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抄紙機の稼働と収益性には、紙原料の電荷バランスの確保が不可欠です。本日の記事では、電荷分析を用いて抄紙機の生産を最適化する事例を解説し、皆様のお役に立てれば幸いです。
この事例の抄紙機は、中性抄紙法を用いて文化紙を生産しています。繊維原料は針葉樹と広葉樹の混合パルプ、填料は沈降炭酸カルシウム、ウェットエンド添加剤にはAKD内部サイズ剤、カチオン澱粉増強剤、およびバイナリポリマー歩留まりシステムが含まれています。工場は長い間、歩留まりの低さに悩まされていました。製紙工場は歩留まり向上剤の量を増やすことで対応しましたが、パルプ中のサイズ剤の使用量が業界の従来のレベルをはるかに超えていることがわかりました。それにもかかわらず、サイズプレスに入る原紙のサイズ度は非常に低く、ヘラクレスサイズテスト（HST）はわずか0～2秒です。そのため、サイズプレスで紙切れが頻繁に発生し、製紙工場は紙の再通しに時間がかかりすぎます。さらに、抄紙機には大量の沈殿物の問題があり、紙の穴や紙切れがより深刻です。
製紙工場では、カチオン需要滴定法（CDT法）を用いて抄紙機のウェットエンドを検査した結果、システムがカチオン性であることが示されました。理論と経験の両方から、抄紙機のウェットエンドシステムはカチオン性であり、稼働率が低下することが多いことが分かっています。図1に示すように、カチオン化が過剰なシステムでは、電荷の相互反発により、サイズ剤粒子が繊維に十分に吸着されません。
図1 過剰カチオン化パルプシステム
この問題を解決するため、製紙工場では、繊維表面のアニオン電荷を回復させるために、二元ポリマー保持システムへのカチオン電荷付与剤（すなわち、高い正電荷密度と低分子量を有する添加剤）の添加量を徐々に減らし始めました。二元ポリマー保持システムの作用メカニズムを図2に示します。
図2 二成分ポリマー保持システムのメカニズム
図において、二元ポリマー保持システムの第一要素は、高い正電荷密度と低分子量を有する高分子電解質である。パルプを添加すると、この高分子電解質はシステム内の陰イオン性ゴミと優先的に相互作用するか、繊維に吸着して、低電荷密度と高分子量を有する二次陰イオン性ポリマーにアンカーポイントを提供し、後者は架橋機構を利用して紙料から大きなフロックを生成する。
正電荷寄与添加剤の量が減少するにつれて、ヘッドボックスでの紙料の電荷が負の方向に変化し始め（図3の点線）、ベース紙のサイズ度が徐々に増加しました（図3の実線）。 図3を注意深く分析すると、紙材料の電荷が中性に近づくと、サイズ効果が大幅に回復し始め、紙材料が最終的に正味のアニオン性（-2マイクロ当量/リットル）になると、HSTが100秒を超えます。 添加剤の量とともにカチオン電荷寄与を減らし続けると、紙材料の負電荷が徐々に大きくなり、同時にHSTが100秒以上に達し、ベース紙のサイズ度に対するサイジングプレスの要件をはるかに超えます。
図3 正電荷寄与添加剤（アニオン性ゴミ捕捉剤）の使用量削減が紙の電荷および紙サイズ度に与える影響
紙材料が過剰にカチオン化されている場合、材料間の過剰な電荷反発を克服するために、より多くのアニオン性保持剤が必要になります。電荷反発が弱まると、より少量の保持剤で保持率を確保できますが、保持剤の量が多すぎると過剰な凝集を引き起こし、紙の均一性を損なう可能性があります。
図4 数ヶ月にわたる最適化後の第一区間の保持力と第一区間の灰分保持力の変化
図4は、抄紙機の最適化におけるXNUMXパス目とXNUMXパス目の灰分保持率の変化を示しています。どちらも改善され、比較的安定した値を維持していることがわかります。
保持率の向上と安定性に加え、他にも良い変化がもたらされました。CDT法を用いてウェットエンドを最適化することの利点は、以下の通りです。
（１）抄紙機の初回総紙保持率と初回灰分保持率を改善し、安定化させることができる。
（２）保持率の向上に伴い、抄紙機の堆積物、紙穴、紙切れなどの現象が大幅に減少した。
（３）添加剤の使用コストを大幅に削減する
（4）CDTは、異常帯電の発生源を迅速に追跡し、紙材料の帯電量の変化によって引き起こされる化学添加剤の量の変動を予測し、異常なシステムによって発生する可能性のある高コストをより適切に回避するために使用できます。
