автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.03, диссертация на тему:Влияние условий отлива на удержание наполнителя при производстве высоконаполненной бумаги

На правах рукописи

Андрианов Дмитрий Николаев:

ЛГВ ОА

ВЛИЯНИЕ УСЛОВИЙ ОТЛИВА НА УДЕРЖАНИЕ НАПОЛНИТЕЛЯ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ВЫСОКОНАПОЛНЕННОЙ БУМАГИ

05.21.03 - технология и оборудование химической переработки древесины; химия древесины

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург - 2000

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном технологическом университете растительных полимеров

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Аким Э.Л. Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Зорин И.Ф.

кандидат технических наук, с.н.с Лаптев Л. Н.

Ведущее предприятие: ОАО Красногородская Экспериментальная Бумажная Фабрика

нии Диссертационн 163.24.01 при Санкт-Петербургском

государственном технологическом университете растительных полимеров по адресу:

198095, Санкт-Петербург, ул. Ивана Черных, д.4.

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

Защита состоится

2000 г. в

часов на ааседа-

Автореферат разослан

к

ноября 2000 г.

Ученый секретарь Диссертационного Совета

Ю.Н. Швецов

ОБЩАЯ ХАРАКРЕТИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В Санкт- Петербургском технологическом университете растительных полимеров проводятся исследования, направленные на создание высоконаполненых видов бумаги, используемых в качестве лицевого слоя декоративно-конструкционных материалов, а также современных носителей информации.

В настоящее время использование высокодисперсных наполнителей в сочетании с высокоэффективными проклеивающими и удерживающими агентами позволяет получать материалы, которые по праву могут быть отнесены к классу органоминеральных целлюлозных композиционных материалов (ЦКМ). При этом одной из наиболее сложных проблем получения ЦКМ по бумагоделательной технологии является проблема направленного регулирования взаимодействия ингредиентов бумажной массы и создание единой непрерывной структуры композита.

В связи с вышеизложенным актуальным является исследование влияния условий отлива на удержание наполнителя при производстве высоконаполненной бумаги.

Диссертационная работа является частью исследований, ведущихся в соответствии с Российской научной подпрограммой «Комплексное использование древесного сырья».

Цель работы и Задачи исследования. Целью настоящей работы явилось изучение возможности повышения степени удержания сложного наполнителя и его ингредиентов при производстве высоконаполненных видов бумаги.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

• Теоретически обосновать введение в систему «целлюлозное волокно-наполнитель» полимерного многофункционального реагента -полиаминоамидоэпихлоргидриновой смолы (ПААЭС) - в условиях кислой и нейтральной среды.

• Разработать технологию высоконаполненной декоративной бумаги для имитации ценных пород древесины, обеспечивающую благодаря одновременной реализации ряда механизмов, максимальное удержание наполнителя и равномерное распределение сложного наполните-

ля в целлюлозной матрице; тем самым исключить раЗнооттеночность бумаги, а также обеспечить высокий уровень пропиточных и прочностных свойств бумаги в сухом и влажном состоянии.

• Провести сравнительный анализ свойств наполнителей на основе природного и химически осажденного карбоната кальция.

• Сопоставить процессы наполнения и внутримассной проклейки в нейтральной среде с использованием традиционной и новой проклеивающей системы.

• Разработать рекомендации для апробации результатов исследования в промышленности.

Научная новизна - Теоретически обоснована технология получения высоконаполненной бумаги при использовании одно- и многокомпонентных наполнителей при отливе в кислой и нейтральной средах. Экспериментально доказано, что использование многофункционального полимерного реагента - полиаминополиамидоэпихлоргидриновой смолы, играющей роль удерживающего и: сшивающего агента, обеспечивает одновременную реализацию ряда механизмов удержания и образование пространственной сетки. В результате повышается удержание наполнителей различной природы и прочность бумаги во влажном состоянии .

Практическая ценность. Разработана экологически безопасная технология декоративной бумага для имитации ценных пород древесины, обеспечивающая следующие преимущества по сравнению с традиционной:

• Выравнивание степени удержания ингредиентов сложного наполнителя с одновременным повышением удержания сложного наполнителя на 8-10 %, что исключает разнооттеночность бумаги.

• Стабильный и высокий уровень пропиточных и прочностных свойств бумаги-основы, необходимый для безобрывной высокоскоростной пропитки водным раствором поликонденсационной смолы.

Реализация работы в промышленности. На бумагоделательной машине №3 ОАО "Красногородская ЭБФ" проведена опытно-промышленная выработка декоративной бумаги для имитации текстуры ценных пород древесины массой 1м2, равной 110 и 130 г.

Публикации■ По теме диссертации имеются 2 публикации.

Объем диссертации. Диссертационная работа представлена на страницах машинописного текста, включает рисунков, таблиц, -1- приложении.

Структура работы. Диссертация состоит из введения, литературного обзора, методической и экспериментальной части, выводов, перечня литературы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность рассматриваемой проблемы, сформулированы цель работы и задачи исследования.

В литературном обзоре рассмотрены основные вопросы, связанные с особенностями процессов наполнения и внутримассной проклейки в кислой и нейтральной среде. Показана также актуальность разработки высококачественной декоративной бумаги и новых видов бумаги для офисной техники. На основании анализа литературных данных показано, что важнейшей задачей при производстве высокона-полненных видов бумаги является максимальное удержание наполнителя, а при использовании многокомпонентных наполнителей - обеспечение равномерного распределения всех его компонентов в целлюлозной матрице.

Во второй главе описаны объекты и методы исследования. В качестве наполнителей при получении декоративной бумаги использовались диоксид титана, каолин и железоокисные пигменты - красный (КЖОК) и желтый (ЖЖОК). При получении бумаги для офисной техники в качестве наполнителя применяли карбонат кальция в виде переосажденного карбоната кальция (РСС), стабилизированной суспензии природного измельченного карбоната кальция (вСС), а также их смесь. Для сравнительной оценки свойств наполненных образцов бумаги использован коэффициент изменения показателя по сравнению с соответствующим показателем контрольного ненаполненного образца, выполненного из смеси лиственной и хвойной целлюлозы. Для оценки свойств фильтрата целлюлозной суспензии и подсеточной воды использованы традиционные методики, для оценки времени обезвоживания бумажной массы - оригинальная методика. Для анализа свойств и структуры опытных образцов бумаги кроме традиционных методов ис-

пытаний использовался метол релаксации напряжений.

В третьей главе представлены результаты исследования и их обсуждение.

1. Изучение возможности улучшения качества бумаги для имитации текстуры ценных пород древесины Целью данного раздела работы являлось изучение процессов удержания ингредиентов сложного многокомпонентного наполнителя -пигментов, применяемых при изготовлении бумаги, имитирующей текстуру ценных пород древесины. Такая бумага применяется при производстве декоративного бумажно-слоистого пластика (ДБСП) и при производстве облицованных плит в мебельной промышленности.

Анализ опытных образцов декоративной бумаги для имитации текстуры ценных пород древесины массой 1 м2, равной 110, 130 и 160 г, произведенных на бумагоделательной машине №3 АО "Красно-городская ЭБФ", показал, что основным недостатком качества бумаги является ее разноотеночность, обусловленная нестабильностью процессов удержания компонентов сложного пигмента.

Декоративная бумага должна соответствовать эталону по цвету и иметь высокую укрывистость, обеспечивая "укрывание" нижележащих слоев: изготовленной из небеленых волокнистых полуфабрикатов бумаги для внутренних слоев ДБСП, или бумаги-подслоя при производстве облицованных плит. Эстетические свойства декоративного материала определяются содержанием и равномерностью распределения диоксида титана и железоокисных пигментов, а введение каолина необходимо для придания бумаге оттенка, соответствующего эталону.

Степень удержания (СУ) пигментов зависит от многих факторов, а в данном случае, в первую очередь, определяется удержанием ингредиентов сложного пигмента. Учитывая, сложный многокомпонентный характер вводимых наполнителей, различие их поверхностных свойств - в частности, величины и знака заряда, в данной работе в качестве агента удержания использовался многофункциональный полимерный реагент - полиаминополиамидоэпихлоргидриновую смола (ПААЭС) марки "Кюмене-709" в количестве 0,7 % от а.с.волокна. Эффективность ПААЭС сопоставлялась с эффективностью традиционной системы удержания, включающей алюмоаммонийные квасцы (коагулянт)

и полиакриламид (флокулянт).

Для проведения исследования совместно размалывали смесь сульфатной беленой лиственной и хвойной целлюлозы при соотношении, равном 2:1. Степень помола целлюлозы - 20 °ШР. Далее вводили пигмент в количестве 25 % от а.с. волокна.

Влияние условий отлива на степень удержания сложного наполнителя и его ингредиентов

68

11

58

32^31

53

.О!

6

5а^

6%4б%1

II

5С

□ ТЮ2 ЕЗЖЖОК СИОКОК □ каолин □ сложный наполнитель

1. Волокно + наполнитель

2. Волокно + наполнитель + МЛФС + коагулянт

3. Волокно + наполнитель + коагулянт + флокулянт

4. Волокно + наполнитель + МЛФС + коагулянт + флокулянт

5. Волокно + наполнитель + ПААЭС + коагулянт

6. Волокно + наполнитель + ПААЭС + коагулянт + флокулянт

Рис. 1

В связи с тем, что декоративная пропиточная бумага должна обла-

дать достаточно высоким уровнем прочности во влажном состоянии (не менее 8 Н) , исследовалось влияние введения влагоупрочняющего реагента и системы удерживающих агентов на степень удержания. При этом в качестве влагоупрочняющих реагентов использовали традиционный для данной технологии солянокислый раствор меламиноформаль-дегидной смолы (МЛФС) в количестве 3,0 % от а. с. волокна, и предложенный в данной работе — полиаминополиамидо-эпихлоргидриновую смолу (ПААЭС) марки "Кюмене-709" в количестве 0,7 % от а.с.волокна.

На рис. 1 представлена суммарная зависимость удержания компонентов сложного пигмента от условий отлива. Анализ полученных данных показал, что при отливе бумаги в отсутствии агентов удержания (вариант 1) или с использованием традиционных систем удержания (варианты 2-4) имеет место различная степень удержания ингредиентов сложного пигмента. Данное различие составляет 3-11 % (рис. 1 - вариант 3) . При использовании подсеточной воды в технологическом потоке происходит нарушение заданного соотношения пигментов, что неизбежно приводит к разнооттеночности бумаги. Данная Закономерность сохраняется и в присутствии МЛФС (рис. 1 -вариант 4).

Иная картина наблюдается при отливе декоративной бумага с использованием полиамидной смолы и коагулянта: они оказывают более сильное влияние на удержание наполнителей, чем традиционная система удержания, включающая алюмоаммонийные квасцы и полиакри-ламид. Дополнительное введение в систему флокулянта в еще большей степени выравнивает удержание исследуемых пигментов и повышает степень удержания до 64-65 %.

Изучение влияния композиционного состава бумажной массы на свойства опытных образцов декоративной бумаги и степень удержания сложного наполнителя показало, что образцы с использованием ПААЭС и МЛФС при зольности порядка 20 % одинаковой прочности (РУ=16-17 Н) несколько отличаются капиллярной впитываемостыо (33 и 36 мм соответственно). Введение влагоупрочняющего реагента: МЛФС в количестве 3 % от а. с. волокна и 0,7 % ПААЭС в количестве 0,7 от а. с. волокна (меньше в 4,3 раза) обеспечило большую прочность во

влажном состоянии: 3,4 и 3,6 Н до термообработки и 5,2 и 6,0 Н после термообработки соответственно. Степень удержания сложного наполнителя 60 % и 68 % соответственно.

Таким образом, проведенное исследование показало, что применение ПААЭС обеспечивает не только высокую степень удержания наполнителей разной природы, но и равномерность удержания всех компонентов многокомпонентного наполнителя за счет их фиксации в пространственной сетке целлюлозной матрицы.

2 Изучение процессов наполнения и внутримассной проклейки в нейтральной среде

Высокая эффективность использования ПААЭС в качестве удерживающего агента для наполнителей различной природы, обусловленная полифункциональностью данного полимерного реагента, позволила предположить, что он может быть также эффективным и при отливе бумаги в нейтральной среде. Как известно, при производстве бумаги в щелочной среде применяются наполнители на основе карбоната кальция. Они делятся на две основные группы: природный наполнитель и химически осажденные продукты, получаемые химическим путем из различного сырья. В свою очередь, к наполнителям природного происхождения относятся мел и продукты сухого или мокрого размола известняка и мрамора, обычно поставляемые на бумажные предприятия в виде стабилизированной суспензии.

Целью данной части исследования являлось изучение процессов наполнения и внутримассной проклейки в нейтральной среде при использовании наполнителей на основе природного и химически осажденного карбоната кальция.

Анализ свойств наполнителей показал, что они имеют близкие по значению показатели белизны, дисперсности, относятся к кристаллическому типу кальцита, но имеют различную форму частиц: GCC имеет ромбоэдрическую форму, а РСС- скалеохедральную форму. Кроме того, наполнители отличаются абраэивностью; величиной удельной поверхности (РСС - 10 м2/г, а GCC 3 м2/г), а также величиной и знаком потенциала (РСС - +5 мВ, GCC - -30 мВ).

с*3

к

80

Степень удержания наполнителем при различных условиях отлива

60

40

20

2 5 2 д—■

17 16

31 27 27

45

48

2 3 4

ВвСС ОРСС ПССС+РСС

I

1. Волокно + наполнитель

2. Волокно + АКД +напслнитель

3. Волокно + АКД +наполнитель + крахмал

4. Волокно + АКД +наполнитель + крахмал + ПАА

5. Волокно + АКД +наполнитель + крахмал + ПАА + бентонит

Рис.2

Было проведено изучение удержания наполнителей СЗСС и РСС, а также их смеси при соотношении, равном 1:1, в отсутствии удерживающих агентов, и при применении различных систем удержания. Исследование показало, что в отсутствии удерживающих агентов, при реализации только фильтрационного механизма удержания, степень удержания составляет 2-5 % (рис. 2 - вариант 1).

При отливе бумаги с использованием димеров алкилкитенов (АКД), реализующих гетерокоагуляционный механизм взаимодействия частиц АКД-клея с отрицательно заряженной поверхностью волокон удержание наполнителей увеличилось с 2-5 до 9-17 % (рис. 2 - вариант 2). Более высокое удержание РСС связано, по-видимому, с бо-

лее развитой поверхностью химически осажденного продукта.

Значительное влияние на удержание мела оказывает проклейка массы крахмальным клеем. Введение в систему катионного крахмала повышает удержание наполнителей до 27-31 % (рис. 2 - вариант 3) . Предполагают, что взаимодействие крахмала с целлюлозными волокнами протекает по механизму мозаичного сцепления (рис. 3).

Применение при отливе высокомолекулярного катионоактивного полиакриламида (ПАА) позволяет непосредственно связывать между собой отрицательно заряженные частицы За счет образования мостич-ных связей (рис. 3). В этих условиях (рис. 2 - вариант 4) степень удержания наполнителя не достаточно высокая - 45-50 %. Более высокая степень удержания обеспечивается при использовании двухком-понентной широко известной системы "Нус1госо1", содержащей наряду с высокомолекулярным катионоактивным ПАА высокодисперсный минеральный компонент — анионный бентонит (рис. 2 - вариант 5). Механизм действия системы "Нус1госо1" заключается, по-видимому, в формировании взаимопроникающих сеток — сетки целлюлозных волокон и сетки наполнителей. В результате происходит образование структуры, обладающей хорошим формованием, быстрым обезвоживанием и высокой удерживающей способностью. Тем самым достигается заметное повышение степени удержания, особенно для системы, содержащей РСС и обладающей большей катионной активностью.

Влияние введения ПААЭС на удержание смеси наполнителей ССС+РСС представлено на рис. 4. В исследуемом диапазоне расхода крахмала и ПААЭС степень удержания наполнителя при введении в систему последней на 10-12 % выше, чем при использовании традици-

Механизмы действия катионных удерживакяцих агентов

б-мостиковый

в-моз алчный

Рис. 3

оннои системы проклеивающих и удерживающих агентов.

Степень удержания РСС+ (ЗСС * при различных условиях отлива

64

50

44

60

27

31

17

10

2

1. Волокно + наполнитель

2. Волокно + АКД + наполнитель

3. Волокно + АКД + наполнитель + крахмал (1,5 %)

4. Волокно + АКД + наполнитель + ПААЭС (0,2 %)

5. Волокно + АКД + наполнитель + ПААЭС (0,5 %)

6. Волокно + АКД + наполнитель + ПААЭС (0,7 %)

7. Волокно + АКД + наполнитель + крахмал + ПАА

8. Волокно + АКД + наполнитель + крахмал + ПАА + бентонит

9. Волокно + АКД + наполнитель + ПААЭС (0,7 %) + ПАА

10. Волокно + АКД + наполнит ель + ПААЭС (0,7 %) + ПАА + бентонит

Рис. 4

Сравнительный анализ свойств опытных образцов бумаги показал, что введение в композицию наполнителя оказывает существенное влияние на свойства опытных образцов (рис. 5).

Сравнительный анализ свойств опытных образцов, наполненных сложным наполнителем ССС+РСС и проклеенных крахмальным и полиамидной смолой ПААЭС показал, что прочность образцов во влажном состоянии при использовании полиамидной смолы повышается в 2,5-3 раза. Это связано с протеканием процесса поликонденсации смолы в процессе сушки образца и образованием пространственных трехмерных сшивок. Полученный эффект имеет существенное значение в связи с тем, что бумага-основа подвергается поверхностной про-

клейке на клеильном прессе, и прочность основы имеет определяющее значение для беэобрывного протекания данного процесса.

Влияние вида наполнителя и проклеивающей системы на основные свойства опытных образцов бумаги

К изменения показателя

РССС+грахмал +Нус1госо1 ОАКД +СЗСС+кр«и1мал +Ну<1госо1

□ РСС) кр.и.к.и: +нус1госо1 0АКД+РСС+крахмал +Нус1госо1

□АКД+СЗСС+РСС+крахмал +Нус1госо1 ИАКД+вСС+РСС+ПААаС +Ну4госо1

РИС. 5

Результаты исследования релаксационных процессов, происходящих в опытных образцах наполненной бумаги, подтвердили данные, полученные с использованием разрушающих методов испытания. Исследование темпа релаксационного процесса показало, что лучшей способностью к восстановлению капиллярно-пористой структуры обладают образцы, наполненные РСС.

Изменение условий отлива и свойств опытных образцов бумаги

Впитываекость при одностороннем скачивания

Растяжимость

Работа разрыва

Просвет

Степень удержания

Время обезвоживания

хпк

О 10 20 30

□горячая промывка II ступень □горячая промывка I ступень □холодная промашка II ступень □холодная промывка I ступень

Рис. 6

При отливе высоконаполненной бумаги проявляется влияние так называемых "анионных загрязнений", вредных мешающих веществ, обусловленных недостаточной промывкой используемой целлюлозы и накоплением этих примесей в транспортирующей воде при подаче целлюлозы на бумажную фабрику мокрым потоком. Для оценки влияния этих веществ моделировали процесс дополнительной промывки целлюлозы. Проведенное исследование показало, что качество промывки волокнистых полуфабрикатов играет существенную роль при протекании про-

40 50

Изменение, %

цессов наполнения и внутримассной проклейки. При использовании дополнительно промытой целлюлозы были получены опытные образцы, обладающие при одинаковом расходе наполнителя, проклеивающих и удерживающих агентов лучшим просветом, более однородной структурой, более гидрофобной поверхностью и большей прЬчностью (рис. 6) .

Выводы:

1. На основании теоретического анализа показано, что введение в систему «целлюлозное волокно — наполнитель» полимерного многофункционального реагента полиаминоамидоэпихлоргидриновой смолы (ПААЭС) обеспечит повышение эффективности удержания наполнителей при отливе бумаги как в кислой, так и в нейтральной средах.

2. На примере декоративной бумаги для имитации ценных пород древесины экспериментально исследовано влияние ПААЭС на удержание одно- и многокомпонентного наполнителей. Определены условия, обеспечивающие близкую степень удержания для всех ингредиентов многокомпонентного наполнителя. Разработана экологически безопасная технология высоконаполненной цветной декоративной бумаги.

3. Сравнительный анализ процессов получения бумага с использованием наполнителей на основе карбоната кальция показал, что переосажденный карбонат кальция, благодаря более чистой и химически активной поверхности и уникальной морфологии, обеспечивает по сравнению с природным продуктом — измельченным и стабилизированным карбонатом кальция большую степень удержания и дает бумагу с лучшими свойствами.

4. Исследование процессов наполнения и внутримассной проклейки с использованием традиционной системы проклеивающих и удерживающих веществ и в присутствии многофункционального реагента ПААЭС показало, что введение в систему ПААЭС взамен крахмала обеспечивает при минимальном расходе повышение удержания наполнителя на 10-12% и повышает прочность бумаги во влажном состоянии в 2,5-3 раза. Последнее имеет существенное значение для высокоскоростной поверхностной проклейки бумаги-основы.

)

5. Исследование влияния загрязняющих веществ в транспортирующей воде показало, что дополнительная промывка целлюлозы непосредственно перед отливом бумаги позволяет получить бумагу, обладающую лучшим просветом, с более однородной структурой, более гидрофобной поверхностью и повышенной прочностью.

6. Технология высоконаполненной бумаги апробирована в опытно-промышленных масштабах на примере декоративной бумаги для имитации ценных пород древесины.

Основное содержание диссертационной работы изложено в следующих публикациях:

1. Стебунова Т.А., Аким Э.Л., Андрианов Д.Н. Изучение процессов удержания различных видов мела // Целлюлоза. Бумага. Картон - 2000.-№3-4.-С.28-31,

2. Стебунова Т.А. , Аким Э.Л., Андрианов Д.Н. Исследование свойств опытных образцов бумаги, наполненной различными видами мела // Целлюлоза. Бумага. Картон - 2000,- №5-6. - С.38-40.

Введение

1. Литературный обзор

1.1. Роль наполнителя при производстве бумаги

1.2 Основные свойства наполнителей

1.3 Влияние наполнителя на свойства бумаги

1.4 Удержание наполнителей

1.4.1 Механизмы удержания наполнителей

1.4.2 Системы удержания

1.5 Характеристика основных наполнителей, применяемых в бумажной промышленности

1.5.1 Каолин

1.5.2 Диоксид титана

1.5.3 Железоокисные пигменты

1.5.4 Тальк

1.5.5 Карбонат кальция

Выводы по литературному обзору и постановка задачи исследования

2. Методическая часть

2.1 Характеристика волокнистых материалов, наполнителей и вспомогательных материалов

2.2 Краткое описание методик, использованных в работе

2.3 Обработка результатов опытных образцов.

3. Экспериментальная часть

3.1 Изучение возможности улучшения качества бумаги для имитации текстуры ценных пород древесины

3.1.1 Анализ опытных выработок декоративной бумаги для имитации текстуры ценных пород древесины массой 1м2, равной 160 и 180 г, зольность - 15 %

3.1.2 Анализ опытной выработки декоративной бумаги для имитации текстуры ореха массой м2, равной 110 г, зольность - не менее 20 %

3.1.3 Изучение свойств пигментов, используемых при изготовлении декоративной бумаги для имитации текстуры ценных пород древесины

3.1.4 Исследование процессов удержания компонентов сложного пигмента при изготовлении декоративных видов бумаги

3.1.5 Изучение процессов удержания сложного наполнителя и свойств опытных образцов декоративной бумаги

3.2 Изучение процессов наполнения и внутримассной проклейки в нейтральной среде

3.2.1 Изучение влияния природы наполнителя на процессы его удержания

3.2.2 Изучение влияния введения в композицию бумажной массы полиаминоамидозпихлоргидриновой смолы на степень удержания наполнителя

В течение ряда лет в Санкт-Петербургском государственном технологическом университете растительных полимеров (СПбГТУРП) проводятся исследования, связанные с производством высоконаполненных видов бумаги.

Проведенные ранее на кафедре Химической технологии композиционных материалов СПбГТУРП работы показали, что при отливе высоко-наполненной бумаги в кислой среде для равномерного распределения и максимальной фиксации как минеральных, так и органических наполнителей необходима реализация адсорбционного механизма удержания. При введении в бумажную массу в качестве коагулянта алюмоам-монийных квасцов или глинозема образуются гексагидроксоакваком-плексы алюминия различного состава. Было установлено, что максимальная степень удержания достигается при рН = 4,0 - 4,2.

В настоящее время использование высокодисперсных наполнителей в сочетании с высокоэффективными проклеивающими и удерживающими агентами позволяет получать материалы, которые по праву могут быть отнесены к классу органоминеральных целлюлозных композиционных материалов (ЦКМ). При этом одной из наиболее сложных проблем получения ЦКМ по бумагоделательной технологии является проблема направленного регулирования взаимодействия ингредиентов бумажной массы и создание единой непрерывной структуры композита.

В связи с вышеизложенным актуальным является исследование влияния условий отлива на удержание наполнителя при производстве высоконаполненной бумаги.

Целью настоящей работы явилось изучение возможности повышения степени удержания сложного наполнителя и его ингредиентов при производстве высоконаполненных видов бумаги. б

Для достижения поставленной дели необходимо было решить следующие задачи:

• Теоретически обосновать введение в систему «целлюлозное волокно-наполнитель» полимерного многофункционального реагента -по-лиаминоамидоэпихлоргидриновой смолы (ПААЭС) - в условиях кислой и нейтральной среды.

• Разработать технологию высоконаполненной декоративной бумаги для имитации ценных пород древесины, обеспечивающую благодаря одновременной реализации ряда механизмов, максимальное удержание наполнителя и равномерное распределение сложного наполнителя в целлюлозной матрице; тем самым исключить разнооттеночность бумаги, а также обеспечить высокий уровень пропиточных и прочностных свойств бумаги в сухом и влажном состоянии.

• Провести сравнительный анализ свойств наполнителей на основе природного и химически осажденного карбоната кальция.

• Сопоставить процессы наполнения и внутримассной проклейки в нейтральной среде с использованием традиционной и новой проклеивающей системы.

• Разработать рекомендации для апробации результатов исследования в промышленности.

Научная новизна данной работы заключается в том, что теоретически обоснована технология получения высоконаполненной бумаги при использовании одно- и многокомпонентных наполнителей при отливе в кислой и нейтральной средах. Экспериментально доказано, что использование многофункционального полимерного реагента - по-лиаминополиамидоэпихлоргидриновой смолы, играющей роль удерживающего и сшивающего агента, обеспечивает одновременную реализацию ряда механизмов удержания и образование пространственной сетки. В 7 результате повышается удержание наполнителей различной природы и прочность бумаги во влажном состоянии.

Основными методиками для решения данной задачи были как традиционные (оценка свойств фильтрата), так и нетрадиционные (оценка времени обезвоживания бумажной массы) методики. Кроме того, для анализа свойств и структуры опытных образцов бумаги кроме традиционных методов испытаний использовались и нетрадиционные -исследование релаксационных характеристик опытных образцов бумаги.

Проведена опытно-промышленная выработка декоративной бумаги для имитации текстуры ореха массой 1м2, равной 110 г, и зольность не менее 20 %., на бумагоделательной машине №3 ОАО "Красногород-ская ЭБФ".

Литературный обзор

Выводы по экспериментальной части

1. На основании теоретического анализа показано, что введение в систему «целлюлозное волокно — наполнитель» полимерного многофункционального реагента полиаминоамидоэпихлоргидриновой смолы (ПААЭС) обеспечит повышение эффективности удержания наполнителей при отливе бумаги как в кислой, так и в нейтральной средах .

2. На примере декоративной бумаги для имитации ценных пород древесины экспериментально исследовано влияние ПААЭС на удержание одно- и многокомпонентного наполнителей. Определены условия, обеспечивающие близкую степень удержания для всех ингредиентов многокомпонентного наполнителя. Разработана экологически безопасная технология высоконаполненной цветной декоративной бумаги.

3. Сравнительный анализ процессов получения бумаги с использованием наполнителей на основе карбоната кальция показал, что переосажденный карбонат кальция, благодаря более чистой и химически активной поверхности и уникальной морфологии, обеспечивает по сравнению с природным продуктом - измельченным и стабилизированным карбонатом кальция большую степень удержания и дает бумагу с лучшими свойствами.

4. Исследование процессов наполнения и внутримассной проклейки с использованием традиционной системы проклеивающих и удерживающих веществ и в присутствии многофункционального реагента ПААЭС показало, что введение в систему ПААЭС взамен крахмала обеспечивает при минимальном расходе повышение удержания наполнителя на 10-12% и повышает прочность бумаги во влажном со

140 стоянии в 2,5-3 раза. Последнее имеет существенное значение для высокоскоростной поверхностной проклейки бумазеи - о сновы.

5. Исследование влияния загрязняющих веществ в транспортирующей воде показало, что дополнительная промывка целлюлозы непосредственно перед отливом бумаги позволяет получить бумагу, обладающую ,лучшим просветом, с более однородной структурой, более гидрофобной поверхностью и повышенной прочностью.

6. Технология высоконаполненной бумаги апробирована в опытно-промышленных масштабах на примере декоративной бумаги для имитации ценных пород древесины.

1. Pulp and Paper Manufacture. Vol. 6, Stock preparation, /edited by Robert W. Hagemeyer, Dan W. Manson. - published by The joint textbook committee of the paper industry TAPPI CPPA, 1992.- p. 316.

2. Иванов C.H. Технология бумаги. M.: Лесная промышленность, 1970. - 696 с.

3. Фляте Д.М. Свойства бумаги. Москва.: Лесная промышленность, 1970. - 456 с.

4. Paper chemistry / edited by J.С. Roberts.- published by Blackie Academic & Professional, an imprint of Chapman & Hall, 1996. p. 267.

5. Papermaking science and technology.- Book 4 Papermaking Chemistry/ edited by Johan Cullihsen, Hanny Paulapuro, Leo Neimo.- published Finnish Paper Engineers Association and TAPPI, 1999. 329 p.

6. Резникова Т.П., Трухтенкова А.Л., Мика H. Возможности использования синтетических алюмосиликатов в технологии декоративной бумаги основы // Целлюлоза. Бумага. Картон. 1999.- №1-2, С. 26-28.

7. Никольский С.Н., Иванова Т.А., Грачева Т.В., Никитин А.В. О применение установки УРОМС для контроля качества целлюлозно-бумажной продукции // Бумажная промышленность. 1989,- №41. С.11-12

8. Никольский С. H. , Грачева Т.В., Корчагина О. С. Контроль зольности бумаги-основы для синтетического шпона на приборе УРОМС // Целлюлоза. Бумага. Картон. 1992. - №4 , - С. 22.

9. Ерыхов Б. П. Неразрушающие методы исследования целлюлоз-но-бумажных и древесных материалов. М. : Лесная промышленность, 1977. - 246 с.

10. Аким Э.Л. Синтетические полимеры в бумажной промышленности. М.: Лесная промышленность, 1986. - 248 с.

11. Linhart F. Rétention. Marketing Prozebchemicalien BASF Aktiengesellschaft. D-67056 Ludwigshafen, 1997.- 60 p.

12. A.с. №1481307, Способ изготовления декоративной бумаги-основы / Аким Э.Л., Стебунова Т.А. (СССР). Б.И. №19, 1986 .

13. Патент России № 2008386, «Бумажная масса. Б.И. №9, дата публикации - 28 февраля 1994, Тесленко В.В., Тесленко О.В. , Данилова Д.А., Чаусер М.Г.

14. Патент Японии № 5-41752, Способ изготовления бумаги // РЖИСМ 56-10-1995, Ниппон Б и M Си К.К.

15. Патент Японии № 4-8558, Способ изготовления нейтральной бумаги // РЖИСМ 56-8-1993, Саньё конусаку парупу К.К.

16. Заявка Великобритании 2223038, Композиция из крахмала и флокулянта для бумажного производства // РЖИСМ 56-2-93

17. Патент России № 2107121, Проклеенная бумага, способ производства проклеенной бумаги и проклеивающий агент // дата публикации 20 марта 1998 года.

18. Патент Японии № 5-40076, Способ увеличения расхода наполнителя в процессах производства бумаги // РЖИСМ, 56-10-95, Сейко кагаку когё К.К.

19. Мировой патент № 93/25754, Способ производства бумаги // дата публикации 23 декабря 1993 года в №30 РСТ Gazette.

20. Патент США № 5126010, Воспринимающие листы для струйной печати.

21. Патент США № 4946557, Способ изготовления бумаги // 5610-91, Министерство сельского хозяйства США.

22. Патенты Франции № 2692292, Способ изготовления бумаги или картона // дата публикации, РЖИСМ, 56-02-95,SNF .

23. Патенты Франции № 2694027, Способ изготовления бумаги или картона с улучшенным удерживанием // РЖИСМ, 56-02-95,SNF.

24. Заяц Ю.Н., Соколовский В.А. , Буровихин А.А. , Мусонов

25. B.JI., Приказчиков А.В., Тесленко В.В. , Тесленко О.В. От кислого к нейтральному // Целлюлоза. Бумага. Картон. 1998. - №9-10.1. C.54-57.

26. Мировой патент 93/19247, Полисиликатные гели как удерживающие (обезвоживающие) добавки для производства бумаги.

27. Европейская заявка № 0 359 552, Микрогели полисиликата в качестве вспомогательного средства для повышения удерживаемости наполнителя и обезвоживания массы при получении бумаги // РЖИСМ, 56-2-91, Е. I. Du Pont de Nemours and company.

28. Европейский патент № 04 97030, Способ изготовления бумаги или картона // РЖИСМ, 56-10-95, Nalсо Chemical company.

29. Патент Японии № 5-41754, Способ изготовления бумаги // РЖИСМ, 56-10-95, Сейко кагаку когё К.К.

30. Патент США № 5104487, Способ производства бумаги с использованием катионного крахмала и полисахаридных смол // дата публикации -14 апреля 1994 года, том 1137 №2 «Officiai gazette», Betz Paper Chemical.

31. Патент России № 2121538, «Способ изготовления бумаги», дата публикации -10 ноября 1998 года, Эка Кемикалс АБ

32. Webb L. Minerals in papermaking maintain growth momentum // PPI. 1997. - No 5. - P.43-47.

33. Mark de Decker The big five battle it out // PPI. -1999.- No 5.- P.32-39.

34. Фляте Д.M. Технология бумаги. M.: Лесная промышленность, 1988. - 440 с.

35. Лапин В.В., Данилова Д.А. Каолин и оптические свойства бумаги. М.: Лесная промышленность, 1978. - 120 с.

36. Кейси Джеймс П. Производство полуфабрикатов и бумаги т.1, книга 2. М.: Гослесбумиздат, 1958. - 492 с.

37. Разработка технологии применения наполнителей (каолин, тальк) новых сибирских и уральских месторождений в производстветипографских бумаг // Отчет по теме №7 ВНИИБ. 1963. Руководитель темы Рюхин Н. В. , Лядова Н.В.

38. Костенко А.Ф. «Днипро каолин» вчера, сегодня, Завтра // Целлюлоза. Бумага. Картон. 2000. - №1-2. - С.44-46.

39. Бондарев А.И. Производство бумаги и картона с покрытием. М.: Лесная промышленность, 1985, - 240 с.

40. Synovec М.М., Shearin R.H., Pauksta P.M. A world of coatings // TAPPI Journal. Vol. 79. - No5. - P.55-60.

41. Беленький Е.Ф., Рискин И.В. Химия и технология пигментов. Л.: Химия, 1974. - 656 с.

42. Кемпбел Дж. Современная общая химия. — Т. II. М. : Мир, 1975. - 480 с.

43. Лещинскайте Г.И., Крылатов Ю.А. , Орехов Б.В. Возможности нейтральной проклейки бумаги в СССР // Бумажная промышленность. 1991. - №4. - С.13-14.

44. Тесленко В.В., Тесленко О.В., Данилова Д.А. , Чаусер М.Г. Щелочной способ производства бумаги с применением карбоната кальция в качестве наполнителя // Целлюлоза. Бумага. Картон. -1993. №8-9. - С. 32-33.

45. Бейтс Б., Крылатов Ю.А. Нейтральные проклеивающие материалы на основе алкилкетен димеров (АКД) и их влияние на процессы производства бумаги // Целлюлоза. Бумага. Картон. 1998. - №910. - С.50-53.

46. Сарана Н.В., Гурьянов В.Е. Проклейка бумаги в нейтральной среде димерами алкилкетенов отечественного производства. // Целлюлоза. Бумага. Картон. 1998. - №7-8.- С.10-13.

47. Мерс Э. Нейтральное производство бумаги с использованием в проклейке «Аквапел» // Целлюлоза. Бумага. Картон. 1996. -№11-12. - С.20-24.

48. Кивиё К. Производство бумаги с использованием канифольной проклейки // Целлюлоза. Бумага. Картон. 1997. - №1-2. -С.26-30.

49. Парамонова Л.Л. Акимова Г.С. Чистоклетов В.Н. Васильева Л.П. Модифицированная синтетическая канифоль перспективный проклеивакяций материал в производстве бумаги / / Целлюлоза. Бумага. Картон. 1998. - №11-12. - С.21-22.

50. Крылатов Ю.А. Нейтральная проклейка бумаги эмульсионными клеями. Возможности, перспективы // Целлюлоза. Бумага. Картон. 1993. - №1. - С.23-25.

51. Производство бумаги в щелочной среде с использованием измельченного природного карбоната кальция / Лауфманн М. , Шнайдер Р., Шейтхаузер Г. // PapFor 2000, СПб. Россия, 11-15 сентября 2000 г.

52. Парамонова Л.Л. Акимова Г.С. Чистоклетов В.Н. Васильева Л.П. Новый материал для нейтральной проклейки бумаги // Целлюлоза. Бумага. Картон. 1998. - №3-4. - С.20-21.

53. Gess J. A perspective on neutral alkaline papermaking // Tappi Journal. vol.75. - No4. - P. 79-81.

54. McCarthy W.R. Stratton R.A. Effects of drying on ASA esterefication and sizing // TAPPI Journal. vol. 70. - Nol2. -P. 117-121.

55. Bartz W.J. Darroch M.E. Kurrle F.L. Alkyl ketene dimmer sizing efficiency and reversion in calcium carbonate filled paper // TAPPI Journal. vol. 77. - Nol2. - P. 139-148.

56. Roberts J.C. Garner D.N. The mechanism of alkyl ketene dimmer sizing of paper // TAPPI Journal. vol. 68. — No4. - P. 118-121.

57. Тесленко В.В., Данилова Д.А., Лихтман М.И., Ермолаева З.И. Использование карбоната кальция при производстве бумаги в нейтральной и щелочной средах // Обзорная информация ВНИИПИЭИлес-пром. 1989. - Вып. 6 - С. 1-48.

58. Ларсон X. Производство бумаги в щелочной среде // Целлюлоза. Бумага. Картон. 1995. - №1-2. - С.20-23.

59. Требования промышленности к качеству минерального сырья: Справочник для геологов / Под ред. Ю.Л.Черносвитова. Вып. 6. Мел. - М.: Госгеолтехиздат. - 1962. - С. 32.

60. Разинькова Т.е., Данилова Д.А., Калинин Н.Н, Гульянц Е.П., Зернов A.M., Почкина А.Г. Использование природного карбоната кальция для мелования бумаги и картона / / Целлюлоза. Бумага. Картон. 1998. - №7-8.- С.18-19.

61. Лауфманн М. Производство бумаги без содержания древесной массы в щелочной среде с применением измельченного природного карбоната кальция // Целлюлоза. Бумага. Картон. 1999. - № 1112. - С. 22-29.

62. Корсунский JI. Ф. , Калинская Т. В. , Степин С. Н. Неорганические пигменты. СПб.: Химия, 1994. - 334 с.

63. Покровский О.С. , Савенко B.C. Роль Мд при гомогенном осаждении из морской воды // РЖХим. 1995. - №3, раздел И, №259.

64. Zhenlei Cao. China: World leader in talk and calcium carbonate // TAPPI Journal. vol. 80. - No7. - P. 77-80.

65. Патент США №5223090, Способ заполнения полых волокон химическим составом // дата публикации — 29 июня 1993 года, том 1151, №5 «Official gazette».

66. Патент России №2098534, Способ наполнения карбонатом кальция целлюлозных волокон, наполненная бумага, содержащая массу целлюлозных волокон и способ её изготовления // дата публикации -10 декабря 1997 года

67. Allan G.G., Negro A.R., Ritzenthaler P., The micropo-rosity of pulp: properties of paper made from pulp fibers internally filled with calcium carbonate // TAPPI Journal. Vol.75. -No3. - P. 239-246.

68. Получение карбоната кальция на заводе г. Сальт // РЖХим. 1994. - №10, раздел Ф., №136.

69. Perkalo Т. Pigments of carbonate calcium causing for protection // Nordic Pulp and Paper Research Journal. - 1996. -No9.- P. 23-26.

70. Non-Fibrous materials consumption in CEPI // CEPI annual report 1999.- CEPI.- p.27

71. ГОСТ 19285-73. Реферат и аннотация. М. : Изд-во стандартов, 1988. - 8 с.

72. ГОСТ 9808-84. Реферат и аннотация. М. : Изд-во стандартов, 1985. - 26 с.147

73. ГОСТ 14363.4-89. Реферат и аннотация. М. : ИЗд-во стандартов, 1989. - 12 с.

74. ГОСТ 13199-88. Реферат и аннотация. М. : Изд-во стандартов, 1989. - 6 с.

75. ГОСТ 7629-93 (ИСО 2144-87). Реферат и аннотация. М. : Изд-во стандартов, 1993. - 6 с.

76. ГОСТ 27015-86. Реферат и аннотация. М. : ИЗд-во стандартов, 1987. - 12 с.

77. ГОСТ 30022.1-93 (ИСО 5636-3-84). Реферат и аннотация. -М. : Изд-во стандартов, 1993. — 6 с.

78. ГОСТ 30022.2-93 (ИСО 5636-3). Реферат и аннотация. -М. : Изд-во стандартов, 1993. — 6 с.

79. ГОСТ 30022.2-93 (ИСО 534). Реферат и аннотация. М. : ИЗд-во стандартов, 1993. - 4 с.

80. ГОСТ 13525.7-68. Реферат и аннотация. М. : ИЗд-во стандартов, 1968. — 4 с.

81. УТВЕРЖДАЮ Генеральный директор АО «Красногородская ЭБФ» Тимощук Т.С. подпись печать1. АКТо проведении опытно-промышленной выработки декоративной бумагидля имитации текстуры ореха массой 1м2, равной 110 г

82. Целью проведения опытно-промышленной выработки явилась отработка технологического процесса изготовления декоративной бумаги, удовлетворяющей требованиям потребителя ОАО «Балтика».

83. Для доведения этого показателя до необходимого уровня (не менее 8 Н) раствор МЛФС дополнительно подавался в массу переднапорным ящиком БДМ, расход смолы составил 1,8-2,3 % от а.с.волокна.

84. Достаточно равномерно и в необходимом количестве подавался флокулянт полиакриламид в количестве 0,20-0,027 % от а.с. волокна. Расход сложного пигмента составил 23,8-29,5