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

對紙機壓榨部與濕紙直接接觸的壓榨輥的要求，除了強度、耐熱性這些機械特性以外，還要求輥子表面具有較高的潤濕性和剝離性。

大家知道，提高壓榨輥表面的潤濕性可以獲得穩定的剝離性。人們提出并應用各種化學品來提高輥子表面材質的潤濕性，如熱噴涂陶瓷和聚氨酯等橡膠材質。提高了潤濕性的輥子表面形成了水膜，可防止硫酸鹽漿和廢紙中膠粘物（以下稱為膠粘物）的黏附，提高了剝離性，減少了斑點、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、抄造的中性化及產品的高附加值化，添加劑呈現多樣化，壓榨輥受膠粘物污染的趨勢越發明顯。

這種情況下，一般是使用防止污染的化學品，目的是防止紙病和斷紙。但是，在紙機高速化、造紙原料、化學品多樣化的情況下，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品顯得缺乏。

日本某公司為了滿足這方面的需要，開發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過程中獲得的認識及其在紙機上的應用效果。

1 壓榨輥的潤濕性

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

如前所述，良好的壓榨輥潤濕性可以提高剝離性，因此可以說，在壓榨輥剝離性設計時，輥子材質潤濕性的改善是繞不開的課題。

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

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濕，理論上必須θ=0。因此在壓榨輥剝離劑設計中，輥子材質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，但是也遇到接觸角的下降能良好的化學品未必在紙機上也能提高剝離性的情況。這種現象是因為公式（1）中表達的表面張力 rSL（固相/液相）、rL（液相/氣相）的影響和潤濕壓榨輥表面的水被毛布吸收時產生的接觸角的變化（前進接觸角 后退接觸角），也就是潤濕的滯后現象的影響。

2 壓榨輥污染的影響

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

表1 壓榨輥用化學品的主要成分及其剝離效果

由表1可知，即使對高檔紙具有良好剝離效果的化學品，如果用于污染較嚴重的紙機上，也不會取得十分好的剝離效果。原因是輥子上黏附的污染物完全改變了從表面活性劑得到的水的潤濕性。

一般來說，脫墨漿和機械漿配比較高的紙機常常使用親水性陽離子聚合物，以消除膠粘物的黏性。這是因為使用以防止污染為目的的化學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。因為該親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優越，從而改善了剝離性。由此可知，在壓榨輥剝離劑設計過程中，膠粘物的去粘化相當重要。

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 化學結構

壓榨輥剝離劑DS-800是把對熱噴涂陶瓷具有優良潤濕性的表面活性劑和對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合的物質，并是一種具有“相乘”效果的產品。其化學結構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合而成的復合體，也可以稱為聚離子復合體，見圖1。

圖1 壓榨輥剝離劑DS-800的化學結構

3.2 作用機理

用作壓榨輥剝離劑的高效表面活性劑使輥子表面具有親水性，在濕紙和輥子之間形成水膜，其缺點是對疏水性的輥子表面缺乏吸附性。另一方面，用作壓榨輥污染防止劑的高效陽離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，缺點是缺乏將去粘化后的膠粘物在水里乳化分散的能力。

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

圖2 壓榨輥剝離劑DS-800的作用機理

3.3 剝離性的提高

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

因此，用圖3所示的試驗方法測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來評價化學品的剝離力下降）。

圖3 剝離性評價方法

在該試驗中，假設壓榨后的濕紙和熱噴涂陶瓷板之間，以后退接觸角為基礎形成了一層薄的水膜。所以，濕紙在滑動時產生的力代表了濕紙和熱噴涂陶瓷的最大黏結力，這個力越小，剝離性越好。

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

圖4 剝離性能評價

由圖4可見，壓榨輥剝離劑 DS-800比老產品改善剝離效果為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、加溫到規定溫度，一邊添加膠粘物；（2）測定黏附在裝置/容器上的膠粘物質量；（3）通過與未添加化學品時的質量比較，計算出結果。

圖5 膠粘物去粘化評價方法

膠粘物去粘化的評價結果如圖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處理及壓榨輥剝離劑DS-800去粘化試驗后的試驗溶液的情況如圖7所示。

圖6 膠粘物去粘化評價

圖7 膠粘物去粘化后的試驗溶液

因為壓榨輥剝離劑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，還在水中形成穩定的膠體。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 對壓榨輥剝離劑DS-800的總結

壓榨輥剝離劑DS-800與該公司老產品比較，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合體，發揮了單種化學品沒有的“相乘”效果。

4 紙機上的評價

下面介紹壓榨輥剝離劑 DS-800在生產中檔紙的紙機上的應用案例。該紙機已經使用了另一家公司的防污染劑，并已取得了中間剝離點上升的效果。當該紙機使用壓榨輥剝離劑DS-800后，取得了進一步大幅度提高剝離點的效果，見圖8。另外，該紙機使用壓榨輥剝離劑DS-800后的長期運轉試驗中，也未觀察到由于輥子污染產生的紙病，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 結束語

近年隨著新建紙機關鍵設備的技術進步，紙機進一步向高速化發展。隨著抄紙環境和抄紙條件的變化，污染問題也變得多樣化、復雜化。因此，要求壓榨部化學品具有維持壓榨部最佳狀態的的復合效果。

（杜偉民 編譯）