填料包裹剂在造纸生产的应用

分类：工业设计论文发表 时间：2020-12-04 10:23 关注：(1)

　　介绍了填料包裹剂在文化纸生产中的应用情况，结果表明：填料包裹剂能有效改善纸机系统滤水性能，在保证白水浓度不增加的条件下，助剂PAM的用量降低100～130mg/l左右、微聚物的用量降低130～170mg/l左右；填料包裹剂对纸张的内结合强度和抗张指数有一定的提升作用；在保持纸张强度指标满足生产要求的前提下可提高1%～2%的成纸灰分。

　　关键词：填料包裹剂；造纸；灰分；助留助滤

　　加填就是在纸料的纤维悬浮液中加入不溶于水或微溶于水的白色矿物质微细颜料，使制得的纸张具有不加填时难以具备的某些性质[1]。常用的造纸填料有碳酸钙、滑石粉、高岭土等。碳酸钙等造纸填料是纸张中除纤维原料外含量最大的组分，因其具有价格低廉、减少纸张纤维用量、降低生产成本的同时提高纸张的平滑度和透气度；改善纸张的光学性能(白度、不透明度和光泽度)、印刷性能和书写性能等[2]优点而广受造纸生产者的喜爱。但无机填料颗粒小、比表面积大，传统的加填工艺会阻碍纤维之间的氢键结合，降低纸张强度；且生产过程中加入的填料越多，纸张中纤维间的结合力受到的影响越大，纸强度下降越明显[3]。此外，在纸张中加入填料虽然可以改善网部滤水性能，提高湿纸幅干度[4],但填料含量增加的同时一般会出现滤水过程中填料的留着降低、纸机施胶障碍等其他不利影响,过高的填料含量还会降低纸张的表面强度，导致成纸在使用过程中出现掉毛掉粉现象[5]。如何改善加填工艺，增加填料的加入量已成为了造纸行业的一大课题，目前已有许多研究者们提出了不同的改善方法。华南理工大学李海东[6]提出，双元助留体系下预絮聚填料后得到的加填纸张的抗张强度、耐破度等强度与传统加填工艺生产的纸张相比均有不同程度的提升。张金朝[7]的研究表明，PCC-乙酸纤维素和PCC-乙酸丁酸纤维素等新型杂化材料在一定程度上可以增强填料和纤维间的结合力，从而提高纸张的强度。此外，大量研究均表明，不管是填料预絮聚技术[8,9]，还是填料改性技术[10,11]，都可在一定程度上弥补传统加填技术对造纸产生的不利影响，提高纸张强度、降低助留助剂的用量、增加纸张灰分、降低生产成本。在此理论研究基础上，我公司某生产车间进行了填料包裹剂在实际生产中的应用试验，试图在不影响强度指标的前提下，提高成纸灰分、降低生产成本。

　　1填料包裹剂应用情况

　　1.1填料包裹剂试验环境介绍本次填料包裹剂预处理填料技术试验的机台为年产文化纸40万t的生产线，其主要产品为胶版印刷纸。试验纸种为100g/m2胶版印刷纸，纸张灰分含量不低于27%。试验采用了某化学品公司提供的两种填料包裹剂：DEV617和DEV620，均为高分子聚合物。其作用原理是增大填料粒径，减小比表面积，增加纤维之间的氢键结合点，从而达到增加填料保留、提高纸页强度等目的。1.2填料包裹剂添加工艺包裹剂DEV617和DEV620按一定比例添加，加入量为共计0.65kg/t纸（此数据由实验室评估和生产成本预算综合确定）。加入位置如图1所示。

　　2填料包裹剂使用效果跟踪

　　2.1纸机及白水变化在原加填工艺的基础上，加入填料包裹剂后，纸机网部脱水量、压榨部的线压、白水浓度等如表1所示。从表1可以看出，加入填料包裹剂后，纸页出网部干度提升0.5%，压榨部一压、二压的线压及前干燥的蒸汽小范围内下调，纸机白水浓度降低0.04%。可见，添加填料包裹剂后纸机系统的脱水效果确实得到了有效地改善。2.2助留助滤剂用量变化情况纸机系统的滤水情况在使用包裹剂后有所改善，试验时保持系统白水浓度稳定的条件下对助留助滤剂的用量进行调整，具体变化情况如表2所示。本次试验中，固体助剂的用量固定不变，仅对PAM和微聚物进行调整；数据取自调整工艺后稳定生产4h内的平均值。从表2可以看出，使用填料包裹剂后，不改变成纸灰分时，PAM的用量降低130mg/l左右，微聚物的用量降低170mg/l左右；增加1%～2%的成纸灰分后，PAM的用量降低100mg/l左右，微聚物的用量降低130mg/l左右。可见，填料包裹剂可有效降低助留助剂的用量。因提高成纸灰分含量需增加一定的助剂用量。2.3成纸灰分不变，纸张强度变化情况纤维间的结合力是决定纸张强度的重要因素。图2、图3为不改变成纸灰分时添加填料包裹剂后纸张的内结合强度和抗张指数变化情况，图中横坐标为纸辊序号。从图2、图3中可以看出，在不改变纸张灰分的条件下，加入填料包裹剂后成纸的内结合强度和抗张指数均有所增加，这与填料包裹剂可增大填料颗粒，减小比表面积，增加纤维之间的氢键结合点，增强纸张强度的作用原理相一致。其中，纸张内结合强度改变不明显，约增加5%；抗张指数提升26%左右，提升效果较好。2.4成纸灰分提高，纸张强度变化情况纸张强度性能是限制造纸加填含量提高的重要因素之一。对高灰分含量纸来说，使用传统加填工艺继续提高纸张灰分含量势必会影响纸张的强度。图4、图5为提高1%～2%的成纸灰分，填料包裹剂对纸张强度性能的影响情况。从图4、图5可以看出，提高1%～2%的成纸灰分时，在不使用填料包裹剂的情况下，纸张的内结合强度与抗张指数均呈下降趋势；而添加了填料包裹剂后，纸张的内结合强度没明显变化；抗张指数与试验前相比略有降低，但总体变化不大，能满足生产需求。2.5成本核算提高1%～2%的成纸灰分，纸张纤维及助剂化工成本可降低86元/t纸左右；填料包裹剂增加的化工成本为22.75元/t纸左右，总的生产成本可降低63.25元/t纸左右。

　　3填料包裹剂使用结论

　　将填料包裹剂预处理填料技术应用到造纸生产中，从纸机滤水情况、纸张强度等方面考察该技术实际应用情况。3.1纸机系统滤水情况：使用填料包裹剂后纸机滤水性能有所改善，在白水浓度不变的前提下，助留助剂的用量均有所降低：PAM的用量降低100～130mg/l；微聚物的用量降低130～170mg/l。3.2不调整成纸灰分的前提下，使用填料包裹剂后纸张的内结合强度提升5%左右，抗张指数增强26%左右；在纸张强度性能满足生产需要的前提下，填料包裹剂的使用可将成纸灰分提升1%～2%，有效降低生产成本。3.3填料包裹剂在造纸中的实际应用情况良好，优化生产工艺的同时还降低了生产成本，吨纸成本约降低63.25元，为公司带来了一定的经济效益。

　　作者：刘泽华 何水淋 钟洪霞 张淑侠