从根本上解决造纸过程中断纸、缺陷纸现象通过强化化学清洗解决隐蔽工程内的沉淀问题

古贺英次

（日本日兴化学研究所，日本，999001）

在纸浆生产工厂，设备内附着的沉淀物经常对机器的操作性、纸浆生产性和纸张品质造成恶劣影响。为此，造纸厂采取各种措施抑制沉淀的产生。然而，尤其是在以废旧纸张作为造纸原料的制造工程，由于原料品质变动等原因，完全抑制沉淀几乎不可能。针对这种问题，虽然可通过强化抑制沉淀处理措施解决，但付出的成本较大。因此，日本日兴化学研究所第一开发部的古贺英次认为：附着在设备内部的沉淀问题的最佳解决方法，除了进行一定水平的沉淀抑制处理外，在设备停车期间定期实施适当的设备清洗也很重要。近几年，在造纸工艺流程中引进了各种技术，这些技术的引进使得设备内附着的沉淀内容发生了变化，设备清洗剂及其使用方法也要适应这些变化做出调整，找到最适合的清洗剂及使用方法。利用最适合的设备清洗方法提高机器稳定性和生产性，实现纸张品质的稳定化，期待能实现削减生产成本的目标。

1 沉淀问题与抑制方法

纸浆制造设备中附着的沉淀大致可分为树脂、水垢和淤泥。表1是这些沉淀物的特点、问题以及对应的抑制方法概要。图1是纸张表面出现的缺陷及沉淀的几个图例。

图1 纸张表面出现的缺陷及沉淀图例

1.1 树脂

树脂是来自木材的树脂成分和废旧纸张的粘着物、胶粘剂成分等，在纸浆或白水中凝集并附着在纸浆设备、抄纸设备的各个地方。凝集成块的树脂，因其粘着性而将其他的各种物质带入纸浆，造成纸张品质产生缺陷，也给纸张生产性和纸张品质带来不良影响。树脂沉淀的抑制方法，一般使用具有分散、凝结、非粘着化等作用的树脂控制剂来解决。这种方法虽然有一定效果，但是在以废旧纸张为主要原料制造纸张的机器中，因废旧纸张的品质的变化，频繁产生树脂缺陷问题。定期停工清除附着树脂的部位也有效果，但频繁停工对生产不利。

1.2 水垢

在用水量大的工序中，经常会产生水垢。从使用水中或木材及废旧纸张溶出的金属离子与平衡离子结合，会慢慢析出水垢，附着在各造纸设备上。水垢附着在纸浆工序和抄纸工序的脱水处理设备上会堵塞设备，导致脱水性降低，从而对纸浆的生产性产生不利影响。抄纸工序中产生的水垢偶尔也会造成纸张缺陷，对纸张品质产生不良影响。水垢的抑制方法，一般是在水垢容易附着的部位使用水垢抑制剂，但要完全抑制水垢产生却很困难。由于纸浆制造工序中需要使用大量的水，必要的水垢抑制剂添加量也很大，水垢抑制剂的成本是一个大问题。

表1 沉淀物种类与产生的问题及抑制方法

1.3 淤泥

淤泥是造纸用水及纸浆原料中生长的微生物在设备内增殖，在生长发育过程中产生的代谢产物形成粘性淤泥，附着在造纸工序的各处。不断成长的淤泥经常会剥离，引起纸张缺陷和断纸，严重影响造纸生产效率及纸张品质。抑制淤泥的一般方法，是在原料或白水等微生物大量生存之处间歇性地投放淤泥控制剂（杀菌剂），以铲除生物膜形成的根源。但是，整个造纸工序内的微生物常常具有多样性，存在难以被杀菌剂有效杀灭的耐药性细菌等等问题。因此，很难完全抑制淤泥的产生。

2 以工序内强化清洗作为解决纸张缺陷的对策

纸面上偶尔出现的孔洞、硬粒、透帘、裂口等缺陷，会导致纸张品质出现问题。针对这些纸张品质问题，沉淀抑制处理能够发挥一定的作用，但难以完全解决问题，要想完全抑制这些问题沉淀的发生，就要付出大的成本。

最佳对策是除了进行一定水平的沉淀抑制处理外，还要定期对无法看到的设备内部进行强化清洗。之所以发生纸张缺陷等品质问题，是由于设备内蓄积了沉淀物，当这些沉淀物成长到一定程度，就会从附着的设备上剥离，如果通过强化清洗能保持设备内部干净、没有沉淀物，那么在短时间内就不会出现纸张缺陷。

然而，要确定无法看到的设备内部有哪些地方出现沉淀物极为困难。因此，本研究认为，解决纸张缺陷问题的对策是件相当辛苦的事。60多年来，日本日兴化学研究所第一开发部对纸浆工艺流程中发生的大多数沉淀物、纸张缺陷等问题做了细致的分析、研究，并把收集的大量发生问题的特定部位及解决对策建立成数据库，利用这些技术迅速而准确地提出最佳解决办法。

虽然本研究利用停工期间强化清洗设备内堆积的沉淀物的方法，从根本上切断了纸张缺陷、断纸产生的原因，但是沉淀问题的根本解决更加重要。另外，定期对设备内实施强化清洗，也会降低沉淀抑制处理所花费的成本，提高解决沉淀付出费用所得到的效果。

3 设备清洗剂的种类与特征

根据用途和污垢种类的不同，家用洗涤剂可分为沐浴洗涤剂、餐具洗涤剂、盥洗洗涤剂、洗手液、洗面奶等。同样的道理，纸浆制造工艺中各设备中存在的污垢种类各异，对应的清洗剂种类也有很多种。由于在各个工厂引起沉淀的造纸原料、用水、药品等因素不尽相同，每个工艺流程也都不一样，沉淀当然也是多种多样。因此，每个工厂和工序所对应最佳设备清洗剂和清洗方法也不相同。然而，究竟选择哪种清洗方法，重要的是要考虑附着沉淀物及附着部位的化学、物理特性。也就是说，关键是搞清楚这些沉淀是由何种成分构成的，附着情形如何，附着在哪些部位。另外，沉淀几乎都不是单一成分构成，大多数沉淀都是树脂与水垢、水垢与淤泥等形成的复合物。即使用单纯的清洗剂能够去除污垢的主体，残留的微量不同污垢也会大大损害清洗成果。

为了提出造纸设备清洗剂及最佳清洗方法的提案，日本日兴化学研究所第一开发部对造纸设备的沉淀进行了详细分析，除了调查清洗剂的比例，还对适合各种沉淀的造纸设备清洗剂进行了筛选，并在实验室水平上评价了清洗剂的有效性，最终选定了造纸设备的最佳清洗剂。此外，本研究还从获得的各种信息中推测沉淀物的附着量，以实验室水平评价为基础，提出造纸设备清洗剂的必要用量（图2）。

4 清洗方法选择

最佳清洗方法的选择，除了要获得满意的清洗成果，即满足解决纸张缺陷的目的外，最为重要的是前面所说的根本解决沉淀问题。下面内容是选择清洗方法的大致标准。表2是造纸设备清洗剂的名称及特征。

4.1 树脂清洗方法

树脂是以木材中含有的树脂成分或废旧纸张中所含的粘着成分为粘接剂，附着在纸浆工序、抄纸工序的各个部位，特别常见于在抄纸过程中的网案脱水工序、加压辊、帆布、烘缸等处。树脂污垢大多是以非极性或低极性物质为主成分，利用溶剂（Neutron IAS）溶解或用表面活性剂（Neutron NL）将树脂乳化分散，都是去除树脂的有效方法。灯油和汽油等溶剂价格低廉且具有优异的树脂清洗效果，但属于易燃物，使用时要多加注意。相比之下，表面活性剂在安全方面存在优势，但由于发泡明显，会引起排水处理问题，需要充分考虑方方面面的问题，选择适当的清洗方法。

图2 解决生产现场问题的流程

表2 造纸设备清洗剂名称及特征

4.2 水垢清洗方法

水垢是附着在各种脱水处理工序和热交换器、水箱和配管等器壁的无机凝集物，纸浆工序中的水垢主要是由钙化合物和铝化合物构成。去除水垢的有效方法可利用酸（Control M）或用螯合剂（Control TB）溶解钙化合物和铝化合物。螯合剂清洗可与碱剂配合使用，使污垢溶解于碱剂而被清洗掉。抄纸工序中经常见到的碳酸钙水垢，用酸清洗就特别有效。不过，用酸清洗碳酸钙要根据清洗剂成分及清洗部位的材质而定，而且有可能会出现设备腐蚀现象，清洗时必须加以注意。

4.3 淤泥清洗方法

像白水循环系统这种大量用水的地方，以及象淀粉这种营养源成分存在的场所，都会有微生物的大量繁殖，微生物的代谢产物则会形成生物膜（淤泥）。在抄纸工序中，特别是在白水循环过程和淀粉施胶工序、喷淋配管内等地方附着的生物膜，是造成纸张缺陷的原因。除去生物膜的有效方法是使用碱剂或氧化剂（Control C）。Control C能够浸透至生物膜内部，氧化分解有机物，在短时间内能高效去除污垢。

5 实际工作中的解决事例

以下是实际工作中各工序机器发生的沉淀问题及解决事例。

5.1 白水循环过程

进行中性抄造作业的抄纸机白水循环线经常会附着碳酸钙水垢。这些碳酸钙水垢是纸张内添加的填料凝集产生的附着，或者是白水中溶解的钙离子析出而产生的。这些水垢不论是以什么样的状态剥离，都会使纸面产生缺陷，造成重大的纸张品质问题。

日本某公司的抄造印刷纸的抄纸机，原先用苛性钠和灯油循环清洗白水循环系统，并不能去除循环系统内以中性粘胶剂及碳酸钙为主要成分的复合沉淀，即使经过清洗后仍然有复合沉淀残留，过不了多久从出纸口又出现很多有缺陷的纸张。另外，灯油属于危险物品，保管及使用都要格外小心。

为了解决这些问题，日本日兴化学研究所第一开发部的古贺英次在苛性钠中加入Control TB，对上述白水循环系统内实施清洗（图3）。清洗结果表明:抄纸机白水循环系统内附着的碳酸钙水垢被完全去除。在清洗后进行的抄造作业中，纸张出现抄造缺陷等品质问题的几率大幅减少，提高了纸张的品质。

图3 Control TB清洗前后

5.2 淀粉施胶过程

施胶使用的淀粉在糊化后不久，由于老化，a淀粉会转变为b淀粉。b淀粉不溶于水，在施胶过程中成为沉淀物附着堆积，这些沉淀偶尔剥离就会出现断纸和纸张缺陷，使生产操作和纸张品质发生问题。

日本某公司以涂布原纸为主的抄造机，原来使用苛性钠循环清洗，由于原纸带入了各种成分，使得老化的淀粉的清洗效果并不好。因此，在清洗后的抄造过程中，由于施胶异物导致断纸问题频发。另外，由于苛性钠清洗液的pH值很高，清洗废液必须用酸中和后才能排水，这有些费事。

为了解决此问题，古贺英次用淀粉清洗剂——Control EZ-2对涂布原纸的抄造机实施了清洗（图4）。Control EZ-2是以a-淀粉酶为主成分的酶制剂，能加水分解淀粉的配糖物结合。利用Control EZ-2清洗后，系统内的老化淀粉污垢能被除去，抄造后,实施施胶引起的断纸现象得到了控制，改善了操作性。

图4 Control EZ-2清洗前后

5.3 颜料涂布工序

颜料涂布工序使用的颜料碳酸钙、高岭土等无机化合物大多会发生附着，这些水垢偶尔剥落就会形成凝集物，纸张上就会出现条纹等重大纸张品质问题。这种问题是由原纸等混入物质的影响，造成了颜料凝集，附着在颜料配管、箱体等部位，导致纸张出现条纹。

日本某公司的颜料涂布机，原先使用苛性钠及螯合剂为主要助剂，对颜料配管、箱体等设备进行循环清洗，但在颜料涂布工序中附着的碳酸钙水垢很厚，使用上述循环清洗方法无法彻底洗净系统内残留的水垢。为此，除了停工期间对整个流水线进行清洗外，还需要定期拆卸配管，进行高压清洗，工作繁重又麻烦。

为了解决这个问题，古贺英次采用Control M对颜料涂布机循环清洗（图5）。Control M的主成分是特殊的有机酸，能有效去除以碳酸钙为主的污垢。Control M的一大特点是，当Control M与碳酸钙反应时，碳酸钙会溶解放出碳酸气体，在沉淀物表面产生泡沫。产生的泡沫能够有效剥离堆积在周围的沉淀物，对沉淀的清洗具有协同增效作用。利用Control M清洗颜料涂布工序设备后，系统内非常洁净，附着在颜料配管、箱体等部位的颜料凝集物脱落，解决了纸张出现的条纹问题，提高了纸张的品质。

图5 Control M清洗前后的颜料涂布机

6 实际使用时的有效性确认

实际生产设备清洗后，最重要的是如何保持系统内部的干净状态。然而，沉淀物不仅附着在能看见的地方，还蓄积在配管中和肉眼看不到的地方，要想确认那些无法看见的地方是否干净，其难度可想而知。

为了解决这些问题，本研究使用清洗整个工序时的清洗液，通过分析测定清洗液中所含的成分，推测系统内洗掉的沉淀物含量。从该测定结果能够确认足以解决纸张缺陷，断纸等问题所需清洗剂的量，以及清洗方法的妥当性。图6是用Control M对颜料工序设备清洗的结果。自Control M投入后，清洗液中的钙离子浓度开始上升，推测是系统内蓄积的碳酸钙污垢被洗掉的缘故。清洗60min后与清洗90min后，清洗液中的钙离子浓度并没有大的差异，但进一步追加Control M还是能看出清洗效果。然而，追加清洗液后，由于未看到像最初投入Control M那样大的钙离子浓度变化，因此可以断定：系统内已经充分清洗干净。

图6 用Control M对颜料工序设备清洗的结果

7 结论

大多数纸浆制造工厂在停工时清洗生产线，使用的是原来的苛性钠清洗法。然而，随着时代发展，生产工序设备内附着的沉淀物的质与量都发生了很大变化，用原来的清洗方法无法获得理想的效果，岂不是给造纸技术人员带来很多烦恼吗？

自1931年创业以来，日本日兴化学研究所第一开发部研制了解决造纸现场困扰的多种化学助剂，针对不断变化的纸浆工序中的沉淀问题，不断摸索出最适合的解决办法，以满足造纸行业的需求。通过本文提出的定期强化清洗造纸工序内部的清洗方法，从根本上解决了断纸、缺陷等纸张问题，提高了纸张品质，稳定生产，大大提高了纸张生产率。今后日本日兴化学研究所将继续研究探讨解决沉淀问题的新方法。