制浆造纸原理与工程废纸制浆华南理工詹怀宇

tR=90
F
tF=160
P
tR=80
50-100um
沥青
石蜡、蜡 六、轻质合成聚合物
P-G
tR=85
tF=160
G-P
tR=60～110
多层涂布袋 聚丙烯 泡沫聚苯乙烯 七、胶粘物
F
tF=110
G-P
tR=130
G
tR=80
10-20um 15-30um
＊P-碎片，G-颗粒状，F-膜状，C-圆柱状，TR-软化点℃，TF-熔点℃
废纸分类 废纸老化——旧报纸存放时间↑，废纸浆强度↓
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四、纤维回用的强度损失分析
Page 抗张强度方程（Page’s tensile strength equation）
T—抗张强度 Z—零距抗张强度 Zero-span tensile strength B—纤维间的结合强度
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相对密度 ＞7 7～8 2.7
2.0～2.2
2.5 一般＜1
1.38 1.13 1.05
一般＞1 0.9～0.98
0.92 0.90 0.1
胶粘物是废纸处理过程中最复杂、最困难、 最需要认真对待的问题，胶粘物会沉降并粘 附于纸机的网、毛毯、压辊、吸水箱、烘缸 上面，造成网、毛毯孔眼堵塞，脱水能力下 降而被迫停机清洗，使纸张产生透光点或透 明点，造成纸机断头，严重干扰生产的正常 进行。
形状
熔点
厚度
一、金属—钉书钉
C
长：3～15mm
铁类物
P-G
7-15um
铝（复合铝）
F-G-P
二、矿物类
沙、砾
直径：
砾＞400um 沙＞200um 细沙＜200um
玻璃、颜料
G-P
三、木 碎片
P
可变
四、重质合成聚合物
已烯基树脂（PVC等）
聚酰胺树脂（尼龙等） 聚苯乙烯（非泡沫） 橡胶 五、热熔聚合物
P-F
第五章 废纸制浆
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第一节 概述
一次纤维（原生纤维） Virgin fiber 二次纤维 Secondary fiber, Recycled fiber
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一、废纸回收意义
造纸工业面临三大问题：
原料短缺 能源紧张 污染严重
我国造纸原料结构：
木浆% 非木浆%
2000 19 41
连续，有绞索及除渣装置，适合多种废纸
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卧式连续水力碎浆机（伏特式卧式 水力碎浆机） 侧置的转子，圆槽下接一重渣物收集 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ，有绞索装置，适合多种废纸， 浆浓2.5~3.5%
立式高浓水力碎浆机(Vertical HC Pulper) 螺旋钻头形叶轮，高浓浆料借螺旋作用由 上而下，由外朝里，高浓下纤维间强力磨 擦，特别适合于废纸脱墨（油墨易分离）
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压光工艺
刚性压区，纸页强度损失 压光强度↑，对回用纤维品质负面影响↑ 现代造纸技术——采用软压光
抄造环境
未漂化学浆，酸性造纸，回用纤维润胀和强度↓， 中性或碱性造纸，润胀和强度↑
印刷加工
印刷——油墨，使尘埃↑，白度↓ 加工——制纸箱胶粘剂，回用纤维表面自由能↓，阻碍了纤维的结合
消费者和收集者
（3）锥角：减少锥角增加了除渣器长度和纸浆在器内的停留时间， 提高除渣器的净化效率
（4）涡旋定向管长度：应足够长以避免进浆向良浆短路，过长又增 加了压力降
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二、化学组分变化的影响
回用纤维中聚戊糖和木质素的减少，是纤维化学衰变的主 要特征。其中聚戊糖的减少，尤其是聚木糖的减少是纤维 衰变的重要原因之一。 纤维微纤间的聚木糖，可防止纤维微纤在干燥时相互靠 近，有助于保留纤维弹性，从而延缓了回用纤维品质的 衰变 聚戊糖等半纤维素物质的存在，可减少纤维表面的水滴接 触角，增加纤维表面的亲水性，有助于回用纤维的重新润 湿（rewetting）
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纤维分离机
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二、废纸浆的净化
除渣 筛选
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（一）废纸浆中的杂质
小而重的杂质：小石块、砂、铁屑、璃璃 屑、钢针等 粗大而轻的杂质：塑料片、树脂、橡胶块、 纤维束等
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表1-5 废纸中各种废杂质及其特征
废杂质类别
主要特征
2001 23 33
2002 21 33
2003 21 30
2004 22 26
废纸浆% 40
44
47
49
52
生产1t磨木浆 >2m3木材
生产1t高白度化学浆 4~5 m3木材
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废纸回收意义
节约原料，增加生产 减少污染，保护环境 节省能源，降低能耗，比磨木浆省，比化学浆省 节省投资，降低成本，只需化学浆厂25%~30%
10﹟旧杂志
干的旧涂布杂志、目录和同类的印刷品，打包
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11﹟旧瓦楞纸箱
经打包旧瓦楞纸箱，其面层为仿箱纸板浆，麻浆或硫酸盐浆
37﹟经拣选的办公废纸
打包、来自办公室未受潮的废纸，主要为白色或彩色不含机 木浆的废纸，不含未漂纤维的计算机打印纸和传真纸。
42﹟计算机打印纸
用于数据处理机的漂白亚硫酸盐或硫酸盐浆制的表格纸，打 击式或非打击式（如激光）的计算机印刷纸。
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第二节 废纸的离解与废纸浆的净化与浓缩 一、 废纸的离解
（一）废纸的碎解 1. 目的：离解纤维而又最大限度地保护纤维
和脱墨
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2. 碎解设备
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碎解设备
立式间歇水力碎浆机
低浓（6-8%），能耗大，无除绳索装置， 不适合于处理杂质多的废纸
立式连续水力碎浆机
废纸浆的净化 除渣 除渣器 筛选 筛浆机
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(二)废纸浆的除渣
利用杂质与纸浆相对密度不同的原理将废纸中 的重杂质（石块、砂、金属等）或轻杂质（泡 沫、树脂、塑料等）除去 1. 高浓除渣器 HC Cleaner
作用：除去相对密度较大的杂质（如石块、金属物）， 保护其后的设备
结构：上部为低压头泵叶，其下方为叶轮，下 部有集渣器
（二）废纸的疏解
1、意义 是碎解的继续，水力碎浆机离解率，目的是将纤维全部离解 而不损伤纤维 2、疏解机
– 齿盘式高频疏解机 – 阶梯式高频疏解机 – 锥形高频疏解机 – 孔板式高频疏解机
3、纤维分离机（疏解分离机） 基本功能：浆料二次疏解，轻杂质分离，重杂质分离
4、盘磨机疏解废纸
Ф330 Ф370单盘磨浆机
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圆筒式连续碎浆机（Drum Pulper）
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3.碎解工艺
碎解温度
温度↑，废纸软化↑，利于重施胶废纸碎解和脱墨，废纸浆粘度↓，动力 消耗↓ 温度一般由废纸种类和施胶轻重决定 旧新闻纸 55℃ 重施胶纸 75-80℃或90℃以上（加湿强剂） 温度↑，化学反应↑，有利脱墨
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圆筒式连续碎浆机（Drum Pulper）
结构简单，高效实用，动力省50%，药品省10%，蒸汽 省60% 前区——高浓碎解区，浆浓15%—20%，占2/3长 后区——稀释筛选区，浆浓3%—5%，占1/3长 圆筒内壁装有轴向隔板，把废纸带起、跌落，产生温和 的剪切力和磨擦力； 对新闻纸、杂志纸离解效果好，现也可处理OCC、牛 皮箱纸板（低湿强）直径Ф2.5—4m，最长30m
旧新闻纸 ONP（Old News Paper）
脱墨后主要用于配抄新闻纸或抄造生活用纸和一般文化用纸
纸箱与纸板废纸 OCC（Old Corrugated Container）
抄瓦楞原纸、箱纸板等，竹、木浆废纸可用于生产挂面纸板
纸袋纸废纸和牛皮纸废纸
可回抄仿纸袋纸，再生条纹包装纸，也可掺入木浆作箱纸板挂面浆
43﹟涂布书写纸
由漂白亚硫酸盐浆或硫酸盐浆制成的涂布纸废纸，印或未印 过，允许含有一定量的 机木浆
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国内废纸
国内尚无废纸分类的统一标准，通常分为：
白色废纸
纸浆代用品，为印刷厂的白纸边
书籍、杂志废纸 OMG（Old Magazine）
脱墨后可生产书写纸、卫生纸等，也可生产箱纸板，或在新闻纸中掺用
纤维平均长度和零距裂断长
回用过程纤维平均长度降低不多，当灰分和细纤维在回用过 程流失较多时，纤维平均长度增加，不论是化学浆、机械 浆、化机浆，纤维回用次数对其零距抗张强度几乎没有影 响，因此，纤维品质的下降，并不主要由纤维长度的减少和 纤维本身强度的降低所致。
光散射系数和纤维结合强度
在一定条件下，纸页的光散射系数↑，纤维间结合越松散， 结合强度越低。 化学浆，回用后松厚度↑，光散射系数↑，纤维结合强度↓ 机械浆，回用后光散射系数↓，层间结合强度↑
工艺：浆浓：3%~6% 进浆压力 泵扬程>20m 稀释水压 >0.2MPa 定期排渣（自动或手动）
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2．正向除渣器（顺向除渣器） Forward Cleaner
结构参数
（1）内室直径：直径越小，效率越高，但若<75mm,易堵，动力消耗 增
（2）内室长度：保证进浆在进入分离区前有足够的停留时间以形成 稳定的涡流
混合废纸
①混合办公废纸 Mixed Office Waste——MOW ②一般混合废纸
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三、废纸再生过程性质的变化
浆料制备——湿部脱水——干部干燥—— 压光卷取——后加工（涂布、印刷等） 角质化 hornification 胞腔塌陷 lumen collapse 不可逆变化 irreversible structuce changes
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回用纤维衰变的影响因素
制浆方法
机械法和化机法，对再生纤维品质保持有利 化学法，抗张强度、纸页紧度↓
打浆工艺
一次纤维打浆越强烈，回用纤维抗张强度下降
越多；未经打浆化学浆，回用后抗张强度↑ 压榨工艺
对化学浆，压榨影响回用纤维的润胀性 对机械浆，压榨对回用纤维润胀性影响甚微
干燥工艺
纤维一经干燥后，其胞腔塌陷，润胀程度↓，随着干 燥温度的提高和干燥程度的强烈，润胀↓↓
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废纸中常见的胶粘物分类图 有机胶粘物
合成胶粘物
天然胶粘物
胶粘剂
油墨
连接胶粘剂
热溶胶粘剂
吸收性油墨 挥发性油墨 氧化性油墨
光固化油墨 紫外-红外
涂布胶粘剂
静电印刷油墨
乳胶
树脂
丁苯橡胶 聚醋酸乙烯 聚异戊二烯
聚丁二烯 天然橡胶
氯醋树脂 聚乙烯 石蜡 粘性树脂
矿物质 石蜡 HC树脂 松香脂 醇酸松脂 不饱和脂肪酸
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纤维衰变原因的探索
一、植物纤维的角质化 Hornification
国际共识：纤维角质化是纤维结合强度衰退的主要原因 纸浆——脱水——干燥
纤维细胞内壁两侧靠拢贴紧造成“细胞腔塌陷”(Lumen Collapse)——不能完全恢复的 纤维素的部分游离羟基形成氢键结合，非结晶结构转变为结晶结构， 产生不可逆的角质化，纤维变得挺硬，可塑性↓，吸水润胀↓，结合 强度↓ 一旦角质化形成，纤维润胀程度降低的现象是不能恢复或不能完全 恢复。一般来说，打浆使纤维的润胀程度增加，保水值（WRV.— Water Retention Value ）↑，干燥使纤维的润胀程度↓ 对废纸浆进行打浆，对角质化纤维的润胀程度进行有限的修复，是 必要的。
环氧丙烯酸脂 多元丙烯酸脂 氨基甲酸乙酯 聚酯丙烯酸酯
羟基聚酯
丁苯橡胶 聚醋酸乙烯 聚丙烯酸脂 聚乙烯醇缩丁醛 苯乙烯树脂
丁苯橡胶 聚醋酸乙烯
聚氯乙烯
脂肪酸 松香酸 脂肪酯
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原生胶粘物（Primary Stickies）：指原来 就存在于废纸中的胶粘物。
再生胶粘物（二次胶粘物）（Secondary Stickies）：指在一定物理—化学条件下， 由熔融的颗粒重新凝聚而成的胶粘物
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二、废纸的分类
英 11类 美 3大类 法 4大类
47种+7种（特殊等级）
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国内常用的美国废纸
6﹟旧报纸
由打包好的旧报纸组成，其他纸张含量≯5%
7﹟特别旧报纸
经分拣、打包、新鲜干燥的旧报纸，未经日晒
8﹟脱墨用的特种旧报纸
经分拣、打包、新鲜干燥的旧报纸，未经日晒，不含杂 志、白页、印刷厂过期报刊和其他废杂纸
碎解浓度
浆浓↑，废纸间摩擦↑，单位电耗↓，相应提高化学品浓度， 强化化学反应
碎解时间
视设备形式，废纸种类和纸浆质量而定
废纸种类
影响碎解主要因素是废纸吸水润胀能力和纤维的结合力，对湿强大纸张，加热，化学 处理
转子结构性能
浆浓，效率，电耗
转子线速
线速↑，碎解速度↑，电耗↑，一般900~1100m/min 制浆造纸原理与工程
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化学浆废纸再生过程中 性质的变化
对经打浆的化学浆
循环回用引起裂断长、耐破度 和耐折度↓ 撕裂度、挺度、光散射系数↑
KP浆和SP浆，打或 未打浆，针叶木浆或阔叶 木浆，漂或未漂浆，回用 过程性质变化有异
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机械浆废纸再生过程性质的变化
随着回用次数↑ 紧 度、裂断长和耐破度↑ 撕裂强度略↑ 光散射系数↓