棉秆化机浆配抄轻型纸技术研究

万洪安　焦国栋　李跃进

（河南省轻工业科学研究所有限公司，河南　郑州　450003）

棉秆化机浆配抄轻型纸技术研究

万洪安焦国栋李跃进

（河南省轻工业科学研究所有限公司，河南郑州450003）

以农业废弃物棉秆为原料，采用化机浆方法生产棉秆漂白浆，配抄40%的比例生产轻型纸，在纸机抄造过程中，通过控制压榨部线压力和干燥部烘缸干燥温度与干燥曲线，使产品在保持足够的强度下，也有较高的松厚度和较好的不透明度，且具有油墨吸收性好、字迹清晰、印刷性能好等优点，印刷质量可与采用全木浆生产的轻型纸媲美。该轻型纸生产工艺技术减少了木浆使用量，降低了生产过程能耗和水耗，降低了生产成本，增加经济效益，保护宝贵的森林资源，具有较强的市场竞争力。

棉秆化机浆；轻型纸；配抄工艺技术

轻型纸属印刷特种纸范畴。与普通文化印刷纸相比，对白度要求不高，但具有质地松厚、不透明度高、表面光泽度低、表面印刷强度高且油墨吸收性好，以及同等面积同等厚度比普通文化印刷纸重量轻1/3等特点，适用于多色印刷的非涂布低密度纸。该产品主要用于画册画报、宣传册、广告、杂志刊物、课本、书籍和彩色印刷等［1，2］。近年来，由于人们对视力健康和环境保护意识的日益增强。对纸产品从原料、生产、使用和再利用环节提出更高要求。传统纸质阅读物，表面有较高的白度和光泽度，与纸面上的文字和图片等形成巨大反差，长时间阅读引起眼睛不适，造成视力下降。另外，高白度和光泽度的纸产品在生产过程中使用大量漂白药剂和其他化学药品，不但加重了环境污染，还降低了产品得率。发达国家及我国专业人士和部分消费者已认识到以上现象及其危害。目前，生产和消费低白度、低亮度纸产品，达到保护视力健康和生态环境目的已逐渐成为人们的共识。所以，轻型纸消费市场需求量越来越大。

目前，国内外轻型纸主要是以全木浆为原料，虽然生产工艺成熟，但生产成本较高［3］。本文研究了以农业废弃物棉秆为原料部分替代稀缺木材资源，采用化机浆方法生产棉秆漂白浆，浆得率高，配抄40%的比例生产轻型纸，在纸机抄造过程中，通过控制压榨部线压力、干燥部烘缸干燥温度和干燥曲线，使产品在保持足够强度下，保持较高的松厚度和较好的不透明度。最终生产出各项性能指标达到《GB/T26705-2011》（轻型印刷纸产品质量标准）优等品标准要求的产品。

表1　项目完成情况

1　项目研发概况

1.1项目简介

2013年6月，公司组建了“棉秆化机浆配抄轻型纸技术研究”项目研发课题组，开始了该项目的研发与科技攻关，同时，向河南省科技厅申报了“棉秆化机浆配抄轻型纸技术研究”研究开发专项资金科技攻关计划项目。2014年，该项目被列入河南省转制科研机构研究开发专项资金项目计划（项目编号：142104810008）。按照省科技厅对研究开发专项资金计划项目的有关要求和规定，课题组根据轻型纸产品国内外应用情况、市场前景、生产采用的工艺方法和应用方面存在问题等，进行了资料收集、调研工作；在此基础上，通过对棉秆化机浆固有特性、轻型纸产品特点和质量要求等方面的研究分析，开发利用高得率棉秆芯漂白化学机械浆高比例（达到40%）配抄中高档轻型纸技术。经过近两年科技攻关，现已研制开发成功，圆满完成了项目目标。与国内外同类产品比较，本项目产品具有产品质量稳定可靠、开辟了新的原料来源、能耗水耗低、生产工艺与设备先进、生产成本低等优势，深受用户好评。

1.2技术难题及解决方案

1.2.1技术难题。①据轻型印刷纸具备较高松厚度和不透明度、低白度等特点，对棉秆芯漂白化机浆原料及其部分指标提出特殊要求，满足配抄轻型纸要求，达到采用棉秆芯漂白化机浆替代部分木浆、保护森林资源和生态环境的目的；②在满足产品质量要求的前提下，研究棉秆芯化机浆最高比例替代木浆配抄轻型纸的生产工艺技术和参数，从而降低生产成本，提高经济效益。

1.2.2解决方案。为解决上述技术难题，课题组通过对国内市场上现有的棉秆化机浆和轻型纸生产技术、市场前景、价格等方面研究分析，借鉴国内外与本项目相关的先进研究开发成功技术资料，并派出科研技术人员到天津科技大学、陕西科技大学向国内知名造纸专家教授学习和请他们指导，派出科研技术人员到河南新乡、周口、许昌等地以及山东、新疆的造纸企业和棉花种植地现场考察收集资料。课题组的科研技术人员根据本产品的性能指标要求，充分利用实验仪器设备和检测仪器设备，经过近两年的技术攻关，成功研发出以棉秆芯漂白化机浆替代部分木浆配抄中高档轻型纸产品，降低了生产成本，完成了项目预定任务和目标。

1.3项目计划任务完成情况

具体的项目完成情况见表1。

2　生产工艺技术

2.1原料分析对比

基于棉秆产地不同，分析结果略有差异，但基本情况一致。课题组取河南省主要棉花产区——周口地区棉秆作为样品进行分析。

棉花属于被子植物门双子叶纲的草本植物。棉秆由主茎、枝茎和根三部分组成。其中，主茎占55%，枝茎占22%，根占23%。这三部分的组织结构不同，主茎由棉秆皮、棉秆芯和髓组成，分别占27.0%、70.5%和2.5%；枝茎的髓质较多，可达12%以上，而根部没有髓质，只有秆皮和秆芯。棉秆纤维平均长度0.89mm，秆皮纤维和秆芯差距较大，秆皮属于韧皮纤维，平均纤维长度达2.05mm，全棉秆纤维长度在0.50～1.00mm的占70%左右［4，5］。课题组对棉秆样品主茎部分（不含髓部）化学组成和纤维进行分析研究，结果见表2。而且对棉秆芯与杨木的主要成分及纤维长宽进行对比，结果见表3，其中杨木为豫北三倍白杨；并对棉秆化机浆与杨木化机浆主要指标进行对比，结果见表4。

表2　棉秆化学组成和纤维长宽度

表2结果表明，棉秆果胶含量较高，且主要集中在秆皮中，秆芯果胶含量较低。果胶质的存在，严重影响了成浆品质，尤其是对白度和尘埃的影响；棉秆皮和棉秆芯木素结构不同，不能同时制浆。另外，棉秆皮中存在发色集团较多，造成成浆颜色深，难以漂白，很难满足生产高档纸产品要求。

表3　棉秆芯与杨木主要成份和纤维长宽

表4　棉秆化机浆与杨木化机浆主要指标对比（湿浆）

表3和表4结果表明，与全棉秆和秆皮比较，棉秆芯化学组分除灰分高于杨木外，其他成份基本相当，特别是果胶含量不但明显低于全棉秆和秆皮，还略低于杨木；棉秆芯纤维形态（长、宽、长宽比）、强度指标与杨木浆非常接近，松厚度和不透明度略高于杨木浆。因此，以棉秆芯替代杨木生产高品质漂白化机浆是可行的。

近年来，随着造纸装备技术的发展和提高，棉秆原料经预处理后，进行机器脱皮已应用于实际生产。如新疆一些造纸企业和河南省新亚纸业等均采用成熟的棉秆皮、芯分离处理技术和设备，分离后的秆皮、秆芯通过分别制浆和漂白，用于生产不同纸产品［6］。

2.2工艺流程

针叶木化学浆、针叶木化机浆和棉杆化机浆3种原料经计量后分别送入水力碎浆机碎解，碎解后浆料经疏解和打浆成浆；成浆后浆料进入各自储浆池，按比例要求将3种浆料送入混合池混合，同时加入适量施剂；混合后浆料进入成浆池。经稀释后浆料通过净化进入纸机系统，通过网部脱水、压榨、烘干、卷取等工序成为成品，其主要生产工艺分别如下。

2.2.1针叶木化学浆制浆工艺流程。具体工艺流程如下：

针叶木化学浆木浆→高浓水力碎浆机→筛选→浓缩机→高浓盘磨机→储浆池

2.2.2针叶木化机浆制浆工艺流程。具体工艺流程如下：

针叶木化机浆→高浓水力碎浆机→筛选→净化→浓缩机→高浓盘磨机→储浆池

2.2.3棉秆化机浆制浆工艺流程。经过机器脱皮分离后的棉秆，用切片机切片后，进行预浸预蒸，再疏解热磨，然后再筛选漂白。具体工艺流程如下：

2.2.4抄造工艺流程。具体抄造工艺流程如下：

2.3主要设备

TPJ脱皮机，￠500mm切片机，LXY预浸预蒸机，￠650mm盘磨机，30m3漂白仓，5m3D型高浓水力碎浆机，2.0m2ZSL外流压力筛，ZSA高浓除渣器，4.5m2ZNW重力圆网浓缩机，￠550mm DDR20型盘磨机，SGJ机内双辊施胶机，2640/500长网多缸造纸机（两组缸之间装有机内双辊施胶机），2640/800全自动复卷机等。

2.4工艺技术条件及参数

2.4.1原料配比。针叶木化学商品浆板，比例20%，打浆前叩解度21SR0，白度88%；针叶木化机商品浆板，比例40%，打浆前叩解度23SR0，白度79%；棉杆化机浆（湿浆），比例40%，打浆前叩解度30SR0，白度68%。

2.4.2打浆后叩解度。针叶木化学商品浆，打浆浓度8%～10%、打浆后叩解度50～55SR0、湿重5.5～6.0g；针叶木化机商品浆，打浆浓度8%～10%，打浆后叩解度40～45SR0，湿重3.0～3.5g；棉杆化机浆，打浆浓度8%～10%，打浆后叩解度35～40SR0，湿重2.0～2.5g。

2.4.3施胶剂用量。用量为0.3%～0.5%。

2.4.4抄造工艺条件。上网浆料浓度0.5%～0.8%；上网浆料pH值范围在6.5～8.0；压榨部线压力35～45kN/m；进压榨部水分89%，出压榨部水分65%；一组烘缸8个，烘干曲线0～0.02MPa；二组烘缸12个，前6个烘缸，烘干曲线0.02～0.04MPa；后6个烘缸，烘干曲线0.04～0.02MPa；冷缸1个，常压通冷水；进烘缸水分65%，出烘缸水分8%；成纸水分6%～9%；定量60～100g/m2；产品规格为卷筒或平板。

2.4.5抄造规程。控制好上网浆料浆速与网速比，减少纤维絮聚，改善成纸匀度；纸页出第一组烘缸后直接进入施胶机内施胶料，然后再进入烘干道和第二组烘缸干燥；白水要最大限度地回用；调整好压榨线压和干燥曲线，使成纸干湿强度、松厚度、不透明度等性能指标达到最佳效果。

表5　产品性能指标

3　产品性能指标

产品经河南省造纸产品质量监督检测中心检测，各项性能指标达到轻型印刷纸国家标准《GB/T 26705-2001》优等品要求，产品主要性能指标见表5。

4　技术创新性

①本项目技术研究使农业废弃物棉秆得到了有效综合利用，减少了棉秆焚烧对大气环境造成的污染，保护了生态环境；同时增加了农民收入，节约了宝贵的森林资源。

②采用棉秆（即棉秆芯）漂白化机浆替代部分木浆生产轻型印刷纸，开辟了生产轻型印刷纸新的原料来源；同时降低了生产成本，增强了市场竞争力，具有良好的经济效益、环境效益和社会效益。

③采用化机浆方法生产棉秆化机漂白浆，浆得率高（55%～60%），能耗和水耗低，施胶化学助剂用量少，污染物和废水排放量少，提高了清洁生产水平。

④高配比棉秆化机浆（40%）生产轻型纸，在纸机抄造过程中，通过控制压榨部线压力和干燥部烘缸干燥温度和干燥曲线，使产品在保持足够强度下，也有较高的松厚度和较好的不透明度。产品质量达到轻型纸国家《GB/ T26705-2011》标准优等品要求。

［1］马恒全.轻型纸生产工艺探讨［J］.中国造纸，2009（8）：30-31.

［2］赵文平，苏燕美，王新伟.轻型纸表面强度的改善措施［J］.纸和造纸，2012（3）：18-19.

［3］路晟，周洋，张俊青，等.杨木BECMP抄造轻型纸纤维体系的研究［J］.纸和造纸，2012（5）：6-9.

［4］钟泽辉，詹怀宇.棉秆原料的化学机械制浆方法［J］.包装工程，2007（2）：23-25.

［5］刘苇，侯庆喜.全棉秆原料生产漂白化机浆处理工艺［J］.纸和造纸，2008（10）：11-14.

［6］张毅，王玉兴.棉秆无氯漂白清洁制浆工艺［J］.中华纸业，2010（9）：47-49.

Study on the Mixing Technology of the Light Paper by Cotton Stalk Chemimechanical Pulp

Wan Hong'anJiao GuodongLi Yuejin
（Henan Light Industry Scientific Research Institute Co.Ltd.，Zhengzhou Henan 450003）

With agricultural waste cotton stalk as raw material，light weight paper of 40%cotton stalking blending pulp through chemi-mechanical pulpingmethod wasproduced.Duringthemakingprocedure，by thecontrol of linear pressure in pressure section，drying temperature and drying curve in drying section，the paper produced could have better bulk and enough opacity while with higher intensity.The paper also have other advantages such as better ink absorbing ability，legibility and higher printing performance which are comparable with all-wood light paper.Light paper produced through thisprocedureiscompetitivebecauseit could decreasetheusageof wood pulp toprotect the forest resources，reduceproductioncost andincreasetheeconomicbenefitsbysavingof energyandwater.

cottonstalk chemi-mechanical pulp；light paper；mixingtechnology

TS75

A

1003-5168（2016）06-0072-04

2016-05-18

万洪安（1964-），教授级高工，研究方向：造纸工艺技术与造纸助剂。