高檔卷煙紙專用 PCC生產(chǎn)過程質(zhì)量控制技術(shù)

鄧新云,顏 鑫

(湖南化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院化工系,湖南株洲 412004)

工業(yè)技術(shù)

高檔卷煙紙專用 PCC生產(chǎn)過程質(zhì)量控制技術(shù)

鄧新云,顏 鑫

(湖南化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院化工系,湖南株洲 412004)

高檔卷煙紙專用沉淀碳酸鈣(PCC)的質(zhì)量要求包括平均粒徑與粒徑分布、晶形、游離堿、沉降體積、白度等 5個主要指標。分別從漿液濃度與相對密度的關(guān)系、碳化反應(yīng)溫度控制、窯氣濃度與流量選擇、沉降體積控制、生漿和熟漿陳化、過度碳化和磷酸中和處理包裹返堿現(xiàn)象、加強生產(chǎn)過程質(zhì)量管理環(huán)節(jié)等方面探討了高檔卷煙紙專用 PCC的生產(chǎn)過程中的質(zhì)量控制技術(shù)。

高檔卷煙紙專用 PCC;游離堿;包裹返堿;沉降體積

高檔卷煙紙既要滿足高透氣度以降低焦油含量并減少對人體有害的物質(zhì),又要滿足高速卷煙機對紙張高強度的要求。此外,還要求能提高卷煙紙的不透明度、白度,改進手感和柔軟性,在紙纖維網(wǎng)格中有較高的留著率。筆者分別從平均粒徑及粒度分布、晶形、游離堿含量、沉降體積、白度等 5個方面探討了高檔卷煙紙專用沉淀碳酸鈣(PCC)的質(zhì)量控制技術(shù)。

1 高檔卷煙紙專用 PCC質(zhì)量控制技術(shù)

生產(chǎn)實踐表明:高檔卷煙紙?zhí)盍蠈Ｓ?PCC平均粒徑最好為 3.0～4.0μm,比表面積為 2～3 m2/g。如果粒徑小于 1μm,填充過程中小粒徑 PCC粒子將導(dǎo)致紙張纖維中的留著率下降,減小了紙張的總空隙率,影響紙張脫水速率、成品的透氣度和變異系數(shù);反之,如果平均粒徑大于 5μm,則大部分 PCC粒子難以進入紙張纖維網(wǎng)格之中,僅僅覆蓋在紙張表面,使 PCC的有效填充量明顯減少,并影響到紙張的燃燒速度。PCC在紙張纖維中留著率一般僅為加入量的 50%左右 (質(zhì)量分數(shù)),流失的 PCC將隨著造紙廢水排放,給環(huán)境保護和廢水處理帶來負面影響[1]。因此,粒度分布窄是高檔卷煙紙?zhí)盍蠈Ｓ?/p>

PCC一個重要特征。

1.1 恒都公司產(chǎn)品改造前后粒度大小與分布情況

采用 Mastersizer 2000型激光粒度分析儀對牡丹江恒都鈣品有限公司 (簡稱恒都公司)改造前后的 PCC產(chǎn)品粒度大小與分布情況進行了分析,結(jié)果如圖1所示。

圖1 改造前后 PCC產(chǎn)品粒度分布圖

由圖1a可知,改造前 PCC產(chǎn)品在0.2～1.0μm時有一個明顯的小峰,說明該區(qū)域有部分微細 PCC存在,并導(dǎo)致主峰右移、粒徑分布寬度增大、產(chǎn)品整體平均粒徑增大。由圖 1b可知,改造后 PCC產(chǎn)品只有一個主峰,且峰高增大、峰寬減小、峰形對稱美觀。通過分析對比可知,改造前后 PCC產(chǎn)品的平均粒徑分別為 4.330μm和 3.447μm,前者粒徑在2.0～5.0μm的粒子不到 60%,后者則超過 70%,且小于1.0μm和大于 10.0μm的粒子幾乎不存在,完全可以滿足高檔卷煙紙?zhí)盍蠈Ｓ?PCC的要求。

1.2 漿液濃度大小選擇

在普通 PCC生產(chǎn)過程中幾乎不控制生漿濃度(主含量質(zhì)量分數(shù),下同),生漿濃度往往在 15%～20%,而納米 PCC控制粒徑的措施之一就是控制其生漿濃度在8%～12%[2]。高檔卷煙紙專用 PCC的粒徑介于普通 PCC和納米 PCC之間,因此,必須適當?shù)乜刂破錆{濃度在 12%～16%。

1.3 生漿的起始反應(yīng)溫度、碳化過程溫度控制

生漿的起始反應(yīng)溫度、碳化過程溫度及碳化終點最高溫度的控制,也是影響 PCC平均粒徑的重要因素。普通沉淀碳酸鈣和納米碳酸鈣的生產(chǎn)過程對上述溫度條件的控制要求各不相同[2],高檔卷煙紙專用 PCC的粒徑介于二者之間,其漿液的起始反應(yīng)溫度一般控制在25～30℃,碳化過程最高溫度可控制在45～50℃。因此,碳化溫度最好能實現(xiàn)可控。

1.4 窯氣的濃度和流量選擇

窯氣濃度和流量也是影響 PCC粒徑的重要因素之一,實際生產(chǎn)中要求窯氣的濃度越高越好。窯氣濃度凈化后理論上可達 40%(體積分數(shù),下同),實際操作中通常為 25%～35%,這往往是由于鼓風(fēng)量與加煤量不相匹配造成了過量鼓風(fēng),或窯氣輸送管道密封不佳而造成了空氣漏入等引起的。且勢必導(dǎo)致碳化反應(yīng)速度較慢,有時碳化時間長達 90～120 min,不利于碳化初期大量晶核的形成和平均粒徑的控制。當鼓風(fēng)量與加煤量相匹配時,此時窯氣濃度最高,且噸石灰煤耗最少,石灰質(zhì)量也最好。通過提高窯氣流量的方法,即將 2座石灰窯氣同時鼓入一個碳化塔中進行碳化反應(yīng),可達到反應(yīng)速度加倍、碳化時間減半、控制碳酸鈣平均粒徑的目的。

1.5 生漿的陳化處理

在生產(chǎn)實踐中發(fā)現(xiàn),石灰乳在存放過程中會出現(xiàn)先變黏稠、相對密度增大,后出現(xiàn)黏度變小、相對密度也減小的現(xiàn)象。這是由于一些尚未完全消化的生石灰在存放過程中逐漸消化、分散成顆粒細小的Ca(OH)2晶體,體系中細小顆粒增加,使顆粒間相互作用力增加,從而出現(xiàn)黏度增大的現(xiàn)象;生漿經(jīng)過約48 h陳化后,生石灰已經(jīng)消化完畢,Ca(OH)2微晶之間相互結(jié)合成為較大的微晶,從而出現(xiàn)黏度變小、相對密度也減小的現(xiàn)象。

精漿陳化在一定程度上可避免產(chǎn)品出現(xiàn)包裹返堿現(xiàn)象;大型陳化池可使一定時間內(nèi)的漿液濃度、溫度、活性等物化性質(zhì)完全相同,從而使產(chǎn)品質(zhì)量在一定范圍內(nèi)保持相對的穩(wěn)定性;陳化過程還是一個緩慢的放熱反應(yīng)過程,靜置陳化往往需要 2～3 d。

2 沉降體積大小的控制

圖 2為 3種 PCC產(chǎn)品的沉降體積與沉降時間的關(guān)系。從圖 2可知:1)根據(jù)沉降體積的大小可初步判斷出 PCC產(chǎn)品的粒徑大小;2)根據(jù)沉降體積與沉降時間的關(guān)系是否呈現(xiàn)一條直線來判斷粒度分布是否狹窄,如果沉降曲線呈現(xiàn)一條直線 (如曲線 B所示),表明 PCC沉降均勻,粒度分布狹窄;相反,沉降曲線的彎曲程度較大,則表明相應(yīng)的 PCC粒度分布較寬(如曲線A、C所示)。曲線A表明該樣品中粒徑較大的粒子較多,開始階段沉降較快,末尾階段沉降較慢,其沉降體積較小;曲線 C所示則相反。3)3種產(chǎn)品 3 h的沉降體積差不多,但它們粒徑分布卻相差甚遠。因此,實際生產(chǎn)中還需要測定產(chǎn)品1 h的沉降體積。

圖2 3種PCC沉降曲線對比

在平均粒徑和粒度分布一定的情況下 (3～4μm),高檔卷煙中專用 PCC對沉降體積的要求在3.0～4.0 mL/g即可,并保持相對穩(wěn)定。通過調(diào)節(jié)石灰煅燒、消化、碳化過程各工藝條件可實現(xiàn)沉降體積的可控[3]。

3 游離堿控制技術(shù)

游離堿含量一般應(yīng)小于 0.05%(質(zhì)量分數(shù))。當產(chǎn)品游離堿含量超標,在平均粒徑一定的情況下,表現(xiàn)為其沉降體積也會隨之增大,填充過程與紙張纖維相容性變差。某種程度上,游離堿含量超標比平均粒徑偏大或偏小的危害更大,因此對游離堿含量必須嚴格加以控制。

碳化反應(yīng)終點必須使碳化熟漿的 pH接近 7,通常還需要繼續(xù)通入 2～4 min的窯氣過度碳化,以確保游離堿含量達標[2]。但即便如此,熟漿仍然可能出現(xiàn)返堿現(xiàn)象,不能完全確保產(chǎn)品游離堿含量能夠達標。究其原因,包裹返堿現(xiàn)象中這種“包裹”在常溫下很難打開,其根源在于生石灰活性較差、生漿濃度和黏度過大、陳化時間不夠、粒子太粗等因素。加入少量磷酸補救,能夠確保游離堿含量達標。

4 白度控制技術(shù)

高檔卷煙紙專用 PCC對白度也有較高的要求,一般要求大于 90%、且保持穩(wěn)定。在石灰石質(zhì)量合格時,沉淀碳酸鈣白度主要取決于窯氣凈化、生石灰與煤灰的篩分、生漿的精制過濾、各種漿液槽和成品槽、消化機和碳化塔密封操作等環(huán)節(jié)。一般情況下,只要對上述環(huán)節(jié)進行嚴格管理即可使產(chǎn)品白度達標。只有當石灰石質(zhì)量不合格 (如石灰石中鐵、錳含量超標)時,才需采用增白技術(shù)對白度進行改進。

5 結(jié)語

1)高檔卷煙紙專用 PCC要求平均粒徑穩(wěn)定控制在 3.0～4.0μm、且粒度分布良好,晶形為小紡錘形,碳化時生漿質(zhì)量分數(shù)為 12%～16%,碳化起始溫度為 25～30℃,碳化過程體系最高溫度可相應(yīng)地控制在 45～50℃,窯氣濃度要求在 35%(體積分數(shù))以上,且窯氣流量充足。

2)PCC生產(chǎn)企業(yè)在組織生產(chǎn)時,必須重新測定相對密度與漿液濃度關(guān)系換算表或工作曲線,才可能正確地指導(dǎo)生產(chǎn)實踐。通過測定熟漿的相對密度可以來比較準確地推算出熟漿的主含量質(zhì)量分數(shù),并進而倒推出碳化前生漿的質(zhì)量分數(shù)。

3)控制高檔卷煙紙專用 PCC中游離堿含量的方法為:將生漿和熟漿充分過濾精制和陳化;碳化熟漿達到中性時,需繼續(xù)進行適度的過度碳化;加入少量磷酸,對游離堿含量的控制進行補充。

4)根據(jù)沉降體積的大小可初步判斷出 PCC的粒徑大小;根據(jù)沉降體積大小與沉降時間的關(guān)系圖判斷粒度分布是否狹窄;實際生產(chǎn)中還需要測定產(chǎn)品的 1 h沉降體積,才能確定產(chǎn)品的粒度分布是否合格。

5)在石灰石質(zhì)量合格的前提下,只需對生產(chǎn)環(huán)節(jié)進行嚴格管理即可使 PCC產(chǎn)品白度達標。

[1] 沈興楠.淺談卷煙紙用碳酸鈣及其沉降體積與粒度[J].造紙化學(xué)品 2001,13(2):21-27.

[2] 顏鑫,王佩良,舒均杰編.納米碳酸鈣關(guān)鍵技術(shù)[M].1版.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2007.

[3] 王良金.沉淀碳酸鈣碳化工藝參數(shù)與成品沉降體積值[J].無機鹽工業(yè),1998,30(1):35-36.

Quality control technology i n production process of speci al PCC for high-grade cigarette paper

Deng Xinyun,Yan Xin

(Departm ent of Chem ical Engineering,Hu′nan Chem ical Engineering Technology College,Zhuzhou412004,China)

There are fivemain indexes,including average particle size and size distribution,morphology,free-alkali content,subsidence volume,and degree ofwhiteness,for the quality of special precipitated calcium carbonate(PCC)used for high-grade cigarette paper.The quality control technology in production process of special PCC for high-grade cigarette paper from the links of relationship bet ween slurry concentration and relative density,carbonization reaction temperature control, kiln gas concentration and flow control,subsidence volume control,raw and cooked slurry aging,excessive carbonization and phosphoric acid neutralization pack-return alkaline phenomenon,and strengthen production process qualitymanagement etc. was discussed respectively.

special PCC for high-grade cigarette paper;free-alkali;pack-return alkaline phenomenon;subsidence volume

TQ132.32

A

1006-4990(2011)05-0046-03

2010-12-26

鄧新云 (1970— ),女,講師,主要從事化學(xué)化工教學(xué)與無機化工研究工作。

聯(lián) 系 人:顏鑫

聯(lián)系方式:hnhgyanxin@126.com