在生活用纸中的应用

在卫生纸、毛巾纸产品中，使用针叶木化机浆或杨木和枫木化机浆来部分代替漂白化学浆或废纸浆，以降低成本和提高松厚度。卫生纸中化机浆的用量一般是20％～30％，面巾纸是10％～20％，毛巾纸是30％～40％。卫生纸、面巾纸和毛巾纸最重要的使用性能是吸水性和柔软度。一般松厚度高表明吸水能力高，同时纸具有松厚柔软的感觉。虽然卫生纸的松厚度是通过起皱获得的，但是浆料的松厚度也会影响到卫生纸的松厚度。化机浆的松厚度比化学浆高得多，正是松厚度和经济因素使得化机浆在卫生纸的生产中比化学浆更有吸引力。但化机浆用于卫生纸也有一定的技术问题，即细小纤维引起的粉尘、黏扬克烘缸以及返黄。这些问题阻碍了化机浆的进一步应用。新一代的阔叶木化机浆的细小纤维含量低且白度高，这对增加化机浆在卫生纸和面巾纸中的应用也具有一定的刺激作用。

2.4 化机浆在机械浆纸中的应用

如果某些地区由于夏季电力短缺或因纸机生产能力增加而造成制浆能力不足时，可在含磨木浆纸中使用化机浆代替磨木浆。用化机浆生产LWC纸和新闻纸的技术已很成熟，化机浆的性能至少不比GW或TMP差。国外有研究人员用杨木化机浆代替全化浆LWC纸中的硫酸盐阔叶木浆，对成纸各种性能指标进行检测［9］，发现使用化机浆替代漂白硫酸盐阔叶木浆（HBKP）可以提高纸张松厚度，对纸张挺度、匀度和不透明度都有促进作用，并可降低生产成本。在LWC纸中应用化机浆的主要原因在于：①节电；②关闭低效率的GW生产线；③弥补由于纸机升级而造成的纸浆生产能力的不足。用于LWC纸的化机浆的品种包括低游离度的杨木、针叶木或针叶木与杨木的混合化机浆。

3 我国化机浆的发展方向

近年来，化机浆的生产技术已相当成熟，在含机械浆纸和纸板中的使用已较为普遍。化机浆具有与漂白硫酸盐阔叶木浆相似的强度和白度，也有一些独特的性质，如松厚度好、纤维比表面积大和细小纤维含量高等。通过采用如杨木、桦木、枫木、黑云杉等单一材种或混合材种，并调整工艺条件，可以获得合适的化机浆。

今后，化机浆研发的主要方向是利用那些被认为材性较差或未完全利用的木材原料。尽管化机浆在以化学浆为主的不含机械浆纸中的应用有了相当大的发展，但由于这一应用领域相对较新，化机浆尚未得到充分利用。为了满足市场对高质量低成本纸产品的需求，未来化机浆势必向着改善成浆质量、降低纤维束含量、提高质量稳定性的方向发展。目前，我国在新建化机浆生产线方面处于领先地位（主要是APMP或P-RC APMP工艺），这些新建的生产线主要以人工林阔叶木为原料，所生产的浆直接用于生产新闻纸和LWC纸。目前，中国市场对高松厚度的阔叶木（杨木和枫木）化机浆的需求达到历史最高水平，而且将会持续很长一段时间。

［1］何志斌，倪永浩，周亚军.高得率浆的特性及其对造纸过程湿部化学的影响［J］.国际造纸，2007，26（3）：25.

［2］周亚军，袁志润，江智华.高得率浆的特性与应用［J］.国际造纸，2007，26（1）：1.

［3］乌宝玉.BCTMP在高档涂布印刷纸中的应用前景［J］.湖南造纸，2006（3）：15.

［4］罗惠芳.CPMP与BCTMP的特性及在造纸工业中的应用［J］.湖北造纸，2007（4）：38.

［5］周亚军.用枫树高得率化机浆生产高档涂布纸板［J］.中国造纸，2003，22（7）：11.

［6］韩 颖，翟华敏，吕宏峰.国产杨木高得率浆配抄性能的研究［J］.大连轻工业学院学报，2007（3）：228.

［7］周亚军，邹学军，李 萧，编译.不含磨木浆纸中使用高得率浆以达到所需的产品性能［J］.国际造纸，2007，26（2）：6.

［8］周亚军.添加高得率浆对纸张松厚度和平滑度的影响［J］.国际造纸，2007，26（5）：1.

［9］叶 剑，编译.以杨木高得率浆代替全化浆LWC纸中的阔叶木硫酸盐浆［J］.国际造纸，2007，26（2）：11.