1. 研究目的与意义
中国目前的制造业既处于工业化时代，又处于信息化时代。社会对纸张的需求具有工业化时代的特征，即需求有各种信息传播与扩散，需要有大量纸张作为传播的介质，但又不同于西方历史上的工业化时代，因为传播信息又有了电子媒体、电视和广播等更先进的手段，不完全依赖纸张。但作为商品的包装材料，现代社会对包装纸板的要求更扩大了，对纸张的要求因为经济发展的全球化，使商品的流通更扩大到国际间，对包装纸板的要求，不仅数量扩大，还对强度和外观有更高的要求。这就是现今中国造纸工业面临的大量社会的需求，也是目前中国造纸工业发展的巨大推动力，也是目前中国造纸工业能以两位数的百分率增长的主要原因。
而当今社会，人们对商品的包装越来越重视，以瓦楞纸板为主的纸质包装材料在众多包装材料中占有重要地位。伴随着瓦楞纸板向轻量化、微型化的发展，瓦楞原纸也必须向高强度、低定量发展。由于长期以来瓦楞原纸的低附加值，国内造纸企业对瓦楞原纸生产线的投建不多，导致国内瓦楞原纸市场一直处于供不应求的状态。特别是高强瓦楞原纸，远远满足不了国内的市场需求，每年需要从国外大量进口。因此，大力发展高强度低定量的瓦楞原纸市场，符合市场需求，是社会的需要2. 国内外研究现状分析
进口废纸、国内废纸和麦草半化学浆应该成为发展我国瓦楞。原纸的主要纤维原料。国际上广泛采用半化学阔叶木浆生产瓦楞原纸,早在1925 年便开始用NSSC 浆为原料。近年由于对环保的重视,以OCC 为原料日益普遍。西欧瓦楞材料废纸用量高达75 % ,亚洲废纸用量占71 % ,韩国和我国台湾省更是全部以废纸为原料生产箱纸板和瓦楞原纸。我国近年也有不少生产线以美国废瓦楞纸箱(AOCC) 为原料生产瓦楞材料。虽然废纸原料成本比原生纤维低,但研究结果表明以NSSC 为原料的瓦楞原纸挺度好,在起楞机起楞时有更好的运转性能,在较高湿度下仍能维持较高的抗张挺度和压缩强度,所制造的瓦楞纸箱在潮湿条件下有更好的刚度⑤。此外进口废纸资源的不足也应引起足够的重视。近年欧洲废纸出口已经不多,中国香港废纸出口也呈下降趋势。表2 是美国废旧瓦楞纸箱(AOCC) 的回收、出口情况⑥ ,到2001 年可供出口的AOCC 只有396万t 。同一文章报导1996 年美国出口废纸中OCC 占39 % ,按此推算,2001 年美国废纸出口总量应为1015万t 左右。1996 年美国废纸出口流向是韩国20 % ,中国12 % ,中国台湾12 % ,墨西哥15 % ,加拿大18 %。如出口到中国的废纸仍在12 %水平,中国可以进口到的全部美国废纸约是121 万t 。韩国、中国台湾和墨西哥肯定是进口AOCC 的主要竞争对手,中国台湾每年就从岛外进口90 万tOCC。看来应清醒地估计到,要进一步发展瓦楞材料不能过分依赖于AOCC。相反,1998 年国内瓦楞材料消费量为956 万t ,美国瓦楞材料回收率为68. 9 % ,如我们的回收率能达到50 % ,国内的废旧瓦楞纸箱材料便可回收近500 万t ,这是十分可观的数字。虽然国内的OCC 质量不如AOCC ,但无论如何这部分原料不应被忽视。国内OCC 目前还是以草类纤维为主,过去人们对草类纤维废纸回收存有偏见,研究结果表明这种纤维原料在回用过程一定程度上纸张质量会有所提高⑦ ,如适当使用助剂,应该可以生产出质量较好的瓦楞原纸。我国缺乏木材资源,应该重视利用麦草半化学浆生产瓦楞原纸。西班牙SAICA 纸厂用半化学麦草浆混合一定比例的OCC 生产高强瓦楞原纸的经验值得借鉴。该厂之所以用半化学麦草浆,一是欧洲OCC 供应短缺,二是麦草原料比较便宜。该厂用自行开发的连蒸设备和工艺,在常压下以大液比连续蒸煮生产半化学麦草浆,配50 %～75 %的OCC ,生产优质高强瓦楞原纸。半化学麦浆的质量是不成问题的,问题是要解决好废水处理,麦草半化学浆废水处理还没有成功的经验可以借鉴。上述西班牙SAICA 纸厂开始是把日产300t 草浆的废液和纸机白水混合,在3 个15000m3槽内进行厌氧发酵,所产生的沼气送去锅炉发电。废水再经好氧处理便可排放。80 年代中期当地排污标准COD 10000mg/ L , 而工厂的废水处理后COD 为5700～7500mg/ L ,可以达标排放,当时不少文章曾作为水处理成功经验予以报导;到80 年代后期排放标准定为5000 mg/ L ,工厂只能用减少草浆产量来达到标准要求。但是随着地方政府排放标准控制越来越严格,1998 年要求COD 排放小于500mg/ L ,该厂虽斥资200 万美元进行两年的研究还是未找到达标的好办法,终于不得不暂时把半化学麦草浆生产线关闭。据1999 年11 月在99中国国际纸林展TAPPI造纸技术报告会上Escudero 先生介绍,他们正进行木素沉淀和湿法氧化新工艺的开发,相信废液经过木素沉淀和湿法氧化,再用厌氧- 好氧处理后可以达标排放,到2003 年计划重建日产400～600t (每条连蒸线200～300t / d) 的半化学麦草浆生产线。目前上述的木素沉淀和湿法氧化工艺正在进行中试。
降低成本和降低定量仍然是瓦楞纸板发展趋势。基于环保和成本的要求,瓦楞纸板平均定量,包括箱纸板和瓦楞原纸的定量都必须降低。之所以生产低定量纸板,一是市场需要,其次是由于近年苯胺印刷技术的进展和新的瓦楞楞型的出现。传统的瓦楞是A 、C、B 、D 几种型式,主要用于要求高强度的纸箱;近年设计出新的楞型E、F 、N 型,主要特点是瓦楞高度比传统的瓦楞低得多,适用于低定量的瓦楞原纸。过去瓦楞原纸一般是127～ 140g/ m2 ,现在已开始生产90～115g/ m2 ,估计将来甚至会生产60～90g/ m2 的瓦楞原纸⑧。由于箱纸板和瓦楞原纸定量降低,整个瓦楞纸板定量也明显下降。以前一般在1000～1100g/ m2 ,现在定量大的600g/ m2 ,有些国家的瓦楞纸板定量甚至只有500g/ m2 ,这更突出瓦楞纸箱强度/ 重量高的特点。但是我国的瓦楞原纸普遍是高定量的,且在强度能达到国家产品标准A 等的不多,因此每年不得不进口相当数量高强瓦楞原纸。 比较了几种国内外瓦楞原纸的横向环压指数,国产几种产品的强度比几种外国产品明显的低。瓦楞原纸的挺度和压缩强度对纸箱整体强度有重要作用。纸板的挺度D = Eh 3/ 12 ,E 为弹性模量,h为厚度,可见厚度对纸板挺度很重要。如何使纸板在定量降低时不致因厚度明显下降而影响挺度将是生产低定量瓦楞原纸的关键。如有条件采用多层成形的设备,不但会有利于产品的挺度,而且也有利于耐破度。据报导两层成形的产品耐破度比一层的产品高10 %～20 %。虽然瓦楞原纸并非高附加值产品,但国外很多生产线都装备有很先进的纸机。澳大利亚的Visy 纸业集团Coolaroo 纸厂有两台纸板机,4 号机是Voit h -Toschi 三网纸机,生产112～260g/ m2 的瓦楞原纸和和挂面纸板,抄宽2. 5m ,车速700m/ min ,年产12 万t ;5 号机是双长网,抄宽2. 8m ,车速700m/ min ,年产9. 5 万t 。印尼金光集团在Serang 纸厂的2 号机是Beloit Gap Former ,1996 年4 月投产生产低定量瓦楞原纸,抄宽6. 6m ,车速850～950m/ min ,用AOCC为原料时生产105g/ m2 瓦楞原纸,用EOCC 和当地OCC 时生产150g/ m2 瓦楞原纸,年产34 万t 。西班牙SAICA 纸厂将要投产的一台瓦楞纸纸机是Voit h 的Duoformer Base Gap Former , 抄宽8. 1m , 车速1450m/ min ,瓦楞原纸定量75～110g/ m2 ,年产50 万t 。O TOR 是欧洲以废纸为原料生产瓦楞原纸最主要的公司之一,它在巴黎附近的Efienne du Rouvrag 纸厂以1/ 3 废杂志纸, 2/ 3OCC 为原料,用一台Duo2former 纸机生产100g/ m2 的瓦楞原纸。纸机抄宽7m ,车速600m/ min ,日产600t 。有趣的是原来这台纸机是生产低定量涂布纸的,当O TOR 公司收购该厂后, 认为生产低定量涂布纸缺乏竞争力, 便改成用废纸生产瓦楞原纸和箱纸板。
3. 研究的基本内容与计划
1，方案论证，包括产品标准（主要质量指标），主要原料，辅料，打浆工艺要求，生产工艺流程，主要工艺参数。
2，浆水平衡计算，4月6日。
3，设备选型计算，4月11日。
4. 研究创新点
本瓦楞纸造纸车间采用无污染纯生物制浆工艺，与原亚铵制浆工艺相比，其先进性突出表现在7个方面:一是利用生物作用将麦草制浆产生的黑液全部彻底改变了性质，将黑液转化为可用于蒸煮的一种生物液，并完全替代了亚铵进行蒸煮制浆，实现了黑液反复长期的循环利用，从而消除了造纸污染源黑液；第二，利用此种生物液进行麦草蒸煮制浆，改变了麦草中木素的本性，在得浆率大幅提高的基础上，产品质量的主要物理指标有所提升；第三，利用生物作用不但消除了麦草制浆黑液的污染，而且还降低了生产成本，吨浆节省亚铵折款150元左右，吨草得浆率提高10％以上，折款150元左右，合计吨纸降低成本300元左右；第四，利用此生物液进行麦草蒸煮制浆，与亚铵法制浆工艺基本相同，利用原有设备稍加改造即可进行规模化生产；第五，利用生物液用于麦草蒸煮制浆，因其得浆率提高15个百分点，其污染物降低40％，其水质的可生化性大大提高，因此可以实现中段水大部分回用，节约了水资源，还大幅降低中段水治理成本；第六，利用生物液进行麦草蒸煮所制出的成浆在制造过程中具有脱水快、易于烘干的优点，因此可提高车速，增加产量，减少水、电、汽消耗，降低了生产成本；第七，利用生物液进行麦草蒸煮，因为取代了硫磺与铵水合成的亚铵，由此免除了二氧化硫对空气的污染，消除了硫化物对中段水的污染。
