造纸机和特种纸涂布工艺

造纸机结构和特种纸助剂工艺
内容提纲
1、造纸机的结构
1.1造纸机的分类
1.2造纸机的结构
2、特种纸的涂布技术
2.1 涂布方式
2.1.1辊式徐布
2.1.2 气刀涂布
2.1.3 刮刀涂布
2.1.4 浸渍涂布
3、常见的几种特种纸品助剂介绍
1、造纸机的结构
1.1造纸机的分类
习惯上按所采用的纸页成形器类型将纸机分成长网、圆网、夹网及长圆网混合等机型；也有依其主要产品品种而分成新闻纸机、文化用纸纸机、电容器纸纸机；或按产纸厚薄分为薄型纸机、纸板机和常规纸机。

1.2造纸机的结构
根据抄造工艺的需要,纸机结构形式多样,一般均由流送、成形、压榨、烘干、整饰、卷取及传动等部件和辅助系统等配套设备组成(图1)
（1）成形部
由流浆箱、胸辊、成形网、吸水箱及伏辊等组成。

流浆箱布浆器将流送系统送来的成浆均匀地喷送到成形网上，浆速与网速应相匹配。

控制浆速与网速是选用流浆箱箱型的主要因素。

全封闭水力式流浆箱是以调节冲浆泵的送浆压力来调整浆速，适用于高速纸机；气垫式流浆箱是以调节气垫压力来调速，而开敞式高位流浆箱则以调整箱内浆位高度来调速，适用于中速纸机；开敞式隔仓流浆箱则适用于低速纸机。

成形网为无端环状网，在胸辊与伏辊之间，形成一个水平的或略带倾斜度的平直网面，作为纸浆脱水的工作段，习惯称它为网案，因而称为长网。

若将无端成形网置于圆形网笼上，成为弧形的脱水成形的工作段，称为圆网。

若用钻有孔眼的钢制网鼓，从轴端抽吸真空，以加速成形网网面上的纸浆脱水则称为真空圆网或真空成形网。

若纸浆是在两张长网相夹持下，两网同时进行脱水成形则称为夹网成形器(图2 )。

这些成形器采用了不同形式的脱水元件，使网上的纸浆加速脱水。

元件分有静止、转动和两者兼用等3类。

静止元件如脱水板、弧面真空箱等，转动元件如案辊、真空成形辊等。

除用单一形式成形器组成长网纸机、圆网纸机、夹网纸机外，还有用多长网、多圆网、多夹网和多种形式长圆网混合式成形器组合的成形部。

（2）压榨部
对成形后的湿纸页以加压的方式进一步脱水。

它由辊面硬和软的两个辊子，如石辊和胶辊相配组成一组压榨。

压榨部由同形式或不同形式的压榨组组成，其中在习惯上还包括真空吸移装置。

压榨时，以适当规格的毛布承托纸页，它可以匀布加压压力并带走部分被压榨挤压出来的水分，并可增强加压的压力，提高压榨脱水能力。

低速纸机多采用20～60kN/m的线压力，高速纸机采用高达210kN/m线压力,当采用高冲量压榨时，如湿抄机压榨可高达350kN/m线压力;将包胶辊制成真空压辊、沟纹压辊、衬网压辊、盲孔压辊等，以更有效地将压榨水带离压区，这些都是50年代以来采用提高压榨脱水效率的新技术。

之后又采用复式压榨结构形成封闭引纸。

它由二组或三组压榨合并组成，由真空吸移辊将湿纸从成形网上剥离，用毛布承托送入复合压榨，以后纸页在各压辊间传递，从而消除了过去纸页在压榨之间受着自重等因素的牵引作用造成断头的现象。

80年代以来，出现了宽压区压榨技术，强韧的橡胶带或胶辊，在强力受压时变形,从而有着高达750kN/m线压力和较宽的接触面，有着明显延长的脱水时间而大大提高了压榨脱水能力，在高速纸机上效果更为突出。

现在出压榨的纸页干度可以从过去的30～37％提高到43～45％，有的甚至达到50％。

纸页接触光滑的硬辊面的次数或是粗糙胶面的次数以及各面的脱水量的多少，都会影响纸页的表面质量。

处理合理则可以明显减少纸页两面平滑度的差异，反之也可以造成两面平滑度差异增大。

（3）干燥部
由齿轮传动或由毛布带动若干个烘缸为一组，若干组烘缸构成干燥部。

各组烘缸的线速度可以分别调整，保持各组烘缸之间微量速差以补偿纸页在干燥过程中的收缩。

出干燥部的纸页干度一般在92～94％左右。

在干燥部末端，一般配有冷缸，使水气能在冷缸面上凝聚。

冷凝水可以湿润纸页表面以利于在整饰中得到较佳的表面平滑度。

烘缸直径以1.5m的效果最好。

单面光纸可以通过采用高硬度、高光洁度缸面的大直径烘缸而得到较高的单面光泽度,大直径烘缸直径一般采用3～7.5m。

（4）表面整饰部
用多工序处理以取得良好的表面质量。

大多数纸在纸机后都经过机械压光机压光，使纸面平整一致。

机械压光机由若干个冷铸铁辊制成，以各辊子的自重或另加压将纸面压平。

若
需要更高表面平滑度则要用超级压光机压光。

它一般由纸粕辊和冷铸铁辊相间排列组成。

根据使用要求不同，一些品种要经表面施胶来改进表面质量；有的要经过表面涂布，以改进外观质量或印刷质量。

表面施胶、涂布可以用成纸在纸机外通过施胶机及涂布机进行加工，也可以将施胶机及涂布设备组合在纸机内进行机内加工。

（5）传动系统
将纸机各部位联接同步运转，使机械电气构成一体。

由机械减速装置、调速稳速装置、分部传动装置等构成，均采用电力为动力源。

（6）白水系统
是对纸机成形部脱水的回收、处理和回用系统。

包括白水的收集、输送、过滤或沉淀、气浮等设备，以分离回收纤维及填料复用，以及将清净的白水在造纸工艺过程中循环利用的整个系统。

（7）辅助系统
由与纸机配套的电气系统、真空系统、润滑系统、车间给排汽系统、损纸处理、压缩空气系统、供汽供水排水系统等所组成。

2、特种纸的涂布技术
2.1 涂布方式
指通过涂布头经料辊、气刀、刮刀或计量棒等型式将涂料、树脂等对纸基进行表面涂布，然后经远红外线、干燥箱(烘房)、烘缸等干燥后，加工成涂布纸。

2.1.1辊式徐布
该涂布型式很多。

有挤辊式、逆转辊式、传递辊式和凹印辊式等。

（1）挤辊式涂布头
挤辊式涂布头由双辊或三辊组合。

通过间隙上料装置，控制涂布量。

涂布辊将涂料转移到纸幅上。

纸幅上涂料量多少，由涂料与纸幅、涂料对徐布辊的亲和力；涂料的粘度；纸幅的吸收性以及纸幅与涂布辊相对速度和辊筒之间压力等因素决定。

该型式徐布可作表面施胶等，如图3所示。

图3 垂直式挤辊式涂布头示意图
（2）逆转辊式涂布头
逆转辊式涂布头能计量，是使用最广的一种型式，能使涂料到纸页上前被匀整。

运转速度较快，可达300m/min。

可处理各类涂料（包括溶剂性与高温热溶涂料），对涂料粘度、涂布量使用范围大。

此型式可应用于粘胶涂布、聚乙烯醇、压敏胶涂布等。

涂布量控制可通过调节涂布辊和计量辊间隙（一般0.25~0.65mm）；也可调节涂布辊与纸幅间相对速度来控制，如图4所示。

该型式可生产：自粘标签纸、热敏转移贴花纸，艺术壁纸等。

图4 料槽供料逆转辊式涂布头示意图
（3）传递式涂布头
优点：车速高(可达500--800m/min)，涂料固含量高，粘度范围广(0.5-4Pa·s间)，且涂层均匀等。

缺点：机头占地大，涂布量小，主要用于杂志、书籍、广告胶版等印刷纸涂布。

其型式多，有维尔金纳(virginia)传递式、马西(massey)、恰姆庞(champian)以及门辊涂布头（见图5）。

门辊涂布可施胶，也可涂布。

涂料固含量可达60%，车速可达900m/min，尤其占地少，操作方便，对原纸要求和涂料要求不太高。

目前多用于低定量涂布印刷纸。

其涂布量，可通过改变固含量、压区压力和门辊速度来加以控制。

图5 门辊涂布头的示意图
（4）凹辊式涂布头
该涂布型式具有车速高(可达600m/min)、涂料粘度范围大(0.01-15Pa·s)涂布量精确等优点。

涂布量与凹印辊辊面网点形状和目数、涂料粘度、固含量、涂布速度、辊之间线压力以及纸的吸收性和平滑度有关。

当原纸和涂料确定之后，线压力和辊面网点形状和网线目数是决定因素。

该型式常用于生产票证纸、印花转印纸、防水纸、贴面纸等。

如下图
图6 双面涂布凹辊式涂布头示意图
2.1.2 气刀涂布
该涂布型式是应用最普遍的一种，适应性广。

它是由高压风机鼓风(风压15~60kpa)，进入气刀体，由气刀上下二片不锈钢唇片组成，缝隙为0.4~1.2mm的喷口喷出，形成一把刀似的气流，以一定的角度(通常40°~45°)吹向纸幅，吹去过量的涂料，并将纸页表面涂层吹匀。

涂布量取决于气刀与纸幅的距离(一般刀距2-8mm)、角度、气刀风压、运纸速度和涂料粘度等。

一般车速可达100--400m/min，涂布量10~20g/m2，涂料粘度50~400mpa·a，固含量30~50%，如图7所示。

其优点：对原纸适应性强，不管原纸横幅定量波动或表面不平整，都能使涂层达到均匀、平滑，操作容易；涂布量大，有利提高涂层表面质量；适应涂料粘度不同要求。

由于气刀气流能量有限，仅适用生产低固含量、粘度较低涂料。

另外气刀高压空气需净化。

此型式涂布头适用于生产涂布印刷美术纸、涂布纸盒纸板、无碳复写纸、照相纸、艺术充皮纸等等。

图7 气刀涂布机头示意图
1--压纸辊2--顺转计量刮刀3—泡沫堰板4—进料区5—涂料6—带料辊
7—匀料辊8—涂布衬辊9—回料口10—料气分离器11—定流板12—气刀
13—吸风传送带14—胶带转动辊15—打孔胶带16—吸气箱17—胶带张紧辊
2.1.3 刮刀涂布
该涂布型式已成为主要涂布方式之一。

其固含量(可达50~70%)，产品质量好，车速高。

刮刀涂布有：硬刃刮刀、软刃刮刀和刮辊式。

（1）硬刃刮刀，将过量涂料从纸面上刮下，使徐层平滑。

控制涂布量精度低，涂层易出现刮刀条纹。

适用车速较低，涂布量较大的纸张涂布。

如下图所示：
图8 硬刃刮刀深布头示意图
1--硬刃刮刀2—衬辊3—涂料槽
（2）软刃刮刀涂布头，有拖刀式、斜角软刃刮刀等型式。

一般车速达300-600m/min；涂布量8-25g/m2；涂料粘度达1-5pa·s；固含量50-70%。

刮刀用0.27-0.65mm弹簧钢制成，刀与衬辊切点夹角于60°，通常取45°。

图9为两种先进的斜角软刃刮刀型式。

此型式优点：既可涂毛面纸，也可涂光泽度高的纸；可用高粘度，高固含量涂料，车速高，涂层光泽度，平滑度好。

缺点：涂布量少，原纸、涂料及涂料流变性不适时，涂层产生线状刮刀条痕。

刮刀要求高，寿命短。

适应机内、机外低定量涂布，如需达到质量高，涂布量高的纸，可用二次涂布。

图9 斜角软刃刮刀示意图
（3）刮辊式涂布。

该型式带料辊转动中将过量涂料涂于贴附辊面的原纸上。

然后，刮辊将过量涂料刮下原纸。

其优点：结构简单，操作方便，又能保证涂布量。

但涂布量小使用受限制。

2.1.4 浸渍涂布
浸渍涂布加工是使原纸浸渍吸收胶乳、树脂、油类等化工药剂，使纸张获得防水、防火、耐磨、增强、防潮、绝缘等特殊性能要求。

浸渍徐布使用浸渍剂主要是：合成树脂、合成胶乳、聚苯乙烯胶乳及油类、石蜡等。

用于浸渍徐布的原纸，可以是植物纤维纸、无机纤维纸、合成纤维或合成纸。

但无论何种纸，都必须具有如下要求：①原纸具有足够湿强度，以防在浸渍时，产生断纸或破裂，故一般用
长纤维木浆较多。

②原纸具有良好的吸收性。

因此，原纸不施胶；且打浆、压榨、压光的程度都较低。

由于所有浸渍剂不同，加工后性能用途各异。

（1）树脂浸渍剂
此类浸渍剂有：酚醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂、服醛树脂等合成，浸渍后，纸张具有防水、防油、耐磨、绝缘等性能。

该类纸作为装饰用纸、层压复合纸、电气绝缘纸、洗衣标签用纸等。

三聚氛胺浸渍后，可使纸的表面有一层薄透明树脂，具有耐腐、防水性能；酚醛树脂具有良好绝缘性。

（2）胶乳浸渍剂
此类浸渍剂有：丁苯胶乳、氯丁胶乳及丙烯酸胶乳等。

浸渍后提高纸页内部强度，提高纸张耐磨强度。

如，证券专用纸、木皮贴合纸及包装装饰用纸等。

（3）油类及石蜡浸渍剂
此类浸渍剂有：干性油(亚麻油、桐油等)、石蜡。

油类浸渍后，具有良好耐水、抗潮性，具有较高强度及透明性。

石蜡浸渍后，具有耐水及不透明性，主要用于防油、耐水、防潮包装用纸。

下图是常用浅盘式浸渍槽。

浸渍辊、槽均用不锈钢制作，防锈。

槽或辊可升降，便于引纸。

挤辊由胶辊和镀铬辊组成，压力可调。

胶辊需作离型处理，防乳胶粘辊。

含浸后进入干燥部。

为防止进入干燥部粘烘缸。

可先用远外红线预热，后进入烘缸部。

烘缸组的第一个烘缸也须作离型处理(镀铬或包特氟龙处理)。

图10 浅盘式浸渍槽示意图
3、常见的几种特种纸品助剂介绍
（1）防油处理
含氟类防油剂的主要成分是含氟烷基化合物，有全氟烷基取代胺类、季铵盐类和丙烯酸酯类。

其阳离子型分散液可以通过抄纸时浆内添加工艺到纸中，成纸时通过加热烘干在纸纤维上形成一层全氟烷基朝外的单分子层。

而阴离子分散液则通过表面浸渍、表面施胶的工艺添加到纸上，在加热烘干时全氟烷基同样会在纸纤维表面呈单分子层，使油不能浸润纸张。

（2）防水处理
较早较低成本的防水剂是石蜡乳液，主要是通过表面浸渍添加到纸上，属于非离子型。

还有一种浆内添加的，属于阳离子型。

有机硅是应用最广泛的防水剂。

水乳液型有机硅防水剂，主要是将各种聚硅氧烷通过加入乳化剂制成聚硅氧烷乳液，同时通过在乳液中加入纳米级的二氧化硅使纸表面形成“荷叶效应”，水珠在纸面上可以轻易滚动。

例如还有用松香施胶剂、AKD乳液等作为纸的一般抗水处理。

（3）阻燃处理
纸用阻燃剂的添加方法有两种：一种方法是抄纸时将水不溶的固体阻燃剂粉末以填料形式加入浆中，通过正常的抄纸，成纸后均匀分布在纸中。

另一种方法是通过浸渍工艺将水
溶性的阻燃
剂加入纸中，烘干成纸使纸具有阻燃功能。

水溶性阻燃剂有含氮类阻燃剂和硼类阻燃剂，水不溶的固体粉末状阻燃剂主要是氢氧化铝和氢氧化镁。

（4）耐热处理
耐高温的纤维保护型化学品主要有两种，其一是天然高分子改性的化学品，如葡甘聚糖经改性
与含氮化合物混合后采用涂布、浸渍或喷涂方式添加到纸上，作为耐高温的绝缘纸，以及经改性的瓜尔胶等改性的天然高分子树脂作为不锈钢衬纸的耐高温剂。

其二是合成高分子树脂，主要是有机硅树脂和较高碳链的聚烯烃（如聚戊烯作为人造皮革离型纸的耐热隔离剂）。

降温型的化学品主要是含结晶水的金属氢氧化物。

作为纸纤维的耐高温保护剂，有机硅树脂是较佳的选择。

有机硅树脂由于Si－O 键键能较大，不易断裂、稳定，具有良好的耐热性，同时有机硅树脂还有良好的防粘隔离性能。

（5）防粘隔离处理
纸张的防粘、隔离处理工艺主要是用于自粘性标签纸、压敏胶纸、装饰材料用复合隔离纸、人
造皮革离型纸和医疗诊断器材用隔离纸等生产，使处理后的纸张具有防粘、隔离性能。

用于纸张防粘、隔离处理的化学品称为隔离剂，又称剥离剂、防粘剂、离型剂。

其作用是使在纸张表面形成一层胶粘剂高分子树脂（主要指不干胶、人造革用树脂）无法渗透且容易剥离的致密层。

隔离剂根据其主要成分可分为：有机硅树脂类、聚长链烷基丙烯酸酯类和高分子聚烯烃类。

有机硅隔离剂因其毒性小、表面能低（表面张力20~24 mN/m）与纸张湿润性好、易在纸张表面形成牢固的薄膜、温度适用范围广、对胶粘剂迁移性小等优点，是目前应用最广泛的隔离剂。

有机硅隔离剂根据剂型可分为：溶剂型、乳液型和无溶剂型三类。

根据其最后涂膜时的交联反应可分为加成型、缩合型、辐照型。

从固化程度、剥离性能、抗粘结性能、涂布配方设计的自由度等方面比较，加成型优于缩合型。