Маг. Драпеза А.А., асп. Костюкевич А.В., д.т.н. Черная Н.В.

 

Учреждение образования «Белорусский государственный технологический университет»

 

Влияние химических добавок на скорость процесса размола

В производстве бумаги и картона размол волокни­стых полуфабрикатов имеет очень большое значение [1]. Он влияет на процесс изготовления и свойства готовой продукции и во многом определяет экономичность ее производства. Особое значение процесс размола приоб­рел в связи с расширением использования полуфабрика­тов из лиственной и низкокачественной хвойной древе­сины. В производстве волокнистых полуфабрикатов вы­сокого выхода размол стал одной из важнейших стадий процесса [2]. В целлюлозно-бумажной промышленности размол волокнистых материалов – наиболее энергоем­кий технологический процесс и успех борьбы за эконо­мию электроэнергии во многом зависит от того, насколь­ко совершенны размалывающее оборудование и процесс размола.

Исследование процесса размола, совершенствование его технологии большое внимание уделяется в нашей стране и за рубежом. Достигнуты значительные успехи в изучении и использовании в промышленности основ­ных факторов процесса размола [3].

Перспективным направлением в изучении процесса размола является использование вспомогательных химических добавок, вводимых на этой стадии в волокнистую суспензию [4]. Применение химических добавок направлено на снижение гидрофобности поверхности волокна, создание условий для более быстрого доступа в волокно воды и развитие гидратационного процесса ускоряющий размол [5].

Цель работы – изучить влияние различных химических добавок на скорость процесса размола и физико-механические показатели качества бумаги.

Для достижения поставленной цели изготовлены образцы бумаги массой 60 г/м2. В качестве волокнистого сырья применяли сульфатную беленую целлюлозу из лиственных пород древесины (ГОСТ 14940-96).

Проклейка осуществлялась с помощью разработанной на кафедре химической переработки древесины проклеивающего материала ТМВС-2Н (ТУ РБ  00280198-017-95), полученного путем модификации смоляных кислот канифоли моноэфирами малеинового ангидрида с высшими алифатическими  н-спиртами фракции С12–С18. Из пастообразной клеевой композиции, содержащей (50 ± 5)% сухих веществ и (45 ± 5)% свободных смоляных кислот, получали путем разбавления водой 2%-ный рабочий раствор. Расход гидродисперсии модифицированной канифоли (ГМК) составлял 0,6% от абсолютно сухого волокна (а. с. в). Процесс проклейки бумажной массы протекал в режиме гетероадагуляции пептизированных частиц [6].

В качестве электролита применяли 5%-ный раствор сульфата алюминия (ГОСТ 12966-85), содержащий гексаакваалюминиевые ионы Al(H2O)63+. Расход электролита составлял 3% от а. с. в.

Для ускорения процесса размола использовали: крахмал (ТУ 9187–076–00334735–01), полимерную акриловую водорастворимую добавку ВРП-3      (ТУ РБ 00280198.024-99), гидрооксид натрия NaOH (ГОСТ 18289-78). Расход химических добавок составлял 0,05, 0,25 и 0,45% от а. с. в. Концентрация рабочих растворов химических добавок составляла 0,5%.

Образцы бумаги изготавливали на листоотливном аппарате «Rapid-Ketten» (фирма Еrnst Haage, Германия). Прочность образцов бумаги оценивали разрывной длиной, разрушающим усилием в сухом состоянии, сопротивлением разрыву, удлинением, поглощением энергии при разрыве, модулем Юнга и жесткостью; эти показатели определяли по ISO1924-2 на разрывной машине фирмы Lorentzen&Wettre (Швеция).

Результаты испытаний образцов бумаги приведены на рис. 1–4                           и в табл. 1–4.

 

Рисунок 1 – Изменение степени помола волокна в процессе размола

целлюлозы без химических добавок

 

Таблица 1– Показатели качества бумажных образцов без химических добавок

Степень помола

Показатели качества (pH=7,24)

Разруша-ющее усилие в сухом состоянии Рсух, Н

Сопротивле-ние разрыву, кН/м

Разрывная длина РД, км

Удлине-ние, мм

Поглоще-ние энергии при разрыве, Дж/м2

Модуль Юнга, ГПа

Жёст-кость, кН/м

30

31,9

2,13

4,05

2,16

32,22

2,207

270,3

49

34,95

2,33

5,975

2,355

37,975

2,9325

270,6

73

68,95

4,595

6,3

2,93

95,035

4,0165

477,15

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 Рисунок 2 – Изменение степени помола волокна в процессе размола

 целлюлозы при добавлении крахмала

Таблица 2 – Показатели качества бумажных образцов при добавлении крахмала

Степень помола

Разруша-ющее усилие в сухом состоянии Рсух, Н

Сопротивле-ние разрыву, кН/м

Разрывная длина РД, км

Удлине-ние, мм

Поглоще-ние энергии при разрыве, Дж/м2

Модуль Юнга, ГПа

Жёст-кость, кН/м

Расход крахмала 0,05% от а.с.в. (pH=7,74)

32

17,75

1,185

2,255

0,61

4,335

2,1855

264,65

50

60,8

4,05

4,915

1,46

40,19

4,11

609,75

72

91,35

6,09

5,97

1,63

68,51

5,522

865,75

Расход крахмала 0,25% от а.с.в. (pH=7,37)

29

38,25

2,55

2,87

0,99

16,52

2,5915

474,75

50

42,35

2,84

4,75

1,43

27,51

3,3525

423,05

69

65,55

4,37

6,315

1,865

56,395

4,4665

580,6

Расход крахмала 0,45% от а.с.в. (pH=7,28)

32

31,6

2,11

3,35

1,195

16,615

2,6255

350,05

53

57,85

3,855

5,86

1,9

49,8

3,8505

482,1

70

53,05

3,535

6,435

2,01

47,915

3,6475

414,7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 3 – Изменение степени помола волокна в процессе размола

целлюлозы при добавлении NaOH

Таблица 3 – Показатели качества бумажных образцов при добавлении NaOH

Степень помола

Разруша-ющее усилие в сухом состоянии Рсух, Н

Сопротивле-ние разрыву, кН/м

Разрывная длина РД, км

Удлине-ние, мм

Поглоще-ние энергии при разрыве, Дж/м2

Модуль Юнга, ГПа

Жёст-кость, кН/м

Расход NaOH 0,05% от а.с.в. (pH=7,56)

31

23,25

1,545

2,14

0,79

7,535

1,716

292,8

50

52,6

3,505

5,06

1,59

37,99

3,6915

497,6

70

32,1

2,14

5,21

1,46

20,53

3,634

290,7

Расход NaOH 0,25% от а.с.в. (pH=9,63)

31

23,15

1,545

1,775

0,51

5

2,1665

393,75

50

70,95

4,73

5,055

1,555

51,095

4,2365

714,75

69

72,6

4,84

6,145

1,92

66,215

4,555

614,75

Расход NaOH 0,45% от а.с.в. (pH=11,35)

31

15,1

1,01

1,55

0,44

2,62

1,931

284,9

51

39,25

2,615

5,04

1,44

25,185

3,4275

377,05

70

54,4

3,63

5,665

1,72

43,92

4,072

477,9

 

Рисунок 4 – Изменение степени помола волокна в процессе размола

целлюлозы при добавлении ВРП–3

Таблица 4 – Показатели качества бумажных образцов при добавлении ВРП-3

Степень помола

Разруша-ющее усилие в сухом состоянии Рсух, Н

Сопротивле-ние разрыву, кН/м

Разрывная длина РД, км

Удлине-ние, мм

Поглоще-ние энергии при разрыве, Дж/м2

Модуль Юнга, ГПа

Жёст-кость, кН/м

Расход ВРП-3 0,05% от а.с.в. (pH=7,31)

32

20,3

1,325

1,985

0,69

5,45

2,254

533,25

48

62,2

4,16

4,925

1,5

45,085

4,1915

635,9

70

89,4

5,96

7,24

2,055

86,535

5,8825

768,8

Расход ВРП-3 0,25% от а.с.в. (pH=7,36)

32

21,8

1,455

2,135

0,715

6,65

2,233

317,65

49

47,65

3,17

4,815

1,535

33,59

4,1735

485,25

68

71,5

4,765

6,38

1,965

65,435

4,9135

613,2

Расход ВРП-3 0,45% от а.с.в. (pH=7,61)

32

19,2

1,28

2,42

0,47

5,76

2,338

268,8

50

43,9

2,925

5,3

1,665

33,08

3,6365

395,85

72

74,7

4,98

6,585

2,045

70,72

4,6745

612,7

 

Как видно из рисунка 2 и таблицы 2, введение крахмала ускоряет процесс размола и увеличивает физико-механических показателей качества. Крахмал сообщает неразмолотому волокну коллоидные свойства поверхности размолотого волокна, в результате чего волокна лучше связываются между собой в бумажном листе через водородные связи. При этом лучшие физико-механические показатели качества и наименьшее время размола оказались при расходе крахмала 0,45% от а.с.в.

Из рисунка 3 и таблицы 3 наиболее благоприятным с точки зрения развития степени помола массы и механической прочности бумаги является размол при расходе NaOH 0,05% от а.с.в. При pH 10,0 и выше наблюдается снижение механической прочности бумаги вследствие более интенсивного набухания волокон. По-видимому, при столь высокой концентрации щёлочи в дисперсной системе происходит частичная деструкция гемицеллюлоз, что приводит к снижению бумагообразующих свойств волокон. Кроме того, щёлочной размол белёной целлюлозы может вызвать нежелательное побочное явление – пожелтение бумаги.

Из рисунка 4 и таблицы 4 видно, что скорость размола и показатели качества при введении водорастворимого акрилового полимера ВРП–3 схожи, как и при введении крахмала. При этом лучшие физико-механические показатели качества и наименьшее время размола оказались при расходе крахмала 0,45% от а.с.в.

Таким образом проведённые исследования в лабораторных условиях показывает, что для сокращения времени размола и достижения наилучших показателей качества бумаги рекомендуется применять ВРП–3 с расходом 0,45% от а.с.в. Данное мероприятие позволяет снизить расход энергии на размол и как следствие удешевление стоимости продукции.

 

Литература

 

1. Иванов, С.Н. Технология бумаги / С.Н. Иванов. – М.: Лесная промышленность, 1970. – 695 с.

2. Фляте, Д.М. Свойства бумаги / Д.М. Фляте. – М.: Лесная промышленность, 1986. – 680 с.

3. Богоявленский, И.И. Технология бумаги / И.И.Богоявленский. – М.: Гослесбумиздат. – Т.2 – 468 с.

4. Легоцкий, С.С. Размол бумажной массы / С.С. Легоцкий,  Л.Н. Лаптев. – М.: Лесная промышленность, 1981. – 94 с.

5. Перекальский, Н.П. Влияние гемицеллюлоз на процесс размола и свойства бумаги / Н.П. Перекальский, В.Ф. Филатенков. – М.: Лесная промышленность, 1962. – 36 с.

6. Черная, Н.В. Проклейка бумаги и картона в кислой и нейтральной средах / Н.В. Черная, А.И. Ламоткин. – Мн.: БГТУ, 2003. – 345 с.