一種高剝離性能的壓榨輥剝離劑

一種高剝離性能的壓榨輥剝離劑

對(duì)紙機(jī)壓榨部與濕紙直接接觸的壓榨輥的要求，除了強(qiáng)度、耐熱性這些機(jī)械特性以外，還要求輥?zhàn)颖砻婢哂休^高的潤(rùn)濕性和剝離性。

大家知道，提高壓榨輥表面的潤(rùn)濕性可以獲得穩(wěn)定的剝離性。人們提出并應(yīng)用各種化學(xué)品來提高輥?zhàn)颖砻娌馁|(zhì)的潤(rùn)濕性，如熱噴涂陶瓷和聚氨酯等橡膠材質(zhì)。提高了潤(rùn)濕性的輥?zhàn)颖砻嫘纬闪怂ぃ煞乐沽蛩猁}漿和廢紙中膠粘物（以下稱為膠粘物）的黏附，提高了剝離性，減少了斑點(diǎn)、孔洞等紙病及斷紙。

另一方面，近年來隨著廢紙回用的增加、白水封閉性的提高、抄造的中性化及產(chǎn)品的高附加值化，添加劑呈現(xiàn)多樣化，壓榨輥受膠粘物污染的趨勢(shì)越發(fā)明顯。

這種情況下，一般是使用防止污染的化學(xué)品，目的是防止紙病和斷紙。但是，在紙機(jī)高速化、造紙?jiān)稀⒒瘜W(xué)品多樣化的情況下，具有特別的剝離性改善功能或者防止壓榨輥被污染的功能化學(xué)品顯得缺乏。

日本某公司為了滿足這方面的需要，開發(fā)了具有剝離性改善功能又附加了污染防止功能的新型表面活性劑——DS-800。本文將介紹這種新型壓榨輥剝離劑開發(fā)過程中獲得的認(rèn)識(shí)及其在紙機(jī)上的應(yīng)用效果。

1 壓榨輥的潤(rùn)濕性

一直以來，壓榨輥使用潤(rùn)濕性和剝離性良好的天然花崗巖。但是，眾所周知，品質(zhì)優(yōu)良的花崗巖越來越難得到。隨著紙機(jī)高速化、大型化對(duì)壓榨輥耐久性要求的提高，壓榨輥的材質(zhì)已開始轉(zhuǎn)用熱噴涂陶瓷。只是熱噴涂陶瓷的潤(rùn)濕性比花崗巖差。

如前所述，良好的壓榨輥潤(rùn)濕性可以提高剝離性，因此可以說，在壓榨輥剝離性設(shè)計(jì)時(shí)，輥?zhàn)硬馁|(zhì)潤(rùn)濕性的改善是繞不開的課題。

大家知道，要用水潤(rùn)濕壓榨輥表面，一般來說必須加大表面自由能。用液體潤(rùn)濕固體表面時(shí)的擴(kuò)張功Ws可以用公式（1）給出，Ws≥1時(shí)，產(chǎn)生擴(kuò)張潤(rùn)濕。

式中：rS為固相/氣相的表面張力；rSL為固相/液相的表面張力；rL為液相/氣相的表面張力。

關(guān)于界面張力，Young的公式為：

式中：θ為接觸角。因此，Ws可以表示為：

從公式（3）可以知道，要使壓榨輥表面完全潤(rùn)濕，理論上必須θ=0。因此在壓榨輥剝離劑設(shè)計(jì)中，輥?zhàn)硬馁|(zhì)與水的接觸角成為非常重要的因素。

在篩選用于壓榨輥剝離劑的表面活性劑的過程中，將接觸角的下降能作為指標(biāo)，但是也遇到接觸角的下降能良好的化學(xué)品未必在紙機(jī)上也能提高剝離性的情況。這種現(xiàn)象是因?yàn)楣剑?）中表達(dá)的表面張力 rSL（固相/液相）、rL（液相/氣相）的影響和潤(rùn)濕壓榨輥表面的水被毛布吸收時(shí)產(chǎn)生的接觸角的變化（前進(jìn)接觸角 后退接觸角），也就是潤(rùn)濕的滯后現(xiàn)象的影響。

2 壓榨輥污染的影響

表1列出了表面活性劑壓榨輥化學(xué)品的主要成分、對(duì)熱噴涂陶瓷板的接觸角以及在紙機(jī)上的剝離效果。

表1 壓榨輥用化學(xué)品的主要成分及其剝離效果

由表1可知，即使對(duì)高檔紙具有良好剝離效果的化學(xué)品，如果用于污染較嚴(yán)重的紙機(jī)上，也不會(huì)取得十分好的剝離效果。原因是輥?zhàn)由橡じ降奈廴疚锿耆淖兞藦谋砻婊钚詣┑玫降乃臐?rùn)濕性。

一般來說，脫墨漿和機(jī)械漿配比較高的紙機(jī)常常使用親水性陽離子聚合物，以消除膠粘物的黏性。這是因?yàn)槭褂靡苑乐刮廴緸槟康牡幕瘜W(xué)品也有提高剝離性的效果。

膠粘物的去粘化效果提高了剝離性的案例如表2所示。因?yàn)樵撚H水性陽離子聚合物不含表面活性劑，不能期待降低接觸角，但是在膠粘物的去粘化方面相當(dāng)優(yōu)越，從而改善了剝離性。由此可知，在壓榨輥剝離劑設(shè)計(jì)過程中，膠粘物的去粘化相當(dāng)重要。

表2 陽離子聚合物改善剝離性的案例

3 壓榨輥剝離劑DS-800的特征

3.1 化學(xué)結(jié)構(gòu)

壓榨輥剝離劑DS-800是把對(duì)熱噴涂陶瓷具有優(yōu)良潤(rùn)濕性的表面活性劑和對(duì)廢紙中膠粘物具有高去粘化效果的陽離子聚合物二者相結(jié)合的物質(zhì)，并是一種具有“相乘”效果的產(chǎn)品。其化學(xué)結(jié)構(gòu)是由具有酸官能基的聚合物和具有堿官能基的聚合物通過離子結(jié)合而成的復(fù)合體，也可以稱為聚離子復(fù)合體，見圖1。

圖1 壓榨輥剝離劑DS-800的化學(xué)結(jié)構(gòu)

3.2 作用機(jī)理

用作壓榨輥剝離劑的高效表面活性劑使輥?zhàn)颖砻婢哂杏H水性，在濕紙和輥?zhàn)又g形成水膜，其缺點(diǎn)是對(duì)疏水性的輥?zhàn)颖砻嫒狈ξ叫浴Ａ硪环矫妫米鲏赫ポ佄廴痉乐箘┑母咝ш栯x子聚合物有選擇性地吸附疏水性膠粘物，降低黏性的效果很好，缺點(diǎn)是缺乏將去粘化后的膠粘物在水里乳化分散的能力。

對(duì)此，依據(jù)如圖2所示的作用，可以期待壓榨輥剝離劑DS-800能夠彌補(bǔ)表面活性劑和聚合物的各種缺點(diǎn)，具有非常好的效果。

圖2 壓榨輥剝離劑DS-800的作用機(jī)理

3.3 剝離性的提高

如前所示，能降低水對(duì)壓榨輥的接觸角的化學(xué)品未必能夠提高運(yùn)行中的紙機(jī)的剝離性，接觸角的降低能力只不過是必要條件。

因此，用圖3所示的試驗(yàn)方法測(cè)定熱噴涂陶瓷和濕紙之間形成的水膜的張力（以水的剝離力為100來評(píng)價(jià)化學(xué)品的剝離力下降）。

圖3 剝離性評(píng)價(jià)方法

在該試驗(yàn)中，假設(shè)壓榨后的濕紙和熱噴涂陶瓷板之間，以后退接觸角為基礎(chǔ)形成了一層薄的水膜。所以，濕紙?jiān)诨瑒?dòng)時(shí)產(chǎn)生的力代表了濕紙和熱噴涂陶瓷的最大黏結(jié)力，這個(gè)力越小，剝離性越好。

圖4顯示了壓榨輥剝離劑 DS-800與該公司老產(chǎn)品的比較結(jié)果[w（壓榨輥剝離劑）=500×10-6，以水的剝離力為100]。

圖4 剝離性能評(píng)價(jià)

由圖4可見，壓榨輥剝離劑 DS-800比老產(chǎn)品改善剝離效果為20%～30%。

3.4 膠粘物的去粘化

用圖5所示的方法進(jìn)行膠粘物去粘化。其操作步驟為：（1）試樣溶液一邊高速攪拌、加溫到規(guī)定溫度，一邊添加膠粘物；（2）測(cè)定黏附在裝置/容器上的膠粘物質(zhì)量；（3）通過與未添加化學(xué)品時(shí)的質(zhì)量比較，計(jì)算出結(jié)果。

圖5 膠粘物去粘化評(píng)價(jià)方法

膠粘物去粘化的評(píng)價(jià)結(jié)果如圖6所示[w（壓榨輥剝離劑）=500×10-6]。

用陽離子聚合物、表面活性劑分別單獨(dú)處理及壓榨輥剝離劑DS-800去粘化試驗(yàn)后的試驗(yàn)溶液的情況如圖7所示。

圖6 膠粘物去粘化評(píng)價(jià)

圖7 膠粘物去粘化后的試驗(yàn)溶液

因?yàn)閴赫ポ亜冸x劑DS-800賦予了膠粘物去粘化效果良好的陽離子聚合物表面活性能，所以在膠粘物去粘化的同時(shí)，還在水中形成穩(wěn)定的膠體。這說明壓榨輥剝離劑DS-800是一種效果非常好的壓榨輥剝離劑。

3.5 對(duì)壓榨輥剝離劑DS-800的總結(jié)

壓榨輥剝離劑DS-800與該公司老產(chǎn)品比較，具有極高的剝離性和膠粘物去粘化功能。這種效果是由于2種不同作用原理的聚合物形成了復(fù)合體，發(fā)揮了單種化學(xué)品沒有的“相乘”效果。

4 紙機(jī)上的評(píng)價(jià)

下面介紹壓榨輥剝離劑 DS-800在生產(chǎn)中檔紙的紙機(jī)上的應(yīng)用案例。該紙機(jī)已經(jīng)使用了另一家公司的防污染劑，并已取得了中間剝離點(diǎn)上升的效果。當(dāng)該紙機(jī)使用壓榨輥剝離劑DS-800后，取得了進(jìn)一步大幅度提高剝離點(diǎn)的效果，見圖8。另外，該紙機(jī)使用壓榨輥剝離劑DS-800后的長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)中，也未觀察到由于輥?zhàn)游廴井a(chǎn)生的紙病，防止污染的效果十分明顯。

圖8 壓榨輥剝離劑DS-800的剝離效果

5 結(jié)束語

近年隨著新建紙機(jī)關(guān)鍵設(shè)備的技術(shù)進(jìn)步，紙機(jī)進(jìn)一步向高速化發(fā)展。隨著抄紙環(huán)境和抄紙條件的變化，污染問題也變得多樣化、復(fù)雜化。因此，要求壓榨部化學(xué)品具有維持壓榨部最佳狀態(tài)的的復(fù)合效果。

（杜偉民 編譯）