Процес виготовлення паперу для друку зі зниженою масою 1 м2

Процес виготовлення паперу для друку зі зниженою масою 1м2, що включає розмелювання біленої сульфатної целюлози, введення в волокнисту суспензію проклеювальної речовини і наповнювача, відливання і сушіння, який відрізняється тим, що розмелювання проводять з одержанням довговолокнистої фракції з довжиною волокна 1100-1200мкм і коротковолокнистої фракції з довжиною волокна 800-900мкм, отримані фракції змішують у співвідношенні, мас. %: довговолокниста з довжиною волокна 1100-1200мкм 10-50 коротковолокниста з довжиною волокна 800-900мкм 50-90, як наповнювач використовують цеоліт з масовою часткою фракції 8-14мкм 88-92%, а процес проводять таким чином, що масова частка цеоліту в папері складає 3,3-12,0%. UA (21) 20041210901 (22) 29.12.2004 (24) 15.02.2006 (46) 15.02.2006, Бюл. № 2, 2006 р. (72) Коптюх Леонід Андрійович, Легкий Володимир Никифорович, Глушкова Тетяна Геннадіївна, Бутко Тетяна Леонідівна, Лозовик Микола Терентійович (73) ВІДКРИТЕ АКЦІОНЕРНЕ ТОВАРИСТВО "УКРАЇНСЬКИЙ НАУКОВО-ДОСЛІДНИЙ ІНСТИТУТ ПАПЕРУ" (56) Бумажная промышленность, 1981, №2, с.3-4 Сборник трудов "Совешенствование технологии бумаги", М., 1972, с. 87-95 Журнал "Мир бумаги", 2001, №3, с. 38-40 RU 2107121, 20.03.1998 US 6193844, 27.02.2001 SU 1008324 A, 30.03.1983 SU 1726615 A1, 15.04.1992 US 6679973 B2, 20.01.2001 UA 49567 A, 15.09.2002 ГОСТ 9094-89 Бумага для печати офсетная. Технические условия. C2 2 (19) 1 3 75003 4 ручників, повинен мати матову поверхню, білість розсіювання тим вище, чим більше коефіцієнт його 70-88%, непрозорість не менш 90%, високу мехасвітлозаломлення і чим ближче розмір його часток нічну міцність, що забезпечує технологічність його до оптимального (0,3-0,4мкм). Ці вимоги найбільперероблення на сучасному швидкісному поліграше задовольняє двоокис титану. Однак широке фічному устаткуванні і тривалий термін експлуазастосування його обмежує висока вартість і детації продукції на його основі (наприклад, книги, фіцитність. словники тощо). Відомий процес виготовлення офсетного паПапір для друку повинен мати певні друкарські перу ("Каменногорка+" / Н.Попов и др. //Мир бумавластивості, що характеризуються комплексом ги. - 2001. - №3. - С. 38-40), що включає розмелюпоказників, які забезпечують високу якість друковання листяної і хвойної біленої целюлози, при ваної продукції. Незалежно від виду застосованого цьому хвойну целюлозу розмелюють до досягнендруку на друкарські властивості паперу впливають ня середньої довжини волокна 2,2-2,5мм, а листяйого однорідність, здатність сприймати друкарську ної - 0,9-1,1мм. Короткі волокна березової й осикофарбу, білість, непрозорість, гладкість і площинвої біленої целюлози забезпечують створення ність поверхні, лиск, мікрогеометрія поверхні, м'янеобхідних друкарських властивостей паперу. Як кість (стисливість), опір пилимості, стійкість повернаповнювач використовують каолін. Папір, отрихні до вищипування. До числа факторів, що маний із застосуванням відомого процесу, має визначають якість друку, належать також ступінь масу площею 1 м2 65-200г та щільність 0,63контрастності між задрукованими і незадрукова0,67г/см3. Відомий папір має задовільну щільність, ними ділянками, чіткість друку, його просвічуващо дає змогу досягти високої непрозорості аркуність тощо. ша, але при цьому відомий папір має високу масу Для паперу, що використовується для друку, 1 м2, а саме цей показник визначає масу підручниважливою властивістю є його непрозорість. Ця ка, що має фіксовану кількість сторінок. властивість забезпечує можливість використання Зниження маси 1м2 паперу призводить до різдля друку обох сторін паперового аркуша без покого зниження його непрозорості. Теоретичні розбоювання, що текст, який надруковано на одній рахунки, проведені на основі залежності Гуревичастороні аркуша, просвічуватиме на протилежну Кубелки-Мунка, показують, що досягти непрозоросторону й ускладнить читання. Особливо це важсті 95% для типографського паперу масою 40-50 ливо для паперу зниженої товщини і маси паперу г/м2, застосовуючи як наповнювач звичайний каоплощею 1м2. лін, практично неможливо. Для цього треба було б Для поліпшення друкарських властивостей збільшити зольність до 55-60% для паперу масою паперу до його композиції вводять мінеральні на40г/м2 і до 40% для паперу масою 50г/м2. повнювачі: каолін, крейду, двоокис титану. ДосягВідомий спосіб виробництва проклеєного панення високого ступеня непрозорості безпосередперу (патент № 2107121 РФ на винахід, D21Η ньо залежить від кількості введеного в композицію 21/16, опубл. 20.03.98.), що включає приготування паперу наповнювача. Для забезпечення непрозосуспензії на основі лігноцелюлозного волокна, рості на рівні 90% необхідно ввести в композицію введення традиційного проклеювального агента і паперу зі зниженою масою площею 1 м2 не менш цеоліту з наступним зневоднюванням, при цьому 18% каоліну. Разом з тим, введення наповнювача зневоднювання здійснюють у присутності цеоліту з в папір не може бути безмежним, тобто існує мегідрофобністю, що характеризується вмістом зажа, до якої можлива заміна целюлозного волокна, лишкового бутанолу менш 0,5%. Галуззю застосуяк компонента структурно- і паперотворних власвання зазначеного винаходу є виробництво пакутивостей паперу, наповнювачем. Введення наповвального паперу, переважно для упаковування нювача вище такої межі призведе до втрати мехахарчових продуктів. Найбільшого ефекту досяганічної міцності, проклейки, жорсткості, підвищення ють при використанні цеоліту типу пентасила, який пилимості під час перероблення на каландрах і одержують шляхом активації при температурі перемотування, до підвищення поруватості і, як 300°С і оброблення сумішшю бутанолу і води з наслідок, до надмірного поглинання фарби під час метою надання йому гідрофобності. Відомий сподрукування і помутніння офсетного друку. сіб виробництва характеризується внесенням цеоЧасточки наповнювача розривають контакти і літу перед введенням традиційної проклеювальної зв'язки між окремими волокнами, розміщуючись речовини. Цеоліт відповідно до зазначеного винаміж ними і знижуючи тим самим кількість центрів і ходу має гідрофобні властивості і застосований у площу контактів, послаблюючи зв'язок між гідроквиробництві паперу як проклеювальна речовина. сильними групами на поверхні розмелених укороВідомий процес виробництва хоч і дозволяє одерчених волокон целюлози і силу зчеплення між нижати папір з достатніми показниками міцності, але ми під час зневоднювання суспензії паперової показник непрозорості його буде невисоким. До маси на сітковому столі, під час пресування і сутого ж, папір виготовляють з лігноцелюлозного шіння на циліндрах папероробної машини. волокна - деревної маси або макулатури, що можЗниження кількості точок зіткнення, площі конливо при виготовленні пакувального паперу, але такту і, відповідно, зв'язку між гідроксильними грунеприпустимо при виготовленні паперу для друку пами целюлозних волокон призводить до зниженвисокої якості. Зазначений процес виробництва ня механічної міцності і підвищення поруватості паперу не може бути обраний за найближчий анаструктури паперового полотна. лог, оскільки не є близьким до процесу, що заявНаповнювачі підвищують білість і непрозорість ляється, ні за призначенням, ні за технічною сутніпаперу, головним чином, за рахунок збільшення стю. коефіцієнта світлорозсіювання. Коефіцієнт світлоВідомий процес виготовлення паперу (патент 5 75003 6 №6193844 США, D21H 17/68, опубл. 27.02.2001), розмеленої сульфатної біленої хвойної целюлози що включає додавання в целюлозну суспензію 30% і розмеленої сульфатної біленої листяної цекатіонного крохмалю, катіонного поліакриламіду і люлози - 70%. Як наповнювач використовують цеоліту з розміром часток 0,02-0,1мкм. Викориссуміш каоліну - 95% і двоокису титану - 5% при тання мікрочастинок цеоліту дозволяє збільшити сумарній витраті наповнювача 40% від маси волошвидкість зневоднювання паперової маси на сітці кна. Відомий процес виготовлення передбачає під час формування паперового полотна, ступінь спільне введення наповнювача і зв'язуючих. Як утримання дрібного волокна і наповнювача. Як зв'язуючі використовують, зокрема, латекс синтенаповнювач використовують осаджений карбонат тичного каучуку БСК-65/3 і поліакриламід. Введенкальцію, процес проводять при рН 7-8 (у нейтраня такого роду зв'язуючих ускладнює технологічльному середовищі). Відомий процес дозволяє ний процес, оскільки латекс схильний до одержати папір з достатньою непрозорістю лише коагуляції. Використання ж як наповнювача двоопри великому вмісті наповнювача (близько 30%), кису титану здорожує процес. До того ж, підвищеале при цьому або показники його механічної міцний вміст наповнювача призводить до збільшення ності будуть низькими, або маса паперу площею різнобічності паперу. Це означає, що верхня сто1м2 буде високою. Цеоліт у відомому процесі, марона паперу суцільно покрита нефлокульованим ючи аніонний заряд 40-60мВ, відіграє роль утринаповнювачем, навіть найбільші і найгрубіші воломуючої і зневоднюючої добавки, а роль наповнюкна на поверхні листа. Із сіткової сторони волокна вача відіграє осаджений карбонат кальцію. більш відкриті, хоча на їхній поверхні в значній Зазначений процес не може бути обраний за найкількості утримується наповнювач. Різнобічність ближчий аналог, оскільки відрізняється за технічпаперу призводить до зниження друкарських власною сутністю. тивостей. Відомий процес виготовлення типографського Згаданий процес взятий нами за найближчий паперу із сульфатної хвойної і листяної целюлози аналог як найбільш близький за призначенням і за (К вопросу о разработке технологии производства технічною сутністю. типографской бумаги из сульфатной хвойной и В основу винаходу поставлено завдання шлялиственной целлюлозы /Д.У. Товстошкурова и др. хом вибору оптимального співвідношення в папері //Сб.науч.тр. Центрального научноволокон целюлози з різною довжиною волокна і исследовательского института бумаги "Совершеннаповнювача з оптимальним розміром часток підствование технологии бумаги". - М.: Лесная провищити непрозорість паперу зі зниженою масою 1 мышленность, 1972. - С. 87-95). У відомому пром2 при збереженні його міцнісних властивостей. цесі виготовлення типографського паперу Поставлене завдання вирішується тим, що в розмелювання сульфатної хвойної целюлози пропроцесі виготовлення паперу для друку зі знижеводять у ролі до ступеня млива 18-20°ШР із настуною масою 1м2, що включає розмелювання білепним розмелюванням її на конічному млині до стуної сульфатної целюлози, введення у волокнисту пеня млива 37-40°ШР, розмелювання сульфатної суспензію проклеювальної речовини і наповнювалистяної целюлози проводять у ролі до ступеня ча, відливання і сушіння, відповідно до винаходу млива 21°ШР. Розмелену целюлозу змішують у розмелювання проводять з одержанням довговомашинному басейні, сюди ж подають прокпеювалокнистої фракції з довжиною волокна 11 GOльну речовину і наповнювач. Для виготовлення 1200мкм і коротковолокнистої фракції з довжиною паперу використовують суміш розмелених волокон волокна 800-900мкм, отримані фракції змішують у хвойної сульфатної і листяної сульфатної целюлоспіввідношенні, мас. %: зи в співвідношенні 80:20, 70:30, 60:40, 50:50 з довговолокниста з довжиною волокна довжиною волокна відповідно 1,4; 1,4; 1,3; 1,3мм. 1100-1200мкм 10-50; Одним з варіантів є виготовлення паперу із сулькоротковолокниста з довжиною волокфатної хвойної целюлози з довжиною волокна 2,2 на 800-900мкм 50-90, мм. Відомий процес передбачає роздільне розмеяк наповнювач використовують цеоліт з масолювання сульфатної листяної і сульфатної хвойної вою часткою фракції 8-14мкм 88-92%, а процес целюлози, змішування розмеленої целюлози в проводять таким чином, що масова частка цеоліту різних співвідношеннях до одержання волокнистої в папері складає 3,3-12,0%. маси із середньою довжиною волокна 1,4 або Як наповнювач в процесі виготовлення папе1,3мм. При цьому відомо, що середня довжина ру, що заявляється, використовують цеоліт Сокірволокна целюлози сульфатної хвойної у відомому ницького родовища (Закарпатська обл., Україна) процесі 2,2мм. Незважаючи на те, що у відомому природний мінерал (туф) вулканогенноосадового процесі використано листяну целюлозу, середня походження кліноптилолітового типу класу мікродовжина волокна волокнистої композиції висока. пористих каркасних алюмосилікатів з вмістом SiO2 При використанні такої композиції для виготовлені Аl2О3 відповідно 71,5 і 13,2% загальної кристалоня паперу для друку зі зниженою масою 1 м2 досяхімічної формули: гти необхідної непрозорості можливо лише при (Nа,К)4СаАl6Sі30O72 24Н2O. високому вмісті наповнювача, що пов'язано зі зниМежі зміни співвідношень Si/Al складають женням показників міцності паперу. 4,25-5,25. Відомий процес виготовлення типографського Наявність у цеолітів водневого зв'язку сприяє паперу (Снижение массы 1м2 типографской бумаги утворенню досить сильного з'єднання (зв'язків) з /А.Ершов и др. //Бумажная промышленность. волокном целюлози у волокнистій суспензії під час 1981. - №2. - С. 3-4). Папір з масою 1м2 близько формування паперового полотна. Завдяки криста50г виготовляють з використанням у композиції лічній структурі й інертним властивостям цеоліту 7 75003 8 його можна застосовувати в широкому інтервалі ру виготовляють у такий спосіб. Проводять роздірН технологічного процесу виготовлення паперу. льне розмелювання сульфатної біленої хвойної Винахід ілюструється такими прикладами. целюлози і сульфатної біленої листяної целюлози. Використовують сульфатну білену деревну Розмелену целюлозу змішують у співвідношенні, целюлозу, яку піддають розмелюванню в ролі або мас. %: розмелена сульфатна білена хвойна цемлинах безперервної дії до досягнення довжини люлоза 30, розмелена сульфатна білена листяна волокон 1100-1200мкм (І частина). Аналогічним целюлоза 70. У розмелену масу водять проклеюспособом розмелюють другу частину целюлози до вальну речовину і наповнювач. Як наповнювач досягнення довжини волокон 800-900мкм. З отривикористовують суміш каоліну - 95% і двоокису маної волокнистої маси І і II частин складають вотитану - 5% при сумарній витраті наповнювача локнисту композицію в різних співвідношеннях, 40% від маси волокна. вводять до неї проклеювальний склад з каніфольПриклад 8. Зразки паперу виготовляють ананого клею -1,5мас. %, крохмалю - 2мас. %, глинологічно прикладові 2, але співвідношення при цьозему - 6мас. %. Як наповнювач використовують му складає 40:60, масова частка каоліну в папері цеоліт з розміром часток 8-14мкм. У контрольних складає 0,3%. прикладах використовують каолін. З приготовленої Приклад 9. Зразки паперу виготовляють анапаперової маси формують відомим способом палогічно прикладові 2, але співвідношення при цьоперове полотно. Отримане паперове полотно виму складає 40:60, масова частка каоліну в папері сушують і піддають каландруванню. складає 3,2%. Приклад 1. Зразки паперу виготовляють з паПриклад 10. Зразки паперу виготовляють анаперової маси, що складається з 100% біленої сулогічно прикладові 2, але співвідношення при цьольфатної целюлози з довжиною волокна 1100му складає 40:60, масова частка каоліну в папері 1200мкм, масова частка цеоліту в папері складає складає 5,4%. 0,3%. Приклад 11. Зразки паперу виготовляють анаПриклад 2. Зразки паперу виготовляють з вологічно прикладові 2, але співвідношення при цьолокнистої композиції, що складається із суміші му складає 40:60, масова частка каоліну в папері волокон І й II частин у масному співвідношенні складає 6,3%. 10:90 відповідно, масова частка цеоліту в папері Приклад 12. Зразки паперу виготовляють анаскладає 3,3%. логічно прикладові 2, але співвідношення при цьоПриклад 3. Зразки паперу виготовляють анаму складає 40:60, масова частка каоліну в папері логічно прикладові 2, але співвідношення при цьоскладає 9,1%. му складає 20:80, масова частка цеоліту в папері Приклад 13. Зразки паперу виготовляють анаскладає 5,1%. логічно прикладові 2, але співвідношення при цьоПриклад 4. Зразки паперу виготовляють анаму складає 40:60, масова частка каоліну в папері логічно прикладові 2, але співвідношення при цьоскладає 12,9%. му складає 30:70, масова частка цеоліту в папері Приклад 14. Зразки паперу виготовляють анаскладає 6,3%. логічно прикладові 2, але співвідношення при цьоПриклад 5. Зразки паперу виготовляють анаму складає 40:60, масова частка каоліну в папері логічно прикладові 2, але співвідношення при цьоскладає 16,9%. му складає 40:60, масова частка цеоліту в папері В отриманих зразках визначають масу паперу складає 7,1%. площею 1 м2, білість, непрозорість, руйнівне зуПриклад 6. Зразки паперу виготовляють анасилля за нормативно-технічною документацією, логічно прикладові 2, але співвідношення при цьощо прийнята в целюлозно-паперовій промисловому складає 50:50, масова частка цеоліту в папері сті. Результати визначень наведені в таблицях 1 і складає 12,0%. 2. Приклад 7 (найближчий аналог). Зразки папеТаблиця 1 Найменування показника Масова частка цеоліту в композиції паперу, % Масова частка наповнювача (суміш каоліну і ТіО2) в композиції паперу, % Маса паперу площею 1 м2, г Білість, % Непрозорість, % Руйнівне зусилля, Η 1 0,3 2 3,3 Значення показника Приклади 3 4 5 5,1 6,3 7,1 6 12,0 7 18,9 48,3 79,8 80,6 45 48,2 78,9 84,8 44 48,1 77,4 86,9 42 48,2 76,6 90,4 41 48,3 75,8 92,6 38 48,2 74,6 95,8 34 51,2 80,6 92,8 21 9 75003 10 Таблиця 2 Найменування показника Масова частка каоліну в композиції паперу, % Маса паперу площею 1 м2, г Білість, % Непрозорість, % Руйнівне зусилля, Η Як видно з результатів досліджень, непрозорість паперу на рівні 90% досягається при вмісті цеоліту в папері 6,3% (табл. 1, приклад 4), при цьому зберігаються на високому рівні білість (76,6%) і механічна міцність паперу (41 Η). У виготовленому відповідно з прикладом 7 (аналог) папері непрозорість 92,8% досягається за масової частки наповнювача в папері 18,9%, Високий вміст наповнювача різко знижує механічну міцність паперу (до 21 Η), що негативно позначається на процесі друкування і технологічності перероблення паперу. При використанні каоліну як наповнювача необхідний рівень непрозорості 90,2% досягається при вмісті каоліну в папері 16,9% (табл. 2, приклад 14). Такий високий вміст наповнювача негативно впливає на механічну міцність, знижуючи її до низького рівня - 24 Н, що не дозволяє використовувати такий папір для виготовлення шкільних підручників, знижує продуктивність технологічного устаткування, технологічність перероблення такого паперу під час виготовлення друкованої продукції. Комп’ютерна верстка M. Клюкін 8 0,3 48,3 79,8 80,6 45 9 3,2 48,4 79,8 82,4 43 Значення показника Приклади 10 11 12 5,4 6,3 9,1 48,4 48,2 48,2 80,3 81,9 82,4 83,5 84,2 86,1 38 35 34 13 12,9 48,4 84,4 88,3 31 14 16,9 48,4 84,9 90,2 24 Ефективність застосування цеоліту, що полягає в підвищенні непрозорості паперу для друку, можна пояснити високою зовнішньою поверхнею його зерен (часток), що сприяє утворенню з целюлозним волокном щільної непрозорої структури паперового полотна. Так, зовнішня поверхня цеоліту складає 18м2/г, у той час як для каоліну або кварцового піску вона складає 0,12м2/г. Структура цеоліту характеризується наявністю мікропор. Тому поверхня цеоліту, яка доступна для зв'язування з целюлозним волокном, складає 1-2м2/г, що на порядок вище, ніж для каоліну або кварцового піску. Папір, що заявляється, незважаючи на те, що має знижену масу 1м2 і товщину, характеризується відповідними показниками механічної міцності, непрозорості, білості й ін. показників, що задовольняють вимогам зазначеного ДСанПіН для виготовлення книжкової продукції, у т.ч. шкільних підручників, не поступаючись паперу з більш високою масою площі 1м2. Підписне Тираж 26 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