第四节 化机浆

三、磺化化学机械浆(SCMP)
SCMP是20世纪70年代开发的新浆种，可用于生产 新闻纸、印刷纸、薄型纸、纸板及绒毛浆。 磺化化机浆通过磺化作用，能使木片软化，因而 离解的纤维较完整，比其他机械法制浆产生的纤维损 伤少得多。因而其得率和光学性能与SGW、TMP等机械
浆相近，而纤维长度和脱水性能却很接近半漂硫酸盐
（2）预浸渍工艺 预汽蒸
预汽蒸是在常压下 进行。时间10min以内。
木片挤压程度
提高压缩比，促 进药液均匀浸透 木片。要求压缩 比4︰1以上。
预浸渍温度与时间
与原料材种及木片有无经过挤压有关。
• 针叶木：120oC－135oC， • 阔叶木：60oC－120oC。 • 预浸渍时间：2－5min。
APMP作为改进传统的漂白化学热磨机械浆的一种新技术 其主要的独特之处在于木片在磨浆之前，用传统的挤压 机将原料碾碎，而后用H202漂液进行浸渍而将木片漂白。
木片 水洗 预汽蒸仓 一段挤压机
一段浸渍器 一段反应仓 二段挤压机
二段浸渍器 二段反应仓 一段高浓盘磨
中间池 螺旋压榨 二段高浓盘磨 消
草类原料的化机浆生产也处于积极的研究之中。
一、概述
（一）化学处理
1、目的
①软化纤维、提高强度。 ②降低能耗、延长齿盘寿命；
阔叶木浆纤维破裂示意图
化学处理软化木片与热处理软化木片的根本区别： 热处理软化木片是可逆过程，软化遇冷又会复原。 化学处理对木素的软化是不可逆的,是发生的化学变化。
2、化学处理使用的药品
四、碱性过氧化氢化学机械浆(APMP)
APMP (alkaline peroxide mechanica pulp)是上
世纪90年代在漂白CTMP(BCTMP)基础上发展 起来的，由Sprout-Bauer公司在1989年6月份 的国际机械制浆会议上推出的，被誉为“90 年 代最具发展潜力”的制浆工艺。
50 1.13 42 1.63
70 1.30 52 1.68
80 1.40 68 1.73
120 1.50 83 1.75
Hale Waihona Puke pH 7.5－8.0pH 12.0－ 13.4
（2）浸渍液的pH值
提高预浸渍液的pH,可提高木片的磺化度,但纸
浆白度下降,有Cu2+、Fe2+离子存在时,白度下降更多
此外,提高浸渍液的pH值,将使木素溶出增多,导 致纸浆得率下降。 浸渍液的pH值保持在弱碱性范围内。
降低。温度在120℃～160℃之间。
（4）预浸渍时间
其它条件不变时，延长预浸渍时间，可提高 磺化度，增加木素溶出量，但纸浆得率与Klason 木素也相应降低。时间一般不超过1h，通常在 30min～40min。
工艺条件
Na2SO3浓度小于12%，化合S小于0.6% 蒸煮pH值：7.5～8； 温度140℃ 时间30min
木片的软化温度,随木素磺化度的增加而下降；
当磺化度低于1.2％时,仅胞间层的木素被磺化而 软化,有助于纤维的完整离解； 磺化度在1.2%～2.0%时,磺化反应将在纤维细胞壁 中进行,在磨浆中有助于微细纤维的游离,产生细 纤维化,从而提高浆的结合强度。 一般磺化度不低于1.2％。
磺化度(%)=磺酸基含量×81×106 磺酸基含量= NV/W×1000 N:为NaOH的浓度 mol/kg mol/L 81：HSO3分子量
pH 7.5-8.0 Na2SO3浓度/g· -1 L 磺化度/% Na2SO3浓度/g· -1 L 磺化度/% 50 1.13 52 1.68 70 1.30 68 1.73 80 1.40 83 1.75
pH 12.0-13.4
（3）预浸渍温度
其他条件不变的情况下,提高预浸渍温度,有
利于磺化反应进行,但同时溶出物增多,纸浆得率
（2）蒸煮液制备
用纯度为96%左右的固体Na2SO3溶解于蒸煮后 的废液或温水中,再加入稀释后的NaOH溶液(原碱 浓度为40%左右),制成稍偏碱性的Na2SO3溶液。蒸 煮液的浓度和pH值控制在8.0左右。
（3）连续蒸煮
使用M-D连续蒸煮器,连续加入蒸煮液和回收 液的混合液,其流量分别为1.0L/s和0.2L/s,最高 蒸煮温度145℃,蒸煮压力0.4MPa,液比约1:4 。
（4）磨浆
使用130-R高浓盘磨机两段磨浆。一段和二
段磨浆浓度分别为25%～30%和20%～25%,磨片间 距分别为0.5mm和0.05mm左右,磨后浆经20min左 右的消潜处理,再经筛选、浓缩处理。 得率可达90%左右。
5、非木材原料SCMP的研究
蔗渣SCMP
竹子SCMP 荻SCMP 红麻全杆SCMP
A typical hardwood BCTMP plant
2、化学预浸渍的作用原理 ① 纤维润胀
• •
•
半纤维素在碱的作用下乙酰基溶出（-OH增加）；
在碱的作用下，部分半纤维素溶出，使纤维空隙
增加，毛细管系统发达，水易渗入，纤维变软。
木素的弱酸性集团与碱作用，形成阴离子。
② 木素改性 通常磺化度小于0.5％。
APMP制浆具有厂房占地面积小、设备投 资少、工艺流程简单适用、且具有相对高强 度、高白度、高得率的特点。我国已有好几 家造纸企业生产APMP浆，并取得了预期的效 果。
BCTMP能耗高,排放废水负荷高,且含硫 化物,APMP制浆可以克服上述不足,生产出优 于BCTMP的纸浆。
1、APMP生产工艺流程
APMP一般是常压磨浆,常压磨浆其磨区压力
较低,以减少H202无效分解。
V:为等电点NaOH溶液消耗量 mL
W:为试样绝干重 ｇ
3、SCMP制浆的主要影响因素
（1）Na2SO3用量：18～20％（绝干木材）
当其它条件不变时，增加Na2SO3用量，可以提高磺化 度，有利于提高纸浆强度，但废液浓度高，污染负荷大。
Na2SO3浓度 /g· -1 L 磺化度/% Na2SO3浓度 /g· -1 L 磺化度/%
第四节
化学机械浆 (CMP)
( Chemimechanical Pulp )
在常温或在一定温度(压力)下,用化学药品处理 木片(草片),然后在磨浆机里磨解成浆，以生产得率 在85％以上的纸浆。属于两段制浆方法。 此法已有较长的历史,最早于1947年出现第一次研 究的报道。最先使用的是冷碱法(Cold Soda CMP)， 此法至今仍在CMP领域中占主要地位。又出现在一定 温度(压力)下进行化学处理,并使用Na2SO3。
Prex预浸器和双螺杆挤压机
4、CTMP生产的影响因素
（1）原料状况
木材密度：低密度材种，纤维可塑性好，磨浆能耗小；
成浆强度低。 木材水分：水分低于饱和点，长纤维少，纤维束增加， 一般要求水分≥30％；生产中尽可能使用新鲜木材。 木片均一度：木片受热不均匀，导致木片可塑性不均 一，影响浆料输送和磨浆。 木材不同部位：心材纤维短，密度小，纸浆强度低； 边材纤维长，密度大，纸浆强度好，不透明度略低于 心材。
潜池 筛选净化 浓缩机 纸浆
工艺的主要特点可以描述为一种漂白的方式：--
--- 在原料仍处于木片状态时漂白的，将制浆与
漂白结合在一起同时完成的一种制浆方式。 整个流程的关键：两段螺旋压榨。压缩比4︰1以 上。
2、APMP制浆工艺条件
（1）木片洗涤、预汽蒸
（2）第一段挤压、浸渍
①螺旋挤压： a.将木片中空气、多余水分及树脂等挤出； b.将木片碾细。压榨后木片干度能达60%左右。 ②螺旋浸渍： a. 浸渍的化学药品：主要是 NaOH、H2O2及过氧 化物稳定剂如DTPA(或EDTA)、硅酸钠、镁盐。 b. 浸渍时间：约2min
生产实例
吉林省石岘（xian）造纸厂从芬兰引进的SCMP 制浆生产线,1987年投入运行，材种一般为杨木与松 木混合材。 SCMP制浆方法的蒸煮条件较为温和,制浆得率一 般可达90%左右,成浆强度高,滤水性能好,制浆污染 轻,成本低,质量也易于控制。 生产流程 备料木片 贮存 洗涤 预蒸 连蒸 后 蒸 压榨 一段磨浆 二段磨浆 消潜 精选 贮存 纸机
原木：酸性SP、中性SP； 木片：中性SP、NaOH、H2O2；
（二）化学机械浆的分类
按化学预处理使用药液的不同,分为: 化学预热机械浆 （CTMP） （NaOH，Na2SO3，Na2CO3） 磺化化学机械浆（SCMP） （Na2SO3） 碱性过氧化氢化学机械浆（APMP） （NaOH，H2O2）
；
木片压榨后干度：≈50%
磨浆压力：常压
废液处理
压榨机的废液，回收并补充NaOH和SO2，配制成 蒸煮液，重复使用。
4、SCMP性质与应用
针叶木SCMP强度性能明显优于阔叶木SCMP 阔叶木SCMP： 替代针叶材的SGW来生产新闻纸、印刷纸 薄型纸。 针叶木SCMP： 替代化学木浆生产新闻纸。
木素软化温度与水分含量的关系
要注意的是：
化学处理条件要适当，不能过于剧烈。
碱处理应停留在使胞间层和细胞壁表面形成小
孔隙为止；木素溶出5%－10%；
木片的磺酸化应停留在固态木素磺酸状态（磺
化度小于0.5％），超过这个限度不仅得率明显下
降，而且会失掉高得率浆所应具有的特性。
3、化学预浸渍的主要设备
预浸器
5min 3% 2.5% 2.9～3.1g/L 2.4～2.7g/L 2Omin
（2）磨浆条件 一段磨出口浆：浓度 40% 18OSR 消潜浆池： 浓度 3% 温度60℃～70℃, 时间 15min 二段磨出口浆：浓度20%, 45OSR 三段磨出口浆：浓度10%, 65OSR （3）漂白条件 漂白药品加入量：H2O2 1.7%；NaOH 0.8%； Na2SiO3 2.8%；MgSO4 1.05% 漂白浓度：10％ 漂白温度及时间：60℃，2.5h
二、CTMP化学热磨机械
( Chemithermomechanical Pulp )
CTMP是在TMP的基础上发展起来的，与TMP的主要不 同在于增加了化学预浸渍。使用的药品 Na2SO3 + NaOH。
1、基本流程
（挤压）
木片
筛选
汽蒸
化学浸渍
漂白
预热
压力磨浆
未漂CTMP(
BCTMP)
得率：针叶材91％－96％；阔叶材88％－95％。
浆和高得率亚硫酸氢盐化学浆。
1、SCMP生产流程
木片 洗涤 预热 蒸煮 压榨 磨浆 纸浆
浆
废液
2、SCMP制浆原理
H2COH HC —O OCH3 H2COH HC —O OCH3
HCOH —SO3H —OCH3
HC－SO3－
—OCH3
O[OH]
O[OH]
木素在NaOH和Na2SO3作用下，引进磺酸基， 使木片的亲水性增加，产生永久性软化。
（1）备料
SCMP生产使用材种一般为杨木与松木混合材, 两者的配比一般为7:3,(也可使用杨木、松木、桦 木的混合材)。一般选择在贮木场半年左右的新材, 经去皮、去腐处理后输送到削片机。原木及木片 规格为: 径级：15cm～30cm 密度：0.34g/cm3 ～0.35g/cm3 纤维长：1mm～3mm 木片长：16mm～24mm 宽5mm～50mm 厚3mm～5mm
预浸渍时化学药品用量与pH值
NaOH用量：影响纸浆强度、纤维素含量、纸浆光学性
质和磨浆能耗； Na2SO3用量：对纸浆的强度、白度、光吸收系数及光 散射系数产生影响。 Na2SO3加入量1%－5%；NaOH加入量1%－7%。
5、CTMP的主要特性和应用 （1）CTMP与TMP比较
①得率：CTMP小于TMP ②强度：CTMP大于TMP ③电耗：CTMP小于TMP
③第一段反应：温度70℃～75℃,停留25min。
螺旋挤压机
（3）第二段挤压、浸渍
第二段反应仓(停留40min-45min,温度70℃～ 75℃,相当于H202高浓漂白)。反应后的木丝团经 计量螺旋送入第一道盘磨。
第二段浸渍器内为低碱度高H202用量的 碱性H202药液,主要是为提高浆料白度。
（4）两段盘磨磨浆
（2）CTMP应用
①新闻纸； ③薄型纸； ⑤绒毛浆。 ②印刷书写纸； ④纸板；
生产实例
以杨木为原料,生产CTMP配抄新闻纸
（1）木片预处理条件 木片洗涤水温： 预汽蒸温度及时间： 化学药品加入量： 浸渍液浓度:
反应温度及时间：
60℃ 90℃, Na2S03 NaOH Na2S03 NaOH 90℃,