книги из ГПНТБ / Сушкова Н.Д. Бумажные мешки. Производство, свойства и применение мешочной бумаги и мешков

полагают, что между меламино-формальдегидной смолой и целлю­ лозой или гемицеллюлозами образуются химические связи через группы СООН [І15, 118].

Меламино-формальдегидная смола повышает гидрофобность, жесткость и прочность бумаги, за исключением сопротивлений раз­ диранию и излому. Максимальная влагопрочность развивается со временем (через 2—3 недели) в зависимости от температуры сушки и условий хранения бумаги.

Меламино-формальдегидная смола имеет по сравнению с мо­ чевино-формальдегидными более разветвленную структуру, пере­ ходящую при отверждении в трехмерную с большим количеством поперечных связей. Поэтому она придает бумаге более высокую влагопрочность и повышенную химическую устойчивость по срав­ нению с мочевино-формальдегидными смолами.

Латексы. Латексы — водные дисперсии сферических частиц синтетического каучука, окруженных мицеллами эмульгатора, сни­ жающего поверхностное натяжение системы. Кроме того, латексы содержат небольшое количество водорастворимых инициаторов

Основные звенья наиболее распространенных латексов схемати­ чески изображены ниже [119, с. 472; 120, с. 107]. Бутадиенстирольные (или дивинилстирольные) латексы СКС-50 и СКС-65 содержат в полимере соответственно 50 и 65% стирола. Нитрильный латекс СКН-30 состоит из 30% нитрила акриловой кислоты (—СНг—СН—).

С es N

и дивинила (—СНг—СН = СН—СНг—). В процессе полимери­ зации молекулы мономеров преимущественно связываются в по­ ложении 1,4, и лишь небольшое количество звеньев образуют раз­ ветвленные цепи в положении 1,2 или 3,4:

£,АС-50:-[с н г С Н = С Н -С Н г СНг С Н -С Н 2 -С Н -С Н -С Н ^ -

о

о

СКН-30: - £ c H j- C H ~ = C H - С Н ^ С Н ^ С Н — CH r C H = C H - C H j] -

C$N

по/шхлоропрен

(М-Ч

100

Ниже приведена характеристика отечественных каучуковых латексов, используемых в целлюлозно-бумажной промышленности:

Как правило, частицы полимера несут отрицательный заряд и почти всегда латексы получают с применением анионных эмуль­ гаторов. Положительным зарядом глобул обладают карбоксилат­ ные латексы, в составе сополимеров которых имеется метакрило­ вая кислота.

Типичными анионными эмульгаторами являются мыла или соли сульфокислот (некали), соли синтетических жирных кислот (СЖК, царафинат аммония), мыла смоляных кислот (калиевое мыло диспропорционированной канифоли, или дрезинат калия). К катио­ ноактивным эмульгаторам относятся соли аминов или аммонийные комплексы типа (NH4)C1.

Размеры частиц каучука колеблются в пределах 500—5000 А с различным распределением в зависимости от химического со­ става полимера и эмульгатора, а также от условий получения ла­ текса [119, с. 466]. Степень насыщения поверхности частиц каучука эмульгатором в большинстве случаев не превышает 50%.

Различают гомокоагуляцию, гетерокоагуляцию (или гетероадагуляцию) латексов. При гомокоагуляции частицы латекса соеди­

дит со сточной водой, а смоляные и жирные кислоты остаются в частицах каучука, причем канифоль повышает, а парафинат ам­ мония или калия понижает физико-механические свойства кау­ чука. Латексы с катионоактивным эмульгатором имеют pH ниже 7. В щелочной среде катионоактивные эмульгаторы разрушаются и латексы коагулируют, но значительно медленнее анионоактивных.

101

Существует несколько способов применения латексов для по­ вышения влагопрочности и гидрофобное™ волокнистых материа­ лов, отличающихся видами использованных полимеров и добавок к ним, а также порядком введения химикатов в массу [6, с. 477—

480; 115, С.108— 114].

Катионоактивные латексы вводят в массу непосредственно пе­ ред выпуском на бумагоделательную машину. Однако вследствие вероятной неполноты осаждения на волокнах латексов этого типа возможно забивание сетки и сукон частицами научука. Поэтому катионоактивные латексы, как неустойчивые, применяются редко,

зирующей добавки для хлоропренового латекса следующий (части по массе):

Вулканизаторы и антиоксиданты вводят либо в смеси с латек­ сом, либо в массу до латекса из расчета 5—10% к сухому остатку латекса. Совместная коагуляция канифольного клея и латекса Способствует более полному осаждению и удержанию проклеиваю­ щих веществ. Удержание каучука в бумаге достигает 50—80% и с повышением расхода латекса понижается.

Латексы синтетического каучука улучшают водоотдачу массы, особенно при низкой степени помола (рис. 30) и уменьшаютудель-

102

ную внешнюю поверхность целлюлозы (рис. 31), определенную ме­ тодом серебрения по Дж. А. Кларку. Чем выше содержание диви­ нила (бутадиена) в латексах типа СКС и СКН, тем заметнее

Рис. 31. Изменение удельной внешней поверхности волокна в зависимости от вида и количества введенного латекса:

1 — СКС-65ГП; 2 — СКН-30; 3 — Л-4; 4 — СКС; 5 — СКН

уменьшается удельная внешняя поверхность волокна [122]. С по­

раздиранию снижается. На сопротивление излому очень сильно влияет химический состав латекса. При использовании хлоропре­ нового латекса Л-4 число двойных перегибов увеличивается, при введении латексов с высоким содержанием стирола снижается

(рис. 33, 34).

Воздухопроницаемость бумаги увеличивается с ростом размера частиц латекса. По данным Бобалек и Мендозы [124], повышение

103

размеров частиц латекса влияет отрицательно на большинство по­ казателей бумаги, главным образом на сопротивление излому.

Наряду с влагопрочностью и гидрофобностью каучуковые ла­ тексы придают бумаге водонепроницаемость, превышающую 6 ч до гидростатическому методу при Н = 300 мм вод. ст. Вода, нали­ тая в мешок из влагопрочной бумаги, не вытекает из него, но мед­ ленно диффундирует через стенки и постепенно испаряется.

В табл. 29 приведены показатели мешочной бумаги лаборатор­ ного отлива, изготовленной из одной и той же массы с добавками

прочность этой бумаги резко снизилась. Наиболее удачными ока­ зались мешки из бумаги, содержащей латекс Л-4 с добавкой ZnO.

Характеристика влагопрочной мешочной бумаги промышлен­ ного изготовления, содержащей латексы СКС-65 и Л-4, приведена в табл. 26, а основные параметры технологического режима про­ изводства указаны в табл. 27.

104

Т а б л и ц а 29

Влияние различных добавок на свойства мешочной бумаги (80 г/м2)

фатную небеленую целлюлозу, размолотую в среднем до 30° ШР. Предварительно в бумажную массу вводили пековый или кани­ фольный клей, который осаждали вместе с .латексом на волокне глиноземом при pH 4,5—5,0. Бумажная масса окрашивалась в фио­ летовый цвет анилиновым красителем, разведенным в горячей воде до 100—200 г/л и дозируемым в оборотную воду. Расход хи­

Мешочная бумага с добавкой хлоропренового латекса Л-4 вырабатывается без затруднений при обычной скорости. Замена хлоропренового латекса на менее дефицитный бутадиенстирольный (СКС-65ГП) вызвала ряд осложнений.

В промышленных условиях латекс СКС-65ГП, содержащий некаля 43 кг/г, вызывает настолько интенсивное пенообразование в напускном ящике бумагоделательной машины, что расход этого латекса свыше 4,5% увеличить практически невозможно. Даже при таком расходе ухудшается проклейка бумаги и приходится

105

не только повышать дозировку клея, но и заменять пековый клей

канифольным.

Удержание латекса — около 60%- Влагопрочность мешочной бумаги при такой дозировке СКС-65ГП составляет лишь 10%, а при 4% Л-4 повышается до 34%. Учитывая токсичность некаля 1 и низкую ПДК в водоемах, нецелесообразно использовать латекс СКС-65ГП для массового производства влагопрочной бумаги. За­ мена некаля на калийное мыло канифоли позволяет повысить ста­ тическую и динамическую прочность (за исключением сопротивле­ ния раздиранию и излому), а также влагопрочность бумаги. Ана­ логичная картина наблюдается при сравнении свойств бумаги с парафинатом аммония и с канифольным эмульгатором. Только в этом случае прочность бумаги во влажном состоянии и число сбросов мешков выше при использовании парафината аммония, а не канифольного мыла.

Наиболее эффективны хлоропреновые латексы, дающие при меньшем расходе высокопрочную бумагу. В производственных ус­ ловиях в бумаге удерживается около 80% каучука Л-4, в сточной воде от бумагоделательной машины при концентрации взвешен­

более 1,5 мг/л. В системе очистки сточных вод, содержащих ла­ текс, предусмотрено смешение сточной воды с известковым моло­ ком из расчета 100—150 г СаО на 1 ж3 с последующим осажде­ нием взвешенных веществ в контактном осветлителе. Шлам по­ ступает на устройства для обезвоживания, а осветленная вода (взвешенных веществ 0—5 мг/л) может быть возвращена на ос­ новное производство [125].

Повышение влагопрочности бумаги можно объяснить следую­ щим образом. Латекс, введенный в массу, распределяется между волокнами с некоторой степенью равномерности. Глинозем при низком pH изменяет дзета-потенциал системы и реагирует с эмуль­ гатором. Частицы каучука соединяются в глобулы, наиболее круп­ ные из которых похожи на гроздья винограда, и адсорбируются волокнами. В случае гомокоагуляции значительное количество кау­ чука переходит в оборотную воду. Размеры глобул и равномер­ ность распределения их на волокнах зависят от вида полимера, его фракционного состава и степени насыщения эмульгатором, ус­ ловий коагуляции и особенностей бумажной массы. С увеличением степени помола массы количество адсорбированных частиц кау­ чука повышается и возрастают силы адсорбции между каучуком и волокном. При равномерном распределении каучука эффектив­

1 Пекаль (CnH^OeSNa) — соль дибутилнафталинсульфокислоты. Предельно допустимая концентрация в воде водоемов (ПДК) — 0,025 мг/л.

106

связей между частицами каучука на волокнах, что отрицательно влияет на прочность бумаги.

В процессе сушки и хранения бумаги между цепями каучука, имеющего двойные связи и активные группы, образуются попе­ речные мостики, число которых возрастает при наличии вулкани­ зующих добавок.

Химические связи между каучуком и целлюлозой во влагопроч­ ной бумаге пока не обнаружены, но растворение влагопрочной бу­ маги в медно.аммиачном растворе и железовиннонатриевом ком­ плексе происходит в 2 раза медленнее, чем обычной мешочной бу­ маги.

Другие вещества, повышающие влагопрочность бумаги. Ди­ альдегид крахмала (ДАК) получают при обработке нативного или модифицированного крахмала периодатной кислотой [115, с. 59— 71]:

Готовый продукт дает все реакции, характерные для альдеги­ дов, но имеет более сложное строение, чем указано выше. Зерна ДАК похожи на необработанный крахмал, небольшая разница в строении оболочки заметна только в поляризованном свете. Свойства ДАК зависят от условий и степени окисления.

ДАК растворяется в воде только в присутствии щелочи (буры или бисульфита натрия) с образованием анионоактивной диспер­ сии. ДАК повышает влагопрочность бумаги, но плохо удержива­ ется волокном, поэтому его применяют либо в виде добавки к ка­ тионоактивному крахмалу, либо переводят в катионную форму, обрабатывая анионную дисперсию ДАК полиамидамином, солями циркония или катионоактивными мономерами, например по схеме

[115, с. 62]

CHjOH

CHjOH

- -о, н -о-с н Ъ -о- +н2о

'Ън оно

N-NHCOCHjNl(CH3)j

СІ

107

Смола в виде 1—2%-ного водного раствора вводится в смеси­ тельный насос или напорный ящик в количестве 1% к волокну. Хотя смола хорошо осаждается на волокне, небольшое количество сульфат-ионов повышает ее удержание. При введении в массу из сульфатной небеленой целлюлозы эта смола значительно эффек­ тивнее, чем катионная мочевино-формальдегидная смола. Наряду

с повышением влагопрочности полиамидэпихлоргидринные смолы

вотличие от карбамидных не снижают впитываемость и мягкость бумаги, а прочность в сухом состоянии увеличивают незначи­ тельно [126].

Это объясняется различным характером взаимодействия смолы с волокном. По данным Бэмера [115, с. 36], полиамидэпихлоргид­ ринные смолы образуют ковалентные связи с первичными спир­ товыми группами целлюлозы.

ПЕРЕРАБОТКА ОБОРОТНОГО БРАКА

Характеристика влагопрочности бумаги приведена в табл. 30. Мокрый оборотный брак этих видов бумаги распускается без затруднений. Сухой оборотный брак стараются перерабатывать сразу после выработки бумаги. По мере развития процесса поли­ конденсации смол измельчение влагопрочной бумаги затрудняется. При влагопрочности не более 35% сухую влагопрочную бумагу можно распустить на волокна механическим или термохимическим способом, а высоковлагопрочную бумагу — термической обработ­

кой (варкой) под давлением с последующим рафинированием.

П р и м е ч а н и е . Бумага считается невлагопрочной, если во влажном со­ стоянии ее прочность меньше 15% от исходной.

Механический способ применяется для переработки оборотного брака сразу после выработки бумаги на бумагоделательной ма­ шине, до полной конденсации смолы. Брак распускается в гидроразбивателе при концентрации не более 5%, перекачивается в приемный бассейн и пропускается через энтштиппер при удель­ ном расходе энергии 80—120 кВт-ч/т [127].

При термохимических способах в гидроразбиватель подается

109