全 文 ：黑云杉爆破法制高得率纸浆的研究
毕松林 刘桂南
J
.
L V a la d e
(南京林业大学) (加拿大魁北克大学制浆造纸研究中心 )
提 要
进行了黑云杉烬破法制粱的研究 , 探讨了爆破式放料 、 气相燕煮温度和时闷对纸浆的磨桨性能 . 机械性
质和光学性质的影响 。 可以看到纤维在胞间层分离及并无明显的权伤 . 爆破式放料的纸浆与逐渐减几后排出
的浆料相比 , 在燕煮温度低于 20 ℃时 . 前者较难磨浆 、 弧度和光学性质亦较差 ; 仅在 20 0℃时 , 前者才有
某些优点 , 关于爆玻法制浆某些问题 , 尚待进一步探讨 .
爆破法制浆或气相蒸煮随后爆破式放料并
不是一个新概念 . 事实上 , 著名的 M a so in ct
法在半个多世纪以前就已问世 川 . 这一方法
使用压力高达 7k0 gr / 。m Z 的蒸汽来爆破软化
了的木片 , 产生的粗浆用于建筑纸板 .
以后 , 爆破法制浆逐渐被扩展到造纸浆
料 〔 2一吕〕 和废纸处理 .t9 ’们 , 不过已不再用水
而是用化学药品来塑化纤维原料 〔2一 g〕 . 这些
研究的主要 口的是要求得到性能较好的纸浆和
降低磨浆能耗 . 但是 , 有关如爆破式放料 、 蒸
煮温度和时间 、 木素磺化程度等对浆料性质的
效应所知甚少 .
详细了解各种制浆参数对纸浆性质的影响
将有助于爆破法制浆工艺的最佳化 . 木文研究
以加拿大黑云衫 ( p i e e a m a r i a n a ) 为原料 , 采
用爆破法制高得率纸浆 , 探讨爆破法纤维分离
的机理 , 以及气相蒸煮的温度、 时间和放料压
力对纸浆性质的影响 .
一 、 试验方法
1
.本片制备
研究用新鲜的 黑云杉木片先经撕裂 机撕
碎 , 再通 过木 )佘筛分 器 . 选用通过 9 . s m m 筛
孔而保留于 4 . s m m 筛孔上的木片 . 并除去所
含的腐朽 、 节子和树皮 .
2
. 浸渍
木片预浸渍是在室温 、 真空条件下进行
的 , 浸渍 时 问 约 14 小 时 。 浸 溃 液 浓度
10 0 9 / 1 N
a Zs o 〕 , 浸渍液比为 6 。 浸渍液初始
p H = 9
.
6
, 浸渍后下降到 .9 0 。 木片吸收的液
体 中所 含的 N 屯 5 0 , 相 当于 绝 干 木片童 的
1
.
8%
。 浸渍后的药液可回收利用 。
3
. 蒸煮
气相蒸煮 在 3 0 0 m l 的 S l a k c 蒸煮器内进
行 . 木片装人蒸煮器后 , 先通汽 1 分钟 , 温度
控制在 10 一 120 ℃ , 同时打开排气阀 , 以 排
除蒸煮器内空气 。 然后通人高压饱和蒸汽蒸
煮 . 汽蒸温度分别是 17 0 。 、 19 0 ” 、 20 ℃ ,
每一温度的蒸煮时间各白为 3 、 6 、 9 分钟 . 为
了探讨爆破式排料的效应 , 蒸煮后的排料采用
二种不同的方式 , 即瞬时排压放料和逐渐减压
至 o . sk g f / c m Z后排料 。 浆料排于收集器 , 再
用水洗涤 .
每次装料 75 克 (绝干木片计 ) , 每个制浆
条件重复四次 。
.4 磨装
蒸煮后 的木 JI`先用 4 I w a r i n g b xe n d e r 离
2 分 钟 . 在洗涤 、 脱水后 , 用 P F I 磨磨
, 磨浆浓度 10 % .
解浆
本文初稿于 19 89 年 9 月 5 日收到 .
中国造纸 第 2 期
磨桨能耗曲线的测量采用 1· 2 l w r ain g
b le n de r 磨桨 , 并用 H OI K I 3 1 8一 0 1 型 x)J 率计
计鱼 .
,
.纸泉性能的评价
纸桨在赛桨后先加以消潜 .
纸桨性质评价按 C P A标准方法 。 有关
一 光学性质采用 别“ E城 ph。 白度仪侧定 . 保
水值的侧定类似于 l^ Icn d份和 一 w a ct rho 。的所
述 川 ) ·
二 、 实脸结果与讨论
1
.木片玻裂
为了较好地理解爆破式放料对纤维分离的
影响 , 进行了一系列气相蒸煮和爆破式放料试
脸 , 试验用手工切制成的木片 , 其规格为 : 纵
向 x 弦向 x 径向二 0 . 5 ` .0 5 x .2 oc m . 这些木
片的预处理或者同制浆试脸条件的 N叭 50 , ,
或者仅仅用水 . 燕煮握度分别为 17 0 。 、
190
。 和 20 ℃ . 为了避免爆破式排料撞击作
用的影响 , 在接受器内壁铺设 15 c m 厚的聚氛
阶泡沫 .
通过外部观察 , 用 N a Z s o , 处理的木片 ,
在 1 70℃爆破后无明显的分离现象 , 190 ℃时
仅发生部分的纤维分离 , 只有在 20 ℃爆破后
纤维分离才较为明显 , 而仅仅用水处理的木
片 , 即使是在 20 ℃后爆破 . 亦无纤维分离的
迹象 。
显微镜观察表明 , 爆破式放料引起的纤维
分离主要发生在胞间层 , 纤维本身几乎没有遭
受权伤 . 为提高纤维的解离和纤维内部细纤维
化的可能性 , 必须采用化学药品 , 同时要有足
够高的温度 .
黑云杉木片在上述条件下并没有发生所谓
的 ` 爆米花 ’ 现象 . 木材主要由多孔的纤维构
成 . 纤维壁由纹孔贯穿 , 它允许液体或气体通
过 . 事实上 , 这些纹孔对化学浸演过程甚为重
要 . 燕煮器内达到一定蒸汽压力后 , 通过纹
孔 , 在木材内部压力达到平衡 . 因此 . 木片中
的纤维几乎不受到压缩 , 由蒸汽压力所引起的
纤维破裂事实上是很小的 ,
…
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磨笨能耗 I0’ 转
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户簇能耗 M J / kB
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游离度 (C S日 血 l
图 3 各种游离度时的保水值
1 7 0℃
…餐爹
发生在气相蒸煮结束后的瞬时减压 , 纤维
内的压力通过纹孔而释放 , 并没有爆裂那些纤
维 . 但突然减压对减弱胞间层确实有一些作
用 。 在另一些研究中也观察到爆破法制浆纤维
主要在胞间层分离 .(3 ’ 2一 ’ 们 。
后来 , 又采用了一种阔叶材 (颤杨 ) 、 一
种非木材原料 (竹 ) 做类似的试验 , 大部分爆
破后 收集 于 泡 沫上 的木 片 保持原 状 ( 图
略 ) 〔 ’ 5〕 .
2
、 纸装得率
对应于蒸煮温度 170 “ 、 19 0 。 和 20 ℃ ,
气相蒸煮 9 分钟 , 爆破式或减压放料 , 其纸浆
得率分别为 93 . 3% , 89 .4 % 和 84 .8 % , 当温度
高于 170 ℃ 时 , 浆料得率有明显降低 .
3磨装能耗
在达到相同的游离度 ( C S )F 时 , 爆破法
纸浆的磨浆能耗高于逐渐减压排料的纸浆 . 两
者磨浆能耗的差别随温度的增加而减小 。 只有
在较高温度 (如 2 0 0 ” C ) 时 , 才出现前者比
后者较小的磨浆能耗 。 这一现象在 P F I 磨磨
时间
未娜玻
爆破
游离度 m l
3分 ` 分
O 口
, 分
吞
. 直
图 4 不同条件时的裂断长
浆 (图 l ) 和 B l e n d e r 磨浆中 (图 2 ) 都可以
发现 .
4
.保水值 (W R V )
保水位通常用来标志纸浆纤维水化作用的
程度 或 由 于磨 浆而 产生 的 细 纤维 化 的 程
度 〔 , ” . 如图 3所示 , 在一定温度时 , 保水故
随蒸煮时间的延长而增加 。 事实上 , 爆破式排
出的浆料的保水位略有降低 . 在 2 0 0℃ , 9 分
钟的蒸煮条件时 , 两者的区别不明显 .
5
、 裂断长
如图 4 所示 , 在相同游离度 ( C S F ) 时 ,
裂断长随蒸煮温度的提高或蒸煮时问的延长而
增加 . 爆破法纸浆与非爆破法纸浆 , 在较低温
度如 17 0 ℃时 , 前者的抗张强度较低 ; 在较高
中国造纸 第 2 期
二扮产书
. 二 ’ 1 1
二破 CM P (8 4. 8% )o 未姆彼的 CM P ( 54` % )
` 常舰的 CM p侈 5. 2 % )
图 s 三种制浆方法的裂断长和撕裂指数
(括号内为得率值 )
温度如 1 90 ℃ 、 2 0 0 ℃ 时 , 前者的抗张强度才
高于非爆破纸浆 。 这一现象可 以认为与纤维分
离机理和木素软化程度有关 . 如前所述 , 突然
减压助长了纤维在胞间层分离 . 分离的纤维表
而带有木素 , 影响纤维间的结合 . 而较长的反
应时问 , 有可能使亲水性木素软化与爆破式放
料的协同作用改善了纤维问的结合能力 .
耐破度与裂断长有相似的趋势 .
在相同的预处理条件下 , 爆破法纸浆 、 非爆
破法纸浆和化学机械浆的机械性能比较见图 .5
6
. 比光散射系数
改善纤维问结合是以 比散射系数为代价
的 〔 , 6〕 . 图 6 表明 , 随反应时问或蒸煮温度的
增加比散射系数降低 。 爆破式放料对比散射系
数有一些影响 , 但其类型不甚清晰 。
7
. 白度
纸浆白度损失是爆破法制浆的主要缺点之
一 白度还随蒸煮温度的提高或时间的延长而
降低 (表 l)
.、飞.之乓级熟麟振
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表 1
燕著时间
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在 I 5 0 m 一`C S r )时的纸桨白度任一er 曲。 % )
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三 、 结论
用亚硫酸纳处理的黑云杉爆破法制桨促进
了纤维在胞问层分离 , 它与逐渐减压排料的纸
浆相 比 , 较难磨浆 , 纤维间结合较差 , 白度也
较低 . 仅在较高的蒸煮温度和较长的反应时问
的条件下 , 爆 破法纸浆才显示出某些长处 , 但
此时的浆的得率已较低 .
爆破法制浆还有大量的研究工作要做。 这
些研究工作可能应包括材种 、 化学药品和木片
的预处理等的影响 .
本文承蒙王佩卿教授市阅 , 特致谢忱 .
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: 、 ~ 二 _ _
裂断长工M 参 考 文 献
图 ` 比光散射系数与裂断长 (图例同图 5) 〔 l 〕 M a s o n , W . H , U . S p a t s . l , 8 2 4 , 2 2 1: 2 , 3 7 9 , 8 9 0 ;
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欢迎补订 《中国造纸学报》 19 87 年刊和 19 8 年刊
( 本刊讯》 《中国造纸学报》 从 19 86 年以来 , 每年出版 1期 . 已出版的 19 87 年刊和 19 8 年刊 , 旧前均有一
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数、 收件人姓名及详细地址 , 以便及时寄出刊物及收据 .
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· 中国造纸 第 2 期