3.4.2 Минеральные наполнители.

Каолин, или белая глина – минеральный наполнитель, чаще других используемый для наполнения бумаги. Очищенный от примесей каолин по своему составу может быть выражен формулой Al2O3*2SiO2*2H2O. Он содержит 39,6 % окиси алюминия, 46,5 % окиси кремния и 13,9 % гидратной воды. Это вещество является продуктом выветривания и разрушения водой горных пород – гранита и полевого шпата. На месте добычи на обогатительных фабриках каолин подвергается очистке от примесей, обезвоживанию и сушке. На бумажную фабрику он поступает в плитках или чаще в молотом виде в бумажных мешках.

Тальк по своему составу отвечает формуле 2MgO*SiO2*H2O и согласно этой формуле содержит 63,5 % SiO2, 31,7 % MgO и 4.8 % H2O. Благодаря чешуйчатому строению своих частиц он хорошо удерживается в бумажном полотне при изготовлении бумаги на бумагоделательной машине. Тальк придает бумаге гладкость и блеск, мягкость на ощупь, бесшумность при перелистывании и оказывает меньшее, чем каолин, отрицательное влияние на механическую прочность бумаги и степень ее проклейки.

Мел по своему составу представляет собой углекислый кальций СаСО3 и в лучших сортах содержит 56 % СаО и 44 % СО2. Наличие мела в бумаге придает ей непрозрачность, высокую степень лоска и хорошие печатные свойства. Он меньше, чем каолин, снижает механическую прочность бумаги и степень ее проклейки, но удержание его в бумаге ниже. Недостатком мела является вызываемое им сильное пенообразование.

Гипс по своему теоретическому составу представляет собой CaSO4*2H2O с содержанием 32,58 % СаО, 46,51 % SO3 и 20,92 % Н2О. В производстве бумаги гипс используется как в природном состоянии, так и в обожженном виде. Природный гипс придает бумаге звонкость и жесткость на ощупь. Он мало снижает прозрачность бумаги, плохо ее сглаживает, увеличивает ее пыление. Недостатком гипса является его значительная растворимость в воде.

Титановые пигменты представляет собой либо двуокись титана, либо двуокись титана в сочетании с гипсом и сернокислым барием. Титановые пигменты отличаются исключительно высокой белизной и малыми размерами частиц. Благодаря этому, они придают бумаге высокую степень непрозрачности, что делает их весьма пригодными в производстве тонких видов бумаги для печати.

3.5 Крашение бумаги.

Окрашивание бумаги в какой-либо цвет осуществляют или крашением бумажной массы, из которой изготовляется бумага, или окраской бумаги с поверхности при использовании для этой цели употребляемых в полиграфии методов нанесения печати или оборудования, применяемого в бумажной промышленности (клеильного пресса, бумагокрасильной машины и др.).

Сам процесс крашения по своей природе коллоидно-химический. При этом краситель из раствора должен быть равномерно и прочно закреплен на компонентах бумаги: волокнах, частицах минерального наполнителя и др. Существенное значение при крашении имеют агдезионные явления и проявляющиеся при этом силы взаимодействия красителя с поверхностью, подлежащую окраске.

Для окраски бумаги применяют различные красители, которые можно разделить на неорганические (естественные и искусственные), используемые в настоящее время редко, и органические.

Пигментные красители – нерастворимые красящие вещества, которые либо синтезируются на волокнах из исходных материалов либо осаждаются на волокнах различными методами: химически из растворимых производных, разложением их солей или другим способом. К числу пигментных красителей относятся кубовые и сернистые красители, обладающие высокими показателями водостойкости и светопрочности.

Основные красители непосредственно хорошо окрашивают волокна древесной массы и небеленой целлюлозы, но хуже волокна беленой целлюлозы, имеющие низкое содержание лигнина и гемицеллюлоз. Часто эти красители используют также для окраски волокон из смешанной макулатуры. Во всех этих случаях достигается получение практически бесцветной сточной воды.

Прямые красители обеспечивают непосредственно хорошую окраску волокон хлопка и беленой целлюлозы и значительно хуже окрашивают волокна древесной массы. При окрашивании прямыми красителями волокон беленой целлюлозы время контакта этих красителей должно составлять 2-4 минуты. Прямые красители целесообразно применять для окраски неклеенных видов бумаги: промокательной, основы для фибры, основы для пергамента, различной бумаги санитарно-бытового назначения.

Кислотные красители хорошо окрашивают шелк, шерсть и полиамидные волокна и плохо окрашивают целлюлозу, древесную массу и частицы каолина. Эти красители обычно используют для окраски проклеенной бумажной массы при избытке сернокислого алюминия. Кислотные красители не дают такую яркую окраску, как основные, но являются более светостойкими.

Сложность процесса крашения обусловлена не только различием свойств используемых при этом красителей, но и неоднородностью по виду, строению и химическому составу волокон, из которых изготовлена бумага, а также наличием в массе различно окрашиваемых наполнителей и проклеивающих веществ. В силу этого на процесс крашения тем или иным красителем оказывает влияние большое количество переменных факторов, среди которых можно выделить: вид окрашиваемых волокон и степень их помола, количество наполнителей в бумажной массе, проклеивающих веществ и сернокислого алюминия, рН и температуру среды при крашении, а также температуру сушки и коечную влажность высушиваемой бумаги. Несомненное влияние оказывает также степень использования оборотной окрашенной воды и оборотного брака, жесткость производственной воды, наличие или отсутствие процесса каландрирования и др.

С повышением помола бумажной массы удельная поверхность волокон повышается, что способствует увеличению адсорбции ими красителей и получении бумаги с цветом более яркого тона. Ввиду чувствительности многих видов красителей даже к небольшим колебаниям величины указанных переменных факторов необходимо во избежание изменения окраски бумаги придерживаться постоянства технологического режима процесса крашения.

Расход прямых красителей в производстве санитарно-бытовых видов бумаги при окраске в слабые пастельные тона составляет до 0,2 % к массе волокон и от 0,2 до 1 % для окраски бумаги в средние и интенсивные тона.

3.6 Подготовка бумажной массы к отливу бумаги.

3.6.1 Очистка бумажной массы.

Для осуществления последующей операции очистки бумажной массы от сора минерального и растительного происхождения необходимо прежде всего сильно разбавить водой бумажную массу, имеющую концентрацию в машинном бассейне 2,5 – 3,5 % и при этой же концентрации пропущенную через рафинированную мельницу. Разбавление массы осуществляется оборотной водой от бумагоделательной машины и необходимо потому, что из относительно густой массы трудно удалить загрязнения. Кроме того, разбавление массы необходимо и для последующего отлива бумаги и получения ее с однородной структурой.

Рисунок 27 – Схемы разбавления бумажной массы после машинного бассейна.

а – в дозированном бачке; б – с помощью смесительного насоса; 1 – бачки; 2 – регуляторы уровня;

3 – сборник оборотной воды; 4 – смесительный насос.

На рис. 27 показаны применяемые схемы разбавления массы. В случаях относительно небольших производственных потоков массы ее разбавление оборотной водой производят в дозировочном бачке. На современных предприятиях обычно разбавление массы осуществляют с использованием смесительного насоса. В настоящее время эта схема разбавления массы из-за ее эксплутационных преимуществ получила весьма широкое распространение.

3.6.2 Оборудование для очистки.

Для очистки бумажной массы от включений большей плотности, чем плотность растительных волокон, в настоящее время применяется аппаратура, в которой очистка осуществляется под действием центробежной силы.

Одним из аппаратов, основанных на этом принципе, является центробежный очиститель, применяемый перед бумагоделательными машинами сравнительно небольшой производительности и при выработке ограниченного ассортимента видов бумаги. Бумажную массу, содержащую минеральный наполнитель, через центробежный очиститель не применяют.

Большое распространение для очистки бумажной массы приобрели так называемые вихревые очистители, в которых очистка массы производится также под действием центробежной силы. Эти аппараты, занимающие мало места, устанавливают обычно батареями в одну, две или три ступени. Известны два основных типа вихревых очистителей: фортрапы и центриклинкеры.

Центриклинклер (рис.28) представляют собой трубу конической формы, в верхнюю часть которой поступает очищенная масса. При этом масса приобретает завихрения и движется вниз по спирали. Тяжелые частицы под влиянием центробежной силы отбрасываются к стенкам аппарата. Коническая форма трубы способствует развитию в ее нижней части большей центробежной силы, благодаря чему увеличивается эффект очистки массы. Отходы удаляются по внутренней стенке трубы из нижней части аппарата. В центральной ее части создается зона разряжения, благодаря которой очищенная масса поступает вверх и удаляется из аппарата через патрубок.

Рисунок 28 – Центриклинкер и схема движения массы в нем. 1 – патрубок для выхода очищенной массы; 2 – крышка; 3 – верхний конус; 4 – облицовка; 5 – средний конус; 6 – прокладка; 7 – нижний конус; 8 – ограждение насадки; 9 – насадка.

Рисунок 29 – Радиклон. 1 – кожух; 2 – циклон; 3 – клапан; 4 – резиновые шланги; 5 – цилиндр; 6 – перегородка.

Радиклон (рисунок 29) – закрытый аппарат, предназначенный для очистки полуфабрикатов на целлюлозном и древесномассном заводах и бумажной массы на бумажной фабрике. Внутренняя часть аппарата разделена вертикальными перегородками на камеры, в которые радиально вмонтированы в несколько горизонтальных рядов циклоны небольшого размера. Общее число циклонов – до 300 в радиклоне типа Р100 и до 450 в радиклоне типа С100.