Пенкин А.А., Бутько Т.А., Темрук В.И.

Белорусский государственный технологический университет

Флокулирующая способность катионного крахмала в композициях бумажного производства

Минеральные наполнители – неотъемлемый компонент композиции бумаги для печати, используемый для обеспечения требуемых печатных свойств и снижения себестоимости продукции. Эффективное использование наполнителей требует высокой степени их удержания в композиции бумаги. Задачу достижения максимального удержания наполнителя в бумажной массе позволяет решить применение модификаторов, чаще всего полиэлектролитов, способных повышать адсорбционную способность наполнителя по отношению к целлюлозному волокну [1].

Процессы удержания наполнителя (дисперсной фазы) тесно связаны с процессами флокуляции, протекающими при подготовке бумажной массы и формовании полотна на сетке бумагоделательной машины. Известно, что флокуляция частиц дисперсной фазы, вызванная адсорбцией полиэлектролита на нескольких частицах с образованием полимерных мостиков, связывающих их между собой, описывается механизмом образования мостичных структур [2]. При этом, если макромолекула полиэлектролита адсорбирована на одной частице, то вероятность адсорбции ее другой частью на второй частице дисперсной фазы тем больше, чем больше число этих адсорбированных молекул и чем больше доля свободной поверхности, определяемая концентрацией частиц в системе [3].

Поэтому при изучении процессов флокуляции несомненный научный и практический интерес представляет исследование гранулометрических характеристик системы – размеров образующихся флокул, их агрегативной и кинетической устойчивости.

В бумажном производстве все большую значимость приобретает использование в композициях в качестве полиэлектролита катионного крахмала, выполняющего функции «мягкого» флокулянта и упрочняющей добавки. Однако, если флокулирующему воздействию катионного крахмала на компоненты бумажной массы и его упрочняющей способности уделено достаточно много внимания, то флокуляция катионным крахмалом суспензий наполнителей, в частности карбонатных, мало изучена. Последние получают все более широкое применение при переходе технологии изготовления бумаги из кислой среды в нейтральную. Именно здесь проблема удержания наполнителя в бумаге приобретает особую значимость.

Целью данной работы явилось выявление особенностей флокулирующей способности растворов катионного крахмала (Hi-Cat C 323 A, «Roqette», Франция) по отношению к суспензиям карбонатных наполнителей – мела (марка МТД-2) и микрокальцита (Normcal 20, «SOM DENIZ SANAYI ve TICARET A. S.», Турция), используемых в бумажном производстве.

Был выполнен дисперсионный анализ суспензий наполнителей с использованием метода седиментации в гравитационном поле. Проанализированы гранулометрические характеристики флокулированных суспензий указанных наполнителей в зависимости от их концентрации (10, 15, 20 масс. %) при постоянном расходе модификатора – катионного крахмала (3 % масс. от а.с. наполнителя) и в зависимости от расхода модификатора (1, 3, 5 масс. % от а.с. наполнителя) при постоянной концентрации суспензии наполнителя (15 масс. %). Обработка экспериментальных данных показала, что достоверность аппроксимации зависимостей, из которых были рассчитаны дифференциальные кривые распределения радиусов частиц дисперсной фазы по размерам, не была ниже 0,961-0,996.

На рис. 1-4 представлены дифференциальные кривые распределения частиц суспензий указанных наполнителей по размерам до и после модифицирования катионным крахмалом. На осях: абсцисс – размер флокул, ординат – функция распределения.

Рис. 1

Рис. 2

Рис. 3

Рис. 4

Рис. 1-4 показывают одинаковый ход кривых, характеризующих близкие тенденции изменения флокулирующей способности крахмала по отношению к разным карбонатным наполнителям: увеличение размера флокул с повышением содержания наполнителя в системе. Однако в количественном отношении это увеличение выражается по-разному. При этом наибольшую флокулирующую активность катионный крахмал проявляет при расходе 3 % от а.с. наполнителя.

Это позволило рекомендовать к промышленным испытаниям введение в композицию бумаги повышенного количества наполнителя и 3 %-ного расхода от а.с. наполнителя катионного крахмала для обеспечения его лучшего удержания в бумаге.

Опытно-промышленные испытания были проведены в условиях УП «Бумажная фабрика» Гознака (г. Борисов, Республика Беларусь) применительно к бумаге для печати. В качестве наполнителя использован мел марки МТД –2, в качестве модификатора – катионный крахмал Hi-Cat C 323 A. Состав бумаги по волокну: сульфитная хвойная беленая целлюлоза – 100%.

В действующей технологии изготовления бумаги для печати используют мел марки МТД –2 и катионный крахмал Hi-Cat C 323 A, которые отдельными потоками последовательно дозируются в бумажную массу (контрольный состав).

В опытной технологии часть катионного крахмала первоначально была выведена из композиции и использована для предварительной обработки суспензии мела. В бумажную массу дозировали уже предварительно флокулированную суспензию наполнителя (опытный состав).

Результаты опытно-промышленных испытаний образцов бумаги, полученных с использованием контрольного и опытного составов, приведены в таблице.

Результаты опытно-промышленных испытаний образцов бумаги

Показатель	Варианты состава
	контрольный	опытный
Удержание, %	65	82
Зольность массы в напорном ящике, %	12,9	12,9
Зольность бумаги, %	8,3	10,6
Разрушающее усилие, Н в машинном направлении в поперечном направлении	60 29	60 30
Гладкость, с	52	50
Впитываемость при одностороннем смачивании (Кобб 30), г/м^2	19	22
Сопротивление излому, ч. д. п.	22/20	21/19
Степень проклейки, мм	2,0	2,0
Линейная деформация, %	2,9	2,7
Влажность, %	4,0	4,2

Из таблицы видно, что предварительное модифицирование мела катионным крахмалом обеспечило увеличение его удержания в композиции бумаги с 65 до 83 %, то есть на 17%. В то же время повышенное содержание наполнителя в бумаге позволяет сократить расход дорогостоящих волокнистых полуфабрикатов без потери ее качества.

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. Д. А. Фридрихсберг Курс коллоидной химии. М.: Химия, 1984. – 252 с.

3. Навроцкий А. В., Дрябина С. С., Малышева Ж. Н., Новаков И. А. Формирование флокул и осадков в присутствии катионных полиэлектролитов. // Коллоидный журнал, – 2003. – т. 65, №3. – С. 368-373