抄纸用分散剂聚氧化乙烯在新月型纸机上的应用

西能直辉 住友精化株式会社

编者按：2019年4月15—16日，CIDPEX2019生活用纸和卫生用品国际论坛在武汉召开，本文根据住友精化株式会社西能直辉在论坛中的演讲稿及录音整理。

1 前言

聚氧化乙烯多年以来作为抄纸用分散剂在中国各地被用户所使用。住友公司作为聚氧化乙烯（产品名称：PEO®）的生产厂商，介绍了抄纸分散剂的种类和特征，以及近年不断引进的具有高剪切流浆箱的新月型纸机上聚氧化乙烯的添加效果及添加方法的具体试验案例。

2 抄纸用分散剂的种类和特征

2.1 抄纸用分散剂的添加效果

通常在抄纸过程中，如果不使用抄纸用分散剂，纤维会相互缠绕不能均匀地进行分散。以此状态滤水后就会形成像图1左图中一样纤维浓淡不一及具有痕迹的湿纸。抄纸用分散剂可以解决这个问题，如图1右图一样可以形成质地均匀的湿纸。因此，为了提高纸的品质，抄纸用分散剂是不可缺少的。

图1 抄纸用分散剂的效果

2.2 抄纸用分散剂的特征

现在主流的抄纸分散剂有聚氧化乙烯和聚丙烯酰胺两种。这两种抄纸用分散剂的特征和区别如表1所示。聚氧化乙烯是热可塑性树脂，它本身不带有粘性，所以便于起皱控制从而较易获得柔软的纸。聚丙烯酰胺是热硬化性树脂，与聚氧化乙烯相比除了成纸较硬以外，还会出现粘网的现象，使起皱控制复杂化，有纸屑粉尘量增加的倾向。

而且，聚氧化乙烯是非离子性的产品，具备与阳离子性增强剂及施胶剂的良好并用性。阴离子的聚丙烯酰胺却不能与这些助剂并用。但是，聚氧化乙烯具有与木质素等苯酚成分絮凝的性质，在使用未漂白浆时需要注意。

另外，聚丙烯酰胺在制备时会出现不溶解性颗粒，怎样搅拌也不会溶解。为了去除不溶物就必须进行过滤处理，过滤不充分的情况下，就会进入抄纸环节，污染网笼、毛毯，可能会发生针眼及断纸问题。聚氧化乙烯不含有不溶物质，适当地搅拌数小时后就会完全溶解。但是由于分子结构的原因，对剪切力的抵御较弱，溶解时高速搅拌带来的剪切力，稀释溶液通过泵及阀门时压力差产生的剪切力会对其产生影响，出现分子量下降，降低添加效果的可能性，这点需要注意。

聚丙烯酰胺的不溶物容易弄脏刮刀及毛毯，聚氧化乙烯就没有此类问题，刮刀及毛毯的使用寿命增长，可以预期运行成本的缩减。

聚氧化乙烯的纸浆分散效果好，一般聚丙烯酰胺60%的添加量就可生产出同等质地的纸。

关于水质的影响，铁离子和游离氯达到一定程度会使分散剂的粘度下降，对于这个方面，聚氧化乙烯具有良好的稳定性。聚丙烯酰胺除了遇到铁离子、游离氯会造成粘度大幅度下降以外，水的硬度也会使其粘度降低。

聚氧化乙烯虽然价格比聚丙烯酰胺高，但如果用户理解了这些抄纸用分散剂的特征，就会从品质、环境、制造设备、成本等各方面综合判断，选择适合的抄纸用分散剂。

表1 聚氧化乙烯和聚丙烯酰胺的特征

表2表示的是各纸机上抄纸分散剂使用倾向。聚丙烯酰胺的使用以低速圆网纸机为主。聚氧化乙烯用于圆网纸机、真空圆网纸机及一部分新月型纸机。

表2 各纸机的抄纸分散剂使用倾向

2.3 聚氧化乙烯的分散原理

聚氧化乙烯自身的醚氧基和纤维表面的氢氧基在水中形成弱氢结合，纤维的表面附着了聚氧化乙烯分子，聚氧化乙烯所具有的降低摩擦效果，使纤维在水中不会缠绕，顺滑地自由移动。以这种状态滤水后可以形成纤维均匀分散的湿纸，形成良好质地并消除成纸孔洞，提高纸页强度达到高品质的同时断纸次数的减少，达到了生产的稳定化。

图2 聚氧化乙烯的分散原理

3 聚氧化乙烯在新月型纸机上的应用

3.1 背景

新月型纸机的流浆箱内有一个被称作多岐配管的蜂房式结构。多岐配管内部有一处管线直径变窄的部分，在这个部分流动速度会急剧上升。急剧的流速变化使纤维分散。

根据上述流浆箱的分散结构一般认为新月型纸机可以不使用分散剂。并且，也存在着聚氧化乙烯受到高剪切力后，添加效果减弱的技术难题。

但是在和很多纸厂的交流中，了解到客户有希望改善新月型纸机的成纸品质，甚至有想要提高车速的需求。住友精化根据探讨的技术结果，开发出了高剪切力的流浆箱也可以使用聚氧化乙烯的方法（专利2007-542353，CN101297080）。

据此聚氧化乙烯也可以适用于具有高剪切力流浆箱的新月型纸机，并通过在用户中进行的试验，确认该方法可以改善产品的品质。

3.2 聚氧化乙烯的高浓度添加

以往的一般认知里聚氧化乙烯需要尽可能稀释至稀薄溶液，尽可能在不被剪切的情况下向流浆箱内等纸机下流侧位置进行添加。通常的圆网纸机和真空圆网纸机等的使用条件为100ppm左右。图3是100ppm的聚氧化乙烯水溶液在搅拌机的剪切力下的粘度保持率。如图3所示加大剪切力会使粘度大幅度下降。因此，如果用以往的相同浓度在高剪切力流浆箱的新月型纸机上添加，粘度会大幅度下降，无法发挥聚氧化乙烯的添加效果。

图3 聚氧化乙烯溶液针对剪切力的粘度保持率

住友精化研究了聚氧化乙烯在高剪切力流浆箱上的使用方法。结果如图4所示，溶解浓度越高越不会受到剪切力的影响，同样的搅拌机带来的剪切力下，粘度保持率越高。即浓度越高，粘度越难以下降，越难以受到剪切力的影响。这使在以高剪切力流浆箱为主要部件的新月型纸机上使用聚氧化乙烯变为可能。添加浓度会根据纸机的具体情况以及想要获得怎样的成纸品质而有所变化，重点在于最佳的添加浓度需要根据每一台纸机来进行设定。

图4 PEO®溶液浓度和剪切力的关系

3.3 添加方法

聚氧化乙烯的添加方法，不是像真空圆网纸机那样直接添加到流浆箱中，而是添加在压力筛出口侧与流浆箱之间的位置。

添加溶液的方法为，溶解原液直接注入或者将溶解后的高浓度溶液稀释调整到任意浓度再注入均可。可以先利用压力筛后的排废阀等进行添加试验，确认聚氧化乙烯的添加效果及掌握适当的添加条件。

图5 聚氧化乙烯的添加位置

3.4 新月型纸机上的聚氧化乙烯添加试验案例

● 案例1

抄纸条件：

纸机：新月型（试验机）

车速：800m/min

定量：13g/m2

PEO®：PEO-PFZ blue（住友精化产，高分子量品级）

PEO®水溶液添加浓度：400ppm

图6是新月型纸机的成纸在电子显微镜下的照片。左图是没有添加聚氧化乙烯的纸，可见纤维束在一起，而且有很多孔洞。将调整到400ppm浓度的聚氧化乙烯以500ppm的量添加到浆料中，纤维束及孔洞现象消失，抄出质地良好的纸。而且，添加量增加至1,000ppm，质地可以进一步得到改善。

图6 新月型纸机上聚氧化乙烯的添加效果

● 案例2

这家用户使用废纸进行生产，由于废纸的质量低下等各种各样的原因造成断纸现象频发，操作稳定化成为当务之急。

抄纸条件：

纸机：新月型 （欧洲产）

车速：1,400 m/min

PEO®：PEO-PFZ blue（住友精化产，高分子量品级）

PEO®水溶液添加浓度：1,000ppm

考虑到添加聚氧化乙烯可以提高纤维分散性，减少纸页孔洞，纸的均匀性增加会使纸页强度提高，所以进行了添加聚氧化乙烯的试验。通过试验结果可以确认，纵向·横向的纸的抗张强度及断裂伸长率同时提高了10%～20%左右，也减少了断纸次数。（未添加PEO®时断纸次数：每隔45分钟1次，添加PEO®时断纸次数：90分钟未发生断纸现象）。而且纸页强度的提高，今后可以生产更薄的纸以及可以提高抄纸速度。

● 案例3

这家用户使用的是国产新月型纸机，抄纸速度大致为1,000m/min。如图7所示，随着聚氧化乙烯添加量的增加，纵向·横向的抗张强度大幅度提高。我公司认为在1,000m/min左右抄纸速度的纸机上可以获得高水平的添加效果。

抄纸条件：

纸机：新月型（中国制造）

车速：960m/min

定量：14～16g/m2

PEO®：PEO-PFZ blue（住友精化产，高分子量品级）

PEO®水溶液添加浓度：400ppm

4 聚氧化乙烯（PEO®）的安全性以及使用注意事项

4.1 PEO®的安全性

住友精化对PEO®进行了各种刺激性及杂质成分的分析，而且在中国还进行了口服毒性试验，确认其安全性很高。

表3 PEO®杂质成分的分析结果（住友精化）

4.2 PEO®的使用注意事项

在实际生产中，PEO®的使用需注意以下方面：

（1）避免与铁离子的接触

需注意工厂的水质（铁离子含量），注意不要混入铁锈。

（2）避免与残留氯的接触

不要过量添加杀菌剂，注意控制氯浓度。

（3）溶解时防止不溶颗粒的产生

投料时使PEO降落在水膜上，需要使用适当的投料机（图8）。

图8 送料装置示意图

5 总结

综上所述，不仅普通圆网纸机和真空圆网纸机可以使用分散剂，新月型纸机上添加聚氧化乙烯也可以发挥效果。今后对于新月型纸机，改善成纸品质、生产稳定性、降低生产成本，聚氧化乙烯可以贡献出自己的力量。