竹浆生活用纸高浓打浆研究及生产运用

付盼 湖南正达纤科机械制造有限公司

近年来，本色生活用纸十分火爆，给竹浆市场带来了前所未有的发展机遇。我国竹林资源丰富，在长江流域及华南有广泛分布，相对一般的阔叶木纤维原料，竹子的生长期较短，两三年即可成材，并且竹浆的平均纤维长度较长。而竹浆纤维的缺点是纤维长短不均，纤维挺硬，杂细胞含量高。

在制浆过程中，竹纤维细长、细胞壁坚硬、细胞交织紧密等特点使其不利于打浆。而通过打浆将紧密的细胞结构软化后，纸页才能具有较好的强度和柔软度。通常打浆的方式主要有三种，分别是：游离状打浆、粘状打浆和半粘状半游离状打浆。游离状打浆是以切断作用为主，纸浆的浓度较低，此方法的磨片齿切断能力强，在打浆时纤维容易被切断，所抄造出的纸页具有密度小而蓬松、不透明、伸缩性小、油墨容易附着等特性。粘状打浆是以纤维吸水润胀，细纤维化为主的打浆方式。在实际操作中，在游离状打浆到粘状打浆之间还有半粘状半游离状打浆。竹浆纤维需要适当的分丝帚化和适当的切断，增加纤维结合力，因此适合采用半粘状半游离状打浆。

目前浆厂一般采用低浓打浆的工艺，磨浆浓度为2%～9%，这种磨浆工艺技术成熟，在生产过程中应用广泛，但对于竹浆来说有一定的局限性。

竹浆不适合采用低浓磨浆的主要原因是：一、竹纤维杂细胞多，滤水速率慢，不利于提高车速；二、去除纤维束尘埃需要过度打浆，容易形成尘埃点、孔洞；三、无法兼顾纤维切断与分丝帚化，从而导致纸页柔软度较差，手感不佳；四、打浆能耗很高。

湖南正达纤科针对竹浆不利于打浆的缺点，提出了独特有效的解决方案，该方案主要内容是两方面：一是进行磨盘改造，提高打浆效率；二是采用高浓打浆或者是高浓加低浓打浆相结合的打浆工艺。

磨盘改造

采用传统的磨片磨浆，浆料在磨盘中自小半径进入齿缝后向大半径方向运动时周长不断变大，浆层从内向外不断变薄，越是靠近外圆的齿面越薄，甚至挂不上浆，产生了空磨现象。半径越大的磨盘，其齿面空磨现象就越严重，降低了磨浆的效率。另外，整个齿面浆层厚薄不一，磨浆均匀度差，纤维被大量剪断，但打浆度提高不多。

图1 普通磨盘在磨浆时浆料在磨区内的分布情况

针对传统磨盘空磨现象，湖南正达纤科提出无空磨理论，对磨片齿形进行设计，将磨片划分为若干个圆形区域，分别设计不同的齿宽和槽宽，磨盘由内向外齿深、单剪切区间宽度逐渐变小，齿槽面为带坡度的斜面，使整个盘面齿面积最大的区域（磨盘的外圆）挂浆量增加，浆层从中心往外圆厚薄均匀，无空磨区，以提高磨浆的功效。

图2 传统磨片与改造磨片齿形对比

与传统磨片相比，改良后的磨片具有以下优势 ：

●使少浆或无浆的齿面挂上浆后增加了做功，磨浆效率可提高20%～40%，吨浆电耗较普通磨片降低20%～40%；

●盘磨剪切次数可达8～16次，解决单台磨机打浆度不高的问题；

●加大了齿深和齿宽，使浆料通过量加大；

●由于解决了齿面浆料厚薄不一的问题，从而大大提高了磨浆的均匀度；

●减少了纤维的流失，降低了白水浓度，使排放的污水中细小纤维悬浮物大大降低。

改进打浆工艺

工艺改进的核心是采用高浓打浆，打浆过程中浆料先通过浓缩设备将浓度提升至15%～25%，再由螺旋输送强制喂入高浓磨机，浆料在磨区依靠纤维之间相互揉搓、挤压和摩擦作用使得纤维分丝帚化。

从图3可以看出低浓和高浓打浆的明显差别。低浓打浆是以切断为主，高浓打浆则是利用刀盘对纤维的作用力、纤维之间的挤压和摩擦力，达到理想的工艺效果。

图3 低浓打浆和高浓打浆的原理区别

从打浆前后纤维扫描电镜对比图（图4）可以看出高浓打浆对纤维表面及内部结构的影响，未打浆前化学浆纤维是完整的，比较硬，表面有角质层。打浆后纤维表面细纤维化，纤维卷曲、扭结及微压缩，纤维内部分层。

图4 打浆前后纤维电镜图对比

通过表1对比，可以看出高浓打浆特点及对应的优势，高浓打浆保持了打浆后纤维的长度，从而使纸张强度更好；一定程度去除了纤维束尘埃，使纸面洁净；提高了纤维柔软度，改善了纸张手感；降低打浆度，使滤水性能提高，有利于生产。

表1 高浓打浆与低浓打浆对纤维形态影响的对比

生产实践案例

结合长期的开发实验和生产实践，正达纤科提出了竹纤维原料的高浓+低浓组合的磨浆工艺。首先利用高浓磨浆的搓揉功能，对竹纤维进行充分的软化和分丝帚化。再利用低浓磨浆的切断功能，对竹纤维的长度进行修整。

通过实验发现，高浓+低浓组合的打浆工艺，可以从多个方面提升纸页的性能：

●利用高浓打浆使纤维内部分层，低浓打浆将纤维切断，可以明显提升柔软度；

●通过高浓打浆将纤维内部分丝分层，低浓打浆将纤维外部分丝帚化，可以提升抗张强度，并且纤维结合更加紧密，减少了细小纤维流失；

●通过高浓打浆使纤维卷曲扭结，提高纸张吸收性和松厚度；

●通过高浓打浆将纤维揉搓与挤压，提高纸张柔软度和松厚度。

利用高浓+低浓组合打浆的工艺，可以充分发挥高浓打浆软化纤维的功能，弥补竹纤维挺硬的缺点，而高浓打浆的搓揉功能，又能去除浆料中的未蒸煮好的纤维束，降低成纸尘埃度。利用低浓打浆对纤维的切断功能，可以提高成纸的手感，能够在较低的打浆度下满足抄纸要求，有利于提高车速，并且可以有效降低打浆电耗。

以下是高浓+低浓组合打浆在L厂、F厂、X厂、C厂的生产实践数据。

通过L厂的竹浆板高浓磨后浆样抄片指标数据和低浓打浆抄片指标对比，可以看出通过高浓打浆，松厚度提升了7%，柔软度改善了11.3%。通过高浓+低浓组合磨浆方案，松厚度提高了4.5%，柔软度改善了5.4%。

表2 L厂竹浆板不同打浆工艺的成纸性能

在L厂，浆料配比是65%湿竹浆+35%桉木浆，高浓磨浆采用湖南正达纤科YC1100磨浆机，低浓磨浆是维美德锥磨，相关数据如表3所示：低浓+高浓打浆总能耗155kWh/t。成纸厚度0.113mm，伸长率30%，柔软度72mN，纵向抗张6.7N·m/g，横向抗张3.5N·m/g。

表3 L厂采用低浓+高浓打浆工艺能耗和成纸数据

在F厂，浆料是100%湿竹浆，高浓磨浆采用湖南正达纤科YC1000磨浆机，低浓磨浆是安德里茨双盘磨，相关数据如表4所示：低浓+高浓打浆总能耗280kWh/t。成纸厚度0.143mm，伸长率39%，柔软度47mN，纵向抗张6.4N·m/g，吸液高度38mm/100s。

表4 F厂采用低浓+高浓打浆工艺能耗和成纸数据

在X厂，浆料是100%湿竹浆，高浓磨浆采用湖南正达纤科YC1000磨浆机，低浓磨浆是安德里茨、日本相川的设备，可以看出吨浆电耗降低57%，尘埃度降低38.4%，洞眼（直径2～5mm）降低69.4%，柔软度提升明显，而抗张强度有所降低。

表5 X厂不同打浆工艺的成纸性能比较

C厂也是100%本色竹浆板，采用湖南正达纤科YC900高浓磨浆设备，山东某厂双盘磨低浓磨浆，可以看出3条生产线的成纸性能都有明显提升。

表6 C厂不同打浆工艺的成纸性能比较

由此可见，正达纤科通过磨盘的改造和磨浆工艺的改进，可以大幅度降低磨浆能耗、降低成纸的尘埃度；或者在保持松厚度的情况下，大幅提高成纸的强度，使得可以适当降低打浆度，提高纸机的滤水性能，从而可以提高产量、降低成本。