一种高剥离性能的压榨辊剥离剂

2011-01-08杜伟民

造纸化学品 2011年3期

一种高剥离性能的压榨辊剥离剂

对纸机压榨部与湿纸直接接触的压榨辊的要求，除了强度、耐热性这些机械特性以外，还要求辊子表面具有较高的润湿性和剥离性。

大家知道，提高压榨辊表面的润湿性可以获得稳定的剥离性。人们提出并应用各种化学品来提高辊子表面材质的润湿性，如热喷涂陶瓷和聚氨酯等橡胶材质。提高了润湿性的辊子表面形成了水膜，可防止硫酸盐浆和废纸中胶粘物（以下称为胶粘物）的黏附，提高了剥离性，减少了斑点、孔洞等纸病及断纸。

另一方面，近年来随着废纸回用的增加、白水封闭性的提高、抄造的中性化及产品的高附加值化，添加剂呈现多样化，压榨辊受胶粘物污染的趋势越发明显。

这种情况下，一般是使用防止污染的化学品，目的是防止纸病和断纸。但是，在纸机高速化、造纸原料、化学品多样化的情况下，具有特别的剥离性改善功能或者防止压榨辊被污染的功能化学品显得缺乏。

日本某公司为了满足这方面的需要，开发了具有剥离性改善功能又附加了污染防止功能的新型表面活性剂——DS-800。本文将介绍这种新型压榨辊剥离剂开发过程中获得的认识及其在纸机上的应用效果。

1 压榨辊的润湿性

一直以来，压榨辊使用润湿性和剥离性良好的天然花岗岩。但是，众所周知，品质优良的花岗岩越来越难得到。随着纸机高速化、大型化对压榨辊耐久性要求的提高，压榨辊的材质已开始转用热喷涂陶瓷。只是热喷涂陶瓷的润湿性比花岗岩差。

如前所述，良好的压榨辊润湿性可以提高剥离性，因此可以说，在压榨辊剥离性设计时，辊子材质润湿性的改善是绕不开的课题。

大家知道，要用水润湿压榨辊表面，一般来说必须加大表面自由能。用液体润湿固体表面时的扩张功Ws可以用公式（1）给出，Ws≥1时，产生扩张润湿。

式中：rS为固相/气相的表面张力；rSL为固相/液相的表面张力；rL为液相/气相的表面张力。

关于界面张力，Young的公式为：

式中：θ为接触角。因此，Ws可以表示为：

从公式（3）可以知道，要使压榨辊表面完全润湿，理论上必须θ=0。因此在压榨辊剥离剂设计中，辊子材质与水的接触角成为非常重要的因素。

在筛选用于压榨辊剥离剂的表面活性剂的过程中，将接触角的下降能作为指标，但是也遇到接触角的下降能良好的化学品未必在纸机上也能提高剥离性的情况。这种现象是因为公式（1）中表达的表面张力 rSL（固相/液相）、rL（液相/气相）的影响和润湿压榨辊表面的水被毛布吸收时产生的接触角的变化（前进接触角后退接触角），也就是润湿的滞后现象的影响。

2 压榨辊污染的影响

表1列出了表面活性剂压榨辊化学品的主要成分、对热喷涂陶瓷板的接触角以及在纸机上的剥离效果。

表1 压榨辊用化学品的主要成分及其剥离效果

由表1可知，即使对高档纸具有良好剥离效果的化学品，如果用于污染较严重的纸机上，也不会取得十分好的剥离效果。原因是辊子上黏附的污染物完全改变了从表面活性剂得到的水的润湿性。

一般来说，脱墨浆和机械浆配比较高的纸机常常使用亲水性阳离子聚合物，以消除胶粘物的黏性。这是因为使用以防止污染为目的的化学品也有提高剥离性的效果。

胶粘物的去粘化效果提高了剥离性的案例如表2所示。因为该亲水性阳离子聚合物不含表面活性剂，不能期待降低接触角，但是在胶粘物的去粘化方面相当优越，从而改善了剥离性。由此可知，在压榨辊剥离剂设计过程中，胶粘物的去粘化相当重要。

表2 阳离子聚合物改善剥离性的案例

3 压榨辊剥离剂DS-800的特征

3.1 化学结构

压榨辊剥离剂DS-800是把对热喷涂陶瓷具有优良润湿性的表面活性剂和对废纸中胶粘物具有高去粘化效果的阳离子聚合物二者相结合的物质，并是一种具有“相乘”效果的产品。其化学结构是由具有酸官能基的聚合物和具有碱官能基的聚合物通过离子结合而成的复合体，也可以称为聚离子复合体，见图1。

图1 压榨辊剥离剂DS-800的化学结构

3.2 作用机理

用作压榨辊剥离剂的高效表面活性剂使辊子表面具有亲水性，在湿纸和辊子之间形成水膜，其缺点是对疏水性的辊子表面缺乏吸附性。另一方面，用作压榨辊污染防止剂的高效阳离子聚合物有选择性地吸附疏水性胶粘物，降低黏性的效果很好，缺点是缺乏将去粘化后的胶粘物在水里乳化分散的能力。

对此，依据如图2所示的作用，可以期待压榨辊剥离剂DS-800能够弥补表面活性剂和聚合物的各种缺点，具有非常好的效果。

图2 压榨辊剥离剂DS-800的作用机理

3.3 剥离性的提高

如前所示，能降低水对压榨辊的接触角的化学品未必能够提高运行中的纸机的剥离性，接触角的降低能力只不过是必要条件。

因此，用图3所示的试验方法测定热喷涂陶瓷和湿纸之间形成的水膜的张力（以水的剥离力为100来评价化学品的剥离力下降）。

图3 剥离性评价方法

在该试验中，假设压榨后的湿纸和热喷涂陶瓷板之间，以后退接触角为基础形成了一层薄的水膜。所以，湿纸在滑动时产生的力代表了湿纸和热喷涂陶瓷的最大黏结力，这个力越小，剥离性越好。

图4显示了压榨辊剥离剂 DS-800与该公司老产品的比较结果[w（压榨辊剥离剂）=500×10-6，以水的剥离力为100]。

图4 剥离性能评价

由图4可见，压榨辊剥离剂 DS-800比老产品改善剥离效果为20%～30%。

3.4 胶粘物的去粘化

用图5所示的方法进行胶粘物去粘化。其操作步骤为：（1）试样溶液一边高速搅拌、加温到规定温度，一边添加胶粘物；（2）测定黏附在装置/容器上的胶粘物质量；（3）通过与未添加化学品时的质量比较，计算出结果。

图5 胶粘物去粘化评价方法

胶粘物去粘化的评价结果如图6所示[w（压榨辊剥离剂）=500×10-6]。

用阳离子聚合物、表面活性剂分别单独处理及压榨辊剥离剂DS-800去粘化试验后的试验溶液的情况如图7所示。

图6 胶粘物去粘化评价

图7 胶粘物去粘化后的试验溶液

因为压榨辊剥离剂DS-800赋予了胶粘物去粘化效果良好的阳离子聚合物表面活性能，所以在胶粘物去粘化的同时，还在水中形成稳定的胶体。这说明压榨辊剥离剂DS-800是一种效果非常好的压榨辊剥离剂。

3.5 对压榨辊剥离剂DS-800的总结

压榨辊剥离剂DS-800与该公司老产品比较，具有极高的剥离性和胶粘物去粘化功能。这种效果是由于2种不同作用原理的聚合物形成了复合体，发挥了单种化学品没有的“相乘”效果。

4 纸机上的评价

下面介绍压榨辊剥离剂 DS-800在生产中档纸的纸机上的应用案例。该纸机已经使用了另一家公司的防污染剂，并已取得了中间剥离点上升的效果。当该纸机使用压榨辊剥离剂DS-800后，取得了进一步大幅度提高剥离点的效果，见图8。另外，该纸机使用压榨辊剥离剂DS-800后的长期运转试验中，也未观察到由于辊子污染产生的纸病，防止污染的效果十分明显。