抄紙用分散劑聚氧化乙烯在新月型紙機(jī)上的應(yīng)用

西能直輝 住友精化株式會(huì)社

編者按：2019年4月15—16日，CIDPEX2019生活用紙和衛(wèi)生用品國際論壇在武漢召開，本文根據(jù)住友精化株式會(huì)社西能直輝在論壇中的演講稿及錄音整理。

1 前言

聚氧化乙烯多年以來作為抄紙用分散劑在中國各地被用戶所使用。住友公司作為聚氧化乙烯（產(chǎn)品名稱：PEO?）的生產(chǎn)廠商，介紹了抄紙分散劑的種類和特征，以及近年不斷引進(jìn)的具有高剪切流漿箱的新月型紙機(jī)上聚氧化乙烯的添加效果及添加方法的具體試驗(yàn)案例。

2 抄紙用分散劑的種類和特征

2.1 抄紙用分散劑的添加效果

通常在抄紙過程中，如果不使用抄紙用分散劑，纖維會(huì)相互纏繞不能均勻地進(jìn)行分散。以此狀態(tài)濾水后就會(huì)形成像圖1左圖中一樣纖維濃淡不一及具有痕跡的濕紙。抄紙用分散劑可以解決這個(gè)問題，如圖1右圖一樣可以形成質(zhì)地均勻的濕紙。因此，為了提高紙的品質(zhì)，抄紙用分散劑是不可缺少的。

圖1 抄紙用分散劑的效果

2.2 抄紙用分散劑的特征

現(xiàn)在主流的抄紙分散劑有聚氧化乙烯和聚丙烯酰胺兩種。這兩種抄紙用分散劑的特征和區(qū)別如表1所示。聚氧化乙烯是熱可塑性樹脂，它本身不帶有粘性，所以便于起皺控制從而較易獲得柔軟的紙。聚丙烯酰胺是熱硬化性樹脂，與聚氧化乙烯相比除了成紙較硬以外，還會(huì)出現(xiàn)粘網(wǎng)的現(xiàn)象，使起皺控制復(fù)雜化，有紙屑粉塵量增加的傾向。

而且，聚氧化乙烯是非離子性的產(chǎn)品，具備與陽離子性增強(qiáng)劑及施膠劑的良好并用性。陰離子的聚丙烯酰胺卻不能與這些助劑并用。但是，聚氧化乙烯具有與木質(zhì)素等苯酚成分絮凝的性質(zhì)，在使用未漂白漿時(shí)需要注意。

另外，聚丙烯酰胺在制備時(shí)會(huì)出現(xiàn)不溶解性顆粒，怎樣攪拌也不會(huì)溶解。為了去除不溶物就必須進(jìn)行過濾處理，過濾不充分的情況下，就會(huì)進(jìn)入抄紙環(huán)節(jié)，污染網(wǎng)籠、毛毯，可能會(huì)發(fā)生針眼及斷紙問題。聚氧化乙烯不含有不溶物質(zhì)，適當(dāng)?shù)財(cái)嚢钄?shù)小時(shí)后就會(huì)完全溶解。但是由于分子結(jié)構(gòu)的原因，對(duì)剪切力的抵御較弱，溶解時(shí)高速攪拌帶來的剪切力，稀釋溶液通過泵及閥門時(shí)壓力差產(chǎn)生的剪切力會(huì)對(duì)其產(chǎn)生影響，出現(xiàn)分子量下降，降低添加效果的可能性，這點(diǎn)需要注意。

聚丙烯酰胺的不溶物容易弄臟刮刀及毛毯，聚氧化乙烯就沒有此類問題，刮刀及毛毯的使用壽命增長(zhǎng)，可以預(yù)期運(yùn)行成本的縮減。

聚氧化乙烯的紙漿分散效果好，一般聚丙烯酰胺60%的添加量就可生產(chǎn)出同等質(zhì)地的紙。

關(guān)于水質(zhì)的影響，鐵離子和游離氯達(dá)到一定程度會(huì)使分散劑的粘度下降，對(duì)于這個(gè)方面，聚氧化乙烯具有良好的穩(wěn)定性。聚丙烯酰胺除了遇到鐵離子、游離氯會(huì)造成粘度大幅度下降以外，水的硬度也會(huì)使其粘度降低。

聚氧化乙烯雖然價(jià)格比聚丙烯酰胺高，但如果用戶理解了這些抄紙用分散劑的特征，就會(huì)從品質(zhì)、環(huán)境、制造設(shè)備、成本等各方面綜合判斷，選擇適合的抄紙用分散劑。

表1 聚氧化乙烯和聚丙烯酰胺的特征

表2表示的是各紙機(jī)上抄紙分散劑使用傾向。聚丙烯酰胺的使用以低速圓網(wǎng)紙機(jī)為主。聚氧化乙烯用于圓網(wǎng)紙機(jī)、真空?qǐng)A網(wǎng)紙機(jī)及一部分新月型紙機(jī)。

表2 各紙機(jī)的抄紙分散劑使用傾向

2.3 聚氧化乙烯的分散原理

聚氧化乙烯自身的醚氧基和纖維表面的氫氧基在水中形成弱氫結(jié)合，纖維的表面附著了聚氧化乙烯分子，聚氧化乙烯所具有的降低摩擦效果，使纖維在水中不會(huì)纏繞，順滑地自由移動(dòng)。以這種狀態(tài)濾水后可以形成纖維均勻分散的濕紙，形成良好質(zhì)地并消除成紙孔洞，提高紙頁強(qiáng)度達(dá)到高品質(zhì)的同時(shí)斷紙次數(shù)的減少，達(dá)到了生產(chǎn)的穩(wěn)定化。

圖2 聚氧化乙烯的分散原理

3 聚氧化乙烯在新月型紙機(jī)上的應(yīng)用

3.1 背景

新月型紙機(jī)的流漿箱內(nèi)有一個(gè)被稱作多岐配管的蜂房式結(jié)構(gòu)。多岐配管內(nèi)部有一處管線直徑變窄的部分，在這個(gè)部分流動(dòng)速度會(huì)急劇上升。急劇的流速變化使纖維分散。

根據(jù)上述流漿箱的分散結(jié)構(gòu)一般認(rèn)為新月型紙機(jī)可以不使用分散劑。并且，也存在著聚氧化乙烯受到高剪切力后，添加效果減弱的技術(shù)難題。

但是在和很多紙廠的交流中，了解到客戶有希望改善新月型紙機(jī)的成紙品質(zhì)，甚至有想要提高車速的需求。住友精化根據(jù)探討的技術(shù)結(jié)果，開發(fā)出了高剪切力的流漿箱也可以使用聚氧化乙烯的方法（專利2007-542353，CN101297080）。

據(jù)此聚氧化乙烯也可以適用于具有高剪切力流漿箱的新月型紙機(jī)，并通過在用戶中進(jìn)行的試驗(yàn)，確認(rèn)該方法可以改善產(chǎn)品的品質(zhì)。

3.2 聚氧化乙烯的高濃度添加

以往的一般認(rèn)知里聚氧化乙烯需要盡可能稀釋至稀薄溶液，盡可能在不被剪切的情況下向流漿箱內(nèi)等紙機(jī)下流側(cè)位置進(jìn)行添加。通常的圓網(wǎng)紙機(jī)和真空?qǐng)A網(wǎng)紙機(jī)等的使用條件為100ppm左右。圖3是100ppm的聚氧化乙烯水溶液在攪拌機(jī)的剪切力下的粘度保持率。如圖3所示加大剪切力會(huì)使粘度大幅度下降。因此，如果用以往的相同濃度在高剪切力流漿箱的新月型紙機(jī)上添加，粘度會(huì)大幅度下降，無法發(fā)揮聚氧化乙烯的添加效果。

圖3 聚氧化乙烯溶液針對(duì)剪切力的粘度保持率

住友精化研究了聚氧化乙烯在高剪切力流漿箱上的使用方法。結(jié)果如圖4所示，溶解濃度越高越不會(huì)受到剪切力的影響，同樣的攪拌機(jī)帶來的剪切力下，粘度保持率越高。即濃度越高，粘度越難以下降，越難以受到剪切力的影響。這使在以高剪切力流漿箱為主要部件的新月型紙機(jī)上使用聚氧化乙烯變?yōu)榭赡堋Ｌ砑訚舛葧?huì)根據(jù)紙機(jī)的具體情況以及想要獲得怎樣的成紙品質(zhì)而有所變化，重點(diǎn)在于最佳的添加濃度需要根據(jù)每一臺(tái)紙機(jī)來進(jìn)行設(shè)定。

圖4 PEO?溶液濃度和剪切力的關(guān)系

3.3 添加方法

聚氧化乙烯的添加方法，不是像真空?qǐng)A網(wǎng)紙機(jī)那樣直接添加到流漿箱中，而是添加在壓力篩出口側(cè)與流漿箱之間的位置。

添加溶液的方法為，溶解原液直接注入或者將溶解后的高濃度溶液稀釋調(diào)整到任意濃度再注入均可。可以先利用壓力篩后的排廢閥等進(jìn)行添加試驗(yàn)，確認(rèn)聚氧化乙烯的添加效果及掌握適當(dāng)?shù)奶砑訔l件。

圖5 聚氧化乙烯的添加位置

3.4 新月型紙機(jī)上的聚氧化乙烯添加試驗(yàn)案例

● 案例1

抄紙條件：

紙機(jī)：新月型（試驗(yàn)機(jī)）

車速：800m/min

定量：13g/m2

PEO?：PEO-PFZ blue（住友精化產(chǎn)，高分子量品級(jí)）

PEO?水溶液添加濃度：400ppm

圖6是新月型紙機(jī)的成紙?jiān)陔娮语@微鏡下的照片。左圖是沒有添加聚氧化乙烯的紙，可見纖維束在一起，而且有很多孔洞。將調(diào)整到400ppm濃度的聚氧化乙烯以500ppm的量添加到漿料中，纖維束及孔洞現(xiàn)象消失，抄出質(zhì)地良好的紙。而且，添加量增加至1,000ppm，質(zhì)地可以進(jìn)一步得到改善。

圖6 新月型紙機(jī)上聚氧化乙烯的添加效果

● 案例2

這家用戶使用廢紙進(jìn)行生產(chǎn)，由于廢紙的質(zhì)量低下等各種各樣的原因造成斷紙現(xiàn)象頻發(fā)，操作穩(wěn)定化成為當(dāng)務(wù)之急。

抄紙條件：

紙機(jī)：新月型 （歐洲產(chǎn)）

車速：1,400 m/min

PEO?：PEO-PFZ blue（住友精化產(chǎn)，高分子量品級(jí)）

PEO?水溶液添加濃度：1,000ppm

考慮到添加聚氧化乙烯可以提高纖維分散性，減少紙頁孔洞，紙的均勻性增加會(huì)使紙頁強(qiáng)度提高，所以進(jìn)行了添加聚氧化乙烯的試驗(yàn)。通過試驗(yàn)結(jié)果可以確認(rèn)，縱向·橫向的紙的抗張強(qiáng)度及斷裂伸長(zhǎng)率同時(shí)提高了10%～20%左右，也減少了斷紙次數(shù)。（未添加PEO?時(shí)斷紙次數(shù)：每隔45分鐘1次，添加PEO?時(shí)斷紙次數(shù)：90分鐘未發(fā)生斷紙現(xiàn)象）。而且紙頁強(qiáng)度的提高，今后可以生產(chǎn)更薄的紙以及可以提高抄紙速度。

● 案例3

這家用戶使用的是國產(chǎn)新月型紙機(jī)，抄紙速度大致為1,000m/min。如圖7所示，隨著聚氧化乙烯添加量的增加，縱向·橫向的抗張強(qiáng)度大幅度提高。我公司認(rèn)為在1,000m/min左右抄紙速度的紙機(jī)上可以獲得高水平的添加效果。

抄紙條件：

紙機(jī)：新月型（中國制造）

車速：960m/min

定量：14～16g/m2

PEO?：PEO-PFZ blue（住友精化產(chǎn)，高分子量品級(jí)）

PEO?水溶液添加濃度：400ppm

4 聚氧化乙烯（PEO?）的安全性以及使用注意事項(xiàng)

4.1 PEO?的安全性

住友精化對(duì)PEO?進(jìn)行了各種刺激性及雜質(zhì)成分的分析，而且在中國還進(jìn)行了口服毒性試驗(yàn)，確認(rèn)其安全性很高。

表3 PEO?雜質(zhì)成分的分析結(jié)果（住友精化）

4.2 PEO?的使用注意事項(xiàng)

在實(shí)際生產(chǎn)中，PEO?的使用需注意以下方面：

（1）避免與鐵離子的接觸

需注意工廠的水質(zhì)（鐵離子含量），注意不要混入鐵銹。

（2）避免與殘留氯的接觸

不要過量添加殺菌劑，注意控制氯濃度。

（3）溶解時(shí)防止不溶顆粒的產(chǎn)生

投料時(shí)使PEO降落在水膜上，需要使用適當(dāng)?shù)耐读蠙C(jī)（圖8）。

圖8 送料裝置示意圖

5 總結(jié)

綜上所述，不僅普通圓網(wǎng)紙機(jī)和真空?qǐng)A網(wǎng)紙機(jī)可以使用分散劑，新月型紙機(jī)上添加聚氧化乙烯也可以發(fā)揮效果。今后對(duì)于新月型紙機(jī)，改善成紙品質(zhì)、生產(chǎn)穩(wěn)定性、降低生產(chǎn)成本，聚氧化乙烯可以貢獻(xiàn)出自己的力量。