溶解漿的市場及工藝技術

鄧繼澤

(中國輕工業長沙工程有限公司，湖南長沙，410004)

溶解漿的市場及工藝技術

鄧繼澤

(中國輕工業長沙工程有限公司，湖南長沙，410004)

介紹了溶解漿的種類、用途、市場和不同的生產技術，以及與一般化學紙漿生產的比較和工程建設應特別注意的問題。

溶解漿;預水解;硫酸鹽制漿;粘膠纖維

1 溶解漿介紹

1.1 溶解漿的生產

溶解漿生產方法多［1］，產品類別多，用途廣泛，可用各種各樣的原材料來生產。

溶解漿的蒸煮工藝包括亞硫酸鹽法、預水解硫酸鹽法、堿法、預水解堿法等。

溶解漿的生產原料包括針葉木、闊葉木，也能用一些非木材纖維特別是棉短絨、竹材纖維等。

在國外，基本是以木材為原料生產溶解漿。最早采用的是針葉木，然后發展到采用闊葉木。在我國，溶解漿大部分采用棉短絨作為原料來生產，只有少量溶解漿是通過亞硫酸鹽法蒸煮工藝用闊葉木或闊葉木與針葉木的混合物來制造。近幾年，采用硫酸鹽法蒸煮工藝，由闊葉木、針葉木及竹子為原料生產溶解漿發展很快，已逐步取代亞硫酸鹽法的處理工藝，由這種方法制得的溶解漿所占比例也大大提高。

溶解漿的后加工方法和用途如圖1所示［2］。

1.2 溶解漿的分類

α-纖維素含量高是溶解漿的重要特征。當使用天然α-纖維素含量高的纖維如棉短絨作為溶解漿原料時，可以得到較高α-纖維素含量的溶解漿。木材原料采用預水解硫酸鹽法蒸煮工藝也可得到較高α-纖維素含量的溶解漿。

溶解漿可以分為低α-纖維素漿和高α-纖維素漿。低α-纖維素漿的α-纖維素含量少于93%，而高α-纖維素漿α-纖維素含量大于或等于93%。

大部分溶解漿都屬于低α-纖維素漿產品的范疇，因為粘膠纖維和特殊的粘膠纖維型產品天絲 (無毒紡)，以及大部分纖維素醚及其他漿的α-纖維素含量為90% ～92%。高α-纖維素漿種類實質上包括所有的醋酸纖維、纖維素醚以及一些其他的特殊種類。

在纖維素醚中，羧甲基纖維素 (CMC)包括高α-纖維素漿和低α-纖維素漿2種產品。α-纖維素含量最低的CMC有時與針葉木硫酸鹽漿競爭。

硝酸纖維主要用在炸藥、油漆和電影膠片產品中，是典型的高α-纖維素漿種類。

高α-纖維素漿的制漿得率低，相應的噸漿木材成本高。此外，它們的環保工作負荷和費用更高，滿足高品質的要求更難，而且開發產品和生產工藝費用高，因此，高α-纖維素漿比低α-纖維素漿售價更高。

1.3 溶解漿的用途及市場分布

北美和南非 (以下稱為世界其他國家和地區)是溶解漿的主要出口地區。亞洲是世界最大的凈進口地區，其次是歐洲，2005年溶解漿全球市場分布如圖2 所示［2］。

圖2 2005年溶解漿全球市場分布

目前全世界粘膠纖維生產能力的增長主要集中在中國，中國粘膠纖維產量每年都以兩位數的發展速度遞增。2005年我國的粘膠纖維產量約112萬t，占全球粘膠纖維總產量的40.3%。近幾年我國的粘膠纖維生產企業一直在進行擴能改造，擴大企業生產規模。另外，我國作為全球最大的紡織品及原料生產國，粘膠纖維市場也引起國外大財團的關注，并計劃在我國投資建設差別化粘膠短纖維生產廠。因此，今后幾年我國粘膠纖維的生產能力將會進一步增加［3］。2002—2005年我國粘膠纖維產量及增長率見表1。

溶解漿全球市場按用途分類和分布如圖3所示［2］。

表1 2000—2005年我國粘膠纖維產量

紡織業和煙草制造業是溶解漿的主要應用領域。

2004—2005年間，約53%的溶解漿被用于粘膠短纖及粘膠長纖的制造。粘膠纖維用在紡織產品中有很好的手感并能接受紡織品各種染料的染色［4］。

圖3 全球市場按用途分類和分布

油價的上漲使溶解漿在紡織業上的應用比人造纖維更有競爭性，紡織業上溶解漿用量快速增長，這種快速增長也存在于在其他方面及行業的應用。

醋酸纖維也可用于紡織業，但主要用于香煙產品的過濾嘴。醋酸纖維是生產香煙過濾嘴的主要原料。香煙的使用在西方國家正在減少，但是在發展中國家仍在慢慢增長。盡管只是逐步增長，但香煙的世界總消費量仍在上升。從非過濾嘴香煙轉變到過濾嘴香煙，使得醋酸纖維的消費迅速增長。

溶解漿用量的其他迅速增長是由于醋酸纖維在液晶顯示屏生產中的應用，以及纖維素醚在食物、醫藥以及化妝品工業的應用。無紡布原料的使用也增長迅速，在無紡布原料產業中，溶解漿和與絨毛漿以及人造纖維都存在競爭。

溶解漿的用途和替代產品的情況詳見表2所示。

表2 溶解漿的用途及替代產品

1.4 我國溶解漿的供應結構

我國嚴重依靠進口以滿足溶解漿的需求。非木材溶解漿在國內產品中占主要地位。我國2005年溶解漿的供應結構如圖4所示［2］。

圖4 2005年我國溶解漿的供應結構

2 行業特有的需求驅動力

2005年溶解漿全球市場容量約為326萬t。亞太地區，尤其是中國，以及東歐是發展最快的地區。西歐、北美及日本的需求有所下降。2005年世界平均增長率約為0.3%，全球不同地區市場增長率如圖5所示［2］。

圖5 全球不同地區溶解漿市場增長率

我國的粘膠纖維產品的生產量在最近5年每年增長了18%，顯示了近幾年來這種產品的強勁需求。根據國家最近的五年制發展規劃，有望在今后幾年保持增長勢頭。雖然已經達到一個非常高的消費水平，我國香煙產品仍將繼續增長，盡管速度緩慢，仍推進了過濾嘴用材醋酸纖維的更大需求。

粘膠纖維的發展主要取決于經濟增長和流行趨勢;高α-纖維素漿主要取決于在無紡布產品中的新應用。

2.1 普遍性驅動力

(1)油價持高不降。這使得與人造纖維相比，幾種溶解漿的應用領域使用溶解漿顯得更加經濟合算;

(2)不斷增長的環境意識對于以木材纖維為原料的產品更有利，這一點使溶解漿優于合成纖維甚至一些天然纖維如棉花;

(3)溶解漿漿廠的關閉或轉產絨毛漿或造紙用木漿，導致全球溶解漿供應量降低;

(4)新產品和技術研發，帶來新的用途和用戶(如萊賽爾纖維);

(5)抗熱纖維的需求量正在急劇增加 (粘膠纖維和醋酸纖維);

(6)另一潛在用途是與抗菌劑的結合應用。

2.2 粘膠纖維特有的驅動力

(1)流行趨勢對粘膠纖維需求有著極大的影響;(2)棉花產量對粘膠纖維的需求有著影響(2003—2004年棉花產量低);

(3)增長的購買力，尤其在中國及亞洲的其他地區。

2.3 醋酸纖維特有的驅動力

(1)亞洲地區對健康風險的意識能保持過濾嘴香煙的發展趨勢;

(2)迅速增長的購買力，尤其是在中國，使得消費趨向于更昂貴的過濾嘴香煙;

(3)在中國，聚丙烯過濾嘴正在向醋酸纖維過濾嘴轉變，這也是唯一仍在使用聚丙烯過濾嘴的地區;

(4)西方國家吸煙人數的減少降低了這些市場的要求。

2.4 纖維素醚特有的驅動力

(1)溶解漿產品正在非紡織領域 (食品工業，藥品業等)逐漸地被接受;

(2)在一些低α-纖維素漿領域中，常見的造紙用木漿或絨毛漿與溶解漿存在競爭;

(3)CMC領域出現新型用途。

2.5 我國的溶解漿進口量

目前以木材為原料生產的溶解漿產品在我國相當少見。粘膠纖維用戶及其他行業必須依靠進口，以滿足大量的供應量缺口。2005年我國溶解漿進口產品來自于幾個國家，其中最大進口國為美國和南非，如圖6 所示［2］。

圖6 2005年我國溶解漿進口量

2.6 我國溶解漿機遇

近幾年來，全球溶解漿市場需求量基本穩定在380萬～420萬t，其中約120萬t為以棉短絨為原料生產的棉漿粕。據統計，2008年全球對溶解漿的需求量為420萬t，其中亞洲占61%。2008年全球不同地區對溶解漿的需求及種類分布如圖7所示［2］。

2006年，我國溶解漿市場需求不到150萬 t，2009年我國對溶解漿需求量已經突破200萬t，2010年達到250萬t(包括120萬t棉漿粕)。國內溶解漿的主要用戶為:保定天鵝、新鄉化纖、湖北金環、山東海龍、吉林化纖、唐山三友、宜賓絲麗雅、南京化纖等。

圖7 2008年全球不同地區對溶解漿的需求及種類分布

隨著我國經濟的發展，溶解漿的需求量也將越來越大，預計2015年國內溶解漿需求量將突破300萬t，僅溶解木漿需求量將突破100萬t。

在我國，溶解漿的用量持續增長，但生產能力的擴張極其有限。到2010年國產溶解木漿總產量尚不足10萬t，以福建南平紙業和內蒙古扎蘭屯紙業為代表。因此，市場缺口巨大。

福建南平紙業、邵武紙業、懷化會同恒達紙業等，利用傳統蒸煮立鍋生產基本滿足用戶要求的本色或漂白溶解漿，產品質量不高且質量波動較大。

貴州赤天化通過二次制漿生產溶解竹漿，2011年嘗試對連蒸進行適當改造，以便一次成漿。山東太陽紙業、晨鳴紙業、福建青山紙業等溶解漿新產能正在加緊籌備中，到2011年底，新增的年產能約為20萬t。湖南懷化駿泰年產30萬t溶解漿的產能則將在2012年上半年形成。據不完全統計，我國2011年溶解漿產能由2010年初的15萬t上升為90萬t，在2012年產能將達到165萬t，而進口溶解漿總量將維持在 100 萬 t左右［1］。

我國對溶解漿的需求目前仍主要依靠進口。我國溶解漿的生產制造還有增加投資的空間。支配著國內溶解漿產品市場的主要是非木材產品棉短絨。由于無籽棉生長區的逐漸增加，因此減少了棉短絨的產量，終端使用將轉向溶解木漿。

在我國，溶解漿的消耗在接下來的數十年中將繼續增長，但運行中的生產能力擴張卻是非常有限的。以至于在我國溶解漿產品的額外投資還留有余地。在全球范圍內公布的溶解漿工業生產能力的改變為數不多。所公布的倒閉工廠正好平衡了產量上升的工廠，使得全球范圍內的供應量沒有改變。

到目前為止，我國溶解漿最大的用戶，即采用粘膠纖維為原料的紡織業已經在過去幾年里擴大了生產能力。根據國家正在進行的發展規劃，這個趨勢也將在接下來的幾年里延續。我國發展水平已經相當高的煙草業及其產品還在持續上升，盡管煙草產品是逐步發展的，但它提高了過濾嘴香煙的需求量。

在質量方面，以木材為原料的溶解漿制成的粘膠纖維相對于棉短絨溶解漿，有更好的可編織性和印刷、染色性能。當溶解木漿的價格具有競爭力時，粘膠纖維工廠將轉向使用溶解木漿［5］。

考慮到產品品種的選擇，明智之舉是項目部門應同時定位于高α-纖維素漿和低α-纖維素漿這2種等級。目前粘膠纖維占據主要市場，而且受到流行趨勢的影響和不斷提升的購買力的驅動會持續發展。健康及風險意識將推進更昂貴的過濾嘴香煙的消費，高α-纖維素漿的新應用領域也將不斷出現。

3 溶解漿的質量

溶解漿的生產過程，與制漿造紙工業的制漿過程并無顯著區別。但由于產品的用途不同，對質量有不同的要求，因而在生產工藝上有差別。一般來說，就溶解漿而言，化學純度和反應性能最為重要且要求嚴格，而對其機械強度等物理性能并無特殊要求。

同時，由于溶解漿的生產原料不同，膠粘纖維品種及制造方法、工藝、設備不同，因此，國內外對溶解漿的質量要求也不盡相同。

粘膠纖維的機械強度并非完全依賴于漿粕纖維素的黏度。低黏度漿粕更普遍受到重視，因為低黏度漿粕磺化時具有更多優點，如耗用較低的二硫化碳，粘膠的過濾性能較好，堿纖維素老成時間可縮短。

因此，溶解漿黏度要適當，更重要是，溶解漿聚合度的分布均勻程度，聚合度分布在400～1000內的比例越高越好，高于1200的太多將會在粘膠液中形成凝膠狀的膨潤體，致使粘膠液過濾性能變差;聚合度低于200的太多，會造成磺化反應不均一，這些低分子殘留物混入成型后的粘膠纖維中，則成絲質量差，甚至不能進行紡織，嚴重影響成品纖維的質量［6］。

溶解漿理想的質量為:α-纖維素含量越高越好;雜質含量越低越好;聚合度分布均勻一致，分布區間越窄越好;反應性能優良;纖維長度分布均勻;漿粕成分均一性好。

此外，溶解漿的反應性能是漿粕質量的一個非常重要的綜合性能。反應性能好，表現為消耗最少的燒堿和二硫化碳，便能制得溶解性能和過濾性能及可紡性都好的漿粕。漿粕的反應性能除了與上述質量指標有關外，同時也依賴于漿粕的內在質量，不同的原料生產的漿粕，甚至同種原料制的符合質量指標的漿粕，在粘膠生產過程中表現出較大的性狀差異。因此，漿粕的反應性能的好壞最終需以粘膠纖維廠的使用效果來評判［6］。

3.1 質量標準

我國紡織行業標準FZ/T51001—1998，粘膠纖維(含長纖和短纖)用木漿粕質量指標應符合表3規定［7］。

3.2 生產原料

生產溶解漿的原料以木材為主，棉短絨、蘆葦、甘蔗渣和竹子等非木材類纖維也有應用。生產溶解漿的原料應該具備一些特性，即α-纖維素含量高，灰分和樹脂含量低，細胞組成較單一，雜細胞少，易于漂白和廢液回收，原料易于加工、腐朽較少，原料蓄積量大或易于人工造林［1］。

表3 粘膠纖維用木漿粕質量指標

目前，世界上用于粘膠纖維生產的溶解漿漿粕年產量約400萬t，其中90%以上是木材漿粕。幾年前我國粘膠纖維用溶解漿漿粕中，棉短絨和木材漿粕約占總量的95%以上，且以棉短絨為主，最近幾年竹纖維的溶解漿生產發展較快，木漿粕也在快速發展，未來的幾年木材漿粕的發展有可能超過棉漿粕和竹漿粕。

4 溶解漿生產工藝技術

4.1 溶解漿的技術發展歷史

溶解漿的主要制漿方法以蒸煮用化學藥品不同區分為:亞硫酸鹽法，預水解硫酸鹽法，堿法 (又稱苛性鈉法)，預水解堿法。

亞硫酸鹽法:采用含游離 SO2、H2SO3(亞硫酸)的亞硫酸鹽溶液 (CaSO3、NaHSO3、NH4HSO3)進行蒸煮。適用于含多縮戊糖較低及樹脂含量較多的針葉木制漿。其優點是漿的白度高，漂白化學藥品消耗低。生產高α-纖維素漿不需預水解，廢液可綜合利用。缺點是只適于大型漿廠，對原料要求較嚴。

預水解硫酸鹽法:實際上是用稀酸或水或蒸汽的預水解加上硫酸鹽蒸煮的兩段蒸煮工藝。后段的硫酸鹽法蒸煮和化學漿的硫酸鹽法蒸煮工藝技術相同，適用于各種纖維原料，如針葉木、闊葉木 (樺木、桉樹、楊木)、竹子、甘蔗渣、蘆葦、棉稈等。

堿法 (苛性鈉法):用NaOH進行蒸煮。特別適用于棉短絨，流程及設備簡單，蒸煮液制備及廢液回收簡單，投資和運行費用低。

預水解堿法有間歇式和連續式兩種，主要用于甘蔗渣溶解漿的生產。其中的預水解工藝類似于預水解硫酸鹽法中的預水解，預水解后的堿法蒸煮用堿量一般控制在18% ～22%，溫度控制在130～140℃。

4.2 當前的主要制漿工藝

由于環保方面的原因，當前溶解漿的制漿工藝主要為預水解硫酸鹽法。

蒸煮可采用預水解硫酸鹽法制漿工藝的間歇蒸煮器，或采用工業上的其他預水解硫酸鹽法制漿工藝，如Lenzing CBC，美卓公司的超間歇技術或G＆LV的超間歇技術。

理論上，蒸煮器可以是間歇式或連續式的，安德里茲或克瓦納有連續蒸煮器。最近已有個別溶解漿生產線采用了安德里茲的連續蒸煮器來生產桉木溶解漿。

圖8 預水解硫酸鹽法間歇蒸煮流程

水解法溶解漿蒸煮技術主要有3種:①先酸煮(酸性水解)，然后堿煮;②先熱水預水解，然后堿煮;③先蒸汽預水解 (先低壓后中壓)，然后堿煮。

傳統工藝多采用酸水解或熱水預水解，由于酸性水解液和水預水解液處理難度大，費用高，目前新建的規模型溶解漿廠多采用蒸汽預水解工藝。本文也主要推薦和論述第3種工藝。

溶解漿蒸煮技術及設備供應廠家主要有美卓、GL＆V和Lenzing。這幾家的蒸煮技術大同小異，均為蒸汽預水解間歇蒸煮工藝。就蒸煮工藝而言，溶解漿需要在蒸煮過程中盡可能地除去木素和半纖維素。蒸汽水解主要就是除去半纖維素，通過P-因子來控制;堿性蒸煮主要就是脫木素，通過H-因子來控制。就蒸煮設備而言，溶解漿和堿法化學漿所用設備是一樣的，但由于預水解廢液pH值為2～4，因此，需要采用雙相鋼或316 L不銹鋼。溶解漿蒸煮得率較化學漿低約10%～15%，蒸煮所需堿耗、汽耗、電耗比化學漿稍高。為了制得聚合度均一的高α-纖維素含量的溶解漿，目前基本上采用的是間歇蒸煮工藝。預水解硫酸鹽法間歇蒸煮流程如圖8所示［2］。(未完待續，下轉2012年第4期)

［1］ 呂衛軍，張 勇，陳 彬．溶解漿的生產技術現狀與發展［J］．中國造紙，2012，31(1):61．

［2］ 美卓技術交流文件［S］．2010—2011年．

［3］ 劉 文，蒲俊文．再生纖維素纖維的發展［J］．中國造紙，2010，29(11):65．

［4］ 張震亞．粘膠纖維漿粕反應性能的研究［M］．北京:財政經濟出版社，1965．

［5］ 楊之禮，王慶瑞，鄔國銘．粘膠纖維工藝學［M］．北京:紡織工業出版社，1989．

［6］ 徐義林．粘膠纖維手冊［M］．北京:紡織工業出版社，1981．

［7］ FZ/T51001—1998粘膠纖維(含長絲和短纖維)用木漿粕質量指標［S］．

［8］ G＆LV技術交流文件［S］．2010—2011年．

［9］ Lenzing技術交流文件［S］．2010—2011年．

［10］ CPL技術交流文件［S］．2010年．

［11］ 安德里茲技術交流文件［S］．2010—2011年．

［12］ 肖長發，尹翠平，張 華，等．化學纖維概論［M］．北京:中國紡織出版社，1997．

Technologies of Dissolving Pulp Production

DENG Ji-zhe
(China CEC Engineering Corporation，Changsha，Hunan Province，410004)

The classification，end use，market and different manufacture technologies of dissolving pulp were introduced in the paper．The difference of manufacture technologies between dissolving pulp and normal chemical pulp and some of special engineering issues were discussed．

dissolving pulp;prehydrolytis;kraft pulp;viscose rayon

TS749;TS743+.1

A

0254-508X(2012)03-0064-07

鄧繼澤先生，高級工程師;主要從事制漿造紙工藝設計、工程設計管理及項目管理工作。

(E-mail:dengjize@cechina．com)

2012-01-04(修改稿)

(責任編輯:馬 忻)