TSA柔软度测试仪在生活用纸生产工艺优化中的应用

ALexander Grüner EMTEC Electronic GmbH

胡云涛 上海林纸科学仪器有限公司

TSA柔软度测试仪在生活用纸生产工艺优化中的应用

TSA Tissue Softness Analyzer

ALexander Grüner EMTEC Electronic GmbH

胡云涛 上海林纸科学仪器有限公司

生活用纸最关键性的特征参数就是柔软度和手感。传统的办法是用专家评估小组来人工测试这一质量参数。人工测试存在许多缺点，而Emtec TSA纸巾柔软度测试仪能够客观地测试分析，减少人为因素。目前国内外知名的生活用纸厂商大多数已采用此先进的分析仪器和方法，包括生活用纸厂家、维美德等纸机设备供应商、化学品公司、研究机构和高校。这个仪器可以检测纸页的三个基本参数：粗糙度/平滑度、真实柔软度、硬挺度。这三个参数实际上决定了当我们触摸纸巾时整体的“手感”印象。TSA不仅仅是可以测定这些参数，更重要的是可以帮助调整像柔软剂等化学品在湿部添加量的大小，因为添加的柔软剂增加或减少，从TSA的监测数据可以反映“真实柔软度”的变化。此外，TSA还可以帮助设定合理的纸机参数，例如起皱刮刀的角度，刮刀的使用寿命等。

从纸浆到成品，简单的生产流程示意图如图1。备料阶段的磨浆、配浆及化学品的添加都可以通过TSA来优化，节省时间、材料和费用。另外通过TSA的优化，刮刀的使用寿命也可以延长，降低刮刀更换频率。

图1 造纸过程流程图

1 纸浆配比优化

不同的纸浆配比对卫生纸质量的影响是不一样的。图2是在美国进行的一次实验。可以看出纤维构成为75%桉木浆/25%针叶木浆的成纸柔软度指数为8.2，最柔软。它的手感值为90，在所有测试组中最高。使用了脱墨浆的测试组手感值最低。另外第二天再现性测试的曲线基本上与第一天的曲线重合，这说明TSA测试稳定。因此在试机前测试手抄片，可以快速的选择最优的浆料配比，获得满足要求的原纸或成品纸，节省时间、材料和费用。

2 磨浆优化

磨浆的目的是使纤维分丝帚化，增强纤维之间的结合力。但是磨浆的同时，纤维也会被切断，纤维变短。磨浆的程度也可以通过TSA来优化。通过图3的TSA测试曲线发现，磨浆越重，纸张越平滑，纤维越不柔软。因此，可以通过TSA确定合适的磨浆程度。

图3 磨浆对柔软度的影响

3 柔软剂种类的优化

添加柔软剂，真实的柔软度会上升。但是不同的柔软剂对平滑度/粗糙度、真实柔软度和挺度这三个参数的影响是不一样的，人用手来感觉可能没有那么明显，通过TSA可以清楚的知道每个参数是受到怎样影响的，从而确定选择哪种柔软剂。添加柔软剂主要影响真实的柔软度，因此可以通过监测真实柔软度这一参数选择合适的柔软剂。

图4 柔软剂对三个参数的影响

4 纸幅均一性优化

现在卫生纸机的幅宽最宽可达6m左右，在横向方向上定量、挺度、起皱发生变化都会导致粗糙度和柔软度变化，最终影响纸幅横向手感。发生这种情况的原因可能是纸机的速度改变，但是流浆箱没有调整。流浆箱的设置是根据特定车速设定的，如果车速改变，就需要调整流浆箱，以确保纸幅横向各喷嘴分配到相同的纸浆。一般情况下，手感测试组成员也可能发现这个问题，但是时效性较差。而TSA能够很快的显示出数据，从而及时调整。

图5 流浆箱喷浆示意图

5 刮刀优化

刮刀尤其是钢制刮刀的使用寿命是有限的。一般来说，根据原纸的质量要求，一个刮刀可以生产1～8个大轴纸，然后需要更换刀片，而更换刀片需要耗费2～3min。使用手感测试只能为了运行安全根据设定的周期强行改变刀片的使用周期。而采用准确和客观方法的TSA，刀片可以根据需求更换。通过确定一个周期的最佳刀片数量，每个刀片可以在产品质量没有下降的情况下完成更多的纸轴。

例：某生产线年产量：45,000t；

每轴生产时间：大约30min；

刀片更换时间：大约3min。

优化前每个刀片周期的纸轴产量：4个/120min，需要更换12个刀片/d，换刀总时间36min/d。优化后每个刀片周期的纸轴产量：6个/180min，仅需要更换8个刀片/d，换刀总时间24min/d。

因此，刀片更换节省的时间：350d×12min=4,200min/ a，可以生产：140个大轴×4t=560t的额外产量，相当于增加1.25%的产量。

通过节省刮刀降低的费用：钢制刮刀价格为42.50欧元（宽5m），可以节省4个刮刀×350d=1,400个刮刀，相当于节省1,400×42.5=59,500欧元。

图6 刮刀变化对手感值的影响

6 助剂用量的优化

助剂的添加可以改变产品的柔软度，但是添加量太少，达不到添加助剂的目的；添加太多的话，浪费材料，费用太高，不合算。TSA通过精确地监测，可以帮助选择最佳的助剂添加量。从图7中看出，随着助剂用量的增加，柔软度逐渐提高，当用量超过1.5g/m2的时候，柔软度变化不大，因此助剂用量选择1.5～2g/m2为最佳。

图7 助剂用量对柔软度的影响

使用TSA模型计算选择面巾纸助剂应用案例。

例：双层面巾纸的年产量（30 g/m2）：10,000t；

助剂用量（供应商建议）：约3g/m2（每层1.5g/m2）；

助剂总用量：约1,000t（定量的10%用量）；

助剂价格：约2～5欧元/kg；

助剂年费用：约200万～500万欧元。

使用TSA优化后，助剂用量1.5～2g/m2为最佳，因此，助剂的用量可以节省10%～50%，相当于费用每年可以节约20万～250万欧元。而仪器价格（根据配件）大约为6万欧元，使用仪器人员的年工资为3万欧元，投资回报从5个月降到2周。

7 结论

TSA的界面直观，测试稳定，精度高。通过对三个基本参数粗糙度/平滑度、真实柔软度和硬挺度的测定，能够高效的对造纸流程进行优化，节约时间、材料和费用。还可应用于产品开发、投诉管理等方面。三个参数的配合使用和手感值HF可以比较客观的测量纸的性能，代替人的不确定性。通过数学模型得出的HF结果很容易被各个评判小组接受，实现更好的质量控制。

（张升友整理自2016年南京生活用纸年会国际研讨会论文集）