姚獻(xiàn)平，鄭麗萍

（中國(guó)造紙化學(xué)品工業(yè)協(xié)會(huì)，國(guó)家造紙化學(xué)品工程技術(shù)研究中心，杭州市化工研究院，浙江杭州 310014）

造紙化學(xué)品應(yīng)用技術(shù)及其專用裝備的研發(fā)

姚獻(xiàn)平，鄭麗萍

（中國(guó)造紙化學(xué)品工業(yè)協(xié)會(huì)，國(guó)家造紙化學(xué)品工程技術(shù)研究中心，杭州市化工研究院，浙江杭州 310014）

該文簡(jiǎn)要分析了國(guó)內(nèi)外造紙化學(xué)品應(yīng)用技術(shù)與專用裝備的現(xiàn)狀與發(fā)展，重點(diǎn)介紹了作者從事的造紙化學(xué)品濕部綜合應(yīng)用技術(shù)、層間增強(qiáng)技術(shù)、表面施膠與涂布應(yīng)用技術(shù)，及造紙淀粉連續(xù)蒸煮器和造紙化學(xué)品連續(xù)噴射混合器等專用裝備研發(fā)中的一些心得體會(huì)，并提出一些相關(guān)建議。

造紙化學(xué)品；應(yīng)用技術(shù)；淀粉連續(xù)蒸煮器；連續(xù)噴射混合器；發(fā)展趨勢(shì)；建議

0 概述

造紙化學(xué)品應(yīng)用技術(shù)與裝備涉及多門類、多學(xué)科的知識(shí)，具有極強(qiáng)的科學(xué)性和實(shí)用性，真正掌握起來難度較大。在某種意義上說，造紙化學(xué)品應(yīng)用技術(shù)與裝備比其制造技術(shù)更難、更復(fù)雜。不同的紙機(jī)，不同的紙種，不同的纖維配比，不同的化學(xué)配伍，不同的添加方法，甚至不同的水質(zhì)，其應(yīng)用效果與效益大為不同。造紙化學(xué)品應(yīng)用技術(shù)與裝備是一種以低的成本換取高效益的高新實(shí)用技術(shù)，發(fā)達(dá)國(guó)家的造紙化學(xué)品制造商非常重視，一般均有自己的產(chǎn)品應(yīng)用專家和專業(yè)實(shí)驗(yàn)室，一些大型骨干企業(yè)還有小型造紙機(jī)、涂布機(jī)等專用試驗(yàn)設(shè)備，對(duì)造紙化學(xué)品有比較全面和系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，能有效指導(dǎo)造紙企業(yè)正確用好造紙化學(xué)品。國(guó)內(nèi)目前除少數(shù)單位有一些較為簡(jiǎn)單的應(yīng)用試驗(yàn)設(shè)備外，多數(shù)造紙化學(xué)品企業(yè)缺少專門應(yīng)用技術(shù)人員及專用試驗(yàn)和測(cè)試設(shè)備，應(yīng)用技術(shù)往往只停留在單個(gè)造紙化學(xué)品的簡(jiǎn)單應(yīng)用上，或僅僅考慮本企業(yè)化學(xué)品的應(yīng)用技術(shù)，缺少系統(tǒng)全面的研究；而多數(shù)造紙企業(yè)對(duì)造紙化學(xué)品也缺少全面深入的了解，往往停留在造紙化學(xué)品企業(yè)提供的粗淺認(rèn)識(shí)上?？偟膩碚f，我國(guó)在造紙化學(xué)品應(yīng)用技術(shù)與裝備的研究比較薄弱，亟需加強(qiáng)。

造紙化學(xué)品在造紙過程中的應(yīng)用可分為濕部、層間、表面施膠和涂布等4個(gè)方面，本文將根據(jù)這4個(gè)方面，重點(diǎn)介紹一些重要的造紙化學(xué)品應(yīng)用技術(shù)與裝備。

1 造紙化學(xué)品應(yīng)用技術(shù)

1.1 濕部綜合應(yīng)用技術(shù)

造紙化學(xué)品的濕部綜合應(yīng)用技術(shù)是指在使用濕部造紙化學(xué)品時(shí)，與造紙化學(xué)品應(yīng)用技術(shù)密切相關(guān)的添加方法，各種造紙化學(xué)品（如變性淀粉、松香、明礬、PAM、AKD、增白劑、染色劑和消泡劑等）的相互協(xié)調(diào)、及紙機(jī)操作條件與工藝的相應(yīng)變化等較為復(fù)雜的相關(guān)應(yīng)用技術(shù)。紙廠只有正確掌握了造紙化學(xué)品的濕部綜合應(yīng)用技術(shù)，才能取得最佳的濕部使用效果。濕部綜合應(yīng)用技術(shù)主要包括以下內(nèi)容。

1.1.1 正確選用好濕部造紙化學(xué)品

造紙化學(xué)品品種、牌號(hào)很多，性能特征差異很大，即使是同一類產(chǎn)品也有不同的指標(biāo)和不同的應(yīng)用范圍。造紙企業(yè)應(yīng)該、也必須向造紙化學(xué)品企業(yè)詳細(xì)了解，甚至需要造紙化學(xué)品企業(yè)提供必要的技術(shù)服務(wù)支持。以造紙用變性淀粉為例：造紙用變性淀粉有數(shù)十個(gè)品種、數(shù)百個(gè)牌號(hào)，如陰離子淀粉就有氧化淀粉、羧甲基淀粉和磷酸酯淀粉等；同樣是磷酸酯淀粉，不同的取代基，不同的取代度，不同的制造工藝就有著不同的用途和效果，有的用作濕部添加的增強(qiáng)劑、助留助濾劑；有的用作表面施膠劑或涂布黏合劑；就是作為濕部增強(qiáng)劑還有不同的性能和使用范圍，針對(duì)性很強(qiáng)，千萬(wàn)不能一概而論。

紙廠選用造紙化學(xué)品時(shí)應(yīng)注意以下幾方面：

（1）認(rèn)真了解產(chǎn)品的功能特性，如屬哪一類產(chǎn)品？離子特性如何？主要物化指標(biāo)等；

（2）了解在同類紙中的應(yīng)用情況；

（3）了解生產(chǎn)廠的技術(shù)管理水平和產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定情況，建議選用信譽(yù)度好、技術(shù)能力強(qiáng)和具有知名品牌的造紙化學(xué)品企業(yè)的產(chǎn)品；

（4）雙方技術(shù)人員坦誠(chéng)交流研討，共同議定應(yīng)用方案等。

1.1.2 采取最佳的添加方法

一個(gè)好的產(chǎn)品還要有正確的應(yīng)用方法加以保證。若使用不當(dāng)，不僅難以取得好的應(yīng)用效果，反而會(huì)影響紙的抄造，如：造紙化學(xué)品溶解不完全，會(huì)影響應(yīng)用效果，甚至產(chǎn)生粘缸、粘網(wǎng)的現(xiàn)象；添加濃度過濃，會(huì)使紙漿與纖維結(jié)合不均勻，造成局部嚴(yán)重絮凝，紙頁(yè)不勻，強(qiáng)度下降。此外，添加量、添加地點(diǎn)和添加順序等都會(huì)影響應(yīng)用效果，故找到最佳添加方法很重要。

1.1.3 注意與其他化學(xué)品的相互協(xié)調(diào)作用

造紙化學(xué)品品種很多，在造紙復(fù)雜的濕部體系中各種造紙化學(xué)品都能產(chǎn)生相互協(xié)調(diào)作用。如陰離子松香膠依賴于明礬的陽(yáng)離子特性定著在纖維上而起施膠作用；填料靠助留劑來提高留著率等。下面舉中性施膠的例子來說明。

目前國(guó)內(nèi)用得最多的中性施膠劑是AKD，主要用在文化用紙、無(wú)碳復(fù)寫紙、水松原紙、照相原紙等高檔紙和特種紙中。不少紙廠已取得了許多成功的經(jīng)驗(yàn)，常見的添加工藝為：增白劑 填料 專用變性淀粉 AKD 聚丙烯酰胺（PAM） ……

在該添加工藝中，中性施膠劑AKD依賴于陽(yáng)離子淀粉與PAM組成的雙元助留體系留著在纖維上才能發(fā)揮施膠作用，填料也需要助留體系保留在紙上，而增白劑一般帶強(qiáng)陰電荷，需遠(yuǎn)離AKD添加。助留體系的好、差及濕部系統(tǒng)Zeta電位的平衡對(duì)AKD施膠起關(guān)鍵作用。對(duì)于不同的紙機(jī)條件、施膠要求及漿料配比，上述工藝還需進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，以求最佳效果。

1.1.4 重視造紙化學(xué)品應(yīng)用與造紙工藝參數(shù)協(xié)調(diào)技術(shù)

無(wú)論生產(chǎn)何種紙，紙廠都有自己相應(yīng)的制造工藝。如漿料的配比、打漿度、施膠劑的用量及紙機(jī)車速、蒸氣壓、定量、水分等，工藝參數(shù)都應(yīng)控制在一定范圍內(nèi)。然而濕部造紙化學(xué)品的應(yīng)用將會(huì)對(duì)上述工藝參數(shù)產(chǎn)生了相應(yīng)的改變。因此，要達(dá)到最佳的應(yīng)用效果，還必須對(duì)造紙工藝參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。如：

（1）助留助濾化學(xué)品在濕部應(yīng)用時(shí)往往會(huì)使紙漿的打漿度下降，而打漿度的下降意味著濾水性的改善，在紙機(jī)上可出現(xiàn)水線前移、伏輥真空度下降和成紙水分下降等現(xiàn)象。這時(shí)應(yīng)采取提高車速或降低烘缸的蒸氣壓等辦法，不僅能提高紙的產(chǎn)量，而且可以減少能耗、節(jié)約木漿纖維等。但是，應(yīng)用助留助濾化學(xué)品還應(yīng)特別注意對(duì)紙張勻度和強(qiáng)度的影響；注意調(diào)整添加量、添加濃度和添加地點(diǎn)等因素的影響等。如果使用助留、助濾劑后紙張強(qiáng)度下降，或提高不明顯時(shí)，可采用以下方法：①將添加部位往打漿方向移動(dòng)，同時(shí)降低添加濃度以保證助劑與纖維均勻接觸，避免局部過度絮凝；②在保證灰分提高的前提下，適當(dāng)降低填料的用量；③選用同時(shí)具有增強(qiáng)、助留功效的助劑。

（2）使用增強(qiáng)類造紙化學(xué)品后，抗張、耐破和耐折等強(qiáng)度指標(biāo)明顯提高，但有時(shí)會(huì)出現(xiàn)撕裂度下降的現(xiàn)象。這是因?yàn)榧垙埖牧褦嚅L(zhǎng)、耐破度和耐折度主要依賴于纖維的結(jié)合力，其次是纖維的平均長(zhǎng)度。增強(qiáng)類化學(xué)品的加入增加了纖維間的結(jié)合力，因而能明顯改善裂斷長(zhǎng)、耐破度和耐折度等紙張物理性能指標(biāo)。而撕裂度則不同，影響撕裂度的主要是纖維平均長(zhǎng)度，其次才是纖維結(jié)合力和纖維強(qiáng)度。增強(qiáng)類化學(xué)品的應(yīng)用，在提高強(qiáng)度的同時(shí)，往往還會(huì)提高細(xì)小纖維與填料的留著，使纖維的平均長(zhǎng)度下降，并致使撕裂度下降?？梢栽谄渌麖?qiáng)度指標(biāo)明顯提高的前提下，通過縮短打漿時(shí)間來保證撕裂度指標(biāo)，且縮短打漿時(shí)間不僅可以提高撕裂度、節(jié)約用電，還可以減少細(xì)小纖維的含量。

同時(shí)，在紙張強(qiáng)度明顯提高后，還可通過增加草類纖維或二次纖維的配比，以減少木漿用量來降低造紙成本。國(guó)內(nèi)不少紙廠已取得許多成功的經(jīng)驗(yàn)。

1.1.5 綜合經(jīng)濟(jì)技術(shù)評(píng)價(jià)

造紙化學(xué)品的應(yīng)用過程還要進(jìn)行認(rèn)真的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，如：留著率分析，質(zhì)量效益分析，節(jié)能降耗分析和環(huán)保影響分析等，力求取得最佳的應(yīng)用效果與效益，并通過分析進(jìn)一步改進(jìn)和完善添加工藝。造紙化學(xué)品濕部綜合應(yīng)用技術(shù)是一種以低的成本換取高效益的技術(shù)，值得我們?nèi)ゲ粩嗵剿骱桶l(fā)現(xiàn)。

1.2 層間增強(qiáng)技術(shù)

層間增強(qiáng)化學(xué)品主要為層間噴霧淀粉，是20世紀(jì)70年代初才發(fā)展起來的，但用量增加速度很快，約為造紙淀粉總用量的5%。

噴霧淀粉最初是為提高紙板的層間結(jié)合力而開發(fā)的。近年來發(fā)展特別迅速，在應(yīng)用紙種上已不再局限于紙板，開始擴(kuò)大到厚紙中；在應(yīng)用目的上已不再局限于提高層間結(jié)合力，還廣泛用來提高挺度、環(huán)壓強(qiáng)度及表面強(qiáng)度。應(yīng)用結(jié)果證明，紙張強(qiáng)度的提高幅度明顯地取決于添加淀粉的方法。采用噴霧淀粉及其應(yīng)用技術(shù)是提高紙板、厚紙的挺度、環(huán)壓強(qiáng)度和層間結(jié)合強(qiáng)度的最有效方法。

與濕部添加技術(shù)對(duì)比，淀粉噴霧雖不具備對(duì)細(xì)小纖維與填料的助留、助濾作用，但其增強(qiáng)效果絕不亞于漿內(nèi)添加，尤其對(duì)于雜離子含量較高的紙漿（如磨木漿、廢紙漿和草漿等），其增強(qiáng)效果明顯優(yōu)于濕部添加，且噴霧淀粉比漿內(nèi)添加淀粉有更高的留著率；與表面施膠比較，雖在改善紙和紙板表面性能等方面不及表面施膠，但在提高紙張內(nèi)結(jié)合力方面，卻優(yōu)于表面施膠；而且它不需要施膠壓榨后的干燥工段，這對(duì)于沒有施膠壓榨的紙機(jī)尤其適用。在提高紙板和厚紙挺度、環(huán)壓強(qiáng)度和層間結(jié)合強(qiáng)度方面，淀粉噴霧技術(shù)更是一種行之有效的方法，是濕部添加與表面施膠所無(wú)法達(dá)到的。當(dāng)然，如果將濕部添加、淀粉噴霧以及表面施膠等結(jié)合起來，互相取長(zhǎng)補(bǔ)短，就能取得更理想的效果，這也是目前造紙發(fā)達(dá)國(guó)家常用的技術(shù)。

1.2.1 應(yīng)用機(jī)理及性能要求

噴霧淀粉的應(yīng)用機(jī)理是：當(dāng)紙和紙板在紙機(jī)濕部成形時(shí)，把淀粉顆粒分散在水中形成一種懸浮漿狀物噴在厚紙或紙板上，淀粉顆粒被纖維構(gòu)成的紙頁(yè)裹住，隨后在烘缸處獲得熱量而膠凝化，這個(gè)噴霧系統(tǒng)的建立可使淀粉在紙頁(yè)的整個(gè)厚度上均勻分布，或者根據(jù)需要限定大部分淀粉分布在紙頁(yè)的一側(cè)，或者噴霧在多層紙板的層間復(fù)合處，起層間增強(qiáng)作用。

噴霧淀粉與濕部淀粉在性能和應(yīng)用方法上有許多不同之處，見表1。

表1 濕部淀粉與噴霧淀粉的區(qū)別

正是由于噴霧淀粉特殊的應(yīng)用方法與作用機(jī)理，噴霧淀粉必須具備以下條件：

（1）與纖維有良好的黏結(jié)性能；

（2）有較高的首程留著率，尤其在損紙回用時(shí)不會(huì)對(duì)增強(qiáng)、助留及抄紙產(chǎn)生負(fù)效應(yīng)；

（3）有較低的膠化溫度，使其隨紙頁(yè)經(jīng)過烘缸時(shí)能及時(shí)、迅速糊化并起作用；

（4）有較低的黏度和較高的黏結(jié)強(qiáng)度；

（5）粒度小，經(jīng)噴霧系統(tǒng)能產(chǎn)生良好的霧狀，均勻分布于紙頁(yè)上，顆粒不堵塞噴嘴。

1.2.2 噴霧工藝技術(shù)

噴霧淀粉的應(yīng)用工藝視紙板種類和紙機(jī)條件的不同而不同，其基本工藝如下：

噴霧淀粉先用冷水在攪拌下調(diào)成一定濃度的懸浮液。懸浮液經(jīng)過120目篩過濾后經(jīng)過增壓計(jì)量泵（使產(chǎn)生一定的壓力）和噴霧裝置，噴霧到紙板上。淀粉液的濃度、噴霧流量及紙機(jī)車速?zèng)Q定噴霧淀粉的添加量，不同的質(zhì)量要求和紙機(jī)條件，可選擇不同的添加量，不同的噴霧點(diǎn)、噴霧壓力、噴霧狀態(tài)和噴霧距離等均會(huì)影響應(yīng)用效果，而這些正是應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)。經(jīng)過努力，我國(guó)已對(duì)不同紙種（如白紙板、牛皮箱板紙、白卡紙和瓦楞紙）、不同的紙機(jī)（長(zhǎng)網(wǎng)、長(zhǎng)圓網(wǎng)和多圓網(wǎng)）、不同的質(zhì)量要求（層間結(jié)合力、表面強(qiáng)度和挺度等）取得了許多成功的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。

應(yīng)該注意的是：若肉眼看到水滴、紙張出現(xiàn)條紋，烘干部紙張水分、溫度與使用前相比出現(xiàn)較大的波動(dòng)，均可能是霧化不好所造成的。霧化的好壞直接影響到使用效果，因此控制霧化十分關(guān)鍵。糊化也很重要，在使用前要測(cè)量一下各烘缸部紙頁(yè)的水分和溫度，估計(jì)一下淀粉的糊化部位，一旦出現(xiàn)難以糊化的現(xiàn)象時(shí)，可調(diào)節(jié)各烘缸的溫度。另外，有的紙機(jī)由于烘干情況不夠好，淀粉也可事先溫水膨脹后噴霧。

1.2.2.1 噴霧方法

一般采用低壓-無(wú)空氣法，它是通過壓力控制來達(dá)到均勻噴霧的目的。壓力控制在196～392 kPa之間（一般為294 kPa）。若低于196 kPa，則霧化差；若高于392 kPa，則會(huì)破壞紙的成形。

噴嘴可以是圓的，也可以是扁的。噴嘴直徑一般在1～1.5 mm之間，體積流量為0.8～1.2 L/min。一般長(zhǎng)網(wǎng)紙機(jī)可選用圓噴嘴，圓網(wǎng)紙機(jī)的層間噴霧用扁平的噴嘴，但這并不是絕對(duì)的。噴嘴間的排列間距為120～160 mm，噴嘴與網(wǎng)之間的距離視噴霧覆蓋紙面狀況而定，通常為250 mm左右。為使霧點(diǎn)在紙面上均勻分布，一般要求多元交叉覆蓋（圖1）。為了減少霧化淀粉的損失及保持噴霧均勻，可以適當(dāng)調(diào)節(jié)噴嘴及噴管的角度。

圖1 淀粉霧液覆蓋圖

1.2.2.2 噴霧地點(diǎn)

淀粉的噴霧點(diǎn)隨紙機(jī)的條件及應(yīng)用目的不同而不一樣，對(duì)于長(zhǎng)網(wǎng)紙機(jī)、圓網(wǎng)紙機(jī)以及長(zhǎng)、圓網(wǎng)聯(lián)合紙機(jī)，典型的添加地點(diǎn)如圖2。對(duì)于長(zhǎng)網(wǎng)紙機(jī)，由于噴霧的物質(zhì)基本上是一種未蒸煮的淀粉漿，其留著機(jī)理是淀粉顆粒的過濾，所以噴霧位置很重要，若噴管靠近水線，則絕大部分淀粉分布在紙的表面，這對(duì)提高表面性能十分有效。若噴管向網(wǎng)前箱方向移動(dòng)，則淀粉在紙頁(yè)Z方向均勻分布，這對(duì)改善紙頁(yè)纖維黏合、提高耐破度和抗張力等物理指標(biāo)很有效。但不能離開水線太遠(yuǎn)或超出水線，否則會(huì)影響實(shí)際應(yīng)用效果。因此使用時(shí)應(yīng)進(jìn)行有關(guān)試驗(yàn)，以確定最佳位置。對(duì)于長(zhǎng)、圓網(wǎng)聯(lián)合紙機(jī)或圓網(wǎng)紙機(jī)，一般將淀粉噴霧到2層紙間的復(fù)合處。

圖2 噴霧淀粉在不同紙機(jī)上的應(yīng)用示意圖

1.2.2.3 噴霧量

淀粉噴霧量的多少是根據(jù)實(shí)際需要確定的，在紙機(jī)條件一定時(shí)，一般通過淀粉漿濃度來進(jìn)行調(diào)整。淀粉漿的濃度一般控制在1%～10%之間；作為層間增強(qiáng)時(shí)，用量可以低一些（漿濃度約2%左右）；若作為提高內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度或表面強(qiáng)度時(shí)，用量適當(dāng)高一些，若提高挺度，漿濃度應(yīng)高一些。

1.3 表面施膠技術(shù)

表面施膠和涂布都是將化學(xué)品作用在紙的表面上，但二者間存在著許多的不同，其中最基本的區(qū)別是：

（1）表面施膠通常只用膠粘劑，而涂布則既用膠粘劑又用顏料等；

（2）表面施膠的膠料通常是被壓榨到紙頁(yè)內(nèi)的，而涂布的顏料則只涂布紙的表面；

（3）表面施膠與涂布之間存在明顯的半成品關(guān)系，可以說，涂布是在施膠壓榨的半成品上進(jìn)行的。

值得一提的是，現(xiàn)代的造紙技術(shù)已逐漸模糊了表面施膠與涂布的概念，在一些輕涂紙中，已消除了半成品關(guān)系，二者幾乎是同時(shí)完成的，在薄膜施膠體系中，這一點(diǎn)尤為明顯。

所謂表面施膠，就是把施膠劑加到紙的表面，使纖維與紙?bào)w黏結(jié)，并在紙面上附著一層近乎連續(xù)的薄膜的方法。變性淀粉是造紙工業(yè)表面施膠用量最大的化學(xué)品，主要是因?yàn)槠滟Y源豐富、價(jià)格便宜、性能優(yōu)異且可再生。其他的表面施膠劑包括羧甲基纖維素（CMC）、聚乙烯醇（PVA）等一些高分子聚合物，但占很少的比例。

表面施膠主要是為了增加紙頁(yè)的表面強(qiáng)度，并獲得良好的印刷適性，此外還能提高耐破度、耐折度、抗張力和環(huán)壓強(qiáng)度等紙張物理強(qiáng)度指標(biāo)，有些表面施膠劑還能賦予紙張抗堿抗酸等特性。

表面施膠技術(shù)主要有以下幾方面。

1.3.1 表面施膠劑的選用

適用于表面施膠的淀粉主要有：熱或熱化學(xué)轉(zhuǎn)化淀粉、酸改性淀粉、氧化淀粉、酶轉(zhuǎn)化淀粉、乙酰化淀粉、羥烷基（丙基或乙基）淀粉、陰離子型雙變性淀粉、陽(yáng)離子淀粉和辛烯基丁二酸酯淀粉等。

由于表面施膠淀粉用量大，我國(guó)多數(shù)造紙企業(yè)采用價(jià)格便宜的變性淀粉，如氧化淀粉等。

近年來，隨著數(shù)碼用紙的發(fā)展等，高留著綠色表面施膠淀粉正逐漸成為數(shù)碼打印紙及其他高檔辦公用紙必須采用的產(chǎn)品。

使用高留著綠色表面施膠淀粉的另一重要原因是環(huán)保的需要。氧化淀粉與纖維親合性差，當(dāng)表面施膠過的紙回用時(shí)，其淀粉的留著率不到50%，即每噸紙若用60 kg氧化淀粉進(jìn)行表面施膠，回抄時(shí)，就有30 kg這種淀粉進(jìn)入了白水系統(tǒng)，造成白水濃度升高。由于環(huán)保的要求，在歐洲，目前已有75%的改性淀粉屬于高留著綠色表面施膠淀粉。目前杭州市化工研究院成果產(chǎn)業(yè)化基地杭州紙友科技有限公司已開發(fā)成功HCS系列高留著綠色表面施膠淀粉，并已在包括多家外資企業(yè)在內(nèi)的若干紙廠成功應(yīng)用。

高留著型表面施膠淀粉與普通表面施膠淀粉對(duì)比有著明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，主要有：

（1）可減少至少15%的施膠淀粉濃度，進(jìn)而可以減少紙機(jī)蒸氣使用量；

（2）可明顯增加表面強(qiáng)度，若在保持原有強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，則可增加填料比例2%～4%，進(jìn)而降低造紙成本；

（3）能明顯改善紙機(jī)運(yùn)行性能，減少紙機(jī)斷頭；

（4）能明顯改善留著，高留著表面施膠淀粉在再制漿時(shí)90%以上保留在纖維上，并起到助留作用，可減少助留劑用量20%～30%，減少施膠劑用量10%；

（5）能明顯改善白水循環(huán)系統(tǒng)，減少抄紙用水量；

（6）可明顯降低造紙白水污染負(fù)荷（BOD減少50%以上）；

（7）改善印刷適性，使色彩更鮮艷，使色彩密度更高，還可以減少糊版現(xiàn)象；

（8）綜合經(jīng)濟(jì)成本低，在高檔文化用紙中尤為適用。

1.3.2 表面施膠裝置的選用

表面施膠裝置主要有施膠壓榨、門輥施膠和薄膜施膠等3種。門輥施膠和薄膜施膠是近年來新發(fā)展起來的。

1.3.2.1 施膠壓榨

施膠壓榨屬較為傳統(tǒng)的施膠裝置，有豎式、斜式和臥式等多種形式。其作用原理是紙幅在進(jìn)入壓輥間壓區(qū)之前先通過一膠料塘，借此施膠劑被施加到紙的表面，然后紙幅通過壓輥，使膠料壓入紙內(nèi)，并從紙面除去過量的膠料。往往普通文化用紙及中低檔紙機(jī)選用施膠壓榨裝置。

影響施膠壓榨的主要因素有：

（1）原紙的施膠度。施膠度低的紙吸收膠液的量大，但當(dāng)達(dá)到一定的施膠度后，對(duì)膠液的吸收影響已不太明顯；而中性紙則不一樣，由于中性紙施膠度的滯后現(xiàn)象，在一定的車速下，紙的定量增加，往往會(huì)吸取更多的膠液；

（2）紙機(jī)車速。紙機(jī)車速?gòu)?00 m/min到大約300 m/min之間，膠液的吸取量大大增加，但車速增加到650 m/min后，膠液的吸取量沒有明顯變化；

（3）紙的定量對(duì)膠液吸取量的影響。對(duì)于松香施膠的各種定量紙，在一定車速范圍內(nèi)，紙的定量和車速對(duì)淀粉的吸取量幾乎沒有任何影響；

（4）紙的其他性能對(duì)膠液吸取量的影響。紙表面越光滑，淀粉的吸取量越低，透氣度越高，膠液的吸取量越高。在黏度范圍內(nèi)，通過提高淀粉含固量，可以增加淀粉的吸取量，對(duì)于掛面紙板，提高淀粉的吸取量，可以提高紙板環(huán)壓強(qiáng)度。

1.3.2.2 門輥式表面施膠

門輥式表面施膠帶有一個(gè)不與紙頁(yè)接觸的偏置料池，該偏置料池向計(jì)量壓區(qū)輸送膠料，并控制進(jìn)入第二壓區(qū)的膠料量，門輥施膠裝置可以使用較高濃度的淀粉溶液，通過“轉(zhuǎn)涂”的方式使淀粉膠液黏附在紙張表面。門輥式表面施膠裝置適用于弱施膠紙。

1.3.2.3 薄膜施膠

薄膜施膠采用計(jì)量棒，能對(duì)表面施膠量加以控制，通過改變計(jì)量棒壓力即能對(duì)上膠量輕易進(jìn)行調(diào)整，這一特點(diǎn)使得人們能控制吸取量和含固量這2個(gè)獨(dú)立變量。薄膜施膠特別適合高速紙機(jī)的應(yīng)用。

1.3.3 表面施膠中化學(xué)品的共用技術(shù)

通常的表面施膠，一般只用變性淀粉，為了適應(yīng)不同紙張性能的需要，現(xiàn)在表面施膠中已越來越多地采用共用技術(shù)，如：

（1）欲提高紙張的抗水性，可以將淀粉與脲醛樹脂UF、中性施膠劑AKD、ASA和分散松香膠等提高抗水性的化學(xué)品共用施膠，效果相當(dāng)明顯，這種方法往往用于高抗水性紙張中；

（2）欲提高紙張的抗油性，可以將淀粉與含氟抗油樹脂、PVA等共用，提高抗油性，抗油紙更多地被使用到食品包裝用紙中；

（3）欲提高耐熱性能，可以將淀粉與苯乙烯-馬來酸酐共聚物等一些耐熱化學(xué)品共用；

（4）欲提高表面強(qiáng)度，可以將淀粉與丙烯酸-馬來酸酐共聚物等一些高分子聚合物共用，這在文化用紙中相當(dāng)普遍；

（5）其他如提高白度、不透明度和平滑度等，可以在淀粉膠中加入增白劑、填料等原料。

共用表面施膠技術(shù)發(fā)展很快，彩色噴墨化學(xué)品就是一個(gè)多種化學(xué)品共用的組合配方，通過薄膜施膠，就可實(shí)現(xiàn)彩色噴墨打印紙制造的目標(biāo)。

表面施膠是一套復(fù)雜的造紙技術(shù)，內(nèi)容極其豐富，這里只能擇主要而介紹。

1.4 涂布技術(shù)

由于涂布紙的需要及生產(chǎn)涂布紙機(jī)的多樣性，涂布是造紙行業(yè)的一項(xiàng)重要技術(shù)。這不僅是因?yàn)橥坎蓟瘜W(xué)品品種多、配方復(fù)雜，還因?yàn)橥坎脊に嚰夹g(shù)要求高。

涂布化學(xué)品主要有顏料、膠粘劑和其他化學(xué)品三大類。

（1）顏料：主要有高嶺土、瓷土、緞白、碳酸鈣和二氧化鈦等。其中，高嶺土和瓷土是最常用的顏料。顏料的物化指標(biāo)，如顆粒直徑、白度和晶體形狀等對(duì)涂布配方有較大的影響；

（2）黏合劑：主要有合成膠乳（SB、SA和PVA等）、變性淀粉、干酪素和豆蛋白等。一般用于表面施膠的淀粉通常也可以用于涂布，但黏度要求更低，穩(wěn)定性要求更好。由于合成膠乳價(jià)高且存在氣味重、難以生物降解等環(huán)保問題，近年來杭州紙友科技成功開發(fā)了可完全生物降解且性能優(yōu)異的生物膠乳，能替代2～3份合成膠乳，可較大幅度地降低成本和環(huán)境污染，已在多家大型紙廠成功應(yīng)用。

（3）功能性添加劑：主要有涂布分散劑、抗水劑、潤(rùn)滑劑、防腐劑和消泡劑等，限于篇幅不再一一介紹。

2 一些重要的應(yīng)用裝備

2.1 淀粉連續(xù)蒸煮器

淀粉連續(xù)式蒸煮器是變性淀粉的重大應(yīng)用裝備。由于變性淀粉應(yīng)用時(shí)必須經(jīng)過加熱糊化、稀釋、計(jì)量和添加等工藝，目前我國(guó)大多數(shù)造紙企業(yè)仍然采用傳統(tǒng)的間歇式蒸煮器為主。間歇式淀粉蒸煮存在能力小、耗能高、勞動(dòng)強(qiáng)度大，蒸煮條件不易控制，淀粉容易團(tuán)聚，黏度容易產(chǎn)生波動(dòng)，淀粉糊化效率低，糊液分散性能和應(yīng)用性能受到影響等缺點(diǎn)。尤為突出的是，傳統(tǒng)的間歇式蒸煮系統(tǒng)蒸煮時(shí)間長(zhǎng)（一般每蒸煮1鍋淀粉糊液需要1～2 h），日處理能力低（1～10 t），已經(jīng)不能夠適應(yīng)大型紙機(jī)連續(xù)化、大劑量的使用需求（目前國(guó)內(nèi)引進(jìn)的高速紙機(jī)車速已經(jīng)達(dá)到1 500～2 000 m/min，日用淀粉蒸煮需求量在40～60 t）。隨著紙廠技術(shù)裝備水平的快速提升，紙廠單機(jī)產(chǎn)量和運(yùn)行效率大幅提高。以前國(guó)內(nèi)沒有生產(chǎn)變性淀粉連續(xù)式蒸煮設(shè)備的專業(yè)廠家，造紙企業(yè)不得不花費(fèi)上百萬(wàn)元的資金用來進(jìn)口淀粉連蒸設(shè)備。近年來，杭州紙友科技已成功開發(fā)該設(shè)備，累計(jì)已提供數(shù)十家紙廠應(yīng)用日蒸煮淀粉能力為5～60 t的各種型號(hào)淀粉連續(xù)蒸煮設(shè)備。

2.1.1 淀粉連續(xù)蒸煮技術(shù)與傳統(tǒng)間歇式蒸煮技術(shù)比較

2.1.1.1 技術(shù)特征比較

表2比較了間歇式蒸煮與連續(xù)式蒸煮的技術(shù)特征（淀粉蒸煮條件：1 000 kg/h，25%蒸煮濃度）。

表2 間歇式蒸煮與連續(xù)式蒸煮技術(shù)特征比較

圖3為杭州紙友科技有限公司開發(fā)的不同類型淀粉連續(xù)蒸煮器。

圖3 杭州紙友科技有限公司開發(fā)的不同類型淀粉連續(xù)蒸煮器

2.1.1.2 蒸煮效果比較

圖4比較了顯微鏡下觀察間歇式蒸煮和連續(xù)式蒸煮淀粉糊液的糊化效果。

通過顯微鏡下觀察淀粉糊液的糊化效果，可以明顯地發(fā)現(xiàn)連續(xù)式蒸煮淀粉糊化更加完全。

圖4 顯微鏡下觀察間歇式蒸煮和連續(xù)式蒸煮淀粉糊液的糊化效果

造紙用淀粉連續(xù)蒸煮技術(shù)是一門應(yīng)用性很強(qiáng)的科學(xué)技術(shù)。一方面它將為變性淀粉企業(yè)提供更好的發(fā)展條件；更重要的是，它將顯著提升造紙企業(yè)化學(xué)品應(yīng)用裝備的現(xiàn)代化水平，提高濕部、表面和涂布淀粉的應(yīng)用效果，降低綜合運(yùn)行成本，改善紙機(jī)運(yùn)行效率等。由于淀粉連蒸器的發(fā)明和推廣普及，現(xiàn)代化的大中型紙廠紛紛將淀粉的糊化和添加工藝和設(shè)備與紙機(jī)的設(shè)計(jì)同時(shí)考慮，使淀粉的應(yīng)用變得更為簡(jiǎn)單、實(shí)用，且可自動(dòng)控制，這是一項(xiàng)值得大力發(fā)展和推廣的新技術(shù)。

2.2 造紙化學(xué)品噴射混合裝置

濕部造紙化學(xué)品噴射混合技術(shù)最早在芬蘭等發(fā)達(dá)國(guó)家得到應(yīng)用。近年來，國(guó)內(nèi)少數(shù)大型紙機(jī)也引進(jìn)了該技術(shù)，這些紙機(jī)在使用了這套技術(shù)以后，紙機(jī)濕部的關(guān)鍵的工藝指標(biāo)，如首程留著率、成紙灰分含量、白水封閉循環(huán)水平和化學(xué)品平均耗用量等都明顯好于未采用該技術(shù)的企業(yè)。但是，由于該進(jìn)口設(shè)備售價(jià)高、技術(shù)保密等原因，國(guó)內(nèi)還很少有造紙企業(yè)能夠應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)。

傳統(tǒng)的化學(xué)品添加方式是將化學(xué)品添加在造紙流程的混合池、成漿池（流漿箱前10～30 min）等不同部位，絕大多數(shù)的造紙化學(xué)品，如淀粉、填料、ASA（或 AKD），干、濕增強(qiáng)劑，固著劑、松香、染料和燒堿等都在這些位置加入。少數(shù)的造紙化學(xué)品在沖漿泵進(jìn)口或出口（流漿箱唇板前15～30 s）位置加入，這些化學(xué)品包括染料、消泡劑、填料、膨潤(rùn)土、助留劑聚合物和施膠劑等。這些添加方式都選擇在壓力篩之前加入，其目的是希望利用壓力篩的強(qiáng)制混合作用提高化學(xué)品的混合效率。這種混合方式通常需要30 s到30 min的時(shí)間，并普遍存在混合不均勻、用量大等問題。

同時(shí)，如果造紙化學(xué)品加入點(diǎn)離流漿箱太遠(yuǎn)，漿料中的干擾膠體物質(zhì)對(duì)造紙化學(xué)品的破壞作用就越大。例如，新鮮的高白填料會(huì)“變臟”，紙張的白度就會(huì)下降；造紙化學(xué)品到達(dá)干紙頁(yè)的單程留著率會(huì)低于50%，另外50%則重新進(jìn)入循環(huán)回路。造紙化學(xué)品再循環(huán)次數(shù)增加，將使網(wǎng)部白水系統(tǒng)復(fù)雜化，化學(xué)反應(yīng)和濕部表面化學(xué)反應(yīng)的不確定性增加。當(dāng)這種情況達(dá)到或超過系統(tǒng)的不平衡點(diǎn)時(shí)，系統(tǒng)的潔凈度將明顯降低，沉積物將迅速積聚，導(dǎo)致斷紙、糊網(wǎng)等抄造障礙。這種情況下，整個(gè)白水循環(huán)系統(tǒng)的白水將不得不排入污水治理系統(tǒng)，重新使用新鮮的清水。

造紙化學(xué)品噴射混合技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)這一目的。它的基本原理是從漿料主管路中抽出一部分漿料，通過增壓泵加壓后，重新以射流狀態(tài)回到漿料主管路中，在射流形成后的短暫瞬間，造紙化學(xué)品與該股流體完成混合稀釋并形成新的渦流流體。

2.2.1 噴射混合器基本結(jié)構(gòu)

圖5為標(biāo)準(zhǔn)噴射反應(yīng)器的示意圖。

如圖5所示，具有一定壓力的工作流體經(jīng)噴嘴高速噴出，在噴嘴周圍形成局部負(fù)壓，從而將第2股流體吸入接受室內(nèi)，然后2股流體在混合室內(nèi)充分混合，最后混合物通過擴(kuò)散室噴出。

圖5 噴射混合器基本結(jié)構(gòu)

2.2.2 噴射混合工藝流程

這種技術(shù)目前已經(jīng)在國(guó)際上大型現(xiàn)代化紙機(jī)上得到了應(yīng)用，并顯示出明顯的技術(shù)優(yōu)越性。

2.2.3 噴射混合裝置的主要技術(shù)指標(biāo)

（1）噴射流與化學(xué)品流接觸時(shí)間：0.1～0.5 s；

（2）化學(xué)品形成均勻分散面所需時(shí)間：2～5 s；

（3）管路橫截面平均混合偏差值：小于15%；

（4）化學(xué)品添加的量程范圍：0.5～3 L/s。

圖6比較了噴射混合器與傳統(tǒng)混合裝置的應(yīng)用效果。

圖6 噴射混合器與傳統(tǒng)混合裝置的應(yīng)用效果比較

3 建議

近年來，造紙化學(xué)品已在我國(guó)造紙行業(yè)中逐步推廣開來，并取得了許多成功的經(jīng)驗(yàn)，但我國(guó)造紙化學(xué)品的開發(fā)與應(yīng)用研究總體水平還較低，尤其是造紙化學(xué)品應(yīng)用技術(shù)與裝備的研發(fā)與發(fā)達(dá)國(guó)家比較差距還比較明顯，迫切需要大力加強(qiáng)。目前，相信我國(guó)多數(shù)造紙企業(yè)已經(jīng)成功應(yīng)用造紙化學(xué)品，但并不一定已找到最佳的工藝參數(shù)與方法，還有待進(jìn)一步探索和提高。造紙化學(xué)品的開發(fā)和應(yīng)用都是無(wú)止境的，只有使研制與應(yīng)用緊密地結(jié)合起來，才能開發(fā)出受造紙行業(yè)所歡迎的產(chǎn)品，也才會(huì)給造紙行業(yè)帶來經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益。建議我國(guó)造紙化學(xué)品開發(fā)與應(yīng)用單位更緊密地結(jié)合，進(jìn)一步加強(qiáng)造紙化學(xué)品應(yīng)用技術(shù)與專用裝備的研究與開發(fā)，提升我國(guó)造紙化學(xué)品開發(fā)與應(yīng)用的水平。

Application Technology of Paper Chemicals and Its Special Equipment

YAO Xian-ping，ZHENG Li-ping
（China Paper Chemicals Industry Association，National ENG&TECH Center for Paper Chemicals，Hangzhou Research Institute of Chemical Technology，Hangzhou 310014，China）

The paper briefly analyzes the status and development of paper chemicals application technology and special equipment.The author especially focuses on the wet end chemical integrated application technology，bonding strength enhancement technology，surface sizing and coating application technology and experiences on special equipments development， such as starch continuous digester， paper chemicals continuous jet mixer and so on.Some suggestions are also given in this paper.

paper chemicals； application technology； starch continuous digester； continuous jet mixer； development trends；suggestions

TS73

A

1007-2225（2012）01-0001-09

2011-12-14

姚獻(xiàn)平先生（1950-），教授級(jí)高工，享受國(guó)務(wù)院特殊津貼；中國(guó)造紙化學(xué)品工業(yè)協(xié)會(huì)理事長(zhǎng)；國(guó)家造紙化學(xué)品工程技術(shù)研究中心主任；中國(guó)石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會(huì)理事；浙江省特級(jí)專家，十一屆全國(guó)人大代表；杭州市化工研究院院長(zhǎng)；多年來一直從事造紙化學(xué)品的研究開發(fā)工作，取得包括國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)在內(nèi)的科技成果20余項(xiàng)次；電話：0571-88319461。

鄭麗萍女士，教授級(jí)高工，國(guó)務(wù)院特殊津貼獲得者；全國(guó)“三八”紅旗手，國(guó)家造紙化學(xué)品工程技術(shù)研究中心副主任，中國(guó)造紙學(xué)會(huì)首屆優(yōu)秀青年科技工作者，杭州市女企業(yè)家副會(huì)長(zhǎng)，杭州市杰出人才，杭州市八、九屆政協(xié)委員；杭州紙友科技公司總經(jīng)理；多年來一直從事變性淀粉的研究開發(fā)工作；電話：0571-86913668。

本文文獻(xiàn)格式：姚獻(xiàn)平，鄭麗萍.造紙化學(xué)品應(yīng)用技術(shù)及其專用裝備的研發(fā)[J].造紙化學(xué)品，2012，24（1）∶1-9.