從根本上解決造紙過(guò)程中斷紙、缺陷紙現(xiàn)象通過(guò)強(qiáng)化化學(xué)清洗解決隱蔽工程內(nèi)的沉淀問(wèn)題

古賀英次

（日本日興化學(xué)研究所，日本，999001）

在紙漿生產(chǎn)工廠(chǎng)，設(shè)備內(nèi)附著的沉淀物經(jīng)常對(duì)機(jī)器的操作性、紙漿生產(chǎn)性和紙張品質(zhì)造成惡劣影響。為此，造紙廠(chǎng)采取各種措施抑制沉淀的產(chǎn)生。然而，尤其是在以廢舊紙張作為造紙?jiān)系闹圃旃こ?，由于原料品質(zhì)變動(dòng)等原因，完全抑制沉淀幾乎不可能。針對(duì)這種問(wèn)題，雖然可通過(guò)強(qiáng)化抑制沉淀處理措施解決，但付出的成本較大。因此，日本日興化學(xué)研究所第一開(kāi)發(fā)部的古賀英次認(rèn)為：附著在設(shè)備內(nèi)部的沉淀問(wèn)題的最佳解決方法，除了進(jìn)行一定水平的沉淀抑制處理外，在設(shè)備停車(chē)期間定期實(shí)施適當(dāng)?shù)脑O(shè)備清洗也很重要。近幾年，在造紙工藝流程中引進(jìn)了各種技術(shù)，這些技術(shù)的引進(jìn)使得設(shè)備內(nèi)附著的沉淀內(nèi)容發(fā)生了變化，設(shè)備清洗劑及其使用方法也要適應(yīng)這些變化做出調(diào)整，找到最適合的清洗劑及使用方法。利用最適合的設(shè)備清洗方法提高機(jī)器穩(wěn)定性和生產(chǎn)性，實(shí)現(xiàn)紙張品質(zhì)的穩(wěn)定化，期待能實(shí)現(xiàn)削減生產(chǎn)成本的目標(biāo)。

1 沉淀問(wèn)題與抑制方法

紙漿制造設(shè)備中附著的沉淀大致可分為樹(shù)脂、水垢和淤泥。表1是這些沉淀物的特點(diǎn)、問(wèn)題以及對(duì)應(yīng)的抑制方法概要。圖1是紙張表面出現(xiàn)的缺陷及沉淀的幾個(gè)圖例。

圖1 紙張表面出現(xiàn)的缺陷及沉淀圖例

1.1 樹(shù)脂

樹(shù)脂是來(lái)自木材的樹(shù)脂成分和廢舊紙張的粘著物、膠粘劑成分等，在紙漿或白水中凝集并附著在紙漿設(shè)備、抄紙?jiān)O(shè)備的各個(gè)地方。凝集成塊的樹(shù)脂，因其粘著性而將其他的各種物質(zhì)帶入紙漿，造成紙張品質(zhì)產(chǎn)生缺陷，也給紙張生產(chǎn)性和紙張品質(zhì)帶來(lái)不良影響。樹(shù)脂沉淀的抑制方法，一般使用具有分散、凝結(jié)、非粘著化等作用的樹(shù)脂控制劑來(lái)解決。這種方法雖然有一定效果，但是在以廢舊紙張為主要原料制造紙張的機(jī)器中，因廢舊紙張的品質(zhì)的變化，頻繁產(chǎn)生樹(shù)脂缺陷問(wèn)題。定期停工清除附著樹(shù)脂的部位也有效果，但頻繁停工對(duì)生產(chǎn)不利。

1.2 水垢

在用水量大的工序中，經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生水垢。從使用水中或木材及廢舊紙張溶出的金屬離子與平衡離子結(jié)合，會(huì)慢慢析出水垢，附著在各造紙?jiān)O(shè)備上。水垢附著在紙漿工序和抄紙工序的脫水處理設(shè)備上會(huì)堵塞設(shè)備，導(dǎo)致脫水性降低，從而對(duì)紙漿的生產(chǎn)性產(chǎn)生不利影響。抄紙工序中產(chǎn)生的水垢偶爾也會(huì)造成紙張缺陷，對(duì)紙張品質(zhì)產(chǎn)生不良影響。水垢的抑制方法，一般是在水垢容易附著的部位使用水垢抑制劑，但要完全抑制水垢產(chǎn)生卻很困難。由于紙漿制造工序中需要使用大量的水，必要的水垢抑制劑添加量也很大，水垢抑制劑的成本是一個(gè)大問(wèn)題。

表1 沉淀物種類(lèi)與產(chǎn)生的問(wèn)題及抑制方法

1.3 淤泥

淤泥是造紙用水及紙漿原料中生長(zhǎng)的微生物在設(shè)備內(nèi)增殖，在生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物形成粘性淤泥，附著在造紙工序的各處。不斷成長(zhǎng)的淤泥經(jīng)常會(huì)剝離，引起紙張缺陷和斷紙，嚴(yán)重影響造紙生產(chǎn)效率及紙張品質(zhì)。抑制淤泥的一般方法，是在原料或白水等微生物大量生存之處間歇性地投放淤泥控制劑（殺菌劑），以鏟除生物膜形成的根源。但是，整個(gè)造紙工序內(nèi)的微生物常常具有多樣性，存在難以被殺菌劑有效殺滅的耐藥性細(xì)菌等等問(wèn)題。因此，很難完全抑制淤泥的產(chǎn)生。

2 以工序內(nèi)強(qiáng)化清洗作為解決紙張缺陷的對(duì)策

紙面上偶爾出現(xiàn)的孔洞、硬粒、透簾、裂口等缺陷，會(huì)導(dǎo)致紙張品質(zhì)出現(xiàn)問(wèn)題。針對(duì)這些紙張品質(zhì)問(wèn)題，沉淀抑制處理能夠發(fā)揮一定的作用，但難以完全解決問(wèn)題，要想完全抑制這些問(wèn)題沉淀的發(fā)生，就要付出大的成本。

最佳對(duì)策是除了進(jìn)行一定水平的沉淀抑制處理外，還要定期對(duì)無(wú)法看到的設(shè)備內(nèi)部進(jìn)行強(qiáng)化清洗。之所以發(fā)生紙張缺陷等品質(zhì)問(wèn)題，是由于設(shè)備內(nèi)蓄積了沉淀物，當(dāng)這些沉淀物成長(zhǎng)到一定程度，就會(huì)從附著的設(shè)備上剝離，如果通過(guò)強(qiáng)化清洗能保持設(shè)備內(nèi)部干凈、沒(méi)有沉淀物，那么在短時(shí)間內(nèi)就不會(huì)出現(xiàn)紙張缺陷。

然而，要確定無(wú)法看到的設(shè)備內(nèi)部有哪些地方出現(xiàn)沉淀物極為困難。因此，本研究認(rèn)為，解決紙張缺陷問(wèn)題的對(duì)策是件相當(dāng)辛苦的事。60多年來(lái)，日本日興化學(xué)研究所第一開(kāi)發(fā)部對(duì)紙漿工藝流程中發(fā)生的大多數(shù)沉淀物、紙張缺陷等問(wèn)題做了細(xì)致的分析、研究，并把收集的大量發(fā)生問(wèn)題的特定部位及解決對(duì)策建立成數(shù)據(jù)庫(kù)，利用這些技術(shù)迅速而準(zhǔn)確地提出最佳解決辦法。

雖然本研究利用停工期間強(qiáng)化清洗設(shè)備內(nèi)堆積的沉淀物的方法，從根本上切斷了紙張缺陷、斷紙產(chǎn)生的原因，但是沉淀問(wèn)題的根本解決更加重要。另外，定期對(duì)設(shè)備內(nèi)實(shí)施強(qiáng)化清洗，也會(huì)降低沉淀抑制處理所花費(fèi)的成本，提高解決沉淀付出費(fèi)用所得到的效果。

3 設(shè)備清洗劑的種類(lèi)與特征

根據(jù)用途和污垢種類(lèi)的不同，家用洗滌劑可分為沐浴洗滌劑、餐具洗滌劑、盥洗洗滌劑、洗手液、洗面奶等。同樣的道理，紙漿制造工藝中各設(shè)備中存在的污垢種類(lèi)各異，對(duì)應(yīng)的清洗劑種類(lèi)也有很多種。由于在各個(gè)工廠(chǎng)引起沉淀的造紙?jiān)稀⒂盟?、藥品等因素不盡相同，每個(gè)工藝流程也都不一樣，沉淀當(dāng)然也是多種多樣。因此，每個(gè)工廠(chǎng)和工序所對(duì)應(yīng)最佳設(shè)備清洗劑和清洗方法也不相同。然而，究竟選擇哪種清洗方法，重要的是要考慮附著沉淀物及附著部位的化學(xué)、物理特性。也就是說(shuō)，關(guān)鍵是搞清楚這些沉淀是由何種成分構(gòu)成的，附著情形如何，附著在哪些部位。另外，沉淀幾乎都不是單一成分構(gòu)成，大多數(shù)沉淀都是樹(shù)脂與水垢、水垢與淤泥等形成的復(fù)合物。即使用單純的清洗劑能夠去除污垢的主體，殘留的微量不同污垢也會(huì)大大損害清洗成果。

為了提出造紙?jiān)O(shè)備清洗劑及最佳清洗方法的提案，日本日興化學(xué)研究所第一開(kāi)發(fā)部對(duì)造紙?jiān)O(shè)備的沉淀進(jìn)行了詳細(xì)分析，除了調(diào)查清洗劑的比例，還對(duì)適合各種沉淀的造紙?jiān)O(shè)備清洗劑進(jìn)行了篩選，并在實(shí)驗(yàn)室水平上評(píng)價(jià)了清洗劑的有效性，最終選定了造紙?jiān)O(shè)備的最佳清洗劑。此外，本研究還從獲得的各種信息中推測(cè)沉淀物的附著量，以實(shí)驗(yàn)室水平評(píng)價(jià)為基礎(chǔ)，提出造紙?jiān)O(shè)備清洗劑的必要用量（圖2）。

4 清洗方法選擇

最佳清洗方法的選擇，除了要獲得滿(mǎn)意的清洗成果，即滿(mǎn)足解決紙張缺陷的目的外，最為重要的是前面所說(shuō)的根本解決沉淀問(wèn)題。下面內(nèi)容是選擇清洗方法的大致標(biāo)準(zhǔn)。表2是造紙?jiān)O(shè)備清洗劑的名稱(chēng)及特征。

4.1 樹(shù)脂清洗方法

樹(shù)脂是以木材中含有的樹(shù)脂成分或廢舊紙張中所含的粘著成分為粘接劑，附著在紙漿工序、抄紙工序的各個(gè)部位，特別常見(jiàn)于在抄紙過(guò)程中的網(wǎng)案脫水工序、加壓輥、帆布、烘缸等處。樹(shù)脂污垢大多是以非極性或低極性物質(zhì)為主成分，利用溶劑（Neutron IAS）溶解或用表面活性劑（Neutron NL）將樹(shù)脂乳化分散，都是去除樹(shù)脂的有效方法。燈油和汽油等溶劑價(jià)格低廉且具有優(yōu)異的樹(shù)脂清洗效果，但屬于易燃物，使用時(shí)要多加注意。相比之下，表面活性劑在安全方面存在優(yōu)勢(shì)，但由于發(fā)泡明顯，會(huì)引起排水處理問(wèn)題，需要充分考慮方方面面的問(wèn)題，選擇適當(dāng)?shù)那逑捶椒ā?/p>

圖2 解決生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題的流程

表2 造紙?jiān)O(shè)備清洗劑名稱(chēng)及特征

4.2 水垢清洗方法

水垢是附著在各種脫水處理工序和熱交換器、水箱和配管等器壁的無(wú)機(jī)凝集物，紙漿工序中的水垢主要是由鈣化合物和鋁化合物構(gòu)成。去除水垢的有效方法可利用酸（Control M）或用螯合劑（Control TB）溶解鈣化合物和鋁化合物。螯合劑清洗可與堿劑配合使用，使污垢溶解于堿劑而被清洗掉。抄紙工序中經(jīng)常見(jiàn)到的碳酸鈣水垢，用酸清洗就特別有效。不過(guò)，用酸清洗碳酸鈣要根據(jù)清洗劑成分及清洗部位的材質(zhì)而定，而且有可能會(huì)出現(xiàn)設(shè)備腐蝕現(xiàn)象，清洗時(shí)必須加以注意。

4.3 淤泥清洗方法

像白水循環(huán)系統(tǒng)這種大量用水的地方，以及象淀粉這種營(yíng)養(yǎng)源成分存在的場(chǎng)所，都會(huì)有微生物的大量繁殖，微生物的代謝產(chǎn)物則會(huì)形成生物膜（淤泥）。在抄紙工序中，特別是在白水循環(huán)過(guò)程和淀粉施膠工序、噴淋配管內(nèi)等地方附著的生物膜，是造成紙張缺陷的原因。除去生物膜的有效方法是使用堿劑或氧化劑（Control C）。Control C能夠浸透至生物膜內(nèi)部，氧化分解有機(jī)物，在短時(shí)間內(nèi)能高效去除污垢。

5 實(shí)際工作中的解決事例

以下是實(shí)際工作中各工序機(jī)器發(fā)生的沉淀問(wèn)題及解決事例。

5.1 白水循環(huán)過(guò)程

進(jìn)行中性抄造作業(yè)的抄紙機(jī)白水循環(huán)線(xiàn)經(jīng)常會(huì)附著碳酸鈣水垢。這些碳酸鈣水垢是紙張內(nèi)添加的填料凝集產(chǎn)生的附著，或者是白水中溶解的鈣離子析出而產(chǎn)生的。這些水垢不論是以什么樣的狀態(tài)剝離，都會(huì)使紙面產(chǎn)生缺陷，造成重大的紙張品質(zhì)問(wèn)題。

日本某公司的抄造印刷紙的抄紙機(jī)，原先用苛性鈉和燈油循環(huán)清洗白水循環(huán)系統(tǒng)，并不能去除循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)以中性粘膠劑及碳酸鈣為主要成分的復(fù)合沉淀，即使經(jīng)過(guò)清洗后仍然有復(fù)合沉淀殘留，過(guò)不了多久從出紙口又出現(xiàn)很多有缺陷的紙張。另外，燈油屬于危險(xiǎn)物品，保管及使用都要格外小心。

為了解決這些問(wèn)題，日本日興化學(xué)研究所第一開(kāi)發(fā)部的古賀英次在苛性鈉中加入Control TB，對(duì)上述白水循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)實(shí)施清洗（圖3）。清洗結(jié)果表明:抄紙機(jī)白水循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)附著的碳酸鈣水垢被完全去除。在清洗后進(jìn)行的抄造作業(yè)中，紙張出現(xiàn)抄造缺陷等品質(zhì)問(wèn)題的幾率大幅減少，提高了紙張的品質(zhì)。

圖3 Control TB清洗前后

5.2 淀粉施膠過(guò)程

施膠使用的淀粉在糊化后不久，由于老化，a淀粉會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)閎淀粉。b淀粉不溶于水，在施膠過(guò)程中成為沉淀物附著堆積，這些沉淀偶爾剝離就會(huì)出現(xiàn)斷紙和紙張缺陷，使生產(chǎn)操作和紙張品質(zhì)發(fā)生問(wèn)題。

日本某公司以涂布原紙為主的抄造機(jī)，原來(lái)使用苛性鈉循環(huán)清洗，由于原紙帶入了各種成分，使得老化的淀粉的清洗效果并不好。因此，在清洗后的抄造過(guò)程中，由于施膠異物導(dǎo)致斷紙問(wèn)題頻發(fā)。另外，由于苛性鈉清洗液的pH值很高，清洗廢液必須用酸中和后才能排水，這有些費(fèi)事。

為了解決此問(wèn)題，古賀英次用淀粉清洗劑——Control EZ-2對(duì)涂布原紙的抄造機(jī)實(shí)施了清洗（圖4）。Control EZ-2是以a-淀粉酶為主成分的酶制劑，能加水分解淀粉的配糖物結(jié)合。利用Control EZ-2清洗后，系統(tǒng)內(nèi)的老化淀粉污垢能被除去，抄造后,實(shí)施施膠引起的斷紙現(xiàn)象得到了控制，改善了操作性。

圖4 Control EZ-2清洗前后

5.3 顏料涂布工序

顏料涂布工序使用的顏料碳酸鈣、高嶺土等無(wú)機(jī)化合物大多會(huì)發(fā)生附著，這些水垢偶爾剝落就會(huì)形成凝集物，紙張上就會(huì)出現(xiàn)條紋等重大紙張品質(zhì)問(wèn)題。這種問(wèn)題是由原紙等混入物質(zhì)的影響，造成了顏料凝集，附著在顏料配管、箱體等部位，導(dǎo)致紙張出現(xiàn)條紋。

日本某公司的顏料涂布機(jī)，原先使用苛性鈉及螯合劑為主要助劑，對(duì)顏料配管、箱體等設(shè)備進(jìn)行循環(huán)清洗，但在顏料涂布工序中附著的碳酸鈣水垢很厚，使用上述循環(huán)清洗方法無(wú)法徹底洗凈系統(tǒng)內(nèi)殘留的水垢。為此，除了停工期間對(duì)整個(gè)流水線(xiàn)進(jìn)行清洗外，還需要定期拆卸配管，進(jìn)行高壓清洗，工作繁重又麻煩。

為了解決這個(gè)問(wèn)題，古賀英次采用Control M對(duì)顏料涂布機(jī)循環(huán)清洗（圖5）。Control M的主成分是特殊的有機(jī)酸，能有效去除以碳酸鈣為主的污垢。Control M的一大特點(diǎn)是，當(dāng)Control M與碳酸鈣反應(yīng)時(shí)，碳酸鈣會(huì)溶解放出碳酸氣體，在沉淀物表面產(chǎn)生泡沫。產(chǎn)生的泡沫能夠有效剝離堆積在周?chē)某恋砦?，?duì)沉淀的清洗具有協(xié)同增效作用。利用Control M清洗顏料涂布工序設(shè)備后，系統(tǒng)內(nèi)非常潔凈，附著在顏料配管、箱體等部位的顏料凝集物脫落，解決了紙張出現(xiàn)的條紋問(wèn)題，提高了紙張的品質(zhì)。

圖5 Control M清洗前后的顏料涂布機(jī)

6 實(shí)際使用時(shí)的有效性確認(rèn)

實(shí)際生產(chǎn)設(shè)備清洗后，最重要的是如何保持系統(tǒng)內(nèi)部的干凈狀態(tài)。然而，沉淀物不僅附著在能看見(jiàn)的地方，還蓄積在配管中和肉眼看不到的地方，要想確認(rèn)那些無(wú)法看見(jiàn)的地方是否干凈，其難度可想而知。

為了解決這些問(wèn)題，本研究使用清洗整個(gè)工序時(shí)的清洗液，通過(guò)分析測(cè)定清洗液中所含的成分，推測(cè)系統(tǒng)內(nèi)洗掉的沉淀物含量。從該測(cè)定結(jié)果能夠確認(rèn)足以解決紙張缺陷，斷紙等問(wèn)題所需清洗劑的量，以及清洗方法的妥當(dāng)性。圖6是用Control M對(duì)顏料工序設(shè)備清洗的結(jié)果。自Control M投入后，清洗液中的鈣離子濃度開(kāi)始上升，推測(cè)是系統(tǒng)內(nèi)蓄積的碳酸鈣污垢被洗掉的緣故。清洗60min后與清洗90min后，清洗液中的鈣離子濃度并沒(méi)有大的差異，但進(jìn)一步追加Control M還是能看出清洗效果。然而，追加清洗液后，由于未看到像最初投入Control M那樣大的鈣離子濃度變化，因此可以斷定：系統(tǒng)內(nèi)已經(jīng)充分清洗干凈。

圖6 用Control M對(duì)顏料工序設(shè)備清洗的結(jié)果

7 結(jié)論

大多數(shù)紙漿制造工廠(chǎng)在停工時(shí)清洗生產(chǎn)線(xiàn)，使用的是原來(lái)的苛性鈉清洗法。然而，隨著時(shí)代發(fā)展，生產(chǎn)工序設(shè)備內(nèi)附著的沉淀物的質(zhì)與量都發(fā)生了很大變化，用原來(lái)的清洗方法無(wú)法獲得理想的效果，豈不是給造紙技術(shù)人員帶來(lái)很多煩惱嗎？

自1931年創(chuàng)業(yè)以來(lái)，日本日興化學(xué)研究所第一開(kāi)發(fā)部研制了解決造紙現(xiàn)場(chǎng)困擾的多種化學(xué)助劑，針對(duì)不斷變化的紙漿工序中的沉淀問(wèn)題，不斷摸索出最適合的解決辦法，以滿(mǎn)足造紙行業(yè)的需求。通過(guò)本文提出的定期強(qiáng)化清洗造紙工序內(nèi)部的清洗方法，從根本上解決了斷紙、缺陷等紙張問(wèn)題，提高了紙張品質(zhì)，穩(wěn)定生產(chǎn)，大大提高了紙張生產(chǎn)率。今后日本日興化學(xué)研究所將繼續(xù)研究探討解決沉淀問(wèn)題的新方法。