Спосіб виготовлення волокнистого матеріалу, переважно таропакувального

Спосіб виготовлення волокнистого матеріалу, переважно таропакувального, що включає приготування волокнистої маси на основі лігноцелюлозного волокна, введення у волокнисту масу пігменту, наступне формування полотна волокнистого матеріалу і його сушіння, який відрізняється тим, що як пігмент використовують речовину, вибрану з ряду: умбра, охра, сапоніт, силевіт з розміром часток 0,1-20 мкм у кількості 0,1-0,5 мас. % до маси абсолютно сухого волокна. (19) (21) u200904519 (22) 06.05.2009 (24) 25.11.2009 (46) 25.11.2009, Бюл.№ 22, 2009 р. (72) МАКАРЕНКО АНАТОЛІЙ ОЛЕКСІЙОВИЧ, ЄВСЄЄВ МИХАЙЛО МИХАЙЛОВИЧ, ГАРКУША ІННА МИКОЛАЇВНА (73) ЗАКРИТЕ АКЦІОНЕРНЕ ТОВАРИСТВО "ІНСТИТУТ ПАПЕРУ" 3 Велика кількість наповнювача або пігменту у волокнистому матеріалі, будь-то папір або картон, призводить до його різнобічності. Різнобічність - цей дефект полягає в тім, що сіткова й лицьова сторони аркуша паперу мають у тому числі різну вбирну здатність, а іноді й ступінь проклеювання. Причина зазначеного дефекту полягає в нерівномірному розподілі мінерального наповнювача, клейових часток і дрібного волокна в товщі паперового аркуша. Верхня сторона паперового аркуша містить більше наповнювача й дрібного волокна, ніж нижня, звідки дрібні волокна відсмоктуються на регістрових валиках і відсмоктувальних ящиках. Наповнювачі в папері утримується як механічно - при фільтрації через волокнистий фільтр затримуються частки, розміри яких більші за розміри пор, так і внаслідок колоїдно-хімічних процесів, що включають явища адсорбції часток наповнювача волокном, перезарядження або зниження їхнього електричного потенціалу, а також флокуляції й агрегації часток. Механізм утримання мінерального наповнювача в папері залежить у тому числі від розміру часток наповнювача. Великі частки наповнювача в основному утримуються механічно в процесі фільтрації крізь волокнистий шар під час утворення паперового полотна, а дрібні частки - за рахунок адсорбції й флокуляції часток. Підвищення утримання наповнювачів - щоб можливо більша кількість наповнювача затримувалося в структурі паперу. Ефективність від підвищення утримання наповнювача полягає насамперед у скороченні його питомої витрати на вироблення паперу й витрат на уловлювання наповнювача зі стічних вод виробництва паперу. Зменшення кількості наповнювача в стічній воді одночасно сприяє поліпшенню екологічної обстановки навколишнього середовища. Підвищення ступеня млива вихідної маси призводить до збільшення опору шару маси на сітці проходженню крізь нього часток наповнювача, що сприяє їхньому утриманню в цьому шарі. Разом з тим створення умов, що збільшують адсорбцію часток наповнювача на волокнах, також сприяє їхньому утриманню. Одним з видів мінеральних наповнювачів і пігментів є різновиди глин: бентоніт, цеоліт, умбра, каолін тощо. Каолін, або біла глина, за своїм хімічним складом є комплексною алюмокремнієвою кислотою складу Al2O3 × SiO2 × 2H2O і містить 39,6% окису алюмінію, 46,5% окису кремнію і 13,9% гідратної води. Відомий спосіб виготовлення волокнистого матеріалу - паперу, відповідно до якого в композицію (у волокнисту масу) вводять до 10% каоліну [Фляте Д. М., Логинов О. А. Использование модифицированного наполнителя в производстве газетной бумаги. - В экспресс. - информ.: Отеч. произв. опыт. - Целлюлоза. Бумага. Картон. Вып. 2. М: ВНИПИЭИлеспром, 1987, с. 5-9]. При цьому у волокнисту масу вводять каолін, який попередньо модифікований силікатним клеєм. Відомо, що ве 45689 4 личина зерен каоліну коливається звичайно в межах 0,1-40мкм, при цьому превалюють фракції каоліну з величиною зерен 0,5-5мкм. Введення такого наповнювача призводить до підвищення показників міцності на злам, опору продавлюванню, але при цьому зменшується розривна довжина паперу. Таким чином, у комплексі властивостей волокнистого матеріалу відсутня головна складова - опір розриву. Відомий спосіб виготовлення волокнистого матеріалу з використанням пігменту двоокису титану (10-30мас.%) і сульфату алюмінію (до 4мас.%) або алюмінату натрію як коагулянту [Трухтенкова Н. Е. Исследование удержания пигментной двуокиси титана в бумаге. - Бумажная промышленность, 1981, № 12. - С. 15-17.]. При цьому встановлено, що найбільш ефективно використовувати як коагулянт алюмінат натрію. Пігмент двоокис титану має високу дисперсність, розмір часток становить близько 0,3 мкм. Застосування такого поєднання реагентів призводить до збільшення утримання пігменту у волокнистому матеріалі, однак при цьому механічна міцність волокнистого матеріалу знижується. Крім того, двоокис титану є дуже дорогим пігментом і при виготовленні таропакувальних видів волокнистих напівфабрикатів його використовувати недоцільно. Відомий спосіб виготовлення волокнистого матеріалу із введенням у композицію лігноцелюлозного волокна пігменту двоокису титану, який включає подальше формування полотна волокнистого матеріалу і його сушіння [Васильєва Е. И., Трухтенкова Н. Е., Резникова Т. П. Исследование удержания двуокиси титана и красного железоокисного пигмента в нейтральной и слабощелочной средах. - В кн.: Исследования в области химии и технологии производства бумаги и картона. Сборник трудов /ВНИИБ. Вып. 69, м.: Лесная промышленность, с. 34-41.]. Згаданий спосіб обраний нами як найближчий аналог як найбільш близький за призначенням за технічною сутністю. У найближчому аналозі у волокнистий матеріал - папір для декоративного шару облицювальних матеріалів - уводять до 19мас.% двоокису титану. Введення двоокису титану в найближчому аналозі призводить до підвищення показників повітропроникності й вбирної здатності, оскільки частки пігменту роз'єднують волокна й знижують міжволокневі сили зв'язку у волокнистому матеріалі, що призводить до підвищення пористості, вбирної здатності й м'якості паперу й зменшенню такого показника міцності, як руйнівне зусилля. Завданням корисної моделі є підвищення механічної міцності волокнистого таропакувального матеріалу при введенні до його складу пігменту за одночасного досягнення необхідного комплексу інших фізико-механічних показників. Додатковим технічним результатом є зниження смоляних ускладнень у виробництві волокнистих матеріалів із макулатури. Поставлене завдання вирішується тим, що в способі виготовлення волокнистого матеріалу, переважно таропакувального, що включає приготування волокнистої маси на основі лігноцелюлоз 5 ного волокна, введення у волокнисту масу пігменту, наступне формування полотна волокнистого матеріалу і його сушіння, відповідно до корисної моделі як пігмент використовують речовину, вибрану з ряду: умбра, охра, сапоніт, силевіт з розміром часток 0,1-20мкм у кількості 0,1-0,5мас.% до маси абсолютно сухого волокна. Умбра складається із глини, забарвленої окислами марганцю й заліза. Сира умбра містить 714% Мn2О3, 25-35% Fe2O3, 7-14% Аl2О3, 20-30% SiO2, 4-8% СаСО3 і 10-17% Н2О. Ці складові частини зазвичай сполучені одна з одною у вигляді різних силікатів - водного кремнекислого окису заліза й кремнекислого окису марганцю. Охра - речовина, що складається головним чином із глин, багатих окисами: Fe2O3, МnО2 і гідратами окисів Fe(OH)3, Mn(OH)2. До складу охри входять у різних співвідношеннях глини й гідрати окису заліза (алюмо- і феррокремнієві кислоти, а також міститься вапно, магнезія, марганець, фосфор, сірка тощо). Сапоніт - мінерал з підкласу шаруватих силікатів, групи монтморилоніту; хімічний склад NaMg3[AISi3O10](OH)2x4H2O. У вигляді ізоморфної домішки містить Fe, іноді Cr, a також Ni, Zn, Cu, Li тощо. Силевіт - макропористий твердий адсорбент з поверхнево-активними функціональними групами. Хімічний склад силевіту такий: SiO2 - 66,0%; Аl2О3 18,0%; MgO - 12,0%; Н2О - 4,0%. Невеликий вміст тонкодисперсного пігменту умбри, охри, сапоніту, силевіту у волокнистому матеріалі (у межах зольності 2-4%) не тільки не знижує його механічної міцності, але навпаки, підвищує, тому що при цьому поліпшуються просвіт і структура волокнистого матеріалу. Можливо, введення тонкодисперсних пігментів, частки яких мають розмір менший, ніж діаметр пор волокнистого матеріалу, не сприяє подальшому підвищенню пористості волокнистого матеріалу. Частки такого пігменту, заповнюючи широкі пори волокнистого матеріалу, заповнюють їх, зменшуючи загальну пористість матеріалу. У зв'язку із цим у волокнистому матеріалі не зменшується кількість зв'язків волокно-волокно, зберігається кількість водневих зв'язків між волокнами й механічна міцність волокнистого матеріалу зростає. На поверхні розподілу фаз пігменту та органічної речовини, яка має поверхневі активні молекули, можливе утворення реакційних зв'язків між ними. Цей зв'язок та його обсяг залежить від питомої поверхні самого пігменту (тобто його дисперсності), а також рівня наявних поверхневоактивних молекул, наприклад, гідроксилів, на поверхні органічної речовини. Функціональні групи з'єднуються адсорбційним зв'язком з активними центрами пігментів, утворюючи перехідні ланцюжки, зміцнюючи загалом всю структуру за рахунок адсорбційної оболонки кожної часточки пігменту. Адсорбція частинок пігменту на волокнах може виникати за рахунок сил Ван-дер-Ваальса (фізична адсорбція) або хемосорбції, при якій активні центри поверхневого шару пігменту водневими зв'язками можуть зв'язуватися з гідроксильними або карбоксильними целюлозними групами з 45689 6 утворенням молекулярних комплексів. Рівень цих зв'язків, в першу чергу, залежить від витрат пігменту та адсорбційних властивостей його частинок. Тонкодисперсний пігмент, введений до волокнистого матеріалу у невеликій кількості, не знижує ступінь проклеювання волокнистого матеріалу. За умови введення пігменту за корисною моделлю підвищується також щільність волокнистого матеріалу. Наявність тонкодисперсного пігменту у волокнистій масі знижує утворення плям смоли в папері, а також засмолювання устаткування й одягу папероробної машини. Часточки пігменту адсорбують дрібні часточки смоли й перешкоджають їхній агломерації в більші комплекси. Наявність умбри в технологічному потоці паперової маси також поліпшує текучість маси й знижує потужність, яка потрібна для перемішування маси в мішальних басейнах. Корисна модель ілюструється такими прикладами. Приклад 1. Лабораторні зразки пакувального паперу виготовляють у такий спосіб. Розпускають макулатуру марок МС-5 Б, МС-7 Б і розмелюють отриману волокнисту масу на основі лігноцелюлозного волокна до ступеня млива 32-35°ШР (градусів Шоппер-Риглера). У розмелену масу вводять 0,2мас.% умбри з розміром часток 0,2-6,0мкм. Волокнисту масу перемішують і виготовляють пакувальний папір за традиційною технологією, здійснюючи формування і сушіння лабораторних зразків пакувального паперу на листовідливному апараті. Проводять фізико-механічні випробування лабораторних зразків паперу за нормативнотехнічною документацією, що прийнята в целюлозно-паперовій промисловості. Результати випробувань представлені в таблиці. Приклад 2. Виготовляють лабораторні зразки пакувального паперу за прикладом 1, але при цьому у волокнисту масу вводять 0,3мас.% умбри. Приклад 3. Виготовляють лабораторні зразки пакувального паперу за прикладом 1, але при цьому у волокнисту масу вводять 0,4мас.% охри. Приклад 4. Лабораторні зразки паперу для гофрування виготовляють у такий спосіб. Розпускають макулатуру марок МС-5 Б і розмелюють волокнисту масу до ступеня млива 34-36°ШР. У розмелену масу вводять 0,2мас.% умбри з розміром часток 0,2-6,0мкм. Волокнисту масу перемішують і виготовляють на листовідливному апараті лабораторні зразки паперу для гофрування. Проводять фізико-механічні випробування лабораторних зразків паперу за нормативно-технічною документацією, що прийнята в целюлозно-паперовій промисловості. Приклад 5. Папір для гофрування виготовляють у виробничих умовах ТОВ «Моквинська паперова фабрика» в такий спосіб. Макулатуру марки МС-5 Б розпускають у промисловому гідророзбивачі й отриману масу розмелюють до ступеня млива 32-35°ШР. У розмелену волокнисту масу вводять 0,25% умбри. Папір для гофрування виготовляють на папероробній машині традиційним чином. Визначають фізико-механічні показники 7 45689 паперу по нормативно-технічній документації, що прийнята в целюлозно-паперовій промисловості. Приклад 6. Лабораторні зразки паперу для гофрування виготовляють у такий спосіб. Розпускають макулатуру марок МС-5 Б і розмелюють волокнисту масу до ступеня млива 34-36°ШР. У розмелену масу вводять 0,2мас.% сапоніту з розміром часток 0,2-6,0мкм. Волокнисту масу перемішують і виготовляють лабораторні зразки паперу для гофрування за традиційною технологією. Проводять фізико-механічні випробування лабораторних зразків паперу за нормативно-технічною документацією, що прийнята в целюлозно-паперовій промисловості. Приклад 7. Лабораторні зразки паперу для гофрування виготовляють за прикладом 6, але при цьому як пігмент використовують силевіт. Приклад 8 (найближчий аналог). Лабораторні зразки паперу для гофрування виготовляють у такий спосіб. Розпускають макулатуру марки МС-5 Б і розмелюють отриману волокнисту масу на основі лігноцелюлозного волокна до ступеня млива 32-35°ШР (градусів Шоппер-Риглера). У розмелену масу вводять 10,0мас.% двоокису титану з розмі 8 ром часток 0,2-6,0мкм. Волокнисту масу перемішують і виготовляють папір для гофрування за традиційною технологією, здійснюючи формування і сушіння лабораторних зразків пакувального паперу на листовідливному апараті. Проводять фізико-механічні випробування лабораторних зразків паперу за нормативно-технічною документацією, що прийнята в целюлозно-паперовій промисловості. Результати випробувань представлені в таблиці. Приклад 9 (контрольний). Лабораторні зразки паперу для гофрування виготовляють у такий спосіб. Розпускають макулатуру марки МС-5 Б і розмелюють волокнисту масу до ступеня млива 32°ШР. Волокнисту масу перемішують і виготовляють пакувальний папір за традиційною технологією. Відливання лабораторних зразків пакувального паперу здійснюють на листовідливному апараті. Проводять фізико-механічні випробування лабораторних зразків паперу за нормативнотехнічною документацією, що прийнята в целюлозно-паперовій промисловості. Результати випробувань представлені в таблиці. Таблиця Найменування показника Значення показника Приклади 4 5 6 1 Маса волокнистого матеріалу площею 1м2, г Абсолютний опір продавлюванню, кПа Питомий опір розриву, кН/м Опір площинному стисканню гофрованого зразка, Н Опір торцевому стисканню гофрованого зразка, кН/м Міцність на злам під час багаторазових перегинів, к.п.п. Масова частка золи, % 2 3 7 8 9 99,4 99,5 99,3 99,8 81 99,7 100 100 100,1 206 3,4 196 3,1 194 3,2 212 3,77 160 3,5 204 3,5 200 3,4 160 2,7 192 3,0 126 114 115 118 92 107 0,84 0,74 0,8 0,83 0,6 0,7 47 40 42 62 50 50 27 38 3,8 3,85 3,8 3,8 4,6 3,8 3,8 8,1 3,7 Введення в композицію паперу для гофрування тонкодисперсного пігменту менш 0,1мас.% не дає відчутних результатів у збільшенні фізикомеханічних показників. Введення в композицію паперу для гофрування тонкодисперсного пігменту більше 0,5мас.% недоцільно, оскільки це призводить до зниження Комп’ютерна верстка М. Мацело фізико-механічних показників паперу за незначної економії волокна і енергоресурсів. Папір для гофрування й пакувальний папір, що виготовлені відповідно до корисної моделі, мають підвищені механічні показники за одночасного досягнення необхідного комплексу інших фізикомеханічних показників. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601