干强剂添加方式的工艺选择与优化

干强剂添加方式的工艺选择与优化：从湿部到表面的全流程解析

在造纸工业中，干强剂（Dry Strength Agent）是提升纸张拉伸强度、耐破度、内结合力等核心性能的关键助剂。从传统的阳离子淀粉到合成聚合物，干强剂的种类日益丰富，但同样重要的是——以何种方式添加。添加位置的选择直接影响干强剂的留着率、作用效率以及对纸张性能的贡献方式。

本文将系统解析干强剂的三种主要添加方式——湿部添加（浓浆/稀浆）、施胶压榨添加和成形部喷涂/帘式涂布，从工艺原理、技术优势、量化效果到注意事项，为造纸技术人员提供全面的决策参考。

一、干强剂添加方式的分类与工艺原理

干强剂的添加方式大体可分为三类，其作用位置和机理各有侧重：

二、湿部添加：浓浆与稀浆的工艺选择

湿部添加是最传统也最广泛的干强剂添加方式，根据添加点的不同，可分为浓浆段添加和稀浆段添加。

2.1 浓浆段添加

工艺描述：在浓度较高（通常3%-5%）的浆料中添加干强剂，常见于打浆后、贮浆池或调浆箱。

技术优势：

• 接触效率高：高浓度环境下，纤维与干强剂的碰撞概率显著增加。研究表明，浆浓从1%提升至4%，阳离子淀粉的吸附效率可提高25%-35%。
• 留着率优异：干强剂充分吸附后，在后续稀释和流送过程中脱附风险低。实验室数据表明，浓浆添加的阳离子淀粉留着率可达85%-95%，而稀浆添加仅为70%-80%。
• 增强效果突出：更充分的吸附意味着单位添加量的强度增益更高。某纸厂对比显示，相同0.8%添加量，浓浆添加的抗张指数比稀浆添加高8%-12%。

量化数据：

注意事项：

• 微生物风险：浓浆系统温度适宜（30-45℃），停留时间长（30-90分钟），是微生物繁殖的理想环境。淀粉酶可导致阳离子淀粉分子量下降30%-50%，增强效果显著减弱。建议配合杀菌剂使用，控制系统中微生物总数<10⁴      CFU/mL。
• 工艺灵活性：浓浆段添加后调整响应慢，适合生产稳定的长周期纸种。频繁切换品种时需考虑过渡时间。

2.2 稀浆段添加

工艺描述：在冲浆泵后、纸机前（浓度0.3%-1.2%）的稀浆中添加干强剂。

技术优势：

• 微生物风险低：从添加到留着仅需2-5分钟，淀粉酶作用时间短，可保持干强剂分子量。
• 工艺响应快：调整添加量后5-10分钟即可在成纸上体现效果，适合频繁换产或质量微调。
• 节省杀菌成本：无需额外添加杀菌剂，或可降低杀菌剂用量。

工艺要点：

• 添加点选择：应选在充分湍动区域（如冲浆泵出口），确保快速混合。
• 稀释比例：干强剂溶液应稀释至1%以下添加，避免局部浓度过高导致絮凝。

效率对比：在微生物活性高的系统中，稀浆添加的优势尤为明显。某废纸浆纸厂数据显示：

• 浓浆添加（微生物10⁶ CFU/mL）：淀粉酶活性导致增强效率衰减40%
• 稀浆添加：增强效率保持90%以上
• 综合效果：0.6%稀浆添加与1.0%浓浆添加达到同等强度

三、施胶压榨添加：表面增强的“工字梁”效应

施胶压榨（Size Press）位于纸机干燥部中后段，是对已成形但仍含一定水分的纸幅进行表面施胶的关键工位。

3.1 工艺原理

纸幅通过两辊间的压区时，淀粉溶液在一定压力下渗透进入纸张表面。渗透深度受以下因素影响：

• 淀粉粘度：低粘度（50-200 cP，25℃）渗透深，高粘度（>500 cP）主要停留在表面
• 压区压力：通常20-50 kN/m，影响溶液渗透驱动力
• 纸幅水分：5%-15%时渗透效果最佳

3.2 增强机制的双重性

表面强度提升：淀粉在表面形成增强膜，显著改善印刷适性：

• 表面强度（IGT拉毛速度）可提升30%-60%
• 掉毛掉粉现象减少50%-80%
• 印刷网点清晰度提高

“工字梁”效应：淀粉富集在纸幅表层，形成高模量层，类似工字梁的翼缘：

• 纸张挺度（Taber挺度）提升20%-40%
• 刚度（弯曲弹性模量）提升15%-30%
• 同等定量下可获得更高挺度，或可实现轻量化

量化数据：某文化纸厂在施胶压榨使用氧化淀粉（8%浓度，粘度80 cP）：

3.3 工艺要点与常见问题

淀粉选型：

• 氧化淀粉：成本低，粘度易控，最常用
• 阳离子淀粉：增强效果更好，但粘度稳定性需关注
• 羟乙基淀粉：成膜性优异，适用于高档纸种

粘度控制：

• 施胶压榨淀粉的理想粘度范围：50-150      cP（25℃，8%-12%浓度）
• 过高（>300 cP）：易糊辊，渗透差
• 过低（<30 cP）：渗透过深，表面增强不足

干燥能力：施胶后纸幅水分增加3-5个百分点，需额外干燥负荷。应按1吨淀粉需蒸发1.5-2吨水核算干燥能力。

回生问题：

• 直链淀粉含量高的玉米淀粉易回生
• 煮好的淀粉应在4-8小时内用完
• 超过12小时，粘度下降20%-40%，粘结性能丧失

四、成形部喷涂：未蒸煮淀粉的原位熟化

成形部喷涂是较新的干强剂添加技术，尤其适用于多层纸板和高定量纸种。

4.1 工艺原理

利用喷嘴或帘式涂布，将未蒸煮的淀粉悬浮液（通常5%-15%浓度）直接喷洒到湿纸幅表面。淀粉颗粒随纸幅进入干燥部，在高温（>80℃）和水分作用下逐渐糊化、熟化，最终在纤维网络中形成增强结构。

4.2 技术优势

成本效益显著：

• 未蒸煮淀粉价格比阳离子淀粉低30%-50%
• 无需蒸煮设备，节省蒸汽和投资成本
• 淀粉留着率接近100%，无流失损失

层间结合增强：

• 对多层纸板，可在层间喷涂，提高层间结合强度
• Z向强度（内结合强度）可提升40%-70%

工艺灵活性：

• 可在不同层选择不同淀粉种类或添加量
• 可局部加强特定区域（如边缘）

量化数据：某纸板厂在芯层与面层之间喷涂未蒸煮玉米淀粉（8%浓度，20 g/m²）：

4.3 关键控制参数

适用纸种：箱板纸、瓦楞原纸、纸板、石膏板护面纸等定量>120 g/m²、干燥部较长的纸种。

五、综合比较与工艺选择指南

5.1 三种添加方式的对比

5.2 选择决策树

决策因素1：主要增强目标

• 整体抗张/耐破强度不足 → 湿部添加
• 表面强度/印刷适性问题 → 施胶压榨
• 层间结合差/纸板分层 → 成形部喷涂

决策因素2：微生物风险

• 系统洁净（细菌<10⁴ CFU/mL）→ 浓浆添加（成本低、效果好）
• 微生物活性高 → 稀浆添加或施胶压榨

决策因素3：工艺灵活性需求

• 频繁换产 → 稀浆添加或喷涂
• 稳定生产 → 浓浆添加（效率最高）

决策因素4：纸机配置

• 有施胶压榨 → 优先考虑表面施胶
• 多层纸板机 → 可组合使用：湿部+喷涂+施胶

5.3 组合应用案例

某高档纸板厂生产涂布白卡纸，结合三种添加方式实现质量目标：

结果：

• 层间结合强度提升55%
• 表面强度（IGT）从1.5 m/s提升至2.3 m/s
• Taber挺度提升28%
• 综合成本比单一高用量湿部添加降低12%

六、工艺控制与常见问题

6.1 淀粉回生的防控

回生是淀粉分子从无定形态向结晶态转变的过程，导致粘结性能丧失。

防控措施：

• 煮好的淀粉在4-8小时内用完
• 无法及时用完时，保温（>70℃）可延缓回生
• 选用支链淀粉含量高的蜡质玉米淀粉（回生倾向低）
• 使用羟乙基化改性淀粉，抑制结晶

6.2 微生物控制方案

杀菌剂选择：异噻唑啉酮类（广谱）、戊二醛（高效）、溴类（快速）等，需与助剂兼容性测试。

6.3 工艺参数的监测与优化

七、结语：精准选择，系统优化

干强剂的添加方式不是简单的工艺选择，而是需要综合考虑纸机配置、产品需求、系统条件和成本目标的系统工程。每一种添加方式都有其独特的优势边界：

• 湿部添加：整体增强的基础，浓浆与稀浆的选择取决于微生物风险和工艺灵活性
• 施胶压榨：表面性能和挺度的关键，淀粉粘度和渗透深度是控制核心
• 成形部喷涂：层间结合和高定量纸种的利器，未蒸煮淀粉的成本优势显著

在实际生产中，单一添加方式往往难以满足所有需求，组合应用成为主流趋势。通过精准选择添加方式和优化工艺参数，可以在保证质量的前提下实现成本最优。

广州恩耐莱斯科技开发有限公司致力于为干强剂的应用提供全方位的分析解决方案：

• 工艺诊断：颗粒电荷仪测定系统电荷需求，指导干强剂选型
• 过程监控：粘度计实时监测淀粉质量，紫外分光光度计测定留着率
• 效果验证：抗张/耐破/层间结合强度测试，量化增强效果
• 问题排查：白水分析、纤维形态表征，定位效率损失根源

将干强剂的应用从经验驱动升级为数据驱动，我们与客户共同探索增强效果的极限，在质量与成本的平衡中寻找最优解。