CA-1復合助劑用于4種纖維原料蒸煮的效果

孫光發 ，陳克利 ，馬 寧 ，孫廷聰

（1.昆明理工大學 化學工程學院，云南 昆明 650500；2.云南云景林紙股份有限公司，云南 景谷 666499；3.云南中煙再造煙葉有限責任公司，云南 昆明 650106）

全球所生產紙漿的70%以上是通過化學制漿方法來獲取，其最大的優勢就是其紙漿的品質最好，也最能體現紙漿的附加值，其最大的劣勢則是由纖維原料制成紙漿的得率最低，從而形成對植物纖維資源，特別是木材資源過大的消耗。加上漂白紙漿的清潔生產向蒸煮低卡伯值紙漿的趨勢發展，基于成熟的化學制漿技術基礎之上的紙漿制備就寄希望于通過對脫木素有促進作用、對碳水化合物降解有保護作用的各種化學助劑來尋求更有效地木素脫出的同時，最大限度地保持甚至能提高紙漿的得率。像最早被應用于生產實際的蒽醌和后續研發出來的系列衍生物、多硫化鈉、綠氧等，促進蒸煮劑滲透、擴散所開發出來的各種表面活性劑，到后來以它們各自功能作用通過復配形成互補的復合助劑的應用，其所獲得的蒸煮效果已被業界普遍認可。

當然，即便助劑效果最為顯著的蒽醌及其衍生物，它們的應用也是有局限性的。如其在木材的硫酸鹽蒸煮中的助劑效果并不顯眼，而在禾草堿法蒸煮中則能明顯地降低紙漿的卡伯值并有利于得率的提高。因此，同一種助劑可能對某一類原料的蒸煮有效，而難以對廣譜原料都能有效。復合型助劑也是基于所配伍的單一助劑具有的不同蒸煮促進效果通過組合來增加助劑的多元效果以及擴大其對原料廣譜應有的目的而受到越來越多的關注。

在此，本文利用某助劑公司提供的CA-1復合助劑，分別對思茅松、桉木、大龍竹和麥草4種具有顯著差異的纖維原料進行助劑添加的蒸煮實驗，以比較其對不同原料蒸煮帶來的添加效果。

1 實驗部分

1.1 原料

蒸煮原料分別為思茅松、桉木、大龍竹和麥草，其中思茅松、桉木木片和大龍竹竹片由云南云景林紙股份有限公司提供，風干木、竹片在挑檢出木節和竹節之后分別用儲物箱加蓋保持水分平衡；麥草（云麥42號）原料取自云南省武定縣，自然晾干后用鍘刀切成3～5 cm長，經篩選除灰、碎末后置于加厚塑料袋，扎口保持水分平衡。

名為CA-1復合助劑（以下簡稱“CA-1助劑”）為某助劑公司提供給云景林紙的試用品，為淡黃色粉末。

1.2 蒸煮工藝與設備

4種原料的蒸煮工藝均采用實驗室經蒸煮優化系列實驗所得到的成漿效果比較好的優化條件，具體參見表1所列。每種纖維原料的蒸煮中CA-1助劑的用量分別是0.00%、0.05%和0.50%（以絕干纖維原料質量計）。

用量蒸煮所用設備為15-LZQS1型回轉式電熱蒸煮鍋（西北輕工業學院機械廠）。蒸煮所得漿料分別采用0.4 mm篩縫（對思茅松漿和大龍竹漿）和0.2 mm篩縫（對桉木漿和麥草漿）的3-1型篩漿機（L&W制造）進行篩選。

表1 4種纖維原料的蒸煮條件

1.3 紙漿指標檢測

蒸煮黑液涉及殘堿，紙漿涉及細漿得率、漿渣率、卡伯值、黏度和白度，漿張物理強度涉及抗張指數、耐破指數、撕裂指數和耐折度，上述分析項目均按相關國家標準檢測。

2 結果與討論

2.1 添加CA-1助劑的蒸煮效果

表2顯示了 4種纖維原料添加CA-1助劑蒸煮的效果。

表2 4種纖維原料添加CA-1助劑蒸煮的效果

從表2來看，CA-1助劑的添加總體效果還是積極的。這主要表現在它能降低蒸煮過程堿的消耗，其結果是黑液殘堿有不同程度的增加。用堿量的減少并不影響其對脫木素的促進作用，使得漿料的卡伯值有不同程度的降低，盡管降低的幅度不大（2個單位以內）。鑒于CA-1助劑對不同纖維原料的蒸煮顯示出一定的差異性，因此以下按纖維原料種類分別扼要地概述CA-1助劑添加的效果。

2.1.1 CA-1助劑對思茅松蒸煮的效果

CA-1助劑的添加對思茅松蒸煮最明顯的效果主要表現在思茅松漿得率的提高上，CA-1助劑0.05%的用量就能多得到將近1.5百分點的紙漿，這對于思茅松漿得率一直處于剛剛超過40%的低位水平來講，這種提高的幅度已經很顯著。CA-1助劑用量的增加雖然還能讓思茅松漿的卡伯值有所降低，但它的其他漿料特性基本不變。因此，CA-1助劑的0.05%用量較為合宜。

2.1.2 CA-1助劑對桉木蒸煮的效果

從表2的結果來看，CA-1助劑的添加與否對桉木的蒸煮效果可以說是4種漿料中影響最小的。0.05%的CA-1助劑用量能降低至少1.5個單位的卡伯值，但對得率等其他指標的影響很小，并且繼續增加CA-1助劑用量所起到的作用甚微。

2.1.3 CA-1助劑對大龍竹蒸煮的效果

CA-1助劑的添加對大龍竹的得率幾乎沒有影響，但其在堿耗降低方面的效果較為突出。相應地，除了能有約1.5個單位卡伯值下降之外，其還能提高漿料的濾水性能，其初始打漿度下降了2°SR。蒸煮效果較為顯著的CA-1助劑用量也是0.05%。

2.1.4 CA-1助劑對麥草蒸煮的效果

通常報道的對麥草添加蒸煮助劑的脫木素效果都要比木材的要好[1]，但這里（見表2）只有當CA-1助劑的用量上升至0.5%時，漿料的卡伯值才有所降低。鑒于麥草在葉、莖和節方面存在差異，往往會導致蒸煮得率的起伏波動，但從結果來看，用量較大時對紙漿得率的提高還是有幫助的。與大龍竹蒸煮類似的是，添加CA-1助劑可以讓漿料的打漿度值下降4°SR。這對于麥草漿黑液提取率與洗滌效率的提高是有幫助的。另外，CA-1助劑的添加對紙漿黏度能有明顯的提高，0.05%用量時幾乎增加了近300 mL/g。這是與前面3種漿料黏度相對波動較小的結果有較大差異之處，說明CA-1助劑對麥草纖維素的降解保護作用較為明顯。

2.2 添加CA-1助劑蒸煮漿料的漿張強度

表3顯示了表2所列漿料測定所得到的漿張物理強度[漿料抄紙前均通過KRK PFI磨漿機打漿至（45±2）°SR]。

表3 添加CA-1助劑蒸煮漿料的物理強度

由表3可以看出，因蒸煮纖維原料的不同，CA-1助劑添加帶來漿料強度不一樣的變化。就思茅松漿和麥草漿而言，添加CA-1助劑的漿張物理強度除耐折度有所波動之外，總體呈下降的趨勢，只是下降的幅度比較小，CA-1助劑用量0.05%時的降幅基本在5%以內。因此，CA-1助劑對思茅松漿和麥草漿強度的負面影響基本可以忽略不計。

與思茅松漿和麥草漿形成對比的是，添加CA-1助劑的桉木漿抗張、耐破及撕裂強度則是增大的，而且與纖維結合關系密切的前2項指標增大約20%左右，上升顯著。至于大龍竹漿的強度則表現的較為特別，添加CA-1助劑能對其撕裂強度有較明顯的提高，在本來就已經超過20 kN·m2/g的基礎上還能增加近40%的撕裂指數，但與結合強度關聯的抗張和耐破強度則是降低的。通常，添加助劑蒸煮出來的漿料能顯著提升漿料撕裂強度的報道并不多見[2]，對這里出現的這種特殊情況要想給出一個合理的解釋則需要進行深入的研究。

根據對各種蒸煮助劑應用方面大量的報道，同一種蒸煮助劑對蒸煮不同的纖維原料確實存在效果上的差異，甚至有些差異還很大。這里所顯示的結果也反映出類似的問題。畢竟從針葉木、闊葉木到禾本科纖維原料，除了化學組分之間形成的差異之外，還由于纖維原料組織結構疏密等物理特異性，各纖維原料蒸煮的工藝自然就會有較大的出入。如前面表1所示的那樣，因纖維原料不同添加CA-1助劑帶來不一樣的蒸煮效果也是可以理解的。然而，如果從添加效果的有效性來評判，CA-1助劑對4種纖維原料總體是積極有效的，只不過所表現的效果各有所不同。

3 結論

（1）CA-1助劑能讓思茅松漿得率提高近1.5百分點，桉木漿、大龍竹漿降低約1.5卡伯值，麥草漿的黏度提高300 mL/g左右。

（2）CA-1助劑對禾本科纖維原料的濾水性能改善有幫助，大龍竹漿的打漿度下降2°SR，麥草漿下降 4°SR。

（3）添加CA-1助劑的思茅松漿、大龍竹漿和麥草漿在漿張強度略有下降，而桉木漿的漿張強度則整體上升，特別是結合強度可提高20%左右。

（4）從CA-1助劑添加效果和經濟性綜合考慮，0.05%的CA-1助劑用量比較合適。