机械制浆的新发展

---

机械浆强度差，白度低，电耗大，而且抄成的纸容易返黄、发脆，不能长久保存，因此用途受到很大限制，长期以来人们为打破这些局限而进行了广泛的研究。化学变性是朝著改善纸浆强度、提高并稳定白度方面所作的努力；探索新的、更好的解离纤维的方法则是为了降低能耗，提高强度。

在这方面主要的进展有挤压法成浆，爆破法制浆和低频率磨浆。

1．挤压法制浆

现有机械制浆方法的基本原理都是采用反复的压缩和减压以达到分离纤维的目的。在压缩过程中大部分机械能转变成热能，使木素得到塑化，这样木片变得柔软，容易分离出单根纤维，而不致于断裂成短纤维或纤维碎片。然而这一过程的效率是非常低的，有人认为分离纤维所需要的能量只是磨浆总能耗的5～15%，其余的能量除一部分以蒸汽的形式回收利用外，大部分是浪费掉了。因此要大幅度降低电耗，必须改变基本工艺。

有人试图通过提高压缩强度以节约能量，但由于纤维断裂成碎片而失败。试图用滚压纤维以揭开纤维壁的方法，在实验室里效果不错，但在工业生产上付诸实施时却失败了。

1982年Bill Fraiser的研究假定，当木材受到轴向压缩时，由于纤维的弯曲作用而产生某种程度的分离，致使随后的精磨就可以较少的能量生产出纤维长、结合力大的高强度的浆。

早在1960年就有人指出，在磨浆之前挤压木片可提高纸浆强度，但直至1983年法国Clextral公司才在中间工厂规模的实验中表明采用一种称为Bi-VIS的挤压机磨浆，效果良好。

Bi-VIS挤压机由二个以同一方向，同一速度旋转的水平螺旋组成，如图7-3-11所示。两螺旋的叶片相互啮合，用两端敞开的外壳罩住，从一端喂入木片，另一端排出磨好的浆料。螺旋的节距不同，以限定改变挤压强度的连续区。开始节距大使物料向前移动，然后节距缩小，造成挤压作用。下一区称“制动区”(braking zone)，这里螺旋方向相反。整根螺旋分成若干制动区。

1—底座 2—带有一个输入轴和两个输出轴的减速箱 3—可折卸的外壳 4—由喂料螺旋和挤压螺旋组成的轴装配 5—轴 6—由轴向移动的波纹管组成的加压机构 7—挠性联轴器 8—入口 9—出口

当物料向前推进到制动区时，螺旋逐渐填满，产生很大的挤压、剪切以及混合作用。螺旋叶片上有条缝，可让磨细了的浆料通过，而粗大的纤维束仍留在那里继续受到挤压。这样充分纤维化的高浓度机械浆就从螺旋的另一端挤了出来。螺旋叶片上条缝的大小和数量影响著物料的密度，对浆料的能量吸收也有很大影响。

用这一方法生产出的机械浆外观上很像TMP系统第一段压力盘磨机磨出来的浆料，但纤维分离的更好，纤维束含量比传统TMP少30%。

挤压机是利用挤压和剪切作用使木材纤维化并分裂纤维壁的。这些力可以产生足够的热以塑化木素，从而分离纤维而不产生碎片。然而，温度却大大低于木素的玻璃化点。结果，纤维不在胞间层分离，而是在S₁／S₂层破裂。

在原型的挤压机进行的试验表明，这一方法能节约磨浆能耗30%，而不损害纸浆性质。用挤压机生产机械浆或许正是人们长期以来所追求的技术上的重大突破。

目前Bi-VIS挤压机有两种型号：KRO 102和KRO 200。其主要技术特征如下：

表7-3-3为云杉爆破法纸浆的强度。作为对比表中也列出了CTMP在不同Na₂SO₃用量时的强度。

表7-3-3 云杉爆破法纸浆的强度

1—汽穴 2—纤维分离 3—蒸汽出口 4—纤维出口

在转子沟槽的底部钻上许多孔，使蒸汽沿著转子的长度方向从磨浆区径向地向内流动，由于磨浆区内巨大的离心力的作用，使蒸汽很容易地和纤维分离，并通过转子上的孔进入汽室a，部分纤维随高速蒸汽进入纤维分离室b，在那里由于蒸汽速度已大大降低，加上重力的作用，使纤维和蒸汽进一步分离，不含纤维的蒸汽从排汽口c排出，而浆料则从浆料出口d排出。

一台排浆直径1000mm，进浆直径400mm，转子长度850mm的这种锥型磨浆机，有效磨浆容积为38L，比传统盘磨机大6倍，这意味著即使不分离出蒸汽，浆料在磨浆区内的停留时间已经延长了6倍。如果加上蒸汽的就地分离，则浆料在磨浆机内可能的停留时间见图7-3-28所示能大大延长。

在能力为6t／d的试验机上的试验结果表明，低频磨浆机磨出的浆长纤维组分比传统磨石磨木浆或热磨机械浆高得多，见图7-3-29。而且当游离度从650mL降低50mL(打浆度从17°SR提高到90°SR)时，纤维组分没有多大变化，磨浆能耗主要用于帚化纤维使之柔软，而很少切断纤维。从图7-3-31中可以看出，最初的500～700kW·h／t浆的磨浆能耗，主要用于帚化纤维，游离度变化不大而纤维束含量则迅速下降，可以很容易地生产出纤维束含量低于1%的浆。从图7-3-34及7-3-35可以看出，在适当的磨浆能耗下，浆料即可达到较高的强度，特别是撕裂度很高，这些都和低频磨浆机磨出的浆长纤维组分高有关。从图中还可以证明，磨浆频率高对纸浆质量和能耗效率都有不利影响。

曲线1 为留在Bauer-Mcnett筛分仪30目筛板上的组分。

曲线2 为通过30目而留在200目筛板的组分。

曲线3 为通过200目筛板的组分。

表7-3-4对比了以同一游离度(100～120mL，CSF)的原浆，经筛分，然后重新混合成具有同样纤维组分的磨石磨木浆、压力磨木浆、热磨机械浆和低频磨浆机磨出的浆的性质。可以看出低频磨浆机磨出的浆较柔软，在同样纤维组分下，其成纸的紧度、撕裂度和抗张力要比其它几种浆好得多，只是光散射系数稍低。

表7-3-4 低频磨浆机磨出的浆和同样纤维组分的SW、PGW以及TMP的比较