紙漿中的樹脂控制技術(shù)及其研發(fā)新動向

近年來，作為造紙原料的廢紙質(zhì)量越來越差，而市場對紙和板紙質(zhì)量要求則越來越高，“生產(chǎn)原料”和“產(chǎn)品質(zhì)量”二者的矛盾使紙張生產(chǎn)中的樹脂障礙問題日益突出。該文分析了造紙過程中樹脂障礙的形成機理，介紹了樹脂障礙的主要控制方法及日本企業(yè)在樹脂控制技術(shù)方面的研發(fā)新動向。

1 前言

近年來，一方面造紙行業(yè)中優(yōu)質(zhì)廢紙的流通量不斷減少，而另一方面，客戶要求質(zhì)量更高、定量更低的紙張等等，樹脂障礙對追求紙機運行穩(wěn)定、紙張質(zhì)量提高的造紙工作者來說是頭疼的問題之一。

廢紙所含的部分樹脂在備漿流程中被除去，剩余部分進入抄造系統(tǒng)。進入抄造系統(tǒng)的樹脂在流程的各部位沉積，產(chǎn)生各種問題，如紙張質(zhì)量下降、紙機運行效率降低等。

如果在備漿工段樹脂處理不充分，或?qū)⒃诔爝^程因頻繁出現(xiàn)紙病而產(chǎn)生大量損紙，或必須使用大量的化學(xué)品，或生產(chǎn)效率下降。因此，備漿工段的樹脂控制是從根本上解決樹脂障礙的手段之一，極為重要。

將備漿工段的樹脂控制作為重中之重，在此基礎(chǔ)上，在造紙過程中進行局部的且必要的樹脂控制，有助于提高紙和紙板質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，一直以來將這一概念總稱為NISSIN樹脂控制法。

2 樹脂的性質(zhì)

樹脂，一般來說就是原料中所含的以疏水性化合物為主的凝聚物。而疏水性化合物就是與水的親和性小、較難與水混合的物質(zhì)，具有在紙漿或白水中凝聚、尺寸增大的性質(zhì)。

樹脂的性質(zhì)如表1所示:來自木材的主要是脂肪酸甘油酯，樹脂酸，松烯化合物；來自廢紙的則為松香變性酚醛樹脂，丙烯酸樹脂，異戊二烯橡膠，熱熔膠等物質(zhì)。其中來自廢紙的聚丙烯酸酯及聚乙酸乙烯的黏性極大，兼有在壓榨加壓或烘缸加熱時的黏性及造紙過程中的沉積性。

3 樹脂障礙的形成機理

表1 樹脂的來源和種類

近年來發(fā)生樹脂障礙的原因多為來自廢紙的膠粘物。膠粘物中，丙烯酸樹脂類黏結(jié)劑和聚乙酸乙烯類的熱熔膠特別麻煩。

樹脂障礙經(jīng)過以下過程形成:廢紙中所含大部分膠粘物在備漿工段通過壓力篩等除渣設(shè)備除去，而細(xì)小部分較難除去，與紙漿一起被送到抄造工段。

進入抄造工段的細(xì)小膠粘物在白水系統(tǒng)中與白水一起循環(huán)，逐漸濃縮，通過樹脂的特性和疏水性的共同作用下凝聚、尺寸增大。增大后的膠粘物抄進紙中，膠粘物的另一個特性——黏性開始起作用，轉(zhuǎn)移到抄造工段的各個地方沉積下來。

當(dāng)抄造工段沉積的膠粘物超過一定量時，其污染物脫落，再轉(zhuǎn)移到紙面上，引起紙病和斷紙，導(dǎo)致質(zhì)量問題和紙機運轉(zhuǎn)效率的下降。

4 備漿工段樹脂控制的重要性

樹脂控制有2種方法，一是將有問題的樹脂成分本身排出系統(tǒng)，二是在樹脂障礙爆發(fā)前“抑制”，而前者更為重要。在很多情況下樹脂障礙是在抄造工段產(chǎn)生的，備漿工段未被除掉的樹脂被抄入紙中，大多在抄造工段采用“抑制”樹脂障礙產(chǎn)生的工藝。

但是，樹脂障礙大多因生產(chǎn)原料——廢紙而起，或備漿工段存在著根本性問題。最理想的是，在樹脂被送入抄造工段前，盡可能在備漿工段除去，因為如果在備漿工段樹脂未能充分除去，在抄造工段就需要采取樹脂控制措施。就是說，或因添加大量樹脂控制化學(xué)品而導(dǎo)致費用增加，或因紙病、斷紙而造成紙機運行效率降低。

5 紙漿中樹脂的機械控制方法

備漿工段中，壓力篩、氣浮池和洗漿機在樹脂控制方面起著重要的作用。壓力篩擅長除去大尺寸的膠粘物，氣浮池擅長除去強疏水性膠粘物，洗漿機擅長除去尺寸小的膠粘物。通過有效利用備漿工段的這些設(shè)備，可以減少流入抄造工段的膠粘物數(shù)量，對樹脂控制極為重要。

但是，強化備漿工段設(shè)備的作用也會帶來纖維流失增加、得率下降的缺點，需要考慮品種和生產(chǎn)效率的平衡。

此外，最近幾年很多紙廠采用通過抄造工段的高壓噴淋和清洗刮刀等設(shè)備，（物理性）去除樹脂污染物的技術(shù)，但一旦強黏性的樹脂沉積后，就很難清除干凈，還需要進一步采取措施。

6 樹脂障礙與溫度的關(guān)系

人們常說夏天容易產(chǎn)生樹脂障礙，這是由于紙漿溫度的上升導(dǎo)致紙漿中所含膠粘物軟化變小，壓力篩除渣效果下降的原因。

圖1是某紙板廠制漿工段精篩后膠粘物數(shù)量的測定結(jié)果。

相對于冬天來說，夏天壓力篩出口的膠粘物數(shù)量較多，壓力篩去除樹脂效果出現(xiàn)下降趨勢。由圖1可見，夏天的樹脂沉積量比冬天增加了5倍多。

圖1 樹脂沉積量隨著氣溫上升而增加

7 紙漿中樹脂的化學(xué)控制方法

關(guān)于紙漿中樹脂的化學(xué)控制方法，有在漿內(nèi)添加化學(xué)品直接作用于樹脂的方法，和在抄造工段中漿外添加化學(xué)品在與紙接觸的造紙器材上，間接控制樹脂沉積的方法。添加的化學(xué)品前者被稱為漿內(nèi)添加樹脂控制劑，后者被稱為漿外添加樹脂控制劑。

漿外添加樹脂控制劑對化學(xué)品使用的部位非常有效，但需要注意的是，存在著未在該部位沉積的樹脂會轉(zhuǎn)到后段工序沉積的問題，后段工序也需要漿外添加樹脂控制劑等，局部有效而很難根本解決問題。

與之對比，由于漿內(nèi)添加樹脂控制劑在龐大的紙漿中添加，需要大量的化學(xué)品，化學(xué)品成本較高，但如能有效發(fā)揮作用，可以減少斷紙、紙病及大幅度降低抄造工段中漿外添加的樹脂控制劑用量。針對備漿工藝及樹脂特性，漿內(nèi)添加樹脂控制劑有很多種類，其典型種類如表2所示。

表2 漿內(nèi)添加樹脂控制劑的分類

7.1 除黏劑

樹脂因自身的黏性會在抄造工段不同部位沉積，除黏劑則具有在樹脂粒子上吸附、遮蓋，使樹脂表面的黏性不活躍的作用。作為除黏劑使用的傳統(tǒng)產(chǎn)品有滑石粉?；凼且跃哂形托缘墓杷徭V為主的無機微粒子，在備漿工段中被廣泛用作無機類樹脂控制劑，具有填料的功能，但如過量使用會有磨損成形網(wǎng)和發(fā)生掉粉的風(fēng)險。

另外，除黏劑讓人擔(dān)心下面所講的缺乏使膠體狀微細(xì)樹脂定著在纖維上的功能，可能因在白水系統(tǒng)中濃縮及樹脂凝聚而出現(xiàn)問題。

7.2 凝聚劑

被碎漿機、精漿機、擠磨機（kneader）等施加高剪切力，變成細(xì)小的樹脂很難被壓力篩除去，在白水系統(tǒng)中以膠體樹脂形式循環(huán)，逐漸凝聚、變大，產(chǎn)生樹脂障礙。

凝聚劑是以陽離子性或兩性聚合物為主體的產(chǎn)品，具有使以膠體狀分散的微細(xì)樹脂定著在纖維上，降低抄造系統(tǒng)中樹脂濃度的作用，“抑制”因隨著樹脂循環(huán)濃縮而產(chǎn)生的凝聚，防止樹脂障礙的發(fā)生。

因為使用的凝聚劑是作用于帶陰離子的微粒子，所以還具有改善助留助濾的功能，不過，對電荷少、疏水性強的樹脂的作用不能抱太大的希望。

7.3 分散劑

分散劑是以非離子性或陰離子性表面活性劑為主體的，具有使凝聚的樹脂分散、微細(xì)化，“抑制”微細(xì)化后的樹脂再凝聚的作用。

如在硫酸鹽制漿法的洗漿工段中使用分散劑，能隨著濾液除去附著在纖維上的樹脂成分，生產(chǎn)出樹脂少、質(zhì)量高的漿板。但在封閉的造紙備漿工段，因回收洗漿后的被污染的濾液再返回到前段工序等原因，常有效果不理想的情況，因此分散劑的使用需要充分考慮備漿工段的水循環(huán)流程。

7.4 酶

酶是生物體內(nèi)生物合成的具有立體結(jié)構(gòu)的高分子多胺。酶中的對樹脂有效的物質(zhì)，被稱為脂肪酶的酯水解酶是代表性物質(zhì)，通過水解樹脂中所含的酯結(jié)合，改性成親水性而微細(xì)化，并隨著分子構(gòu)造的改變發(fā)揮去黏性等作用，具有“抑制”抄造工段中的樹脂沉積效果。酶有只作用于擁有被稱為基質(zhì)特異性的特定化學(xué)結(jié)構(gòu)官能基的特征，只需少量使用就能獲得很好的效果。但另一方面，不作用于擁有其他化學(xué)結(jié)構(gòu)的樹脂，并且，為了獲得較高的活性，即使對樹脂有效的酶也需要合適的溫度、中性附近的pH、較長的接觸時間等最佳使用條件。

8 樹脂控制劑的最新研發(fā)動向

8.1 去除膠粘物的化學(xué)品DIA-SR系列

因信息數(shù)字化的原因，廢新聞紙、廢高檔紙的流通量減少，不得不在脫墨漿生產(chǎn)中配入含樹脂較多的廢雜志紙，導(dǎo)致近年來在脫墨過程中對樹脂控制的必要性也變得更大。

因此，日本研發(fā)者對氣浮過程中能有選擇性除去膠粘物的化合物進行了篩選，開發(fā)出了具有優(yōu)良樹脂除去效果的化學(xué)品DIA-SR系列（圖2）。DIA-SR系列是以促進脫墨工藝的氣浮工序中的樹脂去除為目的的漿內(nèi)添加樹脂控制劑，通過對樹脂具有強親和性的表面活性劑的作用，具有在浮選機中有選擇地使樹脂浮起，與浮渣一起排出系統(tǒng)的效果。

圖2 應(yīng)用DIA-SR-70后氣浮池的樹脂去除效果

8.2 酶制劑OPTIMYZE系列

OPTIMYZE是美國巴克曼公司開發(fā)的以酯分解酶為主要成分的酶制劑，具有對特別是廢紙中所含的聚乙酸乙烯醋、聚丙烯酸酯的酯鍵進行水解，使樹脂微細(xì)化和去黏化的作用，如圖3所示。目前，日本有眾多紙廠、紙板廠采用該系列樹脂控制劑。

因酶的基質(zhì)特異性，與其他樹脂控制劑相比，OPTIMYZE能以極少的量發(fā)揮很好的效果，推薦添加量為質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.01%～0.02%（以絕干漿質(zhì)量為基數(shù)）。

圖3 OPTIMYZE的反應(yīng)

8.3 混合型樹脂控制劑HytatchMP

在前所述的漿內(nèi)添加樹脂控制劑中，有各種種類的具有不同作用的除黏劑、凝聚劑、分散劑和酶等，但每一種都有其優(yōu)缺點。例如，除黏劑具有很好的降低樹脂黏性的作用，但缺乏將膠體狀細(xì)小樹脂抄入（紙中）的能力，樹脂在白水循環(huán)系統(tǒng)中凝聚、尺寸增大，有可能引起樹脂障礙。另外，凝聚劑對帶陰離子的樹脂有效，而對不帶電荷的粗大樹脂在抄造工段的沉積缺乏控制效果。因此，從這些種類中選擇最優(yōu)的樹脂控制劑是很難的。

為了解決這些問題，日本開發(fā)了兼具這些產(chǎn)品各自優(yōu)點的樹脂控制劑——混合型漿內(nèi)添加樹脂控制劑HytatchMP系列。HytatchMP系列是兼有分散作用（圖4）、凝聚作用（圖5）和除黏作用（圖6），針對生產(chǎn)過程、紙漿備料及其所含的樹脂的特性改變各種作用的平衡，為客戶量身定做的漿內(nèi)添加樹脂控制劑。

9 結(jié)束語

樹脂控制有各種各樣的方法，但沒有哪種方法可以說“這是最好的方法”。各生產(chǎn)企業(yè)都需要審視，選擇最適合自己的樹脂控制方法。

圖4 HytatchMP樹脂控制劑的分散作用

圖5 HytatchMP樹脂控制劑的凝聚作用

圖6 HytatchMP樹脂控制劑的去黏作用

作為化學(xué)助劑供應(yīng)商，通過調(diào)查客戶的樹脂障礙原因是什么，確認(rèn)什么是最適合該客戶的樹脂控制方法，并不斷提出最優(yōu)的解決方案，這樣將有助于客戶樹脂障礙問題的解決。