Способ получения бумаги сухого формования

вания ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И О;ГНРЫТИЙ(71) Всесоюзное ордена ТрудовогоКрасного Знамени научно-производственное объединение целлюлозно-бумажной промышленности и Ленинградская ордена Ленина лесотехническаяакадемия им. С.И.Кирова(56) 1. Мол Вугд 1 Ною оса воадыге 1 а леедед со дие 1 ог ейгелдСЬ 1дгуГогвед Ьалдв Ьисв;"Тарр 1 л 1974ч. 574, Р. 131- 133,(54)(57) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БУМАГИСУХОГО ФОРМОВАИИЯ путем формо,1008326 волокнистого слоя нэ целлюлозных,искусственных илн синтетических волокон, пропиткн полученного слояжидкостным. реагентом и последующегоего прессования н сушки, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с цельюпридания бумаге заданных структурнодеформационных характеристик присохранении требуемой механическойпрочности бумаги в сухом и во влажном состояниях, полученный волокинотый слой последовательно пропитывают2-8-ным раствором .алюмината натрияи раствором.одноосновной кислоты дополучения рН волокнистого слоя после пропитки 8-9,5, прессование осуществляют при удельном давлении 520 МПа а сушку ведут при 120-200 СИзобретение относится к целлюлозно"бумажному производству, конкретно к способам получения различных видов бумаги и нетканых материалов, изготавливаемых на действующем оборудова-. нии и вновь создаваемых бумагоделательных машин усовершенствованных конструкций.И вестен способ получения бумаги сухого Формования путем формования волокнистого слоя иэ целлюлозных, О искусственных или синтетических волокон, Пропитки полученного слоя жидкостным реагентом и последующего его прессования и сушки. По этомупособу сформованный из аэровзвеси 5 целлюлозных волокон слой подвергают пропитке водой до влажности 85, затем прессуют при давлении 7 МРа и сушат в течение часа при 83 С. В резу 0льтате между волокнами целлюлозы возникают,как и при гидродинамическом способе получения бумаги, водородные связи через гидроксильные группы целлюлозы, и это придает готовому материалу определенную пРочность .1, 25Недостатком данного способа является во-первых, низкий показа-.тель механической прочности, малая объемная масса, практически полная потеря прочности при повторном намокании бумаги отсутствие влагопрочности и, во-вторых, рекомендуемый режим сушки из-эа длительности процесса невозможно реализовать в промышленных условиях.Цель изобретения - придание бума ге структурно-деформационных характеристик при сохранении требуемой механической прочности бумаги всухом и во влажном состояниях.Поставленная цель достигается тем.40 что в способе получения бумаги сухого формования путем формования волокнистого слоя из целлюлозных, искусственных или синтетических волокон, пропитки полученного слоя жид костным реагентом и последующего его прессования и сушки, полученный волокнистый слой последовательно пропитывают 2-8-ным раствором алюмината натрия и раствором одноосновной кислоты до получения РН волокнистого слоя после пропитки 8-9,5, прессование осуществляют при удельном давлении 5"20 МПа, а сушку ведут при 120200 С,В результате последовательной пропитки сформованного сухим способом волокнистого слоя растворами алюмината натрия и одноосновной:кислоты, в композиции бумаги появляется активный гидроксид алюминия, молекулы ко торого состоят иэ полигидроксикомплексов алюминия, частицы его достигают размеров 40-60 мкм. Внутренняя координационная сфера алюминиевых полиядерных комплексов в момент обра зования гидроксида застроена молекулами воды, гидроксильными группами и анионами кислоты, с помощью которой производится гидролитическое разложение алюмината натрия, Во время прессования и сушки бумажного полОтна молекулы воды и одновалентные анионы замещаются на поверхностные гидрокси-. льные группы молекул целлюлозы, благодаря чему образуются многочисленные сщивки волокон типа "целлюлозагидроксид алюминия-целлюлоза".В обычных условиях, в отсутствие гидроксидов алюминия, связи между во-. локнами целлюлозы почти исключительно образуются в том случае, когда расстояние между ними не превышает 2- 2,751 ,Одним из преимуществ предлагаемого способа является то, что дополнительные поперечные связи через гидроксид алюминия образуются между целлюлозными волокнами при расстоянии между ними 40-60 мкм, т.е. в 210 -3 10 раз больше, Благодаря этому обеспечивается относительно высокая подвижность волокон в структуре бумажного листа при его нагружении. Практически это выражается в существенном (в 2-3 раза) возрастании деформации до разрыва бумаги и работы разрыва по сравнению с бумагой известного способа получения. Улучшение указанных показателей является очень важным для тароупаковочных и Фильтрующих видов бумаги,Многовалентные анионы способностью замещаться на гидроксильные группы целлюлозы не обладают, по этой причине для гидролиза алюмината натрия можно использовать только одноосновные кислоты - соляную, азотную, уксусную и т.п, ВодОродные связи между целлюлоэными волокнами образются только на расстоянии 2-2,75 А, а координационные связи через гидроксисоединения алюминия на расстоянии до 40- 60 мкм, таким образом, вероятность связывания волокон целлюлозы молекулами гидроксида алюминия во много раз выше, чем такая вероятность при реализации только водородных связей.При использовании нецеллюлозных волокон, .неспособных к образованию водородных связей, механизм создания прочности под действием гидроксидов алюминия отличается от вышеописанного. В этом случае трехмерная структура, образованная слабосвязанными волокнами, пронизывается множеством прочносвязанных друг с другом беспорядочно ориентированных линейных молекул гидроксида алюминия. В этой структуре волокна играют роль элементов, придающих системе необходимую жесткость и упруго- вязкие свойства, а.молекулы гидроксида алюминия выполняют Функцию придания системе целостности и механи еской прочности.П р и и е р 1. Сухой слой из волокон сульфатной небеленой целлюлозы с массой 1 м , равной 100 г, обраба.е тывают поочередно 2-ным раствором , алюмината натрия и раствором соляной кислоты.,Влажные отливки подвергают прессованию между двумя прессовыми сукнами при давлении 5,10 и 20 МПа, после чего высушивают на цилиндре при 160 ОС. Разрывная длина образцов составляет соответственно для указанных 10 давлений 1160, 1180 и 1390 м, а влаго. прочность - около 12 табл. 1.Образцы бумаги, приготовленные из того же волокнистого материала и в тех же условиях по известному способу, имеют разрывную длину 680, 700 и 830 м соответственно давлению прессования, а влагопрочность около 4.Таким образом, предлагаемый способ получения бумаги сухого формования позволяет повысить разрывную длину в 1,7 раза, а влагопрочность - в 3 разаПовышение концентрации раствора алюмината натрия при обработке до 8 увеличивает разрывную длину до 1400, 1770 и 2100 м для давлений прессования соответственно 5, 10 и 20 МПа), а влагопрочность возрастает до 26,7-28,8-27,3. Таким образом, предлагаемый способ по сравнению с известным дает увеличение разрывной длины в 2-3 раза, влагопрочности - в 7 раз. Растяжимость бумаги возрасла в в 2-3 раза.П р и м е р 2. Сухой слой из волокон сульфитно 1 й небеленой целлюлозы 35 с массой .1 м , равной 100 г. обрабатывают поочередно 5-ным раствором алюмината натрия и раствором соляной кислоты, Влажные отливки прессуют при давлениях и температурах, ука эанных в примере 1. Разрывная длина как показано в табл. 2, составляет при давлении 5 МПа 750 м, при 10 ИПа м, а при 20 МПа - 950 м. Образ-, цы, изготовленные по известному спо собу, имеют разрывную длину 110; 350 и 380 м соответственно, т.е. в 2,2 - 6,8 раза менее прочные. Влагопроч-. ность опытных образцов составляет 14 а контрольных - около 4,5. Растяжимость бумаги составляет соответственно 5-6 против 2 -2,5, т.е. возросла в условиях предлагаемого способа в 2-3 раза. Повышение температуры сушки отпрессованных образцов от 160 до 2000 С (при неизменном режиме прессо вания увеличивает влагопрочность образцов, изготовленных по предлагаемому способу,до 19-19,4. а изготовленных по известному способу - до 4,8-4,95, .П р и м е р 3. Сухой слой, сфор. 60 мованный из вискозных волокон длиной 5-6 м,обрабатывают последовательно 8-ным раствором алюмината натрия и раствором соляной .кислоты и прессуют под давлением 5, 10 и 20 МПа, 65 после чего высушивают при 120 оС на металлическом барабане. Образцы, как показано в табл. 3, имеют разрывную длину 300, 320 и 420 м соответственно давлению прессования, при влагопрочности 22;5 - 23,1 - 24,5. Растяжимость бумаги составляет 4,5- 6. Образцы бумаги, полученные из вискозных волокон по известному способу, разрушаются при попытке снять их с сетки - после высушивания.Необходимость поддержания рН после пропитки в пределах 8-9,5 объясняется тем, что при рН больше 9,5 гидроксида алюминия образуется очень мало и эффекты отего присутствия незначительны. При рН ниже 8, хотя полнота осаждения гидроксида алюминия близка к 100, его активность по отношению к волокнам резко понижается. В табл. 4 приведены данные, подтверждающие необходимость поддержания рН листа бумаги после пропитки в указанных пределах. В этой таблице приведены показатели качества отливок, изготовленных иэ древесной: целлюлозы по известному и предлагаемому способам при температуре сушки 160 С.При других температурах сушки наблюдаемые закономерности остаются такими же.Прн температурах ниже 120 С положительный эффект от гидроксида алюминия заметно понижается, что связано с неполной дегидратацией его. При температурах выше 200 С влагопрочность, выраженная в процентах, продолжает расти, но остальные показатели качества иэ-за начинающейся в этих условиях термической деструкции целлюлозы существенно понижаются Поэтому в формуле изобретения и казаны пределы температуры 120-200 С.Что же касается давленйя прессования, то тут наблюдг.ется вполне закономерная тенденция улучшенияпоказателей качества с ростом последнего. Однако на современном промышленном оборудовании, используемом вцеллюлозно-бумажном производстве, получить давление свыше 20 МПа невозможно. Поэтому в Формуле изобретения и указаны пределы 5-20 МПа (при давлени. ях ниже 5 МПа предлагаемый способ по сравнению с известным очевидных преимуществ не имеет).Таким образом, использование предлагаемого способа получения бумаги сухого формования позволяет получить более прочную по сравнению с известным бумагу в сухом. и, особенно, во влажном состоянии. Растяжимость опытной бумаги (удлинение при разрыве) также значительно возрастает при ис" пользовании предлагаемого способа.Экономический эффект от внедрения предлагаемого способа получения бумаги сухого Формования составит не менее 180000 руб,1008326 о ф с с а тЧ т 1 а т.4 Сс см т 1 м сЧ сЧ СЧ а о с с1 сЪ м м тУ а о с сЧ 0 т 0 а а о о а ас аа о ос сЧ СЧ о а о с с с а тэ а оса а а с сФ 1 х о о О ОЪ Оъ От тс т 4 о о тс а с- ф о ь х Х 1 Ан о о р,ох 1 о (4 П( Оъ 1 сч а с с сф ф т 4 тг 4 м Сс с с сЧ сЧ т 4 т 4 Сс СЧ с Ю ф сч сч сЧ сЧ с с Ф фФ Э ЯвРх аХ Х я сэаюэх сад о а с ю аа о сс 0 Ю Э Эх хдхй О о о о М м то о о т 4 т 4 то о сЧ Ю о1 Ю м ОЪ О ОЪ т 4 ОЪ О Я ф Ю сЧ а 5 1 Х Э 1 Х к оп( дээд е х ао(х Схиой Ю т а 1 1 1 1 1 н о к о ох о х а 1 1 1 1 о Э а Э Э Ф а ЭФ ечЯЮ Э( ртр щ он ко оо о.Й В тЧ Я Ю х с Э а з юа Щ ф Е 1 1М 1 н 1 о о 1ОХ 4 1 1 (4 Х 1ео 11 К а 1 1с 1 ( 1 Х Э 1 1 э ад 1 1 ХКМ 1 х аю 1 Вэ яха О О О О О О о ч а 0 сч а СЧ сЪ Ч аО, т 4 т 4 т 4 т 4 т 4 СЧ О О О О О О 0 ф в а 4 о т.4 г 4 М т 4 г 4 ( т.с тт 4 тт.4 г 4 о юг 4 сч а сч с 10 м м с фФ о т 4 м сч м с сч а а Ю Ю тсЧ Сс ОЪ тЮс 0 1 1 1 ю 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 ( 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 14 4 о м 4 1 1 1 1 1 1 1 1 а О О а О О Осс с с а а а а ф а э о ас (Ч 4 Ч о 11 .1О 1 д1 ФЮ4 О Ос ао ОЪ 4 Ч М О 3"Ф с,с с с О О 4 Ч М МЪ М.4 4 4 .4 г 4 4 г (Ч У 4 Ч 4 Ч 4 Ч 1 1 1 1 1 1 3 с 1 йфтах а ахФ1 Э В 1 хо Фох кох фЭХ Э йЭ КИ ф о о .4 СЧ о 4 о о .4 4 Ч о о а 4 4 Чйд) Х сХАЮ333 Х Х 11 Я1 аэФ С 33Х 2Х Дю6 О 3 СЛ, О О . Ос с с сУ ОЪ 3 СЪ ССЪ ОЪ ЮсФ ССЪ О ОЪсССЪ ССЪ 1 1 1 СЛФ О О с с ССЪ СО Сс Сс с 1М г 3 с с ОЪ ф т%.4 СЛ с Ъ с с с СЧ 4 М с 3 СЧ СЧ СЧ рао 11 Х353йщ ХЕХХДХХ 1 111 11 Ф 1 1Ц О 33 с3 Ц Э Э Ю Х 33ДХХ 93 ХХЦ О ОССЪ с.4 СЧ а о Й О Сб й й о Ю Н С.3 3 й й о Ф фХ о О Ю Ю Х ф Н со о цО ОО О О 3: о О О О О 33 Ъ О О с с с с с с с чу с 3 3 Чф Ф с 3 ф О 3 С 3 О с с с О В СЧсЧ М а с с СЧ СЧ СЛ О О О О О О О О с 1 0 СЧ О сФ 10 СЧ ССЪ М М сФ уф Ю 3 чФ с 3 СЛ О 3 Л О О О О с с с с с с с 3 Л 3 %3 Ф ф О О СО ГМ с сс СЛ с 0 Сс ф 0 Ъф а 1 г 1 аЧ СЧ СЧ М О О О О О О О сЛ О .4 М й 0 Ф О ф гЧ цЪ М М М М М с 3 е М с 3 сР О О О О О О О О ОСс СЧ й О ОЪ О СЧ СЧ СЧ СЧ МСЧ М М М с 3 О О О О О О СЛ тЧ СЧ ССЪ г 4 СЧ 3 Л г 4 СЧ г1008326 12 Таблица 4 Влияние величины рН осаждения гидроксида алюминия на показатели качества бумаги сухого формования из древесной целлюлозырН осаждения гидроксида алюминия Способ обработки полот- на 6-7 8 - 9,5 680 680 Известный 2,0 10 4,2 700 2,0 700 830 20 4,2 2,0 830 Предлагаемый 6,0. 12,3 3,0 6,2 1160 770 10 3,5 6,1 1180 6,0 12,7 810 3,0 6;1 1390 6,0 12,1 20 800Заказ 22.85/39 Тираж 382 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб.,д.4/5