防止造紙機網毯污染的化學品新概念

紙張生產中大量使用廢紙作原料，這一趨勢使造紙機網毯被污染更嚴重，成紙質量受影響更明顯，解決此類問題通常采用化學助劑。這一方法雖然減輕了造紙機網毯的污染物沉積，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開發的具有新概念的防止造紙機網毯污染的化學品 pitch guard。文章分析了pitch guard的作用機理，詳細介紹了pitch guard在衛生紙機和板紙機中的應用。應用案例表明，pitch guard成功地將污染物除黏后排出系統，減輕了烘缸以后工序的污染，最終提高了生產效率和紙張質量。

1 前言

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

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，造紙機網毯污染引起嚴重問題的例子也在增加。一直以來人們對造紙機污染問題從設備、化學品方面著手進行處理，但現實是這些方法無法完全應對多樣化的污染。

本文介紹了為應對污染物種類的多樣性和造紙機網毯被污染造成的問題的嚴重性而開發的、改良的防止網毯污染的化學品pitch guard CN系列和Pitch guard R系列的概念及作用機理，以及它們在造紙機上的應用案例。

2 問題與對策

2.1 膠粘物

最近，用作造紙原料的廢紙質量下降和填料在造紙中比例的增加，帶進造紙系統的污染物呈多樣化、復雜化的趨勢，其中來自背膠和不干膠的膠粘物在抄紙過程中與其他異物和纖維交織，變大，成為運行障礙的原因。根據分析結果，帶入造紙系統的污染物，半數以上含有黏性物質。

2.2 膠粘物的沉積問題和傳統的對策

因造紙機網毯（以下稱為濕部）上沉積高黏度的膠粘物，堵塞了造紙設備的孔眼，直接與造紙脫水性的下降、真空脫水箱的真空負荷和濕紙水分上升有關。并且，膠粘物通過造紙設備轉移到吸唇（suction lip）和導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合力，不僅助長濕部污染物的脫落，而且容易成為烘缸后續工序污染物增加的原因。膠粘物不但本身沉積，還會帶入填料和纖維等，體積變得越來越大，從而成為紙病和斷紙問題進一步嚴重的原因。

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、廢紙質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，造紙設備上的膠粘物沉積與以前相比更加容易成為產生嚴重問題的原因。

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設備，添加樹脂控制劑等。但是，前者的缺點是，清洗工作需要定期停機，降低了生產效率，增加了操作人員工作量，還會對清洗的造紙設備造成物理損傷，增加磨耗，再加上因生產原料波動引起的突發性造紙設備的污染，需要進行計劃外清洗（停機），進一步導致生產效率的降低；而后者，雖然減輕了造紙設備的污染物沉積，但因污染物被抄入紙中，可能增加烘缸后續工序的污染物沉積量。

2.3 膠粘物以外的污染問題

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也加入了有可能成為污染物的行列，見圖2。例如:用作干強劑的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，造成抄紙設備孔眼堵塞，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，也會沉積在造紙設備上成為孔眼堵塞的原因。另外，白水的封閉循環容易造成系統內的原料腐敗，常發現菌泥堵塞毛布的問題。

圖1 濕部膠粘物的沉積機理

圖2 多樣化的濕部污染物

3 化學品pitch guard的新概念

3.1 化學品pitch guard的新概念和作用機理

控制膠粘物，采用間隙清洗和將污染物抄進紙中的方法會導致生產效率下降和造紙設備損傷、污染物的沉積部位轉至下游等弊端，因此不能說是十分有效的對策。為了消除這種弊端，在操作中將膠粘物適度附著，排出系統外是相當重要的。

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

圖3 降低膠粘物黏性的化學品作用機理

Pitch Guard CN 2235將水溶性特殊聚合物復蓋在膠粘物表面，在抑制表面黏性的同時使膠粘物表面親水化。通過膠粘物表面的親水化，特殊表面活性劑向內部的滲透變得容易，發揮降低內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）就能將其排出系統外，并可對造紙設備的物理損傷控制在最小限度內，因此能延長造紙設備的壽命。

另外，對膠粘物以外的污染物，通過抑制作為核（心）的膠粘物的黏性，極大地幫助降低積聚在造紙設備上的污染物。眾所周知，漿內添加樹脂控制劑具有降低污染物黏性的效果，而Pitch Guard CN 2235與漿內添加劑相比用量較少，對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。

通過在抄紙中連續應用Pitch Guard CN 2235，在降低膠粘物的黏性、提高造紙設備異物去除率的同時，還能抑制混入的其他污染物體積的變大、積聚，因而不會將膠粘物抄進紙中，能夠提高沉積在造紙設備上的膠粘物的去除率，見圖4。

圖4 應用Pitch Guard CN 2235希望達到的效果

3.2 用于去除膠粘物以外的污染物的化學品概念和作用機理

對最近呈增加趨勢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外。因此，為了持續維持膠粘物的去除率，開發了具有提高對膠粘物以外的污染物去除率效果的化學品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品的機理和效果如圖5所示。

圖5 用于去除膠粘物以外污染物的化學品的機理和效果

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

另外，對于在造紙設備上沉積的菌泥，化學品中具有殺菌效果的特殊成分與其作用，抑制其細菌的繁殖，減少菌泥的產生和沉積量。

根據以上的機理和效果，在抄紙過程中連續使用 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 產品系列

表1為Pitch Guard產品（Pitch Guard CN系列和Pitch Guard R系列）及其性能。表1中4個品牌的Pitch Guard產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、衛生紙生產企業。

表1 Pitch Guard系列產品及其性能

總的來說，為使污染物排出系統外，Pitch Guard產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 造紙機應用案例

在化學品上機應用過程中，首先在現場了解存在的問題，并分析問題產生的原因；然后在對污染物采樣分析的基礎上選擇合適的最佳化學品。下面介紹實際應用的案例。

3.4.1 A公司衛生紙機的應用案例

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

（2）問題:毛毯更換后的毛布狀況不佳，因發生壓潰或孔洞，無法達到設計車速，產品質量和生產效率下降。不僅毛毯，而且壓榨輥和導毯輥的全幅上也沾滿膠粘物，為清除膠粘物還進行了計劃外清洗，因此生產效率大大降低。

（3）對策:經過污染物分析，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、能從膠粘物內部降低黏性的化學品Pitch Guard CN 2235（以下簡稱CN 2235）。確認現有設備除了低壓傘形噴淋外，還有吸水箱和針形噴淋等，這些設備能將污染物排出系統外。另外，已經試用了化學品A，但結果是未能控制住污染物，可能是化學品的效果不夠好。

（4）實驗室試驗結果:在上機前，進行了以下化學品效果的實驗室試驗。

① 黏性試驗1:在試驗板上涂上評價對象的化學品和模擬樹脂，置于濕紙上施加一定的壓力，測定剝離濕紙時的剝離力。如果被評價的化學品對模擬樹脂的除黏效果好，則濕紙的剝離力下降。

② 洗凈促進力試驗:在試驗品（毛毯）上強制涂上模擬樹脂（膠粘物）后，測定通過一定量的水所需的時間，然后測定被評價化學品清洗試樣后用水的通過時間。從清洗前后的時間差計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，將其當作洗凈促進力。

③ 黏性試驗2:在試驗板和膠帶紙之間涂布化學品，施加一定壓力后測定膠帶紙的剝離力，如果被評價化學品抑制了膠帶紙的黏性，則剝離膠帶紙時的剝離力下降。

圖6顯示了CN 2235與化學品A的實驗室試驗的比較結果。

實驗室試驗確認，CN 2235與化學品A相比，防止黏性的效果較差，但降低黏性的效果非常好。

（5）造紙機使用效果:見圖7和圖8。

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

3.4.2 B公司板紙機的應用案例

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

（2）問題:來自原料的污染物在導毯輥上沉積，體積變大，再轉移到毛毯上，出現紙病和斷紙。并且在生產特定品種時沉積在毛布上的污染物增加，降低了毛毯的脫水性，造成后續工序（烘干部后）脫落的污染物增加。

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

圖6 CN 2235與化學品A的實驗室試驗結果比較

圖7 造紙機污染物沉積狀況比較

圖8 煤油清洗次數與紙機抄速

（3）對策: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，并且在生產特定紙種時，污染物中還增加了干強劑PAM。已經使用了化學品B，但不能完全抑制污染物，說明效果不夠好。我們考慮，因為毛毯輥上的污染物體積基本上是通過毛毯沉積變大的，因此決定采用對膠粘物和PAM二者都有高去除率的化學品Pitch Guard R 2509（以下簡稱 R 2509）來提高毛毯污染物的去除率，以減少紙病和斷紙的發生。

（4）實驗室試驗結果:在上機前，進行的實驗室試驗，采用了3.4.1所述的方法。

圖9顯示了R 2509與化學品B的實驗室試驗結果。

圖9 R 2509與化學品B的實驗室試驗結果比較

實驗室試驗結果確認，R 2509與化學品B相比，具有降低黏性效果和提高洗凈效果方面的優勢。

（5）造紙機使用效果:見圖10。

圖10 R 2509與化學品B的使用效果（斷紙次數）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，生產中斷紙次數減少（為原來的40%以下）和生產效率提高，而且使用R 2509后，在抄造特定品種時毛毯表面發黏情況減少，還減輕了吸水箱的負荷。

圖11顯示了R 2509與化學品B的使用效果（烘缸污染物沉積狀況）的比較。

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

圖11 R 2509與化學品B的使用效果（烘缸污染物沉積狀況）比較

4 總結

本文介紹了圍繞造紙行業所處環境和技術動向，為應對造紙機網毯污染造成的問題的嚴重性和多樣性而開發的、改良的防止網、毯污染的化學品pitch guard CN系列和Pitch guard R系列的應用。應用案例表明，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外，還能減輕烘缸后續工序污染程度，最終提高了生產效率和產品質量。