造紙濕部的監(jiān)測方法探索
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由于很多紙張性能中要求控制紙面pH，比如某特種印版襯紙的紙面pH要求在5.0~6.0，也有的襯紙因所襯的材料不同，要求紙面pH控制在6.0~7.0，還有的紙張比如無碳復(fù)寫原紙因加工性能的需要，一般要求紙面pH為7.0~8.0。要滿足這些紙面pH的特殊要求，就需要選擇不同的施膠方式及其施膠劑種類，將上網(wǎng)漿pH控制在一定范圍內(nèi)。實際應(yīng)用中，當(dāng)紙機濕部封閉循環(huán)一段時間后，酸性施膠由于硫酸根的積累造成濕部系統(tǒng)的pH極低，經(jīng)常在4.0~4.3；中性施膠由于烷基烯酮二聚體（AlkylKeteneDimer，AKD）的水解、陽離子淀粉（CationStarch，CS）和碳酸鈣填料流失形成的干擾物質(zhì)也造成濕部系統(tǒng)pH波動。為了解決這些問題，我們通過檢測網(wǎng)下白水、回用水、配料漿、上網(wǎng)漿等的pH來分析各種添加劑的加入量和積累情況，以控制其后續(xù)用量，促使酸性施膠硫酸根的積累程度減少，維持中性施膠濕部pH穩(wěn)定，從而保持成紙灰分和系統(tǒng)保留的恒定，達(dá)到濕部系統(tǒng)處于良性循環(huán)的目的。
漿料的電位代表了液體介質(zhì)中紙張纖維的情況，根據(jù)纖維的電位數(shù)據(jù)，可以判定纖維吸附帶相反電位顆粒的能力，如果纖維的電位是負(fù)值，就很容易吸附陽離子性添加劑。同樣的紙漿由于造紙濕部的水質(zhì)、pH以及電解質(zhì)的不同，電位的表現(xiàn)可能完全不同。在相同pH情況下，由于所用的漿料特性不同，顯示的濕部系統(tǒng)電位也有差異。例如：表1中Ⅰ代表的是明星漿（水分10%）、Ⅱ是國產(chǎn)濕漿（水分70%），分別用回用白水碎漿，經(jīng)圖1流程運行一定時間后對濕部進行監(jiān)測，可見明星漿比國產(chǎn)濕漿的濕部系統(tǒng)的PCD電位更負(fù)、電導(dǎo)率和殘氯低、首程留著率高，說明用明星漿比用國產(chǎn)濕漿的紙機濕部系統(tǒng)運行性能更好。造紙濕部使用不同化學(xué)添加劑時濕部PCD電位、首程留著率會發(fā)生明顯變化，詳見表2。從表2看出，使用#3化學(xué)添加劑的上網(wǎng)漿PCD電位異常偏正，首程留著率只有72.3%，說明循環(huán)系統(tǒng)中積累的陽離子電荷偏多，也就是陽離子類化學(xué)添加劑加入過量，使系統(tǒng)沉積物增多，濕部系統(tǒng)處于惡性循環(huán)，此時必須對系統(tǒng)進行排放、清洗；#4濕部系統(tǒng)PCD電位異常偏負(fù)，首程留著率較低70.4%，說明循環(huán)系統(tǒng)中積累的陰離子電荷偏多，也就是陰離子類化學(xué)添加劑加入過量，系統(tǒng)清洗次數(shù)也相應(yīng)增加。所以，漿料組分的電位會影響細(xì)小纖維、膠料和填料留著，也影響染色的效果，濕部系統(tǒng)PCD電位變化越大，紙機運行性能越差，當(dāng)上網(wǎng)漿的PCD電位在-28~17μeq•g-1時紙機的首程留著率達(dá)到80%以上。
俗話說“七分磨漿，三分造紙”，磨漿除給予成紙?zhí)厥獾男阅芡?，還滿足漿料在網(wǎng)部成形的要求。造紙生產(chǎn)中濕部動態(tài)濾水性能經(jīng)常通過測定流程中各點漿料的游離度（CSF）或打漿度（°SR）來反映，由于游離度比打漿度反映的濾水性能精度高、更直觀，我公司實際生產(chǎn)中用游離度控制。進行動態(tài)濾水性能監(jiān)測的必要性：首先，電位測量反映的是漿料中干擾物質(zhì)數(shù)量，但不是所有的干擾物質(zhì)都顯示陰性或陽性，所以僅僅依靠控制漿料的電位不可能維持較好的生產(chǎn)水平；其次，造紙濕部是相當(dāng)復(fù)雜的漿、水循環(huán)過程，其特征在于極低的上網(wǎng)濃度，一般上網(wǎng)濃度低于1%，相當(dāng)部分白水經(jīng)網(wǎng)部回流進入濕部系統(tǒng)，網(wǎng)部脫水情況成為紙機正常運行的要素；第三，網(wǎng)部的留著率、紙機的運行性能和紙的性能也會在一定程度上制約濕部動態(tài)濾水性，故動態(tài)濾水性能是紙機運行的關(guān)鍵。表3是中性施膠生產(chǎn)70g•m-2紙張時4種濕部狀態(tài)下的游離度、上網(wǎng)漿灰分、首程留著率和成紙灰分測定，從表中數(shù)據(jù)看出：在保證成紙灰分和紙機車速的前提下序號D的首程留著率較好，達(dá)到81.4%，說明相應(yīng)的CS、AKD、增白劑（OBA）、碳酸鈣填料、三元助留劑間的協(xié)同效應(yīng)發(fā)揮得好。序號D的漿料游離度410mL，比序號A和B的低，經(jīng)加入各項化學(xué)添加劑后網(wǎng)前箱漿游離度為350mL，與序號B和C相比，維持了較好的濾水性能，結(jié)果使AKD用量減少了0.12個百分點、OBA用量減少了0.27個百分點、并且上網(wǎng)漿灰分比A和B低7個百分點左右，說明序號D的濕部稀釋用的回用白水中填料含量比A、B少，其濕部系統(tǒng)更清潔，其濕部系統(tǒng)處于良性循環(huán)狀態(tài)。綜上所述，通過測試濕部各點動態(tài)濾水性能可以衡量在添加或沒有添加化學(xué)助劑的情況下漿料的動態(tài)濾水情況和細(xì)小纖維、填料的留著情況。在一種漿料中，多種化學(xué)添加劑相互作用影響到紙頁成形過程的漿料特性，通過控制及調(diào)整各種相互作用，達(dá)到化學(xué)添加劑間的協(xié)同效應(yīng)，就可以顯著降低特殊功能性化學(xué)添加劑的用量。
通過造紙濕部監(jiān)測合理控制化學(xué)添加劑的加入順序和加入量，提高濕部運行效能。我公司在生產(chǎn)120g•m-2紙張時，出現(xiàn)首程留著率低，見表4。通過對濕部pH、PCD電位、CSF、漿濃度和灰分監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)高位箱漿PCD電位為0，上網(wǎng)漿PCD電位-131μeq•g-1，說明稀釋白水中的陰離子垃圾偏多。為了降低白水中的陰離子垃圾，采取如下措施：①在保持上網(wǎng)漿灰分42%的前提下，及時降低碳酸鈣填料的加入量，以減輕濕部系統(tǒng)白水中填料含量；②降低CS用量，使高位箱漿PCD電位為負(fù)值；③增加網(wǎng)部濾水性能，調(diào)節(jié)三元助留劑用量，使上網(wǎng)漿游離度由390mL提高到410mL。最終首程留著率由原來的75.0%提高到82.4%，首程留著率的提高相應(yīng)降低了系統(tǒng)中的陰離子垃圾，從而使上網(wǎng)漿的PCD電位降至-93μeq•g-1。表5列出不同CS用量和高位箱漿游離度下的首程留著率與成紙灰分。當(dāng)高位箱漿游離度490mL時，即使CS用量達(dá)1.94%，由于PAM用量（163mg•kg-1）和上網(wǎng)漿游離度（570mL）高，造成濾水過快，首程留著率低（95.8%~96.7%）、成紙灰分低（16.7%），說明填料留著差。通過加強磨漿來降低高位箱漿游離度至460mL，適當(dāng)降低CS和PAM用量來控制上網(wǎng)漿游離度至510~540mL，實現(xiàn)首程留著率提高至96.2%~97.4%，成紙灰分提高到17.3%~18.3%，既保持了較好的留著效果，又使CS用量降低了0.6個百分點左右、PAM用量降低了80mg•kg-1。實踐證明，造紙濕部化學(xué)添加劑的加入點和加入順序?qū)瘜W(xué)添加劑的使用性能起決定性的作用。在使用一種化學(xué)添加劑前，在實驗室中應(yīng)盡可能地考慮到它對紙機運行的影響。在加入化學(xué)添加劑后，要掌握上漿系統(tǒng)中的助留率以及濾水情況的變化；同時，也要了解這種化學(xué)添加劑是抵消還是加強了其他添加劑的作用效果。在漿料懸浮物中，陰離子的纖維和陰離子垃圾彼此互相競爭吸引帶陽離子的化學(xué)添加劑。因為陰離子垃圾的電荷密度通常比纖維高，所以陰離子垃圾具有更好的吸附性。如果化學(xué)添加劑與陰離子垃圾作用，這會導(dǎo)致絮凝，從而影響纖維的吸附性，添加劑效能將大大降低，而且容易產(chǎn)生沉積，此時就要通過濕部的調(diào)節(jié)來降低陰離子垃圾量。
通過施膠方式和施膠劑種類的選擇，硫酸鋁等用量調(diào)節(jié)，監(jiān)測并控制上網(wǎng)漿pH等手段，可以實現(xiàn)紙面pH的特殊性需要。紙機濕部系統(tǒng)不僅受化學(xué)添加劑的影響，同時還受pH值、PCD電位、電導(dǎo)率、系統(tǒng)殘氯等變化的影響，所有這些因素都可能對纖維和化學(xué)添加劑的特性產(chǎn)生影響。中性造紙生產(chǎn)70g•m-2紙張時，當(dāng)上網(wǎng)漿PCD電位在-28~17μeq•g-1時紙機的首程留著率達(dá)到80%以上。對不同造紙濕部系統(tǒng)，不同的施膠方式，通過濕部PCD電位、動態(tài)濾水性能、首程留著率等的監(jiān)測，可以合理調(diào)節(jié)各種功能性化學(xué)添加劑的加入點和加入量，充分發(fā)揮化學(xué)添加劑間的協(xié)同效應(yīng)。同時，又通過化學(xué)添加劑間的協(xié)同效應(yīng)來控制漿料的動態(tài)濾水性能、PCD電位和提高首程留著率。這種良性循環(huán)過程，使生產(chǎn)70g•m-2紙張時AKD用量減少了0.12個百分點、OBA用量減少了0.27個百分點，在生產(chǎn)145g•m-2紙張時CS用量降低了0.6個百分點左右、PAM用量降低了80mg•kg-1。既減少了化學(xué)添加劑的用量，又提高了紙機的運行性，達(dá)到了節(jié)能減排和提高經(jīng)濟效益的目的。（本文作者：劉存芬 單位：鎮(zhèn)江大東紙業(yè)有限公司研發(fā)處）
