Daniel Glover 巴克曼公司

随着城市化进程的加速，人们对生活用纸产品的需求更加多样化、复杂化。生活用纸化学品巨头巴克曼公司纸浆和造纸技术总监Daniel Glover接受了Tissue World杂志的专访，阐述了其对生活用纸柔软性能的理解，并介绍了该公司最新的解决方案。

巴克曼公司纸浆和造纸技术总监Daniel Glover

柔软生活用纸的具体配方通常是一项被妥善保护的商业秘密。虽然各个企业柔软生活用纸的生产配方或标准作业程序可能不同，但行业内表示柔软度的物理指标并不是秘密。松厚度、松厚度/定量比例、皱纹结构、强度和手感等物理指标均对柔软度的评测有影响。如果不能应用适当的造纸化学品进行控制，每项物理指标都会受到影响。

松厚度用于衡量生活用纸的厚度，但与纸页所含的纤维量息息相关。因此大多数生产商使用松厚度/定量比例作为参照，目的是利用最少的纤维实现纸页最大的蓬松度。当然，通常这也决定了松厚度和定量作为参考的两项指标，不同长度、扭结、卷曲和厚度的纤维直接影响着纸页的松厚度，同时特定的生产流程和化学成分也影响着纸页的最终松厚度。

因此，必须对纸浆进行磨浆，改变纤维形态增加氢键结合，达到最终纸页的强度。然而，磨浆不仅把纤维切断，更重要的是纤维被压扁，同时伴随松厚度的降低。在理想情况下，生产柔软的厕用卫生纸不需要进行磨浆。

过去十年中，磨浆机和磨片的设计已经取得了巨大的进步，在对纤维进行最小程度的切断和压扁的同时，采用柔和的生产方式使纤维形态发生变化。但是磨浆仍造成了一定程度的纤维压扁，降低了松厚度。理论上，生产商在降低磨浆和节省磨浆机能耗方面做的任何事情都应该可以提高纸页松厚度。然而，实际上，松厚度并没有得到改善，只是松厚度的降低减少到最小程度。一项新近开发的技术——酶辅助磨浆，可降低整体的磨浆能耗。

酶辅助磨浆借助酶的使用，特别是纤维素酶，有助于纤维素纤维外壁分层。并非任何纤维素酶都拥有这一作用，经过过去几年的仔细研究，巴克曼公司已经鉴别出达到这一目的最有效的特定酶。

图1 松厚度与磨浆能耗的关系

为了达到最高的活性水平，每一种酶都有各自最佳的pH值、温度和接触时间。每个给定时间内进行的相对反应数量决定了酶的活性水平。这些pH值、温度和时间的活性曲线是正态分布曲线。在指定的pH值和温度下使用酶，酶在浆料中的保留时间就变得很重要。例如，在磨浆前和纤维的接触时间越长，则需使用的酶就越少。

这种情况下，最佳方法是将酶作为催化剂使用。酶促进这些反应或者破坏组成纤维素纤维外壁的化学键，且在这一过程中不会被消耗掉。一个酶可以催化成百上千个反应，所有这些反应或纤维素表面的变化为磨浆流程做准备。预处理可以使磨浆过程更加有效，减少磨浆或用更少的能耗达到相同水平的纤维形态变化，从而实现相同的最终纸页强度。因此可以说，使用酶预处理能减少磨浆，从而改善纸页松厚度。

图1是从某个高档生活用纸生产商处收集到的数据。使用浆料为长短纤混合浆，按照每吨浆酶产品用量250g来计算，磨浆机能耗大约可以降低50%，使得产品松厚度在相同的基础上至少提高10%。

过去几年中，人们耗费了大量的时间和精力为生活用纸生产寻找酶的功能助剂、鉴别原材料或原料组合以改善酶的活性。巴克曼公司的美国专利（专利号为8784613和8652301）中提到的新型功能助剂，可以提高酶的活性，减少生产过程中的使用量。这些专利产品包括巴克曼的Maximyze 2596和Maximyze 2597等。这两种产品使用了不同的增强材料，但是都比之前的产品更加有效。

松厚度也可以反映纸页的起皱程度。良好的皱纹结构，即每英寸具有足够的皱纹条数，对柔软生活用纸的生产至关重要。虽然对于结构化卫生纸机（即在扬克缸前通过毡、带、毯或其他装置形成一种三维结构）来说皱纹结构没那么重要，但皱纹结构对于纸页的柔软度和手感而言仍然非常重要。

从传统意义上来讲，低定量干法起皱卫生纸机在纸页进入扬克缸之前未形成三维结构，因此起皱更加重要。另外，起皱刮刀是将机械能传输到纸页中的最后机会。

起皱化学品对赋予纸页适当的皱纹结构至关重要。起皱粘缸剂和纸页的紧密接触是此流程的开始。起皱化学品必须在湿纸页上到烘缸的那一刻与其接触，并保证化学品一定程度地渗透到纸页中，这一过程在扬克缸上进行，然后将纸页传递至起皱刮刀，从而得到最终的皱纹结构。

这是对生活用纸生产流程中实际发生的事情进行的简单解释。本质是，若没有优质的起皱化学品，不可能形成适合的皱纹结构。但是，如果条件合适，皱纹结构会增加纸页松厚度和每英寸的皱纹条数，确保产品具备更好的手感（图2和图3）。

多年来，扬克缸涂层用化学品的开发多以该领域中研究人员和技术专家的研究及经验为基础进行。因为这些粘合剂都是聚合物，有时要了解聚合物的哪些物理特性可以形成更好的性能并不那么容易。巴克曼公司通过采用新技术和开发自己的专用测试方法，来识别影响柔软性能的产品特征，以改善化学品的开发流程。测试的聚合物物理特性包括：分子量、玻璃化温度、干燥速度、粘性及应力/应变模量。

巴克曼采用专利的应用测试方法试图模拟在起皱之前、起皱过程中和起皱之后扬克缸表面发生的变化。物理特性测试和这些专利测试方法结合会产生更高效的产品开发流程，并可预测扬克缸的表面性能。

在这一领域新技术应用的最新进展是Bubond®2646。该款产品在物理特性方面是独一无二的，超越了在低定量干法起皱卫生纸机上正常预期的功能。

图4 Bubond® 系列产品对扬克缸的粘着力曲线

Bubond®2646从纸页上缸到起皱刮刀处均可提供更好的粘着力，对扬克缸来说具有更实质性的好处，可形成优质的涂层。添加了高档改性剂可软化涂层，使之形成更好的调节能力、刮刀润滑和运转性能，同时增强纸页拉伸力。

Bubond®2646的最新评估显示和其他的竞争项目相比，它提高了纸页松厚度。生产所用的设备是传统的低定量干法起皱卫生纸机，采用原生阔叶木浆和文化用纸脱墨浆混合浆料。Bubond®2646的添加量为2.2～2.5mg/m2，改性剂用量为8～12mg/m2，可以使纸页拉伸力增加5%，松厚度提高11%，同时维持其他的质量指标符合要求。刮刀磨损相似，且增强了运转性能。

通常，增加生活用纸柔软度的最常见化学方法是使用解键剂（图5）。多年来常用的是脂肪族季铵化合物，虽然反应机理简单，但是应用复杂。当添加到浆料中时，阳离子添加剂附着于带有阴离子的纸页上，另一端的疏水脂肪链干扰了纤维之间的氢键结合。

当然，干扰氢键结合过程也降低了纸页强度。起皱后这种强度较弱的纸页在手感测试中得分较高。纸页强度也是大多数柔软度测量仪器所需测试的重要指标。

尽管原理简单易懂，但是经过磨浆和添加解键剂还要保持必要的纸页强度，对纸机操作人员来说很难。过量解键剂也会影响扬克缸涂层的化学性能。由于解键剂的使用，扬克缸上要使用剥离剂，这会对皱纹结构产生负面影响，因此影响了低强度纸页的手感。要在解键剂的用量、磨浆机能耗和起皱化学品的优化之间寻求平衡，并不是一个初学的纸机操作工可以胜任的。

传统解键剂的另一个负面影响是对纸页吸收性的影响。因为季铵类化合物有大的疏水基团，会导致纸页具有疏水性。如果季铵类化合物加入过多，会降低纸页的吸水性能，而吸水性又是起皱纸品的重要性能之一。

市场上广泛存在对不影响纸页强度的柔软剂的需求。换言之，市场需要不具有解键功能的柔软剂，可以将其添加到湿部，而且在改善手感的同时对扬克缸化学性能、湿部化学性能或终端产品吸收性的影响最小。

巴克曼公司自2014年之前就开始研究这类产品。通过投资新型手感测试仪、吸水性检测仪器，并改善实验室测试技术来检测对纸页性能的影响。过去25年来，专利中公开了一些影响手感的化学品。在这些已知化学品的基础上，开发出了新的化合物。然而，选用哪种已知成分和新成分，以及如何确定配方使之对纤维产生实质性影响，且使其对纸页强度、起皱化学品或纸页吸收性产生的影响最小化，都是研究的关注点。

开发一种稳定、可流动的水基柔软剂是一个非常繁琐的过程。这种柔软剂在满足监管要求的同时，还需满足以上提到的所有需求。

图6所示为从某中端市场中零售商品牌卫生纸生产企业收集到的实验数据，原料是混合办公废纸脱墨浆和阔叶木商品浆的混合浆。TSA是采用EmTec TSA收集的数据，采用TPII基本原图算法得到的结果称之为纸页手感。

如图所示，巴克曼柔软剂在用量2kg/t纸时，呈现出最佳的性价比。该柔软剂对湿部化学性能、纸页强度和吸水性都没有影响，但是在手感方面至少有5个点的提高。起皱化学性能没有受到影响，每英寸的皱纹条数保持在稳定水平。工厂的手感柔软度评估小组也给出了较好的测试结果。作为市场中的变革者，巴克曼柔软剂无需客户对喷涂、卷轴、加工或其他设备进行改造，只需要稀释水和一个泵并选择合适的位置添加即可。

图5 纤维解键化学过程

图6 巴克曼柔软剂产品对纸页柔软度的影响

近十年来，生活用纸的设备和生产工艺已经取得了很大进步，而化学品的进步往往被忽略。无论产品设计还是市场服务，适当的化学性能都是必要的。巴克曼公司始终关注和致力于生活用纸市场和消费者需求的高标准，创新化学品和智能技术。酶、起皱化学品和柔软剂技术的进步为实现柔软生活用纸的终端目标提供了强大助力。