高档卷烟纸专用轻质碳酸钙生产过程质量控制技术.doc

高档卷烟纸专用PCC生产过程质量控制技术　　邓新云 颜鑫　　　(湖南化工职业技术学院，湖南株洲 412004 )　摘 要：高档卷烟纸专用PCC的质量要求包括平均粒径与粒径分布、晶形、游离碱、沉降体积、白度等五个主要指标本文分别从浆液浓度与波美度的关系、碳化反应温度控制、窑气浓度与流量选择、沉降体积控制、生浆和熟浆陈化、过度碳化和磷酸中和处理包裹返碱现象、加强生产过程质量管理环节等方面探讨了高档卷烟纸专用PCC的生产过程质量控制技术　　　关键词：高档卷烟纸专用PCC；平均粒径；粒度分布；游离碱；陈化；包裹返碱；沉降体积；白度　Production Process Quality Control Technology on High-Grade Cigarette Paper Special PCC 　　　Abstract: There are five main quality indexes for special PCC of high-grade cigarette paper including PCC average particle size and size distribution, morphology, free-alkali content, subsidence volume, degree of whiteness. This paper discussed quality control technologies in the production process of special PCC of high-grade cigarette paper, which deal with the slurry concentration and the corresponding relations, the carbonization reaction temperature control, kiln gas concentration and the flow volume control, settlement, and ripe plasma maturing, excessive carbonization and phosphoric acid neutralization pack-return alkaline phenomenon and strengthening quality control in manufacturing process.　　　Keywords: high-grade cigarette paper special PCC；average size；size distribution；maturing；pack-return alkaline phenomenon；subsidence volume；degree of whiteness　　所谓高档卷烟纸就是既要满足高透气度以降低焦油含量，减少对人体有害物质，又要满足高速卷烟机对纸张高强度的要求，即所谓“双高”卷烟纸。

高档卷烟纸专用PCC除了满足“双高”性能之外，还要求能提高卷烟纸的不透明度、白度，改进手感和柔软性，在纸纤维网格中有较高的留着率，能调节卷烟纸燃烧速度等，其具体质量要求包括平均粒径及粒度分布、晶形、游离碱含量、沉降体积、白度等五个主要指标下面分别从这五个方面来探讨高档卷烟纸专用PCC的质量控制技术　1. 晶形的多样性与选择　造纸填料专用PCC的晶形虽然有玫瑰花形、片状和纺锤体等多种晶形，但高档卷烟纸专用PCC的晶形一般为小纺锤体，不仅因为玫瑰花形、片状PCC都必须添加必要的晶形导向剂，工艺控制也较为复杂，成本较高，且影响纸纤维间的结合，使纸张强度降低而纺锤体是一种自发生成的晶体类型，无需要添加任何晶形导向剂，纺锤体决定了粒子的堆积、交叉在一起，会产生搭桥作用，较疏松，对成纸的透气度、不透明度、白度均较有利；同时，纺锤状PCC本身流线型结构在纸张抄造过程中对纸机的造纸铜网、聚酯成型网的摩擦损耗程度较小，在纸张完成、后续加工及印刷过程中有重要意义[1]　2. 高档卷烟纸专用PCC平均粒径与粒度分布生产技术　　恒丰纸业的生产实践表明：高档卷烟纸填料专用PCC平均粒径最好是处于3μm之间，比表面积为2~3m2/g。

如果粒径小于1μm，填充过程中小粒径PCC粒子将容易穿透纸张纤维，则其纸张纤维中的保留率将下降，同时，小颗粒PCC填充在纸张纤维中将堵塞纤维的细小空穴，减小了纸张的总空隙率，影响纸张脱水速率、成品的透气度和变异系数；反之，如果平均粒径大于5μm，则大部分PCC粒子难以进入纸张纤维网格之中，仅仅覆盖在纸张表面，其成品纸张表面将出现一层“白粉”，在印刷过程中易发生“掉粉掉毛”现象[1]，使PCC的有效填充量明显减少，并影响到纸张的燃烧速度PCC在纸张纤维中留着率一般仅为加入量的50%左右，流失的PCC将随着造纸废水排放，给环境保护和废水处理带来负面影响[2]，因此，粒度分布窄是高档卷烟纸填料专用PCC又一的重要特征　　　2.1 恒都公司产品在改造前后的粒度大小与分布情况比较　　　采用Malvern Instruments Ltd 制造的Mastersizer 2000激光粒度分析仪对牡丹江恒都钙品 （简称恒都公司）在改造前后的产品粒度大小与分布情况进行了分析，分别如图1(a)、图1(b)所示　 　图1（a）改造前粒度分布图 图1（b）改造后粒度分布图　　μm之间有一个明显的小峰，说明在该区域有部分微细PCC存在，并导致主峰右移、粒径分布宽度增大、产品整体平均粒径增大。

由图1（b）可知，改造后产品只有一个主峰，且峰高增大、峰宽减小、峰形对称美观，完全可以满足高档卷烟纸填料专用PCC的要求改造前后产品粒度分析报告对比如下表：　　　表1：改造前后产品粒度分析对比　　峰高/%　峰高位置/μm　平均粒径/μm　μm/粒子%　　μm粒子/%　　　μm 粒子/%　峰形　　　应用性能　改造前　　　　　4.010　　4.330　2.5　1.5%　＜60%　　不对称　不佳　　改造后　　　14.4　　3.198　3.447　几乎为0　几乎为0　＞70%　　对称美观　　很好　　2.2浆液浓度与波美度的关系浓度大小选择　2.2.1生浆浓度与波美度的关系　　　　图2 标准曲线与裕丰钙业工作曲线对照图　　浆液浓度是影响轻钙平均粒径的主要因素之一，实际生产中通常是通过测定浆液的波美度来间接判断浆液浓度大小连州裕丰钙业科技 将该公司工作曲线与标准曲线进行对照，如图2所示：　　　从标准曲线可以看出，其质量百分浓度与波美度几乎成正比例线性关系，其波美度≈×质量百分浓度；该工作曲线是一根曲度明显的曲线，而且波美度越大，其质量百分浓度与标准曲线相差越远[3]可见，通过用波美度来表征生浆的浓度大小，可以说已经没有实际意义，因为生浆的波美度与质量浓度的关系是相当复杂的，主要取决于石灰石质量、生浆是否进行陈化处理及陈化时间的长短等因素。

各PCC生产企业必须根据各地区各企业所使用石灰石测定波美度与质量浓度关系换算表或工作曲线，才可能正确地指导生产实践　　2.2.2熟浆浓度与波美度的关系　　用波美度来表征碳化熟浆的浓度是完全可行的其原因是熟浆的质量百分浓度虽然比相应的生浆大约1.26倍左右（见表2），但熟浆的粘度明显少于生浆，熟浆的波美度与其质量百分浓度的关系比较符合《行业标准》标准曲线生浆质量百分浓度、熟浆的波美度和质量百分浓度具有表2所示的关系：　　表2 生浆质量百分浓度、熟浆的波美度和质量百分浓度关系 　　生浆质量百分浓度/%　8.0　10　12　　15　18　　熟浆质量百分浓度/%　　　　　12.7　　15.1　18.6　　　　　　　　1.29　　1.27　　1.26　1.24　　1.23　　熟浆波美度/°Bé　　12.0　　14.4　　17.1　　20.8　24.8　　　　　　　　　　　　　　　　　　　实际生产中可通过测定熟浆的波美度来比较准确推算出熟浆的质量百分浓度，并进而倒推出碳化前生浆的质量百分浓度例如，当熟浆的波美度20°Bé时，熟浆的质量百分浓度约为：20÷≈17.7%，碳化前生浆的质量百分浓度为：17.7%÷≈14.05%。

　　　2.2.3生浆浓度的选择　　　在普通PCC生产过程中几乎不控制生浆浓度，往往生浆浓度在15~20%之间，而纳米PCC控制粒径的措施之一就是控制其生浆浓度在8~12%[4]高档卷烟纸专用PCC的粒径介于普通轻钙和纳米轻钙之间，因此，必须适当地控制其生浆浓度在12~16%之间　　2.3生浆的起始反应温度、碳化过程温度控制　　生浆的起始反应温度、碳化过程温度及碳化终点最高温度的控制，也是影响PCC平均粒径的重要因素之一众所周知，普通轻钙生产过程是几乎不控制生浆的起始反应温度和碳化过程温度，这是因为普通轻钙也几乎不控制产品的粒径；而纳米碳酸钙生产过程则需要通过制冷来严格控制生浆的起始反应温度和碳化过程温度，这源于氢氧化钙粒子在水中的溶解度与温度成反比，即温度越低，其溶解度越大，反应的推动力越大，越有利于碳化反应初期形成大量晶核，有利于粒子超细化[4]而高档卷烟纸专用PCC的粒径介于普通轻钙和纳米轻钙之间，其浆液的起始反应温度和碳化过程温度需要控制在一定的范围内　一般来说，浆液的起始反应温度可控制在25~30℃，碳化过程最高温度可相应地控制在45~50℃之间因此，碳化温度最好能实现可控　　2.4窑气的浓度和流量选择　窑气浓度和流量也是影响轻钙粒径的重要因素之一，实际生产中窑气浓度要求越高越好。

理论上窑气浓度净化后理论上可达40%（体积百分浓度），但实际上，窑气浓度往往仅为25~35%，将导致碳化反应速度较慢，有时碳化时间长达90~120min，这不利于碳化初期大量晶核的形成和平均粒径的控制这往往是由于鼓风量与加煤量和煅烧速率不相匹配而造成过量鼓风、窑气输送管道密封不佳而造成空气漏入等因素当鼓风量与加煤量相互匹配时，窑气浓度是最高的，且吨石灰煤耗也是最少的、石灰质量也是最好的，因此，加强石灰窑的运行管理是提高窑气浓度的关键　　图3 生浆波美度随时间变化曲线　通过提高窑气流量的方法，即可将两座石灰窑气同时鼓入一个碳化塔中进行碳化反应，可达到反应速度加倍，控制碳化时间在40~60min内，同时有利于控制碳酸钙平均粒径的目的　　　2.5 生浆的陈化处理　　　在生产实践中发现，刚消化后的生浆的波美度较小，以恒都公司为例，其新鲜生浆波美度仅为30~35°Bé，但生浆经过24h陈化处理后，随着浆液粘度的增大，其波美度可增大到50~55°Bé石灰乳在存放过程中会出现先变黏稠、波美度增大，后出现粘度变小、波美度也减小的现象，如图3所示这是由于一些尚未完全消化的生石灰在存放过程中逐渐消化、分散成细小颗粒Ca(OH)2晶体，体系中细小颗粒增加，使颗粒间相互作用力增加，从而出现黏度增大的现象；生浆经过约48h陈化后，生石灰已经消化完毕，Ca(OH)2微晶之间相互结合成为了较大的微晶，从而出现粘度变小、波美度也减小的现象。

　　　　　图4 三种PCC沉降曲线对比　　精浆陈化一定程度上可避免产品出现包裹返碱现象；大型陈化池可使一定时间内的浆液浓度、温度、活性等物化性质完全相同，从而使产品质量在一定范围内保持相对的稳定性；陈化过程还是一个缓慢的放热反应过程，大型陈化池具有自然散热不快的缺陷，静置陈化往往需要2~3天。