提高紙板填料用量的新技術

2015-11-04 06:54:15胡偉婷

造紙化學品 2015年4期

提高紙板填料用量的新技術

周期性的經濟低迷和電子媒體的大量使用，致使書寫打印紙的產銷量逐步降低，而紙板的需求卻在不斷增加。為了順應這一趨勢，造紙商將書寫打印紙生產線技改為紙板生產線，同時安裝了相應的新設施。與書寫打印紙生產相同的是，造紙商希望在紙板生產中提高填料的含量以改善印刷效果并降低成本。該文介紹了在使用填料前對其進行化學改性的、如今應用已延伸到紙板生產中的一項名為TEKTM填料技術及其在紙板中的應用實例。應用結果表明，該填料技術不僅可以大幅降低生產成本，而且能提高紙機的運行性能。

過去30年里涌現了大量有關紙和紙板中填料用量的研究，主要目的是希望使用填料降低生產成本并提高紙張質量。由于填料的價格低于原生纖維，因此用填料取代部分纖維可以直接有效地降低原料成本，同時提高紙張的不透明度和印刷性能。周期性的經濟低迷和電子媒體的大量使用，致使歐洲和北美書寫打印紙的產銷量正在逐步降低；而拉丁美洲和亞太地區書寫打印紙的增長和需求也正在逐步緩慢，雖然書寫打印紙需求不斷降低，紙板的需求卻在不斷增加。

為了順應這一趨勢，造紙商將書寫打印紙的生產線轉變為紙板生產線，同時安裝了新的設施。市場競爭也促使造紙商將生產成本降到最低并將利潤最大化。和書寫打印紙相同的是，在紙板中提高填料用量也可以改善印刷效果并降低成本。

原材料、水和能源約占總生產成本的70%，用礦物填料取代部分纖維可直接降低生產成本。此外，使用填料可以降低紙張干燥能耗，不僅降低生產成本，也更加環保，減少了碳足跡。

紙張中填料主要有3個來源，即直接添加、來自損紙漿或來自回收纖維。填料用量影響成紙質量和紙機運行性能。如果原料中的填料量或填料回用量可以達到最大化，那么成本效率就可以達到最優；然而，紙張中填料用量有最大用量和程序的限制。填料會逐步削弱紙張強度，增加紙張的緊度，提高紙張在紙機上和加工過程中的掉粉可能性。如果填料的使用量超過限制值，紙機的生產效率和產品質量就有可能降低；因此造紙商希望找到一種超越填料歷史極限值的替代方法來提高紙張的灰分含量。本文介紹了采用一項名為TEKTM填料技術，即在添加填料前對其作出化學改性的方法來增加漿料中填料用量。

1　TEK填料技術的優勢

TEK填料技術可以為造紙商做到增加碳酸鈣類填料用量的同時減少成本較高的纖維使用量。這項取得專利的技術使用化學方法對填料作出現場改性，改性設備和應用技術都十分簡單。改性填料的目標是將填料處理成剪切穩定、一定大小和分布的聚集體。改性時要用到1～2種高分子化合物，在可控制的機械作用下將填料絮聚成絮凝體。絮聚后的填料尺寸較大，可以將對纖維連接的破壞作用降到最低，因此可以在不影響紙張強度的前提下增加填料的用量。TEK填料技術可應用于希望用填料取代纖維或降低昂貴原材料使用量來優化成本效率的紙張生產應用中，如書寫打印紙和紙板。

一般而言，對于中度施膠、使用化學纖維且灰分為20%的書寫打印紙生產線，灰分每增加1百分點，每噸漿因此減少的纖維和能源就可以節省3～5美元。根據項目投資成本，灰分增加1百分點就可以帶來投資回報，繼續增加填料用量就可以明顯降低總運行成本。TEK填料技術近期在商業應用上的實例證明，它在未涂和涂布紙、低定量涂布書寫紙市場都具備應用價值。

2　TEK填料技術應用于提高紙板填料用量的實例

如今TEK填料技術已延伸到用填料取代纖維從而降低成本的紙板中。采用這種技術的紙板一般都是涂布和未涂布紙板、白卡紙，甚至漂白紙板。本應用案例的客戶是一家優質包裝紙板生產企業，定位于生產高質量、對消費者和環境都安全可靠的產品。該公司遵循可持續發展的原則，認真對待產品的每一個生產過程對經濟、社會和環境的影響。

該公司有1臺紙機，生產3層涂布紙板，第1層和第3層由100%硫酸鹽闊葉木原生漿和一定量的沉淀碳酸鈣（PCC）組成，而決定紙板定量和緊度的中間層主要由含有PCC的回收機械漿組成。硫酸鹽漿料是生產成本中成本較高的一個組分。客戶希望在增加紙板中填料用量的同時，不影響紙機的運行性能和紙板質量。TEK填料技術可以用PCC取代部分硫酸鹽漿，提高紙板上下層的灰分含量。為了證明TEK填料技術的可行性，通過紙機的運行情況和實驗室篩選獲得最佳的TEK填料技術的方案，同時檢查這項技術連續安全運行時所需要的設備，確保客戶在投資這項技術后可以迅速得到回報。

根據預測，灰分含量在現有的水平上提高3百分點就可以達到客戶預想的目標，如繼續提高灰分含量可以進一步為客戶節省成本。關鍵性能指標是紙板的挺度、強度、印刷質量和填料留著率。選擇實施方案的主要參數有所用填料的質量、經濟可行性以及食品用紙板包裝物需要滿足的食品安全類法規要求。基于此，提出使用TEK填料技術中的DEV 205EU項目，即使用合適的設備在線處理研磨碳酸鈣（GCC）填料。

通過周全的計劃和實施步驟，成功在紙板的上下層連續使用TEK填料技術。上下層填料用量起初分別在12%～15%和6%。TEK填料技術開始運行后隨機達到項目的目標，上下層的GCC分別提高了5～7百分點和5百分點。為了保持紙板的定量，適當降低上下層硫酸鹽漿的比例。紙板外層灰分的增加改變了紙板的松厚度，從而提高了挺度，見圖1。