機械法制漿

機械漿按其磨解設(shè)備及成漿質(zhì)量的不同主要分為:

磨解設(shè)備為各種形式的磨石磨木機，主要有袋式(包括大北式、卡未爾式等)、鏈式(見圖)和環(huán)式三大類，前兩種較常用。木段可連續(xù)加入料箱，木段受向下轉(zhuǎn)動鏈條的壓力，與旋轉(zhuǎn)的磨石表面緊密接觸摩擦，在摩擦區(qū)間，木材纖維胞間層受摩擦加熱而被軟化并被撕裂而成單根纖維，并被水從磨石表面沖刷到下面的漿坑，磨石表面的性狀對漿的質(zhì)量影響很大，可利用刻石裝置加以整飾。這種漿一般用云杉、冷杉、楊木等木材為原料，白度在60%左右，并有較好的不透明度及吸油墨性能，一般供生產(chǎn)新聞紙及中低檔印刷紙配用。

使用的磨解設(shè)備與磨石磨木漿相類似,但木段在磨解前先經(jīng)過蒸汽的預蒸加熱至120℃以上，這種漿為褐色，物理強度比磨石磨木漿高，一般用于制造特種紙板。

磨解設(shè)備為盤磨機(見化學機械法制漿)。原料為木片或其他纖維料片，盤磨機械漿一般采用兩段磨漿方式，第一段磨漿機將料片磨解成纖維料，再進入第二段磨漿機進行精磨以分離纖維束及分裂出細纖維以提高纖維間的結(jié)合力。盤磨機械漿的最大優(yōu)點在于原料不需要完整的木段，適應(yīng)原料范圍較廣。

磨解的主體設(shè)備與盤磨機械漿相同，但料片在進入盤磨機之前先經(jīng)過蒸汽預蒸加熱，加熱溫度應(yīng)保持低于原料中木素的縮合溫度。這種漿料白度略低于磨石磨木漿，而物理強度則較高，使用范圍基本相同。熱磨機械漿由于質(zhì)量好而發(fā)展較快，但其耗能高于磨石磨木漿50%以上，是正在研究改進的主要問題。

主要磨解設(shè)備與磨石磨木漿相同，但其磨解區(qū)與磨料槽能處于封閉狀態(tài)使磨解區(qū)帶壓，因而具有比磨石磨木漿較高的磨解溫度。這種漿料具有接近熱磨機械漿的較高物理強度，而能耗則與磨石磨木漿接近。但由于磨木機的結(jié)構(gòu)復雜，所需投資高。

備料、磨漿和凈化是此法的重要工藝過程。機械漿在磨解成漿后，一般均含有未完全離解的纖維束、少量木材碎片以及砂塵等雜質(zhì)，一般需經(jīng)過篩選、沉淀和水力旋流器等加以凈化。分離出的粗纖維或碎片可以進入磨解設(shè)備進行再磨解。機械漿的白度一般均低于60%，為了配抄白度要求較高的紙張，也可以進行漂白。由于機械漿含木素很高，漂白劑一般使用價格較貴的過氧化氫(雙氧水)和連二亞硫酸鈉(保險粉)。經(jīng)過兩段漂白可以獲得白度達80%左右的漂白機械漿。

單純利用機械磨解作用，將纖維原料(主要是木材)制成紙漿的方法。其產(chǎn) 品統(tǒng)稱為機械漿。

機械法制漿主要利用機械的旋轉(zhuǎn)摩擦工作面對纖維原料的摩擦撕裂作用，以及由于摩擦所產(chǎn)生的熱量對原料胞間層木素的加熱軟化塑化作用，將原料磨解撕裂分離為單根纖維。機械法制漿幾乎不溶出原料中的木素,故制漿得率很高,一般在95%左右，加以不消耗化學藥劑，因而是生產(chǎn)成本最低廉的一種制漿方法。但由于生產(chǎn)過程中纖維受到的摩擦撕裂作用的損傷較大，機械漿的物理強度低于其他漿種，漿中保留了大量木素，因而比較難于漂白并易在光、熱作用下變黃及發(fā)脆。

1840年德國人F.G.凱勒獲得了一項磨木機的專利。1843年開始發(fā)展磨石磨木機工藝，這是最早的機械法制漿，所用摩擦工作面為粗糙的磨石，原料主要為木段。1932年開始利用盤磨機制造機械漿，稱為盤磨機械漿 (RMP)。盤磨機的摩擦工作面由磨石改為金屬磨盤，原料也可以不限于木段;而可以用木片或其他料片。在生產(chǎn)實踐中，人們逐步認識到機械漿的質(zhì)量在很大程度上決定于磨解工具的表面性狀和研磨區(qū)間的溫度，除了不斷改進磨石或磨盤的材質(zhì)及其表面處理加工方法外，為了提高研磨區(qū)間的溫度，對盤磨機械漿的木片采取汽蒸預熱，從而于1958年在瑞典開發(fā)了第一套熱磨機械漿(TMP)裝置，其漿物理強度比RMP有較大提高。芬蘭研究了將普通磨石磨木機封閉加壓以提高研磨區(qū)間的溫度，于1979年建立第一套壓力磨石磨木漿(PSG)生產(chǎn)裝置,使磨石磨木漿的物理強度也得到較大改善。這些方法各具優(yōu)缺點，不同企業(yè)多根據(jù)其具體條件分別選用，其中發(fā)展較快的為熱磨機械漿裝置。1987年世界機械漿的產(chǎn)量約占總漿產(chǎn)量的21%。

采用化學預處理和機械磨解后處理的制漿方法。先用藥劑進行輕度預處理(浸漬或蒸煮)，除去木片中部分半纖維素，木素較少溶出或基本未溶出，但軟化了胞間層。再經(jīng)盤磨機進行后處理，磨解軟化后的木片(或草片),使纖維分離成紙漿，簡稱化機漿(CMP)?；瘜W機械法制漿與機械法制漿不同之處為有化學軟化預處理階段,與化學法制漿不同之處為化學處理過程比較溫和,如浸漬或蒸煮時間短，溫度較低，藥品用量少等，但需經(jīng)磨解方能成漿。

化學機械法制漿可以較好地利用闊葉木等作原料，且其制漿得率比化學法制漿高。為了節(jié)約與開拓原料資源，并適應(yīng)紙板生產(chǎn)高速發(fā)展的需要，這種制漿方法在近30年來，發(fā)展較快。以木材為原料的化機漿對原料的得率為65~94%。其中得率在65~84%之間的，也常稱為半化學漿。

沿革1874年，德國化學家A.密切利希建議先將木片用亞硫酸或亞硫酸氫鹽處理后磨解成漿。1921年美國林產(chǎn)實驗室工作人員發(fā)現(xiàn)在制漿用的亞硫酸鈉溶液中加入少量的燒堿或碳酸鈉調(diào)節(jié)pH值有利于防止設(shè)備腐蝕，同時也發(fā)現(xiàn)，只要紙漿的得率在60~70%時，用機械法分離纖維，即可制成紙漿?；诖?，美國于1925年建立了第一個以中性亞硫酸鈉藥液(Na2SO3+Na2CO3)進行蒸煮化學預處理，再磨解成漿的化學機械法紙漿廠。高爾達造紙公司則于1955年用燒堿(NaOH)溶液在常壓下預浸木片的化學預處理后，磨解成漿，稱為冷堿法制漿。其后又出現(xiàn)了許多不同類型的化學預處理和磨解方式組合而成的化學機械制漿方法。

制漿工藝化學預處理及機械磨漿是化學機械法制漿的兩個最基本的工藝過程?；瘜W預處理有常壓預浸、加壓預浸、加溫加壓預蒸煮等多種方式，并可采用燒堿、亞硫酸鈉、碳酸鈉、亞硫酸銨和綠液等各種不同的化學藥劑。磨漿也可采用常壓或加壓磨，以及單段磨或雙段磨等不同方式。使用不同的化學預處理方法以及不同的磨漿方式，可以組成多種不同的工藝流程，其中比較重要的有:化學熱磨機械法流程(圖1),所制得的紙漿稱為化學熱磨機械漿(CTMP);中性亞硫酸鹽半化學法流程，所制得的紙漿稱為中性亞硫酸鹽半化學漿(NSSC);冷堿法流程，所制紙漿稱為冷堿法化機漿?；瘜W機械法制漿最主要的設(shè)備是盤磨機(圖2)。纖維原料由喂料器輸入盤磨機的進料口，通過高速旋轉(zhuǎn)的齒盤，磨解成漿后，經(jīng)離心力作用由漿料出口輸出。根據(jù)需要也可采用過氧化氫、連二亞硫酸鈉和次氯酸鹽等漂白劑對化機漿進行漂白。

化機漿的性質(zhì)和用途化學機械法制漿的化學預處理比化學法制漿的蒸煮過程溫和得多，對原料的脫木素作用較小，對纖維素的破壞也少，僅分子量較低的半纖維素溶出較多,因此,所制得的化機漿一般含有較高的木質(zhì)素和纖維素組分，較低的半纖維素組分。這種紙漿的物理強度介于化學漿與機械漿之間，能使成紙具有十分良好的挺度，其漂白、水化和濾水性能比較接近于機械漿。但不同品種的化機漿的得率差別較大，低的為65%，高的可達94%，因而其化學組分仍存在不小差異。一般得率較低的本色化機漿的物理強度較高，多用于生產(chǎn)包裝紙板及瓦楞原紙等;其漂白漿多用于生產(chǎn)中檔印刷紙類。得率較高而色澤較淺或經(jīng)過適當漂白的化機漿則多用于生產(chǎn)新聞紙、中低檔印刷紙或配用于涂布加工原紙。在各種化機漿中，以闊葉木中性亞硫酸鈉法半化學漿的產(chǎn)量最大，主要用于紙板生產(chǎn)。

參考書目

天津輕工業(yè)學院等合編:《制漿造紙工藝學》，第一版，輕工業(yè)出版社，北京，1980。