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.

 
Text Box: Впитываемость, г/м2 Text Box: Впитываемость, г/м2

Рисунок 1 – Изменение впитываемости при одностороннем смачивании

в зависимости от расхода гидродисперсий ТМ (а) и ТМВС-2Н (б)

 

Text Box: Разрушающее 
усилие, кгс

Text Box: Разрушающее
 усилие, кгс
 Text Box: Разрушающее усилие, кгс

Рисунок 2 –  Изменение разрушающего усилия в сухом сосотоянии картона

в зависимости от расхода гидродисперсий ТМ (а) и ТМВС-2Н (б)

 

Text Box: Разрушающее
 усилие, кгс

Text Box: Разрушающее 
усилие, кгс
 

Рисунок 3 –  Изменение разрушающего усилия во влажном состоянии

в зависимости от расхода гидродисперсий ТМ (а) и ТМВС-2Н (б)

 

Text Box: Разрывная длина, м Text Box: Разрывная длина, м

Рисунок 4 – Изменение разрывной длины в зависимости от расхода

гидродисперсий ТМ (а) ТМВС-2Н (б)

 

Расход гидродисперсии ТМВС-2Н, % от а.с.в.

 
Text Box: Сопротивление
 излому, ч.д.п.
 Text Box: Сопротивление
излому, ч. д. п.

Рисунок 5 – Изменение сопротивления излому в зависимости от расхода

гидродисперсий ТМ (а) и ТМВС-2Н (б)

 

Text Box: Влагопрочность, %Text Box: Влагопрочность, %

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.

Text Box: Впитываемость, г/м2 Text Box: Впитываемость, г/м2

Рисунок 7 – Изменение впитываемости при одностороннем смачивании

 в зависимости от расхода катионированного крахмала (КК):

а – проклейка в кислой среде; б – проклейка в нейтральной среде

 

Text Box: Разрушающее
 усилие, кгс
Text Box: Разрушающее
усилие, кгс

 

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

 

 

Text Box: Разрушающее
усилие , кгс
Text Box: Разрушающее
усилие, кгс

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

 

Text Box: Разрывная длина, м

 Text Box: Разрывная длина, м

Рисунок 10 – Изменение разрывной длины в зависимости от расхода катионированного крахмала (КК):

а – проклейка в кислой среде; б – проклейка в нейтральной среде

0

 
Text Box: Сопротивление
излому, ч.д.п.
 Text Box: Сопротивление
 излому, ч.д.п.

Рисунок 11 – Изменение сопротивления излому в зависимости от расхода катионированного крахмала (КК):

а – проклейка в кислой среде; б – проклейка в нейтральной среде

Text Box: Влагопрочность, %

Расход КК, % от а.с.в.

 
Text Box: Влагопрочность, % 

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.