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»

сравнению с композицией, вызваны накоплением самого мелкого волокна

(«мельштофа») и его удалением при лабораторном фракционировании.

Добавка в композицию размолотой массы бумаги для гофрирования

мелкой фракции волокон в количестве 2…6 % вызывает повышение всех

физико-механических характеристик при незначительном влиянии на при-

рост степени помола волокна. Данный эффект усиливается при увеличении

степени помола

исходной массы и служит подтверждением возможности и

необходимости возврата мелкого волокна в технологический поток кар-

тонной фабрики в случае установки системы локальной очистки избыточ-

ной оборотной воды.

3-я Международная научно-практическая конференция

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

УДК 676.12

Л.В. Кузнецова, Д.А. Дулькин

Полотняно-Заводская бумажная фабрика

В.А. Спиридонов

УкрНИИБ, Украина

В.И. Комаров

Архангельский государственный технический университет

ВЛИЯНИЕ СЕЗОННЫХ ИЗМЕНЕНИЙ РЕЧНОЙ ВОДЫ

НА ПРОЦЕССЫ ПРОИЗВОДСТВА ТАРНОГО КАРТОНА

Вода представляет собой сложную динамическую систему, содер-

жащую газы, минеральные и органические вещества, находящиеся в ис-

тинно растворенном, коллоидном или взвешенном состояниях.

В водных растворах подавляющее большинство солей существует в

виде ионов. В речных водах преобладают три аниона (гидрокарбонат

HCO

, хлорид Cl

и сульфат SO

) и четыре катиона (кальций Ca

, магний

, натрий Na

и калий K

) - их называют главными ионами. Отнесение

ионов K

к числу главных считается спорным. Только в атмосферных

осадках ионы K

могут играть главную роль. Хлорид-ионы придают воде

солёный вкус, сульфат-ионы, ионы кальция и магния - горький, гидрокар-

бонат-ионы безвкусный. Они составляют в пресных водах свыше 90-95 %,

а в высокоминерализованных - свыше 99 % всех растворенных веществ.

Кроме главных ионов, содержание которых в воде достаточно вели-

ко, ряд микроэлементов: азот, фосфор, кремний, алюминий

, железо, фтор -

присутствуют в ней в концентрациях от 0,1 до 10 мг/л.

Азот в форме нитратов NO

попадает в водоёмы с дождевой водой, а

в форме аминокислот, мочевины (NH

)

CO и солей аммония NH

- при

разложении органических остатков.

Фосфор существует в воде в форме гидрофосфатов HPO

и дигид-

рофосфатов H

, образующихся в результате разложения органических

остатков. Кремний является постоянным компонентом химического соста-

ва природных вод. Алюминий поступает в водоёмы в результате действия

кислот на глины (каолин). Основной источник железа - железосодержащие

глины.

Для речной воды характерна изменчивость состава воды во времени.

Последнее зависит от состава почвы, слагающей берега и русло реки,

от

воздействия водной растительности и живых организмов, от наличия в

речной воде кислорода и, конечно же, от количества и химического соста-

ва сточных вод, сбрасываемых в реку.

Наконец, количественный и качественный состав примесей, находя-

щихся в водах рек зависит от метеорологических условий и подвержен се-

3-я Международная научно-практическая конференция

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

зонным колебаниям. Так, в весенний паводковый период в речной воде за-

метно снижается количество растворенных солей, в то же время значи-

тельно повышается количество взвешенных веществ. В летний период

происходит интенсивный рост водной растительности, что приводит к рез-

кому повышению цветности воды. В зимний период, при питании поверх-

ностного водоема

подземными водами, солесодержание воды в водоемах

может возрастать.

Все упомянутые изменения в воде оказывают сильное влияние на

производство и свойства бумаги и картона (проклейка, физико-

механические свойства, отложения, пенообразование).

При изучении сезонных изменений в составе воды за период 2006-

2009 гг по предприятиям ОАО «ПЗБФ» (р. Суходрев, р. Угра), ООО «Су-

хонский ЦБК» (р. Сухона), ОАО «Полиграфкартон» (р. Волга) выявлены

большие вариации содержания ионов Na

; К

, Са

, Mg

, Fe

, F

. Коэф-

фициент вариации более 50 %.

Представлялось целесообразным выявление причин значимо влияю-

щих на технологию компонентов тарного картона, с последующей разра-

боткой мер, позволяющих предупреждать вредное влияние изменений в

составе воды.

В качестве рабочей гипотезы проводимых исследований стало

предположение о важной роли биогенного элемента натрия, присутствующего в

воде в ионной форме.

Нами обнаружено практически полное отсутствие ионов натрия в

паводковой воде и после ливневых дождей, и поэтому представлялось це-

лесообразным исследовать влияние содержания ионов натрия и калия в

природной воде на набухание и размол массы – самые важные процессы

регулирования бумагообразующих свойств волокнистых полуфабрикатов.

В природе участие натрия и калия в минеральном

обмене веществ в клет-

ках животных и растений обусловлено эффектом встречного движения ио-

нов (ионов натрия внутрь волокна и калия наружу) через мембраны – Дон-

нан эффектом. Проявляется этот эффект в связи с тем, что внутри клетки

больше ионов калия (содержание калия в хвойной древесине составляет

300-800 мг/л), а в межклеточном

пространстве больше ионов натрия, ок-

руженного водяной оболочкой. Целлюлоза, как известно, имеет капилляр-

но-пористую коллоидную структуру. Промежутки между микро фибрил-

лами и ламеллами (макрофибриллами) образуют макро поры. То есть кле-

точную стенку можно рассматривать как мембрану с порами, размер кото-

рых колеблется от 0,3 до 30 нм. Часть пор доступны для ионов

Na+ и К+

(радиусы ионов калия и натрия составляют соответственно 13,3 нм и 9,8

нм), но недоступны для многих других компонентов, содержащихся в воде

[9,10,12]. Доказать правомочность нашего предположения можно было из-

менением содержания катионов натрия в используемой воде и проведение

части «контрастных» экспериментов на дистиллированной воде и добав-

кой в неё исследуемых

катионов.

3-я Международная научно-практическая конференция

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

Экспериментальная часть

Экспериментальная часть работы содержала три этапа исследова-

ний.

Во-первых, предусматривалось изучение влияния продолжитель-

ности набухания исследуемых волокнистых полуфабрикатов перед про-

цессом их разволокнения в гидроразбивателе на бумагообразующие свой-

ства получаемой в результате размола массы. При этом использовали ар-

тезианскую воду с постоянным компонентным составом, поскольку в

многочисленных

публикациях по исследованию динамики бумагообразую-

щих свойств массы при изменении продолжительности набухания от-

сутствуют сведения об учете компонентного состава воды и катионов

натрия и калия, в частности.

В качестве исследуемого материала использовалась макулатура

марки МС 5Б по ГОСТ 10700. Макулатуру перед процессом роспуска в

лабораторном гидроразбивателе предварительно замачивали в течение от

10 мин до 4 часов в артезианской воде при температуре 20

С. Разволок-

ненную в гидроразбивателе на протяжении трех минут (в соответствии с

реальными производственными условиями) массу размалывали на лабо-

раторной мельнице до степени помола 25

ШР и 35

ШР. Определяли

степень помола, водоотдачу, водоудержание, средневзвешенную длину

волокна и изготавливали отливки массой 100 г/м

для определения проч-

ностных показателей.

Во - вторых, проводили исследования при дозировании поваренной

соли в количестве 9 г/л при продолжительности набухания волокнистого

материала перед роспуском равной 30 мин и 1 ч. Далее материал обраба-

тывали также как и на первом этапе, но размалывали на лабораторной

мельнице до степени помола 25

ШР, 35

ШР, 45

ШР.

В третьих, исследовали динамику набухания и размола в дистилли-

рованной воде, а также с добавкой в неё катионов натрия и калия.



Обсуждение полученных результатов

На рисунке №1-2 показана динамика снижения продолжительности

размо-ла массы до степени помола 25-35

ШР при изменении длительно-

сти набухания материала перед роспуском.

3-я Международная научно-практическая конференция

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



Рис. 1. Влияние продолжительности набухания массы перед роспуском на

длительность её размола до степени помола 25

ШР.

Рис. 2. Влияние продолжительности набухания массы перед роспуском на

длительность её размола до степени помола 35

ШР.

Набухание волокон вызвано проникновением воды в межмицелляр-

ные пространства и связыванием её с гидроксильными группами на по-

верхности мицелл, что служит причиной набухания волокон.

Внутрь мицелл вода не проникает. Набухание способствует росту

удельной развернутой поверхности волокон, что увеличивает прочность

листа.

Замедление размола (см. кривую на рисунке 2) связано с тем,

что

развитие удельной поверхности волокон (фибриллирование волокон) в

значительной мере произошло на стадии размола до 25

ШР и дальнейшее

увеличение степени помола связано с процессом расщепления и укороче-

ния волокон.

3-я Международная научно-практическая конференция

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

Рис. 3. Динамика свойств образцов из массы, размолотой до 25

ШР при

изменении длительности предварительного набухания.

Чрезмерное набухание (более 3 ч) основной части волокна приводит

к снижению прочности волокна (рисунки 3, 4).

Очевидно, продолжительность предварительного замачивания (на-

бухания) полуфабрикатов перед их роспуском может ограничиваться од-

ним часом, но при этом необходимо контролировать содержание катионов

натрия и калия в воде.

Рис. 4. Динамика свойств образцов из массы, размолотой до 35 0ШР при

изменении длительности предварительного набухания.

На втором этапе исследований с добавкой в артезианскую воду 0,9%

поваренной соли оценивали оптимальную продолжительность предвари-

тельного набухания полуфабриката перед роспуском и размолом. Данные

эксперимента представлены на рисунках 5-7.



3-я Международная научно-практическая конференция

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



Рис. 5. Динамика свойств массы при размоле после предварительного на-

бухания полуфабриката в течение 30 мин.

Рис. 6. Динамика свойств массы при размоле после предварительного на-

бухания полуфабриката в течение 60 мин.

Продолжительность набухания в течение 1 часа оказалась более

предпочтительной по критериям роста водоудержания и сохранения длины

волокна. Заметим, что продолжительность размола массы до степени

помола 25

ШР сократилась в полтора раза, что свидетельствует о более

интенсивном расклинивающем действии воды, вызываемом осмотическим

давлением в пределах микроструктуры стенки волокна, вызванным при-

сутствием катионов натрия! На рисунке 7 представлена динамика свойств

образцов, полученных из массы размолотой после часового набухания

полуфабриката в артезианской воде с введенными в неё катионами натрия

(3528 мг/л).

3-я Международная научно-практическая конференция

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

Рис. 7. Динамика свойств образцов, полученных из массы при набухании

полуфабриката в арте-зианской воде с введенны-ми в неё катионами на-

трия.

Плотность образцов при степени помола 35 и 45

ШР значительно

превышает значения их в случае изготовления образцов из массы, разво-

локненной и размолотой в артезианской воде без добавления катионов на-

трия. Этот факт свидетельствует о более эффективном внутреннем фиб-

риллировании волокон, вызванном ионной частью осмотического давле-

ния в присутствии катионов натрия.

Резюме

Таким образом, получены результаты, подтверждающие положи-

тельное влияние содержания ионов натрия в воде на процессы набухания и

размола макулатурной массы.

3-я Международная научно-практическая конференция

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



Библиографический список

1. Белянин В., Романова Е. Жизнь, молекула воды и золотая пропорция //

Наука и жизнь. - №10. - 2004.

2. Детская энциклопедия //Педагогика. – М. -1973. -543 с.

3. Кузнецова Л.В. Исследование влияния сезонных изменений свойств

речной воды на физико-химические параметры бумажной массы

[Текст]/ Д.А. Дулькин, В.А.Спиридонов // Новейшие технологии в

производстве бу-маги из макулатурного сырья и переработке

гофрокартона. 10-я Юбилейная Международная научно-техническая

конференция, - М.: Изд-во МГУЛ, 2009. – С. 38-42.

4. Lane, John, A Non-chemical Water Treatment Device/ TP00-03, Cooling

Technology Institute Annual Conference. – Houston. - TX 2000.

5. Lane, John, Opheim, Ph. D., Dennis. Biological Control in Cooling Towers

Treated with Pulsed-Power Systems/ IWC-01-54, IWC, Pittsburgh, PA,

2001.

6. Task Group T-7K-2, Control Factors in Performance Testing of Nonchemi-

cal Water Treatment Devices/ NACE. - Mar. 1997.

7. Task Group T-7K-3, Predictably Effective Equipment and In Situ Processes

Applied to Water Systems/ NACE. - Jun. 1998.

8. БСЭ. -М.: Советская энциклопендия. - 1972. – т. 8 – 592 с.

9. Alanko, K. Recyclability of thermomechanical fibers // M.Sc. thesis / Helsinki

University of Technology; Department of Forest Products Technology. –

Espoo. - 1993.

10. Scallan, A. Elasticity of fiber wall; effects of pulping and recycling / A.

Scallan, A.C. Tigerstrom // CPPA 1st Research Forum on Recycling. –

Montreal, 1991.– P. 149.

11. www.chem.msu.su/…/

12. БСЭ. - М.: Советская энциклопедия. 1972. - т. 3. - 640 с.

3-я Международная научно-практическая конференция

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

УДК 676.22. 664.1:676.017.42

А.А. Комиссаренков

Санкт-Петербургский государственный технологический

университет растительных полимеров

В.Г. Хорьков

Voith

ХИМИЧЕСКОЕ ОБЛАГОРАЖИВАНИЕ МАКУЛАТУРЫ

В ПРОЦЕССЕ РОСПУСКА

Процесс составления композиции бумажной массы состоит из по-

следовательного или совместного введения ряда реагентов в разбавленную

целлюлозную массу, которая обеспечивает удержание компонентов компо-

зиционной системы и придание необходимых свойств бумаге. В основном

в качестве реагентов в настоящее время используют полимерные вещества,

которые не рассматривают с точки зрения возможного неконтролируемого

взаимодействия

друг с другом с образованием полиэлектролитических

комплексов (ПЭК) [ 1 ]. Тем более, что расходы таких реагентов устанав-

ливают опытным путем до обеспечения необходимых свойств бумаги, а в

оборотной и сточной воде фиксируется содержание этих реагентов в раз-

личных качествах.

Стехиометрические полиэлектролитичесие комплексы (СПЭК), об-

разующиеся при взаимодействии катионных и анионных полиэлектроли-

тов за

счет кооперативных реакций являются малорастворимыми соедине-

ниями и обладают высокой адгезией к формующей сетке, прессовым сук-

нам, синтетической поверхности и могут обуславливать загрязнения этих

материалов.

С другой стороны такие ПЭК сами обладают сорбционными свойст-

вами и могут использоваться при очистке сточных вод целлюлозно-

бумажных предприятий [ 2 ].

На стадии роспуска при переработке

макулатуры возможно выделе-

ние таких продуктов в дисперсную среду вместе со сверхмалой фракцией

волокна, отделенной из основной массы целлюлозы. Отрыв микрочастиц

целлюлозы, содержащей ранее используемые реагенты, может быть связан

с тем, что силы адгезии волокна с образовавшимся в процессе производст-

ва бумаги СПЭК значительно больше сил когезии межволоконных связей.

Эти вновь

образовавшиеся структуры способны к набуханию с про-

явлением липкости бумажной массы и составляют какую-то долю из об-

щего содержания «анионного мусора».

Для устранения влияния анионного мусора на технологический про-

цесс изготовления бумаги в композицию бумажной массы вводят катион-

ные полиэлектролиты (КПЭ) которые выполняют роль жидкого анионита

и способны связать

определенное количество «анионного мусора» без се-