棉稈化機漿配抄輕型紙技術研究

萬洪安　焦國棟　李躍進

（河南省輕工業科學研究所有限公司，河南　鄭州　450003）

棉稈化機漿配抄輕型紙技術研究

萬洪安焦國棟李躍進

（河南省輕工業科學研究所有限公司，河南鄭州450003）

以農業廢棄物棉稈為原料，采用化機漿方法生產棉稈漂白漿，配抄40%的比例生產輕型紙，在紙機抄造過程中，通過控制壓榨部線壓力和干燥部烘缸干燥溫度與干燥曲線，使產品在保持足夠的強度下，也有較高的松厚度和較好的不透明度，且具有油墨吸收性好、字跡清晰、印刷性能好等優點，印刷質量可與采用全木漿生產的輕型紙媲美。該輕型紙生產工藝技術減少了木漿使用量，降低了生產過程能耗和水耗，降低了生產成本，增加經濟效益，保護寶貴的森林資源，具有較強的市場競爭力。

棉稈化機漿；輕型紙；配抄工藝技術

輕型紙屬印刷特種紙范疇。與普通文化印刷紙相比，對白度要求不高，但具有質地松厚、不透明度高、表面光澤度低、表面印刷強度高且油墨吸收性好，以及同等面積同等厚度比普通文化印刷紙重量輕1/3等特點，適用于多色印刷的非涂布低密度紙。該產品主要用于畫冊畫報、宣傳冊、廣告、雜志刊物、課本、書籍和彩色印刷等［1，2］。近年來，由于人們對視力健康和環境保護意識的日益增強。對紙產品從原料、生產、使用和再利用環節提出更高要求。傳統紙質閱讀物，表面有較高的白度和光澤度，與紙面上的文字和圖片等形成巨大反差，長時間閱讀引起眼睛不適，造成視力下降。另外，高白度和光澤度的紙產品在生產過程中使用大量漂白藥劑和其他化學藥品，不但加重了環境污染，還降低了產品得率。發達國家及我國專業人士和部分消費者已認識到以上現象及其危害。目前，生產和消費低白度、低亮度紙產品，達到保護視力健康和生態環境目的已逐漸成為人們的共識。所以，輕型紙消費市場需求量越來越大。

目前，國內外輕型紙主要是以全木漿為原料，雖然生產工藝成熟，但生產成本較高［3］。本文研究了以農業廢棄物棉稈為原料部分替代稀缺木材資源，采用化機漿方法生產棉稈漂白漿，漿得率高，配抄40%的比例生產輕型紙，在紙機抄造過程中，通過控制壓榨部線壓力、干燥部烘缸干燥溫度和干燥曲線，使產品在保持足夠強度下，保持較高的松厚度和較好的不透明度。最終生產出各項性能指標達到《GB/T26705-2011》（輕型印刷紙產品質量標準）優等品標準要求的產品。

表1　項目完成情況

1　項目研發概況

1.1項目簡介

2013年6月，公司組建了“棉稈化機漿配抄輕型紙技術研究”項目研發課題組，開始了該項目的研發與科技攻關，同時，向河南省科技廳申報了“棉稈化機漿配抄輕型紙技術研究”研究開發專項資金科技攻關計劃項目。2014年，該項目被列入河南省轉制科研機構研究開發專項資金項目計劃（項目編號：142104810008）。按照省科技廳對研究開發專項資金計劃項目的有關要求和規定，課題組根據輕型紙產品國內外應用情況、市場前景、生產采用的工藝方法和應用方面存在問題等，進行了資料收集、調研工作；在此基礎上，通過對棉稈化機漿固有特性、輕型紙產品特點和質量要求等方面的研究分析，開發利用高得率棉稈芯漂白化學機械漿高比例（達到40%）配抄中高檔輕型紙技術。經過近兩年科技攻關，現已研制開發成功，圓滿完成了項目目標。與國內外同類產品比較，本項目產品具有產品質量穩定可靠、開辟了新的原料來源、能耗水耗低、生產工藝與設備先進、生產成本低等優勢，深受用戶好評。

1.2技術難題及解決方案

1.2.1技術難題。①據輕型印刷紙具備較高松厚度和不透明度、低白度等特點，對棉稈芯漂白化機漿原料及其部分指標提出特殊要求，滿足配抄輕型紙要求，達到采用棉稈芯漂白化機漿替代部分木漿、保護森林資源和生態環境的目的；②在滿足產品質量要求的前提下，研究棉稈芯化機漿最高比例替代木漿配抄輕型紙的生產工藝技術和參數，從而降低生產成本，提高經濟效益。

1.2.2解決方案。為解決上述技術難題，課題組通過對國內市場上現有的棉稈化機漿和輕型紙生產技術、市場前景、價格等方面研究分析，借鑒國內外與本項目相關的先進研究開發成功技術資料，并派出科研技術人員到天津科技大學、陜西科技大學向國內知名造紙專家教授學習和請他們指導，派出科研技術人員到河南新鄉、周口、許昌等地以及山東、新疆的造紙企業和棉花種植地現場考察收集資料。課題組的科研技術人員根據本產品的性能指標要求，充分利用實驗儀器設備和檢測儀器設備，經過近兩年的技術攻關，成功研發出以棉稈芯漂白化機漿替代部分木漿配抄中高檔輕型紙產品，降低了生產成本，完成了項目預定任務和目標。

1.3項目計劃任務完成情況

具體的項目完成情況見表1。

2　生產工藝技術

2.1原料分析對比

基于棉稈產地不同，分析結果略有差異，但基本情況一致。課題組取河南省主要棉花產區——周口地區棉稈作為樣品進行分析。

棉花屬于被子植物門雙子葉綱的草本植物。棉稈由主莖、枝莖和根三部分組成。其中，主莖占55%，枝莖占22%，根占23%。這三部分的組織結構不同，主莖由棉稈皮、棉稈芯和髓組成，分別占27.0%、70.5%和2.5%；枝莖的髓質較多，可達12%以上，而根部沒有髓質，只有稈皮和稈芯。棉稈纖維平均長度0.89mm，稈皮纖維和稈芯差距較大，稈皮屬于韌皮纖維，平均纖維長度達2.05mm，全棉稈纖維長度在0.50～1.00mm的占70%左右［4，5］。課題組對棉稈樣品主莖部分（不含髓部）化學組成和纖維進行分析研究，結果見表2。而且對棉稈芯與楊木的主要成分及纖維長寬進行對比，結果見表3，其中楊木為豫北三倍白楊；并對棉稈化機漿與楊木化機漿主要指標進行對比，結果見表4。

表2　棉稈化學組成和纖維長寬度

表2結果表明，棉稈果膠含量較高，且主要集中在稈皮中，稈芯果膠含量較低。果膠質的存在，嚴重影響了成漿品質，尤其是對白度和塵埃的影響；棉稈皮和棉稈芯木素結構不同，不能同時制漿。另外，棉稈皮中存在發色集團較多，造成成漿顏色深，難以漂白，很難滿足生產高檔紙產品要求。

表3　棉稈芯與楊木主要成份和纖維長寬

表4　棉稈化機漿與楊木化機漿主要指標對比（濕漿）

表3和表4結果表明，與全棉稈和稈皮比較，棉稈芯化學組分除灰分高于楊木外，其他成份基本相當，特別是果膠含量不但明顯低于全棉稈和稈皮，還略低于楊木；棉稈芯纖維形態（長、寬、長寬比）、強度指標與楊木漿非常接近，松厚度和不透明度略高于楊木漿。因此，以棉稈芯替代楊木生產高品質漂白化機漿是可行的。

近年來，隨著造紙裝備技術的發展和提高，棉稈原料經預處理后，進行機器脫皮已應用于實際生產。如新疆一些造紙企業和河南省新亞紙業等均采用成熟的棉稈皮、芯分離處理技術和設備，分離后的稈皮、稈芯通過分別制漿和漂白，用于生產不同紙產品［6］。

2.2工藝流程

針葉木化學漿、針葉木化機漿和棉桿化機漿3種原料經計量后分別送入水力碎漿機碎解，碎解后漿料經疏解和打漿成漿；成漿后漿料進入各自儲漿池，按比例要求將3種漿料送入混合池混合，同時加入適量施劑；混合后漿料進入成漿池。經稀釋后漿料通過凈化進入紙機系統，通過網部脫水、壓榨、烘干、卷取等工序成為成品，其主要生產工藝分別如下。

2.2.1針葉木化學漿制漿工藝流程。具體工藝流程如下：

針葉木化學漿木漿→高濃水力碎漿機→篩選→濃縮機→高濃盤磨機→儲漿池

2.2.2針葉木化機漿制漿工藝流程。具體工藝流程如下：

針葉木化機漿→高濃水力碎漿機→篩選→凈化→濃縮機→高濃盤磨機→儲漿池

2.2.3棉稈化機漿制漿工藝流程。經過機器脫皮分離后的棉稈，用切片機切片后，進行預浸預蒸，再疏解熱磨，然后再篩選漂白。具體工藝流程如下：

2.2.4抄造工藝流程。具體抄造工藝流程如下：

2.3主要設備

TPJ脫皮機，￠500mm切片機，LXY預浸預蒸機，￠650mm盤磨機，30m3漂白倉，5m3D型高濃水力碎漿機，2.0m2ZSL外流壓力篩，ZSA高濃除渣器，4.5m2ZNW重力圓網濃縮機，￠550mm DDR20型盤磨機，SGJ機內雙輥施膠機，2640/500長網多缸造紙機（兩組缸之間裝有機內雙輥施膠機），2640/800全自動復卷機等。

2.4工藝技術條件及參數

2.4.1原料配比。針葉木化學商品漿板，比例20%，打漿前叩解度21SR0，白度88%；針葉木化機商品漿板，比例40%，打漿前叩解度23SR0，白度79%；棉桿化機漿（濕漿），比例40%，打漿前叩解度30SR0，白度68%。

2.4.2打漿后叩解度。針葉木化學商品漿，打漿濃度8%～10%、打漿后叩解度50～55SR0、濕重5.5～6.0g；針葉木化機商品漿，打漿濃度8%～10%，打漿后叩解度40～45SR0，濕重3.0～3.5g；棉桿化機漿，打漿濃度8%～10%，打漿后叩解度35～40SR0，濕重2.0～2.5g。

2.4.3施膠劑用量。用量為0.3%～0.5%。

2.4.4抄造工藝條件。上網漿料濃度0.5%～0.8%；上網漿料pH值范圍在6.5～8.0；壓榨部線壓力35～45kN/m；進壓榨部水分89%，出壓榨部水分65%；一組烘缸8個，烘干曲線0～0.02MPa；二組烘缸12個，前6個烘缸，烘干曲線0.02～0.04MPa；后6個烘缸，烘干曲線0.04～0.02MPa；冷缸1個，常壓通冷水；進烘缸水分65%，出烘缸水分8%；成紙水分6%～9%；定量60～100g/m2；產品規格為卷筒或平板。

2.4.5抄造規程。控制好上網漿料漿速與網速比，減少纖維絮聚，改善成紙勻度；紙頁出第一組烘缸后直接進入施膠機內施膠料，然后再進入烘干道和第二組烘缸干燥；白水要最大限度地回用；調整好壓榨線壓和干燥曲線，使成紙干濕強度、松厚度、不透明度等性能指標達到最佳效果。

表5　產品性能指標

3　產品性能指標

產品經河南省造紙產品質量監督檢測中心檢測，各項性能指標達到輕型印刷紙國家標準《GB/T 26705-2001》優等品要求，產品主要性能指標見表5。

4　技術創新性

①本項目技術研究使農業廢棄物棉稈得到了有效綜合利用，減少了棉稈焚燒對大氣環境造成的污染，保護了生態環境；同時增加了農民收入，節約了寶貴的森林資源。

②采用棉稈（即棉稈芯）漂白化機漿替代部分木漿生產輕型印刷紙，開辟了生產輕型印刷紙新的原料來源；同時降低了生產成本，增強了市場競爭力，具有良好的經濟效益、環境效益和社會效益。

③采用化機漿方法生產棉稈化機漂白漿，漿得率高（55%～60%），能耗和水耗低，施膠化學助劑用量少，污染物和廢水排放量少，提高了清潔生產水平。

④高配比棉稈化機漿（40%）生產輕型紙，在紙機抄造過程中，通過控制壓榨部線壓力和干燥部烘缸干燥溫度和干燥曲線，使產品在保持足夠強度下，也有較高的松厚度和較好的不透明度。產品質量達到輕型紙國家《GB/ T26705-2011》標準優等品要求。

［1］馬恒全.輕型紙生產工藝探討［J］.中國造紙，2009（8）：30-31.

［2］趙文平，蘇燕美，王新偉.輕型紙表面強度的改善措施［J］.紙和造紙，2012（3）：18-19.

［3］路晟，周洋，張俊青，等.楊木BECMP抄造輕型紙纖維體系的研究［J］.紙和造紙，2012（5）：6-9.

［4］鐘澤輝，詹懷宇.棉稈原料的化學機械制漿方法［J］.包裝工程，2007（2）：23-25.

［5］劉葦，侯慶喜.全棉稈原料生產漂白化機漿處理工藝［J］.紙和造紙，2008（10）：11-14.

［6］張毅，王玉興.棉稈無氯漂白清潔制漿工藝［J］.中華紙業，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

萬洪安（1964-），教授級高工，研究方向：造紙工藝技術與造紙助劑。