传统造纸理念的创新型技术——泡沫成形技术及其应用前景

传统造纸理念的创新型技术
——泡沫成形技术及其应用前景

泡沫用于纸页成形可追溯到20世纪70年代或80年代，从表面上看这是一个相对简单的理念。与纤维-水混合物不同，泡沫成形技术将纤维及其他浆料组分与泡沫混合，泡沫由水、发泡剂和空气形成。最终的泡沫混合物含有30%～70%的空气和气泡，可以防止纤维在流浆箱发生絮聚。这有利于生产低定量纸张，可节省资源；对于传统原料，无论是细小的纳米颗粒还是大尺寸的长纤维，为其开辟了一种创新型的应用方法。

目前，泡沫成形理念正在维美德位于芬兰Jyvaskyla的试验机上进行商业化应用的测试，该理念在成品性能和节省原料、能源和水资源方面引人关注。

1　效益

由泡沫抄纸技术形成的纸和纸板，无论纤维尺寸的长短，均具有良好的匀度，而且可以在低定量条件下赋予纸页较高的松厚度和强度，这使得该技术成为低定量纸应用的理想之选；而利用传统的纤维-水抄造的纸张难以实现松厚度和强度的同时改善。

降低纸或纸板的定量可改善脱水，减少干燥能耗，降低化学品使用成本。采用该技术可充分利用各种原料，从纳米颗粒到长纤维，以实现优良的产品性能。

泡沫成形技术的初始目标是用于纸张、包装材料、低定量纸、非织物、绝缘材料、卫生产品以及其他复合材料中，以大幅节省原料（20%～40%）、能源（50%～60%）和用水（60%～80%），实际节省程度将因生产原料和产品的不同而有所差异。这一技术有潜力将工厂的碳和水足迹降低40%之多。

泡沫成形技术不仅能提升现有产品的竞争力，而且是造纸业通过降低定量实现资源高效的一个飞跃。实验室测试结果表明，利用泡沫成形技术抄造的纸页要比仅用水抄造的纸页质量减少50%以上。

2　方法

据北欧地区最大的综合研究机构VTT称，虽然可以测定出泡沫成形纸页具有的众多纯泡沫的特性，但是泡沫-纤维体系中发泡剂和造纸原料间的化学结合却知之甚少。通过与瑞典一家化学品公司的合作，VTT实验室测试了不同表面活性剂、纤维和造纸助剂之间的联系，分析了用于生产具有特定空气含量和气泡粒径分布的纤维-泡沫体系的几种表面活性剂。

VTT在2012年1月首次对泡沫成形理论进行中试试验，采用的是VTT SUORA中试规模试验机，宽300 mm，车速2 000 m/min。从设计思路到中试试验仅用了8个月的时间（图1～3分别为VTT SUORA中试规模试验机生产现场、纸机成形网的泡沫和纸机碎浆机的泡沫）。

此外，VTT发现对传统纸机进行改造用于泡沫成形纸张的生产并没有想象中的困难，只需要更换泵，重新配置流浆箱、流送系统和真空系统，并提供一种可在线测量泡沫密度、稳定性和气泡粒径的方法。

图1　VTT SUORA中试规模试验机生产现场

图2　VTT SUORA成形网的泡沫

图3　碎浆机中的泡沫

下阶段（目前该阶段正在进行中）是利用维美德的2号中试纸机进行商业化测试。当全面测试完成后，维美德将在其产品生产线内实现商业化。除了会对纸和纸板的生产带来重大利益及对现有设备进行简单的改造外，泡沫成形理念还将为未来发展提供有利条件。一位见证泡沫成形工艺的目击者称，这使得无需添加额外的长网纸机而生产不同产品成为可能。

3　展望

自2015年1月开始，VTT和维美德为泡沫成形理念的规模扩张创造了基础条件，这需要欧盟的裁决以及一些公司的参与（有兴趣的公司现在仍然可以参与此项目）。

利用泡沫成形技术可以改善现有包装材料、纸和纸板产品的性能，可生产具有高孔隙率、低定量和高平滑度的不同种类产品，例如卫生用品、绝缘材料和过滤产品，也可用于智能印刷、电子产品和微细纤维领域；并且通过不同原材料的结合，有助于开发可持续发展材料，其发展前景广阔，对于无纺布材料的应用具有较大的价值，可用于建筑、绝缘、吸声和包装产品，甚至可用作植物生长所用可持续性的、高性能的生长介质。

（杨扬编译）