Risoluzione dei problemi chimici della parte umida: formazione di schiuma, depositi e scarso drenaggio nelle cartiere

La parte umida di una macchina continua è il luogo in cui chimica, fisica e ingegneria meccanica convergono sotto una costante pressione temporale. È anche il luogo dove hanno origine la maggior parte dei problemi di macchinabilità. Schiuma nella cassa d'afflusso, depositi appiccicosi sui tessuti di formatura e sui feltri di pressatura e drenaggio lento sulla tela: questi tre problemi rappresentano una quota sproporzionata di tempi di fermo macchina non pianificati, rotture di fogli e produzione di scarsa qualità negli stabilimenti di tutto il mondo. Ognuno di essi ha un profilo distinto della causa principale e ciascuno richiede un approccio diagnostico mirato piuttosto che un aumento riflessivo del dosaggio chimico. Questa guida illustra i meccanismi alla base di tutte e tre le modalità di guasto e fornisce strutture pratiche per la risoluzione dei problemi basate sui principi della chimica della parte umida.

▶Schiuma: fonti, meccanismi e strategie di controllo chimico

La schiuma nella parte umida non è un singolo problema: è un sintomo di materiale tensioattivo che si accumula più velocemente di quanto il sistema possa dissiparlo. Le fonti primarie di tensioattivi che generano schiuma nella moderna produzione della carta includono estratti del legno (acidi grassi, acidi resinici, steroli), contaminanti di fibre riciclate, reintegrazione delle rotture, ricircolo dell'acqua di processo e additivi polimerici in eccesso o disciolti in modo improprio. Quando questi composti tensioattivi si concentrano sull'interfaccia aria-acqua, stabilizzano le bolle d'aria in strutture di schiuma persistenti che interrompono l'uniformità del flusso delle fette, causano blocchi nel foglio e introducono intrappolamenti d'aria che indeboliscono il legame delle fibre.

Un contributo critico e spesso trascurato alla formazione di schiuma nella parte umida è il sovradosaggio o la dissoluzione impropria degli adiuvanti di ritenzione e drenaggio a base di poliacrilammide. Quando la polvere PAM viene aggiunta al sistema senza un'adeguata pre-dissoluzione, in particolare se la concentrazione della soluzione supera lo 0,3% o la temperatura dell'acqua di dissoluzione è troppo bassa, le particelle di gel non disciolte e i frammenti di polimero parzialmente idrolizzati possono aumentare la viscosità superficiale dell'interfaccia aria-acqua. Questo stabilizza la schiuma invece di sopprimerla. Il protocollo di preparazione corretto per gli additivi a base di PAM è una soluzione acquosa allo 0,1–0,2%, disciolta in acqua pulita a 20–40°C con leggera agitazione per almeno 60 minuti prima del dosaggio.

Per risolvere la risoluzione della formazione di schiuma è necessario isolare se la fonte è chimica (caricamento di tensioattivo) o meccanica (ingestione di aria attraverso le guarnizioni della pompa, vortice nella cassa della macchina o deaerazione insufficiente nella cassa d'afflusso). Un primo passo pratico è il test della schiuma Ross-Miles utilizzando campioni prelevati dall'aspirazione della pompa a ventola e dal sistema di avvicinamento alla cassa d'afflusso. Se la persistenza della schiuma aumenta notevolmente tra questi due punti, l’ingestione di aria nel sistema di avvicinamento è un fattore determinante. Se i livelli di schiuma sono già elevati nella vasca della macchina, il problema risiede a monte nella movimentazione dei guasti, nel ricircolo o nella chimica degli additivi.

Controllo della schiuma: compatibilità dell'antischiuma con i sistemi PAM

Gli antischiuma a base di olio minerale e silicone sono efficaci nel rompere la schiuma formata, ma il loro punto di aggiunta e il dosaggio devono essere gestiti con attenzione negli stabilimenti che utilizzano anche coadiuvanti di ritenzione PAM. Il sovradosaggio di antischiuma, in particolare con prodotti a base di petrolio, può depositare materiale idrofobico sui tessuti di formatura, riducendo le velocità di drenaggio e creando un problema secondario. L’approccio più efficace consiste nell’affrontare la causa principale controllando il carico di tensioattivi attraverso la chiarificazione delle acque bianche, il lavaggio interrotto e le pulizie periodiche del sistema, utilizzando l’antischiuma solo come strumento di rifinitura piuttosto che come meccanismo di controllo primario. Quando il PAM viene selezionato e dosato correttamente, la sua azione di ponte e flocculazione può effettivamente ridurre la concentrazione di tensioattivo libero nell'acqua bianca co-flocculando i colloidi tensioattivi con fibre fini, contribuendo indirettamente alla riduzione della schiuma.

▶Depositi pece e appiccicosi: diagnosi della chimica dietro l'accecamento dei tessuti

I problemi di deposito nella parte umida si manifestano in due forme sostanzialmente diverse: incrostazioni inorganiche (carbonato di calcio, solfato di calcio, silice) e residui organici o pece. Entrambi possono accecare i tessuti che formano e i pori del feltro, ridurre il drenaggio, causare difetti nel foglio e, in casi gravi, provocare rotture incontrollate del foglio. La distinzione è importante perché la chimica richiesta per affrontarli è fondamentalmente diversa.

Formazione di incrostazioni inorganiche

Le incrostazioni inorganiche si formano quando la concentrazione di sali scarsamente solubili supera il loro prodotto di solubilità nel circuito delle acque bianche. Nella produzione della carta alcalina – il sistema dominante a livello globale dopo la transizione dalla collatura acida a quella neutra/alcalina – le incrostazioni di carbonato di calcio sono il deposito inorganico più comune. È favorito da un’elevata chiusura del sistema (ridotta diluizione dell’acqua dolce), temperature elevate e rimozione di CO₂ dalle acque bianche, che spostano l’equilibrio del CaCO₃ verso la precipitazione. Le incrostazioni di silice rappresentano un problema secondario negli stabilimenti che utilizzano acqua di processo contenente silicati o rotture contenenti silicato di sodio proveniente da imballaggi riciclati.

Il primo passo diagnostico per sospetta incrostazione inorganica è il test della perdita di accensione su depositi di tessuto o feltro: i depositi inorganici lasciano un sostanziale residuo di cenere, mentre i residui organici bruciano in modo pulito. L'identificazione delle specie ioniche specifiche tramite l'analisi ICP dei solidi disciolti nei campioni di acque bianche indirizza la scelta della chimica dell'inibitore delle incrostazioni. La poliacrilammide anionica a peso molecolare molto basso (inferiore a 500.000 g/mol) può funzionare come modificatore della crescita dei cristalli che impedisce ai cristalli di CaCO₃ di raggiungere la dimensione critica necessaria per l'adesione superficiale: una funzione distinta dal suo ruolo di ausilio alla flocculazione ad alto peso molecolare. Selezionare il grado di peso molecolare errato dell'APAM per il controllo del ridimensionamento è un errore comune che porta a un trattamento inefficace e a uno spreco di prodotti chimici.

Stickies organici e controllo del tono

Gli adesivi organici provengono da due fonti: pece primaria dalla resina del legno (acidi grassi esterificati e acidi resinici rilasciati durante la lavorazione meccanica della pasta e la raffinazione ad alta temperatura) e adesivi secondari da contaminanti di fibre riciclate (adesivi sensibili alla pressione, adesivi hot-melt, rivestimenti in lattice, cera e residui di inchiostro). Entrambi diventano problematici quando la stabilità colloidale del sistema delle acque bianche viene interrotta, in genere durante i cambiamenti di pH, temperatura, conduttività o programma di additivi, causando l'agglomerazione e il deposito di particelle di pece colloidale precedentemente disperse su superfici idrofobiche.

L’approccio più efficace basato sulla chimica per il controllo della pece e della viscosità è la fissazione: utilizzare un polimero cationico per adsorbirsi sulle particelle di pece colloidale caricate negativamente, invertendone la carica e fissandole alla superficie della fibra prima che possano depositarsi sui tessuti. È qui che la poliacrilammide cationica gioca un ruolo decisivo. Prodotti PAM cationici di Hengfeng per la fabbricazione della carta sono specificatamente formulati con densità di carica controllata e profili di peso molecolare per ottenere simultanea fissazione della pece, ritenzione delle fibre fini e miglioramento del drenaggio, evitando il compromesso tra controllo degli adesivi e prestazioni di drenaggio che spesso si verifica quando si utilizzano polimeri cationici generici non ottimizzati per i sistemi di pasta di legno.

Passaggi diagnostici chiave quando si sospettano depositi appiccicosi:

• Misurare il potenziale zeta dell'acqua bianca presso la pompa del ventilatore: un valore più negativo di -15 mV indica una copertura insufficiente della domanda cationica e un'elevata mobilità della pece colloidale;
• Eseguire una titolazione della domanda cationica (titolazione colloidale) su campioni di acqua bianca per quantificare la carica anionica che deve essere neutralizzata dagli additivi cationici;
• Controllare la sequenza di aggiunta degli additivi: il PAM cationico deve essere aggiunto a valle dei rifiuti anionici (disperdenti anionici, amido, CMC) per prevenire la neutralizzazione prematura della carica e la precipitazione del polimero prima che entri in contatto con il materassino in fibra;
• Ispeziona i programmi di condizionamento dei tessuti: i depositi già presenti sui tessuti di formatura richiedono una pulizia enzimatica o alcalina prima che i cambiamenti chimici possano ripristinare le prestazioni di drenaggio.

▶Scarso drenaggio: diagnosi sistematica oltre la semplice aggiunta di altro polimero

Uno scarso drenaggio è il problema più importante della parte umida perché i suoi effetti si riversano direttamente sui costi energetici di essiccazione, sulle limitazioni della velocità della macchina e sulla non uniformità del profilo di umidità nel foglio finito. Quando il drenaggio si deteriora, la risposta istintiva in molti stabilimenti è quella di aumentare il dosaggio dell'aiuto alla ritenzione del PAM, ma questo spesso peggiora il problema. Capire perché richiede un modello chiaro di cosa fa effettivamente il drenaggio PAM e cosa non può fare.

La velocità di drenaggio sul filo di formatura è regolata da tre resistenze: la resistenza del materassino in fibra stesso, la resistenza del tessuto drenante e la resistenza idrodinamica dell'acqua che viene spostata attraverso entrambi. Gli aiuti alla ritenzione, incluso il PAM, influenzano principalmente il primo fattore aggregando fibre fini e riempitivi in ​​strutture flocculanti più grandi che sono meno inclini a migrare e bloccare i pori del tessuto. Tuttavia, se la causa principale dello scarso drenaggio è un tessuto già cieco, un sistema di acque bianche sovraccarico con un'eccessiva concentrazione di fini, o un impasto di polpa con un'eccessiva fibra secondaria che riduce la libertà, l'aggiunta di più PAM non risolverà il problema di fondo e potrebbe peggiorare la formazione del tappeto creando un'eccessiva ritenzione di fini che aumentano ulteriormente la resistenza del tappeto.

Protocollo dettagliato per la risoluzione dei problemi del drenaggio

Un approccio strutturato alla risoluzione dei problemi di drenaggio dovrebbe iniziare con la misurazione, non con la regolazione dei prodotti chimici. I valori Schopper-Riegler (SR) o Canadian Standard Freeness (CSF) dello stock in entrata forniscono la purezza di base senza alcun trattamento chimico. Se la libertà è diminuita rispetto ai parametri di riferimento storici con la stessa composizione della fornitura, la causa è un cambiamento nella qualità delle fibre (grado di raffinazione, rapporto delle fibre secondarie, distribuzione della lunghezza delle fibre) o un cambiamento nella chimica dell'acqua bianca (conduttività, pH, carico di carica colloidale). Entrambi devono essere quantificati prima che la chimica venga modificata.

Il contributo di drenaggio del programma PAM può essere isolato utilizzando un vaso di drenaggio dinamico (DDJ) o un test del vaso Britt: eseguire campioni con e senza aggiunte di polimeri attuali nei punti di aggiunta correnti, quindi testare l'effetto della sequenza variando l'ordine dei componenti cationici e anionici. In un sistema di ritenzione a microparticelle o a doppio polimero correttamente funzionante, è ottenibile un miglioramento del drenaggio del 10–25% delle unità SR rispetto alla linea di base non trattata. Se i test sui vasi non mostrano una risposta di drenaggio misurabile alle aggiunte di PAM, il problema risiede al di fuori del programma chimico: nelle condizioni del tessuto, nella chiusura del sistema o nella preparazione della miscela.

Prodotti PAM disperdenti di Hengfeng per cartiere sono progettati per ridurre la viscosità dell'impasto liquido e migliorare l'uniformità della dispersione delle fibre come prerequisito che consente agli ausili di ritenzione e drenaggio di funzionare in modo più efficiente. Riducendo l'aggregazione delle fibre nel sistema di approccio, il disperdente PAM crea un rivestimento più omogeneo che forma un tappeto più uniforme e meno resistente sul filo, migliorando direttamente la velocità di drenaggio senza aumentare il dosaggio del coadiuvante di ritenzione. Questa è una strategia particolarmente efficace negli stabilimenti che utilizzano forniture di fibre secondarie altamente raffinate o con elevate perdite di libertà.

Scenari comuni di problemi di drenaggio e loro cause principali:

• Declino graduale del drenaggio nell'arco di diverse settimane: tipicamente accecamento del tessuto dovuto ai depositi - risolvere il problema con la pulizia del tessuto prima della regolazione chimica;
• Perdita improvvisa di drenaggio a seguito di un cambio di apporto o di un aumento di reintegrazione interrotta: squilibrio della carica colloidale: misurare la domanda cationica e il potenziale zeta prima di regolare il dosaggio di PAM;
• Miglioramento del drenaggio che si inverte entro poche ore dall'aumento del dosaggio di PAM: ritenzione eccessiva che causa densificazione del tappeto: ridurre il dosaggio di PAM e valutare il grado di peso molecolare;
• Scarso drenaggio all'avvio dopo un arresto prolungato: squilibrio chimico del sistema dovuto alla reintegrazione rotta: lavare e riequilibrare le acque bianche prima di funzionare a velocità elevata;
• Declino stagionale del drenaggio correlato ai cambiamenti della temperatura dell'acqua: effetti della viscosità sulla velocità di drenaggio - considerare programmi di dosaggio con compensazione della temperatura.

▶Integrazione della chimica PAM in un programma di controllo stabile della parte umida

I tre problemi della parte umida sopra descritti – formazione di schiuma, depositi e scarso drenaggio – sono interconnessi attraverso la chimica colloidale del sistema delle acque bianche. Uno stabilimento che gestisce rigorosamente il bilancio di carica del sistema (potenziale zeta), il carico di rifiuti anionici e la sequenza di aggiunta dei polimeri incontrerà tutti e tre i problemi meno frequentemente e li risolverà più rapidamente quando si verificano. Il filo conduttore è che la chimica basata sul PAM è più efficace quando viene applicata a un sistema ben caratterizzato, non utilizzata in modo reattivo per mascherare sintomi di squilibri più profondi.

Jiangsu Hengfeng fornisce una gamma completa di prodotti PAM per la produzione della carta, inclusi coadiuvanti di ritenzione, coadiuvanti di drenaggio, disperdenti e agenti di fissaggio cationici, con servizi di supporto tecnico progettati per aiutare gli stabilimenti a costruire programmi stabili e basati su misurazioni per la parte umida. Per gli stabilimenti che presentano problemi persistenti di formazione di schiuma, depositi o drenaggio, gli ingegneri applicativi di Hengfeng possono condurre analisi dell'acqua in loco, test sui vasi e ottimizzazione della sequenza degli additivi per identificare il programma chimico minimo efficace per il vostro specifico arredamento e configurazione della macchina. Contatta il nostro team con i dati di analisi delle acque bianche e l'attuale programma di additivi per una valutazione tecnica senza impegno.