烘缸涂層性能及優化方面的挑戰

Nick Ince 索理思（上海）化工有限公司

索理思是水處理化學品專業生產商，在2018年南京生活用紙年會研討會上做了專題演講，介紹了烘缸涂層的性能優化及影響因素，并對目前中國生活用紙生產商所面臨的挑戰提出有效解決方案。

1 烘缸涂層性能研究的進展

過去十年，索理思致力于揚克缸涂層的性能改進，其中包括：完全交聯的熱塑性聚合物、塑化涂層、多功能剝離劑以及非油基合成蠟剝離劑。這些改進有助于拓展烘缸涂層化學品的操作窗口，有助于獲得較高的紙頁水分、紙種轉產、紙頁橫幅變化等；有助于提升紙頁品質：手感、松厚度、起皺率和伸長率比值。

然而，烘缸涂層并不是孤立操控的，紙機的其他條件也會影響烘缸涂層的性能。比如：濕部添加劑，包括濕強劑、柔軟劑和解鍵劑；短纖漿和長纖漿以及其他的漿種等纖維的種類；白水系統的濃度、細小纖維含量、PH值及電導率。總之，濕部系統的任何變化都會影響烘缸涂層的性能。

2 影響烘缸涂層的因素

2.1濕部添加劑

● 濕強劑：有助于將紙粘附到烘缸上，但會使烘缸的涂層硬化，通常剝離劑相對貼缸劑用量的比例會增加。如果濕強劑能更好地保留在紙頁中，可盡可能減少不利影響。此外，從衛生紙轉產到面巾紙等其他紙種的時候會產生一些問題。

● 柔軟劑和解鍵劑：使紙頁在烘缸上有剝離的效果，在紙頁中的留著性不佳，須采取很好的控制，否則柔軟劑和解鍵劑的效能會降低，過于剝離的話會帶來紙頁柔軟度變差，因此當開始增加柔軟劑或者是解鍵劑用量的時候，需要觀察烘缸涂層的狀況，根據需要，減少剝離劑的用量，從而能夠進行更好的控制。

2.2纖維種類

● 短纖漿比長纖漿在揚克缸上更容易剝離，因為短纖漿的抽提物含量較高；

● 不同類型的短纖漿有不同的剝離性能，如：相思木漿比桉木漿的抽提物含量較高，所以更容易剝離；

● 漿料配比或品種變動，須調整剝離劑用量以控制好剝離效果；

● 避免使用灰分含量高的木漿，灰分含量高，會引起烘缸涂層硬化，紙粉增加，從而很有可能和柔軟劑相互作用產生紙面沉積物的問題。

2.3白水系統

白水質量變化也會影響烘缸涂層，主要問題包括：

● 細小纖維和懸浮物：這些在衛生紙機系統中很難保留，因而會轉移到烘缸涂層上，從而導致涂層變硬變臟，使紙頁的手感變差，刮刀的壽命降低。

● 硬度：鈣鹽和鎂鹽也會對烘缸的涂層有很大的影響，會在揚克缸涂層上有很大的沉積。

● 總堿度：總堿度過高會加快涂層形成，因此需要控制總堿度不要過高。

另外，可溶固體物積累、懸浮物增加、熱能累積等問題都會對紙機帶來影響，包括揚克缸涂層的性能，生活用紙產品的品質以及濕部添加劑的功效，毛毯和成形網性能，以及腐蝕和侵蝕磨損，也包括了濕部沉積物的問題。

3 中國生活用紙生產商面臨的挑戰

中國衛生紙機噸紙的清水消耗量要求極嚴格，比全球其他的市場要低50%多，因此以上問題更加凸現。以通常的新月型紙機為例：

表1 中國工廠纖維、灰分留著率

表1中兩家工廠的纖維單程留著率65%～69%，灰分單程留著率為14%～17%，細小纖維單程留著率為21%～23%。

表2 灰分含量對比

長纖漿灰分含量是0.4%，短纖漿灰分含量是0.7%，流漿箱灰分高達4%，白水中灰分含量高達10%，而紙頁中灰分是0.3%。較低的灰分和細小纖維留著率，將會使白水循環系統的細小纖維和懸浮物含量越來越高。循環水里面的灰分沉積到烘缸表面，還會引起刮刀的壽命縮短，紙粉增多，效率降低，成紙質量下降。他們會引起濕部其他方面的問題，影響烘缸涂層的性能，不得不增加濕部其他添加劑的用量，比如說柔順劑、解鍵劑等，這都會影響成本的上升。

表3 流漿箱細小纖維含量的測定數據

通常中國紙廠的紙機流漿箱細小纖維含量明顯較高，因為減少清水耗用量造成細小纖維在白水系統的循環。這些高含量的細小纖維將造成烘缸涂層變硬、變臟，使紙頁的柔軟度和松厚度變差，同時紙粉增加。

圖1 細小纖維對烘缸涂層的影響

圖1 中左圖為中國紙廠的衛生紙機，涂料添加量為1.7mg/m2，流漿箱細小纖維含量45.6%，右圖為美國紙廠的衛生紙機，涂料添加量為2.8mg/m2，流漿箱細小纖維含量〈10%。左圖所示的清潔刮刀有很嚴重的紙粉，涂層比添加的涂料量厚，涂層堆積，主要來自細小纖維，涂層沒有因為改善柔軟度而優化；右圖所示的清潔刮刀的紙粉很少或沒有，涂層累積現象得到控制。

4 索理思解決方案

如何減少細小纖維的影響？索理思利用濕部添加劑控制細小纖維，可改善涂層性能，同時減少其他濕部添加劑的用量；幫助將細小纖維從系統中除去，并保留到紙頁中；也有助于凈化白水系統。但是注意控制速度不能太快，添加過快也可能產生問題，因為細小纖維的留著率快速增加，紙頁上有太多的粉塵，紙的韌度也會下降，所以要注意初次使用需要控制系統的潔凈程度。

圖2 使用濕部添加劑后細小纖維留著率變化

圖2 是歐洲的一家面巾紙生產商，紅線表示未經處理的細小纖維留著率一開始是20%，添加濕部添加劑PerForm PE7750后逐漸增大到30%以上，藍線表示細小纖維含量從0.02%降低到0.01%，減少了50%。

圖3 流箱漿的細小纖維含量變化

圖3 是流箱漿的細小纖維含量減少情況，該流漿箱分為上中下三層，未處理的流漿箱中的細小纖維含量為20%左右，添加PerForm PE7750濕部添加劑0.8kg/t，細小纖維含量下降到15%以下，當濕部添加劑添加量增至1.2kg/t，細小纖維含量最終下降到10%以下，達到了最佳狀態。改善了烘缸涂層性能，增加紙頁強度，改善了柔軟度，磨漿能耗降低50%。

圖4 使用PerForm PE7750濕部添加劑后成本節約情況

生活用紙的生產成本控制相當重要。從圖4可以看出，管理好流漿箱的控制，可以在改善產品質量的同時降低起皺率和磨漿能耗，減少長纖漿和柔軟劑的用量，最終降低總成本。

中國的生活用紙生產商面臨著額外的挑戰，因為需要使用更少的清水，將影響到烘缸涂層性能、柔軟度、紙粉和總體成本，應用濕部添加劑可克服這些挑戰，并改善烘缸涂層性能，改善柔軟度并節降總體成本。

5 索理思案例分享

索理思提供了優秀的解決方案——PerForm SP濕部添加劑，篩選了特定的分子量和電荷密度以及最佳性能的陰離子聚丙烯酰胺基原料，添加一種使陰離子聚丙烯酰胺自身盤繞，以產生非常小的高電荷和活性顆粒的原料，需要陽離子添加劑以獲得最佳效果，適用于需要濕強度的紙種。

圖5 盤繞改性劑作用原理

以下是PerForm SP成功應用于衛生紙機的案例：

● 主要產品：衛生紙和紙巾紙

● 設備：帶靴壓的新月型衛生紙機

● 產能：100t/d

● 原料：木漿

● 濕強劑：Kymene?

圖6 PerForm SP對細小纖維單程留著率的影響

圖7 PerForm SP對白水固含量的影響

從圖6和圖7中可以看出加入PerForm SP，細小纖維單程留著率提升15%以上；回流白水總固含量降低30%以上，干強度和濕強度提升，并在減少化學品消耗的情況下滿足紙張的所有性能，濕強劑減少20%～25%，消泡劑減少20%～40%，磨漿機負荷減少5% 。

此外，針對生活用紙生產商，索理思專門開發了PerForm PE7750濕部添加劑，具有以下優勢：

● 高強度性能

● 對柔軟度沒有負面影響

● 減少磨漿負荷

● 清潔濕部

● 在成本有利時可減少長纖漿配比

● 優良的細小纖維控制

● 新的、獨特的陽離子聚合物

● 專利的化學品

● 不需要陽離子添加劑

● 適合所有的生活用紙紙種

PerForm PE7750應用案例：

● 產品：14.4g/m2面巾紙

● 原料：木漿

● 濕部添加：濕強劑和柔軟劑

● 清水用量：5m3/t紙

PerForm PE7750使用效果：

● 長纖漿用量減少3.5%

● 增加抗張指數

● 增加濕強度

● 減少濕強劑添加量

● 減少定量至14.1g/m2

● 取消柔軟劑

從以上案例可以看出，使用濕部添加劑PerForm SP或PerForm PE7750都會減少流漿箱細小纖維含量，穩定紙機濕部系統，減少濕部其他添加劑的用量，有助于減少磨漿能耗，提高成紙強度。流漿箱細小纖維以及其他濕部添加劑的減少，將會改善烘缸涂層性能及穩定性，紙頁柔軟度改善、減少粉塵、延長刮刀壽命、降低總生產成本。