CC BY
39
УДК 676.2.02
П. А. Чубис
Белорусский государственный технологический университет, Минск, Республика Беларусь
ПРИМЕНЕНИЕ ВЫСОКОСМОЛЯНЫХ ГИДРОДИСПЕРСИЙ
МОДИФИЦИРОВАННОЙ КАНИФОЛИ ПРИ НАПОЛНЕНИИ БУМАГИ
The article is devoted to problem of realization and organization process of paper filling with calcium caibonate at the presence of hydro dispersions of the modified resin. Calcium carbonate is either precipitated chemically or extracted from the earth. The precipitated form is more commonly used because of its chemical purity and fineness. It has brightness of about 92 GE and imparts certain desirable qualities for printing ink receptivity.
Статья посвящена проблеме обеспечения и реализации процесса наполнения бумаги карбонатом кальция в присутствии гидродисперсий модифицированной канифоли. Кальция карбонат либо осаждают химически, либо выделяют из природного сырья. Осажденная химически форма наиболее широко применятся из-за ее химической чистоты и белизны. У нее степень белизны около 92° и она придает необходимые качества восприятия печатной краски.
Наполнители, содержащиеся в структуре бумаги, улучшают ее белизну, непрозрачность, мягкость, гладкость, впитывающую способность и печатные свойства. Бумага лучше воспринимает краску из печатной формы. Полученное изображение отличается большей сочностью, не просвечивает на другую сторону листа и не затрудняет чтения [1].
Кроме того, применение минеральных наполнителей имеет также и экономическое значение, так как это позволяет заменить часть волокна на более дешевый минеральный материал. Однако наполнители придают бумаге и отрицательные свойства: понижают механическую прочность и степень проклейки бумаги. В настоящее время в качестве наполнителя широко применяется каолин. Однако ощущается значительный его дефицит, так как по объемам его потребления целлюлозно-бумажная промышленность занимает ведущее место [2]. Это вынуждает предприятия искать другие не менее эффективные, но более дешевые наполнители. К их числу относится осажденный карбонат кальция (мел).
Целью настоящей работы является изучение влияния наполнителя (мела) на гид-рофобность и прочность бумаги, проклеенной в нейтральной среде с применением высокосмоляных гидродисперсий модифицированной канифоли.
Для достижения поставленной цели были изготовлены образцы бумаги массой 70 г/м2. В качестве волокнистого сырья использовали 100 % макулатуру марки МС-1. Степень помола волокна составляла 32-34°ШР. Проклейка осуществлялась с помощью разработанного на кафедре химической переработки древесины БГТУ (г. Минск, Республика Беларусь) нового проклеивающего материала в виде клеевой канифольной композиции ТМВС-2Н (ТУ РБ 0028198-029-97), полученной путем модификации смоляных кислот канифоли моноэфирами малеинового ангидрида с высшими алифатическими н-спиртами фракции С12-С18. Процесс канифольной проклейки проводили в нейтральной среде (рН 6,5-7,2). Расход наполнителя изменяли от 0 до 20 % от а. с. в. (абсолютно сухого волокна). Расход гидродисперсии ТМВС-2Н был постоянным и составлял 0,8 % от а. с. в. Расход коагулянта (сульфата алюминия) был также постоянным и составлял 1,8 % от а. с. в. Для полученных образов бумаги определяли такие показатели качества, как разрушающее усилие в сухом и во влажном состояниях, разрывная длина, впитываемость при одностороннем смачивании по Коббу, сопротивление излому при многократных перегибах и зольность.
Результаты испытаний образцов представлены на рисунках 1-6.
в
а
со
л рц
0-Расход напОлнитсля. % оТ а. с. в
0 5 10 15
Рис. 1. Разрывная длина в зависимости от расхода наполнителя Рис. 2. Разрушающее усилие во влажном состоянии в зависимости от расхода наполнителя
Кривые на рисунках 1-4 характеризуют зависимость прочностных показателей образцов бумаги от расхода наполнителя (осажденного карбоната кальция). Получено, что при увеличении расхода наполнителя от 0 до 20 % от а. с. в. прочность уменьшается. Разрывная длина (рис. 1) снижается от 2600 до 1700 м. разрушающее усилие в сухом состоянии (рис. 3) снижается с 25 до 19 Н. а разрушающее усилие во влажном состоянии (рис. 2) - с 0.7 до 0.5 Н. Сопротивление излому (рис. 4) уменьшается с 4 до 2 ч. д. п. (число двойных перегибов).
Снижение прочности бумаги можно объяснить уменьшением межволоконных сил связей [3]. Поэтому в структуру конкретного вида бумаги необходимо вводить такое количество наполнителя. которое обеспечивает прочностные показатели производимой продукции на уровне регламентируемых значений.
30
-4. 25
2 8
о!* 15
0 5 10 15 20
Расход наполнителя. % от а. с. в. Рис. 3. Разрушающее усилие в сухом состоянии в зависимости от расхода наполнителя
5
^ 4 о 4 л
со
и
<и |- 3 « *
5 ^
« » 2 и т о
6 1 о
О
5 10 15
Расход наполнителя. % от а. с. в.
20
Рис. 4. Сопротивление излому в зависимости от расхода наполнителя
1.0
0,9
10.8
0.7
0.6
0.5
0.4
20
4
10
12
14
16
18
20
0
Зависимость впитываемости при одностороннем смачивании по Коббу от расхода наполнителя (рис. 5) свидетельствует о том, что избыточное содержание наполнителя в композиции образцов бумаги снижает гидрофобность. Поэтому впитываемость при одностороннем смачивании повышается от 65 г/м2 при расходе мела 5 % от а. с. в. до 130 г/м2 при расходе мела 20 % от а. с. в. Повышение впитываемости происходит из-за того, что частицы наполнители повышают пористость бумаги, что способствует повышению проникновения влаги.
Анализ зависимости зольности от расхода наполнителя (рис. 6) позволяет сделать вывод о том, что при увеличении расхода наполнителя зольность образцов бумаги повышается с 1,5 до 8,0 %. Высокая зольность свидетельствует о том, что степень удержания наполнителя при проклейке картона в нейтральной среде с применением гидродисперсий модифицированной канифоли является достаточно высокой. Это также происходит из-за того, что процесс проклейки образцов бумаги протекает в режиме гете-роадагуляции, то есть частицы клея, осаждаемые на волокне, имеют очень маленькие размеры и не препятствуют фиксированию частиц наполнителя в структуре листа. Также повышается удержание в структуре бумаги мелкого волокна. Это позволяет улучшить просвет и печатные свойства продукции.
Наполнители ухудшают проклейку бумаги и картона. Поэтому при выработке хорошо проклеенных бумаги и картона введение наполнителей ограничивается 6-8 % золы. Особенно сильно снижается степень проклейки при зольности выше 10 % [4].
Получено, что наполнитель (мел) повышает белизну бумаги, способствует снижению его прозрачности и получению хорошего лоска при каландрировании, вызывает сравнительно небольшое понижение прочности [5]. Поэтому наиболее целесообразно его использование в производстве бумаги, проклеенной в нейтральной среде в присутствии гидродисперсий модифицированной канифоли, к числу которых относится разработанная на кафедре химической переработки древесины клеевая канифольная композиция ТМВС-2Н.
0х
л" Н О
о и
Л
ч о
го
5 10 15
Расход наполнителя, % от а. с. в.
Расход наполнителя, % от а. с. в.
Рис. 5. Впитываемость по Коббу в зависимости от расхода наполнителя Рис. 6. Зольность в зависимости от расхода наполнителя
Таким образом, процесс проклейки в нейтральной среде в режиме гетероадагуля-ции дает возможность заменить дорогостоящий волокнистый материал на более деше-
10
130
9
120
8
7
6
100
4
90
80
2
70
0
60
0
5
10
15
20
0
20
вый минеральный наполнитель (мел), при расходе которого 10 % гидрофобность и прочность бумаги соответствуют регламентируемым значениям. Зольность бумаги составляет 6 %.
Список литературы
1. Черная, Н. В. Проклейка бумаги и картона в кислой и нейтральной средах / Н. В. Черная, А. И. Ламоткин. - Мн.: БГТУ, 2003. - 345с.
2. Фляте, Д. М. Технология бумаги / Д. М. Фляте. - М.: Лесная промышленность, 1988. - 440с.
3. Горсю, Г. М. Тэхналопя паперы i кардону / Г. М. Горсю. - Мн.: БГТУ, 2003. - 246с.
4. Иванов, С. Н. Технология бумаги / С. Н. Иванов. - М.: Лесная промышленность, 1970. - 696с.
5. Черная, Н. В. Влияние наполнителя на гидрофобность и прочность бумаги и картона, проклеенных в нейтральной среде / Н. В. Черная, П. А. Чубис // Материалы I Международной научно-практической конференции «Новости научной мысли - 2006». Сер. химии и химических технологий. - Днепропетровск: Наука и образование, 2006. - Том 4. - С. 6-10.
УДК 66.011
А.С.Белоусов, Б.С.Сажин, В.Б. Сажин, Г.А. Целикова, Е.В. Отрубянников Московский государственный текстильный университет им. А.Н.Косыгина, Москва, Россия
СТРУКТУРА ПОТОКОВ В ГОРИЗОНТАЛЬНОМ ВИХРЕВОМ СЛОЕ ГАЗОВЗВЕСИ
Flow structure and residence time distributions of powder were studied in vortex drying chamber. We found that different hydrodynamic flow structures occur in vortex chamber. The method of evaluation of parameters of function of residence time distributions was suggested. The offered model provides a high-grade agreement between the calculation and experimental data.
Изучалась структура потоков и распределение времени пребывания дисперсного материала в вихревой сушильной камере. Обнаружено, что в вихревой камере возможны различные гидродинамические структуры потоков. Предложен метод оценки параметров функции распределения времени пребывания. Предложенная модель обеспечивает хорошее совпадение расчета и эксперимента.
В сушилках с горизонтальной вихревой камерой (ГВК) обеспечивается высокая интенсивность процесса при малой металлоемкости, габаритах и возможности одновременного улавливания готового продукта. Известны два режима работы вихревых камер [1]. При расходах газа V < , удерживающая способность камеры не зависит от
дисперсности частиц (докритический режим). При значениях расхода газа, превышающих V^fi , удерживающая способность в значительной степени зависит от размера зерна
материала. Модельная структура потоков, описывающая распределение времени пребывания дисперсного материала (РВП) в вихревой сушильной камере с вертикальным расположением слоя (ВСК) была исследована в работе [2]. Было установлено, что при расходах теплоносителя, близких к V¿д перемешивание в аппарате приближенно соответствует модели идеального смешения, а во всем рабочем диапазоне ВСК происходит существенная перестройка структуры потоков. При этом структура потоков описывается ячеечной моделью с монотонно возрастающим числом ячеек в зависимости от V .
