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        增強(qiáng)劑工藝提高獲利能力

        2014-02-21 11:42:29VladimirGrigorievMikkokinenRobertoZulian凱米拉公司
        生活用紙 2014年18期
        關(guān)鍵詞:紙頁紙巾丙烯酰胺

        Vladimir Grigoriev, Mikko M?kinen, Roberto Zulian 凱米拉公司

        增強(qiáng)劑工藝提高獲利能力

        Strength Technologies Improve Proftability

        Vladimir Grigoriev, Mikko M?kinen, Roberto Zulian 凱米拉公司

        本文回顧了紙頁增強(qiáng)劑的新發(fā)展,并通過行業(yè)案例分析論述了凱米拉(Kemira)公司增強(qiáng)劑帶來的經(jīng)濟(jì)效益。

        生活用紙市場是造紙行業(yè)發(fā)展最快的領(lǐng)域之一,從全球來看,2000—2007年,生活用紙的年均增長率為3.6%,而印刷和書寫紙只有1.8%。國內(nèi)生產(chǎn)總值(GDP)的增長和人民生活水平的提高推動了生活用紙產(chǎn)量的增長。近來的經(jīng)濟(jì)蕭條使生活用紙的增長速度有所減緩,但是,由于新興市場持續(xù)增長,生活用紙行業(yè)的前景仍是光明的。不過在目前環(huán)境下,因?yàn)槔w維和能源成本持續(xù)增加,環(huán)保條例日益完善以及消費(fèi)者對產(chǎn)品的性價比要求越來越高,所以生活用紙行業(yè)必須找到保持盈利的辦法。

        能區(qū)分生活用紙產(chǎn)品的一個性能指標(biāo)是紙頁的強(qiáng)度,為了獲得紙頁強(qiáng)度,通常要付出很高的代價。干、濕強(qiáng)度之間盡量平衡是獲得目標(biāo)干、濕抗張強(qiáng)度,又對紙頁柔軟度和吸收能力不產(chǎn)生負(fù)面影響的關(guān)鍵。

        為了獲得紙頁強(qiáng)度,造紙企業(yè)使用了眾多方法,其中選擇纖維種類以及對它們進(jìn)行機(jī)械處理(如精漿)是最常見的。原生漿,尤其是針葉木硫酸鹽漿生產(chǎn)的紙頁最強(qiáng)韌,但是這種漿較貴。由于原生漿價格高以及環(huán)境壓力,生活用紙行業(yè)已轉(zhuǎn)向大量使用較便宜的廢紙漿,而用廢紙漿生產(chǎn)的紙頁強(qiáng)度不高。另外,在最近十多年里,廢紙漿的質(zhì)量下降和可用量急劇減少,這對生活用紙行業(yè)來說又是一個巨大的挑戰(zhàn)。

        流漿箱里漿料濃度或濕壓榨等生產(chǎn)要素都能對提高紙頁強(qiáng)度產(chǎn)生有利的影響,但又會妨礙達(dá)到其他指標(biāo),例如生產(chǎn)效率或紙頁松厚度等。如果原料或生產(chǎn)條件受到限制,使用化學(xué)品來控制強(qiáng)度通常是一種靈活和有經(jīng)濟(jì)成效的手段。市場上有多種增強(qiáng)劑,本文簡要介紹了這些增強(qiáng)劑的化學(xué)特性,特別關(guān)注的是丙烯酰胺基聚合物。紙廠試用結(jié)果充分表明了它們給生活用紙生產(chǎn)帶來的經(jīng)濟(jì)效益。

        增強(qiáng)劑

        多種天然聚合物以及合成樹脂都可用于調(diào)整生活用紙的紙頁強(qiáng)度。具體選用哪種增強(qiáng)劑就得視情況而定,需要考慮很多因素,如增強(qiáng)效果、增強(qiáng)劑的成本、對紙機(jī)運(yùn)行性能和產(chǎn)量的影響、使用的方便性、產(chǎn)品的可用性和儲存期限等。最常用的增強(qiáng)劑及其特性見表1。

        表1 常用的生活用紙?jiān)鰪?qiáng)劑

        丙烯酰胺基聚合物用途特別廣泛,而且在過去幾年中,市場份額不斷增加。丙烯酰胺基增強(qiáng)劑主要包括兩個類別:液態(tài)聚丙烯酰胺(SPAM)和乙醛酸聚丙烯酰胺(GPAM)。下面將分別介紹它們各自的性能和用途。

        SPAM:用途廣泛,使用方便

        聚丙烯酰胺是用于紙機(jī)濕部的常見化學(xué)品,已知丙烯酰胺基聚合物可用于水處理和作為助留劑及干、濕強(qiáng)劑使用。提高干強(qiáng)度主要是由于酰胺基團(tuán)能和纖維形成氫鍵,從而增強(qiáng)了纖維之間的結(jié)合力,如圖1所示。丙烯酰胺基聚合物用途非常廣泛,并可生產(chǎn)出各種分子量和電荷范圍的聚合物。

        要達(dá)到干強(qiáng)劑目的,分子量必須足夠大才能確保有效地吸收和氫鍵鍵合,但分子量也不能太大,這樣聚合物才不會造成纖維過度絮凝和紙頁勻度差,否則會降低紙頁強(qiáng)度。這些聚合物通常以水溶液的形態(tài)出售,所以稱之為液態(tài)聚丙烯酰胺(SPAM)。

        陽離子型和兩性SPAM都能夠自動吸附在纖維素纖維上,但是它們對有害膠體和溶解性物質(zhì)(陰離子垃圾)極為敏感。而大量帶正電荷的離子(>10%mol)可以解決此問題,但由于陽離子單體較貴,所以使用帶正電荷離子量大的聚丙烯酰胺(PAM)的成本也就高。食品及藥品管理機(jī)構(gòu)(FDA、BfR)制訂的食品接觸材料法規(guī)對紙巾紙和餐巾紙的生產(chǎn)極為重要,這些法規(guī)也嚴(yán)格限制了SPAM的陽離子單體含量。

        陰離子型SPAM需有陽離子對應(yīng)物才能留著在纖維上。通常情況下,陰離子型SPAM和陽離子型濕強(qiáng)樹脂一起使用,這樣可同時起到提高紙頁干、濕抗張強(qiáng)度的作用。帶正電荷離子量大的聚合固定劑(如聚胺等)也可以作為陰離子型PAM的助留劑。凱米拉公司的FennoBond 85E就是一種陰離子型SPAM的助留劑,它是丙烯酰胺和丙烯酸共聚物。FennoBond 85E與PAE濕強(qiáng)樹脂一起使用特別有效。

        圖1 聚丙烯酰胺分子與纖維素纖維之間的氫鍵鍵合

        圖2表明,加較大量的濕強(qiáng)樹脂F(xiàn)ennoStrength PA 21可導(dǎo)致纖維過度陽離子化,并且還會限制樹脂進(jìn)一步的吸收,當(dāng)加入量為5kg/t漿時,已經(jīng)對紙頁濕抗張強(qiáng)度產(chǎn)生不良影

        響。PAE樹脂的留著較差,這會造成樹脂沉積、毛毯堵塞并產(chǎn)生大量泡沫。加入陰離子型SPAM(FennoBond 85E)可把纖維電荷轉(zhuǎn)變成負(fù)電荷,從而增加了陽離子PAE的留著率,其結(jié)果是濕抗張強(qiáng)度增加了40%。

        圖2 FennoStrength PA 21 (PAE) 和FennoBond 85E (A-SPAM) 對Z-電位和濕抗張強(qiáng)度的影響

        GPAM:提高生活用紙的干、濕強(qiáng)度

        陽離子型乙醛酸聚丙烯酰胺(GPAM)是眾所周知的增強(qiáng)劑,通常被認(rèn)為是產(chǎn)生干強(qiáng)度的基準(zhǔn)物。如圖3所示,GPAM是一種反應(yīng)性聚合物,通過脫水可與纖維素共價結(jié)合,結(jié)果是使紙頁同時產(chǎn)生干、濕強(qiáng)度。

        GPAM與纖維素纖維在水中的反應(yīng)是可逆的,其濕強(qiáng)效果是暫時性的,所以對損紙回抄沒有影響??梢酝ㄟ^改變GPAM的分子結(jié)構(gòu)來控制生活用紙產(chǎn)品的性能和衰變。對于紙巾紙這一類產(chǎn)品來講,通常需要較慢的衰變,而衛(wèi)生紙則需要較快的衰變,因?yàn)樵谑覝叵?,它必須容易在水中分散?/p>

        紙機(jī)案例分析

        案例1:生產(chǎn)紙巾紙時使用陰離子型SPAM既節(jié)約了化學(xué)品,又提高了生產(chǎn)效率

        一家大型生活用紙生產(chǎn)企業(yè)使用100%廢紙漿生產(chǎn)未漂折疊紙巾紙,這類產(chǎn)品的干、濕抗張強(qiáng)度都是重要的指標(biāo)。生產(chǎn)過程中PAE濕強(qiáng)樹脂(WSR)的加入量為14~16kg/t(絕干漿),用于調(diào)控紙頁濕抗張強(qiáng)度,當(dāng)時未使用干強(qiáng)劑。在如此大的WSR用量下,一些濕強(qiáng)樹脂沒有留著在纖維上,反而產(chǎn)生了大量的泡沫,并堵塞毛毯,還造成了其它一些紙機(jī)運(yùn)行性能問題。最重要的是,大量的泡沫使得紙機(jī)沒法全速運(yùn)行,導(dǎo)致減產(chǎn)。

        圖3 GPAM與纖維素纖維之間的可逆反應(yīng)

        表2 試用FennoBond 85E生產(chǎn)紙巾紙的效果

        凱米拉公司提供的陰離子型FennoBond 85E有助于提高WSR的留著率。試用結(jié)果見表2,紙漿中一加入FennoBond 85E,提高的干、濕抗張強(qiáng)度就能超過既定目標(biāo)。這使WSR的使用量比以往平均減少30%,同時,WSR的更高效使用還減少了泡沫,從而消泡劑的用量減少了40%,并使紙機(jī)車速提高了14%,如圖4所示。另外,由于紙頁起皺率減少了3%,因此生產(chǎn)率提高了17%??偟膩碚f,使用FennoBond 85E可節(jié)省約26歐元/t紙。

        圖4 FennoBond 85E可減少消泡劑用量和提高紙機(jī)車速

        案例2:使用GPAM增強(qiáng)劑,既節(jié)約化學(xué)品,又節(jié)約纖維

        一家使用100%白色廢紙漿生產(chǎn)未漂白色紙巾紙的生活用紙廠在達(dá)到干抗張強(qiáng)度指標(biāo)上遇到了困難。由于紙頁干抗張強(qiáng)度低,加工時頻繁斷紙,極大地降低了效率。而使用羧甲基纖維素(CMC)來提高干強(qiáng)度的效果也不理想。而且,這家生活用紙廠還接到客戶的抱怨,說產(chǎn)品有異味,這可能與使用CMC有關(guān)。

        表3 試用FennoBond 3000生產(chǎn)以白色廢紙漿為原料的紙巾紙的效果

        凱米拉公司提供的FennoBond 3000(GPAM樹脂)與FennoStrength(PAE樹脂)結(jié)合使用便可解決以上問題。表3為客戶態(tài)度和試用效果,以前CMC的用量為1.5kg/t漿,而現(xiàn)在FennoBond 3000的用量為1.4kg/t漿,結(jié)果是干、濕抗張強(qiáng)度分別提高了22%和45%。較高的紙頁干、濕強(qiáng)度可使定量降低15%,濕強(qiáng)樹脂的消耗量減少了14%。設(shè)備總效率從21%提高到60%,可節(jié)省約19歐元/t紙。另外,自從用FennoBond 3000代替CMC之后,再沒有聽到客戶抱怨產(chǎn)品有異味。

        案例3:使用GPAM增強(qiáng)劑控制粉塵和節(jié)約能源

        一家生活用紙廠用100%漂白原生漿生產(chǎn)廚房紙巾,該廠要求原紙的粉塵含量必須很低,否則會對加工效率產(chǎn)生不良影響。紙廠還利用精漿手段和酶來調(diào)控干抗張強(qiáng)度, PAE濕強(qiáng)樹脂與陰離子型SPAM結(jié)合使用來確保濕抗張強(qiáng)度。

        凱米拉公司提供用于粉塵控制的FennoBond 3000(GPAM樹脂),試用結(jié)果見表4。為了確保所有化學(xué)品留著率高,濕部助劑的加入點(diǎn)和用量必須恰到好處,這樣,紙頁質(zhì)量才能達(dá)到甚至超過指標(biāo)。干抗張強(qiáng)度提高尤為明顯,而且精漿能耗減少了37%,這足以抵消FennoBond 3000的成本。紙頁干強(qiáng)度提高和減少精漿可降低生產(chǎn)過程的粉塵量,后來對加工過程產(chǎn)生的粉塵進(jìn)行測量,證明粉塵量確實(shí)很少。

        表4 FennoBond 3000可減少粉塵和節(jié)約能源

        結(jié)論

        對于生活用紙生產(chǎn)來說,增強(qiáng)劑是不可或缺的,它們不僅能讓生活用紙產(chǎn)品擁有所需的強(qiáng)度,而且還能提高加工效率和紙機(jī)生產(chǎn)能力,結(jié)果是利潤顯著增加。市場銷售的增強(qiáng)用化學(xué)品各種各樣,包括天然聚合物(如淀粉、CMC)和合成樹脂(如SPAM、GPAM、PAE)。由于丙烯酰胺基樹脂的獨(dú)特優(yōu)勢、易于使用和用途廣泛,它已占據(jù)增強(qiáng)劑市場的半壁江山。使用這類增強(qiáng)劑可以帶來諸多好處,其中包括較高的紙頁性能(強(qiáng)度、松厚度)、較低的定量、可用更多質(zhì)量稍差的紙漿、降低能耗、較高的紙機(jī)車速、較高生產(chǎn)效率和其他化學(xué)品(如濕強(qiáng)劑、消泡劑)耗量較少等。

        (曾曉桂編譯自Tissue World/2013年9—10月,陳海昌審校)

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