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干法造纸技术的发展和应用

作者:    时间:2019-06-28    来源:

 干法造纸技术的发展和应用

张锦阳 史可积 任西茜

( 中国轻工总会成都设计院, 四川, 610015)

 介绍了干法成形技术的发展历史和当代干法成形技术的原料、流程、设备以及干法成形纸的应用; 对国际上3 种典型的干法成形技术进行了比较。指出了干法成形纸在我国国民经济中的地位和作用。

关键词   干法成形纸  工艺与设备  发展与应用

干法造纸在欧洲和日本被称为air-laid paper在美国则称之为 dryformed paper即我们常说的无尘纸(严格意义上讲指以100%绒毛浆生产的干法纸)。由于使用原料的不同,也可称为干法成形纸布或无纺布。与传统的造纸工艺不同之处: 其一制造过程用空气代替水作为分散、输送?#23435;?#30340;介质在成形时不是脱水而是抽吸空气使?#23435;?#22312;成形网上形成纸幅; 其二, ?#23435;?#20043;间的结合不是靠氢键结合,而是靠高分子粘合剂或热熔性?#23435;?#26412;身加热、熔融结合。因此干法造纸不会对水源造成污染这也是干法造纸近几十年得到迅速发展的重要原因。干法成形纸除了有传统湿法造纸的特性外其最大的特点是对原料有较强的适应性和更?#36164;?#29616;纸的多功能性。可利用各种?#23435;?#21644;原料如绒毛浆、化学短?#23435;?/font>( 如聚乙烯、聚酯)、超吸收树脂?#23435;?/font>( SAP)、各种功能的化学药品以及人造或化学织物等, 抄造超柔软、超硬、超厚、超重、超高低温、超吸湿性、超透气性、无?#36739;?#24615;、无尘及无静电的纸张和纸板。30年代, DimtrierBonderenk首先利用人造?#23435;?#21644;空气, 发明了干法成形技术, 并取得专利。50年代初, Clark也发展了所?#36739;宋?#24178;法抄纸, 并经不断改良, 相继有不同的产品?#36866;?/font>, 并奠定了其所属的美国Scott Paper Inc.的干法纸在世界擦拭纸市场的牢固地位。60年代中期, Karl Kroyer最先利用木浆为原料,设计了一种干法成形技术经丹麦Moller &Jochunsen ( M & J) 公司即现在的Niro Sepration Fibretech公司研究改进 1979 年取得美国专利其成形技术为垂直轴心多旋转头箱平网成形法Kroyer System使之成为当今世界干法成形技术最先进、最流行的抄纸机全球共安装了十几台。60 年代初日本本州制纸公司开始研究干法成形技术经过近20年的努力和完善开发出了一套以木浆和合成?#23435;?#20026;原料的特有的干法成形长网和圆网造纸机即所谓的Honshu Processo使其确立了在世界特种纸领域的地位。1987 年丹麦的Dan-Web International A/s 公司开发出了以水平圆网成形技术为核心的抄纸法, Dan-WebAir Forming System取得美国专利目前在丹麦、日本和美国有4 家工厂采用这种方法生产。

芬兰联合纸业公司(UPM)是世界上最大的干法纸制造商。该公司与Dan-Web公司合作, 19852, 在芬兰的Kotka造纸厂建成了世界?#31995;?#19968;条现代干法成形纸生产线产量为2500~ 3000 t/ a。随后于80年代末90年代初先后在德国和美国共建了3条生产线其产量分别为 5000 t/ a10000 t/ a25000 t/ a1991芬兰的Rauma-Repola公司与丹麦Dan-Web 公司合作建成了世界第一条以绒毛浆和化学短?#23435;?#20026;原料的干法造纸生产线生产能力为7000 t/ a。加拿大第一台干法纸机于19899?#30053;?#21152;拿大的不列颠哥伦比亚省的Merfin卫生用品股份有限公司投产该生产线以绒毛浆为原料、采用丹麦 M& J 公司的设备生产原纸年产量为9000t198910我国台湾省兴利纸业公司从丹麦M & J公司引进了一条年产7000 t的干法造纸生产线, 以绒毛浆为原料生产用于医疗和卫生用品的干法成形纸并首?#25105;?#20013;文将其命名为无尘纸。我国大陆地区仅有一条干法造纸生产线安装在宁夏吴忠瑞特纸业有限公司。该生产线是从瑞典引进的丹麦M & J公司制造的二手机已于1996 6月底正式投产年产4500 t。该生产线以绒毛浆为原料生产系列生活用纸、医院用纸和工业擦拭纸。目前全球无尘纸的产量约20t其中50%市场在欧洲28%市场在美国东部14%在远东。我国在干法成形纸的开发、生产和应用方面刚刚起步。在造纸行业九五计划和2010年规划的发展重点和主要措施中”,特别提到努力开发干法系列纸。总之随着现代干法成形技术、化工化纤和绒毛浆技术的日趋完善随着全球环保意识的增强以及物质生活水平的提高干法造纸1现代干法成形技术

111 工艺流程及简介

11111 工艺流程 ( 见图 1)

11112 流程简介

 

 

  

1.1.2.1胶粘型干法成形纸——无尘纸的生产

该生产流程一般采用100%绒毛浆为原料以水溶性乳胶作为胶粘剂。一般用2台?#23435;?#31881;碎机和1台高吸水树脂( SAP)开包计量输送系统为1个成形头箱供料。每台?#23435;?#31881;碎机配有2个退浆板架。同1种或2种卷筒绒毛浆由退纸架经喂料辊进入锤?#36739;宋?#31881;碎机。浆板经1个带有若干个锥型粉碎锤的转子与静止的底刀之间的机械作用被粉碎成?#23435;?#22242;并通过包围着转子的筛板孔被筛出由风机风送至成形头箱?#23567;O宋?#22242;的大小和质量可通过调节微调螺丝调整锤尖与底刀之间的距离来控制。浆板的喂料速度可根据产量由交流变频电机控制。粉碎机的负荷用能量测?#31185;?#30452;接显示。根据成纸的用途每个成形头箱前可另配一套SAP ?#23435;?#21890;料计量输送系统与筛后的?#23435;?#22242;汇合风送入成形头箱。在成形头箱内装有密集搅拌叶片?#23435;?#22242;被进一步的机械作用分离成单根?#23435;?/font>通过筛网均匀地筛撒到成形网上没有分散的?#23435;?#30862;片则回到粉碎机重新粉碎。成形网下的真空抽气装置将?#23435;?#21560;附到成形网上。抽气风机恒定地抽吸空气?#23435;?#21644;?#23435;?#30862;屑被空气过滤器分开并可重新循?#20998;?#25104;形头箱?#23435;?#30862;屑可收集用于它处 ( 如作为卫生巾原料) 。吸气箱的气流调节器用于调节真空?#21462;?#20026;便于产品定量调节抽气风机常为变频调速。产品的定量在恒定的粉碎木浆和SAP计量时与成形网的移动速度成反比。纸幅刚成形时强度很低密度稀通过热?#26500;?#21387;紧后?#23435;?#38388;交织点数量增加强度初步形成便于传递另外可初步调整纸幅厚?#21462;?#28909;?#26500;?#30340;温度和压力根据产品需要可进行调整。压紧后的纸幅经真空吸移系统进入纸幅压花系统。压花系统的目的一是使纸幅被压成各种有布织感的花纹如网纹、斜纹或菱花?#20301;?#32441;, 二是进一步压紧纸幅并调节纸幅的紧度和定量。压花网辊用油加热, 其温度和压力可调节。压花后的纸幅通过第一道喷胶仓1根多?#30528;?#38654;管将水溶性的乳胶喷向纸幅喷胶的多少和乳胶的种类取决于产品的用途及生产的经济性。在喷雾管下是1个真空抽吸装置用来抽吸胶乳并使之通过纸页的?#38745;恪?#21943;胶后的纸幅接着经空气吹至传递辊进入热风干燥炉进行干燥。正面喷胶干燥后的纸幅接着在反面再次进行喷胶干燥然后经真空传递辊进入第三段干燥熟化炉纸幅经短时高热处理后在纸页中产生化学结合从而定形成纸页再经调整、复卷、分切, 从而完成整个抄造过程。

1.1.2.2 ?#26085;?#22411;干法成形纸的生产

该生产流程一般采用80%左右的绒毛浆与20%左右的双组份热熔性化学短?#23435;?/font>(PEPETPP)为原料生产以热熔?#23435;?#26412;身在加热过程中产生的表面熔化和流动形成与木浆之间的?#26085;澈系?/font>, 从而粘合成纸。该生产过程中, 绒毛浆?#23435;?#31995;统与无尘纸流程基本一致只是每个成形头箱前增加了一套双组份热熔?#23435;?#24320;包、计量、输送系统。风机将粉碎后的木浆和双组份?#23435;?#36865;入相应的成形头箱?#23567;?#25104;形上网后的纸幅经三道压紧(第一道在网上由成形头箱的密封辊完成第二道由位于成形网上的压紧装置完成第三道由在热风粘?#29616;?#21069;纸幅被真空传递装置内的压紧装置完成) 同时完成压花。压紧压花后的纸幅进入热风干燥箱, 热熔?#23435;?#34987;加热到双组份?#23435;?#21253;覆层熔点温度, 135 。到达这一温度, ?#23435;?#34920;层物质开始流动, 在热熔?#23435;?#21644;绒毛浆?#23435;?#20043;间形成?#26085;澈系?/font>从而形成纸页。?#26085;?#21518;的纸幅经?#26500;狻?#21387;花、冷却饱和湿空气冷却、表面处理最终?#26500;狻?#20998;?#23567;?#21367;取成纸。?#26500;?#30340;主要目的是使产品表层光洁。表面处理的目的是在产品的顶部和底?#23458;?#19968;层薄膜多孔材料用以防止起毛和超吸收树脂颗粒的脱落。最终?#26500;?#26159;控制产品的最终定量。

1.2 现代干法成形纸装备特点及适应性

现分别将世界上有代表性的3种干法造纸工艺装备分别介绍如下。

1.2.1锤?#36739;宋?#31881;碎机

丹麦的M& J公司与Dan-Web公司的锤式粉碎机(Hammer Mill)可称一类其共同特点是:1能实现同时以任何比例粉碎2种不同的浆板既可手动又可自动换辊并接浆板; 浆板喂料辊由交流变频电机控制;2都采用锥形锤式破碎转子借助微米螺旋可调节破碎转子与底刀之间的间距其负荷可直接显示;3都有浆料填塞控制系统;4都可实现碎片浆即循环浆料(来自成形头箱未过筛的?#23435;?#30862;片)的再粉碎。M & JDan-Web之不同在于成形头箱中筛渣回流浆系统及停留的时间有所不同造成静电及小白点( Nits)的程度不同。Honshu公司的浆板粉碎是采用叫Breaker破碎机先将浆板破碎成邮票大小的碎片然后经安装在圆形头箱内的一个?#23435;?#31881;碎机即高速转子将碎片分散成单根?#23435;?#22312;浆料粉碎与计量系统流程上, M & J公司及Dan-Web公司的最大不同在于在生产?#26085;?#22411;产品时其热熔?#23435;?#19982;纸浆是在破碎机中混合而不是在破碎机后的管道中混合。

1.2.2 成形头箱

1.2.2.1 丹麦Kroyer System 的成形头箱示意?#25216;?#22270; 2。含?#23435;?#22242;的气流经进气口被引入两组同向旋转的搅拌分散器中间以使大部分?#23435;?#22242;分散成单根?#23435;?/font>被分散的单根?#23435;?#22312;成形网下真空抽吸的作用下通过圆孔平板振动筛吸附到成形网上。未被分散的浆碎片由于两组同向旋转的搅拌分散器的作用被集中在成形箱壳体边缘借助真空吸管回到粉碎机进行再粉碎。笔者认为在该系统中分散的?#23435;?#19982;未分散的浆碎片流向顺互不干扰停留时间短不因相互摩擦产生静电而影响成纸质量这对生产胶粘型产品?#20219;?#37325;要。这就是该系统在生产胶粘型产品上被广为推崇的原因。

1.2.2.2 丹麦 Dan-Web Air Forming System的成形头箱示意图如图3所示。经粉碎后的?#23435;?#22242;气流被引入2个带椭圆形筛孔的转鼓?#23567;?#22312;转鼓的下部有数根钉辊与转鼓的转动?#36739;?#30456;反。?#23435;?#22242;在钉辊的搅拌作用下被分散成单根在不?#31995;?#26059;转中?#23435;?#36890;过转?#30446;?#30524;在成形网下真空箱抽吸作用下筛撒到成形网上。未分散的浆碎片则汇集成形箱侧借助于真空抽吸管回到粉碎机进行再碎。笔者认为该系统分散的?#23435;?#19982;未分散的浆碎片流向上不顺相互有干扰可能产生静电使?#23435;?#25104;团从而影响成纸质量。这对生产胶粘型产品不利但其独特的成形头箱设计有利于添加较长热熔性?#23435;?#30340;?#26085;?#22411;产品的生产。

1.2.2.3 日本Honshu Process成形头箱如流程图所示(见图4、图5) 。经粉碎后的浆碎片被引入成形头箱中1个静止的圆筒型筛鼓中,在筛鼓中高速转子的机械作用下浆碎片被分散成单根?#23435;?/font>单根?#23435;?#36890;过筛孔被筛出。筛出的?#23435;?#22312;新引入的气流的作用下把筛出的?#23435;等?#21040;成形网上从而完成上网过程。这一流程对成纸匀?#28909;?#26377;影响同时?#23435;?#22312;成形箱中走向不顺并且停留时间比较长。

 

1.2.3压紧、压花及干燥系统

1.2.3.1 M & J公司只有一道压紧装置Dan-Web公司则设有三道压紧装置。M& J公司强调喷胶前压花Dan-Web公司更强调喷胶后压花。两者在干燥系?#25104;?#35745;中几乎相同。

1.2.3.2 关于Honshu公司的设计相比之下较为简单。从流程配备和成形头箱结构上M & J公司和Dan-Web公司的干法造纸机有比日本Honshu 公司产品对原料和产品更强的适应性都同时可在同一条生产线上完成胶粘型和?#26085;?#22411;两大类产品的生产。相比之下M & J 公司在成形头箱设计上更有优越性。

1.3 主要原材料

1.3.1 胶粘型干法成形纸 ( 100% 绒毛浆+ 水溶性胶乳生产无尘纸)实验与生产实践表明, 最佳的绒毛浆是北欧的针叶木漂白硫酸?#20301;?#20122;硫酸盐绒毛浆, 浆质松软, 容易分离, 其中尤以亚硫酸盐绒毛浆为最佳, 其最适于生产生活及医疗用纸张。而美国的南方?#21892;?#30333;硫酸盐绒毛浆在产品要求较好的吸?#25307;?#19982;纸页强度时也是有竞争力的原料, 特别适用于生产含高吸收树脂的薄型?#21307;?#23494;的产品。BCT MP 绒毛浆可用于生产擦拭纸, 但?#23435;?#30701;, 容易过网, 而改变网目后, 纸机产量又会降低。

1.3.2 水溶性乳胶

目前仅有德国、日本、丹麦及台湾在生产无尘纸专用乳胶, 其主要成分为乙烯) 醋酸乙烯共聚 物 ( EVA ) , 丙烯 酸苯 乙烯 共聚 物(ACR) 及苯二烯丁二烯共聚物 ( SBR) 。其中以台湾产的 ACR 为最好, 无味无臭无甲醛,完全符合卫生标准, 特别适于生活用纸。

1.3.3 热熔性?#23435;?/font>

主要使用的是聚乙烯( PE) 和聚酯( PET )以及聚丙烯( PP) 热熔性?#23435;?/font>, 主要用于生产工业及医疗领域的?#26085;?#22411;干法成形产品。

1.3.4 燃料

主要用于纸页的热风穿透干燥和熟化。在制造胶粘型无尘纸时温度 一般在180 ~200 e ; 而生产?#26085;?#22411;纸张时温度在135 ~150 e左右因此可用天然气、煤、重油作燃料。

2 干法成形纸的应用

干法成形纸因其具有吸收能力强(如胶粘型产品能吸收自身重量8~ 10倍的水)透气性高柔软?#38498;?/font>湿强度高无静电( 胶粘型产品) 无掉毛掉粉可压花、染色或印刷可层压或复合可添加多种?#23435;?#25110;粉末物质, 而实现纸的功能化。因此已在日常生活、医疗、装饰及服饰、汽车等方面获得了广泛的应用。日常生活领域: 干湿纸巾、餐巾、清洁用布、桌布、卸妆用纸、厨房擦拭用纸、婴儿尿布、失襟垫、超薄型卫生巾以及卫生棉、纸尿裤等;医疗卫生领域: 手术服、面罩、一次性手术床单、敷裹与包扎材料、吸湿纱巾、医护棉等;装饰及服饰领域: 衬料、鞋衬、合成革基布、服装的絮料和填料、?#35762;肌?#35013;潢布、台布、地毯衬布、垫褥套面布等;汽车工业领域及其它方面: 绝缘材料、涂层基布、?#30340;?#22721;面料 ( 代替毛毯作绝热防潮用) ; 工业擦拭布、吸油吸墨和吸音材料、过滤材料(气体、空气、液体)、包?#23433;?#26009;(水果或易损物) 、电缆绝缘材料、禾苗生长基垫(含化肥, 用于工厂育苗)、干燥材料 (含硅胶) 等。

3 发展干法成形纸作用和意义

用无尘纸生产的系列生活用纸在欧洲和北美等地区由于人民的环境保护意识的提高和对健康的重视正普遍被人们所接受。因此80%以上的消费量主要在这些地区并以每年15%的速度增长。另一个原因是由于干法无尘纸生产比湿法造纸更容易加入合成?#23435;?#21644;添加剂(如去污剂、超吸收剂( SAP)、滑石粉、除臭剂等) 其成品抗静电可加热、消毒、复合和印染实现纸的特种功能用途因此应用范围已涉及到各方面。据了解宁夏吴忠瑞特纸业有限公司的无尘纸原纸已在?#26412;?#19978;海、西安、宁波开?#25216;?#24037;生产系?#24418;?#23576;纸产品并已开始为人们所接受。目前国内各大航?#23637;?#21496;采用的消毒湿巾纸以及超薄型卫生用品的原纸主要是依赖进口。

由于现代的无尘纸技术和设备在 80 年代后期刚刚成熟起来因此发展我国自己的干法造纸技术具有非常重要的意义1使我国轻工业装备行业有机会了解和跟踪世界最先进的技术提高自我开发能力和研究能力发展我国自己的无尘纸生产设备。2有利于促进我国绒毛浆生产和技术及相关化工原料工业的发展和提高。我国目前近 700 条卫生巾和婴儿尿布生产线所用的绒毛浆绝大部分为进口绒毛浆,每年进口量约10~ 12t。同时与无尘纸生产有关的功能性化工 原料如超吸收剂( SAP) 、胶粘剂、抗静电剂等也处于发展初期或是空白。能有效的?#21058;?#22269;内无尘纸市场的份额避免拱手让于外国公司同时能提高卫生产品的档次和竞争能力改善我国卫生产品方面高进、低出的?#32622;?/font>, 有出口创汇的潜力。符合国?#21494;?#26032;的轻工基建项目的环保政策即九五期间造纸行业的环保目标是增产不增污。有利于我国造纸行业产业结构调整和吸引外资实现本行业发展的市场化、国际化的战略目标。

致谢: 本文承蒙?#35828;?#28790;教授审阅。潘先生原在台湾省林业试验所?#38745;南宋?#31995;任职, 现供职于苏州工业园区亚太纸品有限公司 ( APRIL) , 任技术部经理。

1 ?#35828;?#28790;, 王益真. 干式抄纸之研究 ( ) 单张试纸抄制.台湾林业试验所研究报告?#31350;?/font>, 1992, 7 ( 1) : 93~ 99

2 ?#35828;?#28790;, 王益真. 干式抄纸之研究 ( ) 假革纸板之研制. 台湾林业试验所研究报告?#31350;?/font>, 1995, 10 ( 2) : 175~ 183

3 T ERUO MIURA, H onshu Paper Co. Ltd. Totally DryNonwoven System Combines Air- Laid And T hermobondingT echnology, Nonw ovens World March 1988; 46~ 50

4 GRAEMERODDEN , 朱金?#24544;?/font>. 加拿大第一台干法纸机, 国外造纸, 1991, 10 ( 5) : 49~ 50 

5 丹麦 Niro 公司、Dan- Web 公司及德国 Fleissner 公司的有关技术资料

消息

中国非?#38745;南宋?#21046;浆造纸研讨会在京召开

由世界银?#23567;?#22269;家轻工业局、芬?#27982;?#24037;部和中国造纸协会主办的 / 中国非?#38745;南宋?#21046;浆造纸研讨会于1999415日至16日在?#26412;?#20030;?#23567;?#26469;自世界银?#23567;?#33452;兰、印度及国内的50多名专?#20063;?#21152;了研讨会。

 与会代表就目前中国造纸工业的现状、存在的问题进行了较为透彻的分析, ?#22836;悄静南宋?#21046;浆造纸的发展及必须解决的问题, 如原料收集、污染?#29616;亍?#35268;模不经济等, 提出了许多有益的建议。?#36865;?#35768;多代表认为必须重视与非?#38745;南宋?#21046;浆造纸规模生产配套的国产设备的开发以降低投资成本。

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