ウェットエンド化学のトラブルシューティング: 製紙工場における発泡、堆積物、排水不良

抄紙機のウェットエンドは、容赦ない時間的プレッシャーの下で、化学、物理学、機械工学が融合する場所です。また、実行可能性の問題の大部分が発生する場所でもあります。ヘッドボックス内の発泡、成形生地やプレスフェルト上の粘着性の堆積物、ワイヤー上の排水の遅れ - これら 3 つの問題は、世界中の工場における計画外のダウンタイム、シートの破損、および品質の悪い生産における不釣り合いな割合を占めています。それぞれに異なる根本原因プロファイルがあり、反射的に化学物質の投与量を増やすのではなく、的を絞った診断アプローチが必要です。このガイドでは、3 つの故障モードすべての背後にあるメカニズムを詳しく説明し、ウェットエンド化学原理に基づいた実践的なトラブルシューティング フレームワークを提供します。

▶発泡：発生源、メカニズム、および化学的制御戦略

ウェットエンドの泡は単一の問題ではなく、システムが消散するよりも早く表面活性物質が蓄積する症状です。現代の製紙における泡生成界面活性剤の主な発生源には、木材抽出物（脂肪酸、樹脂酸、ステロール）、リサイクル繊維汚染物質、破損した再統合、プロセス水の再循環、および過剰または不適切に溶解したポリマー添加剤が含まれます。これらの界面活性化合物が空気と水の界面に集中すると、気泡を持続性の発泡構造に安定化させ、スライスの流れの均一性を乱し、シートにバリを発生させ、繊維の結合を弱める空気の閉じ込めを引き起こします。

ウェットエンド発泡の重大かつ見落とされがちな要因は、ポリアクリルアミドベースの保持助剤および排水助剤の過剰摂取または不適切な溶解です。適切な事前溶解を行わずに PAM 粉末をシステムに添加すると、特に溶液濃度が 0.3% を超える場合、または溶解水の温度が低すぎる場合、未溶解のゲル粒子や部分的に加水分解されたポリマー断片により、空気と水の界面の表面粘度が増加する可能性があります。これにより、泡が抑制されるのではなく、泡が安定します。 PAM ベースの添加剤の正しい調製プロトコルは、0.1 ～ 0.2% 水溶液であり、投与前に少なくとも 60 分間穏やかに撹拌しながら 20 ～ 40°C のきれいな水に溶解します。

発泡のトラブルシューティングを行うには、その発生源が化学的（界面活性剤の充填）なのか機械的（ポンプシールからの空気の取り込み、マシンチェスト内での渦巻き、またはヘッドボックス内の脱気不足）なのかを切り分ける必要があります。実際的な最初のステップは、ファンポンプの吸引とヘッドボックスアプローチシステムから採取したサンプルを使用したロスマイル泡テストです。これら 2 点間で泡の持続性が急激に増加する場合、アプローチ システムでの空気の取り込みが主な原因となります。機械の胸部ですでに泡のレベルが高い場合、問題は上流の破損品の取り扱い、再循環、または添加剤の化学にあります。

泡制御: 消泡剤と PAM システムの互換性

鉱物油およびシリコーンベースの消泡剤は、確立された泡を破壊するのに効果的ですが、PAM 保持助剤も使用する工場では、その添加点と投与量を慎重に管理する必要があります。特に油ベースの製品で消泡剤を過剰に使用すると、疎水性物質が形成中の生地に付着し、排水速度が低下し、二次的な問題が発生する可能性があります。最も確実なアプローチは、消泡剤を主な制御メカニズムではなくトリムツールとしてのみ使用し、白水の浄化、壊れた洗浄、および定期的なシステムの清掃を通じて界面活性剤の負荷を制御することによって根本原因に対処することです。 PAM が適切に選択され、投与されると、その架橋および凝集作用により、界面活性コロイドと繊維微粒子が共凝集することにより、白水中の遊離界面活性剤濃度が実際に減少し、間接的に泡の減少に寄与します。

▶ピッチと粘着性の付着物: 生地の目隠しの背後にある化学物質を診断する

ウェットエンドでの堆積物の問題は、無機スケール (炭酸カルシウム、硫酸カルシウム、シリカ) と有機粘着物またはピッチという 2 つの大きく異なる形で現れます。どちらも、成形生地やフェルトの細孔を目隠しし、排水を低下させ、シートの欠陥を引き起こし、ひどい場合には制御不能なシートの破損を引き起こす可能性があります。それぞれに対処するために必要な化学反応が根本的に異なるため、区別が重要になります。

無機スケールの形成

無機スケールは、難溶性塩の濃度が白水ループ内の溶解度積を超えると形成されます。アルカリ性製紙（酸性から中性/アルカリ性サイジングへの移行以来、世界的に主流となっているシステム）では、炭酸カルシウムのスケーリングが最も一般的な無機堆積物です。これは、システムの高度な閉鎖（真水の希釈の減少）、温度の上昇、および白水からの CO₂ 除去によって促進され、これらすべてが CaCO₃ 平衡を沈殿方向にシフトさせます。シリカのスケーリングは、ケイ酸塩を含むプロセス水やリサイクル包装からのケイ酸ナトリウムを含むブロークを使用する工場では二次的な懸念事項です。

無機スケールが疑われる場合の最初の診断ステップは、布地またはフェルトの堆積物に対する強熱減量試験です。無機堆​​積物はかなりの灰残留物を残しますが、有機粘着物はきれいに燃えます。白水サンプル中の溶解固体の ICP 分析によって特定のイオン種を特定することで、スケール防止剤の化学的選択が決まります。非常に低分子量 (500,000 g/mol 以下) のアニオン性ポリアクリルアミドは、CaCO3 結晶が表面接着に必要な臨界サイズに達するのを防ぐ結晶成長調整剤として機能します。これは、高分子量の凝集助剤としての役割とは異なる機能です。 スケーリング制御のために誤った分子量グレードの APAM を選択することはよくある間違いであり、非効果的な処理や化学薬品の無駄な支出につながります。

オーガニックスティッキーとピッチコントロール

有機粘着剤は、木材樹脂からの一次ピッチ (機械パルプ化および高温精製中に放出されるエステル化脂肪酸および樹脂酸) と、リサイクルされた繊維汚染物質からの二次粘着剤 (感圧接着剤、ホットメルト接着剤、ラテックス コーティング、ワックスおよびインク残留物) の 2 つの供給源から生じます。どちらも、白水系のコロイド安定性が崩れたとき（通常は pH、温度、導電率、または添加剤プログラムの変化時）に問題が発生し、以前に分散していたコロイドピッチ粒子が凝集して疎水性表面に堆積します。

ピッチと粘着性を制御する最も効果的な化学ベースのアプローチは固定です。カチオン性ポリマーを使用して、負に帯電したコロイドピッチ粒子に吸着させ、電荷を反転させ、布地に付着する前に粒子を繊維表面に付着させます。ここで、カチオン性ポリアクリルアミドが決定的な役割を果たします。 Hengfengの製紙用カチオン性PAM製品 制御された電荷密度と分子量プロファイルで特別に配合されており、ピッチの固定、繊維微粒子の保持、排水性の向上を同時に実現します。これにより、パルプシステムに最適化されていない一般的なカチオン性ポリマーを使用する場合によく発生する、粘着性の制御と排水性のパフォーマンスとの間のトレードオフを回避します。

付箋の付着が疑われる場合の主な診断手順は次のとおりです。

• ファンポンプで白水のゼータ電位を測定します。-15 mV よりも負の値は、カチオン要求の範囲が不十分であり、コロイドピッチの移動度が高いことを示します。
• 白水サンプルに対してカチオン要求滴定 (コロイド滴定) を実行し、カチオン添加剤によって中和する必要があるアニオン電荷を定量します。
• 添加剤の添加順序を確認します。カチオン性 PAM は、繊維マットに接触する前に、早期の電荷中和とポリマーの沈殿を防ぐために、アニオン性ゴミ (アニオン性分散剤、デンプン、CMC) の下流に添加する必要があります。
• 生地のコンディショニング プログラムを検査します。化学変化により排水性能が回復する前に、成形生地にすでに存在する堆積物を酵素またはアルカリ洗浄する必要があります。

▶排水不良: 単にポリマーを追加するだけではない体系的な診断

排水不良は、その影響が乾燥エネルギーコスト、機械速度の制限、最終シートの水分プロファイルの不均一に直接波及するため、ウェットエンドで最も重大な問題となります。排水が悪化すると、多くの工場では本能的に PAM 歩留まり向上剤の投与量を増やすことになりますが、これにより問題がさらに悪化することがよくあります。その理由を理解するには、排水 PAM が実際に何を行うのか、何ができないのかを明確にモデル化する必要があります。

フォーミング ワイヤーの排水速度は、繊維マット自体の抵抗、排水ファブリックの抵抗、および両方を通って移動する水の流体力学的抵抗の 3 つの抵抗によって決まります。 PAM を含む歩留まり向上剤は、主に繊維微粒子やフィラーを凝集させてより大きなフロック構造にし、布地の細孔に移行してブロックする傾向が少ないため、最初の要因に影響を与えます。ただし、排水不良の根本原因が、すでに目隠しされている生地、微粉濃度が過剰な過負荷の白水システム、またはフリーネスを低下させる二次繊維が過剰に含まれるパルプ完成紙料である場合、PAM を追加しても根本的な問題は解決せず、微粉が過剰に保持されてマットの抵抗がさらに増加するため、マットの形成が悪化する可能性があります。

段階的な排水トラブルシューティング手順

排水のトラブルシューティングに対する体系的なアプローチは、化学的調整ではなく測定から始める必要があります。入荷ストックのショッパー・リーグラー (SR) またはカナダ標準ろ水度 (CSF) 値は、化学処理を行わないベースラインろ水度を示します。同じ完成紙料組成で過去のベンチマークと比較してろ水度が低下した場合、その原因は繊維品質の変化 (精製度、二次繊維比率、繊維長分布) または白水の化学的変化 (導電率、pH、コロイド電荷負荷) のいずれかです。化学を変更する前に、両方を定量化する必要があります。

PAM プログラムの排水の寄与は、ダイナミック ドレナージ ジャー (DDJ) またはブリット ジャー テストを使用して分離できます。現在の添加ポイントで現在のポリマーを添加したサンプルと添加していないサンプルを分析し、カチオン成分とアニオン成分の順序を変えることによってシーケンス効果をテストします。適切に機能する微粒子またはデュアルポリマー保持システムでは、未処理のベースラインと比較して SR ユニットの 10 ～ 25% の排水改善が達成可能です。ジャーテストで PAM 添加に対する測定可能な排水反応が示されない場合、問題は化学プログラムの外側、つまり生地の状態、システムの閉鎖、またはストックの準備にあります。

Hengfeng の製紙工場向け分散剤 PAM 製品 は、保持補助剤と排水補助剤がより効率的に機能できるようにするための前提条件として、パルプスラリーの粘度を下げ、繊維分散の均一性を向上させるように設計されています。分散剤 PAM は、アプローチ システム内の繊維の凝集を低減することで、より均質な完成紙料を生成し、ワイヤ上でより均一で抵抗の少ないマットを形成します。これにより、歩留まり向上剤の投与量を増やすことなく、排水速度が直接向上します。これは、高度に精製された、または濾度損失の高い二次繊維完成紙料を生産する工場で特に効果的な戦略です。

一般的な排水問題のシナリオとその主な原因:

• 数週間にわたって徐々に排水が低下します。通常、生地が堆積物によって目詰まりします。化学調整の前に生地を洗浄して対処します。
• 完成紙料の交換または破損した再統合サージ後の突然の排水損失: コロイド電荷の不均衡 - PAM 投与量を調整する前にカチオン要求とゼータ電位を測定します。
• PAM 投与量を増加すると数時間以内に回復する排水性の改善: 過剰な滞留によりマットの緻密化が引き起こされる - PAM 投与量を減らし、分子量グレードを評価する。
• 長時間のシャットダウン後の始動時の排水不良: 再統合の失敗によるシステムの化学的不均衡 - 高速で走行する前に白水を洗い流し、バランスを取り直します。
• 水温の変化と相関する季節的な排水の低下: 排水速度に対する粘度の影響 - 温度補償された投与量プログラムを検討してください。

▶PAM化学を安定したウェットエンド制御プログラムに統合

上述の 3 つのウェットエンドの問題、つまり泡立ち、沈殿物、排水不良は、白水系のコロイド化学によって相互に関連しています。システムの電荷バランス (ゼータ電位)、アニオン性ゴミの負荷、およびポリマーの添加順序を厳密に管理する工場では、3 つの問題すべてが発生する頻度が低くなり、発生した場合はより迅速に解決されます。共通しているのは、PAM ベースの化学は、より深い不均衡の症状を隠すために反応的に使用されるのではなく、十分に特徴付けられたシステムに適用される場合に最も効果的であるということです。

Jiangsu Hengfeng は、工場が安定した測定ベースのウェットエンド プログラムを構築できるように設計された技術サポート サービスとともに、歩留まり向上剤、排水助剤、分散剤、カチオン固定剤を含む製紙 PAM 製品を幅広く提供しています。持続的な発泡、堆積、または排水の問題に直面している工場の場合、Hengfeng のアプリケーション エンジニアは、オンサイトでの水分析、ジャー テスト、および添加剤シーケンスの最適化を実施して、特定の完成品および機械構成に合わせて最小限の効果的な化学プログラムを特定できます。義務なしの技術評価については、白水分析データと現在の添加剤プログラムを添えて当社チームにご連絡ください。