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计量施胶压榨在轻量涂布纸生产中的应用

2020-12-04 10:04:03

计量施胶压榨在轻量涂布纸生产中的应用

  计量施胶压榨(Metering size press,MSP)是一种辊式涂布设备,是80年代初期开发成功的。与传统的双辊涂料堰施胶压榨不同,施胶液或涂料经过计量元件预计量到施胶辊上,形成均匀的胶膜,纸幅通过2个相向转动的施胶辊压区时,胶膜转移到纸幅上。由于胶膜经过了预计量,薄而均匀,在压区纸幅承受的水力压力减小,减少了断头,提高了纸机的运行性。在传统施胶压榨中,随着车速的提高,胶料槽胶液的湍流压区回流导致料液飞溅,引起上料不均。在MSP中克服了这些弊端,车速大大提高。MSP可以应用于表面施胶、颜料化涂布和涂布,涂布量可在0.5-12g/每面)变化,适应多个纸种。 既可以双面同时涂布一种涂料,也可以两面同时涂布不同涂料,还可以一次涂布一个纸面,具有高度的灵活性,这一特性在特种纸生产中非常实用。MSP还是影多种不同的浆料配比,无论是否汉机械浆的纸种都可以应用。由于MSP减少了施胶压榨的断头,对原纸的强度要求不是很高,可以提高原纸中机械纸浆的配壁,降低降料的成本。岳阳纸业集团于1997年投产的#3纸机,安装了MSP装置,既可用于表面施胶也可以用于涂布,先后成功的生产出了双胶纸、高级彩印新闻纸及高质量的轻量涂布纸。
  1.纸机装备水平及早期生产存在的问题
岳阳纸业集团公司的#3号纸机于1997年建成投产,式从国外引进的二手机。该纸机抄宽3800mm,设计车速800m/min,工作车速540-620m/min,上浆系统有脉冲衰减器,流浆箱为漂片式流浆箱。成形部为长网成形器,压榨部为4辊3压区复合压榨。纸页经过前干燥后,进入计量施胶压榨。紧接1个气垫转向和1个红外于燥,再入后干燥。出后干燥的纸页进入2×2 辊压光机组,然后再进入卷取。软辊压光的热辊温度为 160℃,压力为 350kN/m。 涂布颜料经分散后贮存在DL1中,在涂料混合器按一定的配比和加入顺序配制涂料。混合好的涂料贮存在贮存槽中,泵送至涂布终槽,终槽中的涂料经过容积泵输送至涂布头,少部分涂料经过沟纹式计量棒均匀地计量到施胶辊上,大部分涂料经过筛选返回到终槽,筛去的纤维和颗粒排到下水沟。上下施胶辊的直径为1003mm,施胶辊是具有特殊包覆材料的铸铁辊,硬度为15-25P&J。施胶辊间的线压力为30-60kN/m,计量棒与施胶辊间的压力为40-140kPa。 在#3机试机阶段和试生产涂布纸阶段,由于纸机运行不稳定,故障频繁,原纸质量不理想,涂料配方有缺陷,操作人员经验不足等原因,导致试制的LWC纸质量不十分理想。主要问题是:纸机运行效率低,成纸率低和纸面光泽度低。
  2.工艺条件及产品质量
通过改进原纸质量、改进涂料配方和提高装备运行率,纸机运行效率逐渐提高,并成功地生产出58、60、64、75g/m2的轻涂纸。
  2.1 生产工艺条件
浆料:马尾松BKP十杨木APMP十获苇BKP;助留系统:PAM十阳离子淀粉双元助留系统;施胶剂:AKD施胶剂,用量 18kg/t纸;填料:PCC或PCC十滑石粉;车速:540m/min;涂布量:14-19g/m2; 软辊压光压力:300-340kN/m;软辊压光温度:160℃
  2.2 LWC纸的质量
表l是#3机生产LWC纸在某个生产周期的主要质量指标的平均值,从中可以看出,纸面光泽度达到了35%以上,印刷光泽度大于 70%,最高值达 76.7%。纸张白度可根据用户要求在 78%-88%ISO予以调整。平滑度大于500s以上,最高可达 800s,印刷表面粗糙度为2pm左右,纸面平整细腻,能满足胶版印刷的要求,多色印刷时色彩鲜艳,图象清晰,层次感较好。K&N油墨吸收值控制合理。纸张的印刷表面强度大于2m/s。
  3 应用MSP生产LWC纸的体会
  3.1 涂布原纸
涂布原纸对于生产高质量的LWC纸至关重要,特别是对于MSP生产LWC更是如此。原纸的质量不仅仅是指其物理强度,更为重要的是其表面平滑度、纵向和横向定量、水分的均匀性和稳定性、原纸表面的吸收性和渗透性。由于 MSP是一种仿形涂布,加之正反两面在一个压区同时涂布,涂布量一般局限在每面12g/m'以下,这意味着不能有更多的涂料去填充凹凸不平的表面,因此原纸的平滑度对于涂布的均匀性和涂料的遮盖性十分重要。经工艺调整,原纸的平滑度从6-7S提高到了10s。通过工艺改进和加强管理,原纸的纵横定量、水分波动大大降低。原纸的水分和定量直接影响到涂料在原纸表面的吸收和迁移,这种定量差经过涂布后有"放大"现象,即定量高的局部会吸收更多的涂料,使得定量差更大,在整饰过程中会由于压力不均、张力不一致导致环形条沟、松紧差的形成。横向定量、水分波动还会使得进入施胶压榨时纸幅的张力不一致,纸幅颤动或打折,导致涂布不均匀。 
高速涂布机(1200m/min)涂布时很少考虑原纸的吸收性,因为原纸在压区停留的时间很短,一般都不进行浆内施胶。车速为540-640m/min时,原纸的吸收性对于涂布纸的质量和涂布机的运行性能有一定的影响,而且对于不同定量、不同浆料配比的原纸,影响是不同的。定量较高时原纸吸收太快,会导致涂料和胶粘剂向纸页内部转移,从而影响涂层的覆盖性和光泽度。这时要求原纸具有一定的抗水性。原纸定量较低而涂布量相对较大时,情况是相反的,由于原纸吸收有限,涂层难以在纸面形成固着层(immobilized)而容易导致 "泪痕"的形成。因此,协调好原纸定量、涂布量、吸水性、涂料保水性之间的关系是非常重要的,也是非常复杂的。
  3.2 涂料配方
由于受纸机装备条件,如流浆箱、成形、压榨、涂布和压光等因素的制约,面临的首要问题是提高涂布纸的光泽度和涂布操作的运行性能。众所周知,光泽度的提高可通过涂布量的提高来实现,但是涂布方式、涂布装备和纸的定量等因素对于涂布量的提高是有一定限制的,因此通过改进配方来提高光泽度十分重要。涂布颜料的选择十分关键,LWC纸涂布量较低,应选用遮盖性很好的剥片土,也有的混用一定比例的高光泽瓷土。瓷土的粒径十分重要,粒径太大,表面积小,遮盖不好,因此超过5m粒子不允许存在;粒径太 小涂料的覆盖性变差。目前供应商在推荐一种窄础粒径分布的瓷土,这对纸页的光泽度、不透明度和印刷性能都有好处。因此选用瓷土时要充分考虑矿源。生产方式、生产过程控制。粒径分布、粒子的形状因子(d/p)等。通过大量的实验室实验现试和生产实践找到适合于LWC涂布的光泽度较高的瓷土。重钙、塑性颜料或中空球所占的比例对涂料的性能、涂料的成本。涂布和运行性能都有重要的影响。提高瓷土的比例可提高纸面的光泽度,但成本升高,涂料粘度增加,运行性能降低。塑性颜料或中空球可明显提高光泽度,成本也会显著升高。关键的问题是找到一个兼顾产品质量、成本和纸机运行性能的平衡点。羧基丁苯胶乳、淀粉都是胶粘剂,从成本的角度出发前者较高,但淀粉对光泽度有一定影响。使用羧基丁苯胶乳时应充分考虑其机械稳定性和对钙离子的敏感性。选择流动性好、机械稳定性好的润滑剂能改变涂料的流平性能及干燥、整饰设备的清洁和运行性能。经验表明:根据各种物料的特性和相互作用,选择、优化各种物料的配入顺序十分重要。 
  3.3 涂布和整饰
在MSP中先经沟纹式计量棒把涂料均匀地计量在施胶辊上,涂料的固含量和流平指数直接影响到计量膜的均匀性,涂料固含量越低,或流平指数越高,计量的膜越均匀。但是过低的固含量会使干燥成本升高, 涂布量达不到工艺要求,同时会产生"泪痕"、桔皮纹、 条痕等纸病。在高速涂布机上容易产生雾溅,涂料固含量太高或流平指数低时,施胶辊上的胶膜会非常不均匀,直接影响涂布的均匀性,容易产生环形条沟、徒步布君,松劲差等问题。固含量过高时还会使计量棒上的沟纹堵塞,导致涂料分布不均和降低涂布量。应用于MSP涂布的涂料是一种假塑性流动,为了流动要破除网状结构,随着剪切力的增加,更多的分子由网状排列成线状,内部结构的破坏加速了其流动,称之为剪切稀化。在一般的工厂实践中是用低剪切粘度来表征涂料的流动性,资料显示适合于绕线式计量棒的涂料粘度为600-1600mPa.S(BfOOkfield,100r/min),由于车速的不同,涂料上料泵的转速不同,施胶辊间压计量棒和施胶辊间的压力不同,适合于特定机台徐料的粘度是不同的。通过控制辅助胶粘剂量、保水、保水性变差,胶粘剂容易向原纸中迁移,降低了纸的光泽度,还会导致"泪痕"的形成。因此,涂料的粘度是必须测定和控制的,应保持相对稳定。涂布量提高,纸页的光泽度提高。但是随着涂布量的提高,涂布机的断头频率也会增加。涂布量过高,还会造成涂料膜分布不均匀,最终成纸的光泽度不一定提高,而松紧差变大,环形条沟增加。当车速一定,涂料固含量和原纸一定时,在MSP设备中,调整涂布量的手段是有限的,主要是调整计量棒的型号,微调时可以调整计量棒和施胶辊之间的压力。在#3机的实际生产中合理地控制了涂布量,既满足客户对质量特别是光泽度、平滑度的要求,又能保证纸机较好的运行效率。 
施胶辊的硬度、包覆材料的品质和湿润性是影响MSP涂布质量的另一个重要因素。把MSP用于表面施胶时,施胶辊应具有较低的P&J值,硬度较大。把MSP应用于涂布时,施胶辊应具有较大的P&J值,硬度较小。硬度小时,一定压力下,两辊间形成一个"靴",压力变化比较平缓,有利于涂料向纸面的均匀转移和提高涂料的转移率。施胶辊的硬度要视车速、操作方式。涂料性能等因素而定。实际生产中发现,施胶辊上涂料膜分布不均匀时,涂布机正常运行和成纸的质量很难得到保证,要及时更换施胶辊。计量棒上绕线间的间隙容易堵塞,导致计量膜不均匀,计量棒更换频繁,使用寿命短,正在探讨改为光滑棒。 软辊压光的压力和温度对纸页的光泽度和平滑度有着明显的影响,经不断调整,将软辊压光的运行维持到了最佳状态,温度由120℃提高到了160℃,压力可以提高到350kN/m。压力与松紧差有一个平衡点,要恰当地加以平衡及运用。 
  4 结语
由于 MSP在国内的应用时间很短,加之相关工艺条件和参数间相关作用非常复杂,工程技术人员和操作人员的经验有待于积累,因此,要有效地运用该设备 还要不断地去摸索、探讨和提高。 

摘自《纸业资讯》


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