防止造紙機(jī)網(wǎng)毯污染的化學(xué)品新概念

紙張生產(chǎn)中大量使用廢紙作原料，這一趨勢(shì)使造紙機(jī)網(wǎng)毯被污染更嚴(yán)重，成紙質(zhì)量受影響更明顯，解決此類問(wèn)題通常采用化學(xué)助劑。這一方法雖然減輕了造紙機(jī)網(wǎng)毯的污染物沉積，但污染物被抄入紙中，有可能增加烘缸以后工序的污染物沉積量。該文介紹了日本企業(yè)開發(fā)的具有新概念的防止造紙機(jī)網(wǎng)毯污染的化學(xué)品 pitch guard。文章分析了pitch guard的作用機(jī)理，詳細(xì)介紹了pitch guard在衛(wèi)生紙機(jī)和板紙機(jī)中的應(yīng)用。應(yīng)用案例表明，pitch guard成功地將污染物除黏后排出系統(tǒng)，減輕了烘缸以后工序的污染，最終提高了生產(chǎn)效率和紙張質(zhì)量。

1 前言

無(wú)論是紙板還是文化用紙，生活用紙，由于廢紙的使用，混入了油墨和黏結(jié)劑等各種各樣的異物。其中，來(lái)自廢紙的膠粘物，因其自身所帶的強(qiáng)黏性，從原料上脫落，在造紙機(jī)上附著、積累，最終造成斷紙和紙病等麻煩問(wèn)題。

另外，污染物種類也呈多樣性，如污染物中新增加了碳酸鈣和聚丙烯酰胺（PAM）等，與以前相比，造紙機(jī)網(wǎng)毯污染引起嚴(yán)重問(wèn)題的例子也在增加。一直以來(lái)人們對(duì)造紙機(jī)污染問(wèn)題從設(shè)備、化學(xué)品方面著手進(jìn)行處理，但現(xiàn)實(shí)是這些方法無(wú)法完全應(yīng)對(duì)多樣化的污染。

本文介紹了為應(yīng)對(duì)污染物種類的多樣性和造紙機(jī)網(wǎng)毯被污染造成的問(wèn)題的嚴(yán)重性而開發(fā)的、改良的防止網(wǎng)毯污染的化學(xué)品pitch guard CN系列和Pitch guard R系列的概念及作用機(jī)理，以及它們?cè)谠旒垯C(jī)上的應(yīng)用案例。

2 問(wèn)題與對(duì)策

2.1 膠粘物

最近，用作造紙?jiān)系膹U紙質(zhì)量下降和填料在造紙中比例的增加，帶進(jìn)造紙系統(tǒng)的污染物呈多樣化、復(fù)雜化的趨勢(shì)，其中來(lái)自背膠和不干膠的膠粘物在抄紙過(guò)程中與其他異物和纖維交織，變大，成為運(yùn)行障礙的原因。根據(jù)分析結(jié)果，帶入造紙系統(tǒng)的污染物，半數(shù)以上含有黏性物質(zhì)。

2.2 膠粘物的沉積問(wèn)題和傳統(tǒng)的對(duì)策

因造紙機(jī)網(wǎng)毯（以下稱為濕部）上沉積高黏度的膠粘物，堵塞了造紙?jiān)O(shè)備的孔眼，直接與造紙脫水性的下降、真空脫水箱的真空負(fù)荷和濕紙水分上升有關(guān)。并且，膠粘物通過(guò)造紙?jiān)O(shè)備轉(zhuǎn)移到吸唇（suction lip）和導(dǎo)輥表面上并體積變大，從而成為紙病和斷紙的原因。另外，由于濕紙水分的增加，降低了紙面的纖維結(jié)合力，不僅助長(zhǎng)濕部污染物的脫落，而且容易成為烘缸后續(xù)工序污染物增加的原因。膠粘物不但本身沉積，還會(huì)帶入填料和纖維等，體積變得越來(lái)越大，從而成為紙病和斷紙問(wèn)題進(jìn)一步嚴(yán)重的原因。

雖然壓榨輥表面刮刀上附著的膠粘物可以去除，但刀尖上堆積的膠粘物脫落造成斷紙和紙病的例子也不少（圖 1）。

并且，白水封閉循環(huán)、廢紙質(zhì)量的下降和紙漿中廢雜志紙比例的增加使得短纖維增加等因素疊加，造紙?jiān)O(shè)備上的膠粘物沉積與以前相比更加容易成為產(chǎn)生嚴(yán)重問(wèn)題的原因。

避免膠粘物沉積引起的障礙的方法有，用燒堿或煤油清洗造紙?jiān)O(shè)備，添加樹脂控制劑等。但是，前者的缺點(diǎn)是，清洗工作需要定期停機(jī)，降低了生產(chǎn)效率，增加了操作人員工作量，還會(huì)對(duì)清洗的造紙?jiān)O(shè)備造成物理?yè)p傷，增加磨耗，再加上因生產(chǎn)原料波動(dòng)引起的突發(fā)性造紙?jiān)O(shè)備的污染，需要進(jìn)行計(jì)劃外清洗（停機(jī)），進(jìn)一步導(dǎo)致生產(chǎn)效率的降低；而后者，雖然減輕了造紙?jiān)O(shè)備的污染物沉積，但因污染物被抄入紙中，可能增加烘缸后續(xù)工序的污染物沉積量。

2.3 膠粘物以外的污染問(wèn)題

伴隨著抄紙中性化和成本降低，以前不太可能成為濕部污染物的物質(zhì)也加入了有可能成為污染物的行列，見(jiàn)圖2。例如:用作干強(qiáng)劑的PAM，其本身是水溶性的，而且析出后也容易用水沖洗掉，盡管如此由于為了改善定著性、留著性，增加了在紙漿原料中的添加量，造成抄紙?jiān)O(shè)備孔眼堵塞，降低了濕紙脫水效率；碳酸鈣雖然不帶黏性，但它不僅附著在濕紙上，也會(huì)沉積在造紙?jiān)O(shè)備上成為孔眼堵塞的原因。另外，白水的封閉循環(huán)容易造成系統(tǒng)內(nèi)的原料腐敗，常發(fā)現(xiàn)菌泥堵塞毛布的問(wèn)題。

圖1 濕部膠粘物的沉積機(jī)理

圖2 多樣化的濕部污染物

3 化學(xué)品pitch guard的新概念

3.1 化學(xué)品pitch guard的新概念和作用機(jī)理

控制膠粘物，采用間隙清洗和將污染物抄進(jìn)紙中的方法會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)效率下降和造紙?jiān)O(shè)備損傷、污染物的沉積部位轉(zhuǎn)至下游等弊端，因此不能說(shuō)是十分有效的對(duì)策。為了消除這種弊端，在操作中將膠粘物適度附著，排出系統(tǒng)外是相當(dāng)重要的。

基于以上假說(shuō)，開發(fā)了能加快膠粘物排出系統(tǒng)的化學(xué)品Pitch Guard CN 2235。其機(jī)理是，著眼于用清洗噴淋水等較弱的外力就能除去膠粘物，就如漿內(nèi)添加的具有降低黏性效果的化學(xué)品。降低膠粘物黏性的化學(xué)品作用機(jī)理如圖3所示。

圖3 降低膠粘物黏性的化學(xué)品作用機(jī)理

Pitch Guard CN 2235將水溶性特殊聚合物復(fù)蓋在膠粘物表面，在抑制表面黏性的同時(shí)使膠粘物表面親水化。通過(guò)膠粘物表面的親水化，特殊表面活性劑向內(nèi)部的滲透變得容易，發(fā)揮降低內(nèi)部膠粘物黏性的效果。因膠粘物黏性降低，用較弱的外力（噴淋等）就能將其排出系統(tǒng)外，并可對(duì)造紙?jiān)O(shè)備的物理?yè)p傷控制在最小限度內(nèi)，因此能延長(zhǎng)造紙?jiān)O(shè)備的壽命。

另外，對(duì)膠粘物以外的污染物，通過(guò)抑制作為核（心）的膠粘物的黏性，極大地幫助降低積聚在造紙?jiān)O(shè)備上的污染物。眾所周知，漿內(nèi)添加樹脂控制劑具有降低污染物黏性的效果，而Pitch Guard CN 2235與漿內(nèi)添加劑相比用量較少，對(duì)膠粘物的作用效果較好，因此可以期待降低膠粘物控制的成本。

通過(guò)在抄紙中連續(xù)應(yīng)用Pitch Guard CN 2235，在降低膠粘物的黏性、提高造紙?jiān)O(shè)備異物去除率的同時(shí)，還能抑制混入的其他污染物體積的變大、積聚，因而不會(huì)將膠粘物抄進(jìn)紙中，能夠提高沉積在造紙?jiān)O(shè)備上的膠粘物的去除率，見(jiàn)圖4。

圖4 應(yīng)用Pitch Guard CN 2235希望達(dá)到的效果

3.2 用于去除膠粘物以外的污染物的化學(xué)品概念和作用機(jī)理

對(duì)最近呈增加趨勢(shì)的膠粘物以外的污染物，與膠粘物同樣重要的是在操作中適度將它們附著后排出系統(tǒng)外。因此，為了持續(xù)維持膠粘物的去除率，開發(fā)了具有提高對(duì)膠粘物以外的污染物去除率效果的化學(xué)品Pitch Guard R 2509、Pitch Guard R 2013和Pitch Guard CN 2720。

用于去除膠粘物以外的污染物的化學(xué)品的機(jī)理和效果如圖5所示。

圖5 用于去除膠粘物以外污染物的化學(xué)品的機(jī)理和效果

對(duì)造紙?jiān)O(shè)備上沉積的污染物（碳酸鈣和PAM等），通過(guò)特殊表面活性劑與酸螯合劑類化學(xué)品的作用，促進(jìn)沉積在造紙?jiān)O(shè)備上的污染物的分散、分解，提高污染物去除率。特別是PAM，通過(guò)化學(xué)品的滲透，促進(jìn)PAM的分散、分解，只用噴淋水就能大幅度提高去除率。

另外，對(duì)于在造紙?jiān)O(shè)備上沉積的菌泥，化學(xué)品中具有殺菌效果的特殊成分與其作用，抑制其細(xì)菌的繁殖，減少菌泥的產(chǎn)生和沉積量。

根據(jù)以上的機(jī)理和效果，在抄紙過(guò)程中連續(xù)使用 Pitch Guard R 2509、Pitch Guard R 2013 和 Pitch Guard CN 2720既能提高膠粘物及PAM等污染物的去除率，還有抑制菌泥沉積的效果。

3.3 產(chǎn)品系列

表1為Pitch Guard產(chǎn)品（Pitch Guard CN系列和Pitch Guard R系列）及其性能。表1中4個(gè)品牌的Pitch Guard產(chǎn)品的主要成分均由特殊水溶性聚合物、特殊表面活性劑和酸螯合劑組成，適用于以廢紙為原料的板紙、衛(wèi)生紙生產(chǎn)企業(yè)。

表1 Pitch Guard系列產(chǎn)品及其性能

總的來(lái)說(shuō)，為使污染物排出系統(tǒng)外，Pitch Guard產(chǎn)品被賦予了降低污染物黏性，或分散、分解污染物的性能。

3.4 造紙機(jī)應(yīng)用案例

在化學(xué)品上機(jī)應(yīng)用過(guò)程中，首先在現(xiàn)場(chǎng)了解存在的問(wèn)題，并分析問(wèn)題產(chǎn)生的原因；然后在對(duì)污染物采樣分析的基礎(chǔ)上選擇合適的最佳化學(xué)品。下面介紹實(shí)際應(yīng)用的案例。

3.4.1 A公司衛(wèi)生紙機(jī)的應(yīng)用案例

（1）抄造條件:抄速，700 m/min；抄寬，3 500mm；定量，17 g/m2。

（2）問(wèn)題:毛毯更換后的毛布狀況不佳，因發(fā)生壓潰或孔洞，無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)車速，產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率下降。不僅毛毯，而且壓榨輥和導(dǎo)毯輥的全幅上也沾滿膠粘物，為清除膠粘物還進(jìn)行了計(jì)劃外清洗，因此生產(chǎn)效率大大降低。

（3）對(duì)策:經(jīng)過(guò)污染物分析，確定污染物的主要成分是膠粘物，因此，決定采用對(duì)膠粘物有良好效果的、以水溶性特殊聚合物和特殊表面活性劑為主要成分的、能從膠粘物內(nèi)部降低黏性的化學(xué)品Pitch Guard CN 2235（以下簡(jiǎn)稱CN 2235）。確認(rèn)現(xiàn)有設(shè)備除了低壓傘形噴淋外，還有吸水箱和針形噴淋等，這些設(shè)備能將污染物排出系統(tǒng)外。另外，已經(jīng)試用了化學(xué)品A，但結(jié)果是未能控制住污染物，可能是化學(xué)品的效果不夠好。

（4）實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)結(jié)果:在上機(jī)前，進(jìn)行了以下化學(xué)品效果的實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)。

① 黏性試驗(yàn)1:在試驗(yàn)板上涂上評(píng)價(jià)對(duì)象的化學(xué)品和模擬樹脂，置于濕紙上施加一定的壓力，測(cè)定剝離濕紙時(shí)的剝離力。如果被評(píng)價(jià)的化學(xué)品對(duì)模擬樹脂的除黏效果好，則濕紙的剝離力下降。

② 洗凈促進(jìn)力試驗(yàn):在試驗(yàn)品（毛毯）上強(qiáng)制涂上模擬樹脂（膠粘物）后，測(cè)定通過(guò)一定量的水所需的時(shí)間，然后測(cè)定被評(píng)價(jià)化學(xué)品清洗試樣后用水的通過(guò)時(shí)間。從清洗前后的時(shí)間差計(jì)算出以百分率表示的沉積在毛毯上的模擬樹脂的脫落比例，將其當(dāng)作洗凈促進(jìn)力。

③ 黏性試驗(yàn)2:在試驗(yàn)板和膠帶紙之間涂布化學(xué)品，施加一定壓力后測(cè)定膠帶紙的剝離力，如果被評(píng)價(jià)化學(xué)品抑制了膠帶紙的黏性，則剝離膠帶紙時(shí)的剝離力下降。

圖6顯示了CN 2235與化學(xué)品A的實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)的比較結(jié)果。

實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)確認(rèn)，CN 2235與化學(xué)品A相比，防止黏性的效果較差，但降低黏性的效果非常好。

（5）造紙機(jī)使用效果:見(jiàn)圖7和圖8。

由圖7和圖8可見(jiàn)，使用CN 2235后，毛毯導(dǎo)輥、壓榨輥上的沉積污染物減少，煤油清洗的次數(shù)減少（減少50%）和抄速提高（約提高10%）。

3.4.2 B公司板紙機(jī)的應(yīng)用案例

（1）抄造條件:抄速，560 m/min；抄寬，6 500mm；定量，115～160 g/m2。

（2）問(wèn)題:來(lái)自原料的污染物在導(dǎo)毯輥上沉積，體積變大，再轉(zhuǎn)移到毛毯上，出現(xiàn)紙病和斷紙。并且在生產(chǎn)特定品種時(shí)沉積在毛布上的污染物增加，降低了毛毯的脫水性，造成后續(xù)工序（烘干部后）脫落的污染物增加。

已經(jīng)在烘干部使用了化學(xué)品除塵清洗（dust clean），雖然在一定程度上抑制了紙病、斷紙的發(fā)生，但因原料波動(dòng)和品種變化，污染物增加，很難避免造紙機(jī)整體生產(chǎn)效率的降低及紙張質(zhì)量的下降。

圖6 CN 2235與化學(xué)品A的實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)結(jié)果比較

圖7 造紙機(jī)污染物沉積狀況比較

圖8 煤油清洗次數(shù)與紙機(jī)抄速

（3）對(duì)策:從毛毯沉積的污染物的分析得知，毛毯輥上沉積的污染物是膠粘物，并且在生產(chǎn)特定紙種時(shí)，污染物中還增加了干強(qiáng)劑PAM。已經(jīng)使用了化學(xué)品B，但不能完全抑制污染物，說(shuō)明效果不夠好。我們考慮，因?yàn)槊狠伾系奈廴疚矬w積基本上是通過(guò)毛毯沉積變大的，因此決定采用對(duì)膠粘物和PAM二者都有高去除率的化學(xué)品Pitch Guard R 2509（以下簡(jiǎn)稱 R 2509）來(lái)提高毛毯污染物的去除率，以減少紙病和斷紙的發(fā)生。

（4）實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)結(jié)果:在上機(jī)前，進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)，采用了3.4.1所述的方法。

圖9顯示了R 2509與化學(xué)品B的實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)結(jié)果。

圖9 R 2509與化學(xué)品B的實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)結(jié)果比較

實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)結(jié)果確認(rèn)，R 2509與化學(xué)品B相比，具有降低黏性效果和提高洗凈效果方面的優(yōu)勢(shì)。

（5）造紙機(jī)使用效果:見(jiàn)圖10。

圖10 R 2509與化學(xué)品B的使用效果（斷紙次數(shù)）比較

在毛毯噴淋水中使用 R 2509后，毛毯上的沉積污染物減少，生產(chǎn)中斷紙次數(shù)減少（為原來(lái)的40%以下）和生產(chǎn)效率提高，而且使用R 2509后，在抄造特定品種時(shí)毛毯表面發(fā)黏情況減少，還減輕了吸水箱的負(fù)荷。

圖11顯示了R 2509與化學(xué)品B的使用效果（烘缸污染物沉積狀況）的比較。

如圖11所示，通過(guò)使用 R 2509，不僅減少了毛毯上的污染物，也減少了后續(xù)工序烘缸上的污染物，因而能抑制來(lái)自烘缸污染物造成的問(wèn)題（紙病和斷紙）。

圖11 R 2509與化學(xué)品B的使用效果（烘缸污染物沉積狀況）比較

4 總結(jié)

本文介紹了圍繞造紙行業(yè)所處環(huán)境和技術(shù)動(dòng)向，為應(yīng)對(duì)造紙機(jī)網(wǎng)毯污染造成的問(wèn)題的嚴(yán)重性和多樣性而開發(fā)的、改良的防止網(wǎng)、毯污染的化學(xué)品pitch guard CN系列和Pitch guard R系列的應(yīng)用。應(yīng)用案例表明，Pitch guard不僅“抑制”了成形部和壓榨部的污染物的黏附，而且能有效地將污染物排出系統(tǒng)外，還能減輕烘缸后續(xù)工序污染程度，最終提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。