Введение
ЦБП принадлежит кнемногим отраслям мировой промышленности, отличающимся устойчивым развитием.Среднегодовой прирост ее продукции не подвержен конъюнктурным воздействиям иопределяется жесткой связью этого прироста с численностью населения, уровнемего культуры и образования, объемами торговли, темпами и масштабомнаучно-технического прогресса. Достижения в области электронных средствмассовой информации не уменьшили, а пожалуй, скорее увеличили потребность вбумаге, картоне и изделий из них.
В настоящее времямировая бумажная промышленность выпускает свыше 600 видов бумаги и картона,обладающих разнообразными, а в ряде случаев совершенно противоположнымисвойствами: высокопрозрачные и почти совсем непрозрачные (неактиничные);электропроводящие и электроизоляционные; толщиной 4-5 мкм, (т.е. в 10 разтоньше человеческого волоса) и толстые виды картона; хорошо впитывающие влагу иводонепроницаемые; прочные и слабые; гладкие и шероховатые и др. Причемассортимент продукции ЦБП постоянно видоизменяется. Так, например, за последние8 лет произошло сокращение доли газетной бумаги (при одновременном росте объемаее абсолютного производства) и заметное увеличение доли высококачественнойписче-печатной бумаги, включая бумагу для множительной техники. Возросла долякартона, упаковочной бумаги и изделий из них, увеличивается доля тиссю и санитарно-гигиенических изделий.
Одновременно сизменением ассортимента произошло и изменение экономической формации. Переход крыночной экономике, где все определяет соотношение спроса и предложения,заставляет по-новому взглянуть на процесс производства.
В условиях рынка и конкурентной борьбывыигрывает тот, кто производит высококачественный товар, и предлагает его повыгодной цене. Именно поэтому большая часть продаваемой в России бумагиявляется импортной. Кризис, в котором находится отечественная ЦБП, как и всяэкономика, постепенно начинает отступать. И теперь основная цель российскихпроизводителей бумаги, выпускать конкурентоспособную, качественную продукцию,имеющую спрос, и при минимальных затратах.
Однимиз путей достижения поставленной задачи, является применение в композициибумаги функциональных химических веществ.
Функциональныехимические вещества имеют разное целевое назначение и в общем могут бытьразделены на следующие группы.
– рН среды;
–
– влагопрочность;
–
–
–
–
–
–
–
–
Введениехимикатов в бумажную массу открывает следующие возможности:
1)
2)
3)
4)
5)
6)
Экономическийэффект от применения в композиции бумаги различных функциональных химическихсоединений огромен и выражается не только в улучшении качества бумажнойпродукции, но и сокращении производственных расходов. Поэтому наблюдаетсяустойчивая тенденция к расширению их применения. Доля стоимости функциональныххимических веществ в конечном продукте, в некоторых зарубежных странах,достигает 50 % и более.
Ассортиментхимикатов постоянно обновляется за счет появления более эффективных веществ. Ихотя их целевое назначение известно, все же при добавлении химических веществ вбумажную массу, следует соблюдать определенный технологический режим. Иначеположительное воздействие может быть не достаточно высоким, или появятсяпобочные, отрицательные явления.
Применениев России новых функциональных химических веществ осуществляется за счет«искусства бумажного мастера», т.е. основывается на практическом опыте. Приэтом, возможно, получаются неплохие результаты. Но все-таки в конце ХХ века,как мне кажется, выигрывает та технология, которая имеет прочную научнуюоснову. Для этого и проводилась данная исследовательская работа, которая рассмотрелавлияние функциональных химических веществ на обезвоживание волокнистой массы.
2.Аналитическая часть.
Процесспроклейки бумаги или картона в массе начинается с введения клея вводно-волокнистую суспензию и завершается в сушильной части бумагоделательноймашины. Следовательно, начиная с этого момента и кончая получением готовойпродукции, этот процесс подвержен активному воздействию многих технологическихфакторов. Одним из основных факторов является качество клея.
Клей представляет собойводный раствор гидрофобных веществ с размерами частиц, отвечающими коллоиднымсистемам и концентрацией 15-35 г/л по сухому остатку. При приготовлении клеястремятся к получению как можно более мелкодисперсной и стабильной коллоиднойсистемы гидрофобных материалов, поэтому техника приготовления клея, какправило, основана на многообразии современных приемов и методов.
В мировой практике, хотя и появилась целая сериясинтетических клеев для самого широкого ассортимента бумаги и картона дляпроклейки в массе, канифольные клеи занимают, по-прежнему, доминирующееположение.
Канифоль-это аморфная, твердая, хрупкая стекловиднаямасса с характерным раковистым изломом, состоящая в основном из смоляныхкислот, общей формулы C20H30O2. Чтобы сделатьсмолу пригодной для проклейки бумажной массы необходимо перевести ее изгидрофобного состояния в гидрофильное. Поэтому первой стадией изготовленияклея, относящаяся к одному из важнейших процессов технологии, является варкаклея, то есть нейтрализация смоляных кислот водным раствором щелочи приповышенной температуре. Часто этот процесс называют омылением канифоли из-засходства продуктов омыления солей щелочных металлов и смоляных кислот-смолянокислого натрия с мылами. Полученный продуктявляется промежуточным и представляет собой концентрированную, с содержанием60-70 % по массе сухих веществ, однородную пасту от темно-серого до коричневогоцвета.
Вторым важнейшим процессом при приготовлении клея,является диспергирование, или разбавление в воде, клея-пасты, то есть получениесобственно коллоидного раствора гидрофобного материала. Диспергированиепротекает либо самопроизвольно, либо с помощью специальной аппаратуры: паровыхэжекторов или роторно-пульсационных аппаратов. Использование того или иногометода зависит от требуемой дисперсности коллоидных частиц, которая в любомслучае должна быть, возможно, максимальной. На этой стадии получают растворы сконцентрацией 80-120 г/л.
Для омыления 100 кг канифоли требуется в соответствии сусловиями стехиометрии 13,2 кг едкого натра или 17,5 кг соды. В зависимостиот содержания в клее свободной неомыленной смолыразличают: канифольный бурый, белый и высокосмоляной клей. Кроме того, внастоящее время широко применяются композиционный и пековый клей.
Канифольный бурый клей практически не содержитсвободной смолы, при его получении задают столько щелочи на варку, чтобынейтрализовать все смоляные кислоты. Получаемая клей-паста легко диспергируется в воде (даже самопроизвольно), образуя приэтом прозрачный коллоидный раствор бурого цвета. Коллоидные частицыхарактеризуются как среднедисперстные и эффективностьклея достаточно высока.
Канифольный белый клей обычно содержит 10-30 %свободной смолы. Содержание в готовом клее-пасте неомыляемыхсмоляных кислот существенно сказывается на диспергируемостии свойствах клея. С увеличением свободной смолы свыше 20 % возрастает мутностьклеевого раствора, он становится более блеклым и жидкотекучим. При этомстабильность снижается, так как коллоидные мицеллы, находившиеся в гидрофильномсостоянии, переходят в гидрофобные коллоидные дисперсии. Практика показала, чтонейтральный клей с содержанием 15-20 % свободной смолы обладает наибольшейстабильностью. Полностью омыленный неразбавленный клей склонен к отслаиванию.
Для получения коллоидного раствора требуется применениеспециальных методов, в частности способыЭрфурта и Арледтера. Первый из этих способов являетсяодноступенчатым. В инжекторе-распылителе предварительно нагретый смоляной клейперемешивается и распыляется под давлением паровой струи. Основным недостаткомметода Эрфурта является непосредственныйконтакт смолы и пара. Кроме того, температура клеевого молочка сравнительновысока, что приводит к нежелательной коагуляции, выражающейся в смоляных пятнахв бумаге.
Внедрение способа многоступенчатой инжекции Арледтера позволило устранить непосредственное воздействиепара и снизить температуру клеевого молочка. Однако и этот метод неудовлетворяет все возрастающие требования в отношении стабильности раствораклеевых частиц.
Полученный коллоидный раствор характеризуется болеевысокой степенью дисперсности клеевых частиц по сравнению с бурым, мутностью,непрозрачностью, белым или слегкажелтоватым цветом. По своей проклеивающей способности он эффективнее бурогоклея.
Высокосмоляной клей содержит до 80 % свободной смолы ихарактеризуется высокой степенью дисперсности частиц и проклеивающейэффективностью. Преимущество высокосмоляного клея послужило толчком кразработке практических способов его получения. Если известно число омыления,не составляет труда обработать лишь некоторую часть канифоли, используя дляэтого небольшое количество едкого натра. Проблема заключается в том, чтобычастично омыленную канифоль довести до максимальной дисперсности в воде. Приналичии высококачественных сортов светлой канифоли несклонной к кристаллизации,можно получить стабильные дисперсии с содержанием свободной смолы до 90 %, чтодостигается применением соответствующихзащитных коллоидов и эмульгаторов. Однако содержание в клее свободной смолы недолжно превышать определенных пределов, так как это затрудняет диспергирование.
Клей с высоким содержанием свободной смолыприготавливался прежде без применения эмульгаторов. Упомянутые выше способыЭрфурта и Арледтера предусматривали изготовление клеяс содержанием свободной смолы до 50-60 %. Положение изменилось с применением гомогенизаторов, работающих поддавлением, а также защитных коллоидов (способы Жилетт,Триплекс, Штульмана).
Решение проблемы принадлежит Б.Вигеру,разработавшему способ приготовления клея Бевойд,позволивший выпускать его в промышленных масштабах и вытеснивший большую частьметодов, ранее применяемых на бумажных фабриках. Основным узлом системы дляприготовления клея является диспергатор,представляющий бак особой конструкции, снабженный мешалкой с двух ступенчатойпередачей на 60 об/мин. При изготовлении дисперсий клея Бевойдизмельченная канифоль расплавляется и медленно перемешивается. Затем оначастично омыляется 45-% раствором едкого натра, что сопровождается быстрымперемешиванием и диспергированием в присутствии казеина, растворенного вщелочи. Клей разводят вначале горячей водой, а затем холодной водой. Готоваяклеевая дисперсия в зависимости от сорта канифоли может содержать от 70 до 90 %свободной смолы, даже при концентрации 35- 45 % клей является жидкотекучим.Внешне раствор похож на клеевое молочко от белого до желто-белого цвета.Дальнейшее разведение клея в случае необходимости может производиться холоднойводой.
С точки зрения коллоидной химии клей Бевойд представляет собой коллоидную дисперсию, состоящуюиз частиц шаровой формы, заключенных в оболочку защитного коллоида. Благодаряэтому достигается повышенная стабильность клея, и возможность хранения его втечение длительного времени. Однако дисперсии следует предохранять отвоздействия холода и температуры выше 45°С, они теряют стабильность идеструктируют.
С помощью особой технологии производства получаютчастицы очень малой величины, находящиеся в состоянии непрерывного хаотическогоперемещения, согласно теории бруоновского движениямолекул. Диаметр частиц в условиях высокой дисперсности составляет 0,5-0,15 мк. Если диспергирование неполное, то частицы имеют диаметр3-5 мк, происходит их седиментированиеи стабильность клея снижается.
Весьма стабильные дисперсии высокосмоляного клея можнополучить методом Хагойд, предложенный Г. Граскофом. Размер частиц клея Хагойдчрезвычайно равномерен и несколько меньше, чем у клея Бевойд.Особенность способа заключается в замене около 25 % канифоли каким-либо другимдешевым материалом, частицы которого образуют клеевое ядро. Таким заместителемявляется каолин особого сорта, известный под маркой “ Koloisol “. Приконцентрации 40 % такие дисперсии, содержащие 30 % канифоли, являютсяжидкотекучими, а применение наполнителя экономит расход канифоли.
Следует также коротко упомянуть еще об одном способе приготовления клея,известный под названием “ Prosize ”. В этом случае канифоль подвергается сильномуомылению, а для стабилизации применяют защитный коллоид (казеин или соевыйпротеин) и борную кислоту. В полученную дисперсию клея с высоким содержаниемсвободной смолы дополнительно вводят защитный коллоид в целях большейстабилизации.
Высокосмоляные дисперсии с успехом используются приизбыточной жесткости воды, так как они менее чувствительны к ней, чемнейтральный канифольный клей. Положительным фактором также является низкаятемпература спекания, особенно, при производстве высокосортных бумаг.
В производстве канифольных клеев долгое времяиспользовалась исключительно живичная канифоль. Поэтому вышеописанныетехнологии приготовления были разработаны для нее. В настоящее времястремительное развитие сульфатцеллюлозногопроизводства и тенденция на утилизацию побочных продуктов, привели к выработке талловой канифоли, ставшей заменителем дефицитной живичной.
Талловую канифоль получаютпри фракционировании таллового масла. Современныеректификационные установки позволяют получить продукт с температурой плавленияв пределах 50-60°С и кислотным числом 160-170 мг КОН / 1 г канифоли. Химический составталловой и живичной канифоли различен, и это, какпоказала практика, оказывает существенное влияние на процесс приготовленияклеевых дисперсий и технологию их использования.
В таблице1 приведеныданные характеризующие содержание смоляных кислот различных видов канифоли.
Вид канифоли Содержание смоляных кислот, %
левопимаровой
неоабиетиновой + палюстровой + абиетиновой
дегидроабиетиновой + гидроабиетиновой
α — пимаровой
Сосновая канифоль (живица)
Живичная
Талловая
30-50
0-15
менее 1
30-50
65-80
40-50
следы
следы
20-30
16-30
15-30
16-30
Как видно из таблицы, талловаясмола состоит в основном из абиетиновой кислоты, в ней совершенно отсутствует левопимаровая кислота, непременный компонент канифоли,обладающий сопряженными двойными связями. Отсутствие в талловойканифоли перечисленных выше смоляных кислот вызвано нагреванием сырого таллового масла в процессе производства сульфатной целлюлозы и при вакуумной перегонке.
Если образование и переход левопимаровойкислоты в неоабиетиновую кислоту, а в дальнейшем в поллюстровую и абиетиновую кислоты является обратимымпроцессом для канифоли, у талловой смолы абиетиноваяи дигидроабиетиновая кислоты, как и дегидроабиетиновая уже не находятся в равновесии и, заисключением абиетиновой, не изомеризуются.
Вследствие высокого содержания абиетиновой кислоты,являющейся ненасыщенным соединением с сопряженными двойными связями, талловые смолы по сравнению с канифолью обладают болеевысокой способностью к кристаллизации и окислению кислородом воздуха. Вероятно,по этой причине до 1960 года талловую канифольприменяли лишь для проклейки низкосортных видов бумаг и картона.
Для проклейки бумаг и картона не существуетуниверсального клея, пригодного для различных условий работы бумажной фабрики.Эффективность клея во многом зависит от вида целлюлозы, качествапроизводственной воды и других факторов. Наиболее классическим проклеивающимматериалом является белый клей (содержание свободной смолы 15-25 %) из живичнойканифоли, который пригоден для широкого ассортимента бумаг. Режим варки этого клеяхорошо освоен, он применяется при периодической и непрерывной проклейки.
При использовании талловойканифоли для проклейки бумаги также первоначально применяли белый клей, неучитывая различий в химическом составе живичной и талловойканифоли. Дальнейшие исследования показали, что клей из талловойканифоли с содержанием свободной смолы 20-25 % является неустойчивым, частицыобразуют крупные алюморезинатные комплексы (до 10 мк).
Поскольку считается общепризнанным, что осадокканифольного клея фиксируется на волокнах в виде отдельных частиц, а не в виденепрерывной пленки, частицы свободной смолы канифоли находятся в основном наповерхности волокон. И если удерживаемость частицбелого клея из живичной канифоли составляет в бумаге 50-60 %, то удерживаемость смоляных агрегатов из талловойканифоли составляет 40 %. Наоборот, проклейка нейтральным клеем на основе талловой канифоли является более эффективным. Поэтомуприменение в бумажной промышленности натуральной талловойканифоли ограничено производством толькополностью омыленных клеев.
Но и здесьвозможны технологические затруднения, из-за высокой способности талловой канифоли к кристаллизации и окислению кислородомвоздуха. С целью устранения отрицательных свойств канифоли проводят еемодификацию различными методами. К методам модификации, применяемым на практикедля улучшения свойств канифоли, относятся:
1) гидрирование — присоединение одной или двухмолекул водорода по месту двойных связей. Смоляные кислоты по-разному относятсяк процессу гидрирования. Так, абиетиновая кислота, основной компонент талловой канифоли, гидрируется врастворе при обычной температуре, а в расплаве в присутствии катализатора. Вкачестве катализаторов применяются: никель, палладий, платина. Пофизико-химическим свойствам гидрированная канифольимеет другой состав смоляных кислот, которые не окисляются на воздухе. Она на2-4 марки светлее исходной канифоли, менее хрупка и светоустойчива.
В США практическое распространение получила пергидрированная канифоль, содержащая в основном тетрагидроабиетиновую кислоту. Зарубежный опытиспользования такой канифоли показывает, что наиболее целесообразно применятьее в композиции бумаги, предназначенной для длительного хранения. Однакогидрирование талловой канифоли сопряжено сопределенными трудностями из-за наличия в ней большого количества неомыляемых и нейтральных веществ, которые отравляюткатализатор и снижают скорость процесса.
2) диспропорционирование — это процесс направленной термической изомеризации смоляных кислот.Врезультате реакции диспропорционирования образуютсяде-, ди — и тетрагидроабиетиновыекислоты.
Процессдиспропорционирования ведется при высокой температурев присутствии катализаторов. При диспропорционированиине играет решающей роли состав канифоли, однако, предварительное удалениевредных примесей позволяет получать высококачественную канифоль. Диспропорционированная канифоль обеспечивает высокуюстабильность проклейки бумаги при сравнительно небольшом расходе (2 % от массыволокна). Она может быть рекомендована при производстве сильноклееныхбумаг.
3) полимеризация- сокращение в молекулах смоляныхкислот числа двойных связей за счет реакции каталитической полимеризации.
Полимеризацию канифоли проводят в растворах бензина ибензола в присутствии катализаторов: серной, ледяной уксусной и фосфорнойкислот. Полимеризованная канифоль дает хорошийпроклеивающий материал для получения нейтрального и белого клеев с содержаниемсвободной смолы до 30 %, обеспечивает более стабильную проклейку при меньшемрасходе (около 3 % к весу сухого волокна).
4) конденсация канифоли с непредельными соединениями-самый распространенный способ модификации талловой канифоли. Различают 3способа:
a) Дильсу-Альдеру,т.е. взаимодействие веществ, имеющих сопряженную двойную связь, с α, β — ненасыщеннымикарбоновыми кислотами или их ангидридами;
b) Принса);
c)
Чаще всего для проведения реакции диенового синтезаприменяют малеиновую или фумаровую кислоты или ихангидриды.
Реакцию модификации канифоли малеиновым ангидридомпроводят при температуре 150-220°С. При этом содержащиеся в канифолиабиетиновая, неоабиетиновая, полюстроваякислоты изомеризуются в левопимаровую,которая и вступает в реакцию. Процесс осуществляется при постоянномперемешивании массы, причем модифицирующий агент вносится постепенно небольшимипорциями. Конечным продуктом является малеопимароваякислота. Она представляет собой белый кристаллический порошок с температуройплавления 222-224° С и кислотным числом 270-278 мг КОН/г.
Канифольно-фумаровые аддукты получают сплавлением фумаровойкислоты с канифолью. Оптимальная температура реакции 190-200°С.
Аддукты канифоли, малеиновойили фумаровой кислоты имеет температуру размягчения79°С, кислотное число 185,3 мг КОН/г. стоек к окислению кислородом воздуха иего цвет на 2-3 марки выше, чем у исходной канифоли.
Канифоль модифицируют также конденсацией сформальдегидом или формальдегидными смолами.
Обычно на 100 массовых частей канифоли берут 1-6массовых частей формальдегида или параформальдегида,реакция протекает в течении 3-10 часов и при Т=120-170°С.
Оба вышеописанных способа могут применяться и всочетании. При этом наиболее благоприятные результаты достигаются, когда зареакцией с формальдегидом следует реакция Дильса-Альдера.Талловая канифоль модифицированная непредельнымисоединениями характеризуется большим содержанием карбоксильных групп. На ееоснове готовят усиленные канифольные клеи, особый приоритет в этом принадлежитСША.
Технологию производства таких клеев можно разделить на2 этапа. На первом этапе проводят реакцию модификации, например, реакцию Дильса-Альдера. Если теоретически для модификации всейканифоли необходимо 33 % малеинового ангидрида, то для реакции используют 3-10%. Таким образом, в усиленном клее модифицировано 15-45 % канифоли. На второмэтапе проводят реакцию омыления щелочью, с образованием третичной соли натрия малеопимаровой кислоты:
Усиленные канифольные клеи в сравнении с обычнымявляется жидкотекучим при одной и той же концентрации. Даже при концентрации впределах 50 % эти клеи еще сравнительно жидкотекучие, что позволяет транспортировать их насосами и легкоразбавлять. При концентрации 70 % они представляют собой вязкую пасту, котораялишь после нагрева до 60-80°С становится жидкой и поддается разбавлению.
В последние годы талловаямодифицированная канифоль применяется для приготовления высокосмоляных клеев.Зарубежный опыт показывает, что полностью модифицированная канифоль непригоднадля производства дисперсий усиленного клея с высоким содержанием свободнойсмолы. В данном случае применяют смесь из обычной и модифицированной канифолейили канифоль определенной степени модификации. После частичного омыления идобавления определенных защитных коллоидов и вспомогательных химических веществосуществляется диспергирование.
Дисперсии усиленного клея выпускаются при концентрации40, 50, 85 % содержания свободной смолы. Эти клеи характеризуются чрезвычайнонебольшим размером частиц и требуют для осаждения меньше сернокислогоглинозема, чем усиленный нейтральный смоляной клей. При одной и той же степенипроклейки расход дисперсий клея снижается до 40 против 35 % в случае сусиленным нейтральным клеем. В производственных условиях расход канифоли сокращаетсяв среднем на 15-35 %.
Рецептура и технология приготовления канифольных клеев постоянно обновляется.Помимо добавления различных защитных коллоидов для стабилизации клеевых частиц,довольно широкое применение приобрели добавки к канифольному клею полиакриламида. Он не только снижает расход высокосмоляногоклея, но и улучшает качество проклейки, повышает прочность бумаги, помогаетудерживать наполнители, что позволяет увеличить их количество.
В отечественной литературе имеются сообщения овведении полиакриламида в типографскую бумагу № 1 ВСША и Англии запатентован ряд рецептов пропиточных составов с применением полиакриламида и других катионо — или анионоактивных полиэликтролитов,вводимых в небольших количествах. Качество проклейки в этом случае улучшаетсяза счет того, что катионоактивные добавки быстрееадсорбируются на волокнах целлюлозы, чем смоляные кислоты. Это увеличиваетчисло активных центров на поверхности волокна для адсорбции смоляных кислот.Увеличение скорости адсорбции в свою очередь способствует равномерномураспределению частиц проклеивающего материала на поверхности волокон, так какони не успевают вырасти до макрочастиц. Поамериканским данным, при введении катионо-активныхвеществ в количестве 0,5-2 вес. ч. на 1 вес. ч. канифольного клеяводоустойчивость бумаги повышается вдвое. Повышается также устойчивость бумагик кислотам и щелочам. При этом способе проклейки не требуется точноговыдерживания рН среды. Проклейка идет хорошо прилюбом значении рН.
Кромеполиакриламида, в качестве добавок, снижающих расходканифольного клея могут применяться и другие катионо-активныевещества, например, акриламид акриловой кислоты, полиэтиленамин,полициклогексиламино-алкил (мет) акрилатамини др.
Влитературе все эти вещества объединены общим термином функциональные химическиесоединения. При добавлении их в бумажную массу, они не только способствуютудержанию и фиксации на волокне частиц высокосмоляного клея, но также влияют наводоотдачу, удерживают мелкое волокно и наполнитель и дают возможность получениябумаги с заданными свойствами.
Так, например, для увеличения прочности бумаги вбумажную массу обычно добавляют вещества, являющиеся полимерами с относительновысокой молекулярной массой и с большим содержанием гидроксильных групп,способных образовывать водородные связи (моннногалактаны,крахмал и пр.). Как указывает Ф. Вульч добавка к бумажной массе монногалактановспособствует увеличению сопротивлений бумаги излому и выщипыванию,положительным образом сказывается на уменьшении склонности бумаги к пылению,повышается величина показателей гладкости и удлинении бумаги при растяжении.Заметно улучшается просвет бумаги и увеличивается удержание наполнителей. Тотже автор отмечает, что если частично отказаться от повышения механическойпрочности и при добавке монногалактана немногоснизить степень помола бумажной массы, то одновременно достигаются дальнейшиепреимущества: повышение показателей сопротивления раздиранию, мягкости,светонепроницаемости, впитывающей способности.
Если вводить в бумажную массу альгинаты,представлющие собой гидрофильные коллоиды,достигается повышение многих показателей механической прочности бумаги:сопротивлений разрыву, продавливанию, выщипыванию иистиранию. Бумага и картон, предназначенные для печати, приобретают более мягкуюи равномерную поверхность. Отмечается повышение удержания минеральныхнаполнителей и мелких волокон, повышается стабильность размеров бумаги иснижается впитывание чернил, красителей и лаков.
В современных производственных условиях применениефункциональных химических соединений необходимо в связи с увеличением скоростейбумагоделательных машин. Это повлекло за собой ускорения процесса обезвоживанияна сетке. Под влиянием вакуума, образующегося под сеткой, через нее уходят воборотную воду мелкие волокна, проклеивающие вещества и частицы минеральногонаполнителя. Очевидно, что чем выше вакуум, тем в большей степени наблюдаетсяпровал мелочи сквозь сетку. Особенно это характерно для современныхбыстроходных бумагоделательных машин.
С целью удержания мелкого волокна и частицнаполнителя в массу непосредственно перед бумагоделательной машиной вводятвещества, вызывающие хлопьеобразование. Чаще всего используют полиэтиленимин или полиакриламид.Последний представляет собой сополимер акриловой кислоты и акриламида. В сухомвиде это белый порошок, нерастворимый в большинстве органических растворителей,но растворимый в воде. Некоторыми предприятиями химической промышленности онвыпускается в виде 8 %-ного водного коллоидногораствора, устойчивого при хранении в условиях нейтрального значения рН. Этот раствор имеет вязкую желеобразную консистенцию.При подогреве и перемешивании раствор может быть разбавлен водой до нужнойрабочей концентрации (0,2-0,3 %).Химический состав ПАА отвечает формуле:
Отдельные партии технического продукта частоотличаются между собой по физико-химическим свойствам в зависимости от егостепени полимеризации, наличия примесей и соотношения в продукте амидных икарбоксильных групп
Оптимальными значениями рНмассы для эффективного действия ПАА является рН впределах 4,5-6,0. В этих условиях при дозировке из расчета 150-300 г абс.сухого ПАА на 1 т бумаги удержание наполнителя увеличивается на 20-25 %. Объясняетсяэто тем, что удлиненные молекулы ПАА одновременно связываются с несколькими взвешеннымичастичками наполнителя, которые оказываются связанными между собой в крупные агрегаты-флокулы. Последние состоят из твердых частиц, “прошитых ” длинными нитями молекул ПАА. Такиефлокулы хорошо задерживаются слоем волокон на сеткебумагоделательной машины.
Полиэтиленимин получаютполимеризацией этиленамина, он имеет сильноразветвленную макромолекулу. Химический состав ПЭИ отвечает формуле:
Х. Лухтенберг приводитследующий пример применения ПЭИ для повышения удержания наполнителя и волокон привыработке картона массой 350 г/ м2 с содержанием в композициибольшого количества бумажной макулатуры. ПЭИ при концентрации 0,1-0,2 %вводился в волокнистую массу в количестве для покровного слоя 0,12 %, среднихслоев 0,18-0,22 % и нижнего 0,27 % к массе волокон. Опыты показали, что врезультате введения в среднем 0,2 % ПЭИ удержание волокон и наполнителяповысилось с 65 до 83 %. Производительность машины увеличивается за счетулучшения обезвоживания на 9 %. Удельный расход пара снизился 2,1 до 1,9 т/ 1ткартона вследствие повышения сухости после прессов с 38,4 до 39,5 % иоблегчения удаления паров при сушке. Помимо синтетических флокулянтов(ПАА, ПЭИ и др.) применяются природные полимеры: карбоксиметилцеллюлоза,катионный крахмал.
Однако применение этих химикатов способствуетхлопьеобразованию, что является нежелательным процессом при отливе бумаги. Но,по мнению Фляте, рыхлые хлопья, полученные благодаря флокулирующему действию полимеров и состоящие из мелкихволокон и частиц наполнителя, связанных между собой электростатическими силами,отличаются по своим свойствам от пучков(сгустков) длинных волокон. Рыхлые имелкие хлопья делают просвет бумаги в ряде случаев более равномерным благодаряповышенному удержанию в бумаге мелочи, заполняющие пространство между длиннымиволокнами. Эффект хлопьеобразования можно свести к минимуму, если перед подачейна сетку интенсивно перемешивать вещества массы и точно дозировать флокулянт. Так, например, дефлокулирующее действие крахмала наблюдалось при егодобавке в суспензию в количестве 0,5-1 % к массе абсолютно сухой волокон.Дальнейшее увеличение содержания крахмала приводит к усилению неравномерностипросвета засчет флокулирующегодействия этой добавки и замедление процесса обезвоживания.
При отливе бумажного листа одним из нежелательныхкомпонентов массы является воздух, содержащейся в ней от 0,4 до 6 % по объему.Это, казалось бы, небольшое содержание воздуха в массе на самом деле являетсявысоким по отношению к объему волокон. Вредное влияние воздуха в бумажной массеобнаруживается при выделении его в виде пузырьков и сказывается в образованиипены и сгустков волокон в потоке массы, что влечет появление в бумаге воздушныхпузырей, неравномерности просвета и других дефектов. Увеличивается бракбумажной продукции и возрастает число обрывов бумажного полотна набумагоделательной машине. При изготовлении цветных видов бумаги пенообразованиенередко влечет за собой скопление частиц красителя на стенках пузырьков иполучения неравномерной, с пятнами, окраски бумаги.
Для устранения сильного пенообразования при выработкинекоторых видов бумаги вводят специальные химические добавки. По литературнымданным, хорошие результаты дали применение этилового спирта, расход