Способ изготовления бумаги

, 166 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ПИСАНИЕ ИЗОАВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(56) Энгельгардт Г. и др, ПроклейкаМ,: Лесная промышленность, 1975,194,Авторское свидетельство СССРМ 1040011, кл, О 21 О 3/00, 1981,Авторское свидетельство СССРЬЬ 1437454, кл. О 21 О 3/00, 1987,Авторское свидетельство СССРЬЬ 1694757, кл. О 21 Н 21/16, 1989.Авторское свидетельство СССРМ 1548301, кл, О 21 О 3/00, 1988. Изобретение относится к целлюлознобумажному производству, а точнее к призводству клеенных видов бумаги с наполнителем,Известен традиционный способ изготовления бумаги, включающий размол целлюлозного волокна, введение в размолотую волокнистую массу предварительно растворенного и разбавленного клея, добавление к бумажной массе осадителя, преимущественно алюминиевых квасцов, введение наполнителя и отлив бумажного полотна.Недостатком такого способа является высокий расход клея, который при самых благоприятных условиях составляет 20 - 30 кг/т бумаги, и осадителя 40-60 кг/т,Известен способ изготовления бумаги, позволяющий снизить расход проклеивающих веществ и осадителя по сравнению с(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ бУМАГИ (57) Изобретение относится к целлюлознобумажной промышленности и позволяет снизить производственные затраты при сохранении качества бумаги. Способ изготовления бумаги включает размол волокнистых полуфабрикатов, приготовление проклеивающей смеси, введение ее в размолотую волокнистую суспензию и отлив бумажного полотна. Проклеивающую смесь готовят путем введения в каолиновую суспензию канифольного клея и осадителя, причем осадитель вводят в два этапа с интервалом 15 - 20 мин при постоянном перемешивании в количестве, обеспечивающем рН смеси на первом этапе 6,0 - 7,5, а на втором 4,3-5,0, 1табл,традиционным. Способ включает размол во- ллокнистых полуфабрикатов, проклейку во- слокнистой массы канифольным клеем споследующим осаждением его на волокнахкоагулянтом, введение наполнителя и отливбумажного полотна, Проклейку осуществляют путем отделения от волокнистой массы Офпосле ее размола части массы в количестве Я30 - 50 , введения в нее квнифольного клея,осадителя и последующего смешения ее состальной массой. Реализация этого способа в промышленных условиях осложнена,т,к, связана с необходимостью разделениямассного потока на две части и созданияновых коммуникаций,Известен также способ изготовлениябумаги, включающий размол целлюлозноговолокна, введение проклеивающего вещества, наполнителя и осадителя с последую 17722825 10 15 20 25 30 35 40 50 щим отливом бумажного полотна, причем проклеивающее вещество вводят сначала в суспензию наполнителя, полученную смесь перемешивают и вводят в целлюлозную суспензию, куда затем вводят осадитель.Недостатком этого способа изготовления бумаги является достаточно высокий расход проклеивающих веществ и осадителя.Известен способ изготовления бумаги, обеспечивающий снижение расхода осадителя, Способ отличается от описанного выше тем, что осадитель вводят в проклеивающую смесь, состоящую из клея и наполнителя. Необходимым условием реализации способа является использование в качестве наполнителя в проклеивающей смеси наполнителя с ионообменными свойствами. выбранного из следующего ряда: фосфогипс, гидросил, белая сажа, цеолит,Недостаток способа заключается в узкой области его применения,т,к. ограничен круг применяемых наполнителей. Способ, в частности, неэффективен, если в качестве наполнителя в бумагу вводят каолин мокрого обогащения, который является основным видом наполнителя в производстве писчих и печатных видов бумаги, Отсутствие эффекта обьясняется тем, что каолин мокрого обогащения имеет низкую удельную поверхность и, таким образом, является менее активным сорбентом, чем, например, цеолит или белая сажа, Применение указанных выше наполнителей ведет также к увеличению производственных затрат,Известен способ изготовления бумаги, включающий размол целлюлозы, изготовление проклеивающей смеси путем последовательной обработки клея коллоидной гидроокисью алюминия с рН 6,5 - 8,5 и алюминиевыми квасцами до рН 4,5 - 5,0 с интервалом 15 - 20 мин при постоянном перемешивании, введение проклеивающей смеси в размолотую целлюлозную суспензию и отлив бумажного полотна, Описанный способ позволяет снизить производственные затраты за счет сокращения расхода химикатов при одновременном улучшении качества бумаги,Однако известный способ эффективен при изготовлении клеенных видов бумаги(беэ наполнителя). Кроме того, он требует дополнительных емкостей для приготовления гидроокиси алюминия и коммуникаций, что ведет к увеличению производственных затрат при изготовлении бумаги.Известен способ изготовления бумаги, включающий размол целлюлозы, приготовление проклеивающей смеси и введение ее в целлюлозную суспензию, и выбранный в качестве прототипа как наиболее близкий по технической сущности и по достигаемому эффекту к изобретению.Проклеивающую смесь в соответствии с прототипом готовят следующим образом: к каолиновой суспензии добавляют наполни- тель с ионообменными свойствами, выбранный из группы. содержащей белую сажу, цеолит, гидроокись алюминия, гидросил и кремнистую опоку в количестве 10-25 от массы абсолютно сухого каолина, затем добавляют раствор канифольного клея, перемешивают и добавляют алюмоаммонийные квасцы. Проклеивающую смесь вводят затем в целлюлозную суспензию, из полученной бумажной массы отливают опытные образцы бумаги.Недостаток способа по прототипу заключается в использовании дорогостоящего наполнителя с ионообменными свойствами, что ведет к увеличению производственных затрат,Целью изобретения является снижение производственных затрат за счет исключения дорогостоящих наполнителей с ионообменными свойствами при сохранении качества бумаги,Это достигается тем, что в известном способе изготовления бумаги, включающем размол волокнистых полуфабрикатов, приготовление проклеивающей смеси путем введения в каолиновую суспензию клея и осадителя, введение проклеивающей смеси в размолотую волокнистую суспензию и отлив бумажного полотна, в соответствии с предлагаемым изобретением осадитель вводят в два этапа с интервалом 15-20 мин при постоянном перемешивании в количестве, обеспечивающем рН смеси на первом этапе 6,0-7,5, на втором 4,3 - 5,0.При традиционной проклейке в массе в кислой среде для высаживания осадков канифольного клея на волокнах необходимо наличие гидроокиси алюминия и ионов А 3+, Завершающим технологическим этапом проклейки является получение высокого положительного заряда клеевого осадка, что достигается при оптимальных значениях рН массы, равных 4,5-4,7, 8 ысокий электрокинетический потенциал клеевого осадка является главным фактором проклейки и на доводку оптимального значения рН для его получения расходуется основное количество сульфата алюминия, При проклейке бумаги процесс образования осадков канифольного клея с высоким электрокинетическим потенциалом можно провести вне волокна, в более ограниченном объеме, в 10-20 раз меньшем обьема бумажной массы,50 Так же как и в проклейке в массе в кислой среде канифольный клей подвоздействием сульфата алюминия проходит через все характерные технологические фазы.Первой технологической фазой является образование гидроокиси алюминия и хемосорбция хлопьями гидроокиси частиц канифольного клея. Определяющее.значение при этом имеет активность поверхнооти гидроокиси алюминия, что в свою очередь зависит от рН среды, при котором происходит гидролиз. Максимальной удерживающей способностью обладают гидроксиды алюминия, образовавшиеся в слабощелочной среде (при рН 6,0 - 7,5). В укаэанном диапазоне гидроксиды алюминия сильно гидратированы, высокополимерны и обладают значительной поверхностной энергией, Этот диапазон значений рН, кроме того, обеспечивает образование наиболее благоприятного химического состава осадков канифольного клея, преимущественно монорезината алюминия, В зоне значений рН выше 7,5 наблюдается переход аморфной гидроокиси алюминия в кристаллическую, которая менее пригодна при проклейке, Предполагается, что в диапазоне рН 6,0-7,5 обеспечиваются условия, способствующие увеличению степени полимериэации гидроксокомплексов алюминия.Продолжительность первой технологической фазы - 15 - 20 мин, в результате которой образуется проклеивающая смесь.Вторая технологическая фаза проклейки - превращение проклеивающей смеси при рН 4,3 - 5,0 в злектростатически клеящую смесь, Предполагается, что при рН 4,3 - 5,0 происходит образование координационных связей между частицами каолина и гидроксокомплексами алюминия, хемосорбированного частицами канифоль- ного клея, и последующее повышение дзета-потенциала, образовавшихся координационных структур. При введении в волокнистую массу положительно заряженные координационные структуры вступают в электростатическое взаимодействие с отрицательно заряженными волокнами, рН бумажной массы после введения в нее проклеивающей смеси зависит от рН оборотной воды и находится в нейтральной или слабощелочной зоне, Соли алюминия можно вводить в каолиновую суспензию на первом этапе до илипосле введения канифольного клея в количестве, обеспечивающем рН 6,0-7,5. Примеры по изобретению выполнены влабораторных условиях. 5 10 20 25 30 35 40 45 П р и м е р 1. Для изготовления образцов бумаги (лабораторных отливок) вначале размалывают целлюлозу на лабораторной дисковой мельнице ЛДМпри массовой доле волокна 2,5,Волокнистая суспензия состоит иэ 50 ф, сульфатной беленой лиственной целлюлозы марки ЛБпо ТУ 81-04-479-77 и 50 сульфитной беленой хвойной целлюлозы марки Апо ГОСТ 3914-74, Размол целлюлозы ведут совместно до 35 ф ШР. Из размолотой целлюлозы отбирают 800 мл массы РО г целлюлозы по абс, сухому волокну) и доводят ее объем водопроводной водой до 1 л, Проклеивающую смесь готовят следующим образом: к 50 мл каолиновой суспензии (4 г по сухому остатку или 20 оь от массы абс, сухого волокна), имеющей рН 7,7, добавляют 12 мл раствора канифольного клея марки ТМ концентрацией 20 г/л (1,2 по сухому остатку от массы абс. сухого волокна) и перемешивают. рН суспензии при этом повышается и равняется 8,4. Через 15 мин к смеси добавляют раствор алюмоаммонийных квасцов концентрацией 100 г/л до рН 6,0; количество квасцов, которое вводят, составило 1 мл или 0,5 оь от абс, сухого волокна, Полученную смесь тщательно перемешивают в течение 15 - 20 мин, а затем рН смеси доводят до 4,5 путем повторного введения 2,5 мл раствора алюмоаммонийных квасцов, что составляет 1,25% от абс. сухого волокна. Полученную таким образом проклеивающую смесь, обладающую злектростатически клеящими свойствами, постепенно вводят в волокнистую суспензию при перемешивэнии, обеспечив т.о, ее равномерное распределение на волокнах, При смешении волокнистой суспензии и электростатически клеящей дисперсии между ними происходит электростатическое взаимодействие: частицы нэполнителя, покрытые осадками канифольного клея, обладающие положительным зарядом, высаживаются нэ отрицательно заряженных волокнах. рК заклеенной бумажной массы 6,8 единиц, Бумажную массу затем разбавляют водопроводной водой, доводят ее объем до 3 л, добавляют раствор полиакриламида в количестве 0,025 от массы абс, сухого волокна и из приготовленной бумажной массы на листоотливном аппарате Нобль-Вуд изготовляют отливки, которые испытывают по стандартным методикам. Результаты испытаний приведены в таблице.П р и м е р 2. Подготовку волокнистой суспензии, приготовление проклеивающей смеси и изготовление образцов бумаги осуществляют аналогично примеру 1. Однако вдиапазонов,45 50 55 отличие от примера 1 в каолино-клеевую дисперсию вводят алюмоаммонийные квасцы вначале до рН 6.1 (0,5)ь от массы абс. сухого волокна), а после перемешивания в течение 20 мин до рН 4,3 (1,0 от массы абс. сухого волокна).П р и м е р 3, Отличается от примера 1 тем, что в каолино-клеевую смесь после перемешивания в течение 15 мин вводят на первой ступени алюмоаммонийные квасцы до рН 7,5 (0,25 от массы абс. сухого волокна), а затем через 20 мин после перемешивания рН снижают до 4,7, добавив квасцов 1,25 от абс, сухого волдкна,П р и м е р 4, В отличие от примера 1 в каолиновую суспензию вводят сначала алюмоаммонийные квасцы до рН 6.6 0,25;4 от абс, сухого волокна), затем смесь перемешивают в течение 10 мин и вводят раствор канифольного клея в количестве 12 мл или 1,20, от абс. сухого. волокна, рН смеси равняется 7,6, После этого смесь перемешивают в течение 15 мин, а затем путем введения квасцов доводят рН смеси до 5,0, количество квасцов на этом этапе составило 1,250, от абс. сухого волокна.Примеры для сравнения,П р и м е р 5 (по традиционной технологии). Подготовку массы осуществляют, как в примере 1, однако проклейку осуществляют в массе традиционным способом в кислой среде), Для этого в волокнистую массу вводят 12 мл канифольного клея (1,2 ф от массы абс. сухого волокна), перемешивают в течение 15 мин, после чего вводят 50 мл дисперсии каолина, перемешивают в течение 10 мин, а затем добавляют 18 мл раствора алюмоаммонийных квасцов (9 от абс. сухого волокна), рН массы после этого составляет 4,9,П р и м е р 6, Приготовление волокнистой суспензии, и роклеивающей смеси и изготовление образцов бумаги осуществляют, как в примере 1, однако в отличие от примера 1 в каолино-клеевую суспензию вводят вначале алюммоаммонийные квасцы в количестве, обеспечивающем рН 7,7(0.25 О от массы абс, сухого волокна), а затем после перемешивания в течение 15 мин доводят рН до 4,2 путем дополнительного введения квасцов в количестве 1,25 О от массы абс, . сухого волокна.П р и м е р 7. В отличие от примера 1 рН каолино-клеевой дисперсии на первом этапе доводят.до рН 5,7 путем введения квасцов в количестве 0,5 от абс. сухого волокна, а после перемешивания в течение 15 мин снижают рН дисперсии до 4,6, для чего квасцы вводят в количестве 1,0 от абс, сухого волокна, Кроме того, в каолино 10 15 20 25 30 35 40 вую суспензию раствора канифольного клея в отличие от примера 1 добавляют 10 мл или 1% от абс, сухого волокна,П р и м е р 8. Отличается от примера 1 тем, что в каолино-клеевую суспензию на первом этапе вводят алюмоаммонийные квасцы в количестве, обеспечивающем рН 7,0 0,25 О от массы абс. сухого волокна), затем смесь перемешивают в течение 15 мин и рН смеси доводят раствором квасцов до 5,3 (1,25 от массы абс, сухого волокна).П р и м е р 9 по прототипу), Подготовку волокнистой суспензии ведут, как в примере 1. Проклеивающую смесь готовят следующим образом: к 3,2 г (концентрацией 200 г/л) каолиновой дисперсии добавляют 0,8 г белой сажи, что составляет 257, от абс. сухого каолина, перемешивают смесь 15 мин, а затем к смеси наполнителей добавляют 10 мл канифольного клея (1,0;4 от абс. сухого волокна) в виде раствора концентрацией 20 г/л и перемешивают, Через 15 мин поле адсорбционного насыщения поверхности наполнителей частицами канифольного клея в смесь вводят 3 мл алюмоаммонийных квасцов 1,5 Я, от абс. сухого волокна), Для улучшения условий перемешивания объем проклеивающей смеси доводят водой до 100 мл, при этом рН смеси равняется 4,9, Затем проклеивающую смесь вводят в волокнистую суспензию, массу разбавляют водопроводной водой до 3 л, добавляют полиакриламид в количестве 0,025 О от массы абс. сухого волокна и из приготовленной бумажной массы изготовляют известным способом образцы бумаги.В таблице представлены также результаты физико-механических испытаний отливок, изготовленных по традиционной технологии,по прототипу, а также изготовленных в условиях, когда рН проклеивающей смеси выходит за пределы заявляемых Данные таблицы свидетельствуют о том, что предлагаемый способ, как и способ по прототипу, по сравнению с традиционной технологией обеспечивает снижение расхода проклеивающих веществ без ухудшения качества бумаги, Однако предлагаемый способ позволяет отказаться от применения дорогостоящих наполнителей с ионообменными свойствами и достигать аналогичного результата при использовании дешевого и доступного наполнителя - каолина. Кроме того, предлагаемый способ. как и в прототипе, позволяет вести отлив бумаги в среде, близкой к нейтральной,Если после введения квасцов в каолиноклеевую смесь рН смеси превышает 7,5, то1772282 смеси целлюлозными волокнами ухудшитсяпроклейка бумаги, о чем свидетельствуетпример 8,Пример 1 ( о мзоб-ретению) Пример 9(по изоб"ретению) Примеры для сравнения Пример 3 (по изобретению) Пример 2(по изобретению) Технологические паралетры изготовления бумагиПоказатели бу- магм Пример 5(трад.) Пример 6 Пример 7 Пример 8 Расход прокленваюзих впзеств 2 от массы абс, сухого волокнаканифольного клея 1,0 1,2 1,0 1,2 1,2 2 1,0 1,0 1,2 20 20 расход на- полнителя 20 20 20 20 20 20 20 алюноамзнв- ных квасцов (общий расод) 15 1,5 1,5 1,5 15 9,0 1,5 1,5 1,75 рМ среды (послевведения квасцов) 1 эт.- 6,011 эт,4,5 1 эт,7,011 ст.5,3 1 эт.5,711 ст.4,6 1 эт.7,711 ст.4,2 1 ст.6,611 ст5,0 1 ст,7,511 ст.4,7 1 эт.6,11 эт,4,3 4,9 4,9 физико-иеханическме показатели: Масса бунаги пловадью,нзг 84 60 70 72 62 71 74 66 Разрывная дли-.на, н 296 320 2905 2886 325 2575 387 2887 2937 Относительноесопротивлениепродавлмваиию,кпа 64 38 15 154 138 07 142 72 Впмтываеюсть воды прн односторониен сиачивании (по Коббу) г/нз 35 8 3513,8 22 8 4 12 4,7 14,4 148 Зольность 2 3,5 2,13,0 15,2 5,3 Составитель М. ЛитвинТехред М. Моргентал Корректор Т. Палий Редактор Заказ 3820 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 475 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 проклейка несколько ухудшается (пример6).При снижении рН среды ниже 6,0 (пример 7) адсорбционные свойства образовавшейся в этих условиях гидроокиси хуже. При. этом ухудшаются условия образования полиядерных комплексов, что ведет к снижению адсорбционной активностиповерхности и в конечном счете к ухудшению проклейки,Диапазон значений рН смеси на второмэтапе выбран в пределах 4,3-5,0, Поддерживать рН смеси ниже 4,3 нецелесообразно изэкономических соображений, кроме того,указанньл диапазон достаточный для достижения высокого о -потенциала смеси,Если рН смеси будет выше 5,0, то перезарядка смеси не достигается, и из-за недостаточного удержания проклеивающей 5, Формула изобретенияСпособ изготовления бумаги, включающий размол волокнистых полуфабрикатов, приготовление проклеивающей смеси путем введения в каолиновую суспензию ка нифольного клея и осадителя, введениепроклеивающей смеси в размолотую волокнистую суспензию и отлив бумажного полотна, отличающийся тем,что,сцелью снижейия производственных затрат при со хранении качества бумаги, осадитель вводят в два этапа с интервалом 15-20 мин при постоянном перемешивании в количестве, обеспечивающем рН смеси на первом этапе 6,0-7,5, а на втором 4,3-5,0.