Процес виготовлення паперу для друку зі зниженою масою 1м2

Процес виготовлення паперу для друку зі зниженою масою 1 м2, що включає розмелювання біленої сульфатної целюлози з одержанням волокнистої суспензії, введення до неї проклеювальної речовини і наповнювача, введення в отриману паперову масу добавки на основі гліцерину, відливання і сушіння, який відрізняється тим, що гліцерин вводять у паперову масу, волокниста частина якої виготовлена із суміші довговолокнистої фракції з довжиною волокна 1100-1200 мкм і коротковолокнистої фракції з довжиною волокна 800900 мкм за співвідношенням фракцій, мас.%: довговолокниста з довжиною волокна 1100-1200 мкм 10-50 коротковолокниста з довжиною волокна 800-900 мкм 50-90. Винахід стосується целюлозно-паперової промисловості, зокрема, виробництва друкарських видів паперу. Найбільш ефективно винахід може бути використаний для виготовлення паперу для друку зі зниженою масою 1 м2, у тому числі для виготовлення шкільних підручників. Як відомо, чинний на території країн колишнього СРСР, у тому числі і на території України, державний стандарт ГОСТ 9094-89 "Бумага для печати офсетная. Технические условия" регламентує виготовлення паперу для друку масою площі 1 м2 60 г, 80 г, 100 г і вище. Аналіз реальної ситуації щодо власного виробництва і споживання паперу для друкування книжково-журнальної літератури, шкільних підручників, енциклопедичних і бібліографічних видань, іншої поліграфічної продукції показує доцільність виробництва в країні спеціальних видів паперу. Саме таким видом, на нашу думку, може бути папір для друку, у т.ч. офсетного, що має знижену масу паперу площею 1 м2 (48 г) з високим рівнем структурно-механічних і друкарських властивостей. Застосування такого паперу дає змогу знизити питомі витрати його на одиницю друкованої продукції з одночасним зниженням її маси (наприклад, підручників, енциклопедичних словників з великою кількістю сторінок тощо) і витрат, пов'язаних з її транспортуванням і збереженням (потрібно менше транспорту для перевезення і менші площі сховищ бібліотек, архівів тощо). Якщо папір з масою площі 1 м2, наприклад, 48 г характеризується необхідним комплексом властивостей, що відповідають якості паперу з масою площі 1 м2 80 або 100 г, то це свідчить, що в одиниці маси погонних або квадратних метрів буде більше, тобто можна надрукувати продукції відповідно більше в 1,65 або 2,0 рази. Відповідно до вимог ДСанПіН 5.5.6.084-02 "Гігієнічні вимоги до друкованої продукції для дітей" папір для книжкової продукції, у т.ч. шкільних підручників, повинен мати матову поверхню, білість 70-88%, непрозорість не менш 90%, високу механічну міцність, що забезпечує технологічність його перероблення на сучасному швидкісному поліграфічному устаткуванні і трива (19) UA (11) 75005 (13) C2 (21) 20041210903 (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) ГОСТ 9094-89 Бумага для печати офсетная. Технические условия. US 6419791 B1, 16.07.2002 SU 146644, 17.11.1966 SU 1217963 A, 15.03.1986 SU 1548301 A1, 07.03.1990 SU 1726615 A1, 15.04.1992 3 75005 4 лий термін експлуатації продукції на його основі моно- і полімолекулярних шарів сорбованої воло(наприклад, книги, словники тощо). ги, а також процес релаксації напруг у структурі Папір для друку повинен мати певні друкарські паперу, що призводить до зсуву волокон. властивості, що характеризуються комплексом Величина об'ємного набухання аркуша паперу показників, які забезпечують високу якість є майже лінійною функцією його вологості. Однак друкованої продукції. Незалежно від виду застосопри зволоженні волокна значно більше ваного друку на друкарські властивості паперу збільшуються його розміри за діаметром, ніж у впливають його однорідність, здатність сприймати довжину. Внаслідок переважної орієнтації волокон друкарську фарбу, білість, непрозорість, гладкість у машинному напрямі паперового полотна звичайі площинність поверхні, лиск, мікрогеометрія но в цьому напрямі деформація паперу менше, а в поверхні, м'якість (стисливість), опір пилимості, поперечному - більше. Отже, чим рівномірніше в стійкість поверхні до вищипування. До числа папері розташовані волокна, тим менше повинна факторів, що визначають якість друку, належать бути різниця в ступені деформації паперу в матакож ступінь контрастності між задрукованими і шинному і в поперечному напрямах. незадрукованими ділянками, чіткість друку, його Наповнювач і каніфольна проклейка паперу, просвічуваність, деформація паперу при які підвищують його поруватість, призводять до зволоженні й ін. зменшення деформації паперу; крохмальна ж проДеформація паперу при зволоженні являє соклейка, що підвищує зімкнутість паперу, спричиняє бою збільшення розмірів зволоженого аркуша пазбільшення деформації при його зволоженні. перу по ширині і довжині, виражене у відсотках Каніфольна проклейка паперу затримує проникстосовно первісних розмірів сухого аркуша, і нення вологи в товщу аркуша, тобто затримує наназивається лінійною деформацією після намобухання волокон, отже, і прояв деформації паперу. кання. Надмірно високі значення показників Чим більше гідрофобність проклеювальної редеформації паперу призводять до несуміщення човини, тим менше деформація при зволоженні фарб під час друкування, що у випадку застосупаперу, проклеєного цією речовиною. Наприклад, вання багатоколірного друку спричиняє велику папір, проклеєний парафіновим клеєм, має меншу кількість браку друкованої продукції, скручування, деформацію, ніж папір, проклеєний каніфольним утворення хвилястості або короблення поверхні. клеєм. Явища, що відбуваються при деформації, Сірчанокислий алюміній створює в папері кисобумовлені природою паперу як капілярноле середовище, що обмежує ступінь набухання пористого колоїдного матеріалу. При зволоженні рослинних волокон. Тому дія сірчанокислого рослинні волокна, з яких складається папір, набуалюмінію дещо знижує деформацію паперу після хають і збільшуються в розмірах, що позначається його зволоження. Ще більше знижується тією чи іншою мірою на змінюванні розмірів папедеформація від спільної дії каніфольного клею і рового аркуша. сірчанокислого алюмінію. Найменшу деформацію при зволоженні виявВідомий метод усунення помітної деформації ляють пористі види паперу і найбільшу - папір із паперу при його зволоженні. Цей метод полягає в зімкнутою структурою, виготовлений з маси жиртім, що між двома шарами паперу приклеюється ного млива. У пористому папері збільшення металева фольга, що є каркасом, який розмірів волокон внаслідок їхнього набухання перешкоджає деформації паперу. Однак, такий помітно не позначається на змінюванні лінійних метод непридатний для виготовлення паперу для розмірів аркуша паперу. У щільному папері з друку, особливо зі зниженою масою 1 м2. зімкнутою структурою збільшення розмірів волокон Інший метод підвищення стабільності розмірів при їхньому набуханні неминуче деформує папір, паперу при змінюванні його вологості полягає в а нерідко призводить і до короблення його обробленні паперу формальдегідом у майже безповерхні. водному середовищі. При цьому папір стає Деформація паперу виникає не тільки в вологостійким, зменшується здатність його волорезультаті занурення його у воду. Вона виникає і кон до набухання, що і знижує деформацію паперу при коливанні вологості навколишнього середопри змінюванні його вологості. вища. Внаслідок гігроскопічних властивостей воВідомо, що додавання до паперової маси 20% локон і капілярної структури паперового аркуша формальдегіду до маси волокон знижує останній легко реагує на змінювання відносної деформацію паперу приблизно на 50%. Однак, вологості навколишнього повітря. Ці змінювання при цьому істотно знижується білість паперу. При вологості рослинних волокон, з яких складається виготовленні такого паперу в повітря робочої зони папір, позначаються на ступені набухання і виділяється формальдегід, що спричиняє дратівну змінюванні їхніх розмірів, а отже, і на змінюванні й алергійну дію на людину, у зв'язку з чим потрібен розмірів паперу. Внаслідок розклинювальної дії додатковий захист персоналу і додаткове устаткупроникаючих у пори паперу молекулярних шарів вання, у тому числі і для витяжної вентиляції. Крім води послабляються міжволокневі зв'язки. При того, формальдегід є речовиною, введення якої в наступному висиханні паперу в середовищі сухого продукцію для дітей неприпустимо. повітря під впливом сил капілярної контракції Позитивні результати дає додавання в масу відновлюються міцні зв'язки між волокнами в нонеопренового латексу в кількості понад 20% до вих контактних точках. маси волокон. Однак при цьому введення латексу Таким чином, поряд з набуханням волокон у в папір ускладнює технологічний процес, оскільки механізмі змінювання лінійних розмірів паперу латекс схильний до коагуляції. переважну роль відіграє розклинювальний тиск Відомо, що поверхневе проклеювання паперу 5 75005 6 тваринним клеєм приблизно в 2 рази збільшує ми волокон знижуються, тому що вода слугує деформацію паперу. Крім того, поверхневе просвоєрідним мастилом. Жорсткі і міцні водневі клеювання тваринним клеєм надає паперу зв'язки між ланцюгами целюлози заміняються відносно тверду, невсмоктуючу поверхню, що менш міцними і більш гнучкими водяними поліпшує стираність паперу, але погіршує містками, що й обумовлює зниження міцності падрукарські властивості. Поверхня паперу стає перу на розрив з одночасним підвищенням його цілком водонепроникною, якщо папір після опору злому і відносному подовженню до розриву. клейової ванни пропускати крізь ванну з глинозеКоли потрібне довгострокове пом'якшення памом або формальдегідом. перу, до його структури вводять гігроскопічний, по При виготовленні конторського і документного можливості, нелетучий пластифікатор. паперу, що проклеюються тваринним клеєм, обЕфективним засобом зниження деформації роблення формальдегідом і глиноземом не паперу є його пластифікація з використанням 5здійснюється. 15%-ного розчину сорбіту нормальної температури При виготовленні паперу із проклеюванням або підігрітого до 30°С. Пластифікують також потваринним клеєм іноді користуються способом криття, яке наноситься на папір. Оброблений у "сирого просочення". У цьому випадку папір після такий спосіб папір відрізняється дещо меншими проклеювання тваринним клеєм намотують в рупоказниками руйнівного зусилля і розривної довлон у сирому стані і залишають доти, поки клей жини, ніж непластифікований. цілком не просочить папір. Коли просочення Оскільки введення більшості пластифікаторів закінчується, папір висушують гарячим повітрям у паперову масу пов'язано з втратами в результаті на сушильній машині (Барбера). У кінцевому вимоїв, частіше пластифікують готовий папір порезультаті виходить дуже жорсткий і міцний папір, верхневим обробленням пластифікуючими речощо може бути гарним замінником високоякісного винами. паперу повітряного сушіння. Для пластифікації паперу застосовують Папір із проклеюванням тваринним клеєм погліцерин, який вводять звичайно в межах від 3 до винний висушуватися при ретельно регульованих 20% до маси паперу. Однак це не крайні межі. умовах, тому що сушіння зводиться до видалення Відомо, наприклад, що пергамент пластифікують води з гелеподібного шару, утвореного на поверхні при витраті гліцерину 2,5%, хоча введення його паперового полотна. Це значить, що вода повинна менш 3% вважається неефективним. бути випарувана при температурі нижче точки Дослідження штучного старіння паперу, вигорозрідження гелю, Видалення води повинно бути товленого з 100% біленої сульфітної целюлози і зі поступовим і не повинно переходити за межі таковмістом 6% крохмалю від маси волокон, показали, го стану, коли починається відшаровування плівки що просочення паперу з метою його пластифікації клею. Під час сушіння є тенденція до більшої 10%-ним розчином гліцерину сприяє підвищенню усадки плівки клею по товщині паперу, чим по стійкості паперу до штучного старіння. Установледовжині або ширині, тому що плівка міцно зв'язана но, що в результаті пластифікації гліцерином розз папером і не може вільно переміщатися в ривна довжина паперу знижується, а подовження площині паперового аркуша. Якщо плівку знову паперу до розриву й опір злому підвищується. зволожити водою, вона прагнутиме відновити ту Підвищується також і прозорість паперу [Справочформу, яку мала при утворенні гелю і, отже, матиник бумажника, т. II, Лесная промышленность. ме тенденцію до набухання, головним чином, по 1965, С. 656]. товщині. Як правило, плівки тваринного клею Відомий процес виготовлення паперу [патент повільно поглинають воду і для досягнення №6419791, США, D21H17/06], відповідно з яким до рівноваги може знадобитися змочування композиції паперу вводять хімічну добавку, що затверділої поверхневої плівки тривалістю до 12 переважно включає, мас. %: 31-63 дігліцериду і 45тижнів. Такий процес усунення схильності паперу 55 аміноефіру. Хімічну добавку вводять до до деформації є тривалим і нетехнологічним. целюлозної суспензії перед подаванням її в Для поліпшення споживчих властивостей напірний ящик папероробної машини в кількості 1папір пластифікують. Папір при цьому стає пла10 фунтів на тонну целюлозної суспензії. стичним і втрачається відчуття його жорсткості. Він Відомий процес виготовлення паперу обраний не тільки не дзвенить при перегортанні аркушів, нами за найближчий аналог як найбільш близький але навіть стає безшумним. Розміщуючись на за технічною сутністю. плоскій поверхні, такий папір не виявляє Відомий процес виготовлення паперу дає змосхильності до скручування. Одночасно гу збільшити непрозорість паперу до 87,9% і пластифікація паперу сприяє підвищенню білість до 68,4%. Згаданий папір має недостатню показників опору паперу злому і його подовження механічну міцність і досить високий рівень лінійної до розриву. Опір паперу розриву, як правило, деформації. Відомо, що хімічну добавку вводять помітно знижується. до целюлозної маси для традиційного виготовленНедорогим способом пластифікації паперу є ня паперу. Це означає, що білену сульфатну цепідвищення його вологості. Однак практично важко люлозу розмелюють, у розмелену целюлозу ввоодержати і постійно підтримувати в папері дять традиційну проклеювальну речовину потрібну вологість, тому що вона змінюється заканіфольний клей, крохмальний клей, осаджувач лежно від відносної вологості навколишнього сірчанокислий глинозем і наповнювач. Як наповповітря. Пластифікація паперу водою полягає в нювач традиційно використовують каолін. Хімічну набуханні волокон, які стають гнучкішими. Однак, добавку вводять до розмеленої целюлози перед при цьому сили тертя між сполученими поверхнянадходженням останньої в напірний ящик 7 75005 8 папероробної машини. Технологічний процес вигозволоженні паперу, наприклад, під час нанесення товлення такого паперу складний, оскільки на його поверхню фарби, і наступному вимагає введення додатково декількох хімічних висушуванні змінювання розмірів паперового арречовин, що не застосовуються при традиційному куша відбувається в дуже незначних розмірах. виготовленні паперу. Винахід ілюструється таким прикладами. Завданням винаходу є зниження лінійної Використовують сульфатну білену целюлозу, деформації паперу при збереженні показників його яку піддають розмелюванню в ролі або млинах міцності і спрощення технологічного процесу. безперервної дії до досягнення довжини волокон Поставлене завдання вирішується тим, що в 1100-1200 мкм (І частина). Аналогічним способом процесі виготовлення паперу для друку зі знижерозмелюють другу частину целюлози до досягною масою 1 м2, що включає розмелювання нення довжини волокон 800-900 мкм. З отриманої біленої сульфатної целюлози з одержанням волокнистої маси І і II частин складають волокниволокнистої суспензії, введення до неї сту масу, вибираючи при цьому співвідношення проклеювальної речовини і наповнювача, введендовговолокнистої до коротковолокнистої фракції ня в отриману паперову масу добавки на основі 10-50:50-90 відповідно, вводять до неї проклеюгліцерину, відливання і сушіння, відповідно до вивальний склад з каніфольного клею - 1,5 мас. %, находу гліцерин вводять у паперову масу, волоккрохмалю - 2 мас. %, глинозему - 6 мас. %. Як наниста частина якої приготовлена із суміші повнювач використовують суміш каоліну і цеоліту довговолокнистої фракції з довжиною волокна в співвідношенні 70:30 мас. %. З приготовленої 1100-1200 мкм і коротковолокнистої фракції з довпаперової маси формують відомим способом пажиною волокна 800-900 мкм за співвідношення перове полотно. Отримане паперове полотно вифракцій, мас. %: сушують і піддають каландруванню. довговолокниста з довжиною волокна Приклад 1. Зразки паперу виготовляють з 1100-1200 мкм 10-50; паперової маси таким чином, що масова частка коротковолокниста з довжиною волокна наповнювача в папері складає 0,3%. Гліцерин у 800-900 мкм 50-90. паперову масу не вводять. Застосування в запропонованому процесі виПриклад 2. Зразки паперу виготовляють з готовлення паперу волокнистої композиції целюпаперової маси таким чином, що масова частка лозних волокон з довжиною волокна 800-900 мкм наповнювача в папері складає 3,1%. Гліцерин до забезпечує заповнення простору між волокнами паперової маси вводять перед напірним ящиком більш довгими, з довжиною 1100-1200 мкм, що папероробної машини в кількості 0,5% від маси утворюють тривимірну сітку при формуванні папеабсолютно сухого волокна. рового полотна і забезпечують досить високі поПриклад 3. Зразки паперу виготовляють казники його механічної міцності. Дрібна фракція аналогічно прикладові 2, але при цьому масова волокон целюлози з довжиною волокон 800-900 частка наповнювача в папері складає 5,0%, а мкм, що є полімером з відносно високою молекугліцерин у масу вводять у кількості 1,0% від маси лярною масою і великим вмістом гідроксильних абсолютно сухого волокна. груп, здатних утворювати водневі зв'язки, у вигляді Приклад 4. Зразки паперу виготовляють волокнистої суспензії адсорбується і поверхнею аналогічно прикладові 2, але при цьому масова целюлозних волокон довжиною 1100-1200 мкм, частка наповнювача в папері складає 6,2%, а стикаючись і з'єднуючись з ними, з утворенням гліцерин у масу вводять у кількості 2,0% від маси щільної і рівномірної структури. абсолютно сухого волокна. В зоні контакту волокон на стадіях пресування Приклад 5. Зразки паперу виготовляють і сушіння відбувається гомогенізація поверхні пааналогічно прикладові 2, але при цьому масова перового аркуша. При випаровуванні води частка наповнювача в папері складає 7,1%, а утворюється монолітна структура контактуючих і гліцерин у масу вводять у кількості 3,0% від маси стичних поверхонь, що призводить до підвищення абсолютно сухого волокна. зімкнутості й однорідності поверхні і структурноПриклад 6 (найближчий аналог). Папір вигомеханічних властивостей виготовленого у такий товляють у такий спосіб. Целюлозу розмелюють спосіб паперу. до одержання волокнистої суспензії із середньою Застосування гліцерину є оптимальним для довжиною волокон 1900-2100 мкм, вводять до неї зниження лінійної деформації паперу, призначенопроклеювальний склад з каніфольного клею - 1,5 го для виготовлення друкованої продукції, у тому мас. %, крохмалю - 2 мас. %, глинозему - 6 мас. %. числі шкільних підручників, оскільки гліцерин Як наповнювач використовують каолін. В отриманешкідливий і не має запаху. ну паперову масу, безпосередньо перед надходЗниження лінійної деформації паперу, до женням її в напірний ящик папероробної машини, складу якого введено гліцерин, можна пояснити вводять хімічну добавку, що складається з 40% таким чином. Гліцерин має високу гігроскопічність дігліцериду, 50% аміноефіру. З приготовленої і, завдяки здатності сорбувати і утримувати вологу паперової маси формують відомим способом па(до 50% своєї маси), гліцерин є також перове полотно. Отримане паперове полотно випластифікатором паперу, забезпечуючи останньосушують і піддають каландруванню. му м'якість, гнучкість і еластичність. Здатність В отриманих зразках визначають масу паперу гліцерину утримувати вологу забезпечує площею 1 м2, руйнівне зусилля, вологість, лінійну стабільний вологовміст у папері. Вологосорбуючі деформацію за нормативно-технічною властивості гліцерину збільшують також документацією, що прийнята в целюлозногігроскопічність проклеювальних агентів. Тому при паперовій промисловості. 9 75005 10 Результати визначень наведені в таблиці. винаходу не призводять до зниження механічної У прикладах 1 і 6 вологість паперу низька міцності а, навпаки, сприяють її підвищенню в (4,5%), що підвищує крихкість паперу і одночасно порівнянні зі зразками паперу без гліцерину. знижує його еластичність і гнучкість. При Збільшення ж вмісту вологи в папері до рівня перегинанні такого паперу з'являються тріщини і 7-10% призводить до зниження механічної мікротріщини, а при зволоженні або перебуванні у міцності. Це пояснюється тим, що підвищення відкритому повітряному просторі значно кількості води підсилює ефект розриву підвищується його лінійна деформація. міжволокневих водневих зв'язків у папері. Введення ж гліцерину до складу паперу в Виготовлення паперу зі спеціальної кількості 0,5-3,0% підтримує вологість паперу на волокнистої паперової маси, що складається із рівні 6,5%, що забезпечує стабільність його суміші довговолокнистої і коротковолокнистої розмірів при зволоженні, виключає усадку, скручуфракцій, у яку введений гліцерин у кількості 0,5вання під час висушування, виключає необхідність 3,0% від маси а.с. волокна, дозволяє одержати регулювання вмісту вологи в папері перед нанетаку структуру паперового полотна, що сприяє сенням друку. досягненню і стабілізації на низькому рівні лінійної Вологість паперу і стабільність рівня вологості деформації паперу. (6,5-6,6%) при введенні гліцерину відповідно до Таблиця Найменування показника Маса паперу площею 1 м2, г Руйнівне зусилля, Η Масова частка наповнювача,% Кількість гліцерину, що вводиться до паперу,% Вологість паперу,% Лінійна деформація,% 1 48,3 46 0,30 0 4,5 2,4 Значення показника Приклади 2 3 4 5 48,4 48,4 48,4 48,2 46 47 48 48 3,1 5,0 6,2 7,1 0,5 1,0 2,0 3,0 4,9 5,9 6,5 6,6 2,0 1,5 1,2 1,2 * Введено склад відповідно до прикладу 6. Комп’ютерна верстка М. Клюкін 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 6 48,6 46 6,2 * 4,5 2,2