【同行40年·2007】周振平：造纸精细化学品的现状与应用技术｜四十年四十人

【2007年】

造纸精细化学品的现状与应用技术

近二十年来我国纸及纸板的生产技术和生产量有了突飞猛进的发展，各类现代化的大型高速纸机相继投产，同时伴随着普通百姓对自身健康意识的提高和国家对环境保护力度的强化，给我们这些为造纸行业提供产品和服务的化学品厂商带来了新的机遇和挑战。即如何配合造纸行业的升级换代进一步做好对原生态的保护，尤其是森林资源和水资源的保护、减少排放、扩大再生资源的循环利用这一课题，我们进行了大量的研究和实践，下面就如何使用化学药品来进一步改善纸机的运行效率、提高产量、降低成本、满足环保排放要求等四个方面与大家进行探讨。

周振平先生，1957年1月出生于中国上海，1990年3月移居香港。自1979年3月进入造纸行业和造纸化学品行业至今已有40余年。分别在上海造纸集团公司所属上海红光造纸厂担任生产技术科总调度、白板纸机项目工程师、厂长办公室主任、生产厂长等职务，以及在上海造纸集团公司生产技术部担任经理、总经理助理等。1990年3月至1999年2月作为中国专家赴香港捷众造纸有限公司担任技术主管和技术经理等职务。1999年3月加入美国赫克力士公司，先后担任高级技术顾问、高级技术经理等职。2001年9月加入亚马逊造纸化工有限公司担任技术总监至今。2012年受聘陕西科技大学轻工与能源学院讲座教授。

众所周知，与欧美发达的造纸国家相比，由于我国的土地资源条件，尤其是林业资源的不足，我们必须保护有限的森林资源，因此使用人工速生林生产的短纤维和再生纤维/废纸是我国造纸行业所必须面对的课题，而合理和正确地使用精细化学药品能够帮助造纸工作者有效地缓解并解决这个问题。

首先让我们先来了解一下究竟什么是精细化学药品？精细化学药品主要指用于纸机湿部流送系统的化学药品。大家都知道纸机湿部化学是一门研究纸料（浓浆回路及稀浆回路）中各种组分在滤水、留着、成形及白水循环过程中相互间有关水、纤维及其它添加剂相互之间的反应与作用规律的科学；同时也是研究各种添加剂与纸料各组分之间的相互作用及其对纸机运行性能和产品品质影响的一门科学。可以这样地想象，纸机湿部系统就像一个黑匣子，虽然我们用眼睛不能直接看见里面究竟发生了什么变化和反应，但是通过一系列的纸机湿部化学理论，纸料之间的相互作用机理的指导和大量的实践与探索，并通过使用各种不同的化学药品所获得效果的经验积累，我们确实能够看到添加了化学药品以后系统所发生的各种明显变化。所以我们说，纸机湿部化学是“所有你看不见的东西影响着你所能观察到的事物”。

一般情况下，纸机湿部化学药品可以简单地被分为两大类，即功能性药品和过程性药品。顾名思义，功能性药品就是可以通过使用该类化学药品来提高和改善纸及纸板的某些功能，最典型的是通过使用施胶剂赋予纸张抵抗水的入侵的功能而方便印刷和书写；而过程性药品主要是用来提高纸机的运行效率和确保生产的顺利进行，最典型的代表是微生物控制剂，合理正确地使用微生物控制剂可以改善和保持纸机生产环境的清洁，减少断纸和延长二次计划停机清洗的周期，最终达到提高运行效率的效果。

但是如何使我们所使用的化学药品发挥最佳的效果，是我们必须了解和掌握的。首先要根据自身纸机和生产流程的特点、原辅材料的结构和产品的特性及需要等条件来选择或者咨询有资质的化学药品供应商或请他们推荐合适的化学药品；其二是生产现场的技术和操作人员应该了解和掌握正确地使用化学药品的方法和技能，关键是设定并控制好纸机和浆料的各项参数在合理的范围内，满足化学药品正常使用时所需的条件并正确的使用化学药品，才能获得最佳的表现；其三是条件许可时，尤其是针对某些比较特殊的化学药品，由药品供应商配合并提供高品质的现场服务也是至关重要的，包括对系统检测（数据的监测和测试）和跟踪、对纸病和断纸原因分析等。对于过程性化学药品来讲，它不是“神仙水”，通常它只能起到“锦上添花”的作用，切记！化学药品不是万能的，也不可能是万能的，所以我们应该给予合理的期望。

纸机湿部各种化学药品之间的相互关系就象一条锁链，互相影响和制约，在整个锁链中，助留助滤剂通常起着相当关键的作用。可能大家会问为什么说纸机的助留助滤系统是现代化纸机尤其是高速纸机的最关键的化学药品？

● 这是因为现代化纸机的运行速度越来越快，根据中国的国情，我们所使用的纤维原料却越来越差，浆料中所添加的化学助剂越来越多，纸机湿部系统越来越复杂，清水用量越来越少，对排放污水的要求越来越高。

● 为了有效地解决上述这些接近苛刻的条件，就必须合理与正确地选择助留助滤系统和正确地使用这些助留助滤药品，尤其是针对高度封闭的系统，需要考虑并使用适合系统高电解质情况下的助留助滤剂。

● 我们知道，良好的纤维、细小纤维、填料和各种添加剂在纸页中的保留，不仅减少了纤维/添加剂的流失和在循环白水中的累积，并节省/降低了运行成本；清洁的流送系统（流失的化学药品通常会造成大量泡沫和部分沉积物），为提高纸机的运行效率、减少纸病和断纸奠定了良好的基础。

● 排放白水中相对较少的纤维含量和化学药品残余对减轻污水处理厂的负荷，更容易地降低COD和BOD含量以及金属盐/电解质和氮等化学品的含量以及降低污水处理的成本提供了可能。

● 所以，每一个造纸工作者都应该明白这一点，并正确地管理和使用好助留助滤系统，确保纸机正常地、长时间地连续运行并获得品质良好的、稳定的产品和低的污水处理成本。因篇幅的关系，我们这次重点介绍一下配合助留助滤剂应用的系统微生物控制技术。

在良好与合理的纸机保留系统中，微生物的控制是非常关键的。杀菌剂——顾名思义就是用物理和化学的方法来杀灭细菌和微生物的一种药剂。在绝大多数的纸机运行系统中，加入杀菌剂的目的是用来控制和抑制浆料、白水/清水、辅料和添加剂系统中微生物/细菌的繁殖速度并减少浆料出现腐败的现象，此时的杀菌剂属于过程性控制药品；而对于用于生产直接包装食品的纸及纸板和特殊用途的液体包装纸板，加入杀菌剂的目的除了上述目标以外，更重要的是用来控制成品纸张中某些特殊的细菌和微生物或孢子数量，此时杀菌剂成为一种特殊的功能性药品。

杀菌剂通常可以被简单地分为氧化型杀菌剂和非氧化型杀菌剂两个大类；非氧化型杀菌剂还可以根据其反应机理被细分为杀菌剂和防腐剂。

杀菌剂的主要作用机理可以用下面的术语来加以描述：

● 表面活性型，药品溶解并穿透细胞壁对细胞进行解体。

● 表面连结/包裹型，药品破坏细胞壁和细胞膜，使细胞丧失呼吸或排泄功能。

● 酵素/酶，使细胞失去活性，或神经中毒。

● 繁殖控制型，药品借助于表面活性型杀菌剂穿透到细胞内部，破坏细胞的代谢功能使之失去繁殖能力，严格地讲它属于防腐剂。

● 氧化型杀菌剂主要是利用氧化还原的机理，使得细胞失去电子被氧化而快速死亡。

要使得微生物控制剂能够发挥最大效果的前提，是正确地选择杀菌剂：

杀菌剂的初选：    

● 生产系统的基本情况调查，这需要纸厂认真对待和提供方便。

包括：系统中存在的各种微生物的种类和数量，活性及分布等；系统中浆料、白水和辅料在各个位置尤其是流送系统的pH、温度、导电度和氧化还原电位/ORP等；目前纸机运行时主要面临问题，纸机计划停机清洗的时间和频率等。

● 在选择药品时，要考虑避免药品可能对环境造成的不良影响。

● 还应该避免各种不同的杀菌剂之间的不良反应以及与其它造纸化学品和添加剂之间可能产生的不良反应。

从若干个候选杀菌剂牌号/产品中确定具最佳成本效益的产品——杀菌剂选择试验：

● 通过安排药品对检测样本的毒性实验，挑选出一种或数种合适的杀菌剂。

● 确保杀菌剂在浆料中达到一定的浓度。

● 确保杀菌剂与浆料的接触时间符合该杀菌剂在实际添加点的条件。

● 友情提示：在纸机湿部的短循环系统应尽量避免直接使用氧化型杀菌剂，以避免可能影响施胶剂及染料的表现，另外有部分杀菌剂还有可能诱发泡沫的发生，尤其是当使用带电荷的杀菌剂时应避免添加在与其带相反电荷的化学药品的场合。

● 系统的pH、温度、ORP会直接影响杀菌剂的使用效果，高的pH和温度会导致杀菌剂的分解从而失去其杀菌功能，部分杀菌剂对系统的ORP非常敏感。

杀菌剂使用效果的评估：

主要看纸机系统中因微生物引起的问题是否得到了有效地改善:

● 腐浆沉积物情况：腐浆引起的断纸、纸病是否得到了减缓和控制；系统中微生物的数量是否得到了有效地抑制。

● 纸机运行效率的变化：由腐浆引起的停机清洗时间、次数和损失有效运行的时间是否得到减少。

● 处理成本合理。

无论纸机系统的微生物控制被设计得如何完美，乃至杀菌剂方案被执行得如何彻底，纸机运行一段时间以后，还是会因为微生物、或沉积物、或胶黏物的问题使得纸机越来越脏，因此需要进行必要与合理的清洗。

通过清洗，实现如下效果：

● 可以进一步改善纸机的运行能力

减少系统的波动；减少断纸；减少无计划停机次数和时间；改善脱水。  

● 改善产品的品质

减少破孔和斑点；改善纸页全幅宽度上的水分分布；改善纸页强度；减少掉粉。

● 降低直接生产成本

减少成形网的磨损；减少腐蚀；减少化学药品的用量。

为了帮助大家进一步认识清洗剂的作用和正确地使用清洗剂，我们可以将常用的清洗剂和清洗方法进行分类如下：

根据药品自身的特性，清洗剂通常可以分为三类：碱性清洗剂、酸性清洗剂、其他特殊用途的清洗剂。

根据清洗的方式，它们还可以被分为：加热化学串洗（Boilout）、泡沫清洗。

下面向大家介绍一下常用清洗剂的主要成分和清洗过程的控制要求：

(1)碱性清洗剂主要使用一些渗透剂、表面活性剂、分散剂以及螯合剂等化学药品与烧碱混合用于纸机湿部的短循环甚至于长循环系统的加热化学串洗。

碱性清洗时的关键是控制好清洗液的浓度、pH、温度以及清洗的时间。

● 药品的浓度应根据系统的污染程度，具体用量建议参考产品说明书。

● 配制好清洗液要求的pH值在12以上。

● 条件许可时清洗液的温度应控制在60℃以上。

● 确保药品的循环清洗时间不少于60分钟。

● 如果清洗过程不能同时满足药品浓度、pH和温度条件时，药品的循环清洗时间应该延长，至少不低于两小时。            

(2)酸性清洗剂主要也是利用渗透剂、表面活性剂、分散剂、缓蚀剂以及螯合剂等化学药品与酸混合或独立使用于纸机的短循环或长循环系统的串洗。

酸性清洗的要点是：

● 可将不溶于碱的沉积物如碳酸钙等从系统中清除出去。

● 药品的浓度应根据系统污染的程度而定，具体用量建议参考产品说明书。

● 要求的pH值在3～3.5。

● 为了避免酸洗过程对系统设备可能出现的腐蚀，酸洗时保持室温即可。

● 时间应控制在不超过1小时。

比较常用的特殊用途的清洗剂分别有：

溶剂型清洗剂：主要用来清除干固的含有聚乙烯醇的表面施胶和干固的涂料的沉积物。

含有双氧水的泡沫清洗剂：主要是利用药品所释放的双氧水所产生的微气泡来清洗涂料或顽固的沉积物，主要用来清洗涂料的上料系统和储存罐等。

泡沫清洗的作用和主要用途：

泡沫清洗主要用来解决加热化学串洗不能清洗的位置，如各类浆池；湿端机架、辊子、成形网；毛布和干网；纤维回收系统。

加热化学药品串洗效果的评估：

为了达到预期的清洗效果，加热化学药品串洗的全过程必须加以严密的监控和检测相关的参数，包括：pH值、温度、时间、导电度(固含量)、碱度、酸度、螯合剂的残余物、溶液中重金属(钙、钡、铝、铁等)离子的分析、安全等。

需要监视的基本内容，包括：各项参数的变化趋势，确保清洗的效率；用书面的文件总结化学串洗的结果；对重要部分拍照，对提出的改进意见，组织专人跟进。

● 在开始使用化学药品以前，应该认真地阅读该化学药品供应商所提供的药品使用说明书和安全资料表（PIS & SDS）。

● 启动加药程序前还应检查并确认药品储存桶、计量泵、加药管线以及添加点的接口无泄漏。

● 对于在同一设备或管线中使用两种不同的化学药品时，不要轻易地切换或加以混合，应咨询化学药品的供应商或用清水或溶剂彻底地清洗后再切换第二种化学药品。

● 在向药品储存桶中添加类似杀菌剂、清洗剂等含有刺激性和腐蚀性成分的化学药品时，操作人员应按产品安全资料表上的要求配戴好合适的防护用品，如橡胶手套、防护眼镜等。

● 发现有化学药品泄漏时，应立即通知有关人员采取堵漏措施，并根据产品安全资料表上的指引清理泄漏现场。

● 几乎所有的化学药品都会刺激人的皮肤，尤其是眼睛。因此操作人员暴露在外的皮肤以及眼睛不得直接接触药品，以免造成伤害。

● 万一不慎将化学药品溅在人体皮肤上或眼睛内，应立即用大量清水冲洗皮肤表面或眼睛，并送医院作进一步的治疗。

● 一旦不慎误入口中，应根据产品安全资料表的指引，立即用牛奶或清水等灌肠并及时送医院作进一步的治疗。