Процес виготовлення паперу для друку зі зниженою масою 1 м2

Процес виготовлення паперу для друку зі зниженою масою 1 м2, що включає розмелювання біленої сульфатної целюлози, введення у волокнисту суспензію проклеювальної речовини і наповнювача на основі каоліну, відливання і сушіння, який відрізняється тим, що розмелювання проводять з одержанням довговолокнистої фракції з довжиною волокна 1100-1200 мкм і коротковолокнистої фракції з довжиною волокна 800-900 мкм, отримані фракції змішують у співвідношенні, мас. %: довговолокниста з довжиною волокна 1100-1200 мкм 10-50; коротковолокниста з довжиною волокна 800-900 мкм 50-90, як наповнювач додатково вводять цеоліт з масовою часткою фракції 8-14 мкм 88-92% за таким співвідношенням компонентів наповнювача, мас. %: каолін 70-95; цеоліт з масовою часткою фракції 814 мкм 88-92% 5-30, а процес проводять таким чином, що масова частка наповнювача в папері складає 3,0-12,0%. UA (21) 20041210902 (22) 29.12.2004 (24) 15.02.2006 (46) 15.02.2006, Бюл. № 2, 2006 р. (72) Коптюх Леонід Андрійович, Глушкова Тетяна Геннадіївна, Легкий Володимир Никифорович, Бутко Тетяна Леонідівна, Лозовик Микола Терентійович (73) ВІДКРИТЕ АКЦІОНЕРНЕ ТОВАРИСТВО "УКРАЇНСЬКИЙ НАУКОВО-ДОСЛІДНИЙ ІНСТИТУТ ПАПЕРУ" (56) RU 2107121, 20.03.1998 US 6193844, 27.02.2001 US 5928473, 27.07.1999 SU 1008324 A, 30.03.1983 SU 1548301 A1, 07.03.1990 SU 1726615 A1, 15.04.1992 US 6679973 B2, 20.01.2001 UA 49567 A, 15.09.2002 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 C2 2 (19) 1 3 75004 4 де більше, тобто можна надрукувати продукції надмірного поглинання фарби під час друкування і відповідно більше в 1,65 або 2,0 рази. помутніння офсетного друку. Відповідно до вимог ДСанПіН 5.5.6.084-02 У наповнених видах паперу наповнювач, бло"Гігієнічні вимоги до друкованої продукції для куючи мікрофібрили поверхні волокна, дітей" папір для книжкової продукції, у т.ч. перешкоджає утворенню ефективних контактів шкільних підручників, повинен мати матову поволокно-волокно. Замість цього виникають більш верхню, білість 70-88%, непрозорість не менш слабкі зв'язки: волокно-наповнювач-волокно і на90%, високу механічну міцність, що забезпечує повнювач-наповнювач. При цьому вид наповнюватехнологічність його перероблення на сучасному ча має істотне значення. Зі збільшенням ступеня швидкісному поліграфічному устаткуванні і тривайого дисперсності негативний вплив на міцнісні лий термін експлуатації продукції на його основі властивості паперу зростає. На підставі цього (наприклад, книги, словники тощо). можна припустити, що якщо наповнювач під час Папір для друку повинен мати певні друкарські гетерофлокуляції щільно обволікає індивідуальні властивості, що характеризуються комплексом волокна, то міцність буде знижуватися тим більше, показників, які забезпечують високу якість чим вище сорбційна активність частинок наповнюдрукованої продукції. Незалежно від виду застосовача. ваного друку на друкарські властивості паперу При великому вмісті наповнювача можливе впливають його однорідність, здатність сприймати створення більш дрібнопоруватої зімкнутої струкдрукарську фарбу, білість, непрозорість, гладкість тури, що забезпечує якісну обробку паперу і площинність поверхні, лиск, мікрогеометрія (підвищену гладкість), а також рівномірний поверхні, м'якість (стисливість), опір пилимості, розподіл фарби, без зайво глибокого проникнення стійкість поверхні до вищипування. До числа її усередину паперу, зі збереженням необхідного факторів, що визначають якість друку, належать глянцю. також ступінь контрастності між задрукованими і Наповнювачі підвищують білизну і незадрукованими ділянками, чіткість друку, його непрозорість паперу, головним чином, за рахунок просвічуваність тощо. збільшення коефіцієнта світлорозсіювання. Стан поверхневої структури має особливе Коефіцієнт світлорозсіювання тим вище, чим значення під час виготовлення паперу для друку, більше коефіцієнт його світлозаломлення і чим де повинен бути забезпечений надійний ступінь ближче розмір його частинок до оптимального зв'язку між целюлозними волокнами, що (0,3-0,4 мкм). Цим вимогам найбільшою мірою розміщуються на поверхні, і целюлозними волокзадовольняє двоокис титану. Однак широке застонами наступних шарів, а також між волокнистою сування його обмежує висока вартість і структурою і покриттям. дефіцитність. Поверхневі властивості аркуша паперу залеВідомий процес виготовлення офсетного пажать не тільки від відливання, але і від властивоперу ["Каменногорка+" /Н.Попов и др. //Мир бумастей целюлозних волокон і їхнього змінювання у ги. - 2001. - №3. - С. 38-40], що включає розмелюпроцесі виробництва паперу. Макроструктура вання листяної і хвойної біленої целюлози, при поверхні паперу визначається процесом цьому хвойну целюлозу розмелюють до одержанвідливання аркуша і залежить від морфології, ня середньої довжини волокна 2,2-2,5 мм, а розмірів волокон, ступеня їх оброблення, впливу листяної - 0,9-1,1 мм. Короткі волокна березової й хімічних добавок. осикової біленої целюлози забезпечують створенДля паперу, що використовується для друку, ня необхідних друкарських властивостей паперу. важливою властивістю є його непрозорість. Ця Як наповнювач використовують каолін. Папір, отвластивість забезпечує можливість використання риманий із застосуванням відомого процесу, має для друку обох сторін паперового аркуша без помасу площею 1 м2 65-200 г та щільність 0,63-0,67 боювання, що текст, надрукований на одній г/см3. Відомий папір має задовільну щільність і стороні аркуша, просвічуватиме на протилежну високу непрозорість, але при цьому непрозорість сторону й ускладнить читання. обумовлена високою масою 1 м2 паперу, а саме Для поліпшення друкарських властивостей цей показник визначає масу книги, що з нього випаперу в його склад вводять мінеральні готовлена. наповнювачі: каолін, крейду, двоокис титану. ДоВідомий процес виготовлення типографського сягнення високого ступеня непрозорості безпосепаперу із сульфатної хвойної і листяної целюлози редньо залежить від кількості введеного в [К вопросу о разработке технологии производства композицію паперу наповнювача. Для забезпечентипографской бумаги из сульфатной хвойной и ня непрозорості не менш 90% необхідно ввести в лиственной целлюлозы /Д.У.Товстошкурова и др. композицію паперу зі зниженою масою площею 1 //Сб.науч.тр. Центрального научном2 не менш 18% каоліну. Разом з тим, уведення исследовательского института бумаги "Совершеннаповнювача в папір не може бути безмежним, ствование технологии бумаги". - М.: Лесная протобто існує межа, до якої можлива заміна целюмышленность, 1972. - С. 87-95.]. У відомому лозного волокна, як компонента структурно- і папроцесі виготовлення типографського паперу розперотворних властивостей паперу, наповнювачем. мелювання сульфатної хвойної целюлози провоУведення наповнювача вище такої межі призведе дять у ролі до ступеня млива 18-20°ШР із наступдо втрати механічної міцності, проклейки, ним розмелюванням її на конічному млині до жорсткості, підвищення пилимости під час переступеня млива 37-40°ШР, розмелювання роблення на каландрах і перемотування, сульфатної листяної целюлози проводять у ролі підвищення поруватості і, як наслідок, до до ступеня млива 21°ШР. Розмелену целюлозу 5 75004 6 змішують у машинному басейні, сюди ж подають повнювача. Як наповнювач використовують осадпроклеювальну речовину і наповнювач. Для вигожений карбонат кальцію, процес проводять при рН товлення паперу використовують суміш розмеле7-8 (у нейтральному середовищі). Відомий процес них волокон хвойної сульфатної і листяної дає змогу одержати папір з достатньою сульфатної целюлози в співвідношенні 80:20, непрозорістю лише при великому вмісті наповню70:30, 60:40, 50:50 з довжиною волокна відповідно вача (близько 30%), але при цьому або показники 1,4; 1,4; 1,3; 1,3 мм. Одним з варіантів є виготовйого механічної міцності будуть низькими, або малення паперу із сульфатної хвойної целюлози з са паперу площею 1 м2 буде високою. Цеоліт у довжиною волокна 2,2 мм. Відомий процес відомому процесі, маючи аніонний заряд 40-60 мВ, передбачає роздільне розмелювання сульфатної відіграє роль утримуючої і зневоднюючої добавки, листяної і сульфатної хвойної целюлози, а роль наповнювача відіграє осаджений карбонат змішування розмеленої целюлози в різних кальцію. Зазначений процес не може бути обраний співвідношеннях до одержання волокнистої маси за найближчий аналог, оскільки відрізняється за із середньою довжиною волокна 1,4 або 1,3 мм. технічною сутністю. При цьому відомо, що середня довжина волокна Відомий процес виготовлення типографського целюлози сульфатної хвойної у відомому процесі паперу [Снижение массы 1 м2 типографской бума2,2 мм. Незважаючи на те, що у відомому процесі ги /А.Ершов и др. //Бумажная промышленность. використана листяна целюлоза, середня довжина 1981. - №2. - С. 3-4]. Папір з масою 1 м2 близько 50 волокна волокнистої композиції висока. При г виготовляють з використанням у композиції використанні такої композиції для виготовлення розмеленої сульфатної біленої хвойної целюлози паперу для друку зі зниженою масою 1 м2 досягти 30% і розмеленої сульфатної біленої листяної ценеобхідної непрозорості можливо лише при висолюлози - 70%. Як наповнювач використовують кому вмісті наповнювача, що пов'язано зі зниженсуміш каоліну - 95% і двоокису титану - 5% при ням показників міцності паперу. сумарній витраті наповнювача 40% від маси воВідомий спосіб виробництва проклеєного палокна. перу (патент №2107121 РФ на винахід, D21Η Згаданий процес обраний нами за найближчий 21/16, опубл. 20.03.98), що включає приготування аналог як найбільш близький за технічною суспензії на основі лігноцелюлозного волокна, сутністю і за призначенням. введення традиційного проклеювального агента і Найближчий аналог передбачає спільне ввецеоліту з наступним зневоднюванням, при цьому дення наповнювача і зв'язуючих. Як зв'язуючі визневоднювання здійснюють у присутності цеоліту з користовують, зокрема, латекс синтетичного каугідрофобністю, що характеризується вмістом зачуку БСК-65/3 і поліакриламід. Уведення такого лишкового бутанолу менш 0,5%. Галуззю застосуроду зв'язуючих ускладнює технологічний процес, вання зазначеного винаходу є виробництво пакуоскільки латекс схильний до коагуляції. Викоривального паперу, переважно для упаковування стання ж як наповнювача двоокису титану харчових продуктів. Найбільший ефект одержують здорожує процес. До того ж, підвищений вміст напри використанні цеоліту типу пентасила, який повнювача призводить до збільшення одержують шляхом активації при температурі різнобічності паперу. Це означає, що верхня сто300°С і оброблення сумішшю бутанолу і води з рона паперу суцільно покрита нефлокульованим метою надання йому гідрофобності. Відомий наповнювачем, навіть найбільші і найгрубіші воспосіб виробництва характеризується внесенням локна на поверхні аркуша. Із сіткової сторони воцеоліту перед введенням традиційної локна більш відкриті, хоча на їхній поверхні в проклеювальної речовини. Цеоліт відповідно до значній кількості утримується наповнювач. зазначеного винаходу має гідрофобні властивості і Різнобічність паперу призводить до зниження друзастосований у виробництві паперу як проклеюкарських властивостей. вальна речовина. Відомий процес виробництва В основу винаходу поставлено завдання знихоч і дозволяє одержати папір з достатніми показзити кількість наповнювача, що вводиться, при никами міцності, але показник непрозорості його збереженні непрозорості паперу і його міцнісних буде невисоким. До того ж, папір виготовляють з властивостей. лігноцелюлозного волокна - деревної маси або Поставлене завдання вирішується тим, що в макулатури, що можливо при виготовленні пакупроцесі виготовлення паперу для друку зі знижевального паперу, але неприпустимо при ною масою 1 м2, що включає розмелювання виготовленні паперу для друку високої якості. Забіленої сульфатної целюлози, введення у волокзначений процес виробництва паперу не може нисту суспензію проклеювальної речовини і набути обраний за найближчий аналог, оскільки не є повнювача на основі каоліну, відливання і сушіння, близьким до процесу, що заявляється, ні за привідповідно до винаходу розмелювання проводять з значенням, ні за технічною сутністю. одержанням довговолокнистої фракції з довжиною Відомий процес виготовлення паперу (патент волокна 1100-1200 мкм і коротковолокнистої №6193844 США, D21H17/68, опубл. 27.02.2001), фракції з довжиною волокна 800-900 мкм, що включає додавання в целюлозну суспензію отримані фракції змішують у співвідношенні, мас. катіонного крохмалю, катіонного поліакриламиду і %: цеоліту з розміром частинок 0,02-0,1 мкм. Викоридовговолокниста з довжиною волокстання мікрочастинок цеоліту дозволило на 1100-1200 мкм 10-50 збільшити швидкість зневоднювання паперової коротковолокниста з довжиною вомаси на сітці під час формування паперового полокна 800-900 мкм 50-90 лотна, ступінь утримання дрібного волокна і наяк наповнювач додатково вводять цеоліт з ма 7 75004 8 совою часткою фракції 8-14 мкм 88-92% за такого складає 0,3%, співвідношення каолін: цеоліт співвідношення компонентів наповнювача, мас. %: складає 70:30. каолін 70-95 Приклад 2. Зразки паперу виготовляють з цеоліт з масовою часткою фракції 8волокнистої композиції, що складається із суміші 14 мкм 88-92% 5-30, волокон І і II частин у масовому співвідношенні а процес проводять таким чином, що масова 10:90 відповідно, масова частка наповнювача в частка наповнювача в папері складає 3,0-12,0%. папері складає 3,1%, співвідношення каолін: Як наповнювач в процесі виготовлення папецеоліт складає 70:30. ру, що заявляється, використовують цеоліт Приклад 3. Зразки паперу виготовляють Сокірницького родовища (Закарпатська обл., аналогічно прикладові 2, але масове Україна) - природний мінерал (туф) вулканогенноспіввідношення суміші волокон при цьому складає осадового походження кліноптилолітового типу 20:80, масова частка наповнювача в папері класу мікропористих каркасних алюмосилікатів з складає 5,0%, співвідношення каолін: цеоліт вмістом SiО2 і Аl2О3 відповідно 71,5 і 13,2% складає 97:3. загальної кристалохімічної формули: Приклад 4. Зразки паперу виготовляють аналогічно прикладові 2, але масове (Na,К)4СаАl6Sі30O72 24Н2O. співвідношення суміші волокон при цьому складає Межі зміни співвідношень Si/Al складають 30:70, масова частка наповнювача в папері 4,25-5,25. складає 6,2%, співвідношення каолін: цеоліт Наявність у цеолітів водневого зв'язку сприяє складає 95:5. утворенню досить сильного з'єднання (зв'язків) з Приклад 5. Зразки паперу виготовляють волокном целюлози у волокнистій суспензії під час аналогічно прикладові 2, але масове формування паперового полотна. Завдяки співвідношення суміші волокон при цьому складає кристалічній структурі й інертним властивостям 40:60, масова частка наповнювача в папері цеоліту його можна застосовувати в широкому складає 7,1%, співвідношення каолін: цеоліт інтервалі рН технологічного процесу виготовлення складає 90:10. паперу. Приклад 6. Зразки паперу виготовляють Іони натрію і калію, що входять до складу аналогічно прикладові 2, але масове цеоліту, здатні вступати в реакцію обміну з проспіввідношення суміші волокон при цьому складає клеювальними речовинами, що введені до 50:50, масова частка наповнювача в папері композиції паперу. Крім цього, цеоліт, що складає 9,2%, співвідношення каолін: цеоліт використовується, має фракцію 8-14 мкм, яка складає 85:15. сприяє високій взаємодії і з'єднанню частинок наПриклад 7. Зразки паперу виготовляють повнювача з проклеювальним складом і волокнааналогічно прикладові 2, але масове ми целюлози, їх рівномірному розміщенню між співвідношення суміші волокон при цьому складає волокнами і на поверхні волокон. Крім того, у 50:50, масова частка наповнювача в папері фракції цеоліту 8-14 мкм відсутні великі фракції складає 12,0%, співвідношення каолін: цеоліт розміром 100 мкм і вище, що призводять до знискладає 70:30. ження механічної міцності паперу. Використання ж Приклад 8 (найближчий аналог). Зразки папецеоліту, що має природний фракційний склад, ру виготовляють у такий спосіб. Проводять можливо тільки під час виготовлення паперу зі роздільне розмелювання сульфатної біленої вмістом деревної маси, тобто недовговічних, і хвойної целюлози і сульфатної біленої листяної недоцільно при використанні як наповнювача пацелюлози. Розмелену целюлозу змішують у перу для друку при виготовленні, зокрема, співвідношенні, мас. %: розмелена сульфатна шкільних підручників. білена хвойна целюлоза ЗО, розмелена сульфатВинахід ілюструється такими прикладами. на білена листяна целюлоза 70. У розмелену масу Використовують сульфатну білену деревну вводять проклеювальну речовину і наповнювач. целюлозу, яку піддають розмелюванню в ролі або Як наповнювач використовують суміш каоліну млинах безперервної дії до досягнення довжини 95% і двоокису титану - 5% при сумарній витраті волокон 1100-1200 мкм (І частина). Аналогічним наповнювача 40% від маси а.с. волокна. способом розмелюють другу частину целюлози до В отриманих зразках визначають масу паперу досягнення довжини волокон 800-900 мкм. З площею 1 м2, білість, непрозорість, руйнівне зуотриманої волокнистої маси І і II частин складають силля за нормативно-технічною документацією, волокнисту композицію в різних співвідношеннях, що прийнята в целюлозно-паперовій вводять до неї проклеювальний склад з промисловості. каніфольного клею - 1,5 мас. %, крохмалю - 2 мас. Результати визначень наведені в таблиці. %, глинозему - 6 мас. %. Як наповнювач викориЯк видно з результатів досліджень, стовують суміш каоліну і цеоліту в різних непрозорість паперу на рівні 90% досягається при співвідношеннях, при цьому цеоліт має розмір невисокому вмісті наповнювача в папері, що часток 8-14 мкм. З приготовленої паперової маси складає 7,1% (приклад 5), при цьому зберігаються формують відомим способом паперове полотно. на високому рівні механічна міцність паперу (42 Η, Отримане паперове полотно висушують і піддають приклад 4) і білість (84,6%, приклад 7). каландруванню. Незалежно від розміру частинок наповнювача Приклад 1. Зразки паперу виготовляють з коефіцієнт його світлопоглинання залишається паперової маси, що складається з 100% біленої приблизно постійним, а коефіцієнт сульфатної целюлози з довжиною волокна 1100світлорозсіювання, що визначає, головним чином, 1200мкм, масова частка наповнювача в папері 9 75004 10 білість паперу, зростає зі зменшенням розмірів білості, непрозорості, механічної міцності (варіанти частинок. Наповнювач з частинками великої 2-7) у порівнянні з папером, виготовленим за придисперсності має підвищену питому поверхню, у кладами 1 і 8. зв'язку з чим зростають білість і непрозорість паПапір з такою структурою має також перу, що виготовляється, а також його гладкість. рівномірну поруватість паперового аркуша, що При обраному співвідношенні довгих і коротсприяє рівномірному всмоктуванню поверхнею ких волокон і відносно невисокій масовій частці паперу друкарської фарби й одержанню наповнювача в папері, процес виготовлення якого однорідної і високоякісної друкованої продукції. заявляється, досягаються більш високі показники Таблиця Найменування показника Масова частка наповнювача в папері, % Масса паперу площею 1 м2, г Білість, % Непрозорість, % Руйнівне зусилля, Η Комп’ютерна верстка М. Клюкін 1 0,3 48,3 79,8 80,6 45 2 3,1 48,4 79,9 83,6 44 Значення показника Приклади 3 4 5 6 5,0 6,2 7,1 9,2 48,4 48,4 48,2 48,6 80,1 81,9 82,3 82,9 85,8 89,8 90,9 93,9 43 42 42 40 Підписне 7 12,0 48,5 84,6 94,4 35 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 8 18,9 51,2 84,6 92,8 21