造紙法再造煙葉柔性制漿技術(shù)的應(yīng)用研究

許江虹　王浩雅　余紅濤

摘要：為了解決再造煙葉企業(yè)生產(chǎn)的漿料較差、分絲帚化率低、過度切斷纖維、漿料穩(wěn)定性差、漿料得率低和產(chǎn)品物理指標波動大等問題，試驗結(jié)合原料特點和制漿技術(shù)，對原有的磨漿機磨片進行改進，并改進原有的制漿工藝，提出了一種適用于再造煙葉生產(chǎn)的柔性制漿技術(shù)。通過對比，分析了柔性制漿技術(shù)前后的制漿工藝及該技術(shù)應(yīng)用前后的漿料纖維形態(tài)，分析了柔性制漿技術(shù)的特點，此工藝提高了漿料品質(zhì)，在保證產(chǎn)品松厚度和抗張強度等物理指標穩(wěn)定的條件下，為生產(chǎn)運行車速從現(xiàn)在的平均80 m/min提高到平均165 m/min以上提供了技術(shù)支撐，實現(xiàn)了原料的精細化加工及加工過程的可控可調(diào)。

關(guān)鍵詞：造紙法再造煙葉；纖維形態(tài)；柔性制漿

中圖分類號：TS425：TS41+2 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2017）20-3910-07

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2017.20.029

Abstract： In order to solve the paper-process reconstituted tobacco company of pulp is poorer， the rate of fibrous fibrillating is low， too much to cut off the fiber length， poor pulp stability， low pulp yield and big fluctuation of product physical index. This paper combines with the characteristics of raw materials and pulping technology， to improve the original pulping machine grinding， and to improve the original pulping process， put forward a kind of suitable for paper-process reconstituted tobacco production flexible pulping technology. Before and after the contrast analysis of the flexible pulping technology of pulping process， fiber morphology before and after flexible pulping technology application， and analyses the characteristics of flexible pulping technology， and improve the pulp quality. The guarantee product thickness and tensile strength of physical indexes such as stability conditions， and for the production run speed increased from now an average of 80 m/min to more than an average of 165 m/min provides technical support， and implements the fine process of raw material and machining process of controllable is adjustable.

Key words： paper-process reconstituted tobacco； fiber morphology； flexible pulping

目前，國內(nèi)的再造煙葉生產(chǎn)企業(yè)大都采用高濃打漿工藝，其流程相對較短，且原料差異性大，因此所生產(chǎn)的漿料均勻性差[1-3]。為了保證產(chǎn)品質(zhì)量，宜根據(jù)各自的纖維特性及需要達到的指標采取不同的制漿方法，不同制漿方法對再造煙葉產(chǎn)品有不同的影響，如與高濃打漿相比，低濃打漿的漿料中煙草纖維自身的長度保留良好，因而勻度較好，同時其抗張強度提高；但纖維內(nèi)部細纖維不足、柔軟度略有降低，留著率降低，影響制漿得率，且耗水大，因此，高濃打漿和低濃打漿各有利弊[4-6]。再造煙葉產(chǎn)品一般要求具有較適宜的松厚度，以保證后續(xù)涂布液的吸收性，并要求具有較合適的抗張強度，既保證生產(chǎn)運行車速正常運行，又不會對后續(xù)再造煙葉切絲造成影響，這就需要避免采用導(dǎo)致纖維過度切斷的打漿方法，而選擇纖維分絲帚化較好、纖維平均長度較長、在一定程度上進行長纖維切斷的柔性打漿技術(shù)。

目前國內(nèi)的再造煙葉生產(chǎn)企業(yè)制漿段主要使用煙梗、煙葉碎片混合制漿工藝，其對不同原料配方及物料變化的適應(yīng)性和靈活性較差，未充分考慮煙梗和煙葉碎片物料特征的不同，存在煙梗制漿強度偏低、煙葉碎片制漿強度偏高的問題，導(dǎo)致制漿質(zhì)量穩(wěn)定性差、漿料得率低和產(chǎn)品物理指標波動大。同時由于生產(chǎn)線前期制漿的盤磨機存在一定的缺陷，使得所生產(chǎn)的漿料較差、分絲帚化率低、過度切斷纖維[7]。為實現(xiàn)對原料的精細化加工及加工過程的可控可調(diào)，提升漿料品質(zhì)，以滿足后續(xù)工序的要求，試驗在開發(fā)了多級高濃和低濃相結(jié)合柔性制漿技術(shù)及相關(guān)設(shè)備的基礎(chǔ)上，提出了一種適用于再造煙葉生產(chǎn)的柔性制漿技術(shù)，現(xiàn)將有關(guān)情況報告如下。

1 材料與方法

1.1 材料

參試材料為某再造煙葉企業(yè)用造紙法再造煙葉生產(chǎn)線的漿料、再造煙葉片基及其產(chǎn)品。儀器主要有J-DJY100紙漿打漿度測定儀、ZKW-3抗張強度測定儀、BHZ-1電腦測控厚度測定儀（都為四川省長江造紙儀器廠生產(chǎn)）和FS5纖維分析儀（芬蘭Metso公司）。其他設(shè)備有高濃磨漿機、低濃磨漿機、抄造線設(shè)備等。endprint

1.2 檢測方法

物理指標檢測參照文獻[8]的方法，打漿度及纖維濕重測定參照文獻[9]的方法。

1.3 工藝流程

1.3.1 使用柔性制漿技術(shù)前的生產(chǎn)線制漿工藝流程 煙梗、煙葉碎片先分別進行提取，煙梗經(jīng)粗解纖維與煙葉碎片混合進行混合提取，混合固形物分別混合高濃制漿以及低濃制漿，具體工藝為：煙梗、煙葉碎片經(jīng)提取后按照配方要求添加一定比例的木漿，混合均勻調(diào)節(jié)好濃度后進入三級串聯(lián)高濃磨漿機打漿，打漿度為18 °SR±2 °SR，所得高濃漿料稀釋至一定濃度后進入低濃磨漿機循環(huán)打漿，打漿度為30 °SR±2 °SR，其工藝流程見圖1。該工藝制得的漿料存在漿料分絲帚化效果較差、漿料內(nèi)部細纖維不足、打漿過程中切斷和造碎較多、成漿得率偏低、漿料的質(zhì)量穩(wěn)定性控制較差等缺點，導(dǎo)致再造煙葉整體生產(chǎn)制造能力較低、質(zhì)量穩(wěn)定能力較差、產(chǎn)品得率偏低、產(chǎn)品物理指標波動大等問題。

1.3.2 使用柔性制漿技術(shù)后的生產(chǎn)線制漿工藝流程 通過設(shè)備選型，采用低濃磨和高濃磨組合形式，選擇纖維分絲帚化較好、纖維長度較長、勻度較好的多級高濃和低濃相結(jié)合的柔性制漿工藝技術(shù)，對煙梗、木漿、煙葉碎片分別制漿，其中，對煙梗采用四級高濃磨、對木漿采用二級低濃磨、對煙葉碎片采用三級高濃磨后進入調(diào)漿池，調(diào)漿后混合三類漿，再采用三級低濃磨制漿，其工藝流程見圖2。

2 結(jié)果與分析

2.1 柔性制漿技術(shù)應(yīng)用前、后漿料纖維形態(tài)對比

使用柔性制漿技術(shù)前、后的漿料纖維形態(tài)檢測數(shù)據(jù)分別見表1、表2，表3是對纖維形態(tài)檢測結(jié)果進行的數(shù)據(jù)對比。從表3的對比可見，柔性制漿的漿料纖維數(shù)均長度與非柔性制漿差異不大，而纖維重均長度的置信區(qū)間高于非柔性制漿；纖維長寬比的95%置信區(qū)間柔性制漿大于非柔性制漿。

在打漿過程中，纖維長度及形狀發(fā)生變化，這些變化會極大地影響漿料的性能及最終成品質(zhì)量，如纖維的卷曲度和扭結(jié)增加導(dǎo)致漿料的濾水性能降低，并增加濕紙幅的伸縮性，從而使產(chǎn)品的撕裂指數(shù)增大，降低紙張的抗張強度和勻度。其中非柔性制漿的低濃漿纖維卷曲度平均值高于柔性制漿，這對于片基的抗張強度和勻度造成一定影響，同時非柔性制漿的變異系數(shù)較高，漿料的穩(wěn)定性稍差[10-12]。

纖維之間的結(jié)合能力（撕裂指數(shù)）在打漿前期取決于打漿度的高低，而當纖維結(jié)合較好時，取決于打漿過程中纖維強度和粗度的降低，不過柔性制漿前后纖維粗度結(jié)果相差不大（柔性制漿樣本量大，置信區(qū)間范圍稍窄）。

采用柔性制漿技術(shù)前，即普通高濃三級制漿，其Fines A（漿料中長度短于0.2 mm的片狀顆粒物質(zhì)占所有顆粒物的投影面積比例）平均值比柔性制漿的高；從Fines B（漿料中長度大于0.2 mm、寬度小于10 μm的細長纖維總長度占長度大于0.2 mm的纖維總長度的比例）可以看出柔性制漿的漿料變異系數(shù)較小，且此類纖維占比相對集中（7.53%～8.08%），而非柔性制漿時此類纖維占比相對分散（5.70%～11.53%），說明柔性制漿的纖維形態(tài)控制相對穩(wěn)定，這對于片基質(zhì)量穩(wěn)定具有積極意義。

采用柔性制漿技術(shù)前、后漿料的Fines（長度<0.2 mm、寬度大于10 μm的纖維數(shù)量比例）相差不大；從f2～f6的帚化率及所有纖維的帚化率看，柔性制漿漿料纖維的帚化率明顯高于非柔性制漿，說明柔性制漿更有利于纖維的分絲帚化，這對于提高片基的強度有積極作用。

采用柔性制漿技術(shù)應(yīng)用后纖維重均長度數(shù)量百分比例分布情況見圖3，采用柔性制漿技術(shù)應(yīng)用前纖維重均長度數(shù)量百分比例分布情況見圖4，從圖3、圖4可以看出，柔性制漿的短纖維（<2 mm）比例相對較少，而長纖維比例（>2 mm）相對較多。

采用柔性制漿技術(shù)應(yīng)用前后的f1～f6纖維寬度比較情況見圖5。從圖5可知，在寬度≥10 μm的纖維中，柔性制漿的較短纖維（<2 mm）纖維寬度相對較大，較長纖維（>2 mm）纖維寬度相對較小，說明分開制漿、多級磨漿的制漿方式對相對短的纖維損壞力度較小[13]。

柔性制漿前漿料中的f1～f6纖維質(zhì)量百分比例分布情況見圖6，柔性制漿后漿料中的f1～f6纖維質(zhì)量百分比例分布情況見圖7。從圖6、圖7可見，在寬度≥10 μm的纖維中，柔性制漿前的短纖維質(zhì)量百分比相對較少，長纖維質(zhì)量百分比相對較多，說明柔性制漿前的制漿工藝其短纖維相對較少。

柔性制漿后漿料纖維長寬百分比例分布情況見圖8，柔性制漿前漿料纖維長寬百分比例分布情況見圖9。從圖8、圖9可見，柔性制漿后細纖維（0～10 μm）的比例相對較少，而粗纖維（>10 μm）的比例相對較高，這與制漿工藝對纖維的作用力有關(guān)，其制漿工藝無論對纖維在縱向還是橫向的切斷力均較?。蝗嵝灾茲{后短細纖維比例相對較低，而短粗纖維比例稍高；長纖維（長細、長粗）纖維比例稍低，但差異不大。

柔性制漿前后漿料的纖維形態(tài)數(shù)據(jù)分析見表4。從表4可知，柔性制漿前后的差異不大，且纖維數(shù)均長度結(jié)果受細小纖維根數(shù)的影響比較大，不能真實地反映纖維的抄造特性，也不能反映纖維被破壞的真實程度。從纖維重均長度結(jié)果的95%置信區(qū)間看不出柔性制漿前后的差異（柔性制漿的數(shù)據(jù)容量大，置信區(qū)間的范圍相對較窄），在變異系數(shù)相差不大的前提下比較均值，結(jié)果柔性制漿后的短纖維比例相對較少，而長纖維比例相對較高。

纖維的粗度指100 m纖維總長度中纖維的質(zhì)量，以mg表示，或mg/100 m表示。纖維的粗度受3個方面的因素影響，一是纖維細胞壁厚度；二是纖維胞腔大小；三是纖維中各組分密度。從表4可見，不同粗度的纖維比例存在差異，與柔性制漿前相比，柔性制漿后較小粗度的纖維比例稍低，較大粗度的纖維比例稍高，但差異不大，這種粗度分布可能也與柔性制漿對纖維形態(tài)的破壞力相對較小有關(guān)[14]。

通過對比柔性制漿前后漿料的纖維數(shù)據(jù)（表3、表4），發(fā)現(xiàn)柔性制漿前后纖維數(shù)均長度差別不大，但柔性制漿后的纖維重均長度大于柔性制漿前，且柔性制漿后的纖維長寬比大于柔性制漿前。還有柔性制漿后纖維的帚化率明顯高于柔性制漿前，柔性制漿后的漿料變異系數(shù)較小，F(xiàn)ines B纖維和卷曲指數(shù)占比相對集中，而柔性制漿前此類數(shù)據(jù)占比相對分散；說明柔性制漿后的纖維形態(tài)控制相對穩(wěn)定，這對于片基質(zhì)量穩(wěn)定有積極意義。endprint

檢測結(jié)果表明，采用柔性制漿技術(shù)后，無論對纖維在縱向還是橫向的切斷力均較小，長纖維的比例相對較高，短纖維的比例相對較低，纖維的分絲帚化效果較好，漿料的穩(wěn)定性控制優(yōu)于柔性制漿前，這對于提高片基質(zhì)量及品質(zhì)穩(wěn)定控制具有積極意義。

2.2 柔性制漿技術(shù)特點

2.2.1 工藝控制指標穩(wěn)定性 通過工藝改進，三級混合低濃制漿的進漿流量波動范圍在58.6～60.8 m3/h，進漿壓力波動范圍147～152 kPa，制漿濃度波動范圍3.52%～3.68%，以此建立了柔性制漿技術(shù)工藝，其技術(shù)條件及特點見表5。

2.2.2 漿料得率 應(yīng)用柔性制漿技術(shù)前、后漿料得率情況見表6。從表6可知，通過煙梗、煙葉碎片高濃分開制漿，可分別根據(jù)工藝需求有效調(diào)控?zé)煿?、煙葉碎片原料打漿強度，避免因達到梗打漿強度而導(dǎo)致葉打漿強度過高，造成葉組原料造碎率高、顆?；瘒乐?、漿料得率低、抄造成形流失較大等問題。采用柔性制漿后，梗漿得率和葉漿得率均可提升。

2.2.3 柔性制漿技術(shù)對成品的影響 對采用柔性制漿技術(shù)前后再造煙葉的松厚度和抗張強度及生產(chǎn)車速進行了檢測和對比分析，結(jié)果見圖10、圖11、圖12。從圖10、圖11、圖12可以看出，采用柔性制漿技術(shù)后產(chǎn)品的松厚度總體上稍有降低，但不顯著；而抗張強度指標增加較顯著。在采用柔性制漿前、后產(chǎn)品松厚度和抗張強度較穩(wěn)定的條件下，生產(chǎn)運行車速從現(xiàn)在的平均80 m/min提高到平均165 m/min。由此可見，采用多級高濃和低濃相組合的制漿方法，可以在保證產(chǎn)品松厚度和抗張強度等物理指標穩(wěn)定的條件下，顯著提高運行車速，從而增加生產(chǎn)能力。

3 小結(jié)

再造煙葉生產(chǎn)過程中的制漿工藝直接影響漿料的質(zhì)量，而漿料的質(zhì)量決定了片基和產(chǎn)品的質(zhì)量，并對生產(chǎn)車速有著重要的影響。試驗在分析了煙梗、煙葉碎片和外加纖維漿料形態(tài)以及多級高濃單獨制漿和低濃制漿特點的基礎(chǔ)上[15]，開發(fā)了多級高濃和低濃相結(jié)合的柔性制漿技術(shù)及相關(guān)設(shè)備，提出了一種適用于再造煙葉生產(chǎn)的柔性制漿技術(shù)，即多級高濃和低濃相組合的制漿方法，該方法采用了高濃和低濃制漿的優(yōu)點，對煙梗、煙葉碎片、外加纖維分別進行制漿，其中對煙梗進行四級高濃磨漿，對煙葉碎片進行三級高濃磨漿，對外加纖維進行二級低濃磨漿；并進行了優(yōu)化驗證，實現(xiàn)了對原料的精細化加工及加工過程的可控可調(diào)，提升了漿料的品質(zhì)，為再造煙葉生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的漿料、提升產(chǎn)品穩(wěn)定性、提高品質(zhì)提供了技術(shù)支撐。這個新技術(shù)的研發(fā)和改進確保了再造煙葉產(chǎn)品松厚度和抗張強度的要求，顯著提高了運行車速，生產(chǎn)運行車速從現(xiàn)在的平均80 m/min提高到平均165 m/min，也增加了產(chǎn)量，為今后實現(xiàn)190 m/min生產(chǎn)車速打下了堅實的基礎(chǔ)。

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