提高高速長網(wǎng)紙機紙張表面強度的摸索

黃 暉 胡丁根 胡曉東 張錦山 陳建斌

（華邦古樓新材料有限公司，浙江衢州，324400）

華邦古樓新材料有限公司PM9 原為瑞士20 世紀90年代末改造的紙機，抄寬為3300 mm。該紙機包括可自動稀釋水調(diào)節(jié)的流漿箱、帶有搖振裝置和頂網(wǎng)脫水裝置的長網(wǎng)案、PMT 靴壓+真空壓榨的兩壓區(qū)壓榨部、前后干燥部、計量棒膜轉(zhuǎn)移表面施膠系統(tǒng)以及正反兩壓區(qū)軟壓光機。拆遷前的紙機車速為400～750 m/min，拆遷改造后的紙機車速為750～1000 m/min，產(chǎn)品為定量40～260 g/m2的文化用紙、雙膠紙、熱升華和離型原紙等特種紙，原料包括硫酸鹽針葉木漿（NBKP）、硫酸鹽闊葉木漿（LBKP）、化學機械漿（APMP）及脫墨漿（DIP）等。

通常采用測定紙張表面的拉毛速度（m/s）來表征紙張表面強度，其測試原理為用標準拉毛油在恒壓下經(jīng)連續(xù)增加的速度印刷紙條，以紙面開始發(fā)生拉毛時的拉毛速度評價紙張的印刷表面強度[1]。

1 提高紙張表面強度措施

PM9生產(chǎn)高檔雙膠紙B 紙張正面的表面強度平均為1.0 m/s，反面表面強度平均為0.30 m/s，紙張的正反面表面強度均有些偏低，正反面表面強度相差較大。因此，筆者嘗試了一些提高表面強度的措施。

1.1 提高NBKP漿料的配比，優(yōu)化木漿打漿工藝

NBKP 漿料本身纖維素含量高、強度好，打漿度提高后的NBKP 纖維分絲帚化更好，纖維縱橫交織好，紙張表面均勻，纖維間結(jié)合力變大，從而在整體上提高紙張的表面強度。筆者所在車間對打漿工藝進行了調(diào)整，將打漿改為兩兩串聯(lián)再并聯(lián)的打漿方式（1#、2#和3#盤磨串聯(lián)，4#和5#盤磨串聯(lián)，然后再并聯(lián)），選用進口盤片（G 型，弱化切斷），經(jīng)測試兩條線打漿質(zhì)量比較接近，打漿度均在41°SR 左右，平均裂斷長6.60 km，平均撕裂指數(shù)9.1 mN·m2/g，物理強度較好，具體結(jié)果見表1。

表1 兩條打漿線的木漿打漿情況

1.2 降低填料加入量

加填雖然能改善紙張表面性能，但也容易使紙張在印刷中掉粉掉毛，主要由于添加的填料分散于纖維之間，使紙張的內(nèi)部結(jié)構(gòu)變得疏松多孔，雖然起到加快脫水和干燥過程的作用，但其減少了纖維的交織以及纖維間的氫鍵結(jié)合，使紙張的物理強度下降。通過降低填料加入量后，紙張表面強度有所改善，但其不利于生產(chǎn)成本的控制。

1.3 增加施膠量

通過提高表面施膠淀粉的濃度從而增加施膠量，進而提高紙張的表面強度及強度（耐折度、耐破度和抗張強度等），減少印刷時掉粉掉毛現(xiàn)象。通過將淀粉施膠量由1.5～1.6 g/m2增加到2.3～2.5 g/m2，同時在表面施膠淀粉中配用羧甲基纖維素（CMC）和抗掉粉掉毛劑，紙張的表面強度有所提高，正面達到了1.10～1.21 m/s，反面也得到一定改善，為0.32～0.40 m/s。

1.4 濕部助留助濾系統(tǒng)優(yōu)化

PM9 之前是把陽離子聚丙烯酰胺（CPAM）加入到?jīng)_漿泵后，在流漿箱處的稀釋水中加入膨潤土。這種加入方式存在兩個缺點：一是CPAM 加入在剪切力場之后，漿料形成的絮團大，硅藻土的加入對絮團尺寸的改變很小，絮團尺寸在理論上應與單元助留體系的絮團相近，因而對紙張勻度和紙張強度均有不利影響，不能發(fā)揮微粒體系對紙張強度影響小的優(yōu)點[2]；二是膨潤土加在稀釋水中，由于在紙張橫幅上各點稀釋水閥門的開度不同，稀釋水的加入量也不同，因而會造成膨潤土在紙張橫幅上加入量的不均一。

因此，筆者對濕部助劑加入點進行了調(diào)整，硅藻土加入點由流漿箱稀釋水篩出口改至紙機篩出口，CPAM 加入點由紙機篩出口前移至其入口，這樣形成了由CPAM/膨潤土組成的Hydrocol 微粒助留助濾系統(tǒng)，取得了較高的留著率和良好的濾水性[3-4]。

紙張裂斷長變化見圖1。

圖1 紙張裂斷長變化

當加入點調(diào)整后，紙張的成形大大改善，紙張強度也相應的改善，另外由于硅藻土不再添加在流漿箱稀釋水內(nèi)，消除了硅藻土對紙張橫幅分布不均的影響，從而也改善了紙張橫幅灰分的分布。紙張表面強度變化見表2。

1.5 漿內(nèi)施膠劑ASA取代AKD

PM9改用ASA施膠后，首程留著率和填料留著率均有顯著提高。生產(chǎn)65 g/m2高檔雙膠紙B時首程留著率由使用AKD的69.5%提高至使用ASA的75.5%，填料留著率由40%提高至45%。留著率的提高主要是因為：ASA乳化劑本身基本上是陽離子聚合物，陽離子淀粉和表面活性劑的配合物，在其與它們的加入點一致時能夠盡快與纖維固著并產(chǎn)生施膠作用[5]。此外酸性條件下ASA 水解更慢，其施膠作用得到了強化，使紙張脫水和成形更好，紙張表面強度得到一定提高：紙張平均裂斷長由3.7 km 左右提高至4.1 km。表3 為生產(chǎn)高檔雙膠紙B 時施膠劑ASA 對留著率的影響。

通過以上措施，紙張表面強度得到較明顯改善，正面表面強度平均達到1.6 m/s，反面表面強度也由0.4 m/s提高到0.50 m/s左右。

2 提高反面表面強度的摸索

在提高紙張整體表面強度的同時，反面強度也得到一定的提高，然而提高不是很明顯，如何進一步提高反面表面強度，筆者又進行了分析和研究，并采取了一些改進措施。

2.1 反面表面強度偏低原因分析

經(jīng)過紙張分離（層）實驗，紙張反面顯微鏡分析見圖2（以高檔雙膠紙B為例）。對正面以及反面的組分進行分析，其中反面成分中，灰分占14%，有機成分占86%；正面成分主要是纖維，其中化機漿纖維和化學木漿纖維占比約94%，同時有少量的填料及葦漿細小纖維，占6%。正反兩面有機成分和灰分比例的差異，也側(cè)面說明兩面強度的偏差。

圖2 紙張的顯微鏡圖

通過顯微鏡觀察，紙張正反面纖維結(jié)合情況相差較大，正面纖維明顯多于反面，交織情況較好。反面纖維結(jié)合較差，纖維之間缺少必要的交織，容易出現(xiàn)掉粉掉毛現(xiàn)象。

2.2 提高反面表面強度主要調(diào)整途徑

從以上分析可知，提高紙張反面表面強度，應主要從改善紙張反面成形及改善纖維結(jié)合力著手。PM9生產(chǎn)紙張兩面差大，說明紙張成形的前期（反面）脫水有些過于劇烈，細小組分流失大，需要調(diào)整網(wǎng)部的脫水曲線，以改善紙張的兩面性。網(wǎng)部的脫水曲線調(diào)整途徑有以下幾方面。

（1）調(diào)節(jié)流漿箱下唇板前移，使著網(wǎng)點靠前，稍靠上第一塊刮水板，減緩漿料在成形板處的脫水。

（2）增大上網(wǎng)漿濃（由0.6%增大到0.8%），減輕網(wǎng)部的脫水負荷。這樣改善了紙張反面的成形，同時紙漿的黏度大，剪切力小，對絮團破壞也小，又降低了助留劑用量，留著效果好，紙張勻度好，從而提高表面強度。

（3）調(diào)整網(wǎng)部的脫水曲線，使案板脫水能力逐漸增強。目前，底網(wǎng)第一組案板（包括成形板）脫水量不大，但第二組過大，最后的6 塊案板脫水量極少，而頂網(wǎng)第一、第三個真空脫水箱脫水量卻較小，底網(wǎng)在頂網(wǎng)區(qū)的加載氣囊只用了6 條，其余4 條都脫開未投用，且發(fā)現(xiàn)氣囊加載壓力參差不齊，造成該區(qū)域脫水成形無序，勻度變化很大。因此應該適當降低第二組及第三組案板脫水量，同時調(diào)整底網(wǎng)和頂網(wǎng)的脫水真空度，這樣通過逐步加大頂網(wǎng)區(qū)加載壓力即加大了頂網(wǎng)脫水量，又有利于調(diào)整細小組分在紙張Z向的分布，有效地改善了紙張的成形，從而防止底網(wǎng)面脫水量過大造成的反面成形差的情況。

（4）摸索在不同車速下，建立搖振裝置頻率、漿網(wǎng)速比、上漿濃度和定量的數(shù)據(jù)模型趨勢圖，找到相應最佳調(diào)節(jié)點，有效地優(yōu)化了紙張的勻度和強度。

進行以上調(diào)整后紙張表面強度取得了實質(zhì)性的效果，正反面表面強度分別提高到了1.77 m/s 和0.68 m/s。

2.3 提高紙張反面表面強度的其他措施

2.3.1 優(yōu)化施膠工藝

從表面施膠情況看，增加施膠量對表面強度改善不是很明顯，于是進行優(yōu)化表面施膠淀粉，更換淀粉品種，采用表面施膠劑，試用S公司表面施膠淀粉，配合使用T 公司表面施膠劑，以提高紙張表面強度，具體結(jié)果見表4。

由表4 可看出，當僅使用表面施膠淀粉時，紙張的反面表面強度較低，而使用了表面施膠劑后，紙張反面表面強度顯著提高（0.5 m/s 提高到1.25 m/s），同時紙張正面表面強度也得到了提高，約提高了30%～40%。表4 還表明，生產(chǎn)高檔雙膠紙B 時，即在APMP配比達80%的情況下，通過使用表面施膠淀粉內(nèi)配加表面施膠劑的辦法完全可以使得紙張反面表面強度達到1.6 m/s以上。

表4 表面施膠劑用量對紙張表面強度的影響

2.3.2 改善干燥曲線

（1）保持前干燥部的合理干燥溫度

前干燥部前幾個烘缸的溫度務必微進汽或不通汽，否則出壓榨部濕紙幅（約51%干度）因突然過熱導致紙幅的表面快速收縮起皺，增加在印刷過程時掉粉掉毛的可能性；另外紙幅與過熱的烘缸表面接觸后會黏附在烘缸上，紙張中的纖維被拉扯下來，造成紙面發(fā)毛。烘缸過熱還會造成濕紙幅急劇汽化使得紙幅結(jié)構(gòu)疏松，降低紙張表面強度[5]。圖3為PM9前干燥部烘缸的溫度曲線。由圖3可見，為了盡量減少紙張掉粉掉毛，干燥部前10個烘缸基本維持在70℃以內(nèi)，而整個曲線基本遵循逐步升溫的規(guī)律，這對紙張結(jié)構(gòu)和強度有很大幫助。

圖3 PM9 前干燥部烘缸的溫度曲線

（2）提高后干燥部烘缸溫度與增加噴水箱相結(jié)合

為確保施膠淀粉熟化，需對后干燥部后幾個烘缸進行升溫，而隨之在最后的冷缸增加噴水箱（紙幅反面），能夠柔化纖維與表面膜，提升紙張的柔韌性，從而改善表面強度，這是PM9 實踐經(jīng)驗的最新發(fā)現(xiàn)，需理論上進一步探索和總結(jié)。

2.3.3 提高軟壓光線壓力

為降低紙張平滑度兩面差，軟壓光一壓線壓力提高到100 kN/m（提高正面平滑度），二壓線壓力在40～60 kN/m，適當提高了二壓壓力，以加強紙張反面表面強度。

3 結(jié)論

本試驗以華邦古樓新材料有限公司PM9生產(chǎn)的高檔雙膠紙B為例，對其紙張正反面表面強度的提高進行探索。

3.1 優(yōu)化打漿工藝，穩(wěn)定兩線打漿度在40～42°SR 之間；漿內(nèi)施膠改用ASA 系統(tǒng)，表面施膠提高0.8～1.0 g/m2施膠量；調(diào)整濕部助留助濾系統(tǒng)，紙張強度得到有效提高。

3.2 通過調(diào)整網(wǎng)部的脫水曲線可顯著地提高紙張反面表面強度。

3.3 控制烘缸進汽，改善干燥曲線，提高軟壓光機線壓工藝等也是提高紙張表面強度較為有效的辦法。