原纸纤维配比和打浆工艺
出处：按学科分类—工业技术 中国轻工业出版社《涂布加工纸技术手册》第186页（11582字）
1．前些章节着重于纤维种类及其形态等特性给予原纸成品的影响，本章节举例介绍浆种的物理性能以利原纸纤维配比的选择。
纸浆原木种类：铁杉(Hemlock)，云杉(Spruce)，雪松(Cedar)，松木(Pine)。
试验条件：这里代表的纤维和纸浆性质，基于实际的工厂操作条件的。打浆的评估基于TAPPI测试方法，用的设备是PFI磨；手抄纸用TAPPI测试方法，它们的测试在50%R．H．湿度及23℃下进行；纤维性质的显示用Kajaani FS100纤维长度分析仪。
表3-12 HS100漂白木浆典型性质
图3-17 HS100漂白木浆打浆物理性能
2．西班牙某厂普通蓝桉预浸磨木浆与蓝桉化学漂白浆物理性能
试验条件：用Lampen型打浆机，手抄片及测试在湿度65%RH及温度20℃条件按北欧(Scan．)标准试验方法试验。
表3-13 蓝桉预浸木片磨木浆与蓝桉硫酸盐浆物理性能比较
表3-14 蓝桉漂白浆物理性能
3．美国某厂废纸商品浆(普通浆)物理性能(试验方法按TAPPI测试方法)
废纸浆品种： 针、阔叶混合废纸漂白浆
疏解浓度： 1．2%
疏解转度： 3000转(PFI磨)
肖伯尔打浆度： 26°SR
平均裂断长： 3340m(疏解强度)
耐破因子： 24．8
撕裂因子： 165
白度： 88．9%
松厚度： 1．71cm3／g
表3-15 国外某商品废纸浆白度与品质指标
4．打浆度
前面的章节内叙述了浆种及其纤维形态，还有各种浆的物理性质。又根据原纸的特点要求，抄造原纸的运行性以及涂布原纸的特性要求来拟订原纸和原纸板的纤维配比要求。未经打浆或磨浆的纤维，在制成的纸页中可以有直径小于1μm到大于100μm的空隙。
原纸与原纸板的强度决定着成品涂布纸的大部分强度。涂布原纸的抗张强度、撕裂度及耐折度表示出涂布纸在印刷机或后加工过程中有关的机械操作过程中能经受住的应力，近代文化印刷纸类型的涂布原纸倘以中厚纸为代表，纤维配比中几乎都用硫酸盐针叶浆来提高原纸的物理强度，而阔叶树木浆的配比往往占到70%以上。如果要提高后期印刷及加工的成品的物理耐受机械强度，那就得适当提高针叶树浆的配比；如果要提高原纸精磨性能，原纸抄纸组织均匀性及降低原纸伸缩性能，那就适当提高阔叶树浆的配比；如果原纸定量从上述中厚走向薄型化，针叶树的配比可以达到50%以上。磨木浆或化学热磨浆的配入可以提高原纸的不透明性，减少原纸空隙率及提高原纸均匀度，但它的成纸物理性能是相对低的。针叶树含量多的而经过分散、脱墨、漂白、精选的废纸部分代替针叶树浆，针、阔叶混合废纸浆经过上述同样的废纸处理和净化漂白的浆，可以根据原纸最终的物理性能要求，代替部分和全部阔叶树浆的配比；精制、漂白、净化的非木材纤维浆，可以代替部分和全部的阔叶树浆配比，但要特别斟酌原纸的松厚度、不透明度、撕裂度和原纸的最终强度。机械磨木浆和热磨浆，从成品价格的经济性和调整涂布成品档次出发，不少国家用于杂志涂布纸、邮递卡纸，较低级的包装及证券用卡纸中，而且往往是含包芯层的结构型的，低级的铜版原纸中，也用这种浆，代替阔叶树化学浆作配比的。
阔叶树原纸浆经打浆或精磨后的打浆度以肖伯尔35～40°SR(CSF435～CSF3000)为典型，低于此最低打浆强度，纸机在抄造时，往往产生纤维结合力不佳，出现压榨辊粘毛，烘缸刮刀掉毛、掉粉等现象。阔叶树木浆的纤维短、细胞壁厚，故打浆、磨浆时不用担心其纤维被切短，而是要加大齿间压力将纤维压溃、水化以增加纤维结合力。
一般针叶树浆，南方松的磨浆或打浆压力要比一般南方松杉为大。因为南方松的细胞壁厚纤维不易压溃、水化，欲增加纤维间的结合力，也必须加大磨浆(打浆)压力。其它木种的纸浆磨浆经以此原理类推，原纸针叶树浆的打浆度，国外因考虑到纸机高速情况下的滤水及干燥，大多数成浆打浆度在肖伯尔25～30°SR(CSF500～415)之间；国内不少工厂打浆度偏高，有的是造成原纸干燥成品后不平整或成纸伸缩率大的原因之一。
5．混合与分别磨浆实验例
原纸打浆工艺，大多在成浆机内进行，生产规模小、配比原材料复杂的厂，过去往往在开启式打浆机(Hollander Beater)，圆筒打浆机(Strocker)以及精浆机(Jordan Refiner)内进行，如今最有代表性的是以大小不同型号的精磨机(Refiners)作主要成浆打浆设备的。精浆(或磨浆)工艺用的精磨机除有大小系列型号外，还有双圆盘磨和锥型磨之分，商品浆或二次纤维浆等在进入精磨机前必然经各种型号水力碎浆机(Hydropulper)，甚至用疏解机(Deflaker)加以分散疏解，以后就进行成浆精浆(或磨浆)处理(分别或混合配比后处理)。大多数的现代精磨机不是中锥度型的，就是双圆盘型的。兹介绍用瑞典一种工业规模叫Conflo JC01锥度精磨机对多种木浆进行分别磨浆或混合磨浆的适应性试验结果。
典型的原纸产自不同软木浆和硬木浆的混合纤维配比。长而粗的软木浆纤维承担增强作用，而短而细的硬木浆纤维是基于原纸均匀度及紧度、弹性等考虑的。中锥度的精磨机系统和普通双圆盘磨系统设备，有着不同的精磨特性，这是因为它们具有不同的几何尺寸和形状。一般来说分别打浆系统有最好的应变性并给予最佳的纤维帚化及最低的能源消耗，但在实用中说明无论是分别或混合精磨，常常能成功地生产出高质量的最终产品。然而大多数情况下，一种分别精磨系统比起混合精磨系统来能提供更好的应变及机动性。
为了明确最适宜的精磨方案，用7种不同材种的漂白硫酸盐化学浆——4种软木浆和3种硬木浆在瑞典国某试验(research)工厂，用工业规模的Conflo精磨机进行分别和不同混合浆的精磨工艺。结果表明，若干种纤维用分别精磨较好，同时其它种混合纤维用混合精磨更为可取；从分别和混合精磨试验中发现指导将来的精磨系统必须提供两者兼有可能获利的精磨方案。精磨试验条件的选择是按照这种纤维在正常工业生产下合适的精磨浓度，比表面负荷以及刃宽进行的。
1)精磨机不同容量
在本系列试验中，加拿大软木硫酸盐浆曾用低、高双倍精磨机容量，所以精磨机的负载呈比例而上，其精磨强度曾出现2～4J／m的格局。其关键精磨条件说明如表3-16。精磨效率，净动力(Net Power)作为总动力(Total Power)的部分，当总动力增加时自然而增。但空载动力(No Load Power)则呈恒数。曲线图3-18指出最低的精磨强度2J／m太低，它比起较高磨浆强度来，需要更多的能源达到给定的纸浆抗张强度；可以看到，相对增加能耗后抗张强度的发展，但这里不同的磨浆强度(图3-19)间实用上没有什么不同，最高的磨浆强度4J／m仅比较低的稍稍增加纤维切断。因此可以说从这不同的磨浆容量系列中，磨浆机能接受相对宽的容量变化。
表3-16 加拿大无元素氯漂白软木硫酸盐木浆精磨条件
*表项3、表项4是指精磨强度(the refining intensity)，SEL=Speeitic Edge Load，SSL=Specitic Surface Load。
图3-18 精磨强度与抗张指数关系
图3-19 打浆度与纸浆抗张指数关系
2)分别和相对的混合精磨
纸和纸板的典型磨浆系统包含一种是软木，另一种是硬木的两种主要磨浆系统。这些纤维组分几乎常常与疏解开的工厂自己的损纸混合，这里在混合存浆池(图3-20)后面有台纸边磨浆机。这典型的分别精磨系统提供能精磨所有纤维呈最佳走向的可能性。二者选一地在图3-21上示意原纤维(Virgin fibres)在精磨前已经混合。所有4种不同的软木浆和3种不同的硬木浆，两者用分别精磨和不同混合配比来精磨，所有纸浆的原始指标都在表3-17内示意。在本实验报告内精磨曲线代表松木2+混合硬木的精磨。松木2+混合硬木系列中的松木浆是一种低粗度硫酸盐加拿大松木浆，易于精磨，同时是相对的长纤维具有高起步抗张强度(高键合能力)。混合硬木浆来自中部欧洲市场的纸浆，当与欧洲桉木相比时，它的纤维显着较粗同时稍长。精磨条件如表3-18。结果表明混合精磨方案未必是最合适的，肖伯尔式打浆仪的打浆度上升，比起分别磨浆曲线来，混合磨浆方案的打浆度上在很大程度上是较慢的，混合精磨为了达到某一给定抗张强度比起纸浆分别精磨(图3-22)耗去更多能源，同时可以注意到混合精磨的抗张强度的展开，并不达到期望的水平。纸浆撕裂度的发展几乎随着简单的混和规则而走。强度弱的硬木浆随着它比例数量的增加而降低撕裂强度(图3-23)。分别精磨，随后混在一起精磨显示出比一次混合精磨的纸浆其撕裂度略有增加。这些实验显示出加拿大软木与欧洲混合硬木浆的分别精磨方案明显的优于混合精磨方案。
图3-20 分别精磨流程
图3-21 混合精磨流程
表3-17 未精磨漂白硫酸盐浆
表3-18 无元素氯(ECF)漂白加拿大松木浆和欧洲混合硬木浆干浆的分别精磨和混合精磨条件
*项3，项4均指磨浆强度(The refining intensity)，同3-16表释用Conflo JC01精磨机，1000r／min(24m／s)。
3)精磨方案的评价(图3-22、图323)
图3-22 精磨能耗与抗张强度的关系
图3-23 抗张指数与撕裂指数的关系
这里有几种可能性去评价不同的精磨方案的适宜性。当然，最后的评价还应在纸机生产以后比较其精磨能耗，原料混合配比成本，干燥能的耗用、纸机能量的发挥，纸幅运行的断裂次数，同时最重要的还有成纸的最终质量。在本节内提到的评价是按照给定的肖伯尔打浆度和给定的抗张强度比较其总的能源需用。这同样也考虑到撕裂强度的获得。所有功能性比较的发现都总结在表3-17内。表中有三对优越的混合精磨方案即桉木／松木1，桦木／松木4，混合硬木／松木4。
4)混合精磨中的纤维
混合精磨中的浆絮的形成，是锥形絮浆包含软木长纤维，硬木短纤维则入插(bonded)于长纤维。一般而言纤维的浆絮形成相对来说是一种弱性结合，精磨力一旦用上，絮浆易被打破。
一般而言，纤维的物理尺寸和入插能力在混合精磨中两者都很重要。附加的还有精磨强度，刀排宽度与齿槽必须使所有纤维处于没有反作用而能展开状态。
若干纤维混合物能很好地被分别精磨，是因为纤维浆絮在混合精磨中结合力弱，因此硬木纤维从浆絮中被剥离，这些纤维被迫后退到齿槽中去，同时不再接受任何精磨作用，看来这种情况的产生是由于高粗度(high-Coarseness)短的硬木浆与低粗度(low-Coarseness)软木纤维混在一起的关系。这理由看来是按照纤维当它们被精磨形成纤维浆絮的絮聚能力而定的，这些浆絮的形成是带着短纤维“插入”的长纤维形成的锥体。薄壁硬木纤维例如桉木纤维是很好地被长厚的纤维保护起来的。在这些情况下短纤维不从浆絮中剥离，这时纤维与纤维各各接触，使所有纤维都被有效精磨。
在纤维长而薄的情况下，它不能保护和保持住厚、短纤维于浆絮之中，短纤维剥离到精磨刀排间的齿坑内，它们受不到精磨处理。在这种情况下，比起混合精磨来，分别精磨是一种好的选择。当混合精磨方案在许多情况示出其利时，则先用分别预精磨，跟随着混合主精磨设想能得一种最佳精磨结果(图3-24)。假使这种系统与普通分别与混合精磨系统比较，能引出下面的结论：
图3-24 预分别精磨后混合精磨流程
(1)精磨机数量较分别精磨系统少，但比混合精磨系统为多。
(2)预精磨可以使坚挺而低结合纤维变成更适合混合精磨的组成，因此对混合精磨节约能源利益和纤维很好展开是有效的。
(3)纤维较采用纯粹混合精磨时可能选择性更自由。
表3-19 混合精磨适应性
以上仅是目前一般软木及硬木浆的分别精磨与混合精磨工业试验典范，今后在原材料发展上将有更多的速生材原料如金合欢属槐树类以及热带混合硬木(MTH)等，还有非木材浆料和再生纤维浆有待于摸索。最合适的精磨系统以分别磨浆和混合磨浆的联合较为适宜，因为它照顾到设备一次投资的多少，能耗的最佳化，纤维性能最高的展开以及选择纤维种类的自由。
Conflo精磨机(图3-25)JC-00型25t／d，110kW～05型400t／d，2000kW系列，为一种从老锥型精浆机(Jordan)大幅度改造的新型锥形磨浆设备，齿(filling)20°，杆加压自由选择。
图3-25 瑞典Conflo精磨机
1—纸料进口 2—纸料出口 3—齿槽4—轴封 5—轴总汇 6—负载装置 7—齿联结器 8—绳索分离器 9—水封流量计 10—润滑系统
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