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干法造紙技術的發展和應用

作者:    時間:2019-06-28    來源:

 干法造紙技術的發展和應用

張錦陽 史可積 任西茜

( 中國輕工總會成都設計院, 四川, 610015)

 介紹了干法成形技術的發展歷史和當代干法成形技術的原料、流程、設備以及干法成形紙的應用; 對國際上3 種典型的干法成形技術進行了比較。指出了干法成形紙在我國國民經濟中的地位和作用。

關鍵詞   干法成形紙  工藝與設備  發展與應用

干法造紙在歐洲和日本被稱為air-laid paper在美國則稱之為 dryformed paper即我們常說的無塵紙(嚴格意義上講指以100%絨毛漿生產的干法紙)。由于使用原料的不同,也可稱為干法成形紙布或無紡布。與傳統的造紙工藝不同之處: 其一制造過程用空氣代替水作為分散、輸送纖維的介質在成形時不是脫水而是抽吸空氣使纖維在成形網上形成紙幅; 其二, 纖維之間的結合不是靠氫鍵結合,而是靠高分子粘合劑或熱熔性纖維本身加熱、熔融結合。因此干法造紙不會對水源造成污染這也是干法造紙近幾十年得到迅速發展的重要原因。干法成形紙除了有傳統濕法造紙的特性外其最大的特點是對原料有較強的適應性和更易實現紙的多功能性。可利用各種纖維和原料如絨毛漿、化學短纖維( 如聚乙烯、聚酯)、超吸收樹脂纖維( SAP)、各種功能的化學藥品以及人造或化學織物等, 抄造超柔軟、超硬、超厚、超重、超高低溫、超吸濕性、超透氣性、無方向性、無塵及無靜電的紙張和紙板。30年代, DimtrierBonderenk首先利用人造纖維和空氣, 發明了干法成形技術, 并取得專利。50年代初, Clark也發展了所謂纖維干法抄紙, 并經不斷改良, 相繼有不同的產品問世, 并奠定了其所屬的美國Scott Paper Inc.的干法紙在世界擦拭紙市場的牢固地位。60年代中期, Karl Kroyer最先利用木漿為原料,設計了一種干法成形技術經丹麥Moller &Jochunsen ( M & J) 公司即現在的Niro Sepration Fibretech公司研究改進 1979 年取得美國專利其成形技術為垂直軸心多旋轉頭箱平網成形法Kroyer System使之成為當今世界干法成形技術最先進、最流行的抄紙機全球共安裝了十幾臺。60 年代初日本本州制紙公司開始研究干法成形技術經過近20年的努力和完善開發出了一套以木漿和合成纖維為原料的特有的干法成形長網和圓網造紙機即所謂的Honshu Processo使其確立了在世界特種紙領域的地位。1987 年丹麥的Dan-Web International A/s 公司開發出了以水平圓網成形技術為核心的抄紙法, Dan-WebAir Forming System取得美國專利目前在丹麥、日本和美國有4 家工廠采用這種方法生產。

芬蘭聯合紙業公司(UPM)是世界上最大的干法紙制造商。該公司與Dan-Web公司合作, 19852, 在芬蘭的Kotka造紙廠建成了世界上第一條現代干法成形紙生產線產量為2500~ 3000 t/ a。隨后于80年代末90年代初先后在德國和美國共建了3條生產線其產量分別為 5000 t/ a10000 t/ a25000 t/ a1991芬蘭的Rauma-Repola公司與丹麥Dan-Web 公司合作建成了世界第一條以絨毛漿和化學短纖維為原料的干法造紙生產線生產能力為7000 t/ a。加拿大第一臺干法紙機于19899月在加拿大的不列顛哥倫比亞省的Merfin衛生用品股份有限公司投產該生產線以絨毛漿為原料、采用丹麥 M& J 公司的設備生產原紙年產量為9000t198910我國臺灣省興利紙業公司從丹麥M & J公司引進了一條年產7000 t的干法造紙生產線, 以絨毛漿為原料生產用于醫療和衛生用品的干法成形紙并首次以中文將其命名為無塵紙。我國大陸地區僅有一條干法造紙生產線安裝在寧夏吳忠瑞特紙業有限公司。該生產線是從瑞典引進的丹麥M & J公司制造的二手機已于1996 6月底正式投產年產4500 t。該生產線以絨毛漿為原料生產系列生活用紙、醫院用紙和工業擦拭紙。目前全球無塵紙的產量約20t其中50%市場在歐洲28%市場在美國東部14%在遠東。我國在干法成形紙的開發、生產和應用方面剛剛起步。在造紙行業九五計劃和2010年規劃的發展重點和主要措施中”,特別提到努力開發干法系列紙。總之隨著現代干法成形技術、化工化纖和絨毛漿技術的日趨完善隨著全球環保意識的增強以及物質生活水平的提高干法造紙1現代干法成形技術

111 工藝流程及簡介

11111 工藝流程 ( 見圖 1)

11112 流程簡介

 

 

  

1.1.2.1膠粘型干法成形紙——無塵紙的生產

該生產流程一般采用100%絨毛漿為原料以水溶性乳膠作為膠粘劑。一般用2臺纖維粉碎機和1臺高吸水樹脂( SAP)開包計量輸送系統為1個成形頭箱供料。每臺纖維粉碎機配有2個退漿板架。同1種或2種卷筒絨毛漿由退紙架經喂料輥進入錘式纖維粉碎機。漿板經1個帶有若干個錐型粉碎錘的轉子與靜止的底刀之間的機械作用被粉碎成纖維團并通過包圍著轉子的篩板孔被篩出由風機風送至成形頭箱中。纖維團的大小和質量可通過調節微調螺絲調整錘尖與底刀之間的距離來控制。漿板的喂料速度可根據產量由交流變頻電機控制。粉碎機的負荷用能量測量器直接顯示。根據成紙的用途每個成形頭箱前可另配一套SAP 纖維喂料計量輸送系統與篩后的纖維團匯合風送入成形頭箱。在成形頭箱內裝有密集攪拌葉片纖維團被進一步的機械作用分離成單根纖維通過篩網均勻地篩撒到成形網上沒有分散的纖維碎片則回到粉碎機重新粉碎。成形網下的真空抽氣裝置將纖維吸附到成形網上。抽氣風機恒定地抽吸空氣纖維和纖維碎屑被空氣過濾器分開并可重新循環至成形頭箱纖維碎屑可收集用于它處 ( 如作為衛生巾原料) 。吸氣箱的氣流調節器用于調節真空度。為便于產品定量調節抽氣風機常為變頻調速。產品的定量在恒定的粉碎木漿和SAP計量時與成形網的移動速度成反比。紙幅剛成形時強度很低密度稀通過熱壓輥壓緊后纖維間交織點數量增加強度初步形成便于傳遞另外可初步調整紙幅厚度。熱壓輥的溫度和壓力根據產品需要可進行調整。壓緊后的紙幅經真空吸移系統進入紙幅壓花系統。壓花系統的目的一是使紙幅被壓成各種有布織感的花紋如網紋、斜紋或菱花形花紋, 二是進一步壓緊紙幅并調節紙幅的緊度和定量。壓花網輥用油加熱, 其溫度和壓力可調節。壓花后的紙幅通過第一道噴膠倉1根多孔噴霧管將水溶性的乳膠噴向紙幅噴膠的多少和乳膠的種類取決于產品的用途及生產的經濟性。在噴霧管下是1個真空抽吸裝置用來抽吸膠乳并使之通過紙頁的芯層。噴膠后的紙幅接著經空氣吹至傳遞輥進入熱風干燥爐進行干燥。正面噴膠干燥后的紙幅接著在反面再次進行噴膠干燥然后經真空傳遞輥進入第三段干燥熟化爐紙幅經短時高熱處理后在紙頁中產生化學結合從而定形成紙頁再經調整、復卷、分切, 從而完成整個抄造過程。

1.1.2.2 熱粘型干法成形紙的生產

該生產流程一般采用80%左右的絨毛漿與20%左右的雙組份熱熔性化學短纖維(PEPETPP)為原料生產以熱熔纖維本身在加熱過程中產生的表面熔化和流動形成與木漿之間的熱粘合點, 從而粘合成紙。該生產過程中, 絨毛漿纖維系統與無塵紙流程基本一致只是每個成形頭箱前增加了一套雙組份熱熔纖維開包、計量、輸送系統。風機將粉碎后的木漿和雙組份纖維送入相應的成形頭箱中。成形上網后的紙幅經三道壓緊(第一道在網上由成形頭箱的密封輥完成第二道由位于成形網上的壓緊裝置完成第三道由在熱風粘合之前紙幅被真空傳遞裝置內的壓緊裝置完成) 同時完成壓花。壓緊壓花后的紙幅進入熱風干燥箱, 熱熔纖維被加熱到雙組份纖維包覆層熔點溫度, 135 。到達這一溫度, 纖維表層物質開始流動, 在熱熔纖維和絨毛漿纖維之間形成熱粘合點從而形成紙頁。熱粘后的紙幅經壓光、壓花、冷卻飽和濕空氣冷卻、表面處理最終壓光、分切、卷取成紙。壓光的主要目的是使產品表層光潔。表面處理的目的是在產品的頂部和底部涂一層薄膜多孔材料用以防止起毛和超吸收樹脂顆粒的脫落。最終壓光是控制產品的最終定量。

1.2 現代干法成形紙裝備特點及適應性

現分別將世界上有代表性的3種干法造紙工藝裝備分別介紹如下。

1.2.1錘式纖維粉碎機

丹麥的M& J公司與Dan-Web公司的錘式粉碎機(Hammer Mill)可稱一類其共同特點是:1能實現同時以任何比例粉碎2種不同的漿板既可手動又可自動換輥并接漿板; 漿板喂料輥由交流變頻電機控制;2都采用錐形錘式破碎轉子借助微米螺旋可調節破碎轉子與底刀之間的間距其負荷可直接顯示;3都有漿料填塞控制系統;4都可實現碎片漿即循環漿料(來自成形頭箱未過篩的纖維碎片)的再粉碎。M & JDan-Web之不同在于成形頭箱中篩渣回流漿系統及停留的時間有所不同造成靜電及小白點( Nits)的程度不同。Honshu公司的漿板粉碎是采用叫Breaker破碎機先將漿板破碎成郵票大小的碎片然后經安裝在圓形頭箱內的一個纖維粉碎機即高速轉子將碎片分散成單根纖維。在漿料粉碎與計量系統流程上, M & J公司及Dan-Web公司的最大不同在于在生產熱粘型產品時其熱熔纖維與紙漿是在破碎機中混合而不是在破碎機后的管道中混合。

1.2.2 成形頭箱

1.2.2.1 丹麥Kroyer System 的成形頭箱示意圖見圖 2。含纖維團的氣流經進氣口被引入兩組同向旋轉的攪拌分散器中間以使大部分纖維團分散成單根纖維被分散的單根纖維在成形網下真空抽吸的作用下通過圓孔平板振動篩吸附到成形網上。未被分散的漿碎片由于兩組同向旋轉的攪拌分散器的作用被集中在成形箱殼體邊緣借助真空吸管回到粉碎機進行再粉碎。筆者認為在該系統中分散的纖維與未分散的漿碎片流向順互不干擾停留時間短不因相互摩擦產生靜電而影響成紙質量這對生產膠粘型產品尤為重要。這就是該系統在生產膠粘型產品上被廣為推崇的原因。

1.2.2.2 丹麥 Dan-Web Air Forming System的成形頭箱示意圖如圖3所示。經粉碎后的纖維團氣流被引入2個帶橢圓形篩孔的轉鼓中。在轉鼓的下部有數根釘輥與轉鼓的轉動方向相反。纖維團在釘輥的攪拌作用下被分散成單根在不斷地旋轉中纖維通過轉鼓孔眼在成形網下真空箱抽吸作用下篩撒到成形網上。未分散的漿碎片則匯集成形箱側借助于真空抽吸管回到粉碎機進行再碎。筆者認為該系統分散的纖維與未分散的漿碎片流向上不順相互有干擾可能產生靜電使纖維成團從而影響成紙質量。這對生產膠粘型產品不利但其獨特的成形頭箱設計有利于添加較長熱熔性纖維的熱粘型產品的生產。

1.2.2.3 日本Honshu Process成形頭箱如流程圖所示(見圖4、圖5) 。經粉碎后的漿碎片被引入成形頭箱中1個靜止的圓筒型篩鼓中,在篩鼓中高速轉子的機械作用下漿碎片被分散成單根纖維單根纖維通過篩孔被篩出。篩出的纖維在新引入的氣流的作用下把篩出的纖維吹撒到成形網上從而完成上網過程。這一流程對成紙勻度仍有影響同時纖維在成形箱中走向不順并且停留時間比較長。

 

1.2.3壓緊、壓花及干燥系統

1.2.3.1 M & J公司只有一道壓緊裝置Dan-Web公司則設有三道壓緊裝置。M& J公司強調噴膠前壓花Dan-Web公司更強調噴膠后壓花。兩者在干燥系統設計中幾乎相同。

1.2.3.2 關于Honshu公司的設計相比之下較為簡單。從流程配備和成形頭箱結構上M & J公司和Dan-Web公司的干法造紙機有比日本Honshu 公司產品對原料和產品更強的適應性都同時可在同一條生產線上完成膠粘型和熱粘型兩大類產品的生產。相比之下M & J 公司在成形頭箱設計上更有優越性。

1.3 主要原材料

1.3.1 膠粘型干法成形紙 ( 100% 絨毛漿+ 水溶性膠乳生產無塵紙)實驗與生產實踐表明, 最佳的絨毛漿是北歐的針葉木漂白硫酸鹽或亞硫酸鹽絨毛漿, 漿質松軟, 容易分離, 其中尤以亞硫酸鹽絨毛漿為最佳, 其最適于生產生活及醫療用紙張。而美國的南方松漂白硫酸鹽絨毛漿在產品要求較好的吸收性與紙頁強度時也是有競爭力的原料, 特別適用于生產含高吸收樹脂的薄型且緊密的產品。BCT MP 絨毛漿可用于生產擦拭紙, 但纖維短, 容易過網, 而改變網目后, 紙機產量又會降低。

1.3.2 水溶性乳膠

目前僅有德國、日本、丹麥及臺灣在生產無塵紙專用乳膠, 其主要成分為乙烯) 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) 。其中以臺灣產的 ACR 為最好, 無味無臭無甲醛,完全符合衛生標準, 特別適于生活用紙。

1.3.3 熱熔性纖維

主要使用的是聚乙烯( PE) 和聚酯( PET )以及聚丙烯( PP) 熱熔性纖維, 主要用于生產工業及醫療領域的熱粘型干法成形產品。

1.3.4 燃料

主要用于紙頁的熱風穿透干燥和熟化。在制造膠粘型無塵紙時溫度 一般在180 ~200 e ; 而生產熱粘型紙張時溫度在135 ~150 e左右因此可用天然氣、煤、重油作燃料。

2 干法成形紙的應用

干法成形紙因其具有吸收能力強(如膠粘型產品能吸收自身重量8~ 10倍的水)透氣性高柔軟性好濕強度高無靜電( 膠粘型產品) 無掉毛掉粉可壓花、染色或印刷可層壓或復合可添加多種纖維或粉末物質, 而實現紙的功能化。因此已在日常生活、醫療、裝飾及服飾、汽車等方面獲得了廣泛的應用。日常生活領域: 干濕紙巾、餐巾、清潔用布、桌布、卸妝用紙、廚房擦拭用紙、嬰兒尿布、失襟墊、超薄型衛生巾以及衛生棉、紙尿褲等;醫療衛生領域: 手術服、面罩、一次性手術床單、敷裹與包扎材料、吸濕紗巾、醫護棉等;裝飾及服飾領域: 襯料、鞋襯、合成革基布、服裝的絮料和填料、墻布、裝潢布、臺布、地毯襯布、墊褥套面布等;汽車工業領域及其它方面: 絕緣材料、涂層基布、車內壁面料 ( 代替毛毯作絕熱防潮用) ; 工業擦拭布、吸油吸墨和吸音材料、過濾材料(氣體、空氣、液體)、包裝材料(水果或易損物) 、電纜絕緣材料、禾苗生長基墊(含化肥, 用于工廠育苗)、干燥材料 (含硅膠) 等。

3 發展干法成形紙作用和意義

用無塵紙生產的系列生活用紙在歐洲和北美等地區由于人民的環境保護意識的提高和對健康的重視正普遍被人們所接受。因此80%以上的消費量主要在這些地區并以每年15%的速度增長。另一個原因是由于干法無塵紙生產比濕法造紙更容易加入合成纖維和添加劑(如去污劑、超吸收劑( SAP)、滑石粉、除臭劑等) 其成品抗靜電可加熱、消毒、復合和印染實現紙的特種功能用途因此應用范圍已涉及到各方面。據了解寧夏吳忠瑞特紙業有限公司的無塵紙原紙已在北京、上海、西安、寧波開始加工生產系列無塵紙產品并已開始為人們所接受。目前國內各大航空公司采用的消毒濕巾紙以及超薄型衛生用品的原紙主要是依賴進口。

由于現代的無塵紙技術和設備在 80 年代后期剛剛成熟起來因此發展我國自己的干法造紙技術具有非常重要的意義1使我國輕工業裝備行業有機會了解和跟蹤世界最先進的技術提高自我開發能力和研究能力發展我國自己的無塵紙生產設備。2有利于促進我國絨毛漿生產和技術及相關化工原料工業的發展和提高。我國目前近 700 條衛生巾和嬰兒尿布生產線所用的絨毛漿絕大部分為進口絨毛漿,每年進口量約10~ 12t。同時與無塵紙生產有關的功能性化工 原料如超吸收劑( SAP) 、膠粘劑、抗靜電劑等也處于發展初期或是空白。能有效的占領國內無塵紙市場的份額避免拱手讓于外國公司同時能提高衛生產品的檔次和競爭能力改善我國衛生產品方面高進、低出的局面, 有出口創匯的潛力。符合國家對新的輕工基建項目的環保政策即九五期間造紙行業的環保目標是增產不增污。有利于我國造紙行業產業結構調整和吸引外資實現本行業發展的市場化、國際化的戰略目標。

致謝: 本文承蒙潘登灶教授審閱。潘先生原在臺灣省林業試驗所木材纖維系任職, 現供職于蘇州工業園區亞太紙品有限公司 ( APRIL) , 任技術部經理。

1 潘登灶, 王益真. 干式抄紙之研究 ( ) 單張試紙抄制.臺灣林業試驗所研究報告季刊, 1992, 7 ( 1) : 93~ 99

2 潘登灶, 王益真. 干式抄紙之研究 ( ) 假革紙板之研制. 臺灣林業試驗所研究報告季刊, 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 , 朱金林譯. 加拿大第一臺干法紙機, 國外造紙, 1991, 10 ( 5) : 49~ 50 

5 丹麥 Niro 公司、Dan- Web 公司及德國 Fleissner 公司的有關技術資料

消息

中國非木材纖維制漿造紙研討會在京召開

由世界銀行、國家輕工業局、芬蘭貿工部和中國造紙協會主辦的 / 中國非木材纖維制漿造紙研討會于1999415日至16日在北京舉行。來自世界銀行、芬蘭、印度及國內的50多名專家參加了研討會。

 與會代表就目前中國造紙工業的現狀、存在的問題進行了較為透徹的分析, 就非木材纖維制漿造紙的發展及必須解決的問題, 如原料收集、污染嚴重、規模不經濟等, 提出了許多有益的建議。此外許多代表認為必須重視與非木材纖維制漿造紙規模生產配套的國產設備的開發以降低投資成本。

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