生活用纸纸机效率最大化的化学品使用策略

生活用纸纸机效率最大化的化学品使用策略

生活用纸纸机如何才能高效运行？！这是由多种因素决定的，包括机械性能优化、化学品使用策略以及造纸生产者的技术等。

本文根据亚什兰赫克力士服务全球生活用纸和纸巾行业的广博经验，考察了纸机运行效率下降的原因，并提出解决这些问题的策略，探讨了典型生活用纸纸机的多种实用解决方案。

1 影响生活用纸纸机效率的问题

造成生活用纸纸机产出损失有很多原因，其问题点的示意图见图1。

图1 生活用纸纸机的问题点

影响生活用纸纸机效率的问题包括以下几方面。

（1）纸机车速低于理论能力。可能原因为网部成形较差或者脱水不佳，毛毯脱水不良或者干燥效果差。

（2）非生产时间过长。这包括断纸和纸机清洗造成的停机时间：纸机系统的微生物污染以及织物的有机物污染导致的断纸；扬克烘缸问题导致的断纸；过频地更换刮刀刀片造成停机，以及清洁织物的有机污染造成停机等。

（3）质量问题。这包括由于污点、孔洞或者需要低速运转来获得抗张性能而造成的次品。生活用纸特有的状况是：为了获得高松厚度或者拉伸性能，需要在高起皱率下运行，那时产出就会受到严重抑制。

受到化学品使用策略影响的典型的生产损失发生在备浆系统、网压部以及扬克烘缸处，见表1。

表1 受化学品使用策略影响造成的纸机效率下降的典型问题

亚什兰赫克力士解决这些问题的方法已经形成良好的策略——多数情况下，为获得良好的生活用纸纸机运行效率，这些策略一起被应用，从而提供最好的整体解决方案。

2 优化备浆系统

为了获得良好纸机效率，在考虑生活用纸纸机本身之前，需要彻底挖掘备浆系统的潜能。这不光要考虑与微生物污染相关的断纸和纸幅缺陷的影响，而且从抗张强度和生活用纸纸机脱水性能角度看，损纸碎浆时间效率高，获取干强度的策略就最佳。

碎浆：从经济角度看，一般有必要使用具备湿强的损纸，但是这会降低损纸碎解的效率。由于湿强树脂已经完全熟化，难以分解，致使机外损纸碎浆特别难。

长时间对损纸打浆可以导致纤维碎片化。碎片化了的纤维将导致湿纸料脱水速率更加缓慢，而这对造纸几乎没有用。从另一个角度看，如果损纸没有完全疏解，浆料点或者浆料孔洞就会出现在纸幅之上，导致断纸或者产品品质下降。

然而，如果使用热能或者化学能，就可以分解熟化湿强树脂。通过提升碎浆机温度或者pH可以获得这种效果，但是碎浆助剂的使用可以急剧加速这种进程。

可以使用次氯酸钠，这种化学品会造成腐蚀和排放污染问题。但是，基于过硫酸盐化学的氧化碎浆助剂易于处理。这些安全粉体装在可碎解的纸袋中销售，已经证实可以减少50%的碎解时间，同时保持纤维质量良好。

磨浆和干强度：通常对针叶木级分进行磨浆，提升抗张强度，但是成纸因此而变硬，脱水性能降低，成纸手感变差。提升阔叶木用量使得抗张性能改善更难。淀粉通常用作干强剂，但是同时会带来纸幅挺度和脱水问题。

亚什兰赫克力士采用合成聚合物来改善干强度。很多情况下，这些阳离子物质还对脱水有正面影响。最近北欧生活用纸厂的一次测试中，当采用Hercobond干强剂替代淀粉以后，获得以下结果：抗张性能得以保持；手感变好；脱水得以改善，致使纸机车速提升4%；高阳离子聚合物固定了胶粘物，清洁停机时间减少。

在另外一个案例中，Hercobond干强树脂与一种新型阴离子过程助剂（即PerForm SP助留助滤剂）配合使用，提升了纸机车速。此案例中，湿强树脂用量和CMC用量同时减少。

微生物污染：这种污染造成黏性菌断纸或者纸幅孔洞，不但延长了停机时间，而且产生更多次品。可用的专有杀菌剂很多，包括Spectrum杀菌剂——它的成本效率非常高。

3 污染物控制方案

不管纸机织物上的有机污染是来自原生浆树脂还是来自回收纤维胶粘物，都是生活用纸纸机效率下降的主要原因之一。没有经过处理的小颗粒树脂或者胶粘物在浆料和水系统中凝聚，凝聚到一定程度就会带来问题。在此临界点，它们倾向于沉积在憎水性表面，如纸机成形网或者毛毯上，沉积后会导致纸幅孔洞、脱水不良以及压榨毛毯脱水性能不佳。

沉积导致的这些问题直接降低了纸机产量，导致纸机计划外的停机清洗。胶粘物还可能转移到纸幅中，进而导致外观问题——产品品质下降，或者造成加工设备运行出现问题。纸巾纸机使用湿强树脂，这对毛毯脱水效率不利，还会导致其他问题的出现。

对于有机污染物，亚什兰赫克力士的化学品使用策略关注上文提及的凝聚和沉积机制，可划分为去粘策略、微固着策略和钝化策略。

3.1 去粘策略

使颗粒表面不再有黏性并具有亲水性，以防止有机颗粒黏附和凝聚，这个过程称之为去粘作用。其目的是为防止颗粒尺寸增大到产生问题的程度，所以污染物颗粒尺寸及其化学品类型很重要。

通过纸机有机污染物调查，列出整个系统的颗粒尺寸分布，确定污染物的类型，鉴别最好的解决方案，从而找到控制化学品的最佳添加点。

亚什兰赫克力士提供适合于不同环境的系列DeTac污染物控制剂。最近意大利的应用案例中，使用新技术以后，现代新月型成形器上由于化学浆树脂造成的清洁停机时间减少了75%。这种新系统将树脂颗粒尺寸稳定在较低水平，同时消除了滑石粉和固定剂的使用，降低了溶剂基毛毯清洁剂用量。它还改善了性能，减少了25%的总毛毯清洁时间。从成本角度考虑，这种新系统与之前的滑石粉和固定剂体系相比具有成本竞争力，如图2。

图2 去粘剂使用效果

3.2 微固着策略

微固着策略常常用来增强去粘作用。通过使用一种高电荷阳离子聚合物，那些无活性且非常小的去粘化胶粘物或者树脂被固着在纤维上。这样，通过与成品结合的方式，将它们从系统中净化出去。所移除的胶体有机物质不会导致外观问题，也不会导致加工问题。

使用专门的沉积控制聚合物进行微固着有数种方法。某些干强性能助剂可以完成强化干强和微固着双重作用。在这种情况下，将去粘产品先添加在浆料系统中有机物颗粒尺寸最小的地方，然后在稍微靠后的系统中再添加固定剂。

3.3 钝化策略

另外一种可能是直接处理或者钝化织物本身——这种方法可单独使用，也可与前述处理方法一起使用。在这种过程中，纸页传输之前将产品喷洒到织物上——这种产品通常为表面活性剂和弱阳离子聚合物的混合物。这种聚合物与系统中存在的阴离子垃圾结合，在织物上涂敷厌脂肪层或者油不溶层。这样，织物就会抑制较大的有机污染物沉积，同时保持脱水性能。这些产品采用低压喷管喷洒。

对于毛毯，亚什兰赫克力士已经开发了Presstige系列毛毯清洁调理剂——已经证实，这些助剂对预防有机污染物和湿强树脂在生活用纸纸机上的沉积非常有效。例如，北欧使用100%回收纤维的湿起皱纸机使用这种助剂获得良好结果：毛毯清洁造成的停机减少了50%；新毛毯运行期间开机速度提升。

然而，值得注意的是这种产品应该在毛毯一上机就连续使用。从提升产量、降低Uhle吸水箱真空和延长有效毛毯寿命来说，这种方案性价比很高。

4 扬克烘缸解决方案

虽然采用基础涂料和剥离化学品处理扬克烘缸是一种复杂的操作，但可以提升纸机产出和产品质量。人们对其基本原理非常了解；在真空压榨辊揭起纸幅之前，通过低压喷管施用黏附性基础涂料和剥离化学品。扬克烘缸表面的热量蒸发了稀释水，保留下来的聚合物/油膜（有时会发生化学反应）部分干燥，形成黏性涂层。这种涂层从真空压榨毛毯上揭起湿纸幅，并在干燥纸幅的过程中黏附纸幅，将之压在烘缸上。

为了产生起皱效果，涂料薄膜必须在起皱刮刀处提供足够的黏附力。正是纸幅起皱作用决定了最终的纸幅性能，特别是伸缩性能、松厚度以及柔软度。经验证实，正确选用起皱化学品并正确施用这种化学品（与前者同样重要）是生活用纸纸机高效运转的关键因素；有人认为这是最为关键的操作。

亚什兰赫克力士生活用纸专家在选择和使用扬克涂料的过程中考虑了多种因素，包括：所生产的纸种；配料的特性；扬克烘缸大小、热通量以及扬克烘缸的状况；喷洒管的布置；表面处理以及刮刀刀片类型等。

5 纸幅传输和干燥

为了使热能最好地向纸幅传输，进而获得最佳的干燥效果，纸幅从毛毯包裹的真空压榨辊向扬克烘缸的传输必须良好。另外，纸幅传输不佳会导致扬克烘缸上的纸幅产生泡状凸起或者浮泡。这种现象会导致起皱刮刀处产生断纸或者孔洞。

要想实现良好揭纸，涂料必须有良好的再湿性能，而且必须足够柔软，能够与湿纸幅表面保持一致，从而最大化揭纸接触面积。如果真空干燥处的纸幅较干，或者纸幅高度结构化（例如TAD或者其他结构化纸幅），那么柔软性能就更加重要。

再湿黏附性能和薄膜柔软性能一起称作湿黏性能。例如，亚什兰赫克力士的Crepetrol和ProSoft起皱添加剂含有大量完全交联的化学品——这些化学品以湿黏性能良好而著称。这些产品在扬克烘缸上没有反应功能（例如，与酸性PAE涂料相比），因此对纸幅揭起之处的横向水分分布变化敏感性较低。

确保纸幅传输良好的另外一个因素是扬克涂料喷管的几何形状以及水量的正确性——很多文章已经对此进行了大量描述。为了让专家能够正确选择扬克烘缸涂料喷管的类型和布置，亚什兰赫克力士为之配备了一种专门的软件程序，即亚什兰赫克力士®X-CT系统。

6 硬楞和断纸

生活用纸纸机断纸的一种常见原因是涂料在扬克烘缸边缘积聚，特别是新月型成形器尤其如此。某些情况下，这会导致纸幅边缘结合力弱，而其他情况下涂料会在起皱刮刀后面积聚，致使起皱刮刀抬起。不管哪种情况，最后的结果都一样——那就是造成断纸。

扬克烘缸边缘温度高和纸幅挡板外的毛毯边缘受到细小纤维污染，通常这2种作用一起会造成涂料积聚。因此，成形网的水封或者边缘密封以及流浆箱的堰板控制是否良好，都是需要考察的重要因素。

在进一步考虑采用其他策略解决这个问题之前，亚什兰赫克力士首先将考虑扬克烘缸的温度分布。通过热风罩边缘节气阀和热风罩进气和排气风机平衡对扬克烘缸的温度分布控制略有影响，而停机期间通过调节冷凝水虹吸管分布，可以有效调整扬克烘缸的温度分布。由于在扬克烘缸边缘喷水会导致过多的温度应力，所以尽管有时候毛毯边缘的凿式喷淋可以有效清洁和冷却毛毯边缘，还是建议不采用这种方法。

作为良好的化学品解决方案，扬克烘缸涂料应该在较宽的温度范围内保持柔软；需要再次重申——完全交联化学品在这方面非常有效。这种范围最近已经扩展，涵盖了塑化“易刮除”涂料。另外，亚什兰赫克力士的扬克烘缸边缘专用清洁喷淋取得了很大的成功——采用最少量的稀释喷淋，软化边缘积聚涂料，使得刮除积聚涂料更加容易。

7 刮刀刀片更换

刮刀刀片更换是生活用纸纸机频繁停机和产品质量不佳的主要原因之一。典型地，在更换刮刀刀片之后，良好的扬克烘缸涂料会迅速形成，而生活用纸性能（如拉伸性能、松厚度以及柔软性）在下一次换卷之前就可以得到优化。然而，一旦刮刀刀片被磨损，它的起皱作用和涂料去除效果开始变坏，进而导致生活用纸质量开始变坏，最终加速刀片更换。

由于刀片寿命受到很多运行参数影响，所以不存在固定的刮刀刀片使用寿命，但是钢刀片的典型寿命为4 h，而陶瓷刀片的典型寿命为24 h。主导刀片寿命的关键涂料因素为其均一性和坚固性（或者完整性）。

为了检查涂料均一性，经常查看刀片横向磨损状况；象上一段解释的那样，尽管边缘污染物常常造成边缘磨损稍严重，但刀片横向磨损还是相当均匀。横向磨损倾斜或者有坡度，预示着空气烘缸的刀片负载不正确，需要立即进行校正。类似地，中高问题（crowning）或者刀片问题就显而易见。特定区域的不均一磨损，可能意味着涂料分布不均一。造成这种现象的原因可能为：喷管设计不佳；喷管运行不正确；冷凝水移除不均一（例如虹吸管堵塞），和/或者毛毯透水性分布不良（例如毛毯变脏）。

刀片磨损均匀但是有不良磨损的情况（例如刀片磨损过快）可能是由于所施用的涂料对扬克烘缸的保护不足造成的。这造成了刀片和硬化扬克烘缸表面的摩擦，进而导致了磨损。非常明显，将这种磨损降到最低对延长扬克烘缸再磨周期也是最好的方法。

根据实践经验，亚什兰赫克力士建议基础涂料最低厚度应该为1.5 mg/m2——只有这样，才可以确实保护扬克烘缸。而且，经验表明，完全交联的基础涂层可以最好地保护扬克烘缸，从而带来最长的刀片寿命。这种化学品代表着高性能扬克烘缸运作的最佳实践，如在扬克烘缸钢质表面使用陶瓷起皱刮刀。

使用适当的磷酸盐化合物不但可以帮助调理杨克烘缸表面，还可以在运行过程中提供额外的保护。磷酸盐类物质被认为可以钝化铁表面，提供与有机涂料的额外键结。

8 最小化起皱率

“最小化起皱率”化是生活用纸纸机产出最大的一个重要工具。根据所生产的纸种不同，起皱率（扬克烘缸和卷取机之间的速度差异）可以在15%～25%之间或者更大区间变化。起皱刮刀的作用对纸幅的拉伸性能和松厚度有不利影响，要消除这些不利影响，有必要降低卷取机的速度。通常，卷取机提速会降低拉伸性能。因此，把检测拉伸起皱作为生活用纸纸机性能的关键指标。

如果机械配置和有机涂料配方最佳，就可能获得等于或者大于1.0的起皱率——这意味着起皱刮刀不仅仅将纸幅折叠起来，而是正确地对纤维进行了干扰。获得这种效果的典型条件为：使用柔软、高黏附有机涂料。在北美施加涂层大于2 mg/m2（EU），最大值为8 mg/m2；刀片坡口角度略小，和/或者刀片磨损角度超出15度。换句话说，采用适中到较大的有机涂料刀片迎角，可获得相对开放的起皱凹角。

图3为起皱助剂和塑化剥离剂的使用效果。

通过选择适当的高黏附性涂料（这种涂料的施加速率相对较高）可以容易地达到这种目的。亚什兰赫克力士已经开发了这种类别的产品。可以使用修饰剂提升黏附性能，并修饰薄膜整体柔软性能。从实践角度讲，当选用了合适的涂料，就常常可以看到拉伸性能得以提升，因此能够提升卷取机速度，同时可以在网部提升定量，进而提高产量。

图3 起皱助剂和塑化剥离剂的使用效果

9 质量最优化

基本上，“质量最优化”属于涂料使用策略部分。随着生活用纸市场日趋成熟，生产者通常热衷于高质量产品，如多层的、手感良好且松厚度高的产品。在所有给出的生活用纸生产解决方案中，高黏附性扬克烘缸基础涂料的使用以及前面提及的最佳实践，通常都会获得最优的产品质量。持续采用这种手段生产，可得到质量良好的产品，避免那些导致产量下降的次品。

10 总结

化学品供应商可能用来帮助客户最大化生活用纸纸机产出的各种策略，包括：使用高效湿强损纸碎浆助剂来解除备浆瓶颈；使用合成有机聚合物最小化磨浆能耗，并最大化干强和脱水性能；使用高效微生物处理剂降低黏性菌造成的断纸；建立多点污染物控制方案，解决织物和成品纸中的有机污染问题；使用预示性涂料化学品和正确使用方法来改善扬克烘缸和刮刀刀片的运行；使用最新的具有高黏附性能、柔性扬克烘缸涂料降低起皱率，改善质量等。

虽然上述方法通常都会被作为最佳手段一起采用，但是亚什兰赫克力士具体的策略设计不但彼此协同，而且适用于最先进的备浆和纸机技术、织物、刮刀刀片以及其他消耗品。

该文介绍了化学品供应商帮助客户最大化生活用纸纸机产出的各种策略，包括：使用高效湿强损纸碎浆助剂来解除备浆瓶颈；使用合成有机聚合物最小化磨浆能耗，并最大化干强和脱水性能；使用高效微生物处理剂降低黏性菌造成的断纸；建立多点污染物控制方案，解决织物和成品纸中的有机污染问题；使用预示性涂料化学品和正确使用方法来改善扬克烘缸和刮刀刀片的运行；使用最新的具有高黏附性能、柔性扬克烘缸涂料降低起皱率，改善质量等。

（李海明 编译）