防止造纸机网毯污染的化学品新概念

纸张生产中大量使用废纸作原料，这一趋势使造纸机网毯被污染更严重，成纸质量受影响更明显，解决此类问题通常采用化学助剂。这一方法虽然减轻了造纸机网毯的污染物沉积，但污染物被抄入纸中，有可能增加烘缸以后工序的污染物沉积量。该文介绍了日本企业开发的具有新概念的防止造纸机网毯污染的化学品 pitch guard。文章分析了pitch guard的作用机理，详细介绍了pitch guard在卫生纸机和板纸机中的应用。应用案例表明，pitch guard成功地将污染物除黏后排出系统，减轻了烘缸以后工序的污染，最终提高了生产效率和纸张质量。

1 前言

无论是纸板还是文化用纸，生活用纸，由于废纸的使用，混入了油墨和黏结剂等各种各样的异物。其中，来自废纸的胶粘物，因其自身所带的强黏性，从原料上脱落，在造纸机上附着、积累，最终造成断纸和纸病等麻烦问题。

另外，污染物种类也呈多样性，如污染物中新增加了碳酸钙和聚丙烯酰胺（PAM）等，与以前相比，造纸机网毯污染引起严重问题的例子也在增加。一直以来人们对造纸机污染问题从设备、化学品方面着手进行处理，但现实是这些方法无法完全应对多样化的污染。

本文介绍了为应对污染物种类的多样性和造纸机网毯被污染造成的问题的严重性而开发的、改良的防止网毯污染的化学品pitch guard CN系列和Pitch guard R系列的概念及作用机理，以及它们在造纸机上的应用案例。

2 问题与对策

2.1 胶粘物

最近，用作造纸原料的废纸质量下降和填料在造纸中比例的增加，带进造纸系统的污染物呈多样化、复杂化的趋势，其中来自背胶和不干胶的胶粘物在抄纸过程中与其他异物和纤维交织，变大，成为运行障碍的原因。根据分析结果，带入造纸系统的污染物，半数以上含有黏性物质。

2.2 胶粘物的沉积问题和传统的对策

因造纸机网毯（以下称为湿部）上沉积高黏度的胶粘物，堵塞了造纸设备的孔眼，直接与造纸脱水性的下降、真空脱水箱的真空负荷和湿纸水分上升有关。并且，胶粘物通过造纸设备转移到吸唇（suction lip）和导辊表面上并体积变大，从而成为纸病和断纸的原因。另外，由于湿纸水分的增加，降低了纸面的纤维结合力，不仅助长湿部污染物的脱落，而且容易成为烘缸后续工序污染物增加的原因。胶粘物不但本身沉积，还会带入填料和纤维等，体积变得越来越大，从而成为纸病和断纸问题进一步严重的原因。

虽然压榨辊表面刮刀上附着的胶粘物可以去除，但刀尖上堆积的胶粘物脱落造成断纸和纸病的例子也不少（图 1）。

并且，白水封闭循环、废纸质量的下降和纸浆中废杂志纸比例的增加使得短纤维增加等因素叠加，造纸设备上的胶粘物沉积与以前相比更加容易成为产生严重问题的原因。

避免胶粘物沉积引起的障碍的方法有，用烧碱或煤油清洗造纸设备，添加树脂控制剂等。但是，前者的缺点是，清洗工作需要定期停机，降低了生产效率，增加了操作人员工作量，还会对清洗的造纸设备造成物理损伤，增加磨耗，再加上因生产原料波动引起的突发性造纸设备的污染，需要进行计划外清洗（停机），进一步导致生产效率的降低；而后者，虽然减轻了造纸设备的污染物沉积，但因污染物被抄入纸中，可能增加烘缸后续工序的污染物沉积量。

2.3 胶粘物以外的污染问题

伴随着抄纸中性化和成本降低，以前不太可能成为湿部污染物的物质也加入了有可能成为污染物的行列，见图2。例如:用作干强剂的PAM，其本身是水溶性的，而且析出后也容易用水冲洗掉，尽管如此由于为了改善定着性、留着性，增加了在纸浆原料中的添加量，造成抄纸设备孔眼堵塞，降低了湿纸脱水效率；碳酸钙虽然不带黏性，但它不仅附着在湿纸上，也会沉积在造纸设备上成为孔眼堵塞的原因。另外，白水的封闭循环容易造成系统内的原料腐败，常发现菌泥堵塞毛布的问题。

图1 湿部胶粘物的沉积机理

图2 多样化的湿部污染物

3 化学品pitch guard的新概念

3.1 化学品pitch guard的新概念和作用机理

控制胶粘物，采用间隙清洗和将污染物抄进纸中的方法会导致生产效率下降和造纸设备损伤、污染物的沉积部位转至下游等弊端，因此不能说是十分有效的对策。为了消除这种弊端，在操作中将胶粘物适度附着，排出系统外是相当重要的。

基于以上假说，开发了能加快胶粘物排出系统的化学品Pitch Guard CN 2235。其机理是，着眼于用清洗喷淋水等较弱的外力就能除去胶粘物，就如浆内添加的具有降低黏性效果的化学品。降低胶粘物黏性的化学品作用机理如图3所示。

图3 降低胶粘物黏性的化学品作用机理

Pitch Guard CN 2235将水溶性特殊聚合物复盖在胶粘物表面，在抑制表面黏性的同时使胶粘物表面亲水化。通过胶粘物表面的亲水化，特殊表面活性剂向内部的渗透变得容易，发挥降低内部胶粘物黏性的效果。因胶粘物黏性降低，用较弱的外力（喷淋等）就能将其排出系统外，并可对造纸设备的物理损伤控制在最小限度内，因此能延长造纸设备的寿命。

另外，对胶粘物以外的污染物，通过抑制作为核（心）的胶粘物的黏性，极大地帮助降低积聚在造纸设备上的污染物。众所周知，浆内添加树脂控制剂具有降低污染物黏性的效果，而Pitch Guard CN 2235与浆内添加剂相比用量较少，对胶粘物的作用效果较好，因此可以期待降低胶粘物控制的成本。

通过在抄纸中连续应用Pitch Guard CN 2235，在降低胶粘物的黏性、提高造纸设备异物去除率的同时，还能抑制混入的其他污染物体积的变大、积聚，因而不会将胶粘物抄进纸中，能够提高沉积在造纸设备上的胶粘物的去除率，见图4。

图4 应用Pitch Guard CN 2235希望达到的效果

3.2 用于去除胶粘物以外的污染物的化学品概念和作用机理

对最近呈增加趋势的胶粘物以外的污染物，与胶粘物同样重要的是在操作中适度将它们附着后排出系统外。因此，为了持续维持胶粘物的去除率，开发了具有提高对胶粘物以外的污染物去除率效果的化学品Pitch Guard R 2509、Pitch Guard R 2013和Pitch Guard CN 2720。

用于去除胶粘物以外的污染物的化学品的机理和效果如图5所示。

图5 用于去除胶粘物以外污染物的化学品的机理和效果

对造纸设备上沉积的污染物（碳酸钙和PAM等），通过特殊表面活性剂与酸螯合剂类化学品的作用，促进沉积在造纸设备上的污染物的分散、分解，提高污染物去除率。特别是PAM，通过化学品的渗透，促进PAM的分散、分解，只用喷淋水就能大幅度提高去除率。

另外，对于在造纸设备上沉积的菌泥，化学品中具有杀菌效果的特殊成分与其作用，抑制其细菌的繁殖，减少菌泥的产生和沉积量。

根据以上的机理和效果，在抄纸过程中连续使用 Pitch Guard R 2509、Pitch Guard R 2013 和 Pitch Guard CN 2720既能提高胶粘物及PAM等污染物的去除率，还有抑制菌泥沉积的效果。

3.3 产品系列

表1为Pitch Guard产品（Pitch Guard CN系列和Pitch Guard R系列）及其性能。表1中4个品牌的Pitch Guard产品的主要成分均由特殊水溶性聚合物、特殊表面活性剂和酸螯合剂组成，适用于以废纸为原料的板纸、卫生纸生产企业。

表1 Pitch Guard系列产品及其性能

总的来说，为使污染物排出系统外，Pitch Guard产品被赋予了降低污染物黏性，或分散、分解污染物的性能。

3.4 造纸机应用案例

在化学品上机应用过程中，首先在现场了解存在的问题，并分析问题产生的原因；然后在对污染物采样分析的基础上选择合适的最佳化学品。下面介绍实际应用的案例。

3.4.1 A公司卫生纸机的应用案例

（1）抄造条件:抄速，700 m/min；抄宽，3 500mm；定量，17 g/m2。

（2）问题:毛毯更换后的毛布状况不佳，因发生压溃或孔洞，无法达到设计车速，产品质量和生产效率下降。不仅毛毯，而且压榨辊和导毯辊的全幅上也沾满胶粘物，为清除胶粘物还进行了计划外清洗，因此生产效率大大降低。

（3）对策:经过污染物分析，确定污染物的主要成分是胶粘物，因此，决定采用对胶粘物有良好效果的、以水溶性特殊聚合物和特殊表面活性剂为主要成分的、能从胶粘物内部降低黏性的化学品Pitch Guard CN 2235（以下简称CN 2235）。确认现有设备除了低压伞形喷淋外，还有吸水箱和针形喷淋等，这些设备能将污染物排出系统外。另外，已经试用了化学品A，但结果是未能控制住污染物，可能是化学品的效果不够好。

（4）实验室试验结果:在上机前，进行了以下化学品效果的实验室试验。

① 黏性试验1:在试验板上涂上评价对象的化学品和模拟树脂，置于湿纸上施加一定的压力，测定剥离湿纸时的剥离力。如果被评价的化学品对模拟树脂的除黏效果好，则湿纸的剥离力下降。

② 洗净促进力试验:在试验品（毛毯）上强制涂上模拟树脂（胶粘物）后，测定通过一定量的水所需的时间，然后测定被评价化学品清洗试样后用水的通过时间。从清洗前后的时间差计算出以百分率表示的沉积在毛毯上的模拟树脂的脱落比例，将其当作洗净促进力。

③ 黏性试验2:在试验板和胶带纸之间涂布化学品，施加一定压力后测定胶带纸的剥离力，如果被评价化学品抑制了胶带纸的黏性，则剥离胶带纸时的剥离力下降。

图6显示了CN 2235与化学品A的实验室试验的比较结果。

实验室试验确认，CN 2235与化学品A相比，防止黏性的效果较差，但降低黏性的效果非常好。

（5）造纸机使用效果:见图7和图8。

由图7和图8可见，使用CN 2235后，毛毯导辊、压榨辊上的沉积污染物减少，煤油清洗的次数减少（减少50%）和抄速提高（约提高10%）。

3.4.2 B公司板纸机的应用案例

（1）抄造条件:抄速，560 m/min；抄宽，6 500mm；定量，115～160 g/m2。

（2）问题:来自原料的污染物在导毯辊上沉积，体积变大，再转移到毛毯上，出现纸病和断纸。并且在生产特定品种时沉积在毛布上的污染物增加，降低了毛毯的脱水性，造成后续工序（烘干部后）脱落的污染物增加。

已经在烘干部使用了化学品除尘清洗（dust clean），虽然在一定程度上抑制了纸病、断纸的发生，但因原料波动和品种变化，污染物增加，很难避免造纸机整体生产效率的降低及纸张质量的下降。

图6 CN 2235与化学品A的实验室试验结果比较

图7 造纸机污染物沉积状况比较

图8 煤油清洗次数与纸机抄速

（3）对策:从毛毯沉积的污染物的分析得知，毛毯辊上沉积的污染物是胶粘物，并且在生产特定纸种时，污染物中还增加了干强剂PAM。已经使用了化学品B，但不能完全抑制污染物，说明效果不够好。我们考虑，因为毛毯辊上的污染物体积基本上是通过毛毯沉积变大的，因此决定采用对胶粘物和PAM二者都有高去除率的化学品Pitch Guard R 2509（以下简称 R 2509）来提高毛毯污染物的去除率，以减少纸病和断纸的发生。

（4）实验室试验结果:在上机前，进行的实验室试验，采用了3.4.1所述的方法。

图9显示了R 2509与化学品B的实验室试验结果。

图9 R 2509与化学品B的实验室试验结果比较

实验室试验结果确认，R 2509与化学品B相比，具有降低黏性效果和提高洗净效果方面的优势。

（5）造纸机使用效果:见图10。

图10 R 2509与化学品B的使用效果（断纸次数）比较

在毛毯喷淋水中使用 R 2509后，毛毯上的沉积污染物减少，生产中断纸次数减少（为原来的40%以下）和生产效率提高，而且使用R 2509后，在抄造特定品种时毛毯表面发黏情况减少，还减轻了吸水箱的负荷。

图11显示了R 2509与化学品B的使用效果（烘缸污染物沉积状况）的比较。

如图11所示，通过使用 R 2509，不仅减少了毛毯上的污染物，也减少了后续工序烘缸上的污染物，因而能抑制来自烘缸污染物造成的问题（纸病和断纸）。

图11 R 2509与化学品B的使用效果（烘缸污染物沉积状况）比较

4 总结

本文介绍了围绕造纸行业所处环境和技术动向，为应对造纸机网毯污染造成的问题的严重性和多样性而开发的、改良的防止网、毯污染的化学品pitch guard CN系列和Pitch guard R系列的应用。应用案例表明，Pitch guard不仅“抑制”了成形部和压榨部的污染物的黏附，而且能有效地将污染物排出系统外，还能减轻烘缸后续工序污染程度，最终提高了生产效率和产品质量。