機械制漿（本書包括機械法制漿和化學機械法制漿）可高效合理地利用纖維原料，紙漿能滿足某些產品（如新聞紙、輕量塗布紙、超級壓光紙、多層紙板、生活用紙等）的性能要求，可降低生產成本，減少制漿廢液污染，對造紙工業的持續發展有重要意義，是制漿技術的發展方向之一。近二、三十年，機械制漿技術發展迅速，在提高得率、改善質量、降低能耗、保護環境等方面均取得長足的進步，正朝著高效率、高質量、低能耗、低排放的方向持續發展。

由芬蘭奧博技術大學Brune L?nnberg教授編著的《Mechanical Pulping》（第二版）是芬蘭近期修訂出版的《造紙科學技術叢書》的第5冊。該書首先概要地總結了機械制漿的概念、歷史和理論基礎，然後具體地介紹了各種機械制漿方法的工藝過程、技術參數、主要設備與過程控制。從備料、磨木或磨漿到篩選淨化與漂白，從原料特性到紙漿性質，從節能降耗到環境保護，從技術進展到未來展望，都作了深入的闡述。全書內容充實，結構嚴謹，圖文並茂，繫統性強，是一部很好的機械制漿英文教材和專業技術人員參考書。

在接受中國造紙協會、中國造紙學會、中國輕工企業投資發展協會和中國輕工業出版社的中芬合著《造紙及其裝備科學技術叢書》（中文版）之《機械制漿》的翻譯和編著任務後，我們本著虛心學習的態度，認真閱讀並翻譯了L?nnberg教授編著的《Mechanical Pulping》英文版原著，並在保持英文版繫統性、完整性的前提下，結合中國造紙工業的實情，增加或補充了中國機械制漿的纖維原料、生產工藝、技術裝備、紙漿性質、節能減排等方面的內容。其中，第3章增加了中國機械制漿的歷史與發展；第5章增加了用於化學機械法制漿的木材種類，包括中國用於化學機械漿的木材原料；第6章補充介紹了中國產鏈式磨木機的技術特征，比較了SGW、TGW、PGW和TMP的紙漿性質；第7章補述了盤磨機的結構要求及盤磨機磨漿過程與主要影響因素，結合中國的生產實踐，補充介紹了節能的RTS-TMP工藝以及TMP的熱回收流程和影響因素；第8章基於中國是世界上APMP/P-RC APMP制漿生產線多的國家，具體介紹中國工廠APMP/P-RC APMP生產工藝、紙漿性質與國產設備，並對BCTMP和P-RC APMP兩種工藝進行綜合比較；第9章對波形篩板工作原理及其對篩選效果的影響稍作補充；第10章補充了中國磨木漿廠篩渣磨漿繫統工藝流程；第11章歸納了高得率紙漿漂白的特點以及高得率漿返黃的影響因素和抑制高得率漿返黃的措施，補充了中國磨木漿中濃和高濃過氧化氫漂白流程以及已在中國機械漿廠應用的甲脒亞磺酸漂白；第14章增加了中國工廠化學機械法制漿廢水污染特征及廢水生化處理技術，以具體實例介紹中國機械漿廠實施的零廢水技術；第16章增加了機械法和化學機械法制漿技術的發展。力求結合中國生產實際，介紹先進技術裝備，展示行業科技進步，推進機械制漿持續發展。

本書由詹懷宇、李海龍翻譯，中方由詹懷宇、朱建萍、李海龍編著。本書在翻譯、編著過程中得到有關領導的關心和支持，得到許多前輩和同仁的指導和幫助，有關機械制漿企業和科研設計單位的工程技術人員提出了許多寶貴的意見，在此一並表示衷心的感謝！

由於譯著者學識水平有限，書中難免存在差錯和不當之處，懇請讀者批評指正！

譯著者 

第2章 機械制漿的概念

2.1 機械制漿用木材

木材是一種具有復雜的物理宏觀結構以及復雜的物理和化學微結構的天然復合材料。木材似乎是一種緊密的材料，但一塊干木材實際上可含有多於三分之二的空氣。這是因為木材是由管狀的細胞組成的，較老的木材組織是空的。

由於木材的基本密度通常是小於500kg/m3，其多孔的結構意味著木質復合材料必須是很緊密的。事實上，針葉木和闊葉木復合材料的密度大約是1500kg/m3，而且幾乎是不變的。在宏觀結構層面，木材是由管狀的纖維素纖維組成的，這些纖維沿其長度方向由富含木素的胞間層相互連接，胞間層可看作胞外層。但是，木材約有五分之四的木素位於纖維的次生壁。纖維壁的宏觀結構顯示它由一薄的初生壁作為外側的無定形層。緊靠初生壁的松厚的次生壁（S）通常分為三個不同的層（S1、S2和S3）。次生壁外層S1層是薄的且大多為無定形的，緊靠S1層的S2層是松厚且大部分是晶狀的，因為從宏觀結構層面上它含晶體的纖維素鏈。這些纖維素鏈形成四一四連接的纖維素微纖絲，其周圍被無定形的木素所包覆。這些纖絲形成螺旋形的薄片或微纖絲，這些微纖絲依次被無定形物，大多為木素所包圍。裡面的薄層S3是無定形的，但也 能通過細胞腔保護纖維材料免受細菌侵蝕。細胞腔是纖維細胞裡面中空部分，通常部分充填水，在樹木的心材也可以是無水的（即充滿空氣）。

2.2 機械制漿的木材處理

機械制漿的目的是從木材基體中分離纖維，並希望以適合於特定造紙過程的形式分離。這當然是要求的任務，對外行來說，將完整的木材僅通過機械處理就能轉變為有用的纖維就像魔術一樣。僅當木素和部分半纖維素被溶出（如化學制漿）或者或多或少被軟化（如機械制漿）時，纖維纔能彼此分離而沒有被破壞。化學漿和機械漿纖維在變成適合造紙的用漿之前都必須經過機械處理（磨漿或打漿）。對化學漿這是在造紙廠進行的分開過程，對機械制漿來說，這是一個聯合的機械纖維分離過程。在機械制漿中，纖維結構的“變松”甚至是更重要的，因為天然的因而“不變”的機械紙漿纖維太挺硬且含有過少的用於造紙產生合適的紙張纖維網絡的化學結合點。良好的纖維結合是表面平滑且強度好的紙張必須先具備的。在機械制漿過程中，木材和纖維受到磨石或磨盤產生的頻繁的應力作用，事實上，當其達到所需的松馳結構時，纖維的分離也是同樣的。

化學機械漿在生產過程中除輸入機械能外，僅加入少量的化學品，也屬於機械漿範疇，因為木素的去除是較少的。

一種理想的機械紙漿生產的紙張具有高的不透明度、白度、松厚度和平滑度，且在低定量時具有合適的孔結構。對造紙廠可接受的總體經濟來說，這類紙張應用機械漿生產，甚至可以不添加更貴的化學強化紙漿，事實上這種漿對不透明度和松厚度有負面影響。與化學漿相比，機械漿的優點是有可能生產出低定量但仍具有足夠不透明度和松厚度的紙張。但是，要求機械漿具有足夠的強度性質。

-種理想的機械制漿法要求下列要素：

-纖維必須從木材基體中分離

-如可能，必須保護木材原有的纖維長度

-纖維壁必須細纖維化（至少達到大纖絲水平）

-胞間層至少應被剝落以產生細小纖維，初生壁部分剝離以暴露出纖維次生壁

-纖維次生壁必須細纖維化

工業規模生產機械漿有兩種技術：

-將木段壓向旋轉的磨石（磨石磨木）

-在盤磨機中分離纖維（盤磨磨漿）

但是，應強調的是，根據上述指標，這兩種方法都不是理想的機械制漿法。磨石磨木法通常生產具有優異光學性質而強度性質不足的紙漿，而木片磨漿法生產具有良好強度性質而光學性質相對較差的紙漿。基於終產品性能指標，這兩種技術均可以改良以生產出較好光學性質和松厚度或改進強度性質的紙張。

2.3 機械制漿簡述

主要的機械制漿和制漿方法列於表2-1。表中也提供了各種方法的簡短說明。表中未列出的為數眾多的子方法將在第六章磨木和壓力磨木、第七章熱磨機械漿和第八章化學機械漿中論述。許多工業方法采用商業背景命名（例如PGW和TMP），而表2-1中列出的所有名詞仍有待取得終的一致。

表2-1 機械漿命名法。主要方法為SGW、PGW、TMP和CTMP法。紙漿得率指對新鮮去皮挪威雲彬木和用水量為10~20m3/t的現代封閉過程。

SGW 磨石磨木漿 木段對著磨石的常壓磨漿，噴水溫度通常為70~75oC，紙漿得率98.5%

PGW 壓力磨石磨木漿 木段在Metso磨木機中壓力條件（2.5bar）下，噴水溫度低於100oC，得率98.5%

PGW-S 超壓磨石磨木漿 木段在Metso磨木機中高壓條件（4.5bar）下磨漿，噴水溫度高於100oC，得率98%

TGW 熱磨石磨木漿 木段在Voith鏈式磨木機中常壓磨漿，配有的專有繫統使噴水溫度達到80oC或更高，得率98.5%

RMP 盤磨機械漿 木片在盤磨機中常壓磨漿，木片預處理僅包括洗滌及可能的常壓預汽蒸，得率97.5%

PRMP 壓力盤磨機械漿 如同RMP，但在升高的溫度下壓力磨漿，得率97.5%

TMP 熱磨機械漿 木片用壓力蒸汽預熱並在升高的溫度下磨漿，蒸汽壓力通常為3~5bar，相應的溫度為140~155oC，得率97.5%

CMP 化學機械漿 1.所有此類紙漿的通用名稱，由化學預處理木材後盤磨磨漿或磨石磨木而制得，得率80%~95%

2.化學處理通常也熱預處理的木片在常壓或壓力條件下磨漿而制得的紙漿，相對強的化學處理使有代表性的紙漿得率低於90%

CTMP 化學熱磨機械漿 經化學預處理的木片或粗漿在壓力下磨漿，相對溫和的處理，有代表性的得率為90%以上。各種子方法參見第八章化學機械法制漿

2.4 機械漿的特性

有代表性的機械漿具有高得率，通常挪威雲杉的機械漿得率為97%~98%，而化學漿得率為45%~50%。這就簡單地意味著，對一定量的木材，在紙料中增加機械漿的比例可以生產更多的紙張，因此改善工廠的經濟和生態。用商業經濟的話，由於總的紙漿得率提高，單位紙產品的木材原料成本降低。

與化學制漿法相比，機械制漿具有許多優點，例如低投資，工藝簡單。機械漿具有一些好的紙張性質，例如高的光散射能力，還算高的白度，良好的成形特性，導致紙張具有平滑的表面和高的松厚度。

一般來說，機械漿是在造紙廠就地生產，因此能為許多終用途而定制，而化學漿僅為少數主要紙種而生產。而且，在造紙廠或紙板廠造紙前化學漿需要打漿。

機械制漿法有一主要缺點：電能消耗高。用於雜志紙的木材機械制漿的電耗高達3.5MWh/t.

機械漿纖維的結合能力比化學漿纖維低，致使機械漿的總體強度性質較低。機械漿也常常含有雜質。而且機械漿不能漂到與化學漿相同的程度，其白度穩定性差。圖2-1和圖2-2顯示一些針葉木機械漿、硫酸鹽漿和標準脫量漿間撕裂指數和光散射繫數的差別。在所有的機械漿中，盤磨機械漿（TMP和CTMP）的撕裂指數但光散射繫數。磨石磨木漿則相反，光散射繫數但撕裂指數。

圖2-1 挪威雲杉機械漿和化學漿的撕裂強度

圖2-2 挪威雲杉機械漿和化學漿的光散射能力

由於機械制漿粗放的工藝條件，所有機械漿都含有細小纖維和纖維碎片，當然也有完整的纖維，如圖2-3。這些紙漿組分有不同的性質，其後機械漿的性質大大地取決於這些組分的數量和質量。例如，磨石磨木漿中細小纖維的質量與熱磨機械漿中細小纖維的質量有很大的不同。

圖2-3 各種紙漿的纖維組分

2.5 機械漿的終用途

機械漿主要用於含機械漿印刷紙（也稱含磨木漿印刷紙）的生產。這些印刷用紙在低定量時就有良好的不透明度和印刷適性，但強度和耐久性有限，而這些印刷紙必須相對便宜。主要的紙種有新聞紙、未塗布超級壓光紙和輕量塗布雜志紙。這些紙種的主要要求是良好的運行性能和印刷性能。所有主要的機械漿種（SGW、PGW和TMP）都適用於所有的含機械漿印刷紙。但制造過程的經濟性和終產品的質量取決於所用的機械漿的類別。有代表性的是采用磨木漿（SGW或PGW）容易達到要求的印刷適性，采用TMP容易達到良好的運行性能。新聞紙可以含有高達100%的機械漿，但發展趨勢是在新聞紙制造中使用不斷增加的脫墨漿（DIP）比例。超級壓光紙（SC）通常含有55%~65%的機械漿，而低定量塗布紙含有35%~40%的機械漿。

機械漿的其他應用包括各類紙板、牆紙、高級文化用紙、柔軟衛生紙以及吸收紙和漿模制品。三層組成的折疊紙板的芯層通常用磨木漿。CTMP應用於液體包裝紙板快速增長，而此種紙板初是由全硫酸鹽漿制造的。和折疊紙板相同的方式，如今越來越多的漂白CTMP用於液體包裝紙板的芯層，CTMP也用於吸收性漿和紙產品。

一些牆紙紙種含有高達70%的機械漿，甚至一些不含磨木漿的高級文化用紙也加入5%~20%的機械漿。許多柔軟的衛生紙和漿模制品初由機械漿制造，但目前主要采用DIP。

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