Черная Н.В., Бондаренко Ж.В., Ламоткин А.И.

Учреждение образования «Белорусский государственный технологический университет»

ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРОВЕРКА И ВНЕДРЕНИЕ РАЗРАБОТАННОЙ ТЕХНОЛОГИИ КАНИФОЛЬНОЙ ПРОКЛЕЙКИ БУМАГИ И КАРТОНА В РЕЖИМЕ ГЕТЕРОАДАГУЛЯЦИИ НА ОАО «КАРТОННО-БУМАЖНЫЙ ЗАВОД “АЛЬБЕРТИН”»

На ОАО «Картонно-бумажный завод “Альбертин”» (г. Слоним, Республика Беларусь) производятся клееные виды бумаги и картона из различных видов макулатуры (белой, сборной и фракционированной) и беленых видов целлюлозы. К основным видам продукции относятся бумага упаковочная (массой 70 и 80 г/м², а также марки В массой 35 г/м²), бумага пачечная марок В (160 г/м²) и Б (160 г/м²), обойная (130 г/м²), бумага упаковочная пищевая (70 г/м²), картон для потребительской тары (340 г/м²), картон для спичечных коробок марки СВ (340 г/м²), картон макулатурный марок СН (340 г/м²), ТС (340 г/м²) и ТП (340 г/м²), картон полиграфический марки НВП-0,7 (500 г/м²) и КВС-0,45 (300 г/м²). Композиционный состав и основные показатели качества вышеперечисленных видов бумаги и картона представлены в таблице 1.

Традиционная технология канифольной проклейки бумаги и картона осуществляется в кислой среде (рН 4,8–5,5) с использованием 2–5%-ной гидродисперсии модифицированной канифоли (ГМК). Ее получают разбавлением водой пастообразного укрепленного клея марки ТМ, выпускаемого на ОАО «Лесохимик» (г. Борисов, РБ) по ТУ РБ 00280198-017-95. Расход этого проклеивающего материала зависит от гидрофобных свойств вырабатываемой бумажной и картонной продукции и изменяется в широких пределах (от 6,8 до 36,0 кг/т для бумаги и от 2,4 до 4,5 кг/т для картона). Расход коагулянта (сульфата алюминия по ГОСТ 12966-85) находится в пределах 40,1–69,0 кг/т при производстве бумаги и в пределах 8,5–10,5 кг/т при производстве картона.

Таблица 1 – Композиционный состав и основные показатели качества клееных видов

бумаги и картона, выпускаемых на ОАО «Картонно-бумажный завод “Альбертин”»

Вид бумажной и картонной продукции	Композиционный состав по волокну	Впитываемость, г/м^2	Разрывная длина, м
Бумага упаковочная марки В Бумага упаковочная (70 и 80 г/м^2) Бумага пачечная марки В Бумага пачечная марки Б Бумага упаковочная пищевая Бумага обойная Картон для потребительской тары* Картон для спичечных коробок марки СВ* Картон макулатурный марки СН Картон марки ТС* Картон марки ТП* Картон полиграфический НВП-0,7	100 % сборной макулатуры 100 % белой макулатуры 100 % фракционированной макулатуры Покровный слой – белая макулатура, основной слой – сборная макулатура Покровный слой – белая макулатура, основной слой – сборная макулатура Покровный слой – беленая целлюлоза, основной слой – белая макулатура 100 % сборной макулатуры 100 % сборной макулатуры Покровный слой – белая макулатура, основной слой – сборная макулатура 100 % сборной макулатуры 100 % сборной макулатуры Покровный слой – белая макулатура, основной слой – сборная макулатура	Не более 30 Не более 50 20–30 20–30 Не более 50 Для покровного слоя 15–25, для основного слоя 15–30 Не более 50 Не более 50 Не более 50 Не более 50 Не более 50 Для покровного слоя не более 50, для основного слоя не более 60	Не менее 2100 Не менее 2000 Не менее 2600 Не менее 2200 Не регламентируется Разрушающее усилие (Н), не менее: 60 в сухом состоянии и 10 во влажном состоянии Не регламентируется Не регламентируется Не регламентируется Не регламентируется Не регламентируется Не регламентируется

*Примечание. Для данных марок картона дополнительно регламентируются жесткость при статическом изгибе (более 0,6 Н/см), сопротивление излому (более 12 ч. д. п.) и сопротивление расслаиванию (более 1,5 Н).

Разработанная технология канифольной проклейки бумаги в кислой среде предусматривает замену традиционного укрепленного клея марки ТМ на более эффективный укрепленный клей марки ТМВС-2 (ТУ РБ 00280198-010-94), а при проклейке в нейтральной среде – замену импортной эмульсии Sacocell-309 (производитель фирма Crems Chemie, Австрия) на клеевые канифольные композиции ТМВС-2Н или ТМАС-3Н, производство которых организовано на ОАО «Лесохимик» (Республика Беларусь) по ТУ РБ 00280198-029-97 и ТУ РБ 60012243.020-2003 соответственно. Следует отметить, что технология получения и применения укрепленного клея ТМВС-2 и клеевых канифольных композиций ТМВС-2Н и ТМАС-3Н разработана на кафедре химической переработки древесины Учреждения образования «Белорусский государственный технологический университет», что подтверждается патентами Республики Беларусь [1–9] и Российской Федерации [10, 11].

Сущность разработанной технологии канифольной проклейки бумаги и картона в кислой и нейтральной средах заключается в обеспечении пептизации коагулятов, образовавшихся в первой области коагуляции нейтральных и высокосмоляных ГМК, и максимальном смещении этого процесса из режима гомокоагуляции к режиму гетероадагуляции.

Отличительными особенностями разработанной технологии проклейки в нейтральной среде являлись следующие изменения технологического режима: 1) уменьшение продолжительности разведения пастообразного проклеивающего материала от 50 до 20 мин; 2) снижение расходов проклеивающего материала в 1,2–2,2 раза и коагулянта в 1,9–3,4 раза; 3) изменение места дозирования нейтральных и высокосмоляных ГМК и раствора коагулянта в основной технологический поток; 4) снижение температуры сушильных цилиндров на 10–15 ⁰С во второй зоне сушки на бумаго- и картоноделательной машинах.

Высокосмоляные гидродисперсии ТМВС-2Н и ТМАС-3Н дозировали в машинный бассейн (вместо бассейна размолотой массы), а раствор коагулянта – в патрубок смесительного насоса (вместо машинного бассейна). Такое изменение технологического режима проклейки повышает оперативность управления качеством бумажной и картонной продукции, производимой на ОАО «Картонно-бумажный завод “Альбертин”». Качество бумаги и картона регламентируется требованиями утвержденных технических условий: бумага упаковочная марки В – по ТУ РБ 00280146.021-97, бумага пачечная марок В и Б – по ТУ РБ 00280146.009-94, бумага упаковочная по ТУ РБ 00280146.021-97, картон для потребительской тары и для спичечных коробок – по ТУ РБ 00280146.024-98, картон полиграфический НВП-0,7 – по ТУ РБ 00280146.030-98, картон КВС-0,45 – по ТУ РБ 00280146.033-98 и т. д.

В таблице 2 представлены результаты промышленных испытаний разработанной технологии применения клеевой канифольной композиции ТМВС-2Н для проклейки в нейтральной среде (рН 6,8–7,5) при производстве упаковочной бумаги марки В, пачечной бумаги (марок В и Б) и упаковочной пищевой бумаги. Выделенные значения расходов проклеивающего материала и коагулянта соответствуют оптимальному режиму проклейки при выходе системы на стационарный режим, обеспечивающий требуемое качество готовой продукции. Для сравнения в таблице 2 представлена аналогичная информация при производстве вышеперечисленных видов бумаги по традиционной технологии (проклейка в кислой среде) и фактические показатели качества готовой продукции.

Из таблицы 2 видно, что гидрофобные и прочностные показатели качества указанных видов бумаги, проклеенных в нейтральной среде с использованием клеевой канифольной композиции ТМВС-2Н, соответствуют требуемому уровню значений. При этом расходы клея и коагулянта снижаются в 2 раза и более. Соотношение клей : коагулянт уменьшается от 1 : 4 до 1 : 2 и более.

Проведенные нами промышленные испытания клеевой канифольной композиции ТМВС-2Н при производстве обойной бумаги подтвердили результаты проведенных нами исследований и доказали целесообразность снижения расходов проклеивающего материала в 1,2–2,2 раза и коагулянта в 2,4–3,4 раза. Об этом свидетельствуют результаты, представленные в таблице 3, и выделенные расходы клея и коагулянта при выходе системы на стационарный режим. Для сравнения в этой таблице приведены среднестатистические расходы укрепленного клея ТМ и коагулянта по традиционной технологии проклейки обойной бумаги в кислой среде.

Таблица 2 – Особенности проклейки массовых видов бумаги в кислой среде

(традиционная технология) и нейтральной среде (разработанная технология)

Вид бумажной продукции	Расходы, кг/т				Впитываемость, г/м^2		Разрывная длина, м
	Клей		Коагулянт
Бумага упаковочная марки В Оптимальный режим	Проклейка в кислой среде (клей ТМ)
	11,0		43,4		27		2300
	Проклейка в нейтральной среде (клей ТМВС-2Н)
	5,5 5,5 4,8 4,8		28,8 25,5 25,5 22,3		27 24 22 20		2440 2560 2650 2700
Бумага пачечная марки В Оптимальный режим	Проклейка в кислой среде (клей ТМ)
	14,2		66,6		26		2770
	Проклейка в нейтральной среде (клей ТМВС-2Н)
	11,7 10,6 9,8	32,7 20,5 19,3		26 20 16			2900 2950 3000
Бумага пачечная марки Б Оптимальный режим	Проклейка в кислой среде (клей ТМ)
	18,4	69,0		26		2300
	Проклейка в нейтральной среде (клей ТМВС-2Н)
	16,7 16,0 15,2	48,0 36,4 30,8		26 24 22		2450 2640 2750
Бумага упаковочная пищевая Оптимальный режим	Проклейка в кислой среде (клей ТМ)
	6,8	40,1		36		1800
	Проклейка в нейтральной среде (клей ТМВС-2Н)
	6,2 5,8 4,2	22,1 16,5 13,9		25 24 23		1800 1850 1980

Таблица 3 – Сравнение расходов проклеивающих материалов ТМ и ТМВС-2Н

и коагулянта при проклейке обойной бумаги в кислой и нейтральной средах

Расходы, кг/т		Впитываемость, г/м^2		Разрушающее усилие, Н			Зольность, %
Клей	Коагулянт	Покровный слой	Основной слой	в сухом состоянии		во влажном состоянии
Проклейка в кислой среде (клей ТМ) по традиционной технологии
36,0	87,0	15–25	20–30	80	10,0			8,4
Проклейка в нейтральной среде (клей ТМВС-2Н) по разработанной технологии
24,0 22,0 20,0 19,0	57,6 52,8 48,0 47,0	20–25 18–23 16–20 15–18	24–27 22–25 21–25 20–25	79 80 81 82	10,5 11,0 11,5 11,8			9,5 9,9 10,0 10,7
Оптимальный режим проклейки в нейтральной среде 19,0 47,0 15–18 20–25 82 11,8 10,7

Установлено, что замена процесса проклейки в кислой среде (традиционная технология) на проклейку в нейтральной среде (разработанная технология) с использованием клеевой канифольной композиции ТМВС-2Н позволила улучшить и стабилизировать гидрофобные и прочностные показатели качества обойной бумаги, изготовленной из макулатурного сырья. При этом ее влагопрочность соответствовала требуемому уровню значений без дополнительного использования в композиции бумажной массы смолы «Водамин-115». Разрушающее усилие во влажном состоянии увеличилось от 10,0 до 11,8 Н. Зольность бумаги составила 9,5–10,7 %, в то время как при проклейке в кислой среде она не превышала 8,4 % (при норме не менее 7,0 %). Степень удержания в структуре бумажного полотна мелкодисперсных и положительно заряженных «пептизированных» частиц по сравнению с удержанием разновеликих и крупнодисперсных коагулятов увеличилась на 28%.

При производстве различных видов картона в нейтральной среде с использованием клеевой канифольной композиции ТМВС-2Н достигнуто снижение расходов проклеивающего материала от 2,4 до 1,0–1,3 кг/т и коагулянта от 8,5 до 4,8–5,2 кг/т. Промышленные испытания разработанной технологии показали, что жесткость картона при статическом изгибе находилась в пределах 0,95–1,00 Н/см (при норме не менее 0,60), сопротивление излому и сопротивление расслаиванию составили 39–53 ч. д. п. и 1,79–1,97 Н соответственно.

Проведенные нами промышленные испытания разработанной технологии свидетельствуют о снижении удельных расходных норм проклеивающего материала и коагулянта (таблицы 4 и 5) за счет применения новой отечественной клеевой канифольной композиции ТМВС-2Н взамен традиционного укрепленного клея марки ТМ.

Использование клеевой канифольной композиции ТМАС-3Н для проклейки бумаги и картона в нейтральной среде в режиме гетероадагуляции, как видно из таблицы 5, позволило уменьшить расход проклеивающего материала на 10–15% и коагулянта в 1,6–1,8 раза при производстве бумаги и в 3,5–3,9 раза при производстве картона.

Таблица 4 – Сравнение удельных расходных норм проклеивающих материалов

ТМ и ТМВС-2Н и коагулянта при проклейке бумаги и картона

в кислой (традиционная технология) и нейтральной (разработанная технология) средах

Вид бумажной и картонной продукции	Традиционная технология		Разработанная технология		Экономия, кг/т
	Расход ТМ, кг/т	Расход коагулянта, кг/т	Расход ТМВС-2Н, кг/т	Расход коагулянта, кг/т	Клей	Коагулянт
Бумага упаковочная марки В Бумага пачечная марки В Бумага пачечная марки Б Бумага упаковочная пищевая Бумага обойная Картон для потребительской тары Картон для спичечных коробок марки СВ Картон макулатурный марки СН Картон марки ТС Картон марки ТП	11,0 14,2 18,2 6,8 36,0 2,4 2,4 2,4 2,4 2,4	43,4 66,6 69,0 40,1 87,0 8,5 8,5 8,5 8,5 8,5	4,8 9,8 15,2 4,2 15,2 1,1 1,3 1,3 1,1 1,0	22,3 19,3 30,8 13,9 30,8 4,6 5,2 5,2 4,8 4,8	6,2 4,4 3,0 2,6 20,8 1,3 1,1 1,1 1,3 1,4	21,1 47,3 38,2 26,2 56,2 3,9 3,3 3,3 3,7 3,7

Таблица 5 – Сравнение расходов проклеивающих материалов ТМ и ТМАС-3Н и коагулянта

при проклейке бумаги и картона в кислой (традиционная технология)

и нейтральной (разработанная технология) средах

Вид бумажной и картонной продукции	Традиционная технология			Разработанная технология
	Расход клея ТМ, кг/т	Расход коагулянта, кг/т	Соотно-шение клей : коа-гулянт	Расход клея ТМАС-3Н, кг/т	Расход коагу-лянта, кг/т	Соотношение клей : коа-гулянт
Бумага упаковочная (80 г/м^2)	2,78	17,20	1 : 6,2	2,48	8,99	1 : 3,6
Бумага упаковочная (70 г/м^2)	2,78	17,20	1 : 6,2	2,52	9,84	1 : 3,9
Картон НВП-07	8,06	34,75	1 : 5,5	7,35	8,97	1 : 1,2
Картон КВС-0,45	2,62	20,50	1 : 7,8	1,89	5,90	1 : 3,1

Улучшение качества бумаги и картона можно, по нашему мнению, объяснить повышением степени удержания в их структуре проклеивающих комплексов (в частности, «пептизированных» частиц) за счет смещения процесса канифольной проклейки из режима гомокоагуляции к режиму гетероадагуляции (таблица 6).

Таблица 6 – Степень удержания проклеивающих комплексов (СТУ) в структуре бумаги

и картона при их производстве по традиционной и разработанной технологиям

Вид бумажной и картонной продукции	СТУ, %
	Традиционная технология (проклейка в кислой среде)	Разработанная технология (проклейка в нейтральной среде)
Бумага упаковочная (80 г/м^2)	53	76-84
Бумага упаковочная (70 г/м^2)	47	85-86
Картон НВП-07	33	74-78
Картон КВС-0,45	28	68-72

Отличие разработанной технологии и традиционной состоит в том, что играет роль проклеивающих комплексов.

Промышленные испытания подтвердили результаты проведенных нами исследований и показали, что при канифольной проклейке бумаги и картона по традиционной технологии роль проклеивающих комплексов выполняют разновеликие и крупнодисперсные коагуляты, образовавшиеся во второй области коагуляции ГМК. Полученные коагуляты не способны равномерно распределяться и прочно фиксироваться на поверхности целлюлозных волокон. Поэтому процесс канифольной проклейки протекает в режиме гомокоагуляции.

При канифольной проклейке по разработанной технологии роль проклеивающих комплексов выполняют мелкодисперсные и положительно заряженные «пептизированные» частицы, полученные в результате дезагрегирования (пептизации) коагулятов, образовавшихся в первой области коагуляции ГМК. Такие частицы равномерно распределяются и прочно фиксируются на поверхности отрицательно заряженных волокон. Поэтому процесс канифольной проклейки протекает в режиме гетероадагуляции.

К неоспоримым преимуществам разработанной технологии относится снижение себестоимости производимой продукции за счет уменьшения удельных расходных норм проклеивающего материала и коагулянта, а также снижение загрязненности оборотных и сточных вод.

Снижение расхода коагулянта, как видно из таблицы 7, при производстве бумаги и картона по разработанной технологии в нейтральной среде с использованием клеевой канифольной композиции ТМАС-3Н позволило повысить экологичность предприятия за счет снижения содержания сульфат-ионов в оборотных и сточных водах на 20–35%.

Таблица 7 – Содержание сульфат-ионов в оборотных и сточных водах при

производстве бумаги и картона по традиционной и разработанной технологиям

Место отбора проб производственной воды	Содержание сульфат-ионов, мг/л
	Традиционная технология (проклейка в кислой среде)	Разработанная технология (проклейка в нейтральной среде)
При производстве упаковочной бумаги
Передняя флотоловушка	416,3	331,3–390,8
КЗ-5	424,8	331,3
При производстве картона НВП-07
Передняя флотоловушка	382,3	195,4
КЗ-5	390,8	203,9
При производстве картона КВС-0,45
Подсеточная вода	331,3	288,9

При проведении промышленных испытаний на ОАО «Картонно-бумажный завод “Альбертин”» разработанной технологии проклейки в нейтральной среде в режиме гетероадагуляции выпущено 423 т бумажной и картонной продукции, в том числе:

• при использовании клеевой канифольной композиции ТМВС-2Н:

26 т бумаги упаковочной марки В; 20 т картона для спичечных коробок марки СН; 32 т бумаги для обоев; 26 т бумаги упаковочной марки В; 17 т бумаги пачечной марки В; 15 т бумаги пачечной марки Б; 13 т бумаги обойной; 9 т бумаги упаковочной пищевой; 15 т картона для потребительской тары; 15 т картона для спичечных коробок марки С; 21 т картона макулатурного марки СН; 14 т картона марки ТС; 7 т картона марки ТП; 45 т мешочной бумаги;

• при использовании клеевой канифольной композиции ТМАС-3Н:

71 т бумаги упаковочной; 39 т картона НВП-0,7; 38 т картона КВС-0,7.

Установлено, что применение клеевой канифольной композиции марок ТМВС-2Н и ТМАС-3Н и проведение процесса канифольной проклейки в нейтральной среде в режиме гетероадагуляции сопровождается стабилизацией гидрофобных свойств бумаги и картона, вырабатываемых из различных видов макулатурного сырья. Кроме этого, снижено пенообразование в подсеточной ванне бумаго- и картоноделательной машины и рециркулируемых потоках. Снижение расходов проклеивающего материала и коагулянта позволило не только снизить себестоимость бумажной и картонной продукции, но и повысить экологичность предприятия за счет уменьшения загрязненности оборотных и сточных вод.

Фактический экономический эффект составил около 56 млн. рублей. Ожидаемый годовой экономический эффект составит более 2,2 млрд. руб. / год.

Таким образом, при производстве клееных видов бумаги и картона на ОАО «Картонно-бумажный завод “Альбертин”» замена процесса проклейки в кислой среде на проклейку в нейтральной среде позволило улучшить технико-экономические показатели предприятия. Проведенные промышленные испытания клеевых канифольных композиций ТМВС-2Н и ТАМС-3Н показали, что высокие проклеивающие свойства разработанных нами композиций позволяют стабилизировать гидрофобные свойства бумаги и картона, изготавливаемых из различных видов макулатуры (в частности, белой, сборной и фракционированной). Снижение расходов проклеивающего материала в 1,2–2,2 раза и коагулянта в 1,9–3,4 раза позволило не только уменьшить себестоимость бумажной и картонной продукции, но и снизить загрязненность оборотных и сточных вод предприятия.

Литература:

1. Патент № 1577 (РБ). Способ получения укрепленного клея / А. И. Ламоткин, А. А. Комаров, Н. В. Черная и др. Опубл. 14.10.1996.

2. Патент № 1576 (РБ). Бумажная масса / Н. В. Черная, А. И. Ламоткин, А. А. Комаров и др. Опубл. 14.10.1996.

3. Патент № 2820 (РБ). Способ получения клеевой композиции для проклейки бумаги и картона / А. И. Ламоткин, А. А. Комаров, Н. В. Черная и др. Опубл. 31.12.1998.

4. Патент № 2816 (РБ). Бумажная масса / А. И. Ламоткин, Н. В. Черная, А. А. Комаров, В. Л. Колесников. Опубл. 31.12.1998.

5. Патент № 4847 (РБ). Способ получения клеевой канифольной композиции для гидрофобизации бумаги и картона в нейтральной среде / А. И. Ламоткин, Н. В. Черная, А. А. Комаров и др. Опубл. 29.08.2002.

6. Патент № 4908 (РБ). Бумажная масса, проклеенная в нейтральной среде / А. И. Ламоткин, Н. В. Черная, А. А. Комаров и др. Опубл. 03.09.2002.

7. Положительное решение на заявку № а 20040608 (РБ) от 14.09.2006. Способ получения канифольного модифицированного продукта для проклейки бумаги и картона в нейтральной среде // А. И. Ламоткин, Т. В. Чернышева, В. Л. Флейшер, Н. В. Черная, Ж. В. Бондаренко, Н. В. Жолнерович.

8. Положительное решение на заявку № а 20040609 (РБ) от 30.05.2006. Бумажная масса, проклеенная в нейтральной среде // Н. В. Черная, А. И. Ламоткин, Ж. В. Бондаренко, Т. В. Чернышева, В. Л. Флейшер.

9. Положительное решение на заявку № а 20050058 (РБ) от 19.05.2006. Бумажная масса, проклеенная в нейтральной среде в присутствии катионных полиэлектролитов// Н. В. Черная, А. И. Ламоткин, Н. В. Жолнерович, Ж. В. Бондаренко.

10. Патент № 2099458 (РФ). Бумажная масса / А. И. Ламоткин, Н. В. Черная, А. А. Комаров и др. Опубл. 20.12.1997.

11. Патент № 2124602 (РФ). Бумажная масса / А. И. Ламоткин, В. Л. Колесников. Н. В. Черная, А. А. Комаров. Опубл. 10.01.1999.