Иванов А.Н. (ред.) Новое в подготовке волокнистой массы для различных видов бумаги и картона

Подождите немного. Документ загружается.

3-я Международная научно-практическая конференция

«Новое в подготовке волокнистой массы для различных видов бумаги и картона»

УДК 676.2

В.И. Темрук

Бумажная фабрика Гознака, Беларусь

НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ БУМАГИ

ДЛЯ БЛАНКОВ СТРОГОЙ ОТЧЕТНОСТИ

Производство бумаги для бланков строгой отчетности в Республике

Беларусь стало актуальным с 1991 года, после обретения страной сувере-

нитета. Собственный оборот этих бланков является необходимым атрибу-

том каждого государства и, как показывает пример объединенной Европы,

использующей общие деньги – Евро, и раздельные собственные докумен-

ты (паспорта, нотариальные, таможенные, имущественные и другие блан-

ки), даже более необходимым, чем оборот собственных банкнот. Специ-

альная документная

бумага является основой для бланков строгой отчет-

ности, и поэтому уже в 1992 году Правительством Республики Беларусь

было решено наладить ее производство на бумажной фабрике в г. Борисо-

ве на основе собственных технологий бумаги и средств ее защиты.

При изготовлении бумаги для бланков строгой отчетности необхо-

димо в первую очередь обеспечить

специфические требования к ней:

- отсутствие свечения в ультрафиолетовых лучах;

- обеспечение четкости и контрастности водяных знаков различных

видов (светлый, темный, двухтоновый и полутоновый (портретный));

- высокие печатные свойства, определяющие пригодность бумаги

для запечатывания бланка 3-5 и более способами печати и ламинирования

голограммами;

- обеспечение удержания в структуре бумаги защитных элементов

(волокон, нитей,

планшетов и т.д.);

- содержание в бумаге защитных добавок, обеспечивающих реакции

с изменением цвета бумаги при воздействии на нее температуры, специ-

альных индикаторов, растворителей и других химических реагентов.

Технологиями, применяемыми при производстве бумаги для печати

массовых видов (офсетной, глубокой, типографской и т.д.), невозможно

обеспечить выполнение специфических требований к бумаге

для бланков

строгой отчетности. Поэтому, на основе анализа жизненного цикла бумаги

для бланков строгой отчетности, были выделены три стадии технологиче-

ского процесса производства бумаги (размол бумажной массы, наполне-

ние, поверхностная проклейка бумаги), для которых разработаны специ-

альные технологии, обеспечивающие, при совместном применении, вы-

полнение специфических требований к этой бумаге.

Разработана технология

многоступенчатого размола бумажной мас-

сы, состоящей из хвойной и лиственной беленой сульфатной целлюлозы,

на дисковых мельницах с различной частотой вращения роторов, техноло-

3-я Международная научно-практическая конференция

«Новое в подготовке волокнистой массы для различных видов бумаги и картона»

гия размола VRFRPM. Технология размола VRFRPM применена при изго-

товлении бумаги с водяными знаками и позволяет направленно изменять

характер размола для различных целлюлозных композиций, получать тре-

буемые для каждого вида и размера водяного знака степень помола, длину

волокна и фракционный состав бумажной массы. Тем самым обеспечива-

ется четкость и контрастность водяных знаков,

высокие печатные и проч-

ностные свойства бумаги.

Разработана технология модификации мраморного кальцита катион-

ным крахмалом, обеспечивающая повышение зольности бумаги и удержа-

ние наполнителя, улучшение равномерности его распределения в бумаге в

Z-направлении. Технология применена при изготовлении бумаги с водя-

ными знаками и позволила снизить разносторонность бумаги по печатным

свойствам, улучшить ее

белизну и другие оптические свойства по CIE L a

b, повысить контрастность водяных знаков.

Разработана технология деструкции нативного картофельного крах-

мала ферментом БАН, разработаны составы для поверхностной проклейки

бумаги для бланков строгой отчетности марки Д-4 на основе ферментиро-

ванного крахмала и гидрофобных добавок и бумаги Д-3 на основе окис-

ленного крахмала, поливинилового спирта и

полиамидоэпихлоргидридной

смолы.

Изучено влияние оперативных технологических факторов поверхно-

стной проклейки: концентрация и температура проклеивающего состава,

сухость и проклейка бумаги перед клеильным прессом на величину нане-

сения связующих на основе деструктированного крахмала.

Разработаны технологии совмещения защитных добавок, вносимых в

бумагу с составами для поверхностной проклейки.

Результаты исследований внедрены в производство и используются

при изготовлении бумаги для бланков строгой отчетности на УП «Бумаж-

ная фабрика» Гознака, г. Борисов.

Проведенная работа позволила наладить производство бумаги для бланков

строгой отчетности марок Д-3 и Д-4 с общим объемом около 3 тыс.т в год

и практически полностью отказаться от импорта этой бумаги.

3-я Международная научно-практическая конференция

«Новое в подготовке волокнистой массы для различных видов бумаги и картона»

УДК 676.1 А.И. Безлаковский

ОАО «Новгородский завод стекловолокна»

В.В. Коваленко, В.И. Комаров, Н.В.Сысоева

Архангельский государственный технический университет

В.К. Дубовый

Санкт-Петербургский Государственный Технологический

Университет Растительных Полимеров

ОСОБЕННОСТИ МАССОПОДГОТОВКИ

МИНЕРАЛЬНО-ВОЛОКНИСТЫХ ЛИСТОВЫХ

КОМПОЗИТОВ

Развитие приоритетных направлений науки, техники и техноло-

гии таких как транспортные, авиационные и космические системы, рацио-

нальное природопользование и др., невозможно без создания высокотех-

нологичных минеральных композитов. Бумага, картон и многие бума-

гоподобные материалы представляют собой композиционные материа-

лы. Необходимость совершенствования их потребительских свойств,

вызванная требованиями рынка достигается варьированием природы

армирующего

компонента, в качестве которого выступают волокнистые

материалы – целлюлоза, древесная масса, волокна нерастительного

происхождения, а также связующего компонента, в качестве которого

используют органические, и неорганические полимеры [1-3]. Уникаль-

ные свойства и неограниченная сырьевая база делают минеральные во-

локна незаменимыми для создания листовых композитов специального

назначения.

Особенности свойств минеральных волокон определяют отличия

процессах массоподготовки. Неспособность минеральных волокон к

набуханию и фибриллированию, а также их повышенная хрупкость обу-

славливает исключение размола из технологического процесса массопод-

готовки. Низкая способность к гидратации, а как следствие и к образова-

нию водородных связей увеличивает ценность сил трения и их вклад в

прочность композитов. Известно, что прочность полотна бумаги

зависит

от сочетания трех факторов: прочности волокна; степени сопротивле-

ния выдергиванию волокон из полотна, вследствие трения между во-

локнами; прочности и числа связей между волокнами. Эти характери-

стики вполне применимы для бумагоподобных материалов на основе

минеральных волокон. Согласно современным представлениям трение

между волокнами определяется прочностью контактов, что эквива-

лентно числу

связей и их прочности. Поэтому прочность полотна мож-

но в упрощенном виде определить как сочетание прочности единичных

волокон, прочности и числа связей между волокнами.

В композицию бумагоподобных материалов, наряду с армирующим

волокнистым наполнителем входят, связующие и упрочняющие добавки.

Использование в качестве связующего гидроксидов металлов диктует

3-я Международная научно-практическая конференция

«Новое в подготовке волокнистой массы для различных видов бумаги и картона»

необходимость регулирования рН среды. Влияние рН среды на измене-

ние прочности композитов представлено в таблице на примере исполь-

зования сульфата алюминия в качестве связующего.

Зависимость предела прочности бумагоподобных минеральново-

локнистых композитов от рН среды аналогична той, которая справед-

лива для бумаги из целлюлозы: максимум прочности наблюдается для

образцов, подготовленных при

нейтральном рН, заметно снижение

прочности при переходе в кислую и щелочную среду. В кислой среде

полнота осаждения гидроксида из исходного сульфата алюминия дале-

ка от максимальной. В тоже время осаждающие комплексы алюминия

активны по отношению к волокнам, чем и объясняется рост прочности

с повышением расхода сульфата алюминия в кислой среде. При

повы-

шении рН начинается деполимеризация комплексов алюминия и пере-

ход их в алюминатные формы обладающие высоким электрокинетиче-

ским потенциалом [4]. В таком виде соединения действует не как свя-

зующее, а как инертный наполнитель и поэтому увеличение расхода

ведет к снижению прочности композитов.

Таблица

Влияние рН среды и расхода связующего на изменение

проч-

ности минеральноволокнистого композита

Предел прочности (σ

), кПа, при рН массы

Расход связующего

(в пересчете

на ед. Al

4,0 5,5 7,0 8,5 10,0

0 140 239 279 261 184

1,0 149 245 284 263 184

2,5 161 254 289 265 183

5,0 174 262 292 262 174

7,5 183 264 287 251 157

10,0 184 261 280 239 140

Сходство в процессах производства бумагоподобных композитов

из целлюлозных и минеральных волокон определяется необходимостью

соблюдать аналогичные условия рН, на стадиях дозирования связую-

щих (проклеивающих) веществ, в нейтральной, слабощелочной области

рН 7,0…8,0.

Во избежание разрушения минеральных волокон процессы подго-

товки массы к отливу, сводятся к роспуску, в гидроразбивателях со специ-

альным ротором, мягко

воздействующим на волокна, и перекачиванию во-

локнистой суспензии с помощью объемометрических насосов. Последние

в отличие от традиционных центробежных не разрушают хрупкие волокна

и позволяют избежать повышенного флокулообразования волокон, длина

которых колеблется в диапазоне от 5 до 10 мм [5].

3-я Международная научно-практическая конференция

«Новое в подготовке волокнистой массы для различных видов бумаги и картона»

Общеизвестно, что способы изготовления бумагоподобных компози-

тов на бумагоделательных машинах и их аппаратурное оформление опре-

деляются свойствами и размерами самих волокон, для минеральных воло-

кон можно выделить следующие группы:

- состояние поверхности волокна (гладкая, шероховатая или

пористая);

- форма поперечного сечения волокна (круглая, овальная или

звездчатая форма);

- геометрические размеры (диаметр и длина волокна) и фрак-

ционный состав. Эти характеристики определяют такие важные показа-

тели, как число волокон в единице объема системы и удельную поверх-

ность волокон.

В производстве минеральноволокнистых композитов, как в любом

многофакторном процессе переход с одного вида волокнистого сырья на

другой обуславливает необходимость индивидуальной настройки парамет-

ра работы технологического процесса.

Библиографический список

1. Пейгано, Н.М. Межслоевые эффекты в композитных материалах пер. с

англ. Н.П. Жмудя, В.Л. Кулакова; под ред. Н.М Пейгано. -М: Мир,

1993.- 346 с.

2. Барашков, Н.Н. Полимерные композиты: получение, свойства, приме-

нение / Н.Н. Барашков; под ред. акад. Я.М Колотыркина -М.: Наука,

1984.- 128 с.

3. Францевич, И.Н. Композиционные материалы волокнистого строе-

ния / под редакцией И.Н. Францевича, Д.М. Карпиной. -Киев:

Навукова думка,1970. -400 с.

Дубовый, В.К. Бумагоподобные композиционные материалы на ос-

нове минеральных волокон / д

ис. докт. техн. наук. – Санкт-Петербург.

– 2006. – 370 с.

Безлаковский

, А.И. Подготовка массы из минеральных волокон в при-

сутствии крахмала [Текст] / А.И. Безлаковский, В.К. Дубовый,

В.В. Хованский // Международная научно-техническая конференция «Со-

временные массоподготовительные системы бумажно-картонного произ-

водства». - СПб. – 2009. – С. 77-81.

3-я Международная научно-практическая конференция

«Новое в подготовке волокнистой массы для различных видов бумаги и картона»

УДК 676.1

Е.В. Дьякова, А.В. Гурьев, В.И. Комаров

Архангельский государственный технический университет

В.И. Белоглазов

Архангельский ЦБК

О ВОЗМОЖНОСТИ ФРАКЦИОНИРОВАНИЯ

ПОЛУФАБРИКАТОВ В ПРОИЗВОДСТВЕ

ТАРНОГО КАРТОНА

Фракционирование, то есть принудительное разделение волокнисто-

го полуфабриката или бумажной массы на фракции различных классов

длины волокна, можно рассматривать как дополнительный инструмент для

анализа свойств волокон и как метод, позволяющий моделировать отдель-

ные технологические операции. При этом известно, что на результаты

фракционирования могут повлиять такие характеристики древесных воло-

кон как длина

, ширина, толщина клеточной стенки, фракционный состав,

грубость, извитость (фактор формы), поврежденность и т.д. Поэтому изу-

чение процесса фракционирования необходимо проводить в комплексе с

оценкой структурно-морфологических характеристик волокон.

Исследование процесса фракционирования проведено в лаборатор-

ных условиях с использованием образцов полуфабрикатов и бумажной

массы, отобранных из технологического потока КДМ, выпускающей

флю-

тинг. Фракционирование проводилось с помощью четырехступенчатого

лабораторного классификатора (фракционатора) волокна системы Bauer

McNett.

Основными задачами работы являлись оценка распределения волок-

на в указанных образцах между четырьмя фракциями, получение данных о

структурно-морфологических характеристиках волокон отдельных фрак-

ций с помощью анализатора Fiber Tester, а также оценка основных физико-

механических показателей лабораторных образцов флютинга. Для

получе-

ния воспроизводимых результатов фракционирование производилось не

менее пяти раз.

В таблице 1 представлен фракционный состав хвойной целлюлозы

высокого выхода (ЦВВ) и лиственной полуцеллюлозы (ПЦ), поступающих

в производство флютинга, а также образцов бумажной массы, прошедшей

первую и вторую ступень размола.

Таблица 1

Фракционный состав образцов полуфабрикатов и бумажной массы

Фракционный состав, %

номер сетки

Вид пробы

Степень

помола,

ШР

16 30 50 100

мельштоф

ЦВВ 12,5 40,0 37,6 3,2 13,1 6,10

ПЦ 13,0 12,0 1,6 0,8 73,7 12,0

I ступень размола 15,0 7,5 30,2 32,0 14,3 16,0

II ступень размола 17,0 7,8 33,6 31,1 14,9 12,6

3-я Международная научно-практическая конференция

«Новое в подготовке волокнистой массы для различных видов бумаги и картона»

Установлено, что применительно к сульфатной хвойной ЦВВ основ-

ная часть волокна остается на сетках фракционатора № 16 и 30 (77,6%).

Общий промой волокна (мельштоф) – около 6 %. Преимущественная часть

волокон ПЦ проходит сквозь сетки фракционатора № 16, 30 и 50 и осажда-

ется на самой мелкой сетке № 100 (73,7 %). При этом доля мельштофа дос-

тигает 12 %.

Таким образом, фракционирование дает

возможность выделять мас-

совые фракции, свойства которых, очевидно, определяют изменение полу-

фабрикатов в процессе размола и оказывают преимущественное влияние

на показатели жесткости и прочности готовой продукции.

Характер распределения волокон по размерам для смеси полуфабри-

катов прошедших размол отличается от исходных волокон. Установлено,

что основное количество волокон бумажной массы задерживается при

фракционировании

на сетках № 30 и 50, причем вне зависимости от коли-

чества ступеней размола. Соотношение наиболее крупных и наиболее мел-

ких волокон, а также количество мельштофа остается примерно равным.

В целом следует отметить, что лабораторный фракционатор дает

возможность получить образцы волокон, имеющих существенно отли-

чающиеся свойства. Например, из исходной сульфатной ЦВВ выделены

фракции волокон со средней длиной от 3,42 мм (сетка № 16) до 1,22 мм

(сетка № 100). При этом наблюдается ковариантное изменение средней

ширины волокон и их грубости, а также накопление числа дефектов при

переходе от крупной фракции к самой мелкой. Подобное распределение

основных структурно-морфологических характеристик установлено и для

волокон ПЦ.

Обобщенные результаты

структурно-морфологических характери-

стик различных фракций волокон полуфабрикатов и бумажной массы для

флютинга объединены в таблице 2. Данные анализа для волокон отдель-

ных фракций с помощью прибора FiberTester хорошо согласуются с ре-

зультатами, представленными в таблице 1. Очевидно, что наиболее круп-

ная фракция, остающаяся на сетке № 16 фракционатора, представляет со-

бой в основном волокна

сульфатной ЦВВ. Их средняя длина, средняя ши-

рина, фактор формы и другие показатели близки к значениям для анало-

гичной фракции исходного полуфабриката. При этом свойства волокон са-

мой мелкой фракции с сетки № 100, наоборот, ближе к соответствующим

значениям ПЦ.

Таким образом, основная часть «композиции» бумаги для гофриро-

вания сосредоточена во

фракциях, отбираемых с сеток № 30 и 50. Струк-

турно-морфологические характеристики данных фракций занимают про-

межуточное положение между соответствующими фракциями отдельных

полуфабрикатов.

3-я Международная научно-практическая конференция

«Новое в подготовке волокнистой массы для различных видов бумаги и картона»

В таблице 3 представлены физико-механические характеристики ис-

ходных полуфабрикатов, бумажной массы для флютинга, а также их от-

дельных фракций. Отметим, что получить полные данные о физико-

механических свойствах для всех фракций волокон не удалось в связи с их

неравномерным распределением. Например, изготовление минимального

числа лабораторных образцов для физико-механических испытаний

из

фракции ПЦ с сетки № 50 требует проведения фракционирования с целью

накопления необходимого количества волокна более чем двести раз. Одна-

ко при этом и полученные данные позволяют выделить ряд общих законо-

мерностей.

Таблица 2

Структурно-морфологические характеристики бумажной массы для

флютинга и ее отдельных фракций

Остаток

на сите

Средняя

длина,

мм

Средняя

ширина,

мкм

Ср.

фактор

формы

Мелочь,

Грубость

Средний

угол

излома

Число

изломов

на волокно

Средняя

длина

сегмента

Сульфатная ЦВВ

исх.

100

2,56

3,42

2,64

1,58

1,22

33,18

35,25

33,86

31,22

29,93

90,67

89,82

90,59

91,03

91,11

6,9

0,1

0,4

0,7

110,7

177,7

108,8

87,9

74,1

52,1

53,2

53,8

52,5

50,6

0,306

0,314

0,319

0,357

0,329

2,28

2,99

2,28

1,32

1,00

ПЦ

исх.

100

1,13

2,78

1,88

1,16

0,83

29,67

46,47

38,13

29,37

27,55

92,87

87,96

90,65

93,17

92,93

3,7

1,1

0,1

0,0

0,1

118,5

996,1

192,6

91,9

95,2

44,3

45,8

46,7

46,2

43,8

0,186

0,275

0,246

0,204

0,220

1,00

2,11

1,56

1,02

0,72

Бумажная масса после I ступени размола

исх.

100

1,59

2,36

3,51

1,21

0,83

30,56

34,01

35,71

29,48

27,74

92,72

91,56

89,95

93,34

92,77

5,1

0,1

0,3

77,2

130,6

125,5

88,0

69,6

46,9

52,1

53,6

47,3

43,9

0,134

0,185

0,226

0,153

0,207

1,52

2,14

3,19

1,08

0,72

Бумажная масса после II ступени

исх.

100

1,59

3,45

2,49

1,25

0,98

30,56

34,56

33,97

29,85

28,55

92,72

88,74

91,68

93,25

92,96

5,1

0,1

0,2

0,3

77,2

63,0

116,4

103,1

58,5

46,9

58,1

55,0

48,2

45,9

0,134

0,251

0,153

0,155

0,160

1,52

3,08

2,30

1,12

0,87

Прежде всего, это касается свойств полуфабрикатов. Из данных таб-

лицы 3 следует, что физико-механические характеристики волокон хвой-

3-я Международная научно-практическая конференция

«Новое в подготовке волокнистой массы для различных видов бумаги и картона»

ной ЦВВ из наибольших по доле фракций (сетки № 16 и № 30) уступают

по значению характеристикам исходных полуфабрикатов на 9…12 %. Для

ПЦ, напротив, значения физико-механических характеристик волокон

фракции, имеющей максимальную долю (сетка № 100), выше, чем у неф-

ракционированного полуфабриката. При этом волокна второй по объему

выделенной фракции (сетка № 16) проявляют крайне

низкий уровень пока-

зателей.

Следовательно, присутствие в общей массе хвойной ЦВВ волокон

более мелких фракций улучшают физико-механические свойства этого по-

луфабриката. Наличие же длинноволокнистых фракций в лиственной по-

луцеллюлозе отрицательно сказывается на характеристиках лабораторных

образцов.

Анализ физико-механических характеристик фракций волокон бу-

мажной массы, прошедшей размол первой и второй ступени

, показывает,

что ни одна из них, ни по одному показателю не достигает уровня образ-

цов, изготовленных из композиции. Вероятно, существенное снижение фи-

зико-механических характеристик наиболее весомых по доле фракций бу-

мажной массы, по сравнению с композицией, заключается в повышении

доли «мельштофа», который накапливается при размоле и безвозвратно

теряется при

лабораторном фракционировании.

Таблица 3

Физико-механические характеристики полуфабрикатов, бумажной массы и

их отдельных фракций

Остаток

на сите

Степень

помола,

°ШР

П,

кПа

RСT,

SCT,

кН/м

СМТ,

ССТ,

кН/м

Сульфатная ЦВВ

исх.

13,0

10,0

663

576

604

377

305

313

4,47

3,87

4,07

не определя-

лось

не определя-

лось

ПЦ

исх.

100

13,0

10,0

11,0

162

172

226

147

238

2,98

2,21

3,03

142

144

1,52

0,81

1,51

Бумажная масса после I ступени размола

исх.

100

15,0

10,0

11,0

12,5

445

365

242

314

259

248

267

3,90

3,48

3,25

3,28

212

128

181

191

2,37

1,81

1,80

2,05

Бумажная масса после II ступени размола

исх.

17,0

10,0

13,0

508

412

267

339

274

268

4,35

3,55

3,48

239

158

172

2,70

1,84

1,96

3-я Международная научно-практическая конференция

«Новое в подготовке волокнистой массы для различных видов бумаги и картона»

Данное предположение нашло качественное подтверждение при

оценке влияния добавки от 2-х до 6-ти процентов волокон мелкой фракции

(с сетки № 100 фракционатора) к бумажной массе, прошедшей производ-

ственный размол. Физико-механические показатели лабораторных образ-

цов для двух значений степени помола представлены в таблице 4.

Установлено, что добавка к бумажной массе бумаги для

гофрирова-

ния уже 2-х процентов волокон мелкой фракции вызывает прирост практи-

чески всех физико-механических показателей. Увеличение добавки до

4…6 % в большинстве случаев также положительно влияет на прочность и

жесткость лабораторных образцов флютинга. Максимальный эффект на-

блюдается при более высокой исходной ступени помола для ССТ (прирост

68 %), сопротивления продавливанию (20 %) и СМТ (12 %).

Таблица 4

Влияние добавки мелкой фракции на физико-механические свойства

лабораторных образцов флютинга

Добавка

мелкой

фракции,

П,

кПа

RСT,

SCT,

кН/м

СМТ,

ССТ,

кН/м

Степень помола 18,5 ºШР

исх. 445 314 3,90 212 2,37

2 518 318 3,97 220 2,46

4 475 307 3,76 222 2,27

6 465 320 4,02 218 2,57

Степень помола 21,5 ºШР

исх.

445

483

482

537

314

321

311

338

3,90

3,82

3,92

4,00

212

208

219

235

2,37

2,42

2,53

2,65

Таким образом, использование метода фракционирования совместно

с определением структурно-морфологических и физико-механических ха-

рактеристик на образцах полуфабрикатов и бумажной массы для флютинга

позволило сделать следующие выводы.

Получены новые данные о физико-механических характеристиках

различных фракций волокон полуфабрикатов и бумажной массы в сравне-

нии с нефракционированными образцами. Выявлено, что волокна

фракций

ЦВВ, имеющих наибольшую долю уступают по уровню физико-

механических свойств исходного полуфабриката, а волокна наиболее ве-

сомой фракции ПЦ, напротив, имеют более высокие значения характери-

стик лабораторных образцов. Существенно более низкие значения свойств

волокон отдельных фракций бумажной массы, подвергнутой размолу, по