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》