計量施膠壓榨在輕量涂布紙生產(chǎn)中的應(yīng)用

　　計量施膠壓榨（Metering size press,MSP）是一種輥式涂布設(shè)備，是80年代初期開發(fā)成功的。與傳統(tǒng)的雙輥涂料堰施膠壓榨不同，施膠液或涂料經(jīng)過計量元件預(yù)計量到施膠輥上，形成均勻的膠膜，紙幅通過2個相向轉(zhuǎn)動的施膠輥壓區(qū)時，膠膜轉(zhuǎn)移到紙幅上。由于膠膜經(jīng)過了預(yù)計量，薄而均勻，在壓區(qū)紙幅承受的水力壓力減小，減少了斷頭，提高了紙機的運行性。在傳統(tǒng)施膠壓榨中，隨著車速的提高，膠料槽膠液的湍流壓區(qū)回流導(dǎo)致料液飛濺，引起上料不均。在MSP中克服了這些弊端，車速大大提高。MSP可以應(yīng)用于表面施膠、顏料化涂布和涂布，涂布量可在0.5-12g/每面）變化，適應(yīng)多個紙種。 既可以雙面同時涂布一種涂料，也可以兩面同時涂布不同涂料，還可以一次涂布一個紙面，具有高度的靈活性，這一特性在特種紙生產(chǎn)中非常實用。MSP還是影多種不同的漿料配比，無論是否漢機械漿的紙種都可以應(yīng)用。由于MSP減少了施膠壓榨的斷頭，對原紙的強度要求不是很高，可以提高原紙中機械紙漿的配壁，降低降料的成本。岳陽紙業(yè)集團(tuán)于1997年投產(chǎn)的#3紙機，安裝了MSP裝置，既可用于表面施膠也可以用于涂布，先后成功的生產(chǎn)出了雙膠紙、高級彩印新聞紙及高質(zhì)量的輕量涂布紙。
　　1.紙機裝備水平及早期生產(chǎn)存在的問題
岳陽紙業(yè)集團(tuán)公司的#3號紙機于1997年建成投產(chǎn)，式從國外引進(jìn)的二手機。該紙機抄寬3800mm,設(shè)計車速800m／min，工作車速540－620m／min，上漿系統(tǒng)有脈沖衰減器，流漿箱為漂片式流漿箱。成形部為長網(wǎng)成形器，壓榨部為4輥3壓區(qū)復(fù)合壓榨。紙頁經(jīng)過前干燥后，進(jìn)入計量施膠壓榨。緊接1個氣墊轉(zhuǎn)向和1個紅外于燥，再入后干燥。出后干燥的紙頁進(jìn)入2×2 輥壓光機組，然后再進(jìn)入卷取。軟輥壓光的熱輥溫度為 160℃，壓力為 350kN／m。 涂布顏料經(jīng)分散后貯存在DL1中，在涂料混合器按一定的配比和加入順序配制涂料?；旌虾玫耐苛腺A存在貯存槽中，泵送至涂布終槽，終槽中的涂料經(jīng)過容積泵輸送至涂布頭，少部分涂料經(jīng)過溝紋式計量棒均勻地計量到施膠輥上，大部分涂料經(jīng)過篩選返回到終槽，篩去的纖維和顆粒排到下水溝。上下施膠輥的直徑為1003mm，施膠輥是具有特殊包覆材料的鑄鐵輥，硬度為15－25P＆J。施膠輥間的線壓力為30－60kN／m，計量棒與施膠輥間的壓力為40－140kPa。 在#3機試機階段和試生產(chǎn)涂布紙階段，由于紙機運行不穩(wěn)定，故障頻繁，原紙質(zhì)量不理想，涂料配方有缺陷，操作人員經(jīng)驗不足等原因，導(dǎo)致試制的LWC紙質(zhì)量不十分理想。主要問題是：紙機運行效率低，成紙率低和紙面光澤度低。
　　2.工藝條件及產(chǎn)品質(zhì)量
通過改進(jìn)原紙質(zhì)量、改進(jìn)涂料配方和提高裝備運行率，紙機運行效率逐漸提高，并成功地生產(chǎn)出58、60、64、75g／m2的輕涂紙。
　　2.1 生產(chǎn)工藝條件
漿料：馬尾松BKP十楊木APMP十獲葦BKP；助留系統(tǒng)：PAM十陽離子淀粉雙元助留系統(tǒng)；施膠劑：AKD施膠劑，用量 18kg／t紙；填料：PCC或PCC十滑石粉；車速：540m／min；涂布量：14-19g/m2； 軟輥壓光壓力：300－340kN／m；軟輥壓光溫度：160℃
　　2.2 LWC紙的質(zhì)量
表l是#3機生產(chǎn)LWC紙在某個生產(chǎn)周期的主要質(zhì)量指標(biāo)的平均值，從中可以看出，紙面光澤度達(dá)到了35％以上，印刷光澤度大于 70％，最高值達(dá) 76．7％。紙張白度可根據(jù)用戶要求在 78％－88％ISO予以調(diào)整。平滑度大于500s以上，最高可達(dá) 800s，印刷表面粗糙度為2pm左右，紙面平整細(xì)膩，能滿足膠版印刷的要求，多色印刷時色彩鮮艷，圖象清晰，層次感較好。K＆N油墨吸收值控制合理。紙張的印刷表面強度大于2m／s。
　　3 應(yīng)用MSP生產(chǎn)LWC紙的體會
　　3．1 涂布原紙
涂布原紙對于生產(chǎn)高質(zhì)量的LWC紙至關(guān)重要，特別是對于MSP生產(chǎn)LWC更是如此。原紙的質(zhì)量不僅僅是指其物理強度，更為重要的是其表面平滑度、縱向和橫向定量、水分的均勻性和穩(wěn)定性、原紙表面的吸收性和滲透性。由于 MSP是一種仿形涂布，加之正反兩面在一個壓區(qū)同時涂布，涂布量一般局限在每面12g／m'以下，這意味著不能有更多的涂料去填充凹凸不平的表面，因此原紙的平滑度對于涂布的均勻性和涂料的遮蓋性十分重要。經(jīng)工藝調(diào)整，原紙的平滑度從6－7S提高到了10s。通過工藝改進(jìn)和加強管理，原紙的縱橫定量、水分波動大大降低。原紙的水分和定量直接影響到涂料在原紙表面的吸收和遷移，這種定量差經(jīng)過涂布后有"放大"現(xiàn)象，即定量高的局部會吸收更多的涂料，使得定量差更大，在整飾過程中會由于壓力不均、張力不一致導(dǎo)致環(huán)形條溝、松緊差的形成。橫向定量、水分波動還會使得進(jìn)入施膠壓榨時紙幅的張力不一致，紙幅顫動或打折，導(dǎo)致涂布不均勻。 
高速涂布機(1200m／min）涂布時很少考慮原紙的吸收性，因為原紙在壓區(qū)停留的時間很短，一般都不進(jìn)行漿內(nèi)施膠。車速為540－640m／min時，原紙的吸收性對于涂布紙的質(zhì)量和涂布機的運行性能有一定的影響，而且對于不同定量、不同漿料配比的原紙，影響是不同的。定量較高時原紙吸收太快，會導(dǎo)致涂料和膠粘劑向紙頁內(nèi)部轉(zhuǎn)移，從而影響涂層的覆蓋性和光澤度。這時要求原紙具有一定的抗水性。原紙定量較低而涂布量相對較大時，情況是相反的，由于原紙吸收有限，涂層難以在紙面形成固著層（immobilized）而容易導(dǎo)致 "淚痕"的形成。因此，協(xié)調(diào)好原紙定量、涂布量、吸水性、涂料保水性之間的關(guān)系是非常重要的，也是非常復(fù)雜的。
　　3．2 涂料配方
由于受紙機裝備條件，如流漿箱、成形、壓榨、涂布和壓光等因素的制約，面臨的首要問題是提高涂布紙的光澤度和涂布操作的運行性能。眾所周知，光澤度的提高可通過涂布量的提高來實現(xiàn)，但是涂布方式、涂布裝備和紙的定量等因素對于涂布量的提高是有一定限制的，因此通過改進(jìn)配方來提高光澤度十分重要。涂布顏料的選擇十分關(guān)鍵，LWC紙涂布量較低，應(yīng)選用遮蓋性很好的剝片土，也有的混用一定比例的高光澤瓷土。瓷土的粒徑十分重要，粒徑太大，表面積小，遮蓋不好，因此超過5m粒子不允許存在；粒徑太 小涂料的覆蓋性變差。目前供應(yīng)商在推薦一種窄礎(chǔ)粒徑分布的瓷土，這對紙頁的光澤度、不透明度和印刷性能都有好處。因此選用瓷土?xí)r要充分考慮礦源。生產(chǎn)方式、生產(chǎn)過程控制。粒徑分布、粒子的形狀因子（d/p)等。通過大量的實驗室實驗現(xiàn)試和生產(chǎn)實踐找到適合于LWC涂布的光澤度較高的瓷土。重鈣、塑性顏料或中空球所占的比例對涂料的性能、涂料的成本。涂布和運行性能都有重要的影響。提高瓷土的比例可提高紙面的光澤度，但成本升高，涂料粘度增加，運行性能降低。塑性顏料或中空球可明顯提高光澤度，成本也會顯著升高。關(guān)鍵的問題是找到一個兼顧產(chǎn)品質(zhì)量、成本和紙機運行性能的平衡點。羧基丁苯膠乳、淀粉都是膠粘劑，從成本的角度出發(fā)前者較高，但淀粉對光澤度有一定影響。使用羧基丁苯膠乳時應(yīng)充分考慮其機械穩(wěn)定性和對鈣離子的敏感性。選擇流動性好、機械穩(wěn)定性好的潤滑劑能改變涂料的流平性能及干燥、整飾設(shè)備的清潔和運行性能。經(jīng)驗表明：根據(jù)各種物料的特性和相互作用，選擇、優(yōu)化各種物料的配入順序十分重要。 
　　3．3 涂布和整飾
在MSP中先經(jīng)溝紋式計量棒把涂料均勻地計量在施膠輥上，涂料的固含量和流平指數(shù)直接影響到計量膜的均勻性，涂料固含量越低，或流平指數(shù)越高，計量的膜越均勻。但是過低的固含量會使干燥成本升高， 涂布量達(dá)不到工藝要求，同時會產(chǎn)生"淚痕"、桔皮紋、 條痕等紙病。在高速涂布機上容易產(chǎn)生霧濺，涂料固含量太高或流平指數(shù)低時，施膠輥上的膠膜會非常不均勻，直接影響涂布的均勻性，容易產(chǎn)生環(huán)形條溝、徒步布君，松勁差等問題。固含量過高時還會使計量棒上的溝紋堵塞，導(dǎo)致涂料分布不均和降低涂布量。應(yīng)用于MSP涂布的涂料是一種假塑性流動，為了流動要破除網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，隨著剪切力的增加，更多的分子由網(wǎng)狀排列成線狀，內(nèi)部結(jié)構(gòu)的破壞加速了其流動，稱之為剪切稀化。在一般的工廠實踐中是用低剪切粘度來表征涂料的流動性，資料顯示適合于繞線式計量棒的涂料粘度為600-1600mPa.S（BfOOkfield,100r/min），由于車速的不同，涂料上料泵的轉(zhuǎn)速不同，施膠輥間壓計量棒和施膠輥間的壓力不同，適合于特定機臺徐料的粘度是不同的。通過控制輔助膠粘劑量、保水、保水性變差，膠粘劑容易向原紙中遷移，降低了紙的光澤度，還會導(dǎo)致"淚痕"的形成。因此，涂料的粘度是必須測定和控制的，應(yīng)保持相對穩(wěn)定。涂布量提高，紙頁的光澤度提高。但是隨著涂布量的提高，涂布機的斷頭頻率也會增加。涂布量過高，還會造成涂料膜分布不均勻，最終成紙的光澤度不一定提高，而松緊差變大，環(huán)形條溝增加。當(dāng)車速一定，涂料固含量和原紙一定時，在MSP設(shè)備中，調(diào)整涂布量的手段是有限的，主要是調(diào)整計量棒的型號，微調(diào)時可以調(diào)整計量棒和施膠輥之間的壓力。在#3機的實際生產(chǎn)中合理地控制了涂布量，既滿足客戶對質(zhì)量特別是光澤度、平滑度的要求，又能保證紙機較好的運行效率。 
施膠輥的硬度、包覆材料的品質(zhì)和濕潤性是影響MSP涂布質(zhì)量的另一個重要因素。把MSP用于表面施膠時，施膠輥應(yīng)具有較低的P＆J值，硬度較大。把MSP應(yīng)用于涂布時，施膠輥應(yīng)具有較大的P＆J值，硬度較小。硬度小時，一定壓力下，兩輥間形成一個"靴"，壓力變化比較平緩，有利于涂料向紙面的均勻轉(zhuǎn)移和提高涂料的轉(zhuǎn)移率。施膠輥的硬度要視車速、操作方式。涂料性能等因素而定。實際生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，施膠輥上涂料膜分布不均勻時，涂布機正常運行和成紙的質(zhì)量很難得到保證，要及時更換施膠輥。計量棒上繞線間的間隙容易堵塞，導(dǎo)致計量膜不均勻，計量棒更換頻繁，使用壽命短，正在探討改為光滑棒。 軟輥壓光的壓力和溫度對紙頁的光澤度和平滑度有著明顯的影響，經(jīng)不斷調(diào)整，將軟輥壓光的運行維持到了最佳狀態(tài)，溫度由120℃提高到了160℃，壓力可以提高到350kN／m。壓力與松緊差有一個平衡點，要恰當(dāng)?shù)丶右云胶饧斑\用。 
　　4 結(jié)語
由于 MSP在國內(nèi)的應(yīng)用時間很短，加之相關(guān)工藝條件和參數(shù)間相關(guān)作用非常復(fù)雜，工程技術(shù)人員和操作人員的經(jīng)驗有待于積累，因此，要有效地運用該設(shè)備 還要不斷地去摸索、探討和提高。 

摘自《紙業(yè)資訊》