Гл а в а 2

ПРОИЗВОДСТВО БУМАГИ

§ 5. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Бумага является листовым материалом капиллярно-пористой структуры с упруго-пластическими свойствами, состоящим в основном из растительных волокнистых полуфабрикатов, под­ вергнутых в воде размолу и соединенных между собой поверх­ ностными силами сцепления. Процесс изготовления бумаги до­ вольно сложный, требующий высокой степени автоматизации всех его технологических операций. Соединение волокон в бу­ мажное полотно обычно осуществляется путем их фильтрации из разбавленной водной суспензии на сетках бумагоделатель­ ных машин с последующими прессованием, сушкой и отделкой.

Для придания бумаге необходимых свойств в размолотую волокнистую суспензию часто добавляют минеральные напол­ нители, проклеивающие вещества, красители и др. Приготов­ ленную суспензию принято называть бумажной массой.

Для придания бумаге специальных свойств все большее при­ менение находят минеральные, химические, искусственные и Другие волокна. Получает также развитие так называемый су­ хой способ производства бумаги, который впервые был разра­ ботан в Советском Союзе. Этот способ позволяет вырабатывать текстилеподобную бумагу из длинноволокнистых полуфабри­ катов и без применения воды.

В зависимости от целевого назначения вся бумага, выраба­ тываемая в Советском Союзе, классифицируется на десять групп (ГОСТ 17586—72).

Б у м а г а д л я п е ч а т и — газетная, различные виды ти­ пографской, офсетной, мелованная, документная, обложечная,

и р и с о в а н и я — различные виды писчей и тетрадной бумаги,

чертежной, рисовальной и др.

Э л е к т р о т е х н и ч е с к а я — изоляционная, электроизоля­

продуктов и технических изделий, мешочная, оберточная, расти­

чувствительная, диазотипная, переводная, автографская, гум­ мированная для переводных изображений и др.

Б у м а г а д л я и з г о т о в л е н и я п а п и р о с и с и г а ­

ная и др.

П р о м ы ш л е н н о - т е х н и ч е с к а я б у м а г а р а з н о г о н а з н а ч е н и я — для химических источников тока, патронная, шпульная, шпагатная, для гофрирования, био-бактери-инсекти- фунгицидная и др.

Б у м а г а - о с н о в а — основа для фибры, пергамента, мело­ ванная, теплочувствительная, фотобумага, диазокалька, для внутренних слоев пластиков и др.

Свойства бумаги зависят от вида исходных полуфабрика­ тов, от всех операций технологического процесса ее изготовле­ ния, от введения в бумажную массу различных добавок, от­ делки бумаги, поверхностной обработки ее и других факторов.

В табл. 11—14 приведены некоторые показатели наиболее массовых видов бумаги.

§ 6. МИКРОСКОПИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВОЛОКОН, ПРИМЕНЯЕМЫХ В БУМАЖНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ

Микроскопический метод анализа находит широкое приме­ нение в бумажном производстве. Он незаменим при изучении структуры и размеров исходных волокон, их контроле в про­ цессе размола, при определении композиции бумаги и картона и пр. Этот метод прост, доступен, не требует длительной под­ готовки образцов и дает хорошие результаты.

Для микроскопического исследования применяют разные типы микроскопов: обыкновенный, поляризационный, ультра­ микроскоп и электронный микроскоп. Наиболее широкое при­ менение в лабораторной практике получил обыкновенный мик­ роскоп, дающий увеличение до 600 раз. Такое увеличение в большинстве случаев вполне достаточно, чтобы изучать от­ дельные детали строения волокна и контролировать техноло­ гические процессы.

A v/Устройство микроскопа. Обыкновенный микроскоп М-10 (рис. 14) предназначен для исследования прозрачных объектов в проходящем свете. Он позволяет изучать объект при разных увеличениях в пределах от 56до 600-кратного. Микроскоп состоит из штатива и тубуса 7 с вмонтированной в него опти­ ческой системой. Штатив представляет собой массивную литую

В нижней части тубуса прикреплен револьвер 8 с ввинченными в него объективами 9. Путем вращения револьвера можно по­ ставить на ось микроскопа тот или иной объектив. Система оптических линз, расположенная на верхнем конце тубуса и обращенная к глазу наблюдателя, называется окуляром 6. На-

равно произведению увеличений окуляра и объектива.

Работа с микроскопом. При работе с микроскопом важное значение имеет равномерное освещение поля зрения. Микро­ скоп устанавливают на рабочем столе так, чтобы предметный столик и зеркало были обращены к источнику света. Затем, на­ блюдая в окуляр, вращением зеркала добиваются яркого и рав­ номерного освещения всего поля зрения микроскопа. Найдя нужное положение зеркала, микроскоп не следует передвигать, так как это вызовет необходимость новой настройки осве­ щения.

Подготовленный препарат закрепляют пружинами на пред­ метном столике микроскопа и приступают к установке микро­ скопа на фокус. Сначала вращением пары винтов 8 делают грубую наводку до тех пор, пока в поле зрения не появятся контуры рассматриваемого предмета. Точная наводка резкости достигается вращением микрометрических винтов 4. Наводку резкости делают плавно и очень осторожно, так как при резком перемещении тубуса по направлению к препарату можно раз­ давить покровное стекло и запачкать объектив.

Сначала всегда рассматривают препарат при малом увели­

в ту или другую сторону, находят наиболее подходящее поле зрения, рассматривают и зарисовывают его.

В процессе работы с микроскопом необходимо соблюдать чистоту, не допускать загрязнения реактивами предметного столика, стекол оптической системы и других частей.

V/ ^Приготовление препарата. Для микроскопического исследо­ вания волокнистого материала должен быть приготовлен со­ ответствующий препарат. Для этого необходимо иметь: пред­ метные стекла размером 75x25 мм и толщиной 1 —1,5 мм из бесцветного стекла, покровные стекла размером 20x20 мм и толщиной 0,15—0,18 мм, препарировальные иглы и копья, из­ готовленные из нержавеющей стали, ситечко для отмывки во­ локон, изготовленное из металлической сетки № 40, полоски фильтровальной бумаги, реактивы для окраски волокон, на­ бор пробирок и т. д.

Приготовление препаратов ведут следующим образом. Чис­ тое предметное стекло помещают в подставку для него и укреп­ ляют пружинами. При отсутствии подставки стекло можно по­ ложить на белую бумагу. Небольшой комочек волокнистого материала помещают в пробирку, наполненную на 7з водой. Пробирку энергично встряхивают до получения однородной суспензии, затем несколько капель этой суспензии наносят на середину предметного стекла. Избыток воды убирают фильт­

равна 55*0,02=1,1 мм. Если длина волокна превосходит длину шкалы, измеряют сначала часть волокна до какого-нибудь легко запоминающегося места (сдвиг, узелок, изгиб), от кото­ рого после соответствующего передвижения препарата начинают новое измерение. Измерив все волокна в данном поле зрения, определяют среднюю длину волокна. Аналогичным образом производят измерение толщины волокна 3. Для получения до­ стоверных данных необходимо определить размеры не менее 50 волокон и рассчитать среднее значение.

§ 7. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОМПОЗИЦИИ БУМАГИ

В зависимости от технических требований, предъявляемых к различным сортам бумаги, в их состав может входить один или несколько видов волокна и в различном соотношении. Сос­ тав бумаги по волокну принято называть ее композицией. При исследовании композиции бумаги определяют природу волокна и процентное соотношение каждого вида.

Качественный и количественный состав бумаги по волокну определяют путем микроскопического исследования препара­ тов, полученных из анализируемых образцов бумаги. Количе­ ственное определение требует определенного навыка в приго­ товлении препарата, знаний микроструктуры волокнистых материалов и приобретаемой ими окраски при действии различ­ ных красящих веществ.

Количественный состав бумаги определяют методом под­ счета в поле зрения микроскопа числа волокон каждого вида материала. Этот метод очень труден при наличии волокон, резко отличающихся по длине и ширине, при наличии мелочи, фибрилл, пучков волокон. Этим методом трудно также опре­ делять композицию образца, в состав которого входит древес­ ная масса, соломенная целлюлоза, целлюлоза из лиственных пород древесины.

Для определения композиции бумаги готовят 3—4 препа­ рата по методике «Приготовление препарата», описанной на с. 90, и рассматривают их под микроскопом при увеличении 70Х. Отмечают количество волокон, окрашенных в тот или иной цвет. В каждом препарате выбирают и рассматривают 3— 4 поля зрения. Условно за единицу длины волокна принимают диаметр поля зрения. Устанавливают препарат и подсчитывают длину волокон каждого вида, выраженную через диаметр поля зрения, и записывают. После подсчета тот же препарат пере­ двигают на другое поле зрения и снова подсчитывают. Затем устанавливают другой препарат и проводят аналогичные под­ счеты. Таким образом просматривают 10—12 полей зрения.

При определении композиции бумаги, в состав которой вхо­ дит древесная масса, слизь в расчет не принимается, а пучки следует мысленно разделить на составляющие его волокна и

возможным в значительной степени за счет размола бумажной массы, т. е. специальной механической обработки растительных волокон в присутствии воды.

Бумага, полученная из неразмолотых волокон, имеет весьма низкую прочность, высокую пористость, плохую структуру и для употребления как правило непригодна. Неразмолотые во­

типа.- Принцип работы всех их примерно одинаков и заклю­ чается в том, что водно-волокнистая суспензия обрабатывается между скрещивающимися ножами ротора и статора размалы­ вающего аппарата. В результате такой обработки волокна под­ вергаются гидравлическим ударам, укорачиванию, ''расщепле­ нию, истиранию, сжатию и другим механическим воздействиям.

Однако в результате размола волокна подвергаются не только чисто механическим воздействиям, но и приобретают новые свойства — они становятся более гибкими, эластичными, жирными на ощупь, труднее обезвоживаются, а бумага, полу­ ченная из размолотых волокон, несмотря на их укорачивание, становится более прочной.

Эти изменения в волокнах при размоле трудно объяснить изменением их механической структуры, поэтому были пред­ ложены различные теории размола.

Согласно современным представлениям, при размоле во­ локна подвергаются не только чисто механическим воздейст­ виям, но и претерпевают сложные коллоидно-химические про­ цессы набухания, фибрилляции клеточных стенок с отщепле­ нием от волокон фибрилл и микрофибрилл с освобождением большого количества свободных целлюлозных гидроксилов, ко­ торые в основном и определяют прочность связей между во­ локнами в бумаге или картоне, полученных из них. Важную роль при размоле играет вода. Целлюлозные волокна обла­ дают рядом свойств, характерных для гелей. Они очень хорошо Впитывают воду в поры своей поверхности. Такое впитывание вначале протекает без увеличения объема волокон, но при про­ никновении воды во вторичную оболочку в пространство между фибриллами и микрофибриллами происходит набухание во­ локна, приводящее к увеличению его объема в несколько раз.

Энергия, высвобождающаяся при набухании, является до­ статочно большой. Она вызывает расщепление связей в аморф­ ной части целлюлозы и обеспечивает свободный доступ туда воды, которая раздвигает фибриллы и микрофибриллы. За счет Проникновения воды внутри волокон создается внутреннее дав­ ление до 7,0 и более МПа, что и способствует расслоению во­ локон на фибриллы при размоле.

Однако вода способна проникать лишь Только в аморфную Часть. В кристаллической части мицеллы молекулы целлюлозы

настолько прочно упакованы, что туда вода не проникает. Бо­ лее того, туда не проникают даже и 1 —10%-ные растворы NaOH, и поэтому эти участки практически не фибриллируются при размоле.

Следовательно, чем больше в растительных волокнах аморф­ ной части, тем эти волокна будут лучше фибриллироваться при размоле.

При расщеплении волокон на отдельные фибриллы освобож­ дается большее количество целлюлозных гидроксилов и на их поверхности образуется пленка из адсорбированных и ориенти­ рованных диполей воды за счет водородной связи. В резуль­ тате этого волокна становятся более гибкими, эластичными, жирными на ощупь, что способствует их лучшему контакту и переплетению между собой при формировании бумаги. При раз­ моле целлюлозы без предварительного набухания в воде или в неводной среде масса плохо фибриллируется, волокна лишь механически измельчаются и полученная из них бумага, будет пухлой, непрочной, как, например, из одной древесной массы, хотя и имеющей высокую степень помола.

В процессе последующей сушки бумаги по мере удаления воды волокна под действием сил поверхностного натяжения сближаются. При расстоянии между ними менее 2,7- 10-10 м образуется прямая водородная связь между гидроксильными группами соседних волокон. Прочность отдельной связи срав­ нительно невелика, но поскольку этих связей между волокнами в зависимости от состояния их поверхности может быть очень много, то и сила связи между отдельными волокнами может быть весьма высокой, что и является основным, определяющим фактором прочности бумаги.

Характер и степень помола бумажной массы зависят от того, для какого сорта бумаги она предназначается. Различают массу садкого и жирного помола массы. Масса того или дру­ гого вида помола может быть длинно- и коротковолокнистой. При садком помоле происходит в основном рубка волокна, при жирном — расщепление волокон вдоль и фибриллирование.

Бумага из массы садкого помола получается рыхлой, не­ прочной, но обладает большой впитывающей способностью (фильтровальная, промокательная, бумага-основа для перга­ мента, фибры и др.). Из массы жирного помола получается плотная, прочная бумага (конденсаторная, кабельная, копиро­ вальная и др.).

На процесс размола массы влияют следующие факторы: продолжительность размола, удельное давление, концентрация массы, тип размалывающей гарнитуры, окружная скорость раз­ малывающих органов, кислотность и температура массы при размоле, свойства размалываемых волокнистых материалов, гидрофильные добавки и пр.

вначале разбивку массы при вылегченном барабане в течение не менее 20 мин. После этого начинают присадку ролла и ведут размол. Не следует в начале размола сильно присаживать ба­ рабан, лучше производить присадку в несколько приемов, через каждые 8—10 мин размола. Это дает возможность получить длинноволокнистую массу и более прочную бумагу.'

Контроль процесса размола осуществляется путем периоди­ ческого (через каждые 8—10 мин) определения градуса помола или средней длины волокна.

При достижении необходимой степени помола барабан ролла вылегчивают, электродвигатель выключают и массу количест­ венно переносят из ролла через клапан 7 в ведро или каст­ рюлю. При необходимости в ролле можно осуществлять проклейку и наполнение бумажной массы. Для этого при дости­ жении необходимого градуса помола барабан слегка вылегчи­ вают, но не останавливают и в ванну вводят в определенном по­ рядке наполнитель, клей, сернокислый алюминий и краситель. Порядок введения указанных компонентов зависит от вида вы­ рабатываемой бумаги.

§ 10. КОНТРОЛЬ ПРОЦЕССА РАЗМОЛА

Процесс размола бумажной массы контролируют путем оп­ ределения градуса ее помола и средней длины волокна. Градус помола бумажной массы определяют на аппарате СР-2, а сред­ нюю длину волокна — на аппарате марки СДВ, приведенном на рис. 28.

Аппарат состоит из воронкообразного сосуда 2 с нижним от­ верстием диаметром 40 мм. Отверстие закрывается клапаном 3. Внутри сосуда установлено опорное кольцо, на которое ста­ вится рабочая рамка 5. Рамка является основным рабочим ор­ ганом прибора. Она представляет собой решетку из тонких ме­ таллических лезвий обтекаемой формы, имеет стержень с крюч­ ком для взвешивания на рычажных весах 1.

Перед началом испытаний необходимо установить прибор и квадрантные весы по уровням, выбрать рабочую рамку, на ко­ торой будет проводиться испытание. Выбор рамки зависит от характера помола испытуемой массы. При длинноволокнистой

лезвиями 5 мм. Далее закрывают клапаном отверстие воронко­ образного сосуда и устанавливают под него приемную кружку 4.

Для анализа берут такое количество испытуемой массы, чтобы в ней содержалось 6 г абсолютно сухого волокна, и до­ водят объем до 2 л. Суспензию тщательно перемешивают до полного исчезновения комочков массы и выливают в воронкооб­ разный сосуд аппарата с рабочей рамкой. Далее нажимают на защелку клапана и выпускают суспензию в приемную кружку.

§ 11. ПРОКЛЕЙКА, НАПОЛНЕНИЕ И ОКРАСКА БУМАЖНОЙ МАССЫ

Общие сведения о процессах

Проклейка. Большинство видов бумаги, вырабатываемой в настоящее время, являются в той или иной степени клееными. Вещества, используемые при проклейке, и степень проклейки должны отвечать определенным требованиям — в зависимости от вида и назначения бумаги.

Обычно под проклейкой понимают процесс придания бумаге способности противостоять проникновению воды и некоторых коллоидных растворов, например чернил, через толщу листа и растеканию их по поверхности бумаги.

Различают проклейку бумаги в массе и поверхностную. В первом случае проклеивающее вещество вводят непосредст­ венно в бумажную массу перед отливом бумаги на бумагоде­ лательной машине, вследствие чего бумага становится прокле­ енной в толще листа. Во втором случае проклейке подвергают готовую бумагу путем пропитки ее раствором клея или нане­ сения его на поверхность листа. В этом случае бумага подвер­ гается обработке с поверхности, а в толще листа остается непроклеенной. Более 50 % бумаги проклеивается в массе, так как этот способ наиболее простой.

Для проклейки бумаги применяются различные гидрофобизирующие и связующие вещества, полученные на основе кани­ фоли, парафина, воска, силиконов, латексов, крахмала, казеина, животного клея, карбоксиметилцеллюлозы и др.

Наибольшее распространение в промышленности для про­ клейки бумаги получил канифольный .клей. Различают следую­ щие виды канифольного клея: нейтральный, или бурый (не со­ держит свободной смолы), белый (содержит до 40% свобод­ ной смолы) и высокосмоляной (содержит 70—90 % свободной смолы).

В последнее время начали широко применяться так назы­ ваемые усиленные, или укрепленные, виды клея, полученные на основе модифицированной канифоли. Сущность приготовле­ ния канифольного клея сводится к варке канифоли со щелочью или содой. В результате реакции едкого натра или соды со смо­ ляными кислотами, содержащимися в канифоли, происходит их нейтрализация и образование растворимого в воде смоляно­ кислого натрия — резината натрия:

С19Н29СООН + NaOH — С19H29COONa+ Н20 .

Если щелочи взято достаточно, то происходит полная нейт­ рализация канифоли, в результате чего получают нейтральный клей. Он хорошо растворяется в воде, раствор имеет бурый цвет, поэтому и называется бурым клеем.

При растворении белого клея резинат натрия переходит в раствор, а частицы свободной смолы находятся в коллоидно­ дисперсном состоянии и придают раствору белый, как молоко, цвет, поэтому он и называется белым клеем. В этом случае рас­ творенной резинат натрия выполняет роль эмульгатора или стабилизатора частиц свободной смолы. Его эмульгирующее действие объясняется тем, что на поверхности дисперсных ча­ стиц смолы адсорбируются отрицательные ионы Ci9H29COO“, получаемые в результате диссоциации в воде резината натрия:

C19H29COONa C19H29COO“ +N a+.

Благодаря этой адсорбции частицы смолы получают отрица­ тельный заряд. Одноименный заряд частиц препятствует их слипанию. Другим не менее важным фактором стабилизации частиц смолы является образование ориентированных молекул воды вокруг смолы вследствие большого дипольного момента последних.

Отрицательные заряды клеевых частиц полностью компен­

количестве свободной смолы (в случае высокосмоляного клея) защитного действия смолянокислого натрия уже недостаточно и для получения устойчивых дисперсий приходится применять другие защитные коллоиды, например казеинат натрия, окис­ ленный крахмал, животный клей и др. При получении высоко­ смоляного клея казеина добавляют примерно 2,5—4,5 % от массы канифоли, при более высоком расходе дисперсия клея получается настолько стойкой, что при последующем добавле­ нии сернокислого алюминия она не коагулирует или коагули­ рует не полностью.

До настоящего времени еще нет четкой ясности о тех про­ цессах, которые протекают при проклейке бумаги смоляным клеем. Однако можно считать установленным, что проклеиваю­ щим агентом является мелкодисперсный осадок свободной смолы и ее солей, адсорбированных на поверхности волокна. Этот осадок не образует сплошной пленки, обволакивающей волокна, а находится в виде мелких вкраплений со средним Диаметром частиц 0,1—1 мкм.

Для хорошей проклейки бумаги необходимо в процессе про­ клейки получить клеевой осадок с высокими гидрофобными свойствами и обеспечить высокое его удержание в бумаге при равномерном распределении в мелкодисперсном состоянии на волокне.

При проклейке бумажной массы канифольным клеем, со­ держащим то или другое количество свободной смолы, проис­ ходят в основном следующие реакции. Ионы алюминия яв­ ляются активными фиксирующими агентами, и считается, что

частицы смолы способны связываться посредством алюминие­ вого комплекса по схеме:

Н2Оч / О Н H20 - A l - 0 - R

н2оу/ —С—С19Н29.

о

^Резинат натрия, являясь солью сильного основания и сла­ бой кислоты, в присутствии целлюлозы подвергается гидролизу:

C19H29C00Na + H20 ^ :C 19H2c,G00H + Na0H.

В чистой воде гидролиз идет незначительно, но в присутст­ вии целлюлозы, которая связывает щелочь, реакция идет при­ мерно на 60%. При этом образуется мелкодисперсная колло­ идная смола. В водной суспензии целлюлоза, так же как и смола, имеет отрицательный заряд. Отрицательный заряд по­ верхности целлюлозы обусловливается наличием в ней неболь­ шого количества кислотных групп, которые всегда присутствуют в технической целлюлозе. Следовательно, когда ионы водорода или другие катионы переходят в раствор, поверхность волокна получит знак минус. Чтобы зафиксировать смолу на волокнах, надо перезарядить один из компонентов. Для этой цели обычно

используется сернокислый алюминий A12(S04)3- 18Н20, который в воде тоже гидролизуется:

Al2 (S04)3+ 6 H 20 ц* А1 (0H)3+ 3H 2S04

ИЛИ

Al3++ S04"-f-6H0H цг А1 (0H)3+ 6 H ++ 3 S 0 4'

При повышении кислотности в растворе увеличивается коли­ чество Н+, а при увеличении щелочности — А1 (ОН) 3. Диссоци­ ированная часть сернокислого алюминия реагирует с резина­ том натрия почти мгновенно по реакции:

6C19H29COONa+ А12 (S04)3 2 (С19Н29СОО)3 АЦ +3N a2S04.

Это основная реакция при проклейке бумаги нейтральным и белым клеем. Она протекает при pH 4,5 и ниже. При более вы­ соком значении pH, по-видимому, образуется дирезинат AlRe2(ОН),^ монорезинат AlRe(OH)2 и свободная смола ReH. Получающийся трирезинат алюминия в воде нерастворим я вы­ падает на волокнах в виде хлопьевидного объемистого осадка.

В результате приведенной выше реакции отрицательно за­ ряженные частички Диспергированной свободной смоль1 ли­ шаются отрицательного заряда, теряют устойчивость и захва­ тываются объемистым осадком резината алюминия. Гидроокись алюминия адсорбирует из раствора ионы А13+ и сама приобре­ тает сильный положительный заряд. Обладая большой поверх­ ностью и положительным зарядом, она коагулирует взвеси,

ПО

в том числе коллоидную свободную смолу, и осаждается на во­ локнах, имеющих отрицательный заряд.

Таким образом, можно констатировать, что при проклейке белым и нейтральным клеем смола фиксируется на волокнах в виде резината алюминия, для образования которого необхо­ дим сернокислый алюминий в диссоциированном состоянии.

При проклейке высокосмоляным клеем на волокнах фикси­ руется в основном свободная смола под действием А1(ОН)3, поэтому pH среды имеет большое значение. Оптимальные зна­ чения pH: 4,5—5,0 — при проклейке белым и нейтральным клеем

алюминий находится в виде простых ионов А13+, а при pH>4 могут существовать комплексы алюминия: А12(ОН)2+

А12(0 Н)2(Н20 )2+ и др. Иногда для увеличения pH среды к суль­ фату алюминия добавляют щелочь или алюминат натрия.

На процесс канифольной проклейки бумаги большое влия­ ние оказывают следующие факторы: качество клея и степень его дисперсности, расход клея и расход сернокислого алюми­ ния, природа волокна и степень его помола, pH среды, темпе­ ратура массы, жесткость производственной воды, порядок веде­ ния проклейки, введение в массу наполнителей, режимы отлива, прессования, сушки и каландрирования бумаги на машине. Процесс проклейки бумаги завершается при ее сушке, когда клеящие частицы, состоящие из свободной смолы, рези­ натов и гидроокиси алюминия, в сушильной части машины раз­ мягчаются и спекаются, прилипая к волокнам в виде отдель­ ных частиц, и приобретают более гидрофобные свойства. Тем­

клееной.

Наполнение. При выработке многих видов бумаги в бумаж­ ную массу вводят минеральные наполнители (каолин, гипс, тальк, мел, сернокислый барий, двуокись титана и др.). Напол­ нители увеличивают белизну, непрозрачность, гладкость, мяг­ кость бумаги, улучшают печатные свойства. Однако наполни­ тели, особенно при высоком их содержании, снижают механи­ ческую прочность, уменьшают проклейку и увеличивают Пылимость бумаги. Поэтому для каждого вида бумаги сущест­ вует определенный оптимум содержания наполнителя.

Минеральные наполнители, в в о д и м ы е в бумажную массу в виде суспензий, не полностью остаются в бумаге. Значитель­ ная их часть уходит с промывными водами. Степень удержания наполнителя обычно составляет 70—80 %•

В процессе удержания наполнителей коллоидно-физические факторы играют важную роль, поскольку в водной суспензии целлюлозные волокна и частицы наполнителей имеют один и тот же электростатический заряд (отрицательный), а размеры частиц наполнителя меньше, чем поры бумаги. Лишь только крупные частицы наполнителя могут удерживаться механиче­ скими силами посредством фильтрации. Поэтому как и при про­ клейке бумаги, так и при-ее наполнении применяют сернокис­ лый алюминий, который сообщает частицам наполнителя по­ ложительный заряд, а также вызывает их коагуляцию и тем самым способствует осаждению их на волокнах.

Кроме сернокислого алюминия, флокулирующими свойст­ вами обладают животный клей, активированный силикат, ще­ лочной крахмал, алюминат натрия, карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ), полиакриламид (ПАА), полиэтиленимин (ПЭИ) и др.

На процесс удержания наполнителя в бумажной массе боль­ шое влияние оказывают следующие факторы: степень исполь­ зования оборотной воды, природа и качество наполнителя, при­ рода волокна и степень его помола, степень разбавления массы перед сеткой и режим отлива, порядок подачи сернокислого алюминия, применение дополнительных флокулянтов и др.

Крашение и подцветка. Многие виды бумаги выпускаются окрашенными. Крашение, так же как и проклейка, может осу­ ществляться либо в массе, либо с поверхности. Почти все виды белой бумаги, начиная с газетной, писчей и кончая высокока­ чественной документной для печати, выпускаются с подцветкой. Это делается для повышения видимой белизны бумаги и уст­ ранения желтизны и других оттенков. Подцветку осуществляют путем введения в массу небольших количеств синих, фиолето­ вых или красных красителей, а также оптических отбеливате­ лей (бланкофоров).

При крашении и подцветке наиболее широко применяются следующие органические синтетические красители: основные, кислотные и прямые. Используются также и нерастворимые, но

лями органического основания и минеральных кислот. Они яв­ ляются сильными электролитами и в воде почти нацело диссо­ циируют, давая катион красителя и анион кислоты:

R X ^tR + + X -

Эти красители в воде также подвергаются гидролизу:

RX+ HOH^tROH + HX.

Гидролизу способствует жесткая производственная вода, по­ этому готовить их надо на мягкой воде или конденсате. Катион

красителя имеет основные свойства и легко реагирует с кис­ лотными группами целлюлозы, а также резинатом натрия:

RX+CellH^tCellR + HX;

RX+CigH^COONa — C19H29COOR -{-NaX.

Первая реакция обратима, поэтому кислая среда препятст­ вует, а щелочная способствует крашению основными красите­ лями. При крашении основными красителями помимо химиче­ ского сродства с кислотными группами целлюлозы, по-види­ мому, важную роль играют и электростатические процессы, поскольку целлюлозные волокна и катион красителя имеют раз­ ные заряды, поэтому основные красители легко закрепляются на волокнах.

Основные красители обладают ярким цветом, однако имеют низкую светопрочность и чувствительны к изменению pH среды и жесткости производственной воды. Применяются они в ос­ новном для крашения недолговечной бумаги, содержащей дре­

RS03N a ^ R S 0 3~ + N a+.

В растворе кислотные красители имеют отрицательный за­ ряд, как и целлюлозные волокна. Поскольку эти красители не имеют химического сродства с целлюлозой и в растворе имеют одинаковый с ней заряд, то для их закрепления на волокнах обязательно нужно вводить сернокислый алюминий.

Эти красители хуже фиксируются на волокне, чем основные, но при окраске сложной композиции не дают «мраморности» бумаги. При крашении кислотными красителями иногда в массу добавляют расчетные количества основного красителя, благо­ даря чему образуются лаки, хорошо осаждающиеся на волокнах.

RX+R^OaNa — RS03Ri+NaX.

Кислотные красители следует вводить в массу после канифоль­ ного клея, но до введения сернокислого алюминия. Эти краси­ тели уступают по своей яркости основным, однако они более светостойки, но чувствительны к высокой температуре поверх­ ности сушильных цилиндров и «выгорают».

пРя м ы е красител- и (или субстантивные) по многим хи­ мическим свойствам сходны с кислотными красителями, однако имеют цепное строение и в их структуре помимо типичных хро­ мофорных групп —N=N — содержатся также ауксохромные —ОН, —NH2 и др., которые способны образовывать водород­ ную связь с ОН-группами целлюлозы. Эти красители и назы­ ваются прямыми, так как могут адсорбироваться на волокнах