Влияние технологических факторов на просвет бумаги Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

Химия растительного сырья. 1999. №2. С. 149-153

УДК 676.2.017.27+676.2.07.7

ВЛИЯНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА ПРОСВЕТ БУМАГИ

© Ю.Г. Малахова, В.В. Левшина, А.В. Бывшев

Сибирский государственный технологический университет, Красноярск (Россия) E-mail: repyakh@sibstu.kts.ru

Проведено определение равномерности просвета бумаги гравиметрическим, оптическим и экспертным методами. Полученные данные коррелированы. Установлено, что более равномерный просвет имеют образцы бумаги, состоящие из 30% неразмолотых целлюлоз хвойных пород и 70% целлюлозы лиственных, длина основной части волокон этих образцов - от 0.4 мм до 1.0 мм. В образцах с неудовлетворительным просветом присутствует около 10% волокон длиной более 1 мм.

Просвет бумаги характеризует степень однородности ее структуры, то есть степень равномерности распределения в ней волокон. О просвете судят по наблюдению бумаги в проходящем свете. При этом бумага просвечивает, и можно наблюдать насколько она оптически однородна. Облачность бумаги, то есть наличие в ней светлых и темных мест свидетельствует о недостаточно равномерном расположении в бумаге волокон и неравномерной ее толщине [1].

Однородность просвета - одна из наиболее значимых потребительских характеристик бумаги, в частности, писчей. Бумага с неудовлетворительным просветом отличается невысокими эстетическими показателями, плохими печатными свойствами и при увлажнении становится волнистой.

Р.Э. Рейзиньш [2] указывает, что бумага, неравномерная по просвету, а следовательно, и по толщине, отличается повышенной склонностью к короблению поверхности. Каландрирование бумаги облачного просвета может привести к образованию брака: появляются залощенные пятна, возникающие вследствие повышенного уплотнения утолщенных мест бумажного полотна. Облачная бумага обычно имеет и неравномерную влажность, для ее выравнивания бумажный лист

пересушивают, а это приводит к увеличению пы-лимости, электризации статическим электричеством. Сильнооблачная бумага выглядит пятнистой и обнаруживает пониженное значение показателя белизны [1]. Неоднородная структура приводит к неравномерному окрашиванию поверхности бумаги, оказывает негативное влияние на показатели механической прочности, воздухопроницаемость, впитывающую способность, электроизоляционные свойства.

Развитие измерительной техники позволило разработать технические средства для оценки величины просвета. Наиболее часто используются оптические методы, сущность которых заключается в фиксировании фотометрических колебаний светопроницаемости бумаги [3-15]. Недостаток этих методов в том, что численные величины определений зависят не только от расположения волокон в бумаге, но и от красящих компонентов, которые из-за неравномерного расположения в бумаге могут внести некоторую погрешность в результаты измерений. Использование рентгеновских лучей для характеристики просвета бумаги практически не нашло применения. Однако, Д.М. Фляте [1] считает, что метод использования в-лучей для этой цели себя оправдывает. В работах Г.Э. Финкельштейна

[12-13] обоснована практическая пригодность оптического метода для контроля структуры бумаги. Для доказательства им была использована оценка структурной неоднородности бумаги путем взвешивания узких ее полосок [13].

Многообразие подходов и методов определения различных параметров, характеризующих неравномерность просвета, часто приводит к не-сопостовимости результатов. Вследствие этого однородность просвета на практике определяется визуально, а в стандартах приводятся только качественные требования к однородности типа «просвет бумаги должен быть равномерным».

Равномерность просвета бумажного полотна обуславливается целым рядом факторов, описание которых и механизм взаимодействия раскрыты еще далеко не полностью. К ним следует отнести степень и характер помола волокнистой массы, наличие или отсутствие в массе наполняющих и проклеивающих веществ, величину концентрации массы, поступающей на сетку бумагоделательной машины постоянство этой концентрации, скорость поступления массы на сетку, относительно скорости самой сетки, условия тряски на сеточном столе, температуру бумажной массы при ее поступлении на сетку, рН среды при отливе бумаги, конструктивные особенности сеточного стола бумагоделательной машины и другие.

Нами была поставлена задача исследовать влияние композиционного состава на равномерность просвета бумажного полотна. Для ее реализации мы выбрали следующие методы определения просвета:

оптический, заключающийся в фиксировании колебаний белизны бумаги;

гравиметрический, основанный на колебаниях массы небольших участков бумажного полотна;

экспертный, основанный на чувственном восприятии просвета бумаги группой лиц.

Объектом исследования были: беленая сульфитная целлюлоза хвойных пород, марка А-1, Красноярского ЦБК; беленая сульфатная целлюлоза хвойных пород, марка ХБ-4 и беленая сульфатная целлюлоза лиственных, марка СБ-1, Братского ЛПК. Размол целлюлозы проводился в лабораторном ролле при концентрации массы 1%. Были отобраны пробы со степень помола 30 и 40 °ШР. По аналогии с нашими исследованиями [14] были составлены композиционные смеси различного состава (табл. 1), в которых была определена степень помола.

Таблица 1. Состав и степень помола компози-

ционных смесей

№ Степень

сме- Композиционный состав, % помола,

си °ШР

1 30% Хн/р(САЦ) + 70%Х32(САЦ) 25

2 30% Хн/р(САЦ) + 70%Х40(САЦ) 30

3 70% Хн/р(САЦ) + 30%Л38(САЦ) 19

4 30% Хн/р(САЦ) + 70%Л38(САЦ) 29

5 30% Хн/р(СИЦ) + 70%Х30(СИЦ) 27

6 30% Хн/р(СИЦ) + 70%Х42(СИЦ) 32

7 70% Хн/р(СИЦ) + 30%Л38(САЦ) 22

8 30% Хн/р(СИЦ) + 70%Л38(САЦ) 33

где Х - целлюлоза хвойных пород, Л - лиственных; н/р - неразмолотая; 30, 32, 38, 40 - степень помола, °ШР; САЦ - сульфатная целлюлоза хвойных пород, марка ХБ-4; СИЦ - сульфитная целлюлоза хвойных пород, марка А-1.

При определении просвета экспертным способом был использован метод ранжирования. В экспертном опросе участвовали 1 0 экспертов, которые расставили исследуемые образцы бумаги в порядке предпочтения, причем образец с худшим просветом получал ранг, равный 0, а с наилучшим - 7. Расчет коэффициента конкордации подтвердил согласованность мнений экспертов. Результаты экспертного опроса представлены в таблице 2, из которой видно, что лучший просвет имеют образцы № 4 и 8, удовлетворительный -№ 2 и 6. Остальные образцы признаны неудовлетворительными по качеству просвета (№ 1, 3, 5, 7).

В основе определения просвета гравиметрическим методом лежит взвешивание образцов бумаги площадью 1 см2 и вычисление среднеквадратичного отклонения: чем больше эта величина, тем выше структурная неоднородность бумаги. Объем выборки - 50.

Известно, что показатель белизны (оптический метод) может косвенно характеризовать просвет бумаги, его определение в 50 точках бумажного листа и вычисление среднеквадратичного отклонения также могут дать количественную оценку равномерности просвета. Результаты определения просвета гравиметрическим и оптическим методами представлены в таблице 3.

Данные таблиц 2 и 3 были обработаны методом корреляционного анализа. Установлено, что между методами существует положительная корреляционная связь.

Из этого следует, что исследуемые образцы бумаги по качеству просвета можно разделить на три группы: лучшие, удовлетворительные и неудовлетворительные (табл. 4). Установлено, что лучшим просветом отличаются образцы, состоящие из 30% неразмолотой целлюлозы хвойных пород (сульфатной или сульфитной) и 70% целлюлозы лиственных. Степень помола композиционных смесей № 4 и 8 равна, в среднем, 30

°ШР. Такую же степень помола имеют образцы № 2 и 6, которые составлены из 30% неразмоло-той целлюлозы и 70% размолотой до 40%, но просвет бумаги у этих образцов несколько хуже. Неудовлетворительным является просвет у образцов №№ 3 и 7, степень помола которых равна 20 °ШР. Высокое содержание (70%) армирующего компонента - целлюлозы хвойных приводит к образованию более крупных флокенов, ухудшающих просвет бумаги. Образцы № 1 и 5 имеют недостаточно развитую структуру наполнителя (которым является размолотая целлюлоза хвойных пород), что подтверждает недостаточно высокая степень помола смеси - 26 °ШР.

Измерение средней длины волокон исследуемых образцов показало, что для лучших образцов № 4 и 8 этот показатель равен 0.8 мм и

0.9 мм соответственно; для неудовлетворительных - от 0.9 мм до 1.4 мм. Между значением средней длины волокон и просветом существует положительная корреляционная связь (Я=0.62).

Анализ фракционного состава показал, что в лучших образцах имеет место высокое содержание мелкой фракции (более 80%), в неудовлетворительных - от 45% до 65%. Содержание средней фракции в лучших образцах около 20%, в неудовлетворительных - от 30% до 45%.

Таблица 2. Результаты экспертного опроса

№ образца Эксперты Среднее значение

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

1 3 2 2 2 0 2 2 2 2 3 2.0

2 4 3 4 4 5 4 4 4 6 4 4.2

3 0 1 1 2 2 1 1 1 0 0 0.9

4 6 7 7 7 6 7 6 7 7 6 6.6

5 1 0 0 1 2 1 2 1 1 2 1.0

6 4 4 5 3 4 5 4 4 4 3 4.0

7 1 3 4 3 2 2 2 3 2 3 2.5

8 7 6 6 6 7 6 7 6 6 7 6.4

Таблица 3. Определение просвета гравиметрическим и оптическим методами

№ об- Среднеквадратичное отклонение, найденное по методу Оценка

разца гравиметриче- оптическому,

скому, г, х 10-4 %, Лучшие

1 2.24 0.51

2 2.40 0.29 Удовле-

3 2.86 0.57 твори-

4 1.92 0.39 тельная

5 3.64 0.41 Неудов-

6 2.58 0.52 летвори-

7 3.67 0.69 тельная

8 2.02 0.26

Таблица 4. Оценка качества просвета исследуемых образцов

Композиционный состав, %

30% Хнр(САЦ) + 70%Л38(САЦ) 30% Хн/р(СИЦ) + 70%Л38(САЦ) 30% Хн/р(САЦ) + 70%Х40(САЦ)

30% Хн/р(СИЦ) + 70%Х42(СИЦ)

30% Хн/р(САЦ) + 70%Х32(САЦ) 70% Хн/р(САЦ) + 30%Л38(САЦ) 30% Хн/р(СИЦ) + 70%Х30(СИЦ) 70% Хн/р(СИЦ) + 30%Л38(САЦ)

60л

И § о о 50

«

« 40

н

0

1 30

<3 20 10 0

□ №4

ш

. д п. п

0,4 0,7 1 1,3 1,6 1,9 2,2 2,5 2,8 3,1 3,4 3,7 4 4,3 4,6

Длина волокна, мм

□ №8

і1я,П,П,п,я,п,

0,4 0,7 1 1,3 1,6 1,9 2,2 2,5 2,8 3,1 3,4 3,7 4 4,3 4,6

Длина волокна, мм

□ №1

н

ко

о

л

о

в

о

в

н

о

о

л

ііп,П, Ї.П.ҐІ,

н

ко

о

л

о

в

о

в

н

о

о

л

□ №5

1 я Я

1П П П П і=і 1=1

0,4 0,7 1 1,3 1,6 1,9 2,2 2,5 2,8 3,1 3,4 3,7 4 4,3 4,6

0,4 0,7 1 1,3 1,6 1,9 2,2 2,5 2,8 3,1 3,4 3,7 4 4,3 4,6

Длина волокна, мм

Длина волокна, мм

□ №3

П№7

«

0 30

<и

1 20

ло

^ 10

11Ш П п П П п

60

н о к

ло 50

о

в

о 40

в

н

о 30

о

0,4 0,7 1 1,3 1,6 1,9 2,2 2,5 2,8 3,1 3,4 3,7 4 4,3 4,6

20

10

0

Цж

0,4 0,7 1 1,3 1,6 1,9 2,2 2,5 2,8 3,1 3,4 3,7 4 4,3 4,6

0

Длина волокна, мм Длина волокна, мм

Рис. Гистограмма длины волокон в лабораторных образцах: а) лучшие образцы; б) неудовлетворительные

Были построены гистограммы длины волокон для лучших и неудовлетворительных образцов, полученных лабораторным способом (см рис.). Гистограммы для лучших образцов имеют пик, сдвинутый влево, основная часть волокон имеет длину (0.4-1.0) мм; в неудовлетворительных образцах достаточно много волокон длиной более 1 мм.

Такие же гистограммы были построены нами для лучших (.№6 и №10) и худших (.№1 и №7) образцов писчей бумаги), полученной промышленным способом. Лучшие по равномерности просвета и по качеству в целом промышленные образцы (№6 и №10) состоят на 20-30% из целлюлозы хвойных пород и на 70-80% - лиственных, имеют среднюю длину около 1 .0 мм, содержание мелкой фракции около 60%. Худшие образцы (№1 и №7) состоят на 90-95% из целлюлозы хвойных, средняя длина - 1.2-1.6 мм, содержание мелкой фракции 30-40%.

Список литературы

1. Фляте Д.М. Свойства бумаги. М., 1976. 648 с.

2. Рейзиньш Р.Э. Неравномерность листа бумаги и ее влияние на остальные качественные показатели продукции // Бумажная пром-сть. 1963. №12. С. 4-6.

3. Балмасов Е.Я. Измерение просвета бумаги // Бумажная пром-сть. 1960. №5. С. 12.

4. Вайсман Л.М. Структура бумаги и методы ее контроля. М., 1973. 150 с.

5. Глобус Ф.Е. Исследование факторов, влияющих

на хлопьеобразование волокон при изготовлении бумаги: Автореф. дис. ... канд. тех. наук. Л., 1973. 12 с.

6. Пузырев С.А., Иншаков М.Д., Балмасов Е.Я., Зо-това-Спановская Н.Ф. Испытание бумаги и картона. М., 1966. 386 с.

7. Исследование коэффициента вариации и среднего размера неоднородности для различных типов бумаги с разным качеством просвета. Анненков А.М., Галактионов Б.В., Иванова Е.И. Бумажная пром-сть. 1990. №9. С. 13-14.

8. Кейси Д.М. Свойства бумаги и ее переработка. М., 1960. Т. 2. 650 с.

9. Глобус Ф.Е. Методика исследования хлопьеоб-разования в потоке волокнистой суспензии и просвета бумаги // Химическая переработка древесины: Сб. тр. ЛТА им. С.М. Кирова. Л., 1972. С. 97-99.

10. Галактионов Б.В., Иванова Е.И., Сырников Ю.П. и др. Объективная оценка просвета бумаги // Известия С-П ЛТА, С-Пб., 1995. С. 117-131.

11. Пузырев С.С., Савицкий Е.Е., Смолин А.С., Фомина М. Л. Факторы, влияющие на просвет бумажного листа // Химия и технология бумаги: Межвуз. Сб. Л., 1978. Вып. 6. С. 116-121.

1 2. Финкельштейн Г.Э. Неоднородность бумаги и потребительские свойства // Бумажная пром-сть. 1972. №10. С. 21-22.

1 3. Финкельштейн Г. Э. Исследование неравномерности просвета бумаги и ее связи с прочностью и электрическими свойствами. Автореф. дис. ... канд. техн. наук. Л., 1 970. 1 6 с.

1 4. Бывшев А. В., Левшина В. В., Мельничук Н. М. Влияние композиционного состава бумаги на когезию ее листа // Целлюлоза, бумага, картон. 1995. №7-8. С. 18-19.

Поступило в редакцию 31.05.1999