陳曉楚 李杏華

(1.中國(guó)紙業(yè)投資總公司,北京,100070;2.珠海華豐紙業(yè)有限公司,廣東珠海,519050)

改善高定量紙板層間結(jié)合強(qiáng)度的思路和途徑

陳曉楚1李杏華2

(1.中國(guó)紙業(yè)投資總公司,北京,100070;2.珠海華豐紙業(yè)有限公司,廣東珠海,519050)

對(duì)于多層紙板來(lái)說(shuō),層間結(jié)合強(qiáng)度是一項(xiàng)重要的質(zhì)量指標(biāo)。紙板層間結(jié)合強(qiáng)度直接影響印刷質(zhì)量,同時(shí)對(duì)紙機(jī)抄造也有一定的影響。影響紙板層間結(jié)合強(qiáng)度的因素較多,且各因素對(duì)紙板層間結(jié)合強(qiáng)度的作用效果各不相同。筆者主要從原料工藝調(diào)整、化學(xué)品使用工藝以及紙機(jī)操作等方面,提出一些改善紙板層間結(jié)合強(qiáng)度的思路、途徑和方法。

層間結(jié)合強(qiáng)度;原料工藝;化學(xué)品;操作參數(shù)

印刷機(jī)印刷速度和印刷要求的提高對(duì)涂布白紙板的印刷表面強(qiáng)度和紙板層間結(jié)合強(qiáng)度 (z向強(qiáng)度)也提出了更高要求。提高紙張表面強(qiáng)度,減少紙張掉粉現(xiàn)象以及提高紙板層間結(jié)合強(qiáng)度,減少印刷過(guò)程中尤其是實(shí)地大墨位印刷中出現(xiàn)起泡離層現(xiàn)象,是適應(yīng)印刷機(jī)高速印刷和減少紙機(jī)生產(chǎn)過(guò)程中因紙板起泡離層造成斷紙現(xiàn)象的需要。因此,提高涂布白紙板的表面強(qiáng)度和紙板層間結(jié)合強(qiáng)度是造紙行業(yè)多年來(lái)十分關(guān)注并急需解決的問(wèn)題。

佛山華豐紙業(yè)有限公司珠海分公司于 2006年底順利投產(chǎn),主體生產(chǎn)線由漿料制備系統(tǒng)、抄紙涂布系統(tǒng)、完成系統(tǒng)構(gòu)成。紙板機(jī)工作車速為 700 m/min,卷紙寬度為 4650 mm。該生產(chǎn)線采用世界上最先進(jìn)的四長(zhǎng)網(wǎng)加頂網(wǎng)的紙幅成形技術(shù);以大輥徑壓榨加靴式壓榨作為主脫水壓榨,三壓為整飾壓榨;配有最先進(jìn)的膜轉(zhuǎn)移表面施膠機(jī),3個(gè)涂布頭的機(jī)內(nèi)涂布機(jī)加底板施膠機(jī),并配置了先進(jìn)的機(jī)內(nèi)硬、軟壓光機(jī)分別對(duì)原紙及涂布紙進(jìn)行表面整飾;采用世界上最先進(jìn)的DCS系統(tǒng)、QCS系統(tǒng)和電氣傳動(dòng)系統(tǒng),對(duì)整條生產(chǎn)線的車速、質(zhì)量和操作進(jìn)行全方位監(jiān)控;主體設(shè)備和控制系統(tǒng)由芬蘭、美國(guó)、日本等國(guó)家的造紙?jiān)O(shè)備和電氣供貨商提供。產(chǎn)品定位為高檔涂布白紙板,廣泛用于家用電器、酒類、藥品、玩具、食品、飲料等包裝的各類高級(jí)包裝制品。自投產(chǎn)以來(lái),產(chǎn)品的外觀、物理性能、印刷適應(yīng)性均達(dá)到國(guó)內(nèi)較高水平。

在近期生產(chǎn)中,公司針對(duì)市場(chǎng)反饋和客戶投訴的紙板層間結(jié)合強(qiáng)度低、印刷起泡離層等問(wèn)題,組織各工段的技術(shù)人員進(jìn)行市場(chǎng)調(diào)研并參考化學(xué)品應(yīng)用專家的建議和紙機(jī)操作說(shuō)明,從生產(chǎn)工藝和紙機(jī)操作參數(shù)等方面入手,將高定量產(chǎn)品的層間結(jié)合強(qiáng)度提高了一個(gè)檔次,能夠滿足和適應(yīng)不同客戶的使用要求。影響紙板層間結(jié)合強(qiáng)度的因素較多,且各因素對(duì)紙板層間結(jié)合強(qiáng)度的作用效果各不相同,因此,要在提高紙板層間紙板結(jié)合強(qiáng)度的同時(shí)控制好生產(chǎn)成本就顯得比較困難。筆者主要從工藝調(diào)整、化學(xué)品使用工藝以及紙機(jī)操作等方面提出一些改善紙板層間結(jié)合強(qiáng)度和降低生產(chǎn)成本的思路、途徑和方法。

1 纖維原料

1.1 漿料質(zhì)量

用于生產(chǎn)涂布白紙板的主要原料是廢紙。廢紙利用率的提高,必然引起廢紙質(zhì)量的劣化。根據(jù)再生廢紙的利用情況及與本色漿比較的結(jié)果,廢紙質(zhì)量劣化主要有以下 3種情況:①因廢紙存放時(shí)間太長(zhǎng)及保存方法不妥而使抄紙性能及強(qiáng)度下降;②因重復(fù)使用而劣化;③因印刷、后加工處理而劣化。在這 3種劣化情況中,因廢紙長(zhǎng)期存儲(chǔ)而自然劣化的現(xiàn)象很少。其實(shí),廢紙質(zhì)量的劣化與長(zhǎng)期存放或 1～2年內(nèi)的保存時(shí)間沒(méi)有太多的關(guān)聯(lián),而與保存方法、儲(chǔ)存環(huán)境有關(guān)。有資料顯示,高水分 (含水量 30%)保存與低水分保存相比,高水分保存下的廢紙強(qiáng)度明顯下降。研究發(fā)現(xiàn),重復(fù)使用是廢紙質(zhì)量劣化的主要原因,廢紙的利用率和再生利用的次數(shù)與廢紙質(zhì)量密切相關(guān)。利用次數(shù)越多,利用率越高,廢紙質(zhì)量劣化就越嚴(yán)重。不可否認(rèn),漿料的質(zhì)量狀況對(duì)改善紙板層間結(jié)合強(qiáng)度有著很大的影響。纖維的品種和形態(tài)、回用次數(shù)、纖維角質(zhì)化程度、纖維抄造工藝、紙張印刷工藝以及每批廢紙構(gòu)成的不均一性和采購(gòu)渠道的不同,都會(huì)造成廢紙質(zhì)量波動(dòng)較大,反映在生產(chǎn)中最直接的質(zhì)量指標(biāo)就是打漿度的差異 (從 32～62°SR不等)。合理調(diào)整纖維配比,控制好漿料打漿度,降低各層漿料之間的打漿度差異,有利于紙板層間結(jié)合強(qiáng)度的改善。

1.2 漿料打漿度

要取得良好的紙板層間結(jié)合強(qiáng)度,首要的問(wèn)題是掌握好各紙層的漿料打漿度。通過(guò)打漿處理和特殊的熱分散處理,在去除膠黏物的同時(shí)軟化纖維,可使層間纖維的接觸面積增加,且相鄰紙層用漿的打漿度盡可能接近。針對(duì)高定量紙板存在襯芯容易分層的狀況,在襯層纖維配比較為固定,生產(chǎn)操作調(diào)整手段不多的情況下,可通過(guò)調(diào)整芯漿漿料配比并通過(guò)芯漿的勻整磨漿來(lái)縮小襯芯之間漿料的打漿度差異。

原芯漿原料配比為 40%OCC(廢舊箱紙板)+60%3#美廢,打漿度為 33～38°SR;原襯漿原料配比為 30%OMG(廢舊雜志紙)+70%8#美廢,打漿度為 45～50°SR。

高定量紙板生產(chǎn)期間,調(diào)整原料配比并開(kāi)啟芯漿的盤磨對(duì)漿料打漿度進(jìn)行調(diào)整。芯漿原料配比調(diào)整為100%3#美廢,打漿度為 40～45°SR。通過(guò)調(diào)整芯漿的打漿度,可降低襯、芯層漿料打漿度的差異,為高定量紙板的生產(chǎn)提供漿料質(zhì)量保證。

2 紙機(jī)操作

2.1 網(wǎng)部調(diào)整

網(wǎng)部工藝參數(shù)的調(diào)整對(duì)提高紙板層間結(jié)合強(qiáng)度也有較大的幫助。根據(jù)紙機(jī)供應(yīng)商的介紹,筆者及其團(tuán)隊(duì)做了一定的嘗試和摸索,并總結(jié)了一些經(jīng)驗(yàn)。通常,可通過(guò)適當(dāng)?shù)靥岣邼{料上網(wǎng)濃度及漿網(wǎng)速比、控制復(fù)合點(diǎn)的真空度和紙幅水分、改變結(jié)合漿層紙幅的成形方式,來(lái)提高紙板層間結(jié)合強(qiáng)度。

(1)提高芯漿流漿箱的上網(wǎng)漿濃至 1.0%左右。提高上網(wǎng)漿濃的目的是降低纖維在縱向上的分布,提高細(xì)小纖維的留著率。同時(shí)也要注意,過(guò)高或過(guò)低的上網(wǎng)漿濃會(huì)導(dǎo)致紙板層間結(jié)合強(qiáng)度降低。過(guò)低的上網(wǎng)漿濃可能導(dǎo)致細(xì)小纖維在網(wǎng)面上過(guò)多地流失,造成各紙層漿料在結(jié)合處的局部打漿度差異;過(guò)高的上網(wǎng)漿濃則會(huì)使氣泡夾入漿料中且不易從漿料中脫除。

(2)提高漿網(wǎng)速比可以降低紙板縱橫向挺度比及提高層間結(jié)合強(qiáng)度;可使纖維縱向布漿量降低,纖維橫向布漿比例提高,纖維在 z向上的分布也會(huì)有一定的增加。

(3)嘗試調(diào)整待結(jié)合層紙幅的成形方式,以避免由于脫水方式造成網(wǎng)部漿料打漿度差異的增大和紙幅中氣泡含量的增加。

(4)芯網(wǎng)輔助成形器加靴形壓榨的加壓壓力不可太高。在高定量紙板生產(chǎn)期間,適當(dāng)降低加壓壓力有利于提高紙板層間結(jié)合強(qiáng)度。

(5)提高復(fù)合點(diǎn)真空度或提高復(fù)合點(diǎn)處紙幅的水分有利于提高紙板層間結(jié)合強(qiáng)度,可通過(guò)復(fù)合點(diǎn)處的水分均衡層間的細(xì)小纖維分布。通常,復(fù)合點(diǎn)處的紙幅干度在 12%～16%之間,且上下兩層紙幅水分差異在 4%左右。

(6)調(diào)整底網(wǎng)高真空度,以加強(qiáng)紙板的脫水,盡可能地減少濕紙幅中的細(xì)小氣泡含量。

2.2 壓榨部

盡可能保證壓榨毛布的清潔。在保證紙幅出壓榨的干度前提下,逐步提高加壓壓力,采用較大的壓榨線壓力有利于提高紙板層間結(jié)合強(qiáng)度。紙幅在各個(gè)壓區(qū)的傳遞過(guò)程中,尤其是在紙幅進(jìn)入第 1組烘缸處,減小紙板的牽引力也有利于紙板層間結(jié)合強(qiáng)度的提高。

預(yù)壓和壓榨時(shí),擠壓脫水和黏合作用會(huì)使一部分空氣轉(zhuǎn)移到濕紙層之間,造成紙板層間結(jié)合不良和z向強(qiáng)度下降,嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成起泡、離層現(xiàn)象。要去除上網(wǎng)漿料中的空氣,除了妥善控制好漿速和漿濃外,還要設(shè)法排除存在于漿料懸浮液里的細(xì)小氣泡以及短循環(huán)白水中的氣泡含量。

2.3 干燥部

干燥速度不可太快。在層間纖維未產(chǎn)生強(qiáng)有力的氫鍵結(jié)合前,應(yīng)逐步升溫,否則會(huì)使紙板外層纖維致密化,影響內(nèi)部水分的順利蒸發(fā)而造成紙板在干燥部起泡。與此同時(shí),大量的蒸汽會(huì)破壞纖維間已產(chǎn)生的氫鍵結(jié)合 (較為脆弱的層間結(jié)合力)。

選擇透氣度合適的干網(wǎng)。通常第 1組干網(wǎng)透氣度在 120～150 CFM (1 CFM =16.4 cm3/min)之間,第 2組、第 3組干網(wǎng)透氣度在 350～400 CFM之間,表面施膠前的干網(wǎng)透氣度在 300～350 CFM之間,表面施膠后干網(wǎng)透氣度在 300～350 CFM之間。

3 化學(xué)品使用工藝

3.1 陽(yáng)離子淀粉

在漿料中加入陽(yáng)離子淀粉不僅有利于提高紙料中細(xì)小纖維的留著率,使纖維間的結(jié)合更緊密,從而提高各紙層間的纖維結(jié)合強(qiáng)度;而且陽(yáng)離子淀粉具有形成新鍵的能力,在帶負(fù)電荷的纖維之間起“架橋”作用,使纖維-纖維間的氫鍵結(jié)合變?yōu)槔w維-淀粉-纖維間的結(jié)合,后者比前者具有更強(qiáng)的結(jié)合力。但陽(yáng)離子淀粉對(duì)提高紙板層間結(jié)合強(qiáng)度沒(méi)有其提高所加入的當(dāng)層纖維間結(jié)合強(qiáng)度好。通常,陽(yáng)離子淀粉的用量為0.8%～1.6%,當(dāng)陽(yáng)離子淀粉達(dá)到一定用量時(shí),再增加陽(yáng)離子淀粉用量對(duì)提高強(qiáng)度沒(méi)有明顯的幫助。陽(yáng)離子淀粉對(duì)紙張縱橫方向上的強(qiáng)度提高較明顯,對(duì) z向強(qiáng)度的提高不是很明顯。以目前的各淀粉加工工藝來(lái)看,同種原料的陽(yáng)離子淀粉的價(jià)格要高于噴淋淀粉和表面施膠用的氧化淀粉價(jià)格。

在使用陽(yáng)離子淀粉時(shí),一定要注意控制好陽(yáng)離子淀粉的蒸煮質(zhì)量、輸送質(zhì)量和儲(chǔ)存質(zhì)量,避免陽(yáng)離子淀粉在未添加前受到破壞和降解,以保證陽(yáng)離子淀粉發(fā)揮最大的效用。在使用陽(yáng)離子淀粉時(shí),最重要的是要使陽(yáng)離子淀粉分子上的羥基完全釋放出來(lái),同時(shí)又要防止淀粉分子鏈被降解,淀粉分子鏈降解或相對(duì)分子質(zhì)量降低主要有以下幾點(diǎn):

(1)淀粉過(guò)煮 由于每一批淀粉的質(zhì)量有波動(dòng)(淀粉原料、取代度、變性過(guò)程的工藝控制等),要對(duì)每一批的淀粉進(jìn)行蒸煮試驗(yàn)并進(jìn)行使用跟蹤,以便及時(shí)對(duì)蒸煮程序 (稀釋、加熱、保溫等)進(jìn)行修改,以降低由于淀粉質(zhì)量的波動(dòng)對(duì)紙板質(zhì)量產(chǎn)生的影響。

(2)剪切力 由于陽(yáng)離子淀粉中的支鏈淀粉含量較高 (通常 80%),因此淀粉分子對(duì)剪切力比較敏感。攪拌時(shí),轉(zhuǎn)速不宜太高,否則淀粉分子鏈被打斷,淀粉的使用效果下降。在輸送淀粉中,不要使用離心泵,最好使用螺桿泵以保護(hù)淀粉不被剪切破壞。不要用回流來(lái)控制流量,最好用變頻控制。

(3)細(xì)菌的破壞 在 90～95℃蒸煮過(guò)程中,細(xì)菌基本不能生存。但由于淀粉是葡萄糖聚合物,當(dāng)在60℃以下儲(chǔ)存時(shí),很容易滋生細(xì)菌,因而建議根據(jù)淀粉的使用狀況,考慮定時(shí)定量地添加殺菌劑。

3.2 噴淋淀粉

噴淋淀粉最高可以使紙板層間結(jié)合強(qiáng)度提高25%,比將淀粉簡(jiǎn)單地加入紙料中起到的效果要好得多。通過(guò)調(diào)整噴淋淀粉的濃度來(lái)調(diào)整用量和效果。但也要對(duì)噴淋淀粉的種類進(jìn)行選擇,做到既有較好的黏結(jié)強(qiáng)度又能在干燥部得到較好的糊化效果。保證淀粉顆粒的充分膨脹,暴露更多的羥基。

3.3 填料使用工藝

紙張中的填料含量對(duì)紙板層間結(jié)合強(qiáng)度有較大的影響。當(dāng)碰到紙板層間結(jié)合強(qiáng)度低的情形時(shí),通常會(huì)通過(guò)減少造成離層的漿層加填量來(lái)降低填料對(duì)紙板層間結(jié)合強(qiáng)度的負(fù)面作用。

3.4 表面施膠工藝

表面施膠也是提高紙張表面強(qiáng)度和紙板層間結(jié)合強(qiáng)度和挺度的重要手段。要提高紙張表面強(qiáng)度和紙板層間結(jié)合強(qiáng)度,必須保證淀粉膠料的上膠量和滲透量以及滲透深度。通常,高濃度的膠料有利于提高紙張的表面強(qiáng)度及紙板挺度;低濃度的膠料有利于膠料的滲透從而提高紙板層間結(jié)合強(qiáng)度。筆者所在公司表面施膠機(jī)采用的是先進(jìn)的膜式施膠機(jī)。膜式施膠機(jī)在膠料膜厚度控制方面十分穩(wěn)定,通過(guò)選用不同流量溝紋型號(hào)的計(jì)量棒來(lái)增加或減小施膠膠料膜的厚度。在調(diào)整過(guò)程中,選用施膠量增加 30%的計(jì)量棒,這樣在降低膠料濃度的情況下,可保證足夠的表面施膠量。為了保證表面膠料的滲透深度,可弱化漿內(nèi)施膠,降低表面膠料濃度,使表面膠料更易滲透到層間;合理控制紙張進(jìn)入表面施膠機(jī)前的干度對(duì)表面膠料的滲透深度和滲透量也有著重要影響,一般來(lái)說(shuō),相對(duì)較低(90%～92%)的干度有利于紙張對(duì)表面膠料的吸收。

4 工藝調(diào)整后的效果

(1)質(zhì)量效果

在調(diào)整前,由于紙板層間結(jié)合強(qiáng)度低 (橫幅層間結(jié)合強(qiáng)度集中在 85～98 J/m2,大多屬于襯、芯分層,遠(yuǎn)低于 110 J/m2質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)),紙板生產(chǎn)被迫做降速調(diào)整,由 330 m/min降到 310 m/min,但整個(gè)橫幅兩個(gè)邊位襯芯結(jié)合強(qiáng)度仍達(dá)不到質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)且橫幅不穩(wěn)定。通過(guò)上述幾方面的調(diào)整后,紙板整個(gè)橫幅層間結(jié)合強(qiáng)度在 120 J/m2以上,車速由 320 m/min提高到 350 m/min,紙板產(chǎn)量增加近100 t/d。

(2)成本效果

表面膠料通過(guò)計(jì)量棒選型調(diào)整上膠量,施膠量增大 30%,膠料濃度由 10%調(diào)整到 7%,實(shí)際表面施膠量由 1 g/m2降低到 0.9 g/m2;陽(yáng)離子淀粉面層添加量由 10 kg/t增加到 12 kg/t,襯層由 15 kg/t襯漿增加到 17 kg/t襯漿。襯層助留劑 K360由 330 g/t增加到 500 g/t,PK435由 400 g/t調(diào)整到 270 g/t;將襯層的噴淋淀粉管由第一個(gè)高吸真空箱移到最后一個(gè)高吸真空箱前,以提高噴淋淀粉在紙板層間結(jié)合面的保留率。按 1000 t/d的產(chǎn)量計(jì)算,調(diào)整前后各化學(xué)品使用成本及整體運(yùn)行成本的分析分別見(jiàn)表1和表2。

表1 調(diào)整前后各化學(xué)品使用成本分析 元/t

表2 整體運(yùn)行成本分析 元/t

通過(guò)上述的工藝調(diào)整,不僅紙板質(zhì)量穩(wěn)定,產(chǎn)量也提高了 9.4%,整個(gè)紙機(jī)的運(yùn)行效率得到提升,蒸汽用量、電耗均有一定的下降。不僅解決了紙板層間結(jié)合強(qiáng)度的問(wèn)題,產(chǎn)品質(zhì)量也很穩(wěn)定,而且紙機(jī)的運(yùn)行效率也提高了,整體運(yùn)行成本降低 29.3元/t,給企業(yè)帶來(lái)了豐厚的利潤(rùn)。

5 結(jié) 語(yǔ)

影響紙張質(zhì)量的因素有很多,而且很多因素又是相互矛盾和對(duì)立的,如何將這些因素有機(jī)地完善組合起來(lái)生產(chǎn)出合格的紙板,是一門工藝管理的藝術(shù)。每個(gè)企業(yè)都有自己的原料組成、工藝特點(diǎn)和設(shè)備特色,這也就形成了每個(gè)企業(yè)不同的工藝思路和產(chǎn)品特色。因此,要根據(jù)自己的實(shí)際情況和市場(chǎng)需求生產(chǎn)出具有自身特色的產(chǎn)品,在原料配比、工藝方案和設(shè)備操作等每一個(gè)環(huán)節(jié)都要注意把握并認(rèn)真對(duì)待。

TheWays to I mprove the I nternal Bond Strength of High GrammageM ultiply Board

CHEN Xiao-chu1,＊L IXing-hua2
(1.China National Paper-industry Investment Corp.,Beijing,100070;2.Zhuhai Huafeng Paper Co.,Ltd.,Zhuhai,Guangdong Province,519050)

The internal bond strength is an important quality property ofmultiply board.It has great influence on the printing quality and PM runnability.There are many factorswhich influence the internal bond strength but all the factors have different contribution to this strength.This papermainly introduce some ways to improve the internal bond strength and at the same time lower the production cost through the furnish adjustment,chemicals application and PM operation parameters opt imization.

internal bond strength;furnish;chemicals;operation parameter

TS764

B

0254-508X(2010)12-0056-04

陳曉楚先生,碩士,工程師;主要從事紙機(jī)濕部化學(xué)品的應(yīng)用工藝、廢紙?zhí)幚?、植物纖維化學(xué)工藝及生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)管理等工作。

(＊E-mail:chenxc@hfpaper.cn)

2010-07-30(修改稿)

(責(zé)任編輯:陳麗卿)