废纸的分类及其再生过程性质的变化_废纸回用技术讲座之一

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废纸的分类及其再生过程性质的变化
废纸回用技术讲座之一
詹怀宇
(华南理工大学制浆造纸工程国家重点实验室XX 510641)
1 前言
废纸是重要的可再生资源,废纸的回收
利用是解决造纸工业面临的原料短缺、能源
紧X和污染严重等三大问题的有效途径。

近
十多年来,世界各国高度重视废纸资源的利
用,废纸的回收率和利用率逐年增长,处理废
纸的技术不断改进和完善,用废纸浆制成的
纸和纸板的产量和品种也逐年增长。

1995
年世界纸浆总产量为2.91亿吨,各种纸浆的
比例见表1。

根据联合国和世界粮农组织的
预计,2010年全世界纸和纸板消耗量为4.79
亿吨,人均消耗68Kg,废纸利用率50.9%。

表1 1995年世界各种纸浆产量的比例
浆种比例%
化学浆42
废纸浆*34
机械浆15
半化学浆3
非木材纸浆6
*其中废纸脱墨浆8%
由表1看出,世界废纸浆产量仅次于化
学浆,已占世界纸浆总产量的三分之一。

来
源于人类社会的废纸已成为造纸工业的重要
原料来源。

我国造纸工业也一样,有遍布各
省市的为数众多的大中小型造纸企业长年使
用回用纤维生产数量巨大的各种档次的工业
包装用纸和纸板;随着脱墨技术的发展,脱墨
浆的产量也逐年增长,成为废纸浆越来越重
要的组成部分。

日益完善的工业用纸废纸浆
和脱墨浆生产技术成为世界造纸工业的重要
支柱之一,对造纸工业的发展和造纸科技进
步产生重要的影响。

废纸回用的意义,可以概括为:
1)节约原料,增加生产
废纸的回收利用可节省大量的制浆造纸
用纤维原料,节省出来的纤维原料可增加纸
浆和纸X产量,满足人们生活和工业的需要。

目前全世界木材年需求量20亿m3以上,而
且在未来20年中,全世界木材需求量年增长
率不低于25%。

木材需求量如此之大,这就
迫切需要节约木材。

用废纸制浆造纸,可节
约大量的木材[1]。

例如,每生产1t废新闻纸
浆较生产1t磨木浆可节约木材2m3,生产1t
高白度废纸脱墨浆较生产1t漂白化学浆可
节约木材5m3[2]。

2)减少污染,保护环境
与常规的制浆过程相比,废纸制浆生产
工艺流程较简单,其废水的处理也较容易,排
放的废水量和污染负荷较少。

此外,废纸制
浆基本上没有大气污染,因此,废纸制浆可减
少对环境的污染。

由于不用新的纤维原料,
木材砍伐量可相应减少,有利于生态平衡和
保护环境。

而大量使用原本是人类社会废料
的各类废纸,通过经济可行的工业技术而生
产出卫生的、符合各种质量指标、在社会不同
领域发挥作用的再生纸,既避免废纸累积造
成的污染,又变废为宝,为社会创造了财富。

3)节省能源、降低能耗
与化学法、机械法和化学机械法制浆相
比,废纸制浆生产工艺流程较简单,能耗相应
较低。

生产1t废新闻纸浆比生产1t磨木浆
48《XX造纸》1999.No.1节约能量75%左右,生产1t高白度脱墨浆较生产1t化学浆节约能量50%以上[2]。

4)节省投资,降低成本
建设以植物纤维原料制浆的生产线投资
大,而建设同等规模的废纸浆厂只需建设原
浆浆厂投资的25%~30%。

化学浆厂化学
品回收和废水处理投资也很大,而废纸制浆
污染轻,其废水也较易处理,环保方面的投资
也较少。

由于废纸浆的原材料成本、能耗、投
资均较低,其生产成本比原浆要低。

2 废纸的分类
废纸的分类,对废纸的收集、处理有直接
的影响。

废纸的来源不同,其纤维种类、成分
以及性能等差异甚大。

对废纸进行分类,可
以达到分级使用,物尽其用的目的。

废纸的分类一般按废纸的来源和废纸纤
维的种类来划分,但世界各国废纸分类的方
法和标准均有较大的差异。

1)国外废纸的分类
联合国粮农组织按废纸用途将废纸分为
四大类:新闻纸和书籍废纸、纸板箱废纸、高
质量废纸及其他废纸。

日本将废纸分为九类:上等白纸卡纸、特
白中白马尼拉纸、有色道林纸、证券纸、牛皮纸、报纸、杂志纸、瓦楞箱板和硬纸板。

英国将废纸分为11类:不含机械浆的白
色未印刷废纸、不含机械浆的白色已印刷废纸、含机械浆的白色和轻度印刷废纸、不含机械浆的有色废纸、含机械浆的重度印刷废纸、有色牛皮纸和马尼拉纸、新的牛皮挂面纸板、容器废纸、混合废纸、有色卡纸和含杂质废纸。

美国将废纸分为三大类:纸浆代用品、可
净化的废纸和普通废纸。

纸浆代用品指白纸与白纸的切边,这类废纸经打散成纤维后不
作进一步处理即可作为成浆使用。

可净化的废纸经脱除印刷油墨后即可成浆使用。

普通废纸包括旧报纸、旧瓦楞箱和混合废纸等。

另一更细的分类法是将废纸分为47种,另列特殊等级7种。

与此同时,还颁布了一项废
纸原料标准,使每个类别的废纸均有明确的
质量标准。

德国将废纸分为低极、中级、高级和保强
废纸四大类。

后者包括用过的防水或不防水的牛皮纸袋,用过或未用过的纯硫酸盐浆纸、旧瓦楞箱纸等。

2)我国废纸的分类[3]
我国废纸分类各地情况不同。

例如,北
京市物资回收公司将废纸分成20种,XX市
物资回收公司将废纸分类,设29个品名。

目前全国尚无废纸分类的统一标准,但根据我
国废纸的来源和特点,通常可分为以下6类: ①白色废纸
这类废纸也可以看成是纸浆的代用品,
其中包括未经印刷、具有比较一致的白度和无有害物的白纸。

废弃物不超过0.5%。

此
类废纸碎浆后可作为生产一般书写、印刷纸的漂白浆,或用于抄造中、高档卫生纸。

这类废纸主要是印刷厂切下的白纸边。

②书籍、杂志废纸
这类废纸主要包括印刷厂或书店未发行
的和发行后回收的书籍、印刷着色不含或仅含少量机械浆的废刊物、书籍等。

这类废纸要求不含禁止物,无用物不超过0.25%。

此
类废纸经脱墨处理除去颜色、油墨后,可生产
有光纸、书写纸、凸板纸、卫生纸等。

也可生
产提箱纸板,或在新闻纸中掺用。

③旧新闻纸
由成捆的、选择过的旧报纸组成。

不包
括旧杂志。

凸印和彩印部分不高于正常的百
分率。

包装必须不含焦油、禁止物,无用物不
超过0.25%。

此类废纸脱墨后主要用作配
抄新闻纸用,或用于抄造生活用纸和一般文
化用纸。

④纸箱与纸板废纸
此类废纸包括牛皮纸板、瓦楞纸板切边,
旧瓦楞纸箱,各色废纸盒、纸箱,黄、白、灰色
纸板等。

其禁止物不超过1%,无用物不超
过5%。

这类废纸可用于回抄草纸板、茶纸
49《XX造纸》1999.No.1板、箱纸板、瓦楞原纸等,其中的竹、木浆废纸可用于生产挂面纸板。

⑤纸袋纸废纸和牛皮纸废纸
这类废纸是指包装水泥后回收的破水泥
袋、废牛皮纸袋及其他纸袋和牛皮纸废纸。

此类废纸经拆线挑选,不含杂物,可回抄代用
纸袋纸(即仿纸袋纸)、再生条纹包装纸,也可
掺入木浆作箱纸板挂面浆。

⑥混合废纸
这类废纸属低级废纸,包括部分“垃圾废
纸”(从垃圾堆拣来的废纸)。

主要含混合杂
志书籍、传票、单据帐簿、中小学生练习本、办
公废纸及包装物品后的废纸。

各种废纸的比
例不限,其禁止物含量不许超过2%,无用物
含量不超过1%。

此类废纸主要用于生产屋
顶纸板、防潮纸板及普通的低级纸板芯层等。

混合废纸含有大量杂质,如金属粒子、石头、
砂子、带子、破布、细绳、塑料以及热熔物、沥
青等。

随着办公设备的现代化,办公废纸(如使
用过的计算机打印纸、静电复印纸、传真纸
等)的数量将会逐年增长,因此,混合办公废
纸将成为新的一类废纸。

3 废纸再生过程性质的变化
废纸循环使用时,纸X纤维的性质与原
浆纤维的性质有所不同,因为它们已经过造
纸生产的全过程,即纸料制备———湿部脱水
———干部干燥———压光卷取等过程,纤维发
生了一些不可逆的变化。

纸和纸板后加工方
法及工艺,存放时间及环境条件,都会引起废
纸浆性质不同程度的变化。

而不同浆种的废
纸在循环使用过程中纸浆性质的变化也有明
显的差别。

(1)化学浆废纸再生过程中性质的变化
图1为经打浆的未漂针叶木硫酸盐浆循
环回用时纸浆性质的变化。

对于经过打浆的
化学浆,循环回用引起裂断长、耐破度和耐折
度的显著下降,紧度和伸长率少量下降,而撕
裂度、挺度、光散射系数、不透明度和透气度
增加。

这些变化在第一次回用时最显著,循
环使用超过4次后,大部分物理性质趋于稳
定。

多数研究者认为,引起这些变化的主要
原因是:废纸在重复碎浆———脱水———干燥
等处理过程中,纤维素的部分游离羟基形成
图1 经过打浆的未漂针叶木硫酸盐浆循环回用
时纸浆性质和变化[5]
氢键结合,非结晶结构转变为结晶结构,使纤
维素的结晶度增加,产生不可逆的角质化,纤
维变得挺硬,可塑性降低,吸水后的润胀减
少,保水值下降,因而导致纤维间的结合强度
降低。

表2为实验室条件下漂白硫酸盐浆再
生纤维的纸页性质。

从表2看出,随着回用
次数的增加,纸浆的保水值下降,纸页的厚度
增加,紧度、裂断长下降,白度和不透明度有
所增加。

针叶木浆与阔叶木浆主要不同是:
随循环回用次数的增加,针叶木浆的撕裂因
子提高,而阔叶木浆的撕裂因子下降。

此外,硫酸盐浆和亚硫酸盐浆,打过浆和
未打浆的化学浆,漂白浆和未漂浆,其回用过
程性质的变化均有一定的差别。

(2)机械浆废纸再生过程中性质的变化
机械浆循环回用过程中性质的变化与化
学浆不同。

随着回用次数的增加,紧度、裂断
长的耐破度提高,撕裂强度也略有增加,而光
散射系数下降。

图2为磨石磨木浆循环回用
时纸浆性质的变化。

50《XX造纸》1999.No.1机械浆在湿的状态下并非完全层离的, 干燥时产生的角质化很少,而挺硬的机械浆
纤维经过连续的循环使用而逐步变平和柔
韧,使得纤维间的结合改善,抄纸时得到更薄
和更紧密的纸页,因而紧度和强度提高,光散
射系数下降。

(3)影响废纸浆性质的因素
影响废纸浆性质的因素很多,除与纤维
原料和制浆方法有关外,还与纸料配比、造纸
过程、印刷加工方法、消费和收集方式、以及
循环回用方法等有关。

①化学环境
纸页抄造时的化学环境会影响干燥和回
用后纸浆纤维的润胀,在酸性条件下抄造的
未漂化学浆回用后其润胀和强度均比碱性条
件下抄造的低。

废纸中的松香胶和硫酸铝会
引起循环潜力(纸浆强度等)的进一步损失,
这可能是由于施了胶的纤维维持其疏水表
面,在一定程度上阻碍了纤维间的结合。

②打浆
化学浆打浆度越高,循环回用后纸浆质
量变化越大。

总的来说,经打浆的化学浆循
环回用后,润胀显著减少,纤维长度降低,细
小纤维含量增加。

表2 针叶木和阔叶木漂白硫酸盐浆再生纤维的纸页性质[4]
材种针叶木阔叶木
回用次数0 1 3 5 0 1 3 5
游离度CSF ml 326 441 362 334 343 470 441 420
保水值% 132 113 109 106 131 114 103 106
厚度1/100mm 7.8 8.7 9.2 9.3 8.1 10.0 10.5 10.6
紧度g/cm30.74 0.63 0.60 0.59 0.73 0.57 0.53 0.53
裂断长Km 8.61 4.40 3.71 3.65 6.38 2.52 2.03 1.93
撕裂因子102 182 213 204 92 70 60 58
白度% 80.4 83.8 84.4 84.2 79.6 84.0 83.5 82.7
不透明度% 65.1 76.9 80.1 80.0 75.2 85.1 85.3 85.2
□—紧度×—裂断长
◇—耐破度△—撕裂度○—光散射系数
图2 机械浆循环回用时纸浆性质的变化[5]
▲—经湿压、未干燥■—经湿压和干燥
图3 经打浆的漂白硫酸盐浆湿压后干度对回用浆润胀
度的影响[5]
③湿压榨的影响
对于中度打浆的化学浆,重的湿压榨会
引起纤维润胀的损失。

如图3所示,对经湿
压、未干燥和经湿压和干燥的纤维的润胀度
51《XX造纸》1999.No.1均随湿纸页干度的提高而降低,但大多数影响是在干度大于35%时才产生。

④纸浆干燥
纸浆在抄纸前是否干燥过对废纸浆性质
有一定的影响。

从未干燥过的化学浆,抄纸
干燥过程中产生角质化,废纸回用时纤维结
合强度会降低。

对干燥过的纸浆,由于干燥
时已经角质化,抄纸时进一步干燥并不明显
减少其已经较低的润胀,废纸循环回用时其
结合潜力损失甚小;而且,干燥过的纤维通常
是卷曲的,这种卷曲会降低纸浆强度,循环回
用时能去除部分卷曲,有利纤维间的结合。

⑤压光
压光会引起化学浆保水值、长度和强度
的损失。

压光越重,由压光纸回用浆制的纸
页裂断长越低,撕裂强度和浆料滤水性也变
差。

现代趋势是避免采用硬压区。

⑥印刷和加工
印刷主要影响废纸浆的光学性质。

大于
50μm的油墨粒子形成尘埃,小于50μm的油
墨粒子虽然肉眼看不到,但会降低白度,使浆
变灰色。

制纸箱时用的憎水材料(如胶粘剂)保留
在纸箱碎解后的纤维悬浮液中并沉积在纤维
表面,因而降低了回用纤维的表面自由能,阻
碍了纤维的结合。

⑦消费者和收集者
纸X(品)消费者和废纸收集者将不同类
型的废纸混合在一起,会降低废纸的级别,废
纸中的杂质(污染物)影响其回用性能。

废纸
的老化也是一个重要因素,旧报纸存放的时
间越长,其废纸浆的强度越低。

⑧回用过程
废纸回用包括机械、化学和热处理过程。

这些过程对废纸浆性质均有重要的影响。

机械作用与纸浆浓度密切相关。

浓度高
于8%时,机械作用对纤维的卷曲和微压缩
有重要的影响。

随着浆浓的提高,得到更松
厚、伸缩性更大的纸浆。

氢氧化钠是废纸制浆的重要化学品之
一。

NaOH有助于油墨的脱除和重施胶纸X
的离解,更有助于纤维的润胀,使纤维更柔韧
且结合更好。

本讲座承蒙XX造纸XX冯铭杰高
级工程师提供技术资料并对文稿提出许多宝
贵意见,特此致谢!
参考文献
1 沈序龙,朱友胜编著.废纸再生工程.轻工业, 1990,1~2
2 安建华编.废纸制浆与造纸.轻工业,1990,1~3
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6 Mahendra D.Recycled Paper Technology,TAPPI Press,
1994,217~220
—资料—
从纸厂废水中回收造纸纤维
最近,俄罗斯研制出一种处理工业废水的廉价装置。

其主要优点是能显著地加快固态粒子的沉淀过程。

这种新型沉淀池用于造纸企业特别有效,迅速沉淀出来的长纤维可立即重新回收利用,这样则能增加高级纸的产量。

而被沉淀池收集的浮在上面的胶粒可用于生产纸板。

编译X肇富资料选自俄罗斯《科学与科技》No.9)1998
52《XX造纸》1999.No.1。