烘缸涂层性能及优化方面的挑战

Nick Ince 索理思（上海）化工有限公司

索理思是水处理化学品专业生产商，在2018年南京生活用纸年会研讨会上做了专题演讲，介绍了烘缸涂层的性能优化及影响因素，并对目前中国生活用纸生产商所面临的挑战提出有效解决方案。

1 烘缸涂层性能研究的进展

过去十年，索理思致力于扬克缸涂层的性能改进，其中包括：完全交联的热塑性聚合物、塑化涂层、多功能剥离剂以及非油基合成蜡剥离剂。这些改进有助于拓展烘缸涂层化学品的操作窗口，有助于获得较高的纸页水分、纸种转产、纸页横幅变化等；有助于提升纸页品质：手感、松厚度、起皱率和伸长率比值。

然而，烘缸涂层并不是孤立操控的，纸机的其他条件也会影响烘缸涂层的性能。比如：湿部添加剂，包括湿强剂、柔软剂和解键剂；短纤浆和长纤浆以及其他的浆种等纤维的种类；白水系统的浓度、细小纤维含量、PH值及电导率。总之，湿部系统的任何变化都会影响烘缸涂层的性能。

2 影响烘缸涂层的因素

2.1湿部添加剂

● 湿强剂：有助于将纸粘附到烘缸上，但会使烘缸的涂层硬化，通常剥离剂相对贴缸剂用量的比例会增加。如果湿强剂能更好地保留在纸页中，可尽可能减少不利影响。此外，从卫生纸转产到面巾纸等其他纸种的时候会产生一些问题。

● 柔软剂和解键剂：使纸页在烘缸上有剥离的效果，在纸页中的留着性不佳，须采取很好的控制，否则柔软剂和解键剂的效能会降低，过于剥离的话会带来纸页柔软度变差，因此当开始增加柔软剂或者是解键剂用量的时候，需要观察烘缸涂层的状况，根据需要，减少剥离剂的用量，从而能够进行更好的控制。

2.2纤维种类

● 短纤浆比长纤浆在扬克缸上更容易剥离，因为短纤浆的抽提物含量较高；

● 不同类型的短纤浆有不同的剥离性能，如：相思木浆比桉木浆的抽提物含量较高，所以更容易剥离；

● 浆料配比或品种变动，须调整剥离剂用量以控制好剥离效果；

● 避免使用灰分含量高的木浆，灰分含量高，会引起烘缸涂层硬化，纸粉增加，从而很有可能和柔软剂相互作用产生纸面沉积物的问题。

2.3白水系统

白水质量变化也会影响烘缸涂层，主要问题包括：

● 细小纤维和悬浮物：这些在卫生纸机系统中很难保留，因而会转移到烘缸涂层上，从而导致涂层变硬变脏，使纸页的手感变差，刮刀的寿命降低。

● 硬度：钙盐和镁盐也会对烘缸的涂层有很大的影响，会在扬克缸涂层上有很大的沉积。

● 总碱度：总碱度过高会加快涂层形成，因此需要控制总碱度不要过高。

另外，可溶固体物积累、悬浮物增加、热能累积等问题都会对纸机带来影响，包括扬克缸涂层的性能，生活用纸产品的品质以及湿部添加剂的功效，毛毯和成形网性能，以及腐蚀和侵蚀磨损，也包括了湿部沉积物的问题。

3 中国生活用纸生产商面临的挑战

中国卫生纸机吨纸的清水消耗量要求极严格，比全球其他的市场要低50%多，因此以上问题更加凸现。以通常的新月型纸机为例：

表1 中国工厂纤维、灰分留着率

表1中两家工厂的纤维单程留着率65%～69%，灰分单程留着率为14%～17%，细小纤维单程留着率为21%～23%。

表2 灰分含量对比

长纤浆灰分含量是0.4%，短纤浆灰分含量是0.7%，流浆箱灰分高达4%，白水中灰分含量高达10%，而纸页中灰分是0.3%。较低的灰分和细小纤维留着率，将会使白水循环系统的细小纤维和悬浮物含量越来越高。循环水里面的灰分沉积到烘缸表面，还会引起刮刀的寿命缩短，纸粉增多，效率降低，成纸质量下降。他们会引起湿部其他方面的问题，影响烘缸涂层的性能，不得不增加湿部其他添加剂的用量，比如说柔顺剂、解键剂等，这都会影响成本的上升。

表3 流浆箱细小纤维含量的测定数据

通常中国纸厂的纸机流浆箱细小纤维含量明显较高，因为减少清水耗用量造成细小纤维在白水系统的循环。这些高含量的细小纤维将造成烘缸涂层变硬、变脏，使纸页的柔软度和松厚度变差，同时纸粉增加。

图1 细小纤维对烘缸涂层的影响

图1 中左图为中国纸厂的卫生纸机，涂料添加量为1.7mg/m2，流浆箱细小纤维含量45.6%，右图为美国纸厂的卫生纸机，涂料添加量为2.8mg/m2，流浆箱细小纤维含量〈10%。左图所示的清洁刮刀有很严重的纸粉，涂层比添加的涂料量厚，涂层堆积，主要来自细小纤维，涂层没有因为改善柔软度而优化；右图所示的清洁刮刀的纸粉很少或没有，涂层累积现象得到控制。

4 索理思解决方案

如何减少细小纤维的影响？索理思利用湿部添加剂控制细小纤维，可改善涂层性能，同时减少其他湿部添加剂的用量；帮助将细小纤维从系统中除去，并保留到纸页中；也有助于净化白水系统。但是注意控制速度不能太快，添加过快也可能产生问题，因为细小纤维的留着率快速增加，纸页上有太多的粉尘，纸的韧度也会下降，所以要注意初次使用需要控制系统的洁净程度。

图2 使用湿部添加剂后细小纤维留着率变化

图2 是欧洲的一家面巾纸生产商，红线表示未经处理的细小纤维留着率一开始是20%，添加湿部添加剂PerForm PE7750后逐渐增大到30%以上，蓝线表示细小纤维含量从0.02%降低到0.01%，减少了50%。

图3 流箱浆的细小纤维含量变化

图3 是流箱浆的细小纤维含量减少情况，该流浆箱分为上中下三层，未处理的流浆箱中的细小纤维含量为20%左右，添加PerForm PE7750湿部添加剂0.8kg/t，细小纤维含量下降到15%以下，当湿部添加剂添加量增至1.2kg/t，细小纤维含量最终下降到10%以下，达到了最佳状态。改善了烘缸涂层性能，增加纸页强度，改善了柔软度，磨浆能耗降低50%。

图4 使用PerForm PE7750湿部添加剂后成本节约情况

生活用纸的生产成本控制相当重要。从图4可以看出，管理好流浆箱的控制，可以在改善产品质量的同时降低起皱率和磨浆能耗，减少长纤浆和柔软剂的用量，最终降低总成本。

中国的生活用纸生产商面临着额外的挑战，因为需要使用更少的清水，将影响到烘缸涂层性能、柔软度、纸粉和总体成本，应用湿部添加剂可克服这些挑战，并改善烘缸涂层性能，改善柔软度并节降总体成本。

5 索理思案例分享

索理思提供了优秀的解决方案——PerForm SP湿部添加剂，筛选了特定的分子量和电荷密度以及最佳性能的阴离子聚丙烯酰胺基原料，添加一种使阴离子聚丙烯酰胺自身盘绕，以产生非常小的高电荷和活性颗粒的原料，需要阳离子添加剂以获得最佳效果，适用于需要湿强度的纸种。

图5 盘绕改性剂作用原理

以下是PerForm SP成功应用于卫生纸机的案例：

● 主要产品：卫生纸和纸巾纸

● 设备：带靴压的新月型卫生纸机

● 产能：100t/d

● 原料：木浆

● 湿强剂：Kymene®

图6 PerForm SP对细小纤维单程留着率的影响

图7 PerForm SP对白水固含量的影响

从图6和图7中可以看出加入PerForm SP，细小纤维单程留着率提升15%以上；回流白水总固含量降低30%以上，干强度和湿强度提升，并在减少化学品消耗的情况下满足纸张的所有性能，湿强剂减少20%～25%，消泡剂减少20%～40%，磨浆机负荷减少5% 。

此外，针对生活用纸生产商，索理思专门开发了PerForm PE7750湿部添加剂，具有以下优势：

● 高强度性能

● 对柔软度没有负面影响

● 减少磨浆负荷

● 清洁湿部

● 在成本有利时可减少长纤浆配比

● 优良的细小纤维控制

● 新的、独特的阳离子聚合物

● 专利的化学品

● 不需要阳离子添加剂

● 适合所有的生活用纸纸种

PerForm PE7750应用案例：

● 产品：14.4g/m²面巾纸

● 原料：木浆

● 湿部添加：湿强剂和柔软剂

● 清水用量：5m³/t纸

PerForm PE7750使用效果：

● 长纤浆用量减少3.5%

● 增加抗张指数

● 增加湿强度

● 减少湿强剂添加量

● 减少定量至14.1g/m²

● 取消柔软剂

从以上案例可以看出，使用湿部添加剂PerForm SP或PerForm PE7750都会减少流浆箱细小纤维含量，稳定纸机湿部系统，减少湿部其他添加剂的用量，有助于减少磨浆能耗，提高成纸强度。流浆箱细小纤维以及其他湿部添加剂的减少，将会改善烘缸涂层性能及稳定性，纸页柔软度改善、减少粉尘、延长刮刀寿命、降低总生产成本。