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(jī)壓榨部與濕紙直接接觸的壓榨輥的要求，除了強(qiáng)度、耐熱性這些機(jī)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(wěn)定的剝離性。人們提出并應(yīng)用各種化學(xué)品來提高輥子表面材質(zhì)的潤濕性，如熱噴涂陶瓷和聚氨酯等橡膠材質(zhì)。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(chǎn)品的高附加值化，添加劑呈現(xiàn)多樣化，壓榨輥受膠粘物污染的趨勢越發(fā)明顯。

這種情況下，一般是使用防止污染的化學(xué)品，目的是防止紙病和斷紙。但是，在紙機(jī)高速化、造紙原料、化學(xué)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(xué)品顯得缺乏。

日本某公司為了滿足這方面的需要，開發(fā)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(fā)過程中獲得的認(rèn)識及其在紙機(jī)上的應(yīng)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(zhì)優(yōu)良的花崗巖越來越難得到。隨著紙機(jī)高速化、大型化對壓榨輥耐久性要求的提高，壓榨輥的材質(zhì)已開始轉(zhuǎn)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(shè)計時，輥子材質(zhì)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(kuò)張功Ws可以用公式（1）給出，Ws≥1時，產(chǎn)生擴(kuò)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(guān)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(shè)計中，輥子材質(zhì)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(biāo)，但是也遇到接觸角的下降能良好的化學(xué)品未必在紙機(jī)上也能提高剝離性的情況。這種現(xiàn)象是因為公式（1）中表達(dá)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(chǎn)生的接觸角的變化（前進(jìn)接觸角 后退接觸角），也就是潤濕的滯后現(xiàn)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(xué)品的主要成分、對熱噴涂陶瓷板的接觸角以及在紙機(jī)上的剝離效果。

表1 壓榨輥用化學(xué)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(xué)品，如果用于污染較嚴(yán)重的紙機(jī)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(jī)械漿配比較高的紙機(jī)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(xué)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(dāng)優(yōu)越，從而改善了剝離性。由此可知，在壓榨輥剝離劑設(shè)計過程中，膠粘物的去粘化相當(dāng)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(xué)結(jié)構(gòu)

壓榨輥剝離劑DS-800是把對熱噴涂陶瓷具有優(yōu)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(jié)合的物質(zhì)，并是一種具有“相乘”效果的產(chǎn)品。其化學(xué)結(jié)構(gòu)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(jié)合而成的復(fù)合體，也可以稱為聚離子復(fù)合體，見圖1。

圖1 壓榨輥剝離劑DS-800的化學(xué)結(jié)構(gòu)

3.2 作用機(jī)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(jù)如圖2所示的作用，可以期待壓榨輥剝離劑DS-800能夠彌補(bǔ)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(jī)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(xué)品未必能夠提高運(yùn)行中的紙機(jī)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(xué)品的剝離力下降）。

圖3 剝離性評價方法

在該試驗中，假設(shè)壓榨后的濕紙和熱噴涂陶瓷板之間，以后退接觸角為基礎(chǔ)形成了一層薄的水膜。所以，濕紙在滑動時產(chǎn)生的力代表了濕紙和熱噴涂陶瓷的最大黏結(jié)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(chǎn)品的比較結(jié)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(chǎn)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(jìn)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(guī)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(zhì)量；（3）通過與未添加化學(xué)品時的質(zhì)量比較，計算出結(jié)果。

圖5 膠粘物去粘化評價方法

膠粘物去粘化的評價結(jié)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(dú)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(wěn)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(jié)

壓榨輥剝離劑DS-800與該公司老產(chǎn)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(fù)合體，發(fā)揮了單種化學(xué)品沒有的“相乘”效果。

4 紙機(jī)上的評價

下面介紹壓榨輥剝離劑 DS-800在生產(chǎn)中檔紙的紙機(jī)上的應(yīng)用案例。該紙機(jī)已經(jīng)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(dāng)該紙機(jī)使用壓榨輥剝離劑DS-800后，取得了進(jìn)一步大幅度提高剝離點的效果，見圖8。另外，該紙機(jī)使用壓榨輥剝離劑DS-800后的長期運(yùn)轉(zhuǎn)試驗中，也未觀察到由于輥子污染產(chǎn)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(jié)束語

近年隨著新建紙機(jī)關(guān)鍵設(shè)備的技術(shù)進(jìn)步，紙機(jī)進(jìn)一步向高速化發(fā)展。隨著抄紙環(huán)境和抄紙條件的變化，污染問題也變得多樣化、復(fù)雜化。因此，要求壓榨部化學(xué)品具有維持壓榨部最佳狀態(tài)的的復(fù)合效果。

（杜偉民 編譯）