【作品鑑賞】2011年「環龍杯」中華紙業攝影大賽 三等獎作品鑑賞
【作品鑑賞】2011年「環龍杯」中華紙業攝影大賽 獲獎作品鑑賞
【作品鑑賞】2007年首屆「環龍杯」中國造紙工業攝影大獎賽 三等獎 作品鑑賞
【作品鑑賞】2007年首屆「環龍杯」中國造紙工業攝影大獎賽 二等獎 作品鑑賞
【作品鑑賞】2007年首屆「環龍杯」中國造紙工業攝影大獎賽 一等獎 作品鑑賞
【通知】「環龍杯」第五屆中國造紙工業攝影大獎賽 暨 第二屆紙業手機微攝影大賽正式啟動
從紙張角度考慮，紙張印刷中出現掉毛掉粉受纖維結合力、紙張抗水性、纖維排列和清潔生產等影響較大。從纖維原料結構、打漿和溼部助劑著手優化控制，改善表面施膠工藝，適當增加紙張抗水性，生產過程精細化控制、消除靜電，減少紙毛紙粉等疏鬆物吸附，有利於改善掉毛掉粉。
王子靖 先生 助理工程師，工藝科長；
負責車間生產工藝管理、技術優化、新產品開發和化驗管理等工作。代表性成果：參與開發塗布白卡、口杯原紙、面碗原紙、輕型紙、彩纖藝術紙、稻香紙、石斑紙、彩色卡紙等紙種，參與3520紙機改造和優化等。
膠版印刷紙在印刷過程中出現掉毛掉粉故障，是印刷中存在的較為突出的問題之一，印刷掉粉掉毛導致糊版或堆墨等，需停機清理印版和輥筒。印刷出現掉毛掉粉，與原紙、印刷油墨、印刷速度、潤版液用量等因素均相關，本文從紙張角度出發，分析影響因素，提出生產優化改進措施，為紙企生產提供參考。
1 因素分析
膠版印刷紙印刷出現掉毛掉粉，從紙張方面來說，主要有以下幾方面：
1.1纖維結合力差
印刷過程中，受摩擦、彎曲、衝擊、震動或真空吸力等機械力作用，紙張纖維之間、或纖維與填料之間的結合力差，從紙面或邊緣結合不牢的纖維以及填料等落下[1]，形成印刷斑點。
1.2抗水性差
多色印刷時，潤版液多次反覆與紙面接觸，如紙張抗水性差，膠版紙則吸收潤版液量較多，紙張表面強度就下降較多，在印刷輥筒間的壓力、橡皮布的黏附力和印刷油墨的黏附力等綜合作用下，紙張表面結合不牢的細小纖維和填料凸起、脫落[2]，形成掉毛掉粉（見圖1）。
1.3纖維形態分布
纖維形態分布不均，成紙勻度較差，紙張表面印刷時與橡皮布接觸不均勻，受到摩擦力等機械力不均勻，紙面局部受力大，纖維被拉起，出現掉毛掉粉。
1.4紙張表面紙毛紙粉等疏鬆物
紙張生產、復卷和分切等過程中，紙張中的細小纖維、填料等受到外力作用脫落，吸附於紙面，也會造成印刷紙面白點[3]。
2 測試方法
針對膠版印刷紙印刷掉毛掉粉等性能問題，現在紙廠大多使用表面印刷強度表徵，部分採用Dennision蠟棒法測試，較多選用IGT印刷適性儀測試方法。然而到目前還沒有任何實驗室測試方法可以與實際印刷變量完全相匹配。
在IGT印刷適性儀測試時，受選用拉毛油墨、測試所選終點拉毛速度、觀察人員主觀性等因素影響，拉毛速度測試值均會變化，且拉毛速度很大程度上體現的是纖維的結合性能，而非掉毛掉粉性能[4]。在實踐中發現，IGT拉毛速度檢測值跟印刷使用反饋情況並非呈現一致性，會出現檢測值高而印刷使用掉毛掉粉，或者檢測值低，印刷卻無障礙等情況，簡而言之，印刷表面強度≠掉粉掉毛性能。
楊永剛等人[5]提出了新型IGT紙毛紙粉的測試方法，使用低黏度IGT標準拉毛油替代印刷油墨作為模型油墨，油墨膜厚度8.0μm，每次印完使用石油醚完全清理。
STFI開發2種掉粉掉毛測試儀[6,7]，其中LPT測試儀利用紙張表面脫落的顆粒掉毛數量和纖維形態分布，作為評價掉粉掉毛的依據；FRT測試儀使用一定量的水分潤溼紙樣，再使用110℃標準溫度的紅外線乾燥紙樣，轉移試樣至薄輥上，拍照記錄粗糙度和起毛纖維(見圖2)，用於評價紙面纖維抗溼拉毛程度。
最接近實際的測試方法，是模擬印刷車間的條件，使用小型膠印機，根據傳統膠版印刷技術，將油墨轉移至紙張上，印刷一個標準長度和寬度的墨層，橡皮布經過一定次數印刷後，收集橡皮布上的紙粉紙毛，測量單位面積橡皮布上紙毛紙粉的質量進行表示。
3 改進措施
基於掉毛掉粉出現的影響因素分析，從纖維結合力、表面施膠、紙張抗水性、纖維形態分布和過程精細化操作等方面分別優化改進。
3.1改善增強纖維結合力
提高紙張表面強度，一般是加強紙張纖維之間、纖維與填料之間的結合力，提高抗拉毛能力，增加表面強度。
3.1.1纖維原料選擇
熱帶速生闊葉木漿用量在不斷增加，其含有10%～50%的導管細胞，由於其形狀不能很好地在紙張中保留，比較容易通過黏性油墨從紙張表面剝離，沉積在印刷輥表面，形成掉毛[8]。闊葉漿過漂纖維損傷嚴重、纖維過短或漿料硬度大等，更易出現掉毛掉粉。
化學機械漿纖維粗短、比表面積小、纖維結合力相比較差。含機械漿紙張紙粉的主要成分為纖維束、闊葉木導管、填料、細小纖維等，降低纖維束、闊葉木導管含量，儘可能使填料、細小纖維與長纖維結合牢固等處理[9]，增強纖維結合力。
麥草漿、蔗渣漿等草類原料和竹漿原料，纖維短、半纖維素含量高、雜細胞多等，不易分絲帚化，纖維結合點少，成紙結合強度低，最易出現掉毛掉粉[10,11]。
根據成紙指標等情況，綜合確定長短纖維的配比，適當增加長纖維配比，或者減少化學機械漿的用量，增大纖維結合力和剝離阻力，有助於纖維結合力的增加，提高表面印刷強度。
3.1.2導管細胞篩分或去除
針對短小纖維，在磨前使用水力旋流器分離導管細胞，再進行高濃磨漿，導管細胞被壓潰和碎片化，能夠較大程度上分離導管細胞。
巴克曼使用多種專用酶混合物快速處理導管細胞，掉毛現象明顯減少（見表1），生物酶Maximyze2563用於相思木漿0.23～0.45kg/t，導管細胞破碎，掉毛現象明顯減少，降低了20%磨漿能耗[12]。
3.1.3打漿
根據纖維漿種的不同，選用與漿料相匹配的磨片型號和磨漿工藝。如果中長纖維較多，纖維充分分絲帚化為主，兼顧切斷，加強纖維間的交織。闊葉短纖維，提高打漿和分絲帚化，使導管細胞被壓潰和碎片化，有利於加強纖維間、纖維與導管細胞間的接觸點和結合力[13]。對機械短纖維，主要進行分絲帚化，減少切斷，以保持纖維適當的溼重。對回用損紙，分散疏解為主，不磨漿或過磨不加壓，減小纖維切斷損傷。
3.1.4漿料系統pH值
漿料pH值過低或過高，尤其是過於偏鹼性時,會降低纖維間的結合力，降低大多數纖維強度性能，安裝在線pH值儀器檢測，或定時抽樣檢測漿料、白水和填料等pH值。
3.1.5增強劑
在漿內進行乾濕強劑的添加，有利於提高纖維間的結合力，也有利於改善印刷表面強度，添加幹強劑可以顯著減少紙張正反面的掉毛量。
漿內添加澱粉、乾濕強劑，或添加兩性澱粉等助劑，由於澱粉等與纖維具有良好的親和性，有利於形成結合鍵，增強纖維的結合強度，但不宜添加過量，易導致系統電荷反轉，反而造成保留率降低。
3.1.6助留助濾劑
調整控制助留助濾劑的添加量，改善漿料的濾水性能，提高細小纖維的保留，增加纖維間的接觸點，有利於提高纖維結合強度。一般增加纖維保留的助留助濾劑，在壓力篩前後添加；增加填料保留的，在填料加填之後再進行添加。
3.1.7填料
滑石粉、碳酸鈣等填料添加有利於填充纖維間的空隙，改善紙張的平整性，增加紙張的柔性，提高紙張的吸收性等，最重要的是填料替代纖維降低成本，但隨著灰分的提高，表面強度會不斷下降，超出一定比例，印刷時極易出現纖維脫落、掉粉等情況。
檢查填料添加，確保填料添加均勻，控制合理的灰分；或使用陽離子聚合物對填料進行預處理再加填，有利於增強填料與纖維間的結合力。
3.1.8表面施膠
紙張表面進行澱粉施膠，固化纖維與填料，增強纖維間的結合力，且形成一層澱粉膜，改善印刷性能；表面施膠量不足，澱粉成膜性差，紙張表面纖維極易遇水起毛、脫落，影響印刷效果。
3.1.8.1熬製和施膠
根據施膠機配置和施膠模式，確定表面膠熬製工藝，包括熬製溫度、熬製濃度、上膠濃度和黏度等指標[14]，摸索穩定膠料黏度；調整增加施膠溫度，一般在60℃以上，或增加表面澱粉掛膠量，有利於改善掉毛掉粉[15]。
3.1.8.2使用木薯氧化澱粉替代玉米氧化澱粉
劉得勝等人[16]使用木薯氧化澱粉表面施膠，並與玉米氧化澱粉的施膠效果進行對比，表面強度提高，80%木薯氧化澱粉與20%聚乙烯醇效果更佳。
3.1.8.3使用氧化陽離子澱粉替代氧化澱粉
張鵬等人[17]以木薯澱粉為原料，經過氧化醚化複合反應和鹼催化，使用真空乾燥法製得氧化陽離子施膠澱粉，該澱粉膠液能很好地滲入紙張孔隙，纖維結合更緊密，降低液體滲入紙頁的速度，表面強度測試較好。
3.1.8.4酶轉化澱粉
酶轉化澱粉兼顧了施膠質量和表面施膠成本，但需要嚴格控制原料添加順序和熬膠溫度控制等。王松等人[18]採取先加α-澱粉酶後加澱粉，間隔攪拌2min，糊化溫度75℃，滅活溫度98℃等進行酶轉化澱粉熬製，表面強度提高75%，掉毛掉粉現象減輕。
3.1.8.5增強型表面施膠助劑
在表面施膠澱粉中添加表面施膠助劑、聚乙烯醇[19]或單獨使用聚乙烯醇進行表面施膠，能夠更好地承受膠版印刷油墨分離時產生的剪切力，減少對紙張表面不必要的磨損，改善掉毛掉粉。
3.1.9水分和緊度等成紙指標
紙張水分低，纖維脆性大、韌性小，印刷加工時短小纖維極易受到外力因素影響脫落。適量增加成紙的水分或者緊度[20]，加大壓榨壓力和壓光機壓力，能夠使紙張變得密實，纖維間結合強度增加，減少突出紙面未被固定的纖維所造成的起毛現象[21]，且油墨和潤版液等更不易浸入遷移至紙頁內，減少紙張印刷過程吸水，能減少掉粉掉毛。
3.2增強紙張抗水性
印刷時潤版液水分降低表面澱粉膜強度，在紙張內部纖維的擴散和滲透，會造成纖維間氫鍵斷裂、纖維結合力下降；而潤版液等用量的多少，在較大程度上影響紙張的吸水多少。
膠版印刷紙進行施膠，可以賦予紙張抵抗水等液體滲透的特性和一定的溼強度；施膠度不夠或假施膠,會加重掉粉掉毛。生產時漿內施膠一般採用中性AKD施膠劑或ASA施膠，極少部分仍採用硫酸鋁與分散松香膠配合的酸性施膠。
3.2.1中性AKD施膠
AKD利用反應基團，直接與纖維素的羥基反應形成共價鍵結合，呈現疏水性。由於其較為寬泛的pH漿內施膠範圍、價格低廉，為目前最為流行的施膠選擇。
3.2.2中性ASA施膠
ASA利用與纖維素羥基反應形成酯鍵，定向排列疏水的碳氫鏈端伸向紙頁外面，實現疏水性。ASA施膠可以在較寬範圍的pH（5～10）條件下使用。ASA乳化設備成本高，一次性投資比較大，ASA施膠成本高，就機臺大小而言，僅適宜於大型機臺選用。
3.2.3抗水型表面施膠劑
表面施膠澱粉中添加使用抗水型表面施膠劑，如中性AKD施膠劑或增效劑與AKD配伍應用在表面膠中[22,23]，可以大幅縮短施膠熟化時間，有效改善表面抗水性，避免了成品受外界溫度影響不能繼續熟化造成「假施膠」等影響印刷使用情況的出現。
危志斌等人[24]在表面施膠中添加使用苯乙烯-丙烯酸共聚乳液，並與添加AKD混合液相比較，施膠效果更好，施膠劑用量降低至0.3kg/t,表面強度提高16.5%，解決AKD在使用過程中出現的水解、泡沫多等問題。
黃玉梅[25]使用改性三聚氰胺甲醛樹脂抗水劑，表面膠中添加15%比例的抗水劑，紙張表面抗拉毛強度IGT檢測值提高一倍。
3.3改善纖維形態分布
改善纖維分布形態，保持紙面良好勻度，使紙張表面印刷時與橡皮布接觸儘可能保持均勻，紙面受到摩擦力等機械力均勻一致，避免紙面局部受力不均造成的掉毛掉粉。
3.3.1漿網速比和噴射角度、著網點
在成形開始時的過量脫水，沒有足夠的湍動將導致紙幅的密封，較高的真空將導致纖維Z方向排列較多，甚至更多纖維末端站立並插入成形網中，出網部時纖維從溼紙幅上拉下，勻度較差。
保證流漿箱液位或壓力，使之達到漿網速度平衡，保持漿速和網速理論上一致的流漿箱壓頭，適當降低上網噴射角。
3.3.2溼部成形脫水
調整上網濃度和脫水速率，一般上網濃度不低於0.6%，良好成形和紙頁勻度好，漿料、細小纖維和填料等分布均勻，纖維間結合力均勻，後續脫水、壓榨、乾燥、壓光等受力均勻，有利於印刷時紙面與橡皮布等均勻接觸受力。
一般膠版印刷紙正面比反面更容易發生掉毛掉粉，是單層成形脫水，正面的細小纖維和填料比例比反面多，纖維結合力差引起的。某單層長網紙機單面脫水，正面無輔助脫水設備，對該紙機產200g/m2膠版印刷紙進行灰分檢測(見圖3)，平均灰分16.3%，按等階推理計算，正反表面灰分差值6%，正反面灰分偏差幅度達36.8%。
在紙機溼部，雙面成形脫水可以使紙張的結構最優化，減少兩面差，也比單面成形脫水造成的紙張掉毛掉粉現象少。
3.3.3成形網、毛毯和幹網選型
成形網是紙漿進入紙機抄造脫水的關鍵影響要素，成形網的層數、織法、線徑等影響網部脫水速率和成紙的勻度，進而影響纖維形態分布、細小纖維保留等，要增加對成形網纖維支撐點數的關注，選擇合適的成形網。
壓榨毛毯基網和表面植絨等情況會影響紙張表面平整度等，要綜合根據壓榨部配置情況和紙張的客戶使用需求，進行毛毯選型。
進入烘乾部，紙張幹度一般達到48%以上，前幾組尤其是一二組幹網仍然會對溼紙頁產生較大影響(見圖4)，選擇表面平整、透氣度低的幹網，會有利於紙面的細膩度。
3.4精細化操作和清潔生產
3.4.1網部
網部真空布置按照低真空、高真空、真空伏輥等真空度逐漸升高，一般出網部的幹度在18%～20%。若紙頁幹度低水分高，則會加大壓榨部和乾燥部的脫水負荷，影響纖維結合力。
3.4.2壓榨部
壓榨部紙頁水分太高，影響纖維間的有效接觸，纖維結合力差，溼紙頁強度低，易出現掉毛掉粉等情況。提高壓榨線壓力，增加脫水，降低壓榨進入烘乾部的水分，可使紙面變得更緊密，增加纖維間的接觸點和結合力。
保持毛毯清潔，避免因毛毯髒物造成已經成形的紙面被損壞，尤其在刷車上紙前期，壓榨毛毯未飽和處於適應期[26]，紙頁水分大，毛布和皮帶等黏漿多，紙面不平、易掉粉，要注意車速的控制。
3.4.3烘乾部
紙張纖維中半纖維素和木素軟化溫度隨著含水量的降低而升高，如進入烘乾部紙張水分含量較高時，乾燥溫度高，半纖維素和木素則會黏附在烘缸上，對紙張表面造成損傷，發生掉毛掉粉。而且前幾組烘缸溫度過高，紙頁乾燥過急、速度過快、水分散發不及時，易造成纖維結構疏鬆多孔，纖維排列發生變化，表面起毛。
有效控制前幾組烘缸溫度，尤其是進入烘乾部紙頁水分較大時，一是避免急乾燥，二是控制烘缸溫度低於半纖維素和木素軟化溫度，有利於防止黏漿；如果需要關掉幾個烘缸，優先考慮降低前幾個缸的溫度和乾燥部末端的幾個。
調整紙機烘缸溫度曲線，按照「前段逐漸升溫，中間溫度平穩，後段溫度下調」原則，用射溫槍等測量烘缸溫度，摸索調整控制參數。
檢查控制好烘缸的傳動負荷[27]，或者說控制烘缸冷凝水積水及時排出更直接。烘缸內有過多未及時排出的冷凝水積水，冷凝水的衝力會對烘缸齒輪和轉速形成影響，烘缸傳動負荷增大，摩擦磨損缸面，也會影響缸溫表面乾燥，加劇紙張的掉毛掉粉。
保持烘乾部清潔，避免紙毛紙粉黏附到紙面：烘缸安裝使用帶刮刀盒的清理刮刀，定時檢查刮刀和清理紙毛；清理紙毛時，使用帶有負壓抽吸功能的工業吸塵器；檢查幹網、烘缸和導輥，去除膠黏物等髒物，避免因幹網等髒物造成紙面被破壞。
3.4.4消除靜電
紙張水分過低時，與烘缸、壓光機等設備接觸摩擦會產生靜電，極易吸附紙毛紙粉，且極難去除，造成印刷障礙。適當提高成紙水分，漿內或表面膠添加防靜電劑或靜電消除劑，在出壓光機的位置安裝靜電消除器等，減少紙張靜電。
3.4.5後完成
紙張進行復卷分切，會產生紙粉紙毛，尤其是加入化學機械漿紙種，更易在復卷分切時出現紙毛紙粉，在復卷機和分切機位置需要配備吸塵設備，適當控制加大抽吸力，將產生的紙毛紙粉等儘可能抽吸走；復卷或分切完畢的半成品或成品，要及時使用塑料薄膜等纏包防護；嚴禁使用氣管吹掃設備，設備停機時再清理乾淨，減少紙毛粉塵進入紙面的機會。
底刀和圓刀更換較好的材質，定期更換底刀、圓刀[28]，儘可能避免或減少出現毛邊，如出現毛邊用抹布或百潔布擦拭端面。
3.4.6現場生產
減少環境粉塵帶入紙面的機會，有計劃地針對烘乾部、施膠或塗布機、壓光機等生產設備、車間生產環境開展清潔工作，並在刷車檢修時徹底清理。
4 結論
印刷中出現掉毛掉粉原因不一而論，從紙張生產方面來說，受纖維結合力、紙張抗水性、纖維排列和清潔生產等影響較大，從這幾方面著手加強改進。
4.1含短小纖維和導管纖維較多的纖維原料，儘可能減少用量比例，增加長纖用量，調整磨漿質量和控制漿料的pH值，用好增強劑和助留助濾劑等溼部助劑，改善細小纖維保留，增加纖維結合強度，穩定成紙灰分、水分和緊度等指標。
4.2改善優化施膠工藝，適當增加紙張的抗水性，採用ASA和AKD施膠，在允許的條件下，表面施膠澱粉中添加AKD、AKD與增效劑、表面施膠劑等抗水性助劑，有利於改善抗水性，提高表面強度。
4.3加大對纖維形態分布、紙張勻度等把控，必要時成形網、毛布和幹網重新進行選型。
4.4生產過程精細化控制，改善網壓部脫水效率，調整壓榨部脫水線壓力、烘缸溫度曲線和烘缸積水，消除靜電和保持清潔生產，減少紙毛紙粉吸附等。