Черная Н.В., Чубис П.А.

Учреждение образования «Белорусский государственный технологический университет»

Гидрофобизация и упрочнение бумаги и картона, изготовленных из макулатурного сырья

Производство бумаги и картона в настоящее время требует комплексного решения технологических, экономических и экологических проблем, направленных на улучшение качества продукции, снижение ее себестоимости, повышение ритмичности функционирования предприятий и уменьшение экологического воздействия на окружающую среду.

Одной из важнейших технологических операций при производстве клееных видов бумаги и картона является стадия проклейки [1], позволяющая целенаправленно изменять гидрофобные свойства производимой продукции. В промышленных условиях придание бумаге и картону гидрофобных свойств достигается путем введения гидродисперсий модифицированной канифоли (ГМК) и коагулянта (сульфата алюминия) в волокнистую суспензию. Из полученной проклеенной бумажной массы формируют бумажное и картонное полотно на сеточном столе бумаго- и картоноделательной машины, после чего проводят процессы их прессования и сушки.

Традиционная технология гидрофобизации бумаги и картона основана на использовании гидродисперсий модифицированной канифоли (ГМК), полученных из проклеивающих материалов на канифольной основе [2]. В ГМК содержатся отрицательно заряженные частицы дисперсной фазы. Поэтому после введения ГМК в волокнистую суспензию дозируют раствор коагулянта (сульфата алюминия) до снижения рН системы от 7,0–7,5 до 4,8–5,2. Полученные коагуляты адсорбируются на поверхности отрицательно заряженных волокон. Однако повышенный расход коагулянта вызывает снижение долговечности бумаги и картона, увеличивает загрязненность оборотных и сточных вод сульфат-ионами и повышает коррозию оборудования и трубопроводов.

К наиболее перспективным способам комплексного решения технологических, экономических и экологических проблем, возникающих при производстве клееных видов бумаги и картона, относится перевод процесса канифольной проклейки из кислой среды в нейтральную за счет замены нейтральных продуктов модификации канифоли на высокосмоляные.

Цель – изучение влияния расходных и режимных параметров канифольной проклейки волокнистой суспензии в кислой и нейтральной средах на гидрофобность и прочность бумаги и картона, изготовленных из макулатурного сырья.

Для достижения поставленной цели изготавливали и испытывали по стандартным методикам образцы бумаги (элементарных слоев картона) из макулатуры марки МС-5. В качестве проклеивающего материала использовали укрепленный клей марки ТМ (ТУ РБ 0028198-017-95) и клеевую канифольную композицию ТМАС-3Н (ТУ РБ 6000122.43.020-2003). Расход проклеивающего вещества изменяли от 0,5 до 2,5% от а. с. в.

Результаты испытаний образцов бумаги (элементарных слоев картона), проклеенных нейтральной гидродисперсией ТМ по существующей технологии (проклейка в кислой среде), приведены в таблице 1.

Из таблицы 1 видно, что увеличение расхода нейтральной гидродисперсии ТМ от 0,5 до 2,5% от а. с. в. приводит к снижению впитываемости при одностороннем смачивании от 130 до 20 г/м², что свидетельствует о гидрофобизации образцов бумаги (элементарных слоев картона). Однако при канифольной проклейке в кислой среде процесс канифольной проклейки протекает в режиме гомокоагуляции. В этом случае образуются разновеликие и крупнодисперсные коагуляты, не способные равномерно распределяться и прочно фиксироваться на поверхности волокон. Это снижает гидрофобность образцов бумаги (элементарных слоев картона). Следует отметить незначительные уменьшение прочностных показателей за счет снижения межволоконных сил связей в структуре бумажного листа.

Таблица 1 – Свойства образцов бумаги (элементарных слоев картона), проклеенных нейтральной гидродисперсией ТМ в кислой среде

Показатель	Расход проклеивающего вещества, % от а. с. в.
	0,5	1,0	1,5	2,0	2,5
Впитываемость при одностороннем смачивании по Коббу, г/м^2	131	86,5	101,5	17,3	22
Разрушающее усилие в сухом состоянии, кгс	1,85	1,87	1,75	1,73	1,80
Разрушающее усилие во влажном состоянии, кгс	0,01	0,03	0,05	0,06	0,08
Разрывная длина, м	1915	1940	1680	1830	1990
Влагопрочность, %	0,5	1,6	2,9	3,5	4,4
Сопротивление излому, ч. д. п.	2	2	3	4	4

Из таблицы 1 видно, что увеличение расхода нейтральной гидродисперсии ТМ от 0,5 до 2,5% от а. с. в. приводит к снижению впитываемости при одностороннем смачивании от 130 до 20 г/м², что свидетельствует о гидрофобизации образцов бумаги (элементарных слоев картона). Однако при канифольной проклейке в кислой среде процесс канифольной проклейки протекает в режиме гомокоагуляции. В этом случае образуются разновеликие и крупнодисперсные коагуляты, не способные равномерно распределяться и прочно фиксироваться на поверхности волокон. Следует отметить незначительные уменьшение прочностных показателей за счет снижения межволоконных сил связей в структуре бумажного листа.

Результаты испытаний образцов бумаги (элементарных слоев картона), проклеенных высокосмоляной гидродисперсией ТМАС-3Н по предлагаемой технологии (проклейка в нейтральной среде), приведены в таблице 2.

Таблица 2 – Свойства образцов бумаги (элементарных слоев картона), проклеенных высокосмоляной гидродисперсией ТМАС-3Н в нейтральной среде

Показатель	Расход проклеивающего вещества, % от а. с. в.
	0,5	1,0	1,5	2,0	2,5
Впитываемость при одностороннем смачивании по Коббу, г/м^2	77	53	50	40	28
Разрушающее усилие в сухом состоянии, кгс	1,17	1,18	1,45	1,48	1,48
Разрушающее усилие во влажном состоянии, кгс	0,02	0,03	0,03	0,03	0,03
Разрывная длина, м	2015	1990	2080	2150	2170
Влагопрочность, %	1,7	2,5	2,1	2,0	2,0
Сопротивление излому, ч.д.п.	2	3	4	5	5

Как видно из таблицы 2, при увеличении расхода высокосмоляной гидродисперсии ТМАС-3Н от 0,5 до 2,5% от а. с. в. впитываемость при одностороннем смачивании снижается от 77 до 28 г/м², что свидетельствует об улучшении гидрофобных свойств бумаги (элементарных слоев картона). Это происходит из-за того, что проклейка протекает в режиме гетероадагуляции, так как полученные мелкодисперсные коагулюмы равномерно распередаляются и прочно фиксируются на поверхности волокон. Прочностные показатели при увеличении расхода высокосмоляной гидродисперсии ТМАС-3Н также улучшаются. Улучшение их наблюдается в интервале значений от 0,5 до 1,5% от а. с. в. и далее практически не меняется, что говорит о целесообразности снижения расхода проклеивающего материала – высокосмоляной гидродисперсии ТМАС-3Н.

Таким образом, сравнивая показатели качества элементарных слоев картона из макулатуры, получено, что значения гидрофобности и комплекса прочностных показателей при проклейке в нейтральной среде выше аналогичных показателей, чем при проклейке в кислой среде. Поскольку по технологии проклейки бумаги и картона в нейтральной среде снижается расход коагулянта в 1,5–2,2 раза, то это положительно отражается на улучшении экономических и экологических аспектах канифольной проклейки. Это объясняется, во-первых, снижением материальных затрат при использовании коагулянта и, во-вторых, снижением содержания сульфат-ионов в оборотных и сточных водах.

Литература:

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

2. Фляте Д. М. Технология бумаги. – М.: Лесная промышленность, 1988. – 440 с.