打浆工艺中影响因素及其分析

不同的打浆方式，需采用不同的打浆工艺条件。影响打浆的因素很多，如打浆比压、刀间距、打浆时间、浆料浓度、浆料性质、刀的特性、打浆温度、纸料pH及添加物等。这些因素之间存在一定的规律和协同作用，并综合影响打浆的质量、效率和电耗。

单位打浆面积上所受到的压力，称为打浆比压。其公式如下：

式中 p——打浆比压，Pa

F——盘磨磨区间或打浆机飞刀与底刀间的压力，N

A——盘磨磨区或打浆机飞刀与底刀接触面积，m²

打浆比压是决定打浆效率的主要因素，准确的打浆比压是保证打浆质量、缩短打浆时间、节约电耗的关键。增加比压有利于纤维横向切断，打浆速度加快，纤维不易得到充分的吸水润胀，容易在高比压下发生压溃，纤维的平均长度降低。所以打游离状浆应迅速缩小刀距，提高比压，在纤维尚未充分润胀之前，用较高的比压，快速地将纤维切断。反之打黏状浆，应逐步提高比压，以较为温和的方式打浆，使纤维得到充分的润胀和细纤维化，如表2-7所示。

表2-7 在不同比压下打浆对浆料质量的影响

续表

打浆的比压应根据原料的性质和纸种的要求确定，参见表2-8、表2-9。在一定范围内增加打浆比压，虽然动力消耗加大，但可以缩短打浆时间（间歇打浆），或增加打浆的通过量（连续打浆），从而增加产量，提高打浆效率，降低打浆的单位能耗。因此，生产中在保证产品质量的前提下，应让设备满负荷运行，以增加比压来满足打浆方式的要求，充分发挥设备的能力，达到低能耗。

表2-8 各种原料品种的打浆比压

表2-9 打浆比压与纸张种类的关系

续表

纸浆的打浆质量不仅受打浆方式、打浆程度（打浆度）的影响，还受到浆料浓度的影响。根据浆料的浓度，纤维打浆可分为低浓打浆、中浓打浆和高浓打浆。一般而言，纸浆打浆浓度在10%以下，称为低浓打浆，纸浆打浆浓度在10%～20%的称为中浓打浆，纸浆打浆浓度在20%以上，称为高浓打浆。

1. 低浓打浆

当浆料浓度在10%以下，适当提高打浆浓度，进入转盘与定盘之间（或飞刀与底刀之间）的浆料增多，每根纤维所分担的压力相应减少，从而减少了纤维的切断和压溃作用，能促进纤维之间的挤压与揉搓作用，有利于纤维的分散、润胀和细纤维化。所以打浆浓度为6%～8%，适宜于打黏状浆。反之，打浆浓度为3%～5%，有利于纤维切断，适合于打游离状浆。

低浓打浆的机理：低浓打浆时刀片与纤维直接作用，由于纤维之间有大量水分，使纤维相互的距离增大，并起着润滑剂的作用，致使纤维间的摩擦和挤压作用很小，低浓打浆主要靠刀片直接对纤维进行冲击、剪切、压溃等作用。因此低浓打浆要求刀片间的间隙必须保持在单根纤维厚度左右，才能使纤维受到强烈的作用。但是由于打浆设备加工和安装的因素，或刀片在使用过程中所发生的不均匀，都会使刀片间的间隙不可能完全一致。在间隙太小处，纤维将受到强烈的压溃和切断。在间隙过大处，纤维又受不到必要的打浆处理。因此低浓打浆的均匀性比较差，并产生较多的切断，容易产生较多的细小纤维碎片，纤维长度下降。

在低浓范围内，提高打浆浓度，可以提高产浆量，降低每吨浆的动力消耗，从而降低生产成本。但是，提高打浆浓度往往受到打浆设备、浆泵和进浆装置的限制，提高浓度较困难，一般磨浆机打浆浓度为3%～4%，而高速磨浆机，浓度可达5%～6%。

2. 中浓打浆

中浓打浆（10%～20%），其打浆的原理与低浓打浆存在着显著地不同。中浓打浆时，盘磨的间隙易较大，较小则不易提高打浆的通量，因此靠刀片直接对纤维进行冲击、剪切、压溃等作用低，而占主导作用的主要是纤维与刀片之间的挤压，纤维与纤维之间的相互摩擦、揉搓、扭曲等作用，使纤维分丝帚化和细纤维化，并伴随少量纤维的切断。同时，中浓打浆时，由于水分子少，纤维摩擦强烈，容易产生大量的摩擦热，使纤维软化，有利于浆料的离解和细纤维化，减少了细小纤维产生的概率，保证了纤维平均长度。

华南理工大学研发了高效节能的中浓打浆技术及其装备，以代替传统的高能耗、低效率的低浓打浆工艺，达到大幅度降低电耗、水耗和提高纸张物理强度，从而降低纸的生产成本和提高纸产品的市场竞争力。研究了中浓打浆技术原理，提出了“内摩擦效应”打浆新理论。指出低浓打浆（3%～4%浓度）主要依靠磨片齿纹对纸浆纤维的直接作用来打浆；而中浓打浆（6%～12%浓度）主要是由纸浆纤维之间的内摩擦作用使纤维得到均匀而良好的分丝帚化，同时较好地保留了纤维的长度。这种中浓打浆效果称为中浓打浆的“内摩擦效应”。并研究成功适用于中浓磨浆区调节的液压系统；中浓浆塔并利用浆塔的高浆位和磨片产生的吸力，实现了自吸进浆；研发了6个型号规格的中浓液压盘磨机和4个中浓打浆系统以及50多种中浓磨片，广泛适用于我国大中小型造纸企业使用，取得了良好的经济效益和社会效益。

（1）未漂针叶木（马尾松）硫酸盐浆中浓打浆案例介绍

生产中使用的长纤维浆种主要为漂白针叶木浆和本色针叶木浆。针叶木浆特别是厚壁长纤维本色浆种，采用低浓预处理+中浓打浆的工艺方式是比较适宜的，该工艺流程为：长纤维浆→预处理段→浓缩工段→中浓打浆工段→配抄工段。

表2-10 两种打浆工艺处理马尾松本色浆生产牛皮箱纸板性能的比较

注：马尾松本色浆牛皮箱纸板中的面浆部分，底浆、芯浆为中浓打浆处理。

表2-11 两种打浆工艺处理马尾松本色浆生产纸袋纸性能的比较

表2-10、表2-11为华南理工大学所做的马尾松本色KP浆低浓预处理/中浓打浆与低浓打浆对比实验结果。低浓预处理主要是在较低的浓度下对针叶木浆进行适当的切断，这个处理段生产上以采用下重刀、大通过量为宜，主要目的是对过长的纤维进行匀整，然后在此基础上对浆料增浓后进行中浓打浆，中浓打浆段主要靠纤维之间的“摩擦形变效应”来提高纤维表面的分丝、起毛和帚化能力。结果显示，对于马尾松未漂硫酸盐浆来说，对抄造牛皮箱纸板的面浆（马尾松本色浆）进行低浓预处理/中浓打浆处理后，生产的纸张比传统低浓打浆生产的纸张具有更高的紧度和更好的强度指标；对于抄造纸袋纸成纸的撕裂指数、抗张能量吸收等，均产生很大提升作用。

（2）阔叶木硫酸盐浆中浓打浆的案例介绍

表2-12和表2-13为阔叶木硫酸盐浆中浓打浆与低浓打浆的打浆效果对比实验结果。表2-12和表2-13可见，阔叶木商品浆的中浓打浆与低浓打浆相比，在打浆至相近的打浆度时，中浓打浆成浆湿重较大，这说明短纤维阔叶木浆自身长度保留较好，纤维的固有强度损失较少。

表2-12 阔叶木商品浆中、低浓打浆后浆料的筛分分析

表2-13 阔叶木商品浆中、低浓打浆抄造纸页性能和磨浆能耗的比较

与低浓打浆相比，虽然中浓打浆的打浆度值稍低，但抄造出来的纸张强度指标仍有较大幅度的提高，对于阔叶木商品浆的统计来说，纸张强度指标如裂断长、撕裂指数提高范围为16%～53%。纸张强度指标的提高，一方面说明了纤维表面结合能力大大改善，另一方面也说明纤维的固有强度保留较好。对于阔叶木浆种而言，这两方面性能的提高无疑可以提高该浆种的使用范围和使用品质，因而使得部分或完全取代针叶木浆抄造高档纸种成为可能。此外，从尘埃度的变化也不难推断，中浓打浆对纤维束有很强的疏解能力，这也有利于改善纸张的匀度；另外，从打浆能耗来看，中浓打浆比低浓打浆能耗降低36%左右，具有显著的节能优势。

此外，中浓打浆在提高成纸强度，从而实现阔叶木浆替代针叶木浆有很大的促进作用。与低浓打浆相比，在成浆打浆度相同，针、阔叶木纤维配比由5∶1降至1∶1的情况下，中浓打浆抄造的防黏原纸的强度指标仍有一定提高，如纸张裂断长由低浓打浆时的4.35km提高到4.78km，撕裂指数从6.05 mN·m²/g提高到6.98 mN·m²/g，这种纤维配比的改变可以大大降低造纸企业的生产成本，对提高造纸企业的市场竞争力很有裨益。

图2-8 阔叶木浆低浓打浆纤维形态

注：纤维初生壁未完全破除，纤维轻微撕裂。

图2-9 阔叶木浆中浓打浆纤维形态

注：细纤维化现象显著，结合面积大。

另外，由中、低浓打浆成浆的纤维扫描电镜观察图2-8、图2-9可见，较之于低浓打浆，中浓打浆成浆表面起毛、分丝现象显著，纤维的次生壁侧缘爆裂，次生壁纤维溢出成须状，这种现象称之为“溢出效应”。溢出效应产生的原因与不同的打浆方式有关。中浓打浆（8%～10%）时的浆料可视为一种拟塑性流态的强度较大的网络体，在中浓打浆过程中，就单根纤维而言，在其纵向纤维长度上有多处纤维交叠现象；另一方面，纤维在齿间所受剪切力不是线压力而是面压力，在高转速中浓打浆时，纤维所受的周期性剪切应力近似可看作是一种瞬间周期性的面压力，由于该力的作用时间极短，切在单根纤维纵向长度上由于纤维相互交织而形成多个块区，则造成在若干块区中纤维细胞腔瞬时受力，而该力由于纤维交织而无法及时传递给整根纤维，使得纤维侧缘即纤维在动定盘间隙处爆裂，次生璧纤维离解挤出而成须状排列，即产生“溢出效应”。低浓打浆时极少发生这种现象，在较高浓度下打浆时，该现象则占有较大比例，且随浆浓的增加而增加。可以预见，中浓打浆具有优越的增加游离羟基的能力，从而可赋予纸页较好裂断长、撕裂度等物理强度指标。

（3）二次纤维的中浓打浆案例介绍

当废纸回收利用时，碎解使得许多纤维的外围细小纤维损失掉，纤维变得光滑僵硬；另外，由于纸页在干燥过程中细胞壁内的水分逐渐脱除而引起树脂外移到纤维表面，这种作用使得二次纤维的吸水润胀能力大大降低；另外，在纸页在干燥过程中，纤维细胞腔被封闭使得纤维呈现出一种所谓的“硬壳现象”。这种现象的发生使得回用纤维较之于原生纤维无论是外部结构还是内部结构都产生了不利于抄造的种种现象，这样的纤维如果不进行适宜的处理就直接用于抄造则会造成成纸疏松、粗糙、纸页强度较差。因此，华南理工大学对废纸采用中浓磨浆技术，强化中浓打浆过程中的“内摩擦效应”及“溢出效应”，使得纤维主要在这两种作用下，从外部剥除二次纤维表面的角质层，使纤维表面分丝、帚化，从而激活纤维游离出更多的羟基；从内部改善细胞腔封闭现象，增加纤维润胀能力，两者结合使得二次纤维结合能力得到再生。

废纸浆的低浓磨浆和中浓磨浆参数比较，如表2-14所示，中浓打浆较之于低浓打浆能在较低的打浆度值、较高的湿重下抄造出高强牛皮箱纸板，同时纤维湿重有了很大程度上的增加，提高了成纸的物理强度性能。表2-15为废纸浆中、低浓打浆的效果比较。可以看出，采用中浓打浆处理废纸浆，与传统的低浓打浆相比，成纸物理强度指标提高 15%～35%，打浆能耗节省30%～50%，纤维长度保留较好且能减少网部纤维流失、提高抄纸车速。

表2-14 中浓打浆与低浓打浆参数比较

表2-15 废纸浆中、低浓打浆效果的比较

注：表中数字为一段时间内的生产统计数据。

3. 高浓打浆

高浓打浆不仅能保留纤维长度，并能有效、充分、均匀地进行打浆，能赋予纸张优良的特性，如有较高的撕裂度、伸长率和耐破度等。所制成的浆料，纤维切断少，纤维束少，滤水性能较好。高浓打浆适用于处理马尾松、落叶松等厚壁纤维和短纤维的阔叶木浆及草浆，为利用短纤维浆料、增加生产的纸种、提高质量、生产高强度的纸张开辟了新的途径。

（1）高浓打浆原理

低浓打浆时，刀片与纤维直接作用。而高浓打浆时，靠纤维之间的相互摩擦作用进行打浆，这是高浓与低浓打浆的主要区别。低浓打浆时，由于纤维之间有大量的水分，使纤维相互的距离增大，并起着润滑剂的作用，致使纤维间的摩擦和挤压作用很少，不足以影响纤维的性质，所以低浓打浆主要靠刀片直接对纤维进行冲击、剪切、压溃和摩擦，因此，低浓打浆要求刀片间的缝隙必须保持单根纤维厚度左右。才能使纤维受到强烈的作用。但是由于打浆设备加工和安装的原因，或刀片在使用过程中所发生的不均匀磨损，都会使刀片间的间隙不可能完全一致，在间隙太小处，纤维将受到强烈的压溃和切断。在间隙过大处，纤维又受不到必要的打浆处理。因此低浓打浆的均匀性比较差，并产生较多的切断。高浓打浆，由于浆料的浓度高，磨盘的间隙较大，磨浆作用不是靠磨盘直接和纤维作用，而是依靠磨盘间高浓浆料的相互摩擦、挤压、揉搓、扭曲等作用。使纤维受到了打浆，与此同时产生大量的摩擦热，使浆料软化，有利于浆料的离解。所以，高浓打浆与低浓打浆相比，纤维的长度下降不大，短纤维和细小纤维碎片减少。高浓打浆，打浆度上升较慢，浆料的滤水性能好。在纤维的形态上与低浓打浆也有显著的区别，高浓打浆的纤维纵向压溃多呈扭曲状，而低浓打浆的纤维呈宽带状。

（2）高浓打浆的浆料特性(www.xing528.com)

马尾松机械浆及杨木化机浆的不同浓度磨浆工艺的研究，如表2-16和表2-17所示。不同磨浆工艺对纸浆强度性能影响较大。随着磨浆浓度由低浓向高浓增加，磨浆至相同打浆度，纸浆强度大幅度提高；抗张指数、耐破指数、撕裂指数、抗张能量吸收等均有所增加，其中纸浆的撕裂指数和抗张能量吸收增幅较大。高浓磨浆可以有效地提高纸浆纤维之间的结合强度，同时较好地保留了纤维的长度。但与低浓度磨浆相比，高浓磨浆至相同打浆度，磨浆能耗有所增加。

表2-16 马尾松机械浆不同浓度磨浆性能

表2-17 杨木碱性亚钠化机浆不同浓度磨浆性能比较

一般而言，高浓磨浆具有以下特点：a. 高浓磨浆更多的保留纤维的长度，较少增加细小纤维组分，使纤维帚化及纵向撕裂更明显，纤维柔软可塑，润胀程度大；b. 高浓磨浆更能使纤维得到更大的撕裂度和纤维冲击强度；c. 高浓磨浆适宜于短纤维、强度低的阔叶木和草浆纤维原料的磨浆，为生产高强度、高性能的纸品提供了新的途径。同时，高浓打浆也存在一些问题，如设备较复杂，动力消耗大，成纸紧度大，不透明度大，尺寸的稳定性、纸的刚性和挺度均较差。实际生产中并不是任何纸种都可以采用高浓打浆的，而应根据原料和纸种的需要来确定是否采用。

在间歇操作的打浆机中，打浆时间是控制和调节打浆质量的一个重要因素。在连续打浆设备中，当串联的台数一定时，控制纸浆的通过量，可以在一定程度上控制打浆的作用。在打浆浓度和打浆负荷不变的条件下，打浆时浆料通过量增加，浆料通过磨区的速度加快，即意味着每根纤维在磨区的停留时间缩短，受到打浆作用的机会少，因而打浆质量有所下降。如图2-10和图2-11所示，随着浆料通过量增加，打浆度逐渐下降，纤维湿重则逐渐增加。为了保证打浆质量而降低通过量，则会相应增加电耗。因此，在实际生产中，是在满足产量的情况下，以打浆负荷的大小作为控制打浆质量的主要依据，而以小范围内适度调节浆料通过量作为控制打浆质量的辅助因素。

图2-10 通过量与打浆度的关系

图2-11 通过量与纤维湿重的关系

在打浆过程中，特别是中、高浓磨浆，由于纤维与纤维、纤维与磨片之间相互摩擦产生摩擦热，引起浆料温度上升。摩擦热的产生和打浆方式有很大关系。游离状打浆由于打浆时间较短，摩擦热的产生不大；黏状打浆，打浆时间较长，摩擦热的产生较多，体系温度易产生较大上升。

纸料温度过高，可能产生以下几种副作用：a. 亚硫酸盐木浆在温度较高时，易溶出树脂，增加树脂障碍；b. 降低纤维的吸水润胀，降低打浆效率，增加磨浆能耗；c. 影响纸料施胶效果、影响纸张的物理强度。这主要是由于浆料的温度过高，会引起纸料脱水，纸料的润胀程度大大降低，在打浆过程中机械切断作用增加，分丝作用下降，最终引起了纸张中纤维结合力的降低。

因此，在实际生产过程中，一般要求打浆温度不超过45℃，温度过高时应考虑采取降温措施。通常发现夏季温度高而给打浆工序带来一些麻烦，严重时还需采取降温措施。冬季温度较低，则不存在浆温过高的问题。

不同种类的纤维原料，经不同制浆方法处理，其纤维的物理性质、结构形态和化学组成均不相同，打浆的难易和成纸的性质也各有差异。

在纤维形态方面，主要有纤维的长度、宽度、长宽比、壁腔比和筛分等对打浆和纸料性质影响较大，纤维长度对纸张撕裂度的影响尤甚，纤维长度对纸张的其他强度性质也有较大的影响。一般认为，纤维细长，长宽比值大，打浆后纤维有较大的结合面积，成纸强度高。若纤维短而粗，长宽比小于45，则打浆较困难，成纸的强度也较差。适当的细小纤维含量，能增加纤维的结合力和纸的匀度及抗张强度。杂细胞含量过多，打浆时容易破裂形成碎片，不但影响到成纸的强度而且使浆料滤水性能下降，造成打浆度上升，使纸机操作性能恶化。

纤维细胞的壁腔比是衡量纤维优劣的另一个重要指标。壁腔比小，即胞腔直径大，细胞壁薄，纤维柔软。如木材原料中早材比例较大，则打浆时容易被压溃、分丝帚化，成纸强度高。反之，当木材原料中晚材比例较大，即胞腔小、胞壁厚的纤维比例较大，则纤维挺硬、打浆分丝困难，在网上抄纸成形时容易滑动，纤维结合力低，但纤维的刚性大，不易变形，成纸的挺度好。一般认为，壁腔比小于1是优等原料，等于1是中等原料，大于1是次等原料。但评价一种原料的优劣，不能只看某一指标，必须全面进行分析，采用综合对比的方法来评定，如针叶木是比较优良的造纸原料，不能因为针叶木纤维长宽比比草类纤维小而得出草类纤维的质量优于针叶木纤维的结论，还必须看到草类原料纤维短，纤维平均宽度过小，并含有大量杂细胞，这对成纸的性质是不利的。

从纤维的微观结构来看，P层和S₁层的厚薄，S₁层与 S₂层的结合紧密程度，各层微细纤维的排列与纤维轴缠绕角的大小等，都影响打浆的难易程度。如亚麻纤维的细纤维与纤维轴向较平行，打浆时容易纵向分丝帚化。而草浆纤维 S₁层厚，与 S₂层结合紧密，微细纤维呈横向交叉螺旋状排列，与纤维轴的缠绕角大，打浆时很难分丝帚化。

纸浆的化学组成对打浆的影响也很大。纸浆中α纤维素含量高，半纤维素含量低，打浆困难。半纤维素分子链短，有支链，并含有大量羟基，容易吸水润胀，因此，半纤维素含量高的浆料容易打浆。实践证明，多戊糖含量不少于3.5%～4.0%的浆料，打浆性能良好。若多戊糖含量低于2.5%～3.0%时，纤维不易吸水润胀，成纸的强度也低。若半纤维素含量过高，因本身的强度差，也会影响成纸的强度。浆中木素含量高，也有碍纤维的润胀，纤维硬而脆，成纸的强度低。

打浆的pH主要取决于用水的质量和浆料的洗涤情况，在实际生产中一般不调节pH。若在酸性条件下打浆，成纸强度低，易发脆，对打浆不利。而在碱性条件下打浆，对纸张的耐破度有所提高，这是因为碱性条件下，纤维素中低分子部分容易发生剥皮反应而被除去，使水容易扩散到纤维内部，促进纤维润胀作用，降低纤维的内聚力，增加纤维的柔韧性，因而减少了打浆机械作用对纤维的损伤。纤维润胀以后，更容易细纤维化，从而使成纸的强度有所提高。另外，打浆过程中添加NaOH会引起浆中残余木素溶出，也可能对提高纸张的强度有好处。

在水溶液中加入少量表面活性剂，能显著降低其表面张力，改变体系的表面状态。表面活性剂的加入能够改善纤维表面水溶液的铺展状况，加速水分子的渗透。羧甲基纤维素钠（CMC）是一种重要的纤维素醚，是天然纤维经过化学改性后所获得的一种水溶性好的聚阴离子化合物。有采用羧甲基纤维素钠（CMC）辅助草类硫酸盐化学浆打浆或采用改性纤维素酶对硫酸盐化学木浆打浆，可以改善纤维之间的润滑性，减少杂细胞破裂及纤维切断，促进打浆中苇浆纤维的细纤维化，从而有利于获得更高撕裂指数及裂断长的浆料。同时，CMC辅助草类硫酸盐化学浆打浆可节约能耗，添加0.125%的CMC，可节约30%能耗，而且，通过改性纤维素酶对硫酸盐木浆进行预处理，可有效地提高成纸强度，可节约30%以上能耗。CMC辅助竹浆打浆对成纸性能的影响，如图2-12所示。其中曲线A为CMC辅助打浆对成纸性能的影响，曲线B为CMC作为纸张增强剂（在打浆后加入不同用量的CMC 浸泡10min后抄纸）对成纸性能的影响。研究发现，添加CMC 打浆，更易促进竹纤维初生壁的剥离和次生壁的开裂，从而暴露出更多的羟基和羧基。添加CMC 辅助打浆对纸张性能的提高不是由于CMC 本身的增强作用造成的，而是由于CMC 作为打浆助剂对打浆效果的改善引起的。CMC辅助打浆可以提高竹子纤维间的结合力与结合面积，提高成纸的抗张指数和耐破指数。另外，在打浆过程中选择性添加改性木素、壳聚糖磺酸酯等均可降低磨浆能耗，提高成纸物理强度。

图2-12 CMC辅助竹浆打浆对成纸强度的影响

利用酶（主要是纤维素酶和半纤维素酶）对纸浆纤维进行改性，可以在不损害纤维强度的前提下改善纸浆的滤水性能，降低打浆能耗，还可以改善成纸的某些强度性能。用纤维素酶、半纤维素酶、纤维素酶与半纤维素酶的复合酶在打浆前对未漂硫酸盐针叶木浆进行处理可以提高打浆度、降低打浆能耗。在提高打浆度方面，含外切酶的内切酶和多组分复合酶比单一组分内切酶更有效。

图2-13 纤维素酶用量对纸浆打浆度的影响

表2-18 中性纤维素酶用量对纸张强度性能的影响

1. 纤维素酶

天津科技大学的张正健等，采用酸性、中性及碱性纤维素酶对漂白硫酸盐思茅松浆的酶促打浆进行研究，碱性纤维素酶预处理对纸浆的打浆度提高不明显，而用适量酸性和中性纤维素酶预处理后，纸浆物理性能有所降低，但打浆度得到明显提高，可降低打浆能耗，如表2-18、图2-13所示。

表2-19 酶处理对纸浆光学性能和物理性能的影响

注 纸浆打浆度为45 °SR，纤维素酶用量25IU/g，木聚糖酶用量25IU/g。

图2-14 纤维素酶用量对纸浆打浆度的影响

注 酶用量/（IU/g）：—◇—0；—□—20；—△—25；—×—30

图2-15 单组分纤维素内切酶对纸浆打浆度的影响

齐鲁工业大学研究表明，纤维素酶处理可以显著改善混合杨木温和预处理和盘磨化学处理的碱性过氧化氢机械浆（P-RCAPMP）的打浆性能和打浆能耗，研究表明，纤维素酶处理可以使纸浆打浆度提高1.0～6.5°SR，或在相同打浆度下打浆能耗降低10%～25%，同时，纤维素酶处理纸浆裂断长提高18%，撕裂指数提高14%，耐破指数提高16%，耐折度提高100%，如图2-14、表2-19所示。

图2-16 单组分纤维素内切酶对纸浆裂断长的影响

图2-17 单组分纤维素内切酶对纸浆松厚度的影响

陕西科技大学采用含有纤维素吸附区的单组分纤维素内切酶Novozym476处理阔叶木浆。研究表明，纸浆打浆度有所提高，但成纸裂断长、伸长率、撕裂指数、耐破指数都有所降低，而白度和松厚度有所增加。纸浆裂断长是纤维间结合力、纤维内在强度和纤维长度综合影响的结果。随着打浆度的增加，纤维间结合力增大，从而表现出裂断长增加。但纤维素酶处理引起纤维强度和长度有较大下降时，裂断长不再增加而有所下降，说明酶处理可能导致纤维长度的下降，如图2-15至图2-17所示。

在采用硫酸盐浆生产纸袋纸（以高强度可伸缩性纸袋纸E S KP为原料）的工厂实践，如表2-20、表2-21所示。两段酶处理可使打浆能耗减少25 kWh/t浆，并且在生产过程中蒸汽用量节约20%。当使用60%的未漂白硫酸盐竹浆（长纤维组分）和40%的双层硫酸盐纸板新裁切片（NDLKC）来生产普通的硫酸盐浆纸袋纸（以普通ESKP为原料）时，可以省去双盘磨打浆这一步骤。在此过程中，每吨纸的打浆能耗和蒸汽用量分别减少54 kWh和8%，且成纸透气度较低，强度性能较好。

表2-20 高强度ESKP生产中酶处理后浆料的强度性能

表2-21 酶处理对高强度ESKP生产中打浆能耗和蒸汽用量的影响

注 温度40～45℃，pH6.8～7.5，酶用量145mL/t浆，在碎浆池中加入酶。

在生产涂布原纸的工厂中使用两段纤维素酶处理，针叶木浆打浆能耗减少70 kWh/t浆，阔叶木浆打浆能耗减少30 kWh/t浆，生产过程中蒸汽用量可以节省0.5 t/t纸。

在生产高定量原纸的工厂中，使用纤维素酶对打浆前后的浆料进行两段处理，不再需要三盘磨（额定功率180 kW）进行打浆，从而降低了生产成本。当打浆前后纤维素酶用量均为75g/t浆时，打浆前酶处理可以使打浆能耗降低16%，打浆后酶处理可以使浆料滤水性能（CSF为500mL）提高20.2%，并且使浆料的强度性能得到一定程度的提高。当两段纤维素酶的用量均为50g/t浆时，酶处理可以使打浆能耗降低12%，滤水性能提高14.5%。

2. 半纤维素酶

表2-22 酶处理打浆对混合废纸浆性质的影响

注 pulpZ为诺维信半纤维素酶。

半纤维素酶处理混合废纸浆（70%旧报纸，30%旧杂志纸、旧书刊纸和部分办公废纸）后，纸浆滤水性得到了改善，但打浆后滤水性有所下降，然而仍优于同等转数下纤维素酶处理的纸浆。半纤维素酶处理/打浆对强度的改善也优于纤维素酶处理/打浆组合。半纤维素酶单独处理提高了纸浆抄片的各强度指数，打浆后，纸浆抄片的抗张指数及耐破指数进一步提高，而撕裂指数则随打浆度的提高先上升后下降。如表2-22所示。

3. 木素酶

采用锰过氧化物酶处理杨木碱性过氧化氢机械浆，达到相同游离度时可降低25%的磨浆能耗。在预汽蒸和挤压之后，第一段磨浆之前用漆酶处理1～2h，在盘磨机磨至相同游离度的情况下，可降低能耗5%～10%。

4. 混合酶

Pergalase是一种纤维素酶和半纤维素酶的混合酶。近年来在研究酶改性废纸浆滤水性能时发现，打浆前加入酶，能够显著降低打浆能耗。Heise等在墨西哥和美国的工厂试验中使用Pergalase A40，使纸浆打浆能耗降低14%～20%。Yamaguchi等用Pergalase A40处理已漂白、未漂白的针叶木或阔叶木硫酸盐浆，打浆能耗降低约10%～15%。隋晓飞等研究了纤维素酶协同木聚糖酶预处理一段常压磨浆后的浆料，对二段磨浆能耗的影响。一段磨浆后的杨木浆经过55℃混合酶液处理后，在PFI磨中进行二段磨浆，与对照浆相比，55℃混合酶液处理的杨木机械浆，打浆度提高了12～14°SR左右。