Черная Н.В., Чубис П.А.

Учреждение образования «Белорусский государственный технологический университет»

Влияние наполнителя на гидрофобность и прочность бумаги и картона, проклеенных в нейтральной среде

Развитие бумажного производства в последнее десятилетие характеризуется быстрым ростом использования вспомогательных химических материалов как с целью создания новых технологических процессов, совершенствования и интенсификации существующих, так и придания бумаге и картону свойств, способствующих повышению их качества [1].

На основании анализа отечественной и зарубежной литературы особый научный и практический интерес представляет направление по совершенствованию технологии высокозольных видов бумаги и картона, проклеенных в нейтральной среде [2]. Применение минеральных наполнителей в композиции бумаги и картона позволяет заменить часть дорогостоящего волокнистого сырья (целлюлозы), а также способствует улучшению белизны и печатных свойств готовой продукции. Несмотря на значительные потери наполнителей в производстве, достигающие 50–60%, применение их является экономически выгодным. Однако наряду с отмеченными положительными эффектами наполнители снижают прочность и гидрофобность бумаги и картона, проклеенных в кислой среде, что ограничивает их использование [3].

В настоящее время широко применяется каолин. Однако ощущается значительный его дефицит, так как по объемам его потребления целлюлозно-бумажная промышленность занимает ведущее место. Это вынуждает бумажные и картонные предприятия искать другие не менее эффективные, но более дешевые наполнители. К их числу относится карбоната кальция (мел).

В то же время интенсивно развивается направление по переводе процесса канифольной проклейки бумаги и картона из кислой среды в нейтральную. Однако в литературе отсутствует информация о влиянии наполнителей на свойства бумаги и картона, проклеенных в нейтральной среде.

Целью настоящей работы является изучение влияния наполнителя (мела) на гидрофобность и прочность бумаги и картона, проклеенных в нейтральной среде.

Для достижения поставленной цели были изготовлены образцы бумаги массой 80 г/м², проклеенные в нейтральной среде и содержащие различное количество наполнителя. В качестве исходного волокнистого сырья использовали 20% сульфатной хвойной беленой целлюлозы, 40% сульфитной хвойной беленой целлюлозы и 40% сульфатной беленой лиственной целлюлозы. Степень помола волокна составляла 36–42ºШР. Проклейка осуществлялась с помощью разработанного на кафедре химической переработки древесины БГТУ (г. Минск, Республика Беларусь) нового проклеивающего материала (клеевая канифольная композиция ТМВС-2Н), полученного путем модификации смоляных кислот канифоли моноэфирами малеинового ангидрида с высшими алифатическими н-спиртами фракции С₁₂–С₁₈. Процесс канифольной проклейки проводили в нейтральной среде (рН 6,5–7,2). Расход мела изменяли от 0 до 30% от а. с. в.

Расход проклеивающего материала ТМВС-2Н был постоянным и составлял 0,8% от а. с. в.. Расход коагулянта (сульфата алюминия) и влагопрочной добавки были также постоянными и составляли 1,8 и 0,015% от а. с. в. соответственно. Для полученных образов бумаги и картона определяли такие показатели качества, как разрушающее усилие в сухом и во влажном состояниях, разрывная длина, впитываемость при одностороннем смачивании по Коббу, влагопрочность и зольность.

Результаты испытаний образцов бумаги представлены на рисунках 1–6.

Рисунок 1 – Изменение разрывной длины в зависимости от расхода наполнителя

Рисунок 2 – Изменение разрушающего усилия во влажном состоянии

в зависимости от расхода наполнителя

Рисунок 3 – Изменение разрушающего усилия в сухом состоянии

в зависимости от расхода наполнителя

Рисунок 4 – Изменение влагопрочности в зависимости от расхода наполнителя

Рисунок 5 – Изменение впитываемости при одностороннем смачивании

в зависимости от расхода наполнителя

Рисунок 6 – Изменение зольности образцов бумаги в зависимости

от расхода наполнителя

Получено, что при увеличении расхода мела разрывная длина уменьшается с 4600 до 3800 м. Разрушающее усилие в сухом и во влажном состоянии также снижается соответственно с 5,8 до 5,1 кгс и с 0,060 до 0,035 кгс. Влагопрочность снижается незначительно. Однако эти показатели находятся на уровне требуемых значений. Снижение прочности бумаги и картона можно объяснить уменьшением межволоконных сил связей. Поэтому в структуру конкретного вида бумаги и картона необходимо вводить такое количество наполнителя, которое обеспечивает прочностные показатели производимой продукции на уровне регламентируемых значений.

Установлено, что избыточное содержание наполнителя в композиции бумаги и картона снижает их гидрофобность. Поэтому впитываемость при одностороннем смачивании повышается от 30 до 57 г/м². Однако зольность бумаги и картона повышается от 1 до 11%, что свидетельствует о высоком удержании мела в композиции бумаги и картона, проклеенных в нейтральной среде.

Получено, что мел придает бумаге белизну, способствует снижению ее прозрачности и получению хорошего лоска при каландрировании, вызывает сравнительно небольшое понижение прочности бумаги. Поэтому наиболее целесообразно его использование в производстве бумаги и картона, проклеенных в нейтральной среде, с применением высокосмоляных продуктов модификации талловой канифоли, к числу которых относится клеевая канифольная композиция ТМВС-2Н.

Таким образом, перевод процесса канифольной проклейки из кислой среды в нейтральную дает возможность повысить долговечность бумаги и картона, снизить коррозию оборудования и трубопроводов, уменьшить количество сульфат-ионов в оборотных и сточных водах, а также позволяет использовать в композиции производимой продукции более дешевый наполнитель – мел (карбонат кальция).

Литература:

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

2. Фляте Д. М. Технология бумаги. – М.: Лесная пром-сть, 1988. – 440 с.

3. Горскі Г. М. Тэхналогія паперы і кардону. – Мн.: БГТУ, 2003. – 246 с.