紙漿中的樹脂控制技術及其研發新動向

近年來，作為造紙原料的廢紙質量越來越差，而市場對紙和板紙質量要求則越來越高，“生產原料”和“產品質量”二者的矛盾使紙張生產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在樹脂控制技術方面的研發新動向。

1 前言

近年來，一方面造紙行業中優質廢紙的流通量不斷減少，而另一方面，客戶要求質量更高、定量更低的紙張等等，樹脂障礙對追求紙機運行穩定、紙張質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。進入抄造系統的樹脂在流程的各部位沉積，產生各種問題，如紙張質量下降、紙機運行效率降低等。

如果在備漿工段樹脂處理不充分，或將在抄造過程因頻繁出現紙病而產生大量損紙，或必須使用大量的化學品，或生產效率下降。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量，提高生產效率，一直以來將這一概念總稱為NISSIN樹脂控制法。

2 樹脂的性質

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，具有在紙漿或白水中凝聚、尺寸增大的性質。

樹脂的性質如表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。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，丙烯酸樹脂類黏結劑和聚乙酸乙烯類的熱熔膠特別麻煩。

樹脂障礙經過以下過程形成: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備除去，而細小部分較難除去，與紙漿一起被送到抄造工段。

進入抄造工段的細小膠粘物在白水系統中與白水一起循環，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，轉移到抄造工段的各個地方沉積下來。

當抄造工段沉積的膠粘物超過一定量時，其污染物脫落，再轉移到紙面上，引起紙病和斷紙，導致質量問題和紙機運轉效率的下降。

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，二是在樹脂障礙爆發前“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”樹脂障礙產生的工藝。

但是，樹脂障礙大多因生產原料——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品而導致費用增加，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備，可以減少流入抄造工段的膠粘物數量，對樹脂控制極為重要。

但是，強化備漿工段設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備，（物理性）去除樹脂污染物的技術，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系

人們常說夏天容易產生樹脂障礙，這是由于紙漿溫度的上升導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量的測定結果。

相對于冬天來說，夏天壓力篩出口的膠粘物數量較多，壓力篩去除樹脂效果出現下降趨勢。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 紙漿中樹脂的化學控制方法

關于紙漿中樹脂的化學控制方法，有在漿內添加化學品直接作用于樹脂的方法，和在抄造工段中漿外添加化學品在與紙接觸的造紙器材上，間接控制樹脂沉積的方法。添加的化學品前者被稱為漿內添加樹脂控制劑，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，由于漿內添加樹脂控制劑在龐大的紙漿中添加，需要大量的化學品，化學品成本較高，但如能有效發揮作用，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產品有滑石粉。滑石粉是以具有吸油性的硅酸鎂為主的無機微粒子，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和發生掉粉的風險。

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

7.2 凝聚劑

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

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

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、微細化，“抑制”微細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，生產出樹脂少、質量高的漿板。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流程。

7.4 酶

酶是生物體內生物合成的具有立體結構的高分子多胺。酶中的對樹脂有效的物質，被稱為脂肪酶的酯水解酶是代表性物質，通過水解樹脂中所含的酯結合，改性成親水性而微細化，并隨著分子構造的改變發揮去黏性等作用，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特異性的特定化學結構官能基的特征，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結構的樹脂，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動向

8.1 去除膠粘物的化學品DIA-SR系列

因信息數字化的原因，廢新聞紙、廢高檔紙的流通量減少，不得不在脫墨漿生產中配入含樹脂較多的廢雜志紙，導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，開發出了具有優良樹脂除去效果的化學品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的效果。

圖2 應用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。

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

圖3 OPTIMYZE的反應

8.3 混合型樹脂控制劑HytatchMP

在前所述的漿內添加樹脂控制劑中，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，但缺乏將膠體狀細小樹脂抄入（紙中）的能力，樹脂在白水循環系統中凝聚、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的樹脂控制劑是很難的。

為了解決這些問題，日本開發了兼具這些產品各自優點的樹脂控制劑——混合型漿內添加樹脂控制劑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添加樹脂控制劑。

9 結束語

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”。各生產企業都需要審視，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

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