Удержание наполнителей в структуре клееных видов бумаги и картона в зависимости от условий процесса размола волокнистой массы

Асп. Чубис П. А., д. т. н. Черная Н. В.

Белорусский государственный технологический университет, Беларусь

Удержание наполнителей в структуре клееных видов

бумаги и картона в зависимости от условий процесса

размола волокнистой массы

Рациональное использование различных волокнистых полуфабрикатов при производстве клееных видов бумаги и картона и частичная их замена (до 30% от абсолютно сухого волокна (а.с.в.) в зависимости от вида продукции) минеральными наполнителями является необходимым условием сохранения исходного целлюлозного сырья. Это позволяет снизить себестоимость готовой продукции. По экономическим и технологическим соображениям целесообразно обеспечивать максимальное удержание наполнителя в структуре бумаги и картона. На степень удержания наполнителей в бумаге влияют степень фибриллирования волокнистой массы, рН дисперсной системы, свойства наполнителя, наличие в массе проклеивающего вещества в виде гидродисперсии модифицированной канифоли (ГМК), режим обезвоживания на бумаго- и картоноделательной машине, степень использования оборотных вод, применение специальных флокулирующих и удерживающих агентов [1].

Применение минеральных наполнителей в структуре клееных видов бумаги и картона оказывает существенное влияние на прочность, прозрачность, пористость, белизну, степень проклейки, впитываемость, долговечность, пылимость и себестоимость готовой продукции.

Особое влияние на развитие бумагообразующих свойств целлюлозных волокон при изготовлении клееных видов бумаги и картона и на степень удержания наполнителей в их композиции оказывает процесс размола, при котором возникают необратимые качественные изменения в структуре целлюлозных волокон. Это приводит к различиям таких свойств как способность волокна к обезвоживанию, способность к удержанию минеральных наполнителей, прочностных свойств исходного целлюлозного сырья и вторичных волокон [2].

Одним из способов ресурсосбережения при производстве клееных видов бумаги и картона является повышение степени удержания наполнителя в их структуре путем обеспечения необходимой степени фибриллирования целлюлозных волокон в процессе размола волокнистой массы.

Цель работы – изучение особенностей удержания наполнителей в структуре клееных видов бумаги и картона в зависимости от условий процесса размола волокнистой массы.

Для достижения поставленной цели в лабораторных условиях изготавливали образцы бумаги и картона массой 65 г/м² и 340 г/м² соответственно на листоотливном аппарате марки «Rapid - Ketten» (фирма «Ernst Haage» Германия). В качестве исходных материалов для составления композиции образцов бумаги и картона использовали целлюлозу хвойную сульфитную беленую (ГОСТ 3914-89), ГМК, приготовленную путем разбавления пастообразного проклеивающего материала марки ТМ (ТУ РБ 0028198-017-95), коагулянт (сульфат алюминия по ТУ 6-09-1938-77) и наполнитель (каолин, карбонат кальция и бланфикс).

Из литературы известно [3], что для механического удержания наполнителей фильтрацией первостепенное значение имеет степень дисперсности, размер и форма частиц наполнителей, а также размеры волокон и зависящие от них размеры пор волокнистого материала. Размеры волокон в свою очередь зависят от природы волокнистого сырья и степени помола бумажной массы.

На первом этапе исследования определяли эквивалентный радиус частиц наполнителей (каолина, карбоната кальция и бланфикса) при помощи седиментационного метода [3]. В ходе исследования получили следующие данные: эквивалентный диаметр частиц карбоната кальция равен 5,0–10,5 мкм, бланфикса – 3,4–8,2 мкм, каолина – 0,5–2,0 мкм. На втором этапе исследования готовили волокнистую массу с заданной степенью помола на уровнях 29, 44, 58, 68, 75 и 82^оШР путем изменения времени процесса размола (рис. 1). Из готовой волокнистой массы изготавливали образцы бумаги и картона. Расход ГМК был постоянным и составлял 1,5% от абсалютно сухого волокна (а.с.в.), расход наполнителя фиксировали на уровнях 10, 20, 30% от а.с.в. Коагулянт вводили порциями, причем первую порцию (расход 1,2% от а.с.в.) вводили в волокнистую массу после ГМК, вторую порцию (расход 1,2% от а.с.в.) – после суспензии наполнителя. Это обеспечивало прочную фиксацию проклеивающих комплексов и наполнителя на целлюлозных волокнах. В процессе исследования определяли показатели качества образцов бумаги и картона по стандартным методикам [4].

Рис. 1. Зависимость степени помола целлюлозных волокон от времени размола

Механизм удержания наполнителей в структуре клееных видов бумаги и картона зависит от размеров частиц наполнителей. Крупные частицы удерживаются, в основном, механически при фильтрации через волокнистый слой в процессе обезвоживания бумажного и картонного листа. Поэтому очевидно, что в бумаге и картоне, изготовленных из массы жирного помола (70–90^оШР), с затруднением отдающей воду и образующей плотный слой волокон на сетке бумаго- и картоноделательной машины, удержание частиц наполнителя будет выше, чем в бумаге, изготовленной из массы садкого помола [5]. Мелкие частицы удерживаются преимущественно за счет электростатической адсорбции на поверхности целлюлозных волокон вследствие понижения их отрицательного электрокинетического заряда, перезарядки и координационной связи с катионом алюминия. Отсюда понятно, что коагулирующее действие сернокислого алюминия в большей степени сказывается на удержании не крупных, а мелких частиц наполнителя.

На рис. 2–4 представлены зависимости, отражающие влияние степени помола волокнистой массы на показатели качества образцов бумаги с наполнителем.

Рис. 2. Влияние степени помола волокнистой массы на разрывную длину

образцов бумаги, содержащих каолин (а), бланфикс (б), карбонат кальция (в), при расходе наполнителя (% от а.с.в.): 1 – 10%; 2 – 20%; 3 – 30%

Рис. 3. Влияние степени помола волокнистой массы на впитываемость

Рис. 4. Влияние степени помола волокнистой массы на зольность

Получено, что наилучшая прочность (рис. 1) наблюдается при степени помола волокнистой массы из целлюлозы хвойной сульфитной беленой 60–70^оШР для образцов бумаги, содержащих каолин, 55–65^оШР для образцов бумаги, содержащих бланфикс, и 55–70^оШР для образцов, содержащих карбонат кальция. Наилучшей разрывной длиной обладают образцы бумаги, содержащие карбонат кальция. Результаты исследования свидетельствуют о том, что при повышении расхода наполнителя от 10 до 30% от а.с.в., максимальная прочность образцов бумаги смещается в область меньшего значения степени помола из вышеприведенных интервалов. Это можно объяснить тем, что повышенный расход наполнителя в большей степени снижает прочность образцов бумаги и картона, что может быть компенсировано повышением длины волокна, то есть снижением степени помола волокнистой массы. Установлено, что наилучшая гидрофобность (рис. 2) образцов бумаги наблюдается при степени помола волокнистой массы 50–70^оШР в зависимости от вида и расхода наполнителя. Удержание наполнителей (рис. 3) повышается при увеличении степени помола бумажной массы практически по линейной зависимости. При наполнении образцов картона указанные показатели качества оказались на 10–15% отн. выше, чем для образцов бумаги.

Таким образом, установленные закономерности влияния степени помола на гидрофобность, прочность и степень удержания наполнителей в структуре бумаги и картона свидетельствуют о том, что при степени помола 55–70^оШР повышается степень удержания наполнителя до 60–80%, что позволяет экономить волокнистое сырье при одновременном снижении потерь наполнителя на 15–20% отн.

Литература:

1. Фляте Д.М. Технология бумаги. – М.: Лесн. пром-сть, 1988. – 440 с.

2. Иванов С.Н. Технология бумаги. – М: Лесн. пром-сть, 1970. – 696 с.

3. Черная И.И., Брянцева З.Е. Влияние размола на изменение структуры макулатурных волокон // Целлюлоза, бумага, картон, 1993. – № 5. – С. 28-29.

4. Лабораторный практикум по целлюлозно-бумажному производству / С.Ф. Примаков, В.П. Миловзоров, М.С. Кухникова. – М.: Лесн. пром-сть, 1980. – 168 с.

5. Фляте Д.М. Свойства бумаги. – М.: Лесн. пром-сть, 1976. – 648 с.