книги / Подготовка полуфабрикатов для получения бумаги

Процесс проклейки завершается в сушильной части бумагоделательной машины. Смоляной осадок размягчается, спекается и становится гидрофобным.

Сернокислый алюминий (сульфат алюминия) Аl2(SO4)3 · 18H2O.

Получают его из бокситов обработкой их серной кислотой. Он поставляется в кусках, гранулах или порошке, растворим в воде. Процесс растворения идет в две ступени при перемешивании и подогреве, сначала до концентрации 200–400 г/л при температуре 90 °С, а затем холодной водой до концентрации 50–100 г/л. Обязательна его очистка на центриклинерах. Расход сульфата алюминия при проклейке бумаги в пределах 2 : 1 или 1 : 1 по отношению к клею. Большие количества сернокислого алюминия приводят к значительному снижению прочности и срока службы бумаги.

7.5. Факторы, влияющие на процесс проклейки

Порядок введения в бумажную массу химикатов при проклейке.

Клей необходимо добавлять в бумажную массу раньше сернокислого глинозема, чтобы он мог хорошо перемешаться с волокном. При введении сернокислого глинозема раньше клея образуется грубозернистый осадок смолянокислого алюминия, обладающего худшими проклеивающими свойствами в результате преждевременного осаждения клея и неоднородного распределения осадка на волокне. Порядок введения наполнителя, по-видимому, не оказывает существенного влияния на результаты проклейки. Однако существует мнение, что лучшие результаты проклейки достигаются при введении наполнителя в массу после глинозема, а большая удерживаемость наполнителей в бумаге – при их введении до глинозема, проклейка в последнем случае несколько ухудшается.

Кислотность среды. Для эффекта проклейки имеет значение как начальный рН массы до введения клея, так и конечный рН после ввода сернокислого глинозема.

Начальный рН массы зависит от вида волокнистого материала и качества производственной воды. Он выше при работе на свежей, жесткой воде и при проклейке сульфатной целлюлозы, чем при ра-

61

боте на мягкой воде и при проклейке сульфитной целлюлозы или применении кислой оборотной воды. Оптимальным начальным рН массы для проклейки бумаги следует считать 6,5–7. При таком рН клей равномерно распределяется в массе, и после ввода сернокислого глинозема получаются мелкие хлопья клеящего осадка, дающие тонкодисперсные клеевые частицы. При использовании кислой оборотной воды начальный рН массы может снизиться до 4,5–5,5, что вызывает преждевременную коагуляцию клея с образованием грубодисперсных хлопьев. Чем кислее масса, тем крупнее получаются хлопья и хуже проклейка.

Качество производственной воды. Содержащиеся в воде соли жесткости оказывают значительное влияние на проклейку. В реакцию с клеем вступают соли кальция и магния, резинаты которых выпадают в осадок. При высокой жесткости воды клей может весь преждевременно выпасть в осадок. Осадок получается грубодисперсным, частицы клея плохо распределяются в массе. Результаты проклейки резко ухудшаются.

Нейтральный клей применяется в мягкой воде, белый клей –

вводе мягкой и средней жесткости, высокосмоляной – в жесткой воде. Клей из модифицированной канифоли менее чувствителен к солям жесткости воды.

Ввесенне-летний период при поступлении в водоемы талой воды результаты проклейки ухудшаются. В этот период в воде содержатся гумусовые вещества, представляющие собой продукты бактериального разложения лигнина и клетчатки. Они способны вступать

вреакцию с ионами алюминия, а также увеличивают отрицательный заряд целлюлозы.

Температура массы при проклейке бумаги. Как уже указывалось,

степень дисперсности клеевых частиц в эмульсии имеет важное значение для эффекта проклейки. Поэтому нужно стремиться к тому, чтобы сохранить их высокую дисперсность до конца проклейки, т.е. до окончательного закрепления клеевых частиц на волокне.

Повышение температуры массы при проклейке вызывает слипание и укрупнение смоляных частиц в клеевом осадке, что влечет

62

за собой понижение степени проклейки бумаги. По этой причине происходит затруднения при проклейке бумаги в наиболее теплое время года, когда повышается температура производственной воды и бумажной массы при размоле.

Снижение степени проклейки нейтральным, белым и усиленным клеями наблюдается при температуре массы выше 25 °С, а при использовании высокосмоляного клея – только при температуре массы выше 35 °С. Оптимальная проклейка первыми тремя видами клея наблюдается при низких температурах, а высокосмоляным клеем – при температуре 35 °С.

Влияние размола массы. В процессе размола увеличивается поверхность волокна и, следовательно, его адсорбционная способность по отношению к смоляным осадкам. Клей лучше распределяется в волокне. Проклейка бумаги также улучшается и за счет получения более сомкнутой поверхности с меньшим объемом пор.

Влияние композиции бумажной массы. Свойства бумажной массы: степень помола, вид и количество наполнителей и других химических добавок, а также вид волокнистых материалов оказывают существенное влияние на результаты проклейки.

Наполнители, входящие в состав бумажной массы, снижают степень проклейки бумаги, особенно при высоком их содержании. Меньше других снижает проклейку двуокись титана, тальк и гипс, больше – сульфат бария, сернистый цинк, особенно сильно – карбонат кальция, который разлагается в кислой среде, образуя резинат кальция.

Для уменьшения вредного действия наполнителей на проклейку рекомендуется вводить их в бумажную массу после клея и глинозема.

Связующие вещества, особенно окисленный крахмал, карбоксиметилцеллюлоза и протеины, значительно улучшают смоляную проклейку бумаги. Являясь защитными коллоидами, они способствуют лучшему распределению смоляного клея в бумажной массе и выпадению осадка на волокнах в тонкодисперсном состоянии, а также предохраняют смоляные частицы от окисления.

63

Значительно улучшают проклейку бумаги, повышая удержание смоляного клея на волокнах, катионоактивные связующие (катионный крахмал, меламино-формальдегидная смола и др.).

Особенно эффективна дополнительная поверхностная проклейка бумаги на клеильном прессе крахмалом и другими связующими. Она часто применяется при производстве высокосортных видов бумаги и позволяет значительно улучшить качество клееной бумаги.

По-разному относятся к проклейке различные волокнистые материалы: одни проклеиваются легко, другие гораздо труднее и требуют большего расхода канифоли. В порядке убывающей восприимчивости проклеивающих веществ волокнистые материалы можно расположить в следующем порядке: сульфатная небеленая целлюлоза, древесная масса, сульфатная беленая целлюлоза, соломенная целлюлоза, сульфитная беленая целлюлоза, сульфитная небеленая целлюлоза, облагороженная целлюлоза, тряпичная полумасса. Такой порядок расположения обусловлен содержанием гемицеллюлозных спутников в волокнистых материалах и их адсорбционной способностью. Чем больше адсорбционная способность волокнистого материала, тем легче он проклеивается. Однако сульфитная небеленая целлюлоза обычно хуже проклеивается, чем беленая, и именно при ее проклейке чаще всего происходят затруднения. Объясняется это тем, что недостаточно промытая сульфитная небеленая целлюлоза может содержать остатки сульфитных щелоков, а лигносульфонатный анион, содержащийся в сульфитных щелоках, оказывает вредное влияние на проклейку. Известны случаи из практики, когда плохо промытую сульфитную целлюлозу вообще не удавалось проклеить даже при расходе клея 3–3,5 % от веса волокна.

Вредное влияние оказывают на проклейку и анионы SO24 и С1О4.

Поэтому плохо промытая после отбелки целлюлоза труднее проклеивается, чем хорошо промытая, а накопление сульфатов в оборотной воде затрудняет проклейку бумаги.

Условия формования полотна. Во время отлива бумажного по-

лотна на сеточном столе происходит интенсивный отсос мелкого волокна, наполнителей и клеевых частиц с нижней поверхности лис-

64

та регистровыми валиками и отсасывающими ящиками, что приводит к разносторонности бумажного листа и ухудшению проклейки

сего нижней (сеточной) стороны. Поэтому иногда бумага с нижней стороны бывает проклеена хуже, чем с верхней, и чернильные штрихи начинают расплываться, давая так называемую «усимость». Устранить этот недостаток проклейки бумаги трудно, так как уменьшить отсасывающее действие регистровых валиков практически невозможно. Поэтому приходится повышать общую степень проклейки бумаги, увеличивая расход клея и добавляя в бумажную массу вещества, способствующие проклейке, или прибегать к дополнительной поверхностной проклейке связующими клеями. Снижению разносторонности бумаги способствуют следующие мероприятия: замена регистровых валиков на регистровые планки, возврат в бумажную массу мелкого волокна и проклеивающих веществ

соборотной водой, применение флокулирующих веществ, повышающих удерживаемость в массе наполнителей, клея и мелкого волокна.

Условия прессования. Оптимальная сухость после прессования

сточки зрения лучшей проклейки – 40–41 %. Увеличение сухости бумаги в процессе прессования приводит к потерям смолы с прессовой водой. Снижение сухости бумаги приводит к тому, что в процессе сушки при достижении температуры спекания для данного вида клея сухость бумажного полотна не достигает оптимальной – 65 %.

Сушка бумаги. Для получения максимального эффекта проклейки необходим надлежащий режим сушки бумаги. Форсированная сушка бумаги в первой стадии, как и недостаточная температура во второй стадии сушки, оказывают вредное влияние на проклейку.

Если в начальный период сушки температура поверхности сушильных цилиндров превышает 60–70 °С, происходит сильное паровыделение, способствующее увеличению пористости бумаги, что приводит к снижению степени проклейки. Также может произойти засмоление первых сушильных цилиндров. Спекание частиц клея должно происходить при сухости бумаги 60–65 %, так как во влажном полотне частицы клея могут перемещаться и коагулировать.

65

Сушка клееной бумаги ведется так, чтобы максимальная температура была выше температуры спекания клея, но ниже температуры полного расплавления.

Температура спекания для различных видов клея следующая: для высокосмоляного – 65–80 °С, белого – 105–115 °С, для резината алюминия – 152–160 °С.

Каландрирование. Каландрирование бумаги на суперкаландрах (а также и на машинных каландрах) сильно снижает степень проклейки бумаги. Под влиянием сильного давления, трения и развивающегося тепла каландровые валы разрушают проклейку бумаги. Снижение степени проклейки бумаги при каландрировании может достигать 50–60 % и зависит от ее композиции, веса 1 м2, влажности и величины давления при каландрировании. В меньшей степени снижается проклейка (10–20 %) при каландрировании высокосортных видов бумаги из тряпья и целлюлозы и в особенности бумаги с дополнительной поверхностной проклейкой крахмалом. Значительно снижается степень проклейки (до 40–50 %) бумаги, содержащей древесную массу. Влажная бумага (6–8 % влаги) больше снижает проклейку при каландрировании, чем сухая бумага (4–5 % влаги), а тонкая бумага больше, чем толстая, с большим весом 1 м2. Проклейка бумаги снижается прямо пропорционально повышению давления при каландрировании.

Вредное влияние каландрирования на проклейку бумаги можно снизить добавкой к канифольному клею парафина, уменьшением влажности бумаги, снижением удельного давления при каландрировании и поверхностной проклейкой бумаги на клеильном прессе. Лучшие результаты проклейки получаются при отлежке хорошо высушенной и умеренно увлажненной бумаги перед каландрированием.

7.6. Влияние проклейки на свойства бумаги

Это влияние различно в зависимости от вида используемых проклеивающих веществ, их количества и способа использования (введение в бумажную массу или нанесение на поверхность бумаги).

66

Связующие вещества (крахмал и его производные, животный клей, карбоксиметилцеллюлоза), в особенности если они наносятся на поверхность бумаги, существенно повышают ее механическую прочность, снижают пористость и воздухопроницаемость и вместе с тем повышают деформацию бумаги при ее намокании в воде. При поверхностном покрытии бумаги этими веществами из-за образования сплошной пленки ее впитывающая способность к жидкостям существенно снижается. При введении крахмала в бумажную массу возрастает прозрачность изготовляемой бумаги.

Канифольный клей, вводимый в бумажную массу в небольшом количестве, не оказывает заметного влияния на показатели механической прочности бумаги. Если же он вводится в количество более 1,5 % к массе волокон, то становится заметным некоторое снижение механической прочности бумаги и повышение ее пористости. Это ослабление бумаги, проклеенной канифольным клеем, по сравнению с прочностью неклееной бумаги, может быть объяснено преобладанием отрицательного влияния на механическую прочность бумаги частиц канифольного клея (из-за повышения пористости бумаги) над положительным влиянием – установлением связи между волокнами целлюлозы через координацию с ионами алюминия. Повышение пористости бумаги способствует снижению ее деформации в результате намокания в воде. Канифольная проклейка обеспечивает ограниченную впитываемость в бумагу воды и чернил, создавая на поверхности и в толще бумаги гидрофобные преграды их движению.

Проклейка парафиновой дисперсией по сравнению с канифольной придает бумаге повышенную гидрофобность и снижение деформации при намокании в воде, но резко уменьшает механическую прочность бумаги.

При выработке некоторых видов бумаги (например, обойной) вполне себя оправдала канифольно-парафиновая проклейка, обеспечивающая высокую водонепроницаемость бумаги при относительно небольшом снижении ее механической прочности.

67

7.7. Проклейка в нейтральной и слабощелочной среде

Одно из основных направлений бумажного производства в последние годы – переход от «кислого» способа изготовления бумаги к способу изготовления в нейтральных условиях. Внедрение нейтрального метода обеспечивает более высокую степень гидрофобности, большую прочность бумаги, возможность замещения волокна дешевым наполнителем, снижение эксплуатационных расходов и энергетических затрат на производство и увеличение эффективности отбеливающего агента.

Для проклейки используют алкилкетендимеры различных марок, модифицированный крахмал и другие реагенты.

Основной проклеивающий материал для проклейки в нейтральной среде – алкилкетендимер (АКД). Это синтетический проклеивающий агент, используется при кислотности 6,5–9,0. Он вступает в химическую связь с целлюлозой, образуя ковалентную связь. В Европе 70 % бумаги проклеивается нейтральным методом. Основная причина перехода к нейтральному методу – возможность использования в качестве наполнителя карбоната кальция (мела).

Повышение степени проклейки обусловлено свойством АКД не вступать в реакцию с проникающими жидкостями.

Прочность бумаги возрастает в связи с удалением канифоли и других кислотосодержащих материалов, щелочная среда улучшает механические показатели. Естественное старение бумаги также снижается. В щелочной среде до минимума снижается коррозия оборудования. Высокая прочность щелочной бумаги позволяет использовать в качестве сырья дешевую лиственную древесину.

При щелочном производстве эффективность оптических отбеливателей на 25–40 % выше, чем при кислотном.

Энергетические затраты на одну и ту же степень рафинирования на 10–25 % ниже по сравнению с кислотным процессом.

Снижение издержек производства обеспечивается заменой каолина, талька, двуокиси титана карбонатом кальция.

Алюминиевые квасцы снижают эффект проклейки при использовании клея АКД. Для удержания его можно использовать полиак-

68

риламид и катионный крахмал. Клей АКД вносится в непосредственной близости от места подачи наполнителя.

Крахмал. Клеящие характеристики основаны на содержащихся в нем гидроксильных группах, которые образуют водородные связи

сволокнами.

Вцелях удержания его химически модифицируют в катионный, после чего он связывается с анионными волокнами и наполнителем.

Крахмал улучшает обезвоживание благодаря катионности. Возрастают механические показатели бумаги, снижается пылимость. Для проклейки в массе в бумагу добавляют 0,2–1,5 % крахмала. При поверхностной проклейке расход крахмала можно увеличить до 2–5 %.

На фабрику крахмал поставляют в виде порошка или 40%-ного раствора, который хранится в цистернах со смесителем. Варят крахмал в непрерывном режиме прямым воздействием пара при темпе-

ратуре 120–150 ○С.

Проблемы, вызываемые переходом к нейтральной и щелочной проклейке:

– увеличение образования слизи и пены;

– отложение смолы на оборудовании;

– бумага получается более скользкая, снижается сила сцепления ее с краской;

– сетки бумагоделательной машины изнашиваются быстрее вследствие использования карбоната кальция.

8. ПРИМЕНЕНИЕ СВЯЗУЮЩИХ ВЕЩЕСТВ ДЛЯ ПРОКЛЕЙКИ БУМАГИ

8.1. Общие сведения

Связующие вещества применяются с целью увеличения сил связи между волокнами и повышения прочности бумаги. Склеивая волокна между собой, эти вещества повышают внутреннюю прочность бумаги, устраняют пыление и выщипывание отдельных волокон и даже целых слоев бумаги с поверхности листа при печатании

69

липкими красками, увеличивают сомкнутость бумаги, улучшают отделку поверхности бумаги на суперкаландре. Кроме того, связующие вещества способствуют улучшению проклейки бумаги канифольным клеем, делая ее более надежной и стабильной: бумага не расклеивается при хранении.

Связующие материалы могут быть введены в массу или нанесены на поверхность бумаги. Проклейка массы гораздо проще и не требует дополнительной сушки бумаги, однако расход проклеивающего вещества несколько больше, так как часть его теряется со сточными водами. Поверхностная проклейка бумаги на клеильном прессе или на отдельном станке более экономична, так как здесь фактически отсутствуют потери проклеивающего вещества и, кроме того, бумага приобретает новые положительные свойства по сравнению с бумагой, проклеенной в массе, – она становится более однородной по сторонам листа, более стабильной при изменении относительной влажности воздуха, меньше скручивается. Однако при поверхностной проклейке бумаги требуется установка дополнительного оборудования для ее сушки после проклейки. Тем не менее поверхностная проклейка бумаги все шире применяется для улучшения свойств бумаги, а клеильный пресс становится неотъемлемой частью многих современных бумагоделательных машин.

В настоящее время находят применение следующие связующие материалы: крахмал как натуральный, так и модифицированный (окисленный, конвертированный энзимами, декстрин); производные крахмала – катионный крахмал, диальдегидкрахмал и др.; манногалактаны, получаемые из растительной камеди семян некоторых бобовых растений; протеины – животный клей, казеин, соевый протеин; производные целлюлозы – карбоксиметилцеллюлоза, метилцеллюлоза, этилцеллюлоза, диоксиэтилцеллюлоза и др.; синтетические полимеры – поливиниловый спирт, поливинилхлорид, полиакриламид, альгинаты и др.; влагопрочные смолы – мочевино- и меламиноформальдегидные; латексы, жидкое стекло и др. Число связующих материалов, применяемых в бумажном производстве, быстро растет, появляются новые, весьма эффективные синтетические материалы, обладающие высокой связующей способностью и придающие бумаге прочность не только в сухом, но и во влажном состоянии.

70