Пенкин А. А., Темрук В. И., Соловьева Т. В.

Белорусский государственный технологический университет

Влияние модифицирования карбонатного

наполнителя катионным крахмалом на

структурно-механические свойства бумаги.

Карбонатные наполнители широко используются в производстве печатных видов бумаги. Их потребление значительно возросло в связи с переходом на нейтральный и слабощелочной способ производства бумаги. Сырье для получения карбонатных наполнителей широко распространено в земной коре в виде осадочных горных пород, составляя около 1 % от массы земной коры [1].

Различают три разновидности пород, используемых в качестве исходного сырья в производстве природных карбонатных наполнителей (GCC) – мел, известняк, мрамор. Мел представляет собой слабо сцементированную осадочную породу биогенного происхождения. Известняк – это более уплотнённая, по сравнению с мелом, порода. Мрамор является продуктом естественной перекристаллизации мела или известняка, подвергшихся воздействию высоких давлений и большой температуры. Используемые в бумажном производстве наполнители на основе мрамора характеризуются очень высокой белизной [2].

В работе [3] нами была показана возможность модифицирования суспензий карбонатного наполнителя в виде мраморного кальцита растворами катионного крахмала. Установлено, что такое модифицирование позволяет увеличить удержание наполнителя в бумаге и, следовательно, сократить расход дорогостоящих волокнистых полуфабрикатов без потери ее качества. Однако повышенное содержание наполнителя в бумаге может привести к уменьшению ее прочности. Поэтому целью настоящей работы являлось определения влияния модифицирования мраморного кальцита катионным крахмалом на характер его распределения в структуре бумажного листа и связанные с этим структурно-механические свойства бумаги. В этих целях, прежде всего, была использована сканирующая электронная микроскопия с получением микрофотографий на сканирующем электронном микроскопе JEOL 5610 LV (Япония).

На рисунке 1 представлены микрофотографии экспериментального образца бумаги, изготовленного с использованием в качестве наполнителя мраморного кальцита до модифицирования. Из рисунка 1 видно, что наполнитель достаточно равномерно распределен в структуре бумаги и находится преимущественно на поверхности целлюлозных волокон, образующих лист. Такое распределение наполнителя по всей вероятности негативно отразится на структурно-механических свойствах бумаги. Это объясняется уменьшением числа межволоконных связей в результате внедрения частиц мраморного кальцита на поверхность контакта между образующими бумажный лист волокнами.

а б

а – увеличено в 500 раз, б – увеличено в 1000 раз

Рисунок 1 – Микрофотографии образца бумаги, изготовленной с

использованием немодифицированного мраморного кальцита

На рисунке 2 представлены микрофотографии образца бумаги, изготовленного с использованием модифицированного катионным крахмалом мраморного кальцита.

а б

а – увеличено в 500 раз, б – увеличено в 1000 раз

Рисунок 2 – Микрофотографии образца бумаги, изготовленной

с использованием модифицированного мраморного кальцита

Как видно из рисунка 2, модифицированный наполнитель в структуре бумаги находится в агломерированном виде, что снижает эффективную, введенную с наполнителем в бумагу поверхность. Это будет способствовать как повышению прочности бумажного листа, так и значительному увеличению удержания наполнителя в бумаге.

Более того, как видно из микрофотографий, наполнитель до и после модифицирования по-разному взаимодействуют с волокном. Так, если исходный мраморный кальцит находится непосредственно на поверхности целлюлозных волокон, и будучи химически инертным, снижает их способность к связеобразованию то модифицированный наполнитель, располагаясь преимущественно в порах, образованных волокнами, мало препятствует их связыванию и, вследствие этого, не снижает прочность бумаги.

Высказанное мнение о возможности предотвращения известного падения прочности бумаги с введением в композицию наполнителя нашло экспериментальное подтверждение первоначально в лабораторных условиях путем изготовления и испытания опытных образцов бумаги, а затем в промышленных условиях на УП «Бумажная фабрика »Гознака Беларуси.

Модифицирование мраморного кальцита при изготовлении бумаги для печати массой 1 м² – 80 г осуществлялось путем смешения суспензии кальцита с раствором катионного крахмала. Расход катионного крахмала составил 3 % от а.с. кальцита. Результаты проведенных опытно-промышленных испытаний приведены в таблице.

Таблица – Результаты опытно-промышленных испытаний образцов бумаги,

изготовленных с использованием в качестве наполнителя мраморного кальцита

Наименование показателей бумаги	Варианты наполнителя
	Мраморный кальцит	Модифицированный мраморный кальцит
Разрывная длина, м - в машинном направлении - в поперечном направлении	6520 3540	6760 3680
Гладкость, с	36/80	34/74
Сопротивление излому, ч.д.п.	97/38	103/40
Сопротивление раздиранию, мН	520	540
Белизна, %	82,8	83,3
Зольность, %	11,1	12,2
Удержание наполнителя, %	71,1	79,1

Как видно из таблицы, использование модифицирования мраморного кальцита катионным крахмалом в промышленных условиях позволяет повысить его удержание на 8,0 % и, как следствие этого, зольность бумаги на 1,1 % при одновременном улучшении структурно-механических показателей и белизны бумаги.

Результаты промышленных испытаний показали целесообразность модифицирования мраморного кальцита катионным крахмалом для улучшения структурно-механических показателей и белизны бумаги.

Литература

1. Технология целлюлозно-бумажного производства. Т. II. Производство бумаги и картона. Ч. 1. Технология производства и обработки бумаги и картона. – СПб.: Политехника. – 2005. – 423 с.

2. Манфред Арнольд. Природный карбонат кальция в мелованных бумаге и картоне // Целлюлоза. Бумага. Картон. – 2001. – № 5/6. – С. 34–39.

3. Пенкин А. А., Темрук В. И., Бутько Т. А., Соловьева Т. В. Модифицирование наполнителя в производстве бумаги для печати // Труды БГТУ. Сер. IV. Химия и технология орган. в-в. – Вып. XIV. –2006. – С. 185 – 188.