造纸法再造烟叶柔性制浆技术的应用研究

为了解决再造烟叶企业生产的浆料较差、分丝帚化率低、过度切断纤维、浆料稳定性差、浆料得率低和产品物理指标波动大等问题，试验结合原料特点和制浆技术，对原有的磨浆机磨片进行改进，并改进原有的制浆工艺，提出了一种适用于再造烟叶生产的柔性制浆技术。通过对比，分析了柔性制浆技术前后的制浆工艺及该技术应用前后的浆料纤维形态，分析了柔性制浆技术的特点，此工艺提高了浆料品质，在保证产品松厚度和抗张强度等物理指标稳定的条件下，为生产运行车速从现在的平均80 m/min提高到平均165 m/min以上提供了技术支撑，实现了原料的精细化加工及加工过程的可控可调。

关键词：造纸法再造烟叶；纤维形态；柔性制浆

中图分类号：TS425：TS41+2 文献标识码：A 文章编号：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，國内的再造烟叶生产企业大都采用高浓打浆工艺，其流程相对较短，且原料差异性大，因此所生产的浆料均匀性差[1-3]。为了保证产品质量，宜根据各自的纤维特性及需要达到的指标采取不同的制浆方法，不同制浆方法对再造烟叶产品有不同的影响，如与高浓打浆相比，低浓打浆的浆料中烟草纤维自身的长度保留良好，因而匀度较好，同时其抗张强度提高；但纤维内部细纤维不足、柔软度略有降低，留着率降低，影响制浆得率，且耗水大，因此，高浓打浆和低浓打浆各有利弊[4-6]。再造烟叶产品一般要求具有较适宜的松厚度，以保证后续涂布液的吸收性，并要求具有较合适的抗张强度，既保证生产运行车速正常运行，又不会对后续再造烟叶切丝造成影响，这就需要避免采用导致纤维过度切断的打浆方法，而选择纤维分丝帚化较好、纤维平均长度较长、在一定程度上进行长纤维切断的柔性打浆技术。

目前国内的再造烟叶生产企业制浆段主要使用烟梗、烟叶碎片混合制浆工艺，其对不同原料配方及物料变化的适应性和灵活性较差，未充分考虑烟梗和烟叶碎片物料特征的不同，存在烟梗制浆强度偏低、烟叶碎片制浆强度偏高的问题，导致制浆质量稳定性差、浆料得率低和产品物理指标波动大。同时由于生产线前期制浆的盘磨机存在一定的缺陷，使得所生产的浆料较差、分丝帚化率低、过度切断纤维[7]。为实现对原料的精细化加工及加工过程的可控可调，提升浆料品质，以满足后续工序的要求，试验在开发了多级高浓和低浓相结合柔性制浆技术及相关设备的基础上，提出了一种适用于再造烟叶生产的柔性制浆技术，现将有关情况报告如下。

1 材料与方法

1.1 材料

参试材料为某再造烟叶企业用造纸法再造烟叶生产线的浆料、再造烟叶片基及其产品。仪器主要有J-DJY100纸浆打浆度测定仪、ZKW-3抗张强度测定仪、BHZ-1电脑测控厚度测定仪（都为四川省长江造纸仪器厂生产）和FS5纤维分析仪（芬兰Metso公司）。其他设备有高浓磨浆机、低浓磨浆机、抄造线设备等。endprint

1.2 检测方法

物理指标检测参照文献[8]的方法，打浆度及纤维湿重测定参照文献[9]的方法。

1.3 工艺流程

1.3.1 使用柔性制浆技术前的生产线制浆工艺流程 烟梗、烟叶碎片先分别进行提取，烟梗经粗解纤维与烟叶碎片混合进行混合提取，混合固形物分别混合高浓制浆以及低浓制浆，具体工艺为：烟梗、烟叶碎片经提取后按照配方要求添加一定比例的木浆，混合均匀调节好浓度后进入三级串联高浓磨浆机打浆，打浆度为18 °SR±2 °SR，所得高浓浆料稀释至一定浓度后进入低浓磨浆机循环打浆，打浆度为30 °SR±2 °SR，其工艺流程见图1。该工艺制得的浆料存在浆料分丝帚化效果较差、浆料内部细纤维不足、打浆过程中切断和造碎较多、成浆得率偏低、浆料的质量稳定性控制较差等缺点，导致再造烟叶整体生产制造能力较低、质量稳定能力较差、产品得率偏低、产品物理指标波动大等问题。

1.3.2 使用柔性制浆技术后的生产线制浆工艺流程 通过设备选型，采用低浓磨和高浓磨组合形式，选择纤维分丝帚化较好、纤维长度较长、匀度较好的多级高浓和低浓相结合的柔性制浆工艺技术，对烟梗、木浆、烟叶碎片分别制浆，其中，對烟梗采用四级高浓磨、对木浆采用二级低浓磨、对烟叶碎片采用三级高浓磨后进入调浆池，调浆后混合三类浆，再采用三级低浓磨制浆，其工艺流程见图2。

2 结果与分析

2.1 柔性制浆技术应用前、后浆料纤维形态对比

使用柔性制浆技术前、后的浆料纤维形态检测数据分别见表1、表2，表3是对纤维形态检测结果进行的数据对比。从表3的对比可见，柔性制浆的浆料纤维数均长度与非柔性制浆差异不大，而纤维重均长度的置信区间高于非柔性制浆；纤维长宽比的95%置信区间柔性制浆大于非柔性制浆。

在打浆过程中，纤维长度及形状发生变化，这些变化会极大地影响浆料的性能及最终成品质量，如纤维的卷曲度和扭结增加导致浆料的滤水性能降低，并增加湿纸幅的伸缩性，从而使产品的撕裂指数增大，降低纸张的抗张强度和匀度。其中非柔性制浆的低浓浆纤维卷曲度平均值高于柔性制浆，这对于片基的抗张强度和匀度造成一定影响，同时非柔性制浆的变异系数较高，浆料的稳定性稍差[10-12]。

纤维之间的结合能力（撕裂指数）在打浆前期取决于打浆度的高低，而当纤维结合较好时，取决于打浆过程中纤维强度和粗度的降低，不过柔性制浆前后纤维粗度结果相差不大（柔性制浆样本量大，置信区间范围稍窄）。

采用柔性制浆技术前，即普通高浓三级制浆，其Fines A（浆料中长度短于0.2 mm的片状颗粒物质占所有颗粒物的投影面积比例）平均值比柔性制浆的高；从Fines B（浆料中长度大于0.2 mm、宽度小于10 μm的细长纤维总长度占长度大于0.2 mm的纤维总长度的比例）可以看出柔性制浆的浆料变异系数较小，且此类纤维占比相对集中（7.53%～8.08%），而非柔性制浆时此类纤维占比相对分散（5.70%～11.53%），说明柔性制浆的纤维形态控制相对稳定，这对于片基质量稳定具有积极意义。

采用柔性制浆技术前、后浆料的Fines（长度<0.2 mm、宽度大于10 μm的纤维数量比例）相差不大；从f2～f6的帚化率及所有纤维的帚化率看，柔性制浆浆料纤维的帚化率明显高于非柔性制浆，说明柔性制浆更有利于纤维的分丝帚化，这对于提高片基的强度有积极作用。

采用柔性制浆技术应用后纤维重均长度数量百分比例分布情况见图3，采用柔性制浆技术应用前纤维重均长度数量百分比例分布情况见图4，从图3、图4可以看出，柔性制浆的短纤维（<2 mm）比例相对较少，而长纤维比例（>2 mm）相对较多。

采用柔性制浆技术应用前后的f1～f6纤维宽度比较情况见图5。从图5可知，在宽度≥10 μm的纤维中，柔性制浆的较短纤维（<2 mm）纤维宽度相对较大，较长纤维（>2 mm）纤维宽度相对较小，说明分开制浆、多级磨浆的制浆方式对相对短的纤维损坏力度较小[13]。

柔性制浆前浆料中的f1～f6纤维质量百分比例分布情况见图6，柔性制浆后浆料中的f1～f6纤维质量百分比例分布情况见图7。从图6、图7可见，在宽度≥10 μm的纤维中，柔性制浆前的短纤维质量百分比相对较少，长纤维质量百分比相对较多，说明柔性制浆前的制浆工艺其短纤维相对较少。

柔性制浆后浆料纤维长宽百分比例分布情况见图8，柔性制浆前浆料纤维长宽百分比例分布情况见图9。从图8、图9可见，柔性制浆后细纤维（0～10 μm）的比例相对较少，而粗纤维（>10 μm）的比例相对较高，这与制浆工艺对纤维的作用力有关，其制浆工艺无论对纤维在纵向还是横向的切断力均较小；柔性制浆后短细纤维比例相对较低，而短粗纤维比例稍高；长纤维（长细、长粗）纤维比例稍低，但差异不大。

柔性制浆前后浆料的纤维形态数据分析见表4。从表4可知，柔性制浆前后的差异不大，且纤维数均长度结果受细小纤维根数的影响比较大，不能真实地反映纤维的抄造特性，也不能反映纤维被破坏的真实程度。从纤维重均长度结果的95%置信区间看不出柔性制浆前后的差异（柔性制浆的数据容量大，置信区间的范围相对较窄），在变异系数相差不大的前提下比较均值，结果柔性制浆后的短纤维比例相对较少，而长纤维比例相对较高。

纤维的粗度指100 m纤维总长度中纤维的质量，以mg表示，或mg/100 m表示。纤维的粗度受3个方面的因素影响，一是纤维细胞壁厚度；二是纤维胞腔大小；三是纤维中各组分密度。从表4可见，不同粗度的纤维比例存在差异，与柔性制浆前相比，柔性制浆后较小粗度的纤维比例稍低，较大粗度的纤维比例稍高，但差异不大，这种粗度分布可能也与柔性制浆对纤维形态的破坏力相对较小有关[14]。

通过对比柔性制浆前后浆料的纤维数据（表3、表4），发现柔性制浆前后纤维数均长度差别不大，但柔性制浆后的纤维重均长度大于柔性制浆前，且柔性制浆后的纤维长宽比大于柔性制浆前。还有柔性制浆后纤维的帚化率明显高于柔性制浆前，柔性制浆后的浆料变异系数较小，Fines B纤维和卷曲指数占比相对集中，而柔性制浆前此类数据占比相对分散；说明柔性制浆后的纤维形态控制相对稳定，这对于片基质量稳定有积极意义。endprint

检测结果表明，采用柔性制浆技术后，无论对纤维在纵向还是横向的切断力均较小，长纤维的比例相对较高，短纤维的比例相对较低，纤维的分丝帚化效果较好，浆料的稳定性控制优于柔性制浆前，这对于提高片基质量及品质稳定控制具有积极意义。

2.2 柔性制浆技术特点

2.2.1 工艺控制指标稳定性 通过工艺改进，三级混合低浓制浆的进浆流量波动范围在58.6～60.8 m3/h，进浆压力波动范围147～152 kPa，制浆浓度波动范围3.52%～3.68%，以此建立了柔性制浆技术工艺，其技术条件及特点见表5。

2.2.2 浆料得率 应用柔性制浆技术前、后浆料得率情况见表6。从表6可知，通过烟梗、烟叶碎片高浓分开制浆，可分别根据工艺需求有效调控烟梗、烟叶碎片原料打浆强度，避免因达到梗打浆强度而导致叶打浆强度过高，造成叶组原料造碎率高、颗粒化严重、浆料得率低、抄造成形流失较大等问题。采用柔性制浆后，梗浆得率和叶浆得率均可提升。

2.2.3 柔性制浆技术对成品的影响 对采用柔性制浆技术前后再造烟叶的松厚度和抗张强度及生产车速进行了检测和对比分析，结果见图10、图11、图12。从图10、图11、图12可以看出，采用柔性制浆技术后产品的松厚度总体上稍有降低，但不显著；而抗张强度指标增加较显著。在采用柔性制浆前、后产品松厚度和抗张强度较稳定的条件下，生产运行车速从现在的平均80 m/min提高到平均165 m/min。由此可见，采用多级高浓和低浓相组合的制浆方法，可以在保证产品松厚度和抗张强度等物理指标稳定的条件下，显著提高运行车速，从而增加生产能力。

3 小结

再造烟叶生产过程中的制浆工艺直接影响浆料的质量，而浆料的质量决定了片基和产品的质量，并对生产车速有着重要的影响。试验在分析了烟梗、烟叶碎片和外加纤维浆料形态以及多级高浓单独制浆和低浓制浆特点的基础上[15]，开发了多級高浓和低浓相结合的柔性制浆技术及相关设备，提出了一种适用于再造烟叶生产的柔性制浆技术，即多级高浓和低浓相组合的制浆方法，该方法采用了高浓和低浓制浆的优点，对烟梗、烟叶碎片、外加纤维分别进行制浆，其中对烟梗进行四级高浓磨浆，对烟叶碎片进行三级高浓磨浆，对外加纤维进行二级低浓磨浆；并进行了优化验证，实现了对原料的精细化加工及加工过程的可控可调，提升了浆料的品质，为再造烟叶生产企业生产优质的浆料、提升产品稳定性、提高品质提供了技术支撑。这个新技术的研发和改进确保了再造烟叶产品松厚度和抗张强度的要求，显著提高了运行车速，生产运行车速从现在的平均80 m/min提高到平均165 m/min，也增加了产量，为今后实现190 m/min生产车速打下了坚实的基础。

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