CC BY
170
Химия растительного сырья. 2012. №3. С. 193-196.
УДК 676.2.038.2
ХИМИКО-ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКАЯ ДРЕВЕСНАЯ МАССА ДЛЯ КАРТОНА
© Н. Ф. Паламарчук1 *, В.Н. Мороз2
1000 «CKaH», ул. Кутузова,18/7, Киев, 011133 (Украина), e-mail: [email protected]
2Украинская ассоциация производителей гофрокартона, ул. Кутузова, 18/7,
Киев, 01133 (Украина), e-mail: [email protected]
Рассмотрены экспериментальные и опытно-промышленные исследования по разработке, изучению свойств и промышленному применению химико-термомеханической древесной массы (ХТММ) для производства полиграфического картона и бумаги для гофрирования.
Для получения ХТММ с применением гидроксида натрия, в состав дефибраторной установки добавлен узел подготовки и подачи гидроксида натрия. Исследованы свойства ХТММ и показано, что масса сравнительно легко размалывается и может использоваться в композиции с макулатурным волокном в процентном соотношении 20-30/80-70 при производстве полиграфического картона и бумаги для гофрирования.
Ключевые слова: термомеханическая масса, химико-термомеханическая древесная масса, макулатура, вторичное волокно, физико-механические свойства, дефибратор, полиграфический картон, бумага для гофрирования.
Свойства бумаги и картона во многом определяются волокнистыми полуфабрикатами [1]. Для конструкционных элементов гофрированного картона - бумаги для гофрирования (флютинг) и картона для плоских слоев гофрированного картона (лайнер), а также для полиграфического картона - предъявляются высокие требования к их механическим свойствам [2, 3]. В первую очередь они должны сочетать в себе достаточную прочность и жесткость. При производстве данных элементов из первичного волокна - крафт-целлюлозы и полуцеллюлозы - показатели механической прочности удовлетворяют требованиям высших марок, как самих конструкционных элементов, так и изготовленного гофрокартона и ящичной тары [4, 5]. Отрицательной стороной применения первичных полуфабрикатов является высокая стоимость флютинга, крафт-лайнера и гофропродукции.
Альтернативным волокнистым полуфабрикатом для производства флютинга и лайнера (тест-лайнера) стала масса, получаемая из макулатуры. Очевидно, что масса из макулатуры, являясь производным продуктом от переработки первичного волокна, уступает бумагообразующим свойствам первичного волокна [6, 7]. В связи с задачей повышения прочности тароупаковочной бумаги и картона из макулатуры постоянно ведутся научные работы по поиску эффективных, но дешевых волокнистых полуфабрикатов, которые бы в композиции с вторичным волокном позволяли решать эту задачу. Такими волокнистыми полуфабрикатами являются различные виды древесной массы (ДМ). Особенно подходящими оказались термомеханическая масса (ТММ) и химико-термомеханическая масса (ХТММ).
Целью исследований, результаты которых представлены в данной публикации, явилось совершенст-
Введение
Паламарчук Николай Федорович - технолог, e-mail: [email protected]
Мороз Валентина Николаевна - исполнительный директор, кандидат технических наук, e-mail: [email protected]
вование технологии размола древесной щепы в де-фибраторе для получения волокнистой массы, пригодной для повышения физико-механических свойств полиграфического картона, картона для плоских слоев гофрокартона и бумаги для гофрирования.
* Автор, с которым следует вести переписку,
Проведение исследований и анализрезулътатов
За основу размола древесной щепы взяли промышленную технологию Луцкого картоннорубероидного комбината (Луцкий КРК, г. Луцк, Украина). Новыми решениями для совершенствования действующей технологии явились: применение гидроксида натрия в сочетании с термическим воздействием на древесную щепу на одной ступени; использование действующего дефибратора, предназначеного для получения ТММ с низкой степенью помола массы.
Свойства ХТММ, полученной с реализацией новых решений, сравнивали с ТММ.
Принципиальная блок-схема дефибраторной установки с добавлением участка подготовки раствора щелочи представлена на рисунке. Как уже указывалось, в установке дополнительно появился узел подготовки раствора щелочи (поз. 4-7), а особенностью технологии является сочетание воздействия пара и щелочи на щепу при пропарке и пропитке в камере (1) и размоле в дефибраторе (3). Затем ХТММ поступает на последующие две ступени горячего размола.
Щепа
Блок-схема дефибрерной установки с участком приготовления раствора щелочи: 1 - пропарочно-пропиточная камера; 2 - подающий шнек; 4, 5, 6 -оборудование для подготовки раствора щелочи; 7 - бак раствора-щелочи; 8 -подающий насос
Режимы технологии размола щепы в установке отрабатывались в промышленных условиях. В итоге были выбраны следующие параметры технологии: расход щелочи к а.с.м. щепы - 4,0 и 5,5%; гидромодуль в рафинере - 1 : 1; температура максимальная - 160 °С; продолжительность размола - 5 мин. Данный режим позволяет получать ХТММ со степенью помола 10-12 °ШР.
Известно, что при выработке бумаги или картона из волокнистого полуфабриката его предварительно подвергают размолу [1]. Этот процесс является одним из главных в технологии и требует больших затрат электроэнергии. Поэтому серия исследований была посвящена установлению кинетики изменения степени помола во времени. Размол проводился на лабораторной установке. Данные представлены в таблице 1. Для сравнения приведены данные для ТММ.
Как видно из таблицы 1, ХТММ размалывается легче ТММ, что позволяет быстрее достичь высоких степеней помола. Так, например, для производства полиграфического картона достаточно иметь помол 25 °ШР. Следовательно, достичь данной степени помола можно за 1,5-2,0 ч для ТММ и за 1,0—1,1 ч - для ХТММ.
При производстве картона для плоских слоев гофрокартона и бумаги для гофрирования необходим размол массы не менее чем до 30 °ШР. Очевидно, что процесс будет еще более длительным и существенно более энергозатратным.
В таблице 2 приводятся данные о влиянии расхода щелочи к а.с.м. щепы на кинетику размола ХТММ. Из таблицы видно, что повышение расхода щелочи в процессе размола снижает время достижения одной и той же степени помола ХТММ. Так, после 30 мин размола в варианте 1 (4,0% щелочи) степень помола достигла 15 °ШР; варианте 2 (5,5% щелочи) степень помола оказалась значительно выше - 24 °ШР.
Дальнейшие исследования были направлены на установление влияния ХТММ в композиции с массой из макулатуры на свойства бумаги и картона. На листоотливном аппарате получены образцы бумаги для гофрирования массой 125 г/м2 из композиций ХТММ и макулатурной массы в соотношении (%), 20/80 и 30/70, для степени помола ХТММ - 15 и 30 °ШР, а массы из макулатуры - 40 °ШР (макулатура марки МС-5Б).
Таблица 1. Зависимость степени помола ХТММ от продолжительности размола
№ ТММ ХТММ, 4% едкого натра
п/п Время размола, мин Степень помола, °ШР Время размола, мин Степень помола, °ШР
1 15 10 15 12
2 30 10 30 13
3 45 11 45 17
4 60 14 60 20
5 75 17 75 30
6 90 21 - -
7 105 21 - -
Таблица 2. Зависимость степени помола ХТММ от продолжительности размола
№ Вариант №1 - 4,0% Вариант №2 - 5,5%
п/п Время размола, мин Степень помола, °ШР Время размола, мин Степень помола, °ШР
1 0 10 0 10
2 10 11 10 15
3 20 13 20 20
4 30 15 30 24
5 40 19 40 28
6 50 22 - -
7 60 29 - -
Для повышения прочности и придания гидрофобности бумаги добавлялись химические средства, применяемые на Луцком КРК. Для прочности - катионный крахмал марки АшуМах и Рег1ЪоМ 930 (8 кг/т), для гидрофобности - Бушаг 700 Р (8 л/т).
После кондиционирования бумаги в течение 2,5 ч при относительной влажности 50±2% и температуре 23±1 °С бумага подвергалась испытаниям в соответствии с ГОСТ 7377-85 «Бумага для гофрирования». Определялись физико-механические показатели, характерные для данного вида продукции. Результаты испытаний представлены в таблице 3.
Из таблицы 3 видно, что все образцы бумаги имеют достаточные физико-механические показатели, позволяющие вырабатывать ее из исследованных композиций марки Б-3 и Б-2. Прослеживается закономерность: физико-механические показатели бумаги существенно выше для содержания ХТММ в композиции 20%. Следовательно, превышение содержание ХТММ в композиции с макулатурой не ведет к повышению прочностных жесткостных свойств.
Следующей ступенью исследований были испытания технологии в условиях Луцкого КРК при выработке полиграфического картона. ХТММ производилась на модернизированной установке и по вышеуказанному режиму. Из полученной массы изготавливали картон - основу полиграфического картона (марка КОП). Картон имел показатели, улучшенные примерно на 10%.
Из картона-основы изготовили склеенный полиграфический картона марки КПС-1,5 и КПС-3,0, который соответствовал нормативным требованиям, улучшен внешний вид продукции, а также существенно снизилась влажность - с 14 до 10%.
Таблица 3. Физико-механические свойства бумаги для гофрирования
Композиция ХТММ/ММ Марка крахмала Сопротивление плоскостному сжатию, Н Абсолютное сопртивление продавлива-нию, кПа Удельное сопротивление разрыву, кН/м Сопротивление торцевому сжатию гофрированного образца, кН/м Поверхностная впитывае-мость воды, г, Кобб30
30/70 - 135 195 3,6 1,20 -
20/80 - 135 220 3,8 1,30 -
30/70 Рег1Ъош1 930 117 200 3,7 1,00 -
20/80 Рег1Ъош1 930 140 235 4,2 1,20 -
30/70 Рег1Ъош1 930 124 195 3,7 1,05 95
20/80 Рег1Ъош1 930 140 230 4,0 1,20 80
30/70 Ашу1о1ах 127 210 4,0 1,20 -
20/80 Ашу1о1ах 145 250 4,2 1,45 -
30/70 Ашу1о1ах 123 195 3,8 1,20 42
20/80 Ашу1о1ах 142 220 3,9 1,30 30
Выводы
1. Основным результатом работы является усовершенствованная технология размола древесной щепы в дефибраторе для получения волокнистой массы, пригодной для повышения физико-механических свойств полиграфического картона, картона для плоских слоев гофрокартона и бумаги для гофрирования.
2. Химико-термомеханическая масса с использованием гидроксида натрия на ступени термогидролитической обработки древесной щепы позволяет получать волокнистый полуфабрикат для использования в композиции (20-30%) с макулатурой при выработке полиграфического картона и бумаги для гофрирования с повышенными механическими свойствами.
3. Химико-термомеханическая масса, получаемая на усовершенствованной дефибраторной установке, имеет низкую себестоимость и может рекомендоваться к использованию как эффективный и экономичный волокнистый полуфабрикат в производстве бумаги для гофрирования и полиграфического картона.
Список литературы
1. Фляте Д.М. Бумагообразующие свойства волокнистых материалов. М., 1990. 136 с.
2. ГОСТ Р 53206-2008. Бумага для гофрирования. Технические условия. М., 2009. 8 с.
3. ГОСТ Р 53207-2008. Картон для плоских слоев гофрированного картона. Технические условия. М., 2009. 11 с.
4. Комаров В.И. Деформация и разрушение волокнистых целлюлозно-бумажных материалов. Архангельск, 2002. 440 с.
5. Белоглазов В.И., Гурьев А.В., Комаров В.И. Анизотропия деформативности и прочности тарного картона и методы ее оценки. Архангельск, 2005. 252 с.
6. Смоляницкий Б.З., Моисеев Б.Н. Сбор и переработка макулатуры. М., 1971. 184 с.
7. Дулькин Д.А., Ковернинский И.Н., Комаров В.И., Спиридонов В.А. Мировые тенденции в развитии техники и
технологии переработки макулатуры. Архангельск, 2002. 109 с.
Поступило в редакцию 23 мая 2012 г.
Palamarchuk N.F.1*, Moroz V.N.2 ХИМИКО-ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКАЯ ДРЕВЕСНАЯ МАССА ДЛЯ КАРТОНА ]Co.Ltd «Scan», st. Kutuzova,18/7, Kiev, 011133 (Ukraine), e-mail: [email protected] 2Ukrainian Association of Corrugated Board Manufacturers, st. Kutuzova, 18/7, Kiev, 01133 (Ukraine), e-mail: [email protected]
Experimental and pilot-scale research on development, properties, and industrial use chemi-thermomechanical pulp (CTMP), for the production of printing paper and cardboard corrugating considered.
Node preparation and supply of sodium hydroxide is added to the composition defibratornoy plants for chemi-thermomechanical pulp using sodium hydroxide. CTMP properties are studied and shown that the mass is relatively easy to grind and can be used in combination with recycled paper fiber as a percentage 20-30/80-70, in the production of printing paper and cardboard fluting.
Keywords: thermomechanical pulp, chemi-thermomechanical pulp, waste paper, recycled fiber, physical and mechanical properties, defibrator, printing paper, paper for corrugating.
References
1. Fliate D.M. Bumagoobrazuiushchie svoistva voloknistykh materialov. [Бумагообразующие свойства волокнистых материалов]. Moscow, 1990, 136 p. (in Russ.)
2. GOSTR 53206-2008. Bumaga dlia gofrirovaniia. Tekhnicheskie usloviia. [GOST R 53206-2008. Fluting. Specifications.]. Moscow, 2009, 8 p. (in Russ.)
3. GOSTR 53207-2008. Karton dliaploskikh sloev gofrirovannogo kartona. Tekhnicheskie usloviia. [GOST R 53207-2008. Cardboard for flat layers of corrugated cardboard. Specifications.]. Moscow, 2009, 11 p. (in Russ.)
4. Komarov V.I. Deformatsiia i razrushenie voloknistykh tselliulozno-bumazhnykh materialov. [Deformation and fracture of fibrous pulp and paper materials]. Arkhangelsk, 2002. 440 c. (in Russ.)
5. Beloglazov V.I., Gur'ev A.V., Komarov V.I. Anizotropiia deformativnosti i prochnosti tarnogo kartona i metody ee ot-senki. [Anisotropy of deformability and strength of container board and methods of evaluation]. Arkhangelsk, 2005. 252 p. (in Russ.)
6. Smolianitskii B.Z., Moiseev B.N. Sbor i pererabotka makulatury. [Collection and recycling of waste paper] Moscow, 1971. 184 p. (in Russ.)
7. Dul'kin D.A., Koverninskii I.N., Komarov V.I., Spiridonov V.A. Mirovye tendentsii v razvitii tekhniki i tekhnologiiper-erabotki makulatury. [World trends in the development of techniques and technology of processing waste]. Arkhangelsk, 2002. 109 p. (in Russ.)
Received May 23, 2012
* Corresponding autor.
