全脱墨浆生产新闻纸的几个技术问题
造纸是中国古代四大发明之一。使用废纸来生产纸张,在中国已有相当漫长的历史,初期是将废纸经收集、洗涤、捣碎成浆后,按质使用,如用来生产包装类用纸或充当多层纸板的衬里,以及生产工业用纸等;其后,随着废纸处理技术的日益进步,再生纸张质量有了长足的改善。而利用旧报纸经洗涤法脱墨后,全量用于生产新闻纸获得成功,并使其质量能与原纤维所抄造的新闻纸相媲美,则是廿世纪六十年代由位于美国新泽西州Garfield市的Garden State造纸公司开发出来的。
洗涤法脱墨工艺,其基本概念很重要的一点是在于设法使油墨粒子分散到微细粒径(粒径不超过10 um ),从而有效地从纤维上冲洗下来;选用适当的化学药品,以取得这种分散和乳化效果,即可在废纸脱墨线生产流程中,脱除各类印刷于新闻纸上的油墨。这里,需用较多的清水来串联稀释、浓缩洗涤,以水作为油墨粒子的载体,把油墨从纤维上洗脱带走。一般脱墨浆的吨水耗在30m3以上。尽管在规范化洗涤法废纸脱墨生产流程中,采用多段逆流洗涤,废水澄清回用,污水分级处理等技术措施,但是,这种肉眼看不到的微细油墨粒子、杂质、可溶物、不溶固体等,仍将会导致对水体的严重污染。在广东省境内,废纸脱墨采用洗涤法工艺的,当地政府已明令淘汰和禁用。
当今,被推荐和广泛在工业上应用的旧报纸脱墨工艺方法是浮选法。广州造纸集团有限公司(原广州造纸厂)自1992年中国首家引进旧报纸脱墨生产线以来,迄今已有三条这样的生产线,日产废纸脱墨浆在1000t以上,用于生产新闻纸。全部都是使用浮选脱墨工艺。从脱墨机理上看,浮选脱墨时,要求油墨粒子要保持较大的粒度(粒径在10-150um)。而且,为使油墨能够有效地从纤维上分离出来,要求有矿物颜料和填料的参与。在具体生产实践应用中,为了达到一定的浮选脱墨效率,确保纸机所需的脱墨浆强度,一般在处理旧报纸时,需掺入一定数量的杂志纸(废纸原料用70%-50%ONP,30% -50% OMG)。诚然,近年国内各新闻纸生产厂家,根据脱墨浆掺配于新闻纸的浆料配比情况,并为了有利于降低成本,提出了在保证新闻纸的各项纸张质量指标前提下,尽量减少旧杂志纸的使用量,但必须有一定的限度。
2全脱墨浆生产新闻纸的几个问题
近年来,人类从对自然资源与居住环境的保护、国土保持、节约能源、企业责任、社会成本等方面综合考虑出发,提出了人与大自然和谐发展的循环经济理念,废纸的回收,利用,再生已是蔚然成风,这是社会进步与发展的必然。但是,蜂拥而起,把采用全脱墨浆(含有一定量的OMG浆)生产新闻纸作为中国新闻纸的纸业发展方向,则是值得认真探讨的。废纸毕竟是二次纤维,浆料纤维本身就有它一定的耐用性。纸张使用之后,经过一次的湿润、离解、以及脱墨处理全过程,其浆料的纤维性质已是今非昔比,与原纤维浆料不是处在同一质量档次水平上。全脱墨浆生产新闻纸,必将遇到浆料强度问题;污染物(特别是胶粘物)问题和残留油墨粒子问题的严重挑战,这是可理解的。
2.1脱墨浆的强度问题
通常,纸是由植物纤维组成的。传统的新闻纸是以75%的机械木浆和25%的半漂或全漂硫酸盐化学木浆混合抄造而成。形成纸张起关键作用的是纤维素分子。抄纸时,浆料中纤维素分子的羟基,与水分子的羟基互相移位而形成氢键结合,这种氢键结合是以10-16Å(l Å=10-10m)的间隔距离而结合在一起的。新闻纸产品经印报之后,当天的报纸在读者阅读完毕,很快便进入废纸回收网络。一旦废纸受到水的湿润,纤维素、水、纤维素之间的距离,便会松开,直至离解,这是由于氢键结合的活性化能量甚小,离解在常温水的作用下,便可以产生但是,废纸原料是来源于旧报纸与杂志纸,它们均含有一定量的化学木浆。这种化浆是由木片(针叶树)通过用化学药品与加热处理而得来的。即用药水把与木片纤维胞间层紧接着的木质素分子进行溶解析出,使纤维离解开来。按照前苏联造纸专家H·H·聂伯宁的论述,化学木浆蒸煮的过程,实质上就是脱木素的过程。当存在于细胞壁腔内的木素被溶出之后,木素原来占有的那个位置便成为空隙。空隙由水分子渗透而充满,纤维吸水膨胀而变得柔软,这也是化学浆具有较高保水值的原因之一。当化浆原纤维作为配比抄造新闻纸时,纤维间能很好地接触而增大纸张的强度。可是,从新闻纸的成纸上作纤维分析,可以看到,化学浆纤维细胞壁内原有空隙的水,在纸页干燥时,绝大部分已被赶走。空隙两侧的细胞壁已由氢键结合力拉近距离而紧密地结合在一起;某些纤维素分子与水以结晶形式有其良好的配位。因此,纤维细胞壁紧密结合后,再次与水接触,甚至于使用强劲的作用力,也不可能将纤维素完整的离解开来。造纸工艺学上,把这种现象称之为纤维素的角质化(hornification ) 。已经角质化的纤维,刚直挺硬,吸水能力差,膨胀小。纤维表面上的自由水,结合水的羟基大幅度减少,极大地妨碍纤维间彼此再次接触结合的能力。
在旧报纸中,则含有较多的机械木浆,过去大多数新闻纸生产厂家是采用磨石磨木浆。即把木材放在旋转的磨石上面,使其受到机械剪切力作用而把木材的胞间层破坏,离解成单根纤维。它保留了存在于细胞壁内大部分或全部的木素,纤维受水作用而膨胀甚小,结合力甚差。木材通常在使用6目20°角的斜锉轮刻出来的磨纹磨碎下,磨木浆纤维长度只有原木材纤维长度的四分之一,即平均纤维长度在1 mm左右,纸浆强度低。尽管历史上,磨石磨木浆曾经有过“被遗忘的金矿”的美誉,以不透明度高著称。但在现代化纸机(车速在900m/min以上)的情况下,它因纤维短、强度低而几乎派不上用场。替代它的是TMP、CTMP、APMP等这些新浆种,它们是用木片在高温、高压条件下,通过高负荷磨盘的剪切而得到的纤维。关键是这类纤维能获得比磨石磨木浆更高的能量,才能够达到“广纸人”所称的细长柔软的纤维质量目标。热磨机械浆纤维细胞壁内进水的空隙很小,在纸页干燥时,能产生纤维角质化的可能性甚微。即使有部分结晶性半纤维素,以及木质素的氧化、重合,对纸浆强度变化的影响甚小。但是,废纸在反复碎解、干燥过程中,短纤维的机械浆,纤维长度将受离解力作用而变得越来越短,直至变成垃圾与残渣。
根据上述废纸回用机理分析,以及广纸若干年来使用废纸脱墨浆掺配约60%左右用于生产新闻纸的实践表明,目前供应的废纸原料质量已是每况愈下,脱墨浆强度日趋滑坡。而新闻纸机的运行车速日益攀升(广纸新装纸机车速为1600m/min),化学品的添加增多,工厂回水循环的封闭度增高,用户印刷技术的进步,都要求纸张强度有较高的层次。因此,广纸在新引进的脱墨生产线(日产脱墨浆650t ),采用的废纸原料是用50/50的旧报纸和杂志纸。杂志纸与旧报纸相比,具有较高的化学浆和填料含量。旧杂志纸较高比例的掺人,有助于提高脱墨浆内长纤维含量,有利于纸浆强度的改善。但是,从技术的角度来看,为了更好地发挥多浆种混合抄纸的特性,掺配部分原纤维(TMP、LBKP、NBKP)作为纸的骨架是有必要的。
2.2 污染物质(主要是胶粘物)问题
废纸是经过使用、回收而来的旧纸张,必然会有一些污染物质混杂其间。通用是按美国废纸商协会1997年废纸出口贸易指南来处理。进口废纸中的夹杂物与丢弃物含量应由海关、商检部门严格监控。一般废纸在进入工厂后,在贮料场经开包松散,然后由人工挑除铁丝和粗大杂质。在废纸处理流程中,已从碎浆、除渣、以及浮选工序等除去大块和粒度大 (100 um以上)的固体物,在增加后浮选工序之后,经浓缩洗涤,除去部分细粒度的混杂物;在脱墨生产线内以及纸机上浆系统的筛选机,采用0. 15-0.25 mm的缝型筛板,把胶粘物部分筛除。在广纸的纸机车速为700-900m/min,配用40%-60%的脱墨浆作为生产新闻纸配比时,其污染物(胶粘物)对纸机运行的干扰,正在逐步减弱。但是,当采用全脱墨浆抄造新闻纸时,纸机要经受胶粘物的严重挑战,感胁着它的正常运行与纸张产品的质量,值得引起重视。
来自脱墨浆的胶粘物,除了常见的热熔物、蜡、油墨以及外加添加物的聚合物、湿强树脂、表面活性剂等之外,现在备受关注的是再生的胶粘物。这是脱墨浆料悬浮液中的溶解物和胶体物(dissolved andcolloidal substences简写DCS ),在受到外界条件如pH、温度的变化和高分子电解质的加入等而形成的不溶的或凝聚的胶粘物。这些离子垃圾的组成是很复杂的,常见的组成有木材抽出物、合成聚合物、脱墨化学药品、残留油墨和无机物料。
无论如何,一旦废纸的污染物质从纤维上分离或者从浆料中分散开来,应使其从系统中清除出去是至关重要的,否则会带来更麻烦的问题。不管污染物是固体异物还是可溶性离子垃圾,理应尽早将它们扫地出门,以提高脱墨浆的洁净度。但是,现代脱墨生产线的用水,是取用自纸机来的白水和脱墨生产线内部经澄清净化的循环水,生产实际清水的单位使用量是稳定在8-10m3/t脱墨浆。在这种回水高度循环使用情况下,废纸处理流程中的细小污染物(包括细小纤维)、可溶物、胶粘物,受外界某些条件(温度、外加电解物)的变化而形成的再生胶粘物,在内部设置的气浮澄清池(DAF)是很难以除去的,即使添加了絮凝化学品,也难以发挥化学药剂的作用,循环用水是很难达到所需用水的质量要求的。胶粘物质反复不断在脱墨浆中积聚,将给纸机的正常生产带来不良的后果。
为了减少和处理好这类再生胶粘物,应采取下列三项措施:其一,合理使用与补充必要的清水量是完全应该的,在保证废水排放达标和符合当地环保要求前提下,一定量的废水排放是必须的。其二,选用一种能对胶粘物有效控制的化学药品,其成份是一种对胶粘物某些组份进行化学改性的酶类酶制剂。酶是一种生物催化剂。即是利用酶制剂来切断胶粘物组份(聚醋酸乙烯酯)的酯键,从而使胶粘物表面钝化,粘性变弱;并使大胶粘物的尺寸变小,与降低小胶粘物的数量。其三,增加后浮选设施。目前国内各新闻纸厂的脱墨生产线,均采用前后两道浮选的方法。前期引进的单道浮选工艺,已逐步增加后浮选设备。后浮选的主要作用是除去残留的油墨颗粒与类似皂类的脱墨化学品,但后浮选浆料的pH值是在中性或酸性进行的,任何有机物由于pH值从碱性到中性或酸性的变化而沉淀出胶粘性杂质时,可以通过后浮选将它们除去。而且;后浮选是在热分散装置之后,微细胶粘物也可以从浮选后的洗涤浓缩,再次除去,从而净化脱墨浆。
2.3残留油墨粒子问题
当全部采用原纤维抄造新闻纸时,即使有一、二张报纸混人浆料中,也不会出现油墨点问题。但在以全部脱墨浆生产新闻纸时,情况就大不相同。大量粒度在100 um以下的油墨微粒,会残留在脱墨浆中。这些肉眼看不见的小东西,随着纸页的抄成而固着在纸面上,导至报社印报时,造成在印刷上的麻烦。例如把中国汉字的“大”字印成“太”字或“犬”字等或者在人像的脸上出现了不应有的斑点。为此,积极减少或解决脱墨浆残留的油墨颗粒,便成为一项重要的课题。
在废纸浮选脱墨生产线中,浮选脱墨设备是除去油墨粒子、提高浆料白度、降低能耗的关键设备。现代化浮选设备在脱墨生产线实践应用,已有多种型号,各纸业设备制造公司均有其独特的设备特点与功能,包括较新开发,国内尚未有应用报导的浮选柱在内,其浮选机理是相通的。要使浆料中的油墨粒子能够浮上液面,然后把它除去,与合适的气泡直径和气泡数量是息息相关的。
当气泡直径大,则气泡上升速度快。大量气泡从浆料液面逸出,更能吸进更多的新鲜气泡来补充,脱墨效果好。但是,如果气泡直径太大的话,气泡的形状将成为伞形磨菇状,则其比表面积小,脱墨性能差。如果气泡直径在1mm以下,大量小气泡被油墨粒子吸附,吸附力大,气泡上升的速度变慢,而且,除油墨粒子外浆料的细小纤维、胶粘物都容易吸附在气泡上,脱墨效果变坏。所以,过大过小的气泡直径都是不合适的。
在浮选脱墨装置的空气发生器相对固定的条件下,气泡直径与气泡数量有关,浮选过程中需有足够的气泡数量来满足脱墨的需要。由于油墨是以气泡作为载体,气泡直径的大小,还应与油墨的粒度相匹配,一般来说,气泡直径与油墨颗粒大小的比例为5:1。
要把气泡直径保持在适当的范围,其相关要素有:空气供给量(压力,管道截面积),喷嘴直径等,这是随浆料的液位水平(Voith脱墨槽外形设计为椭圆形)、温度、浓度的变化而得出的实验数据。各纸业设备制造公司根据实验数据而设计制造的产品提供给用户。在工厂实际应用中,应按工艺操作规程要求,把设备使用好。
在工厂的废纸脱墨生产线正常运行操作中,即使是最佳的浮选脱墨设备,也不可能把脱墨浆中的油墨粒子全部清除殆尽。总是会有一部分气泡直径为0. 5-lmm的小气泡,由于动能不够,而无法携带油墨粒子冲出纤维的层层阻挡抵达液面,只能在浆料悬浮液中游弋,成为残留的油墨斑点。于是,在现代脱墨生产线上,已纷纷增加后浮选设施,来改善浆料的洁净度。
3结语
3.1纸张经使用后,回收重新利用再生成纸张,是企业的责任,也是资源节约的标志。随着社会的进步,人们环保意识日益提高,相信会有更多的使用过的纸张,掺人到造纸生产的配比中,这是好事一桩。但从发展中国新闻纸的生产出发,应该是以木材原料为主,提高木浆在纸张的浆料比重,乃是我国造纸工业发展的目标。
3.2全脱墨浆用于生产新闻纸,在脱墨浆生产线、纸机设备较先进的条件下,其产品可与原纤维生产的新闻纸相媲美。相应在纸机抄造过程所遇到的技术难题较多,应引起重视和处理解决。
3.3随着脱墨浆应用于新闻纸生产的配比逐步增加,市场上新推出的化学药品大量涌现。新型脱墨剂、化学助剂面世繁多。工厂应坚持一切药品需先通过实验室试验,择优选用。
法国爱森AN926P造纸分散剂
产品介绍
AN926P是一种高分子聚合物,外观形状为白色小颗粒。它的水溶性好、黏度高,并具备良好的润滑性,添加量很少即可显示出良好的纤维分散效果。由于其属阴离子型,受水质和其它添加助剂的影响相对较少,抄造性能稳定,不易断纸和起纸粉,最大的优点是可以提高成纸的柔软性和均匀度;目前广泛适用于高档卫生纸、餐巾纸、面巾纸等家庭生活用纸及其他高档薄页纸。
使用方法
1、溶解
在容积为2M3的溶解槽中注入三分之二的清水,并打开搅拌器(搅拌器为二层式,叶片外倾角度为45°,其旋转方向使液体向下流动,上层浆在液面附近降低AN926P的悬浮。)
最佳搅拌速度为搅拌一端圆周速度为1米/秒钟,由于AN926P是一种高分子聚合物。过快的搅拌速度会将其长链切断,使其粘度降低。但如果搅拌过慢AN926P会溶解不好,因此,要选择适宜的搅拌速度。
投料完后将水灌满溶解槽间隙搅拌1小时,使用前最好静止十分钟。存放时间:溶解后的AN926P要及时使用,存放时间不宜超过48小时,溶解浓度越低,存放时AN926P的降解就越快,一般12小时用完效果最佳。
2、添加方法
投加量:AN926P型分散剂,分子量为2000万左右,因此投加量较少,一般为0.2‰左右。(它的投加量应视本身抄纸车的速度或成纸状态来适当调整,原材料的不同。定量要求的改变等)
用量:造纸厚度16-18g纸用量0.9-1kg左右;13-15g纸用量1.2-1.3kg左右。
性能特点
1、加入AN926P上网浓度有所降低
2、纤维和填料的留着率提高
3、可适当降低浆料打浆度,从而节约电耗
4、AN926P使纸页产生变化
a 定量降低
b 手感很柔软
c 孔眼减少,匀度好、拉力强
d 成纸光泽自然、柔和