起皺劑特性對(duì)揚(yáng)克烘缸涂布性能的影響

起皺劑特性對(duì)揚(yáng)克烘缸涂布性能的影響

該文敘述了起皺劑（貼缸劑、剝離劑等）的各種特性，討論了起皺劑的化學(xué)特性對(duì)揚(yáng)克烘缸涂布性能的影響，介紹了新開發(fā)的用于優(yōu)化紙機(jī)起皺系統(tǒng)的各種類型起皺劑及其性能和應(yīng)用。

對(duì)衛(wèi)生紙、餐巾紙等家庭用紙而言，賦予它們使用時(shí)的舒適感是提高商品價(jià)值的重要因素，特別是紙的柔軟性和表面性能直接影響柔軟程度和手感，人們對(duì)其要求特別高。

為了使家庭用紙柔軟、疏松，紙張需經(jīng)過起皺（細(xì)小的皺紋）工序生產(chǎn)而成。因此，起皺的質(zhì)量直接影響紙的柔軟性和表面性能?！捌鸢櫋本褪菨窦?jiān)谫N住烘缸時(shí)，經(jīng)干燥后用刮刀刮皺紙頁的工序。為取得穩(wěn)定而良好的皺紋，由貼缸劑、剝離劑和助劑組成的起皺劑發(fā)揮了重要的作用。近年來，隨著紙漿/廢紙等原料的多樣化，并受紙機(jī)高速化和漿內(nèi)添加柔軟劑等化學(xué)品的影響，人們正在開發(fā)能夠廣泛應(yīng)對(duì)這些問題的起皺系統(tǒng)。

日本某公司從多角度評(píng)價(jià)了起皺劑的性能，提出了起皺劑的分子設(shè)計(jì)及適合于不同機(jī)型的起皺系統(tǒng)。本文將報(bào)告起皺劑的化學(xué)特征對(duì)涂布膜特性的影響，同時(shí)介紹新型起皺用貼缸劑。

1 涂膜

揚(yáng)克式烘缸上噴涂的起皺劑（貼缸劑、剝離劑和助劑）在烘缸上形成涂層薄膜。涂層薄膜主要形成2層結(jié)構(gòu)，由與烘缸表面接觸的層（保護(hù)層）和與紙接觸的層（黏結(jié)層）組成，見圖1。

圖1 烘缸上涂層薄膜的模型

保護(hù)層的主要成分是堅(jiān)硬的黏合劑，起到保護(hù)與刮刀刀片接觸的（鋼接觸）揚(yáng)克式烘缸表面的作用。黏結(jié)層是貼缸劑與剝離劑混合而成的柔軟層，具有將濕紙黏結(jié)在揚(yáng)克式烘缸上及用刮刀片將烘干后的紙平滑地從烘缸剝離的作用。黏結(jié)層和部分保護(hù)層被刮刀片刮掉，通過噴涂補(bǔ)充，反復(fù)更新涂層膜。

2 起皺貼缸劑的類型

起皺劑中，起皺用貼缸劑（或者涂布劑）是決定涂布薄膜特性的最重要的化學(xué)品。該公司的起皺用貼缸劑是以聚酰胺環(huán)氧氯丙烷（PAE）為主要成分，通過將PAE分子設(shè)計(jì)并成功開發(fā)了一系列具有架橋反應(yīng)性能和親水性能的各種涂布薄膜特性的貼缸劑，見圖2。

圖2 PAE具有架橋反應(yīng)性能的官能團(tuán)

特別是PAE有無架橋反應(yīng)性能對(duì)于涂層薄膜的特性影響相當(dāng)大，根據(jù)有無架橋性能反應(yīng)，可以將起皺貼缸劑分為非反應(yīng)型與反應(yīng)型2類，見圖3。

圖3 起皺貼缸劑的類型

非反應(yīng)型貼缸劑，設(shè)計(jì)成PEA聚合物之間不會(huì)產(chǎn)生架橋反應(yīng)，有利于黏結(jié)層的形成，在涂層薄膜干燥后也能維持柔軟狀態(tài)，對(duì)濕紙產(chǎn)生很強(qiáng)的黏結(jié)力。另一方面，反應(yīng)型貼缸劑設(shè)計(jì)成在揚(yáng)克式烘缸上通過聚合物之間的架橋反應(yīng)成為高分子，有利于保護(hù)層的形成。樹脂的架橋反應(yīng)來自于氨基氯乙醇（ACH）和氮雜環(huán)丁二烯（AZR）等官能團(tuán)。反應(yīng)性能越強(qiáng)的貼缸劑，形成的涂層薄膜越堅(jiān)硬。

另外，PAE的親水性對(duì)涂層薄膜的耐水性產(chǎn)生影響。薄膜的耐水性越好，越容易將涂層薄膜保持在烘缸上（即使是濕紙水分較高）。

3 CA系列起皺貼缸劑

3.1 CA系列起皺貼缸劑的性能與特征

該公司具有代表性的CA系列起皺貼缸劑的性狀和反應(yīng)性類型如表1所示。

表1 CA系列起皺貼缸劑性狀和類型

另外，CA系列起皺貼缸劑的特征如圖4所示。

圖4 各種黏結(jié)劑的特性

3.2 起皺貼缸劑所形成的涂膜特性

關(guān)于涂層薄膜的特性，著眼于對(duì)薄膜的硬度、耐水性、濕潤(rùn)狀態(tài)下的黏結(jié)力和干燥狀態(tài)下的黏結(jié)力等進(jìn)行了評(píng)價(jià)。薄膜的硬度和耐水性越好，越容易形成優(yōu)良的保護(hù)層，但是需要注意硬度過高時(shí)產(chǎn)生的堆積問題。濕潤(rùn)狀態(tài)下的黏結(jié)力越強(qiáng)，越有利于與濕紙黏結(jié)。由濕潤(rùn)到干燥過程的黏結(jié)力的變化幅度越小，黏結(jié)越均勻，越能夠形成良好的黏結(jié)層。均勻的黏結(jié)使得紙頁從刮刀的剝離變得均一，操作變得更加穩(wěn)定。

CA系列起皺貼缸劑的涂膜硬度、黏結(jié)力（濕、干狀態(tài)時(shí)）和耐水性的評(píng)價(jià)結(jié)果見圖5和圖6[CA系列起皺貼缸劑的各項(xiàng)評(píng)價(jià)的指數(shù)是以CA 151的涂膜硬度、黏結(jié)力（濕、干狀態(tài)時(shí)）和耐水性作為1而獲得的數(shù)值]。

圖5 涂層膜的硬度和黏結(jié)力

圖6 涂層膜的硬度和耐水性

非反應(yīng)型貼缸劑CA 150、CA 151的涂層薄膜與反應(yīng)型CA 152、CA 153比較，具有下列特征：（1）黏結(jié)力（濕潤(rùn)時(shí)）高；（2）黏結(jié)力（濕潤(rùn)時(shí)）與黏結(jié)力（干燥時(shí)）之間的變化幅度??；（3）耐水性低。也就是說，CA 150和CA 151具有優(yōu)良的濕紙黏結(jié)力以及形成黏結(jié)均一的黏結(jié)層的特征。這種貼缸劑適合于要求用刮刀將紙頁良好剝離的紙機(jī)，特別適合于濕紙強(qiáng)度較低的餐巾紙等低定量品種的起皺控制。

此外，能夠形成柔軟涂層薄膜的CA 150和CA 151也適用于表面多孔的溶射烘缸。在要求涂層薄膜具有良好耐水性的情況下，CA 151比較適合，如果特別擔(dān)心烘缸污染的話，CA 150比較適合。

反應(yīng)型貼缸劑 CA 152和CA 153與反應(yīng)型貼缸劑（CA 150和CA 151）比較，能形成堅(jiān)硬牢固的涂層薄膜。例如，紙機(jī)速度較快，帶入烘缸的水分較多的面巾紙及紙毛巾等紙機(jī)，或者是在漿內(nèi)添加化學(xué)品中使用柔軟劑的場(chǎng)合下，CA 152和CA 153比較合適。特別是CA 153是一種能夠形成耐水性良好的堅(jiān)硬薄膜的貼缸劑。

4 紙機(jī)上的實(shí)際應(yīng)用

由于在實(shí)際運(yùn)作的造紙機(jī)上，纖維原料、用水、漿內(nèi)添加劑和毛布狀態(tài)等變化因素很多，因此必須用具有各種涂層薄膜特性的起皺貼缸劑控制。準(zhǔn)確掌握紙機(jī)現(xiàn)狀，選擇適合于紙機(jī)現(xiàn)狀的起皺貼缸劑非常重要。

下面舉例說明，基于各種起皺貼缸劑的涂膜硬度、黏結(jié)性（濕、干時(shí)）和耐水性，選擇合適的起皺貼缸劑，成功解決了生產(chǎn)中的實(shí)際問題。

4.1 實(shí)例1——使用與CA 153同類型的貼缸劑

（1）課題：進(jìn)一步提高紙機(jī)速度，降低烘缸兩邊的污染程度。

（2）應(yīng)對(duì)方案：①使用比CA 153濕紙黏結(jié)性更好的貼缸劑；②使用黏結(jié)性變化幅度小的貼缸劑。

（3）試驗(yàn)結(jié)果：在面巾紙等品種的生產(chǎn)中使用了能使薄膜變軟、濕紙黏結(jié)良好的CA 151后，貼缸劑的用量最大能降低40%左右，車速能提高將近1成。

4.2 實(shí)例2——使用與CA 151同類型的貼缸劑

（1）課題：刮刀刀片壽命減少了2 h左右，因刮刀片刮入紙頁，產(chǎn)生較多針眼。

（2）應(yīng)對(duì)方案：使用比CA 151涂膜更硬的貼缸劑，改善涂膜的形成。

（3）試驗(yàn)結(jié)果：使用CA 153后，改善了涂膜的形成，刮刀刀片壽命最多延長(zhǎng)了6 h，見圖7。

圖7 使用CA 153前后的情況對(duì)比

5 新型起皺貼缸劑 CA 200和CA 210

5.1 理想的涂布薄膜

隨著今后紙機(jī)的進(jìn)一步高速化、紙張質(zhì)量的高端化，柔軟劑的并用勢(shì)在必行。這就要求起皺貼缸劑具有更理想的涂膜特性：形成牢固的涂膜并形成堅(jiān)固的保護(hù)層；濕潤(rùn)時(shí)的黏結(jié)力強(qiáng)，濕紙牢固地黏結(jié)在烘缸上；黏結(jié)力變化幅度小，紙從刮刀上的剝離均一。

傳統(tǒng)的起皺貼缸劑，例如非反應(yīng)型貼缸劑具有對(duì)濕紙黏結(jié)力優(yōu)良、干燥時(shí)黏結(jié)力的變化幅度小的優(yōu)點(diǎn)，但也存在涂層薄膜較軟、不容易在烘缸上形成涂層膜的缺點(diǎn)。此外，反應(yīng)型起皺貼缸劑具有有利于形成牢固的涂層薄膜的優(yōu)點(diǎn)，但也存在從濕潤(rùn)到干燥過程的黏結(jié)力變化幅度大、黏結(jié)不均一、容易產(chǎn)生沉積物等缺點(diǎn)。為了形成理想的涂層薄膜，需要有一種同時(shí)具備非反應(yīng)型貼缸劑與反應(yīng)型貼缸劑優(yōu)點(diǎn)的貼缸劑。

5.2 新型起皺貼缸劑 CA 200和CA 210的性狀

該公司采用與PAE的架橋反應(yīng)性、親水性不同的新的設(shè)計(jì)思想，成功地開發(fā)了具有理想涂層薄膜特性的新型起皺貼缸劑CA 200和CA 210，它們都是兼?zhèn)鋫鹘y(tǒng)的非反應(yīng)型貼缸劑和反應(yīng)型貼缸劑各自優(yōu)點(diǎn)的貼缸劑，表2為它們的性狀。

表2 起皺貼缸劑CA 200和CA 210的性狀

5.3 新型起皺貼缸劑的特征

新型起皺貼缸劑 CA 200和CA 210的涂膜硬度、黏結(jié)力（濕，干時(shí)）和薄膜耐水性的評(píng)價(jià)結(jié)果如圖8和圖9所示。

另外，CA 200和CA 210比非反應(yīng)型貼缸劑CA 150和CA 151具有更優(yōu)良的濕態(tài)黏結(jié)力，由濕到干的黏結(jié)力變化幅度小，并且涂膜硬度與反應(yīng)型貼缸劑的CA 152和CA 153相當(dāng)。

5.4 新型起皺貼缸劑與柔軟劑并用的應(yīng)用案例

揚(yáng)克式烘缸上的涂層薄膜有時(shí)受到傳統(tǒng)漿內(nèi)添加化學(xué)品的影響很大，如濕強(qiáng)劑和柔軟劑等。特別是柔軟劑是一種賦予紙張柔軟性的漿內(nèi)添加化學(xué)品，是一種對(duì)提高紙張品質(zhì)非常有用的化學(xué)品。

圖8 CA 200和CA 210的涂層膜的軟硬度與黏結(jié)力

圖9 CA 200和CA 210的涂層膜的軟硬度與耐水性

但是，柔軟劑會(huì)阻礙涂膜形成，起到削弱濕潤(rùn)時(shí)的黏結(jié)力的作用；另一方面，貼缸劑用量極度過量的話，會(huì)造成刮刀的剝離困難、針眼和斷紙?jiān)黾?，或者烘缸兩端的污染積累等刮刀部分的障礙。該公司新開發(fā)的起皺貼缸劑CA 210具有涂膜形成及黏結(jié)力不易受柔軟劑影響的優(yōu)點(diǎn)[黏結(jié)劑與柔軟劑并用時(shí)，即m（黏結(jié)劑）∶m（柔軟劑）=90∶10]，見圖10。

圖10 柔軟劑對(duì)涂層膜（濕）黏結(jié)力的影響

這次評(píng)價(jià)的結(jié)果是，普通貼缸劑與柔軟劑并用，黏結(jié)力下降了25%左右，涂層膜硬度變軟了2～2.5倍左右。新型起皺貼缸劑 CA 210與普通貼缸劑相比，即使在使用柔軟劑的情況下，黏結(jié)力（濕時(shí)）、涂層膜硬度的變化也能控制在10%以內(nèi)。

6 結(jié)束語

本文闡述了起皺貼缸劑的反應(yīng)性和親水性，以及這些性質(zhì)對(duì)揚(yáng)克式烘缸上涂層薄膜的影響。理解這些影響對(duì)于選擇紙機(jī)最合適的起皺貼缸劑能夠起到一定作用。

此外，本文還介紹了能夠形成理想的涂層薄膜的新型貼缸劑 CA 200和CA 210，它們兼?zhèn)淞耍?）形成牢固的涂膜；（2）與濕紙的黏結(jié)性優(yōu)良；（3）黏結(jié)性的變化幅度小等非反應(yīng)型和反應(yīng)型貼缸劑的特征，是一種能夠廣泛應(yīng)對(duì)紙機(jī)高速化、柔軟劑并用及抄紙條件多樣化的化學(xué)品。

（杜偉民 編譯）