造纸工业中的蒸汽爆破技术

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1、010-5.9造纸工业5.9.1木材纤维蒸汽爆破制浆蒸汽爆破法制浆是把经预浸处理后的木片装入蒸煮锅中、通入蒸汽在高温高压下蒸煮，使其软化、然后瞬时降压使浆喷出。B.V.Kokta等用高压饱和蒸汽蒸煮和爆破经化学预处理的木片制得得率高、强度好、磨浆能耗低的造纸用浆。国内的詹怀宇、黄干强等人对桉木、杨木的爆破法制浆进行了研究。李卫等对落叶松的蒸汽爆破法制浆的研究得到了质量较好的造纸用纸浆。爆破法制浆的流程如下：木片制备[平均尺寸20mm×12mm×（2-3）mm]化学预浸（液化1：4，温度60℃，时间

2、22h）高温汽蒸释压爆破磨浆影响蒸汽爆破法制浆性质的主要是预浸条件、蒸汽压力及温度。预浸使纤维发生一定的润胀，纤维变得柔软，有利于爆破时不受或少受机械损伤。汽蒸时的高压饱和蒸汽使润胀加速。爆破时、润胀的木片撞击在集料的罐壁上、导致纤维内部细纤维化和部分解离。因此可以生产出柔韧的纤维、有利于磨浆能耗的降低和纸页抗张强度的提高。预浸渍的条件和所用化学药品对浆的性质有很大影响。一般是在室温、真空条件下进行的。常用的化学药品是Na2SO3和NaOH，Na2SO3010-既起抗氧化剂的作用，又使纤维表面的亲

3、水基团数目增加，有利于纸页强度的提高。氢氧化钠是极好的润滑剂。Na2SO3中加入少量NaOH使纸页的强度明显提高，磨浆能耗大大减少，但白度、不透明度降低。蒸煮温度和爆破压力的提高有与延长保压时间相同的效果。压力越高，爆破时纤维受损机会越大，对纸浆强度不利，故蒸煮温度与爆破压力并不是越高越好。Law和Bi对爆破机理进行了较为深入的研究，采用原料为黑云杉，制成木片规格为：纵向×弦向×径向＝0.5cm×0.5cm×2.0cm，蒸煮温度分别为170℃、190℃、200℃。通过外部观察，用亚硫酸钠处理的木片

4、，在170℃爆破后无明显分离现象，190℃时仅发生部分纤维分离，只有在200℃爆破后纤维分离才较为明显。显微镜观察表明，爆破释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损失。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。研究还发现，黑云杉木片在上述条件下并没有发生所谓的“爆米花”现象，这是由于木材是由多孔的纤维构成。纤维壁由纹孔贯穿，它允许液体或气体通过。事实上，纹孔对化学预浸过程甚为重要。蒸煮器因达到一定蒸汽压力后，通过纹孔，在木材内部压力达到

5、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。010-发生在汽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，爆破制浆纤维主要在胞间层。爆破后，纤维细胞壁急剧膨胀，把细胞腔压得非常狭窄，细胞壁显得较疏松，次生壁内外层部分发生分离，这些变化有利于提高纤维的柔软性和可塑性。木片的比表面积有限，只是煮很短时间，如10min，药液难于浸透。但细胞孔隙中流量增加，汽含率下降，爆破功率下降

6、，因此爆得物较粗，颜色稍浅，手感较为柔软。设法使药液将物料完全浸透后再行汽蒸爆破，爆得了柔软纤细的不亚于硫酸盐化学浆的白浆(估计白度不低于50度)。当蒸煮的化学药品用量相近时，爆破法浆的磨浆单位能耗至少要比相近得率(90％)和离子含量180mmol/kg的CTMP低50％，而纸页强度增加50％。PunyaB.Chaudhari的研究发现，当游离度达到400CSF，CTMP需要能耗约1600kW.h／t。而蒸汽爆破制浆，其总能耗包括蒸煮能耗和磨浆能耗两部分，所需的能耗降到300-400kW.h／t，

7、即平均能耗为450kW.h／t。纤维的性能比较发现，爆破法制浆的纤维平均长度比CTMP长。从而可以看出，爆破制浆纤维受到的破坏较小且纤维的柔顺性、可塑性好。这是由于二者的本质区别在于前者是强烈微观热软化效应的产物，纤维自身强度和弹性好，经受相同的磨浆作用时，纤维切断少且更容易分丝帚化。纸浆干强性能的比较发现，由于蒸汽爆破浆纤维长，柔顺性好，规整性好，使得其所抄造的纸页的裂断长、耐破指数较CMP、CTMP高，其顺序为：蒸汽爆破制浆>CTMP>CMP。爆破物易于打浆。用vellay打浆，打浆20～30

8、分钟即可达到45—50oSR010-，经抄片测定：裂断长可达5280m；耐破指数达3.67kPam2.g；撕裂指数达6.07mNm2／g，均接近或超过CTMP浆，当然，蒸汽爆破法制浆也有其不足之处，其白度和透明度低，有待进一步解决，桉木爆破法制浆、CMP、CTMP的比较见表4.9.1。总体来看，蒸汽爆破法制浆在得率相同情况下，电耗比CMP、CTMP低得多，所得浆料、其纸页强度比CMP、CTMP高。表4.9.1桉木爆破法制浆、CMP、CTMP的比较制浆方法爆破浆CMPCTMP温度/℃