起皺劑特性對揚克烘缸涂布性能的影響

起皺劑特性對揚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特性對揚克烘缸涂布性能的影響，介紹了新開發的用于優化紙機起皺系統的各種類型起皺劑及其性能和應用。

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

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

日本某公司從多角度評價了起皺劑的性能，提出了起皺劑的分子設計及適合于不同機型的起皺系統。本文將報告起皺劑的化學特征對涂布膜特性的影響，同時介紹新型起皺用貼缸劑。

1 涂膜

揚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層結構，由與烘缸表面接觸的層（保護層）和與紙接觸的層（黏結層）組成，見圖1。

圖1 烘缸上涂層薄膜的模型

保護層的主要成分是堅硬的黏合劑，起到保護與刮刀刀片接觸的（鋼接觸）揚克式烘缸表面的作用。黏結層是貼缸劑與剝離劑混合而成的柔軟層，具有將濕紙黏結在揚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。黏結層和部分保護層被刮刀片刮掉，通過噴涂補充，反復更新涂層膜。

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品。該公司的起皺用貼缸劑是以聚酰胺環氧氯丙烷（PAE）為主要成分，通過將PAE分子設計并成功開發了一系列具有架橋反應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具有架橋反應性能的官能團

特別是PAE有無架橋反應性能對于涂層薄膜的特性影響相當大，根據有無架橋性能反應，可以將起皺貼缸劑分為非反應型與反應型2類，見圖3。

圖3 起皺貼缸劑的類型

非反應型貼缸劑，設計成PEA聚合物之間不會產生架橋反應，有利于黏結層的形成，在涂層薄膜干燥后也能維持柔軟狀態，對濕紙產生很強的黏結力。另一方面，反應型貼缸劑設計成在揚克式烘缸上通過聚合物之間的架橋反應成為高分子，有利于保護層的形成。樹脂的架橋反應來自于氨基氯乙醇（ACH）和氮雜環丁二烯（AZR）等官能團。反應性能越強的貼缸劑，形成的涂層薄膜越堅硬。

另外，PAE的親水性對涂層薄膜的耐水性產生影響。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 各種黏結劑的特性

3.2 起皺貼缸劑所形成的涂膜特性

關于涂層薄膜的特性，著眼于對薄膜的硬度、耐水性、濕潤狀態下的黏結力和干燥狀態下的黏結力等進行了評價。薄膜的硬度和耐水性越好，越容易形成優良的保護層，但是需要注意硬度過高時產生的堆積問題。濕潤狀態下的黏結力越強，越有利于與濕紙黏結。由濕潤到干燥過程的黏結力的變化幅度越小，黏結越均勻，越能夠形成良好的黏結層。均勻的黏結使得紙頁從刮刀的剝離變得均一，操作變得更加穩定。

CA系列起皺貼缸劑的涂膜硬度、黏結力（濕、干狀態時）和耐水性的評價結果見圖5和圖6[CA系列起皺貼缸劑的各項評價的指數是以CA 151的涂膜硬度、黏結力（濕、干狀態時）和耐水性作為1而獲得的數值]。

圖5 涂層膜的硬度和黏結力

圖6 涂層膜的硬度和耐水性

非反應型貼缸劑CA 150、CA 151的涂層薄膜與反應型CA 152、CA 153比較，具有下列特征：（1）黏結力（濕潤時）高；（2）黏結力（濕潤時）與黏結力（干燥時）之間的變化幅度??；（3）耐水性低。也就是說，CA 150和CA 151具有優良的濕紙黏結力以及形成黏結均一的黏結層的特征。這種貼缸劑適合于要求用刮刀將紙頁良好剝離的紙機，特別適合于濕紙強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，如果特別擔心烘缸污染的話，CA 150比較適合。

反應型貼缸劑 CA 152和CA 153與反應型貼缸劑（CA 150和CA 151）比較，能形成堅硬牢固的涂層薄膜。例如，紙機速度較快，帶入烘缸的水分較多的面巾紙及紙毛巾等紙機，或者是在漿內添加化學品中使用柔軟劑的場合下，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硬薄膜的貼缸劑。

4 紙機上的實際應用

由于在實際運作的造紙機上，纖維原料、用水、漿內添加劑和毛布狀態等變化因素很多，因此必須用具有各種涂層薄膜特性的起皺貼缸劑控制。準確掌握紙機現狀，選擇適合于紙機現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、黏結性（濕、干時）和耐水性，選擇合適的起皺貼缸劑，成功解決了生產中的實際問題。

4.1 實例1——使用與CA 153同類型的貼缸劑

（1）課題：進一步提高紙機速度，降低烘缸兩邊的污染程度。

（2）應對方案：①使用比CA 153濕紙黏結性更好的貼缸劑；②使用黏結性變化幅度小的貼缸劑。

（3）試驗結果：在面巾紙等品種的生產中使用了能使薄膜變軟、濕紙黏結良好的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，產生較多針眼。

（2）應對方案：使用比CA 151涂膜更硬的貼缸劑，改善涂膜的形成。

（3）試驗結果：使用CA 153后，改善了涂膜的形成，刮刀刀片壽命最多延長了6 h，見圖7。

圖7 使用CA 153前后的情況對比

5 新型起皺貼缸劑 CA 200和CA 210

5.1 理想的涂布薄膜

隨著今后紙機的進一步高速化、紙張質量的高端化，柔軟劑的并用勢在必行。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固的保護層；濕潤時的黏結力強，濕紙牢固地黏結在烘缸上；黏結力變化幅度小，紙從刮刀上的剝離均一。

傳統的起皺貼缸劑，例如非反應型貼缸劑具有對濕紙黏結力優良、干燥時黏結力的變化幅度小的優點，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。此外，反應型起皺貼缸劑具有有利于形成牢固的涂層薄膜的優點，但也存在從濕潤到干燥過程的黏結力變化幅度大、黏結不均一、容易產生沉積物等缺點。為了形成理想的涂層薄膜，需要有一種同時具備非反應型貼缸劑與反應型貼缸劑優點的貼缸劑。

5.2 新型起皺貼缸劑 CA 200和CA 210的性狀

該公司采用與PAE的架橋反應性、親水性不同的新的設計思想，成功地開發了具有理想涂層薄膜特性的新型起皺貼缸劑CA 200和CA 210，它們都是兼備傳統的非反應型貼缸劑和反應型貼缸劑各自優點的貼缸劑，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、黏結力（濕，干時）和薄膜耐水性的評價結果如圖8和圖9所示。

另外，CA 200和CA 210比非反應型貼缸劑CA 150和CA 151具有更優良的濕態黏結力，由濕到干的黏結力變化幅度小，并且涂膜硬度與反應型貼缸劑的CA 152和CA 153相當。

5.4 新型起皺貼缸劑與柔軟劑并用的應用案例

揚克式烘缸上的涂層薄膜有時受到傳統漿內添加化學品的影響很大，如濕強劑和柔軟劑等。特別是柔軟劑是一種賦予紙張柔軟性的漿內添加化學品，是一種對提高紙張品質非常有用的化學品。

圖8 CA 200和CA 210的涂層膜的軟硬度與黏結力

圖9 CA 200和CA 210的涂層膜的軟硬度與耐水性

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

圖10 柔軟劑對涂層膜（濕）黏結力的影響

這次評價的結果是，普通貼缸劑與柔軟劑并用，黏結力下降了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，黏結力（濕時）、涂層膜硬度的變化也能控制在10%以內。

6 結束語

本文闡述了起皺貼缸劑的反應性和親水性，以及這些性質對揚克式烘缸上涂層薄膜的影響。理解這些影響對于選擇紙機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，它們兼備了（1）形成牢固的涂膜；（2）與濕紙的黏結性優良；（3）黏結性的變化幅度小等非反應型和反應型貼缸劑的特征，是一種能夠廣泛應對紙機高速化、柔軟劑并用及抄紙條件多樣化的化學品。

（杜偉民 編譯）