Черная
Н. В., Чубис П. А.
Учреждение образования «Белорусский государственный технологический
университет»
РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ УПРОЧНЕНИЯ КЛЕЕНЫХ ВИДОВ БУМАГИ И
КАРТОНА, ИЗГОТОВЛЕННЫХ ИЗ МАКУЛАТУРНОГО СЫРЬЯ
Традиционная технология гидрофобизации бумаги и картона
основана на использовании проклеивающих материалов на канифольной основе. Как
правило, такие материалы содержат нейтрализованные и свободные модифицированные
смоляные кислоты.
На бумажных и картонных предприятиях Республики Беларусь
применяются гидродисперсии модифицированной канифоли (ГМК), приготовленные из
пастообразных продуктов модификации канифоли. В качестве последних используются
укрепленный клей марки ТМ (ТУ РБ 00280198-010-94)
и клеевая канифольная композиция ТМВС-2Н (ТУ РБ 00280198-029-97)
[1]. Они отличаются
структурой частиц дисперсной фазы; в частности укрепленный клей макри ТМ
содержит нейтрализованные смоляные кислоты, модифицированные моноэтаноламином, а клеевая
канифольная композиция ТМВС-2Н содержит 50% нейтрализованных и 50% свободных
смоляных кислот, модифицированных моноэфиром малеинового ангидрида с высшими
алифатическими н-спиртами фракции С12–С18.
Сущность изготовления клееных видов бумаги и картона
заключается в последовательном осуществлении стадий роспуска и размола волокнистого
сырья, введении в подготовленную волокнстую суспензию необходимых количеств ГМК
и коагулянта (раствора сульфата алюминия) до достижения рН системы в пределах
4,8–5,2 (проклейка в кислой среде) и в пределах 6,5–7,2 (проклейка в
нейтральной среде) [2].
Однако дефицитность и высокая стоимость целлюлозы,
импортируемой в
Республику
Беларусь из России, вынуждает предприятия производить клееные виды бумаги и
картона из макулатурного сырья. В отличие от целлюлозы этот вид вторичного
волокнистого сырья обладает нестабильными бумагообра-зующими свойствами и
заметно снижает прочностные показатели качества клееных видов бумаги и картона.
Поэтому проблема повышения прочности клееных видов бумаги
и картона, изготовленных из макулатурного сырья, является актуальной.
К перспективным способам решения этой актуальной проблемы
относится дополнительное введение в проклеенную бумажную массу упрочняющих
добавок, к числу которых относится катионированный крахмал .
Цель работы – разработка технологии упрочнения клееных видов
бумаги и картона, изготовленных из макулатурного сырья и проклеенных в кислой и
нейтральной средах.
Для достижения поставленной цели на первом этапе были
изготовлены образцы элементарных слоев картона массой 60 г/м2,
проклеенных нейтральной гидродисперсией ТМ (ТУ РБ 0028198-017-95) и
высокосмоляной гидродиспер-сией ТМВС-2Н (ТУ РБ 0028198-029-97). Расход
этих ГМК увеличивали от 0,5 до 2,5% от а.с.в. Процесс электролитной коагуляции
ГМК осуществляли сульфатом алюминия (ГОСТ 12966-85). Полученные
образцы испытывали по стандартным методикам и определяли такие показатели
качества, как впитываемость при одностороннем смачивании по Коббу, разрушающее
усилие в сухом и во влажном состояниях, разрывная длина, влагопрочность и
сопротивление излому. Результаты испытаний полученных образцов, проклеенных в
кислой и нейтральной средах без введения в композицию упрочняющей добавки (катионированного
крахмала), представлены на рисунках 1–6.
Установлено,
что при увеличении расхода нейтральной гидродисперсии ТМ наблюдается улучшение
таких показателей качества как впитываемость, разрушающее усилие во влажном
состоянии и влагопрочность. Кривая на рис. 1а характеризует изменение
впитываемости при одностороннем смачивании по Коббу (Кобб30) в
зависимости от расхода гидродисперсии ТМ. Анализ кривой показывает, что впитываемость
снижается от 130 до 30 г/м2, следовательно гидрофобность улучшается.
Расход гидродисперсии
ТМВС-2Н, % от а.с.в.
Рисунок 1 – Изменение впитываемости
при одностороннем смачивании
в зависимости от расхода гидродисперсий ТМ (а) и ТМВС-2Н
(б)
Рисунок 2 – Изменение разрушающего усилия в сухом
сосотоянии картона
в зависимости от расхода гидродисперсий ТМ (а) и ТМВС-2Н
(б)
Рисунок 3 – Изменение разрушающего усилия во влажном
состоянии
в зависимости
от расхода гидродисперсий ТМ (а) и
ТМВС-2Н (б)
Рисунок 4 – Изменение разрывной длины в зависимости
от расхода
гидродисперсий ТМ (а) ТМВС-2Н (б)
Расход
гидродисперсии ТМВС-2Н, % от а.с.в.
Рисунок 5 – Изменение сопротивления излому в зависимости от расхода
гидродисперсий ТМ (а) и ТМВС-2Н (б)
Рисунок 6 – Изменение влагопрочности в зависимости
от расхода
гидродисперсий ТМ (а) ТМВС-2Н (б)
Кривая
на рис. 3а характеризует изменение разрушающего усилия во влажном
состоянии в зависимости от расхода гидродисперсии ТМ. Анализ кривой показывает,
что разрушающее усилие во влажном состоянии при увеличении расхода от 0,5 до
2,5% от а. с. в. повышается от 0,01 до 0,06 кгс, что говорит об
улучшении влагопрочных свойств образцов бумаги и элементарных слоев картона. Однако
такие показатели, как разрушающе усилие в сухом состоянии (рис. 2а) и
разрывная длина (рис. 4а) практически не изменялись, что говорит о
недостатках технологии изготовления бумаги и картона в кислой среде.
Получено,
что образцы бумаги и элементарных слоев картона, проклеенных высокосмоляной гидродисперсией ТМВС-2Н, обладали хорошими показателями
качества даже при пониженных расходах проклеивающего материала. Так на
рис. 1б показана зависимость впитываемости при одностороннем смачивании по
Коббу в зависимости от расхода высокосмоляной гидродисперсии ТМВС-2Н. Анализ
кривой показывает, что впитываемость снижается от 75 до 30 г/м2, что
свидетельствует об улучшении гидрофобности образцов бумаги и элементарных слоев
картона. Кривые на рис. 2б и 3б характеризуют изменение разрушающего
усилия в сухом и во влажном состояниях соответственно. Разрушающее усилие в
сухом состоянии при увеличении расхода гидродисперсии ТМВС-2Н повышается от 1,1
до 1,5 кгс, а разрушающее усилие во влажном состоянии увеличивается от 0,04 до
0,06 кгс, что говорит об улучшении прочности (рис. 4б) и влагопрочности
(рис. 6б) образцов бумаги и элементарных слоев картона, проклеенных в
нейтральной среде.
На
втором этапе эксперимента изготавливали образцы бумаги и элементарные слои картона
массой 60 г/м2 с добавлением в композицию упрочняющей добавки, в
качестве которой применяли катионированный крахмал (КК) (ТУ 9187-076-00334735-01). Расход
катионированного крахмала увеличивали от 0,3 до 1,2% от а. с. в. Для образцов, проклеенных в кислой
среде, принимали расход гидродисперсии ТМ, равный 2% от а. с. в., а
для образцов, проклеенных высокосмоляной гидродисперсией ТМВС-2Н в нейтральной
среде,– 1% от а. с. в. Для полученных образцов бумаги и элементарных
слоев картона определяли гидрофобные, прочностные и специальные свойства,
которые представлены на рисунках 7–12.
Рисунок 7 – Изменение впитываемости
при одностороннем смачивании
в зависимости от
расхода катионированного крахмала (КК):
а – проклейка в кислой среде; б – проклейка в нейтральной
среде
Рисунок 8 – Изменение разрушающего
усилия в сухом состоянии в зависимости от расхода катионированного крахмала (КК):
а – проклейка в кислой среде; б – проклейка в нейтральной
среде
Рисунок 9 – Изменение разрушающего
усилия во влажном состоянии
в зависимости от расхода катионированного крахмала (КК):
а – проклейка в кислой среде; б – проклейка в нейтральной
среде
Рисунок 10 – Изменение разрывной длины
в зависимости от расхода катионированного крахмала (КК):
а – проклейка в кислой среде; б – проклейка в нейтральной
среде
0
Рисунок 11 – Изменение сопротивления
излому в зависимости от расхода катионированного крахмала (КК):
а – проклейка в кислой среде; б – проклейка в нейтральной
среде
Расход КК, % от а.с.в.
Рисунок 12 – Изменение влагопрочности
в зависимости от расхода катионированного крахмала (КК):
а – проклейка в кислой среде; б – проклейка в нейтральной
среде
Кривая на рис. 7а характеризует зависимость впитываемости
при одностороннем смачивании по Коббу от расхода катионированного крахмала.
Анализ кривой показывает, что увеличение расхода КК приводит к незначительному
возрастанию данного показателя, следовательно, гидрофобность ухудшается. Кривая
на рис. 7б показывает, что впитываемость образцов бумаги и элементарных
слоев картона, проклеенных гидродисперсией ТМВС-2Н, снижается от 70 до 15 г/м2,
следовательно, гидрофобность улучшается. Из рисунков 8–12 видно, что увеличение
содержания катионированного крахмала от 0,3 до 1,2% от а. с. в. в
композиции образцов бумаги и элементарных слоев картона улучшает их прочность и
влагопрочность. Так, например, разрушающее усилие в сухом состоянии образцов, проклеенных
гидродисперсией ТМ в кислой среде (рис. 8а), повышается от 1,1 до 1,5 кгс,
а разрушающее усилие во влажном состоянии (рис. 9а) увеличивается от 0,02
до 0,08 кгс. Для образцов, проклеенных гидродисперсией ТМВС-2Н в нейтральной
среде, разрушающее усилие в сухом состоянии (рис. 8б) повышается от 1,3 до
1,7 кгс, а разрушающее усилие во влажном состоянии (рис. 9б) повышается от
0,04 до 0,10 кгс. Влагопрочность увеличивается в первом случае от 2 до 5%, во
втором – от 3 до 6%.
Полученные данные сивдетельствуют о целесообразности
применения катионированного крахмала при производстве клееных видов бумаги и
картона из макулатурного сырья.
Таким образом, разработана технология упрочнения клееных
видов бумаги и картона, изготовленных из макулатурного сырья и проклеенных в
кислой и нейтральной средах. Установлено, что дополнительное введение в композицию
бумаги и картона катионированного крахмала в количестве 0,9% от а. с. в.
при проклейке в кислой среде или 0,6% от а. с. в. при проклейке в
нейтральной среде позволяет повысить прочность готовой продукции на 6 и 11%
отн. соответственно. При этом обеспечивается требуемая гидрофобность бумаги и
картона при содержании в системе нейтральной и высокосмоляной ГМК в количестве
2,0 и 1,0 % от а.с.в. соответственно.
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 пром-сть, 1988. – 440 с.