Исследование свойств бумаги с поверхностной обработкой Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ

ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ БУМАГИ С ПОВЕРХНОСТНОЙ ОБРАБОТКОЙ

В.И. АЗАРОВ, проф. каф. химической технологии древесины и полимеровМГУЛ, д-р техн. наук,

Г.Н. КОНОНОВ, проф. каф. химической технологии древесины и полимеров МГУЛ, канд. техн. наук, ВС. ДРОЗДОВА, асп. каф. химической технологии древесины и полимеров МГУЛ

Развитие целлюлозно-бумажной промышленности характеризуется не только увеличением общего объема производимой продукции, расширением ассортимента выпускаемых материалов, но и улучшением свойств уже имеющихся целлюлозосодержащих материалов. Изменения свойств целлюлозосодержащих материалов достигается путем обработки и переработки бумаги и картона. [1]

К химической технологии переработки бумаги и картона относится получение целлюлозных композиционных материалов, состоящих из целлюлозных (бумага, картон) и нецеллюлозных (обычно синтетических полимеров) компонентов.

Создание новых материалов на основе бумаги и картона связано с применением различных физико-химических методов обработки бумаги-основы с последующей переработкой в результате прогрева (сушки) прессования в другой вид продукции.

При этом улучшаются печатно-технические свойства в совокупности с внешним видом бумаги и картона; улучшается паро-, газо-, водо-, жиро- и ароматонепроницаемость, особенно при изготовлении упаковочных видов продукции, а также способность к герметизации упаковки путем теплового или холодного склеивания; повышается устойчивость против действия химикатов, снижается воспламеняемость, биологическая устойчивость; придается свето- и теплочувствительность, а также электропроводность; развиваются адгезионные свойства. [2]

Среди перспективных материалов, использующихся в настоящее время для поверхностной обработки целлюлозосодержащих материалов, можно отметить модифицированные карбамидоформальдегидные олигомеры, которые доступны, экономически выгодны и технологически приемлемы.

Для оценки свойств бумаги, определяемых для каждого вида соответствующим ГОСТ, ее подвергают ряду испытаний. Испытание бумаги условно делят на три основные группы: механические испытания, определение физических свойств и специальные испытания. В группу механических испытаний входят такие, как опреде-

ление сопротивления бумаги разрыву (разрывной длины), излому, продавливанию, раздиранию и др. Физические свойства бумаги определяются следующими показателями: толщиной, массой 1 м2, объемной массой, гладкостью, белизной и др. Группа специальных испытаний включает определение воздухопроницаемости, скорости фильтрации, впитываемости, степени проклейки и др.

Целью проведенной работы было изучение влияния поверхностной обработки бумаг растворами модифицированных карбамидофор-мальдегидных олигомеров [3] на их физико-механические свойства. Проводилось определение влагопрочности и разрывной длины бумаг, поверхностно обработанных растворами карбами-доформальдегидных олигомеров, состав которых приведен в таблицах 1 и 2.

В качестве бумаги-основы использовалась бумага:

- массой 95 г/м2;

- состав по волокну: Ц.СФИ хв.бел. -100 % (степень помола - 35 о ШР);

- зольность - 13 %;

- наполнитель - мел.

На поверхность вальцевым методом наносился раствор модифицированного олигомера, после чего она высушивалась до постоянной массы.

Методики испытаний:

1. Влагопрочность. Метод основан на определении величины разрушающей силы и удлинения до момента разрыва бумаги во влажном состоянии. Для испытаний применялась вертикальная разрывная машина типа РМБ-30-2М. Перед испытанием бумага вымачивалась в дистиллированной воде определенное время (10 мин). Испытание проводилось в продольном и поперечном направлениях. Ширина полосок - 15 мм, длина - 180 мм.

2. Разрывная длина. Метод основан на определении величины разрушающей силы и удлинения до момента разрыва. Для испытаний применялась вертикальная разрывная машина типа РМБ-30-2М. Испытание проводилось в продоль-

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 4/2007

117

ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ

ном и поперечном направлениях. Ширина полосок - 15 мм, длина - 180 мм. Разрывная длина вычислялась по формуле

L = (l0 ■ P) / m или L = (P 106) / (b ■ m1), где l0 - исходная длина рабочей части полоски, мм;

m - масса рабочей части полоски, г; b - ширина полоски, мм; m1 - масса 1 м2, г;

P - разрушающее усилие в кгс.

Результаты испытаний приведены в табл.

3. и на рис. 1, 2.

Таблица 1

Карбамидоформальдегидные олигомеры, модифицированные ^КМЦ, меламином

№ КФО Карбамид Формальдегид Меламин №КМЦ Содержание сухого остатка, %

масса, г % (от с.ост.) моль масса, г % (от с. ост.) моль масса, г % (от с. ост.) моль масса, г %(от с.ост.)

1 15 36,6 0,3 20 48,8 0,6 5 12,2 0,04 1 2,4 55

2 15 35,7 0,3 20 47,6 0,6 5 11,9 0,04 2 4,8 47

3 15 34,9 0,3 20 46,5 0,6 5 11,6 0,04 3 7,0 47

4 15 34,1 0,3 20 45,5 0,6 5 11,4 0,04 4 9,0 48

Т а б л и ц а 2

Карбамидоформальдегидные олигомеры, модифицированные ^КМЦ

№ КФО Карбамид Формальдегид NаКМЦ Содержание сухого остатка, %

Масса, г % (от с. ост.) моль Масса, г % (от с. ост.) моль Масса, г % (от с. ост.)

5 15 55,6 0,25 12 44,4 0,4 0 0 46

6 15 54,4 0,25 12 43,6 0,4 0,55 2 47

7 15 53,3 0,25 12 42,7 0,4 1,125 4 48

8 15 52,2 0,25 12 41,8 0,4 1,723 6 48

9 15 51,1 0,25 12 40,9 0,4 2,35 8 49

Т а б л и ц а 3

Результаты испытаний бумаги, обработанной КФО

КФО Концентрация смолы, % Влагопрочность, % Разрушающее усилие, Н Разрывная длина, м

1 10 58,6 60,8 3150

20 60,4 78,1 4800

30 58,0 55,3 3300

2 10 58,0 64,5 3650

20 54,7 79,0 4600

30 60,4 56,0 3250

3 5 49,6 35,0 3700

10 52,0 65,3 4250

20 50,4 69,3 4450

30 63,4 52,8 3100

4 10 37,0 63,5 3950

20 44,5 69,5 3900

30 65,5 51,0 3000

5 10 79,6 34,8 2100

20 46,8 79,3 4850

30 55,9 70,0 4100

6(2 %) 10 38,9 79,0 4600

20 41,0 81,8 4650

30 48,7 77,0 4250

7 10 36,3 76,8 4550

20 45,5 76,9 4200

30 56,1 61,2 3700

8 10 32,8 70,1 4400

20 48,8 61,7 3650

30 61,9 54,1 3250

9 (8 %) 10 29,8 68,8 4350

20 53,0 54,0 3200

30 69,3 45,3 2750

Бумага без обработки 8,5 65,0 4200

118

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 4/2007

ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ

80

70

60

£

5 50

140

6

о

сЗ 30 н

m

20

10

0 -I-1--1---1---1---1--1---1---1---1--1

0123456789 10

№КМЦ, % от массы исходных веществ Концентрация смолы: • - 10 %; а - 20 %; ■ - 30 %

Рис. 1. Зависимость влагопрочности бумаги от №КМЦ: 1,3, 5 - КФО, модифицированные NaKMU, и меламином; 2, 4, 6 - КФО, модифицированные №КМЦ

6000

5000

S

S 4

§ 4000 к

ем

3000

2000 Т-1-1-1-1-1-1--1--1-1--1

0 123 456789 10

NaKMU,, % от массы исходных веществ

Концентрация смолы: • - 10 %; а - 20 %; ■ - 30 %

Рис. 2. Зависимость разрывной длины бумаги от №КМЦ: 1, 3, 5 - КФО, модифицированные NaКMЦ и меламином; 2, 4, 6 - КФО, модифицированные №КМЦ.

Как видно из представленных зависимостей, при концентрации смолы 10 % все КФО (модифицированные меламином и №КЦМ; №КЦМ) при увеличении содержания №КЦМ с 2 % до 8 % приводят к снижению влагопрочности бумаги (рис. 1). Лучшие показатели показали КФО, модифицированные меламином и №КЦМ (58,6-49,6), худшие показатели у КФО, модифицированных №КЦМ (38,9-29,8). Видимо, в присутствии одновременно меламина и №КМЦ происходит химическое взаимодействие предконденсатов меламиноформальдегидной смолы с №КМЦ по доступным гидроксилам, и следствием этого яв-

ляется повышенная влагопрочность. Падение влагопрочности бумаги можно объяснить тем, что №КМЦ является гидрофильным компонентом. КФО, модифицированные меламином и №КЦМ, с увеличением содержания №КЦМ с 2 % до 8 % повышают разрывную длину бумаги (рис. 2). КФО, модифицированные №КЦМ снижают разрывную длину. Избыточное количество №КМЦ, не вступившее в реакцию с метилольными производными карбамида в отсутствие меламина, несколько снижает показатель разрывной длины по причине отсутствия глубокого взаимодействия целлюлозной матрицы с метилольными группа-

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 4/2007

119