автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.03, диссертация на тему:Улучшение эксплуатационных свойств коробочного мелованного картона из вторичного волокна

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ

УЛУЧШЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ СВОЙСТВ КОРОБОЧНОГО МЕЛОВАННОГО КАРТОНА ИЗ ВТОРИЧНОГО ВОЛОКНА

05.21 03 - технология и оборудование химической переработки биомассы дерева; химия древесины

АВТОРЕФЕРАТ

:ссртации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург-2006

Работа выполнена на кафедре технологии бумаги и картона Санкт-Петербургского государственного технологического университета растительных полимеров

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Смолин А.С.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Калинин Н.Н.

кандидат технических наук, доцент Махотина Л.Г.

ведущая организация:

ОАО «ВНИИБ»

Заи.ит= шстоится « >' ?006г р ! 1 часов на заседании диссертационного совета

Д 212.231.01 при Санкт-Петербургском государственном технологическом университете растительных попичрпоя ( 198095, г. Санкт-Петербург, ул. Ивана Черных, 4 ).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного технологического университета растительных полимеров.

Автореферат разослан « » 2006г.

Ученый секретарь диссертационного совета _

Ю Н Швецов

100£ N

92.74

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В настоящее время наиболее активно растет производство тароупаковочных материалов, в том числе с мелованным покрытием, пригодным для нанесения высококачественной печати По прогнозам потребление высококачественной мелованной продукции будет увеличиваться в Европе к 2015 г на 2,0-3,5% в год Уже в настоящее время большинство новых проектов картоноделательных машин предусматривает также в технологическом потоке меловальные установки для одно или двухстороннего мелования многослойного картона

Таким образом, в мировой бумажной промышленности прослеживается тенденция преимущественно к выпуску высококачественных видов бумаги и картона

Однако в России этому вопросу уделяется явно недостаточное внимание, что обусловлено как рядом объективных причин, в основном финансового характера, так и субъективными причинами, явной недооценкой отечественными специалистами процесса мелования значительно улучшающего качество бумаги и картона, на мелованную поверхность которых впоследствии наносится многоцветная печать

В связи с изложенным, выбор темы исследования представляется вполне актуальным и оправданным как с научной, так и с практической точки зрения. Настоящую работу можно рассматривать как определенный вклад в изучение проблем мелования картона в России с разработкой современной технологии его проведения

При этом полученные результаты являются основой как для совершенствования технологии и разработки существующих производств, повышения качества продукции, так и для исходных данных по организации предприятий по выпуску мелованных видов картона, развитие которых следует ожидать в ближайшем будущем

Цели и задачи исследования. Целью исследования является разработка научных основ технологии мелованного коробочного картона для офсетной и глубокой печати, обеспечивающей улучшение качества продукции и повышения эффективности производства

Для достижения вышеуказанной цели необходимо решение следующих задач

для мелования и уточнение технологии его получения с целью улучшения характеристик поверхности,

-определение закономерности формирования основных свойств картона-основы

-оценка влияния состава меловальных паст и характеристик минеральных пигментов, используемых для мелования, на качество поверхности и печатные свойства мелованного картона

-сравнительный анализ и оценка соответствия некоторых поверхностных характеристик мелованного картона и его печатных свойств

Научная новизна. Сформулированы и экспериментально подтверждены теоретические положения о роли композиционного и фракционного состава по слоям многослойного картона, условия формования элементарных слоев, проклейки в массе и с поверхности, наполнения покровного слоя на формирование поверхностных свойств картона-основы для мелования Теоретически обосновано влияние поверхностных характеристик картона-основы наносимых слоев меловапьной пасты по белизне, гладкости, шероховатости на печатные свойства мелованного коробочного картона

-сформулированы основы выбора минеральных пигментов для меловальных паст грунтовочного и верхнего слоя в зависимости от вида пигмента, степени дисперсности, формы частиц и белизны

-определены корреляционные взаимосвязи показателей гладкости и шероховатости мелованного коробочного картона при различных методах оценки Сформулированы причины низкой корреляции этих показателей Подтверждено влияние шероховатости по Паркеру на оптическую плотность оттиска на мелованном коробочном картоне для печати Практическая ценность. Установлена оптимальная композиция и режимы подготовки волокна покровного слоя картона-основы для формирования его печатных свойств

Показано, что композиционный и фракционный состав внутренних слоев многослойного картона-основы в большей степени определяет жесткость и другие показатели прочности, в меньшей степени поверхностные характеристики картона основы для мелования Определена роль поверхностной проклейки и влияния вида проклеивающего вещества, произведена оптимизация характеристик картона-основы для мелования Определено влияние пигментов, входящих в состав меловальной пасты на показатели белизны, гладкости и шероховатости мелованного картона для печати

Показано, что пигменты на основе карбоната кальция увеличивают белизну покрытия, на основе каолина увеличивают гладкость и снижают шероховатость поверхности мелованного покрытия Установлено, что поверхностные характеристики мелованного картона улучшаются при увеличении наноса меловальной пасты

При этом с уменьшением шероховатости картона увеличивается оптическая плотность печатных оттисков

Сформулированы рекомендации для технологического потока производства мелованного макулатурного коробочного картона для печати, выполнение которых позволит снизить себестоимость продукции и уменьшить ее отбраковку На защиту выносится

-теоретические данные о формировании необходимых для высококачественной печати поверхностных характеристик мелованного коробочного картона

-результаты экспериментальных исследований о влиянии композиционного состава и подготовки волокна покровного и внутренних слоев картона-основы на его поверхностные свойства и показатели прочности

-экспериментальные данные о влиянии минерального состава меловальных паст грунтовочного и верхнего слоя мелованного коробочного картона на печатные свойства

-результаты сравнительного анализа оценок гладкости и шероховатости мелованно! о картона, полученных различными методами, а также соответствие этих оценок и оптической плотности печатных оттисков

-рекомендации с целью снижения себестоимости продукции и уменьшение отбраковки для технологического потока производства мелованного картона для печати Апробация работы. Диссертационная работа получила положительную оценку и была внедрена на ОАО «Санкт-Петербургском картонно-полиграфическом комбинате» Публикации. По материалам диссертации опубликовано 3 печатные работы Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, методической части, экспериментальной части, теоретической части, включающей 5 разделов, общих выводов, приложений (акты производственных испытаний)

Содержание работы изложено на 124 страницах машинописного текста, включая 15 таблиц, 39 рисунков, библиография 108 наименований КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении охарактеризовано состояние проблемы, обоснована актуальность

выбранной темы исследования

В обзоре литературы проанализирована научно-техническая информация по технологии бумаги-основы и картона-основы для мелования, способам нанесения и составу меловальных паст, методам оценки качества поверхности мелованной бумаги и картона

Показано, что в литературных источниках недостаточно данных, отражающих требования к композиции слоев и специфическим физико-механическим и деформационным свойствам многослойного картона-основы для мелования различного назначения, в том числе коробочного картона на основе вторичного сырья

Отмечается перспективность облагораживания поверхности коробочного картона с целью нанесения высококачественной печати путем одно- или двухстороннего мелования При этом увеличивается доля карбонатных пигментов и синтетических связующих На основе аналитического обзора определены цели и задачи настоящей работы

В методической части охарактеризованы технологические потоки производства картона-основы и мелованного картона, приведены технические параметры используемых минеральных пнгментов (белизна, степень дисперсности).

Приведены методики оценки качества мелованного картона и его печатных свойств (гладкость, шероховатость, оптическая плотность оттисков) Экспериментальная часть состоит из трех разделов-

1 формирование поверхностных свойств картона-основы

2 влияние процесса мелования на печатные свойства картона

3 поверхностные характеристики мелованного картона и качество печати В первом разделе устанавливается влияние композиции на формирование

поверхностных характеристик картона-основы покровного и внутренних слоев и поверхностной проклейки

В табл 1,2 показано влияние степени помола волокна покровного слоя на свойства картона-основы Анализ экспериментальных данных показывает, что наиболее приемлемым диапазоном степени помола целлюлозы является 40-50 ШР

Из рис 1,2 видно, что при резком соотношении хвойной и лиственной целлюлозы жесткость и поверхностные свойства находятся на приемлемом уровне

Рис 3,4 свидетельствуют, что композиция внутреннего слоя в большей степени влияет на прочность, чем на поверхностные свойства С увеличением содержания в композиции длинноволокнистых видов макулатуры увеличивается жесткость, особенно при дозировке

20-40% и снижается шероховатость В табл 3 приведены результаты опытно-промышленной выработки мелованного картона с улучшенной подготовкой макулатуры для картона-основы Анализ результатов показывает, что улучшение качества картона-основы в части структурных и деформационных свойств положительно сказываются на показателях мелованного картона, особенно гладкости и шероховатости - важнейших печатных характеристиках

Таблица 1

Влияние степени помоля сульфитной целлюлозы (покровный слой) нп свойства , каптоня-осповы

Наименование показателя Степень помола, ШР

25 35 45 60

1 Шероховатость по Бендсену, мл\мин 980 950 910 810

2.Шероховатость по Паркеру, мкм 8,7 8,7 8,6 8,4

3.Жесткость, Нем 0,34 0,34 0,35 0,32

Таблица 2

Влияние степени помола сульфатной целлюлозы (покровный слой) ня свойства

кяртоня-основы

Наименование показателя Степень помола, ШР

25 35 45 60

1 Шероховатость по Бендсену, мл\мин 870 810 820 750

2 Шероховатость по Паркеру, мкм 6,2 6,1 6,1 6,0

3 Жесткость, Нем 0,42 0,41 0,43 0,39

П|$и оценке влияния поверхностной проклейки на свойства картона-основы для мелования установлено, что карбоксиметилцеллюлоза эффективнее катионного крахмала по впитываемости и жесткости картона-основы, но уступает катионному крахмалу по снижению шероховатости Результаты представлены на рис 5-8

Сульфатная хвойная беленая целлюлоза, %

Рис 1 Влияние композиции покровного слоя на жесткость многослойного картона

20 40 60 80

Сульфатная лиственная беленая целлюлоза,%

100

Рис 2 Влияние композиции покровного слоя на поверхностные свойства многослойного картона

Во втором разделе экспериментальной части помещены результаты использования в качестве пигментов меловальной пасты опытных и промышленных образцов каолина и карбоната кальция Результаты как опытных, так и промышленных образцов показывают, что пигменты на основе карбоната кальция придают картону более высокую белизну, пигменты на основе каолина - лучшие поверхностные и печатные свойства Опытно-промышленные выработки подтвердили результаты лабораторных исследований

10 20 30 40 50 60 Содержание МС 5-Б, %

70

80

90

Рис 3 Влияние композиции внутреннего слоя на жесткость картона-основы

Содержание МС 5-5,5".

Рис 4 Влияние композиции внутренне! о слоя на шероховатость картона-основы для мелования

В третьем разделе экспериментальной части помещены результаты исследований взаимосвязи показателей гладкости и шероховатости, определенных различными методами, а также влияние этих показателей на качестпо печати Хотя в целом более гладкие образцы картона имеют меньшую шероховатость, степени корреляции весьма невелики

Вероятнее всего причина этого явления связана как с микро неровностями картона, различным образом контактирующими с датчиками приборов измерителей, так и с принципом действия самих приборов, особым образом реагирующих на колебания профиля образцов Чем выше гладкость и ниже шероховатость мелованного картона, тем выше оптическая плотность оттисков

Таблица 3

Влияние оптимизации подготовки макулатуры на свойства кар гона-основы и мелованного

картона

Вид картона Картон-основа Мелованный картон

Жесткость поперечное направление, Н см Объемная масса, г\смЗ Энергия связи, дж\см2 Жесткость поперечное направление, Н см Объемная масса, г\смЗ Гладкость, Сек Шероховатости, мл\мин

1 Картон по регламенту 0,21 0,78 130 0,23 0,88 140 85

2 Опытный картон 0,25 0,74 145 | 0,26 1 0,86 220 61

I

0 1 2 3 4 5

Концентрация раствора крахмала и КМЦ,%

-Крахмал Райсзмюл-4061

!

- карбокс/лцеллюлоза- I Финфикс-30 |

Рис 5 Влияние расходов реагентов на впитываемостъ по Коббу (по покровному слою)

В теоретической части работы сформулированы основные положения формирования требуемых характеристик картона-основы для мелования, а также мелованного картона для печати

0 12 3 4

Концентрация раствор«) крахмала и КМЦ,%

Рис 6 Влияние расходов реагентов на жесткость картона основы

концентрация раствора крахмала и КМЦ/А

Рис 7 Влияние расходов реагентов на шерохиваюсть ли Бвндтсену

В производстве карт она для мелования выделены характерные моменты

- многослойное формование.

- композиционные составляющие,

- фракционирование макулатуры,

- условия проклейки и нанесения

Проанализировано влияние выделенных процессов на характеристики картона-основы белизны, гладкости, жесткости, равномерной макроструктуры В процессе мелования происходит выравнивание поверхности картона и улучшение восприятия его пигментной краской На рис 9,10 показаны изменения белизны и оптической плотности оттисков в зависимости от вида пигментов в меловальной пастс

0 12 3 4

Концентрация растворов крахмала и кмц.%

Рис 8 Влияние расходов реагентов на шероховатость по Паркеру

Таблица 4

Свойства промышленных образцов пигментов для мелования

Наименование 60 90 90 4-90 КПФ-90 БРБ

показателей

Химическая СаСОз СаССЬ каолин СаСОн каолин каолин

природа М§СОз

Т?елична,% 93,0 94.5 87.5 88.0 87,0 86,0

Содержание,%

< 2 мкм 60 90 96 90 90 98

<1 мкм 38 62 75 55 50 80

Нус!госагЬ50 Нус1госагЬ90 Нуйгодики-ЭО 1--90 КПФ-Эи ЭРЭ

Вид пигмента

Рис 9 Изменена белизны в зависимости от вида пиментя (беч оптического отбеливателя)

л з

С Вид пигмента

Рис Ю.Изменение оптической плотности в зависимости от вида пигмеи га в меловальной пасте

Шероховатость по Бендтсену. мл\мии

Рис 11.Взаимосвязь между показателями шероховатости по Бендтсену и гладкости по Бекку

Для характеристики мелованных видов бумаги и '.гртона используется комплекс показателей, в основе которых лежат характеристики структуры мелования поверхности, определяющие печатные свойства Проанализировано влияние на структуру мелованной поверхности свойств пигментов и связующих Предложено объяснение различного влияния пигментов на гладкость и оптическую плотность оттисков мелованного картона, связанных с более высокой гидрофильностью каолиновых пигментов Опытно-промышленные выработки подтверждают результаты экспериментальных работ В целом, комплекс мероприятий связанных с уточнением технологии подготовки массы, составлением композиции, формированием многослойного картона, составом меловальной пасты, процессом мелования способствует повышению качества мелованного картона для печати, повышенной экономической эффективности и уменьшению отбраковки, что является стимулом для реализации выводов и рекомендаций, взятых из содержания диссертационной работы

250

20 40 60 80 100 120

Шероховатость по Бендтсену,мм

Рис 12 Взаимосвязь между показателями шероховатости по Паркеру и глад кости по Бекку

о с л

21 я -о>> о &

X® о х

ф я 3е

30

25

20

15 10

20 40 60 80 100 120 Шероховатость по Бендтсену, мл\мин

Рис 13 Взаимосвязь между показателями шероховатости Паркеру и Бендтсену

о х

I-

о с с к

2

о ф

г

5 I-с О

Рис

1.8 1.6 1.4 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2

I

0 50 100 150 200

Гладкость по Бекку.сек 14 Влияние гладкости по Бекку на оптическую плотность оттиска

о ф

у 5

Ё О

2 1.8 1.6 1.4 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0

0.5 1 1.5 2

Шероховатость по Бендтсену, мкм

2.5

Рис 15. Влияние шероховатости оп Бендтсену на оптическую плотность оттека

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

На основании результатов лабораторных исследований и опытно-промышленных выработок можно сформулировать следующие выводы и рекомендации

1 Показано значительное влияние покровного слоя на поверхностные свойства картона-основы для мелования Оптимальные значения степени помола целлюлозы для покровного слоя - 40-50 ШР, состав 30-50% хвойной беленой целлюлозы, 50-20% лиственной беленой целлюлозы

2 Внутренние слои многослойного макулатурного картона в большей степени определяют показатели прочности картона (жесткость), в меньшей степени поверхностные характеристики картона-основы.

3 Установлено эффективное распределение различных марок макулатуры с точки зрения поверхностных свойств и жесткости картона Наилучшие результаты достигаются путем фракционирования макулатуры

4 Показано положительное влияние поверхностной проклейки на жесткость картона и его поверхностные свойства. При этом карбоксиметилцеллюлоза способствует более высоким показателям прочности, а катионный крахмал- лучшим поверхностным характеристикам

5.Определено влияние пигментов, входящих в состав меловальной пасты на показатели гладкости, шероховатости и белизны мелованного картона для печати Пигменты на основе карбоната кальция увеличивают белизну покрытия, на основе каолина - увеличивают гладкость и снижают микрошероховатость поверхности мелованного слоя

6 В результате сравнительных испытаний показана пригодность для мелования картона более дешевыми, чем европейские образцы, пигментов КПФ-90 (каолин Украина), Л-90 (карбонат кальция, Россия)

7 Установлено, что поверхностные характеристики мелованного картона улучшаются при увеличении наноса меловальной пасты При этом с уменьшением шероховатости картона увеличивается плотность печатных оттисков

8 Показано отсутствие корреляции между показателями гладкости и шероховатости мелованного картона в исследуемом диапазоне значений В то же время установлена достаточно тесная зависимость печатных свойств от шероховатости мелованного картона по Паркеру

9 Работа прошла опытно-промышленное внедрение на ОАО «Санкт-Петербургском картонно-полиграфпчсском комбинате с экономическим эффектом 301 500руб /мес или 3618000 руб Л од

Рекомендации для технологических потоков мелованного картона для печати:

1. Для повышения равномерности картона-основы и улучшения его поверхностных характеристик целесообразно осуществление следующих технологических приемов: -многослойное формование макулатурного картона

-использование в композиции покровного слоя максимально возможного количества лиственной целлюлозы и наполнителя -фракционирование макулатурной массы -нейтральный способ проклейки и наполнения.

2. Для поверхностной проклейки с целью улучшения поверхностных характеристик желательно использование катионного крахмала.

3. В процессе мелования для предварительного, грунтовочного слоя в составе меловальной пасты возможно увеличение пигментов на основе карбоната кальция , для верхнего слоя - в основном использование пигментов на основе каолина.

4. Для улучшения экономических показателей производства использование более доступных и дешевых пигментов производства России и Украины.

5. С целью повышения объективности контроля целесообразно использование для оценки шероховатости картона прибора Паркера, показатели которого имеют более тесную корреляцию с печатными свойствами.

В настоящее время на ОАО СПбКПК внедрены следующие рекомендации:

• внесены изменения в технологические карты по композиции покровного и внутренних слоев и по степени помола покровного слоя.

• показатель микрошероховатости по Паркеру внесен в технические условия.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1.Ильин A.A., Смолин A.C. Процесс мелования и гладкость мелованного картона \\ Химия и технология бумаги: Межвуз.сб. науч.трЛСПбГТУРП. - СПб.,2001 .-с.25-27.

2.Ильин A.A., Смолин A.C. Влияние картона-основы на печатные свойства мелованного картона \\ Химия и технология бумаги: Межвуз.сб. науч.тр.\СПбГТУРП-СПб.,2001.-с.28-30.

3. Смолин A.C., Ильин A.A. Подготовка макулатурной массы и печатные свойства мелованного картона (тезисы)\\ Научно-практическая конференция «Современная технология и оборудование для подготовки массы при производстве бумаги и картона», 2002.- с. 22-24.

»

I*

fi

л

дообА

№- 9 2 74

ВВЕДЕНИЕ.

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

1.1. Требования к бумаге-основе и картону-основе для мелования.

1. 2. Технология нанесения и состав меловальных паст.

1.3. Характеристики и методы измерения качества поверхности мелованной бумаги и картона.

1.4. Выводы по обзору литературы и задачи исследования.

2 МЕТОДИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ.

2.1. Характеристика технологического потока производства картона-основы.

2.2. Меловальная установка и основы технологии мелования.

2.3. Характеристика компонентов меловальной пасты.

2.3.1. Используемые пигменты.

2.3.2. Используемые связующие.

2.4. Методы оценки качества мелованного картона и его печатных свойств.

2.4.1. Определение гладкости по Бекку.

2.4.2. Определение шероховатости по Бендтсену.

2.4.3. Определение поверхностной шероховатости по Паркеру.

2.4.4. Определение вязкости по Брукфильду.

2.4.5. Получение стандартных оттисков.

2.4.6. Определение оптической плотности.

2.4.7. Определение белизны.

Роль выбора направления прикладных исследований в условиях перехода отечественной целлюлозно-бумажной промышленности к рыночным отношениям существенно возрастает. Неправильно выбранная тема не позволит реализовать результаты исследований в промышленности, а, следовательно, практическая значимость работы будет равна нулю.

Исходя из реально сложившихся в стране экономических условий, при выборе направления исследований, но нашему мнению, целесообразно учитывать следующие соображения: разработка новых и совершенствование существующих технологических процессов бумажно-картонного производства не должны требовать больших капитальных затрат и инвестиций; исследования должны носить комплексный характер; результаты исследований должны быть применимы к наиболее массовым видам продукции, пользующимся устойчивым спросом на внутреннем и внешнем рынках; наряду с научной новизной результаты исследований при их освоении в промышленности должны существенно повышать качество продукции, снижать ее себестоимость, а также быть экологически безопасными.

В настоящее время в нашей стране и за рубежом наиболее активно растет производство бумаги для печати, а также тароупаковочных видов бумаги и картона. Эти виды продукции пользуются постоянным и устойчивым спросом, как на внутреннем, так и на внешнем рынках.

Наиболее употребляемой бумагой для печати журналов офсетным способом, а также, брошюр и каталогов, является мелованная бумага с массой не более 60 г/м при массе покрытия 7,5 г/м2 на каждую сторону бумажного полотна. Выпуск такой бумаги достигает 47 % от выпуска в мире всех разновидностей мелованной бумаги [1]. Конкурентом этой бумаги является суперкаландрированная немелованная бумага массой 40-80 г/м2 (чаще 45-52 г/м2) и белизной 68-71% iso с содержанием 65-75% механической древесной массы и зольностью 15-25%. По одним данным мелованная бумага дороже немелованной на 20 % [2], по другим - на 10% [3], что объясняется, очевидно, различными условиями мелования.

По прогнозу [4] потребление немелованных высококачественных видов бумаги в Европе к 2005 г. будет увеличиваться примерно на 2-3 % в год, а высококачественной мелованной - на 3,3 %.

В работе [5] посвященной созданию картоноделательных машин будущего указывается на обязательное наличие в составе КДМ установок для одно- и двухстороннего мелования многослойного картона с массой 160-400 г/м2 на рабочих скоростях 600-1000 м/мин.

Таким образом, в мировой бумажной промышленности совершенно отчетливо прослеживается тенденция к преимущественному выпуску высококачественных мелованных видов бумаги и картона.

Однако в России этому вопросу уделяется явно недостаточное внимание, что обусловлено как рядом объективных, в основном финансового характера, так и субъективными причинами - явной недооценкой отечественными специалистами процесса мелования для значительного улучшения качества бумаги и картона, на поверхности которых впоследствии наносится одно- и многоцветная печать.

В подтверждение этого можно указать на, практически полное отсутствие в последние годы, серьезных исследований в области мелования бумаги и картона и опубликованных отечественными авторами работ на эту тему, последняя из которых выпущена А.И. Бонаревым в 1985 г [6].

Результаты изучения и анализа зарубежной научно-технической литературы, напротив, указывают на значительный интерес их авторов к проблемам мелования бумаги и картона.

Большинство исследований направлено на разработку требований и технологий производства основы для мелования бумаги и картона; требований к составу мелованных паст, с учетом проведения процесса мелования на скоростях 1200-1500 м/мин и совершенствования методов контроля качества, как самих паст, так и покровного слоя.

В связи с изложенным выбор темы исследования представляется нам вполне актуальным и оправданным как с научной, так и с практической точек зрения.

Настоящую работу можно рассматривать как определенный вклад в преодоление некоторого отставания в изучении проблем процесса мелования бумаги и картона в России с разработкой современной технологии его проведения.

При этом полученные результаты являются основой как для совершенствования технологии и повышения качества существующих производств, так и для исходных данных по организации предприятий по выпуску мелованных видов бумаги и картона, развития которых в России следует ожидать в настоящее время.

На защиту выносятся:

- теоретические данные о формировании необходимых для высококачественной печати поверхностных характеристик мелованного коробочного картона;

- результаты экспериментальных исследований о влиянии композиционного состава и подготовки волокна покровного и внутренних слоев картона-основы на его поверхностные свойства и показатели прочности; экспериментальные данные о влиянии минерального состава меловальных паст грунтовочного и верхнего слоя на поверхностные и печатные свойства мелованного коробочного картона;

- результаты сравнительного анализа оценок гладкости и шероховатости мелованного картона, полученных различными методами, а также соответствие этих оценок и оптической плотности печатных оттисков;

- рекомендации с целью снижения себестоимости продукции и уменьшение отбраковки для технологического потока производства мелованного коробочного картона для печати.

1.ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

5.ВЫВ0ДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ.

На основании результатов лабораторных исследований и опытно-промышленных выработок можно сформулировать следующие выводы и рекомендации.

1. Показано значительное влияние покровного слоя на поверхностные свойства картона-основы для мелования. Оптимальные значения степени помола ■ ■ > целлюлозы для покровного слоя - 40-50 °ШР, состав - 30-50 '% хвойной беленой целлюлозы, 50-70 % Лиственной беленой целлюлозы.

2. Внутренние слои многослойного макулатурного картона в большей степени определяют показатели прочности картона (жесткость), в меньшей степени поверхностные характеристики картона-основы.

Установлено эффективное распределение по слоям различных марок макулатуры с точки зрения поверхностных свойств и жесткости картона. Наилучшие результаты достигаются путем фракционирования макулатуры.

Показано положительное влияние поверхностной проклейки на жесткость картона и его поверхностные свойства. При этом карбоксил этил целлюлоза способствует более высоким показателям прочности, а катионный крахмал - лучшим поверхностным характеристиками.

5. Определено влияние пигментов, входящих в состав меловальной пасты, на показатели гладкости, шероховатости и белизны мелованного картона для печати. Пигменты на основе карбоната кальция увеличивают белизну покрытия, на основе каолина - увеличивают гладкость и снижают шероховатость мелованного покрытия.

6. В результате сравнительных испытаний показана пригодность для мелования картона более доступным дешевым, чем европейские образцы, пигментов КПФ-90 (каолин, Украина) и LD-90 (карбонат кальция, Россия). ,

7. Установлено, что поверхностные характеристики мелованного картона улучшаются при увеличении количества меловальной пасты. При этом с уменьшением шероховатости картона увеличивается оптическая плотность печатных оттисков.

8. Показано отсутствие корреляции между показателями гладкости и шероховатости мелованного картона в исследуемом диапазоне значений.

В то же время установлена достаточно тесная зависимость печатных свойств от шероховатости мелованного картона по Паркеру.

Рекомендации для технологических потоков мелованного картона для печати:

Для повышения равномерности картона-основы и улучшения его поверхностных характеристик целесообразно осуществление следующих технологических приемов: многослойное формование макулатурного картона; использование в композиции покровного слоя максимально-возможного количества лиственной целлюлозы и наполнителя; фракционирование макулатурной массы; нейтральный способ проклейки и наполнения.

Для поверхностной проклейки с целью улучшения поверхностных характеристик желательно использование катионного крахмала.

В процессе мелования для предварительного, грунтовочного слоя в составе меловальной пасты возможно увеличение пигментов на основе карбоната кальция, для верхнего слоя - в основном использование пигментов на основе каолина.

Для улучшения экономических показателей производства использование более доступных и дешевых пигментов производства России и Украины.

С целью повышения объективности контроля целесообразно использование для оценки шероховатости мелованного картона прибора Паркера, показателя которого имеют более тесную корреляцию с печатными свойствами.

1. Фляте Д.М. Направления развития производства бумаги для письма и печати: Обзор. Информ,- М.: ВНИПИЭИЛеспром, 1990-44 с.

2. Laakirschen РМ 10 showsgaith in SC. «Pulp and Paper ynternational» 1988 № 11, p. 57, 59-60.3L Hooper Y.Y. Coateol Pigments at the sizepress Paper and Board.

3. Pulp and Paper of Canada» 1999, №12, p. 121-126.4Пономарев О.И. и др. Современное состояние целлюлозно-бумажного производства в ведущих странах мира. Обзор информ. (Целлюлоза, бумага и картон. Выпуск 14), м.ВНИПИЭИЛеспром, 1991 -50 с.

4. Вассерман А. Картоноделательные машины будущего. «Целлюлоза, бумага, картон» 1990 № 7-8, с.34 - 36.

5. Бондарев А.И. Производство бумаги и картона с покрытием. Учебное пособие для профтехучилищ. М.: Лесная промышленность, 1985-192с.

6. Фляте Д.М. Технология бумаги, Учебник для вузов. М.: Лесная промышленность, 1988-440с.8Patrick А.С. Gane and Ohilip Watters. Factors influencind the runnability of coating colors at highspeed. Tappi Yournal, May 1992, Vol.75, No 5. P.61 -73.

7. Phipps Y.S. The effects of reeycling On Paper Stregth. Winner Of the julyns Grant Prize essay and published in Paper Technology, 1994, vol.35, S'6, p.3440.

8. Williams A.A., Preston J.S. Properties Of struchured coatings, Tappi Coatigs Conferenss, May 1990, p.142 151.1..BownR. Ands.a. Fullstoffe giir sc-zeit-schriftenpapier flir Qffset. Wochenblatt fiir Papierfabrikation, 1999, № 7, p.298 - 302.

9. Trinh D.T. and Crotogino R.H. the Analysis of Carbon in pulping liguons using an automatic colotimetric methou J.of Pulp and Paper Science - 2001, №13, № 4 - p.l 16

10. Хойер Д. Производство картона. Перевод с немецкого Б.М. Гуткина.М: Лесная промышленность. 1977-384 с.

11. Bown R. Paper filler review: four case stuudies. ИК Paper Conference, 3-5 March, 2001 - p.l-7c.

12. Champion J.V., Cate L.F., Meeten G.H., Wood P.R. Rheo-optics of concentrated kaolinite suspensions Colloids and Surfaees, A.Physicochemical and Enginetring Aspects 111, 1996 , p.223 - 229.

13. Rogan K.R. Adsorption of oleic acid and triolein onto various . minerals and surface treated minerais. Colloid and Poiymer Seience, 1994, №272, p.82-98.

14. ГТБондарев А,И., Гадаушвили B.M. Комбинированные упаковочные материалы на основе бумаги и картона. М. Лесная промышленность. 1988 - 53 с.

15. Qneill G.P. Carbonates in Coating U.K. Paper Conferencl,3-5 March, 2003r., p.20.

16. Climpson N.A.,Hill R.D. The Application of x-ray microanalysis mapping to paper -SPCI Conferencl, Stockholm, 6-10 April, 1987, p.l 1-12.

17. Bown R. High gloss woodfree paper, Mead Coip, 14-th May, 1987, p.21-24.

18. Gane P.A.C. LWC and SC Applications: Coatig Structural Analgsis, Stora / Holmens Seminar, 1987, p.3 8.

19. Фляте Д.М. Свойства бумаги. M: Лесная промышленность, 1986. - 680 с.'

20. Аким Э.Л. Обработка бумаги. М: Лесная промышленность, 1979. - 232 с.

21. Легоцкий С.С, Лаптев Л.Н. Размол бумажной массы. М.: Лесная промышленность, 1981-94 с.

22. Gane Р.А.С. Factors influencing the gloss of lightweight coated papers.- Stora / Holmens Seminar, 1987, p.40 48.

23. Bown R. Coating thickness analysis an evaluation by coating profiiometry of interactions between coating colour and base paper. PTS Coating symyrosium, Munich 15 -18. Sept, 1987, p. 15-25.

24. Комаров В.И. Деформативность целлюлозно-бумажных материалов. Дисертация в виде научного доклада на соискание ученой степени д.т.н.-С.П.-1999, 72 стр.

25. Beazley К.М. Mineral fillers of paper.- The paper conservator, 1991, Vol.15,p.17-28.

26. Gane P.A.C, Hooper J.J. The influence of furnish content on formation and basesheet profile stability during coating.- Tappi J. September, 1991, -p.193 201.

27. Смолин А.С. Межволоконные связи и микроструктура бумаги и картона. Дисс. На соиск.учен. ст. докт.техн. наук. СПб: СПб ГТУ РП, 1999-57с.

28. Bown R. The optikal properties of lined and Coated board: notes from the use Of Kubelkg-Munk analysis of brightness and mottle.- SCA Sweden, 1988, Р1.Ш-12&

29. Gate L.F.(A) Coating asperets (B) White liner brightness. 2nd Tako feehical seminar, Finland, 7th May, 1987, p.48 - 65.

30. Cate L.E. The calcblations of the optical properties of board, 2nd Tako technical seminar, Finland, 7th May, 1987, p.65 - 78.

31. Шамко B.E. Полуфабрикаты высокого выхода. M. Лесная промышленность, 1989. -320с.

32. Леман X., Рихтер Л. Материалы для переработки бумаги. М: Лесная промышленность. 1984- 248с.

33. BaiIey D.E., Gane Р.А.С. Double coating.- 4 th ECCI Paper confertnce, St Austell, 3-5 March, 1987,p. 182- 194.

34. Bown R. Filler and pigments for eciropean papers in the 1990г. PO Goliath Conferense 1989,p.181 -203.

35. Kenney M.C. A computerized methou to test compressional variatian in a Paper Sheet. -J.of Pyip and Paper Science. 1987.V13-N3, p.82 - 87.

36. Чекунин B.H. Новое оборудование для нанесения покрытий. Экспресс-информ. Заруб.опыт (целлюлоза, бумага и картон: Выпуск 10),-М. ВНИПИЕЭИЛеспром, 1987 с.2 - 11.

37. Beaziey К.М. Developments in surface coating a literatura review.- Jn Collabaration with the PIRA information service. 1991, - 87p.

38. Drage G. Resources for the Paper Jndustry-Paper.-1989, v.211, №2, p.28 29.'4LStoft R. Coated paper and board. Enhancing the value of paper swedich Pulp and Paper Journal.-2000, №1, p.36-38,43.

39. Worldis largest L W S machine forKaipola-«Puip and Paper .International".- 1987,2,p.40-41.44Roper III J.A. u.s.a. Observationg and proposed mechanism of misting on highspeed mefered size press coaters -Pulp and Paper of Canada.- 1988, №11, p.20 21.

40. Граймель P. От компетентности к4 5 успеху.-Целлюлоза, бумага и картон.-1998, №9-10, с.7 0 72.

41. Bailey D.E. Gane Р.Н.С. Double Coatibg.-4th ECCI Paper conference, St.Austell, 3-5 March, 1987,-p.l41 -162.

42. Bown R., bailej D.E. The use of pigments at the size press a europeen view.- TAPPI papermakers conference, Atlanta, 1990, p. 117 - 126.

43. Magenity P.M. High speed runnability of blade coaters. Paper Technology. -1992, april, p. 14-18.

44. McGenty P.M. The role of gewatering in the blate eating of paper. The filtration societys suttle awared, May 1994, p.73 - 76.

45. Gane P.A.C, Hooper J.J. The influenee of coating structure on rotogravnre print gloss and Print density. Paper Techology, 1998, №5, p.16-30.

46. Gate L.F. A new technigue for measuring the surface structure of coating and printed paper. -Aticela conference, Jtale, 1992, p. 18 19.

47. Preston D.J., McGenty, Husband J.C. The use of reological technigues, in the stuoly of interactions between components of Paper coabing. Proc. Coabing technology symposium. Bradford, 1992,p.l00-105.

48. Husband J.C, Adams J.M. Shear induced aggregation of carboxylated polymer latices.- Colloid and polymer science, 1992, №270, pp.1194 1200.

49. Husband J.C, Adams J.M., Jnteractions in glexy based rotogravure coating colours, Norolic pulp and paper J.,1998, №4, p.p.56 61.

50. Gane P.A.C, Watters P., Pigment particle orientation: an analysis of the ohhortunities for optimising blade coatez runnability and coated sheet properties.-JNSKO international symposium on pigment coating structyre, helsinki, 1989, p.77 84.

51. Gate L.F., Preston J.S. The specular reflection and surface struuucccture Of emulsion paint films.- Submitted to surface coating interna. Honal, May 1995, p.p.l 18 131.

52. Rogan K.R. The variations of the configurational and solvency properties of low molecular.- Colljid and Pulymer Sci, 1995, №273, p.p.364 369.

53. Elton N.J., Solt P.D. Partirle statistics in guantitativ powder x-ray diffractometry,

54. Powd.Diffr. June 1996, №11, V2, p.p.15 21.

55. Elton N.J., Salt P.D.,Adams J.M. Determikations of guartz ig kaolins by x-ray powder diffractometry.- Analitica chimia Actf,1994, №286, p.p.34 47.

56. Hoper J.J. An image analysis technicue for the measuremtnt of optical flourescence distribution in paper.- Presented at IFP, Darmstaolt, Germany,September 1993, p.p.82 -87.

57. Манфред А. Природный карбонат кальция в мелованных бумаге и картоне.-Симпозиум фирмы «ОМИА»(австрия) в Гипробуме, С.-Петербурге, 15-16 мая, 2001,с.17-23.

58. Cowling R.D. The influence of coating pigmtnts on the properties of coacfed paper.- Assoc. Brazilian cellulose and'paper manufacturers, Sao Paolo, 1987, p.p.64 70.

59. Williams A.A., Preston J.S. Calcined Clay in Paper Coating.- SFTI coating proceedings, Stockhlm,1988, p.p. 15 21.

60. TO.Cowling R.D. Le Kaolin.- CTP Grenoble,October2003, p.p.l 17 125.

61. Adams J.M., Bleakley J.S., Hiorns A.G. Porous materials in paper coating and filling.- For presen the Paper industry, Stockholm, Augnst 1993,p.p.l8 -26.

62. Bown R. The Effect of Filler particle seire on filler retention.- PIRA Seminae PB/SM/7 retention aspercts of net and chem.- 1989, p.p.77 84.

63. Тисленко В.В. и др. Использование карбоната кальция в при производстве бумаги в нейтральной и щелочной средах: Обзор.информ.-М.: ВНИПИЭИЛеспром, 198 9.-е. 1 4 8 .

64. Фляте Д.М. Применение модиофицированных исполнителей в производстве бумаги: Обзор. К информ.-М: ВНИПИЭИЛеспром, 1989, с.1 3 6.

65. Andeson Т. С. Junko A.L. СаСОз Aillers: selection usa in alkoline papermaking systems.- Pulpand and Paper, 1983, №10, c.82 85.

66. Laufman M. u.s.a. Ubefsicht and aktuelle Details zur alkalisehen bzw nentralen Papierhersfellung mit СаСоз Wochenblaf fur Papierffabx.- 1985, -113, №6,c.209 220.

67. Plasted R.M., Newbeny V.F., Hassll M.V. Astuoly of precoat pigments in double coated paper and Board.- TAPPI, 1998, September, p.143 151.

68. Hiorns A.G. Mineral pigments jf coatings paper and Boarjf USA.-Pulp and Paper. 2001,- 59, c.56-57.

69. Rogan K.R. and s.a. Colloidal stability of calcite dispersion treated with sodium polacrylate.- J.Colloidpolymer Sci, 1994,272,p.p.l 175 --3,189.

70. SORogan K.R. abd s.a. Soolium polycrilate mediated dispersion of calcite.-Colloid Polym.Set.,1994, 97, p.p.97-102.

71. Drage P.G. New develoments in calzium carbonates for paper coating.- PTS Sympozium, Munchen, Germany, September. 1993, p.p.84 96.

72. Ahonen P. Tals asa coating pigmentin lieghtweight coated papers.-TAPPIJ.,1985, NOV.,p.p.28-44.

73. Раутмаа И. Тальк как фактор контроля смоляных затруднений.-Симпозиум фирмы «ОМИА» (Австрия) в Гипробуме, СПб, 15-16 мая 2001 г., с.18 26.

74. Gane Р.А.С, Seyler E.N. Some aspect of ink/paper interactions in offset printing. -Presents at IFP, Darmsbadt, Germany, September 1999, p.p.Ill 120.

75. Андреев P.M. и др. Сферические пустотелые пигменты для мелования , бумаги и картона,- Доклад специалистов фирмы «Chemoharma» во' ВНИИБе, СПб, май 1992, 12 с.

76. Пузырев С.А. и др. Технология обработки и переработки бумаги и картона.-М: Лесная промышленность, 1985.-312 с.

77. Кречетова СП. Материалы для обработки и переработки бумаги и картона.-М.:Лесная промышленность, 1990-160,с.

78. Adams J.M. Papticle size and shope effeets in materials scince: examples from polymer paper systems.-Clay minerals, 1993, №28, p.p.509-530.

79. Смоленский Д., Крумбахер Э. Химия мелованная.- Совместный доклад России и фирмы «BASF» на симпозиуме фирмы «ОМИФ» (Австрия) в Гипробуме, СПб,15.16 мая 2001 ,с.17-26.

80. Мятсила Ю. Мелование бумаги и картона с применением KMU,«Finnfix BW».- Материалы конференции на «Папфор-96», СПб, 15-18.09.1996, с.87 104.

81. Husband J.С., Adams J.M. Interactions in rotogravure coating colours coatining clay and alkali-thickening latices.- For presentation at STFI conference: Mineral .pigmentsih the Paper industry, Stockholm, August 1993, p.p.117 140.

82. Кирвисьсвиеми M. Крахмалы для мелования.- Доклад фирмы «Raisio Chemicals» на семинаре «Папфор-96», СПб, 1996 , с. 15 19.

83. Кирш А.С. CoльвaтoзaN свойства и применение,- Семинар голандской фирмы «В.А.Схолстен химические фабрики А/О», в Мосгиппробуме 19-20 сентября1987, М., 1987г. с.44 58/

84. Riebeling N.U. Improving inkjet-print ability through Surface sizing.- TAPPI J., 1994, №5,p.p.400 -411.

85. Манфред А. Мелование,- Доклад фирмы «ОМИА» на симпозиуме в Гипробуме, 15-16 мая 2001 г., СПб, 2001 , с.49 58.

86. Kettle J.P., Matthews G.P. Computer modelling of the Pore structure and permeability of pigmented coafings.-For presentation at seconol coating fundamentals symposium, Mineapolis, Minnesoota, April 30-1 May 1993, p.p. 204 -220.

87. Naydowski Ch. U.S.a. Faserabdeckund mit naturlichen Calciumcarbonat.-Ein neuer Weg.-Wochenblatt and Papierfabr., 1997, №5, c. 196.

88. Акконен Ю. Применение гипса в качестве пигмента для мелования бумаги.- Целлюлоза,бумага, картон, 2000, №1, с.28.

89. Bown R., Williams A.A. Coated newsprint.- Hylte semnnar, Sweden, 1988, p.p.56 71.

90. Plasted R.M., Bown R; Using minerals in newsprint.- For presentation at pira conference,Leatherhead,8-9 December 1993, p.p.207 215.

91. Plasten R.M., Bown R. Using minerals in newspint to xeduce costs and improve properties minerals in newsprint.- Paper Teehnology, 1995 г., Jan/Fev, p.p.36 42.

92. Ю5.Фляте Д,М. Свойства бумаги.-. Изд.4, СПб: НПО «Мир и семья-95» и 000 «Интерлайн», 1999, с.383.

93. Бумага и бумажные изделия (сборник государственных стандартов СССР).-М.: Издательство стандартов, 1986-С.426.

94. Пузырев С.А. и др. Испытание бумаги и картона. М.: Лесная промышленность, 1996, с.412.

95. Lodmark V.L. Surface Ronghness and air permeability testers.- TAPPI J., 1998, №3, p.p.56 -80.