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

поверхностью волокон (в 1,5—2 раза) и сокращением сил связи на 66—75% при одинаковых условиях размола за счет повышения количества лигнина с 6 до 10% [32].

Экспериментальным путем установлено, что для достижения приемлемой прочности мешочной бумаги целлюлозу повышенного выхода требуется размалывать до более высокой степени помола (рис. 10). При этом бумажная масса содержит много мелочи, зна­ чительная часть которой при отливе уходит сквозь сетку с оборот­ ной водой, что повышает воздухопроницаемость и ухудшает каче­

мюр. Кроме балансовой древесины и отходов лесопиления, доля которых на некоторых комбинатах составляет около 30—40%, ши­ роко применяют дровяную древесину. При условии должной окорки древесины, нормальной рубки и правильного сортирования щепа из отходов лесопиления является вполне доброкачественным сырьем. Дровяная древесина или древесина, пораженная некото­ рыми видами гнили, должна использоваться только после облаго­ раживания и удаления пораженной древесины, иначе снижается механическая прочность целлюлозы.

С целью увеличения сырьевых ресурсов за рубежом начинают варить целлюлозу из опилок или щепы в виде «спичек». Выход цел­ люлозы из этого сырья на 2—3% меньше, а сопротивление разди­ ранию ниже, чем целлюлозы из обычного сырья. Для мешочной

20

бумаги такая целлюлоза не рекомендуется. Лишь в исключитель­ ных случаях ее можно добавлять к обычной целлюлозе не более

10—20% [34].

Попытки использовать лиственницу для мешочной бумаги не дали положительных результатов. По данным ВНПОбумпром, при одинаковой степени провара выход целлюлозы из лиственницы оказался на 2—6% ниже, чем целлюлозы из сосновой и еловой древесины. Целлюлоза с выходом более 45% для бумаги вообще мало подходит из-за большого количества непровара, требующего полумассного размола. Лиственничная целлюлоза имеет более

и еловой древесины получается более пухлой, с меньшей механиче­ ской прочностью (по разрывному усилию, сопротивлению продавливанию и излому), за исключением высокого сопротивления разди­ ранию. Прочность мешков при использовании целлюлозы из лист­ венницы резко снижается.

Древесину лиственных пород стараются не использовать для мешочной бумаги, так как волокна лиственных пород короткие и прочность их ниже, чем у хвойной древесины. Березовая древесина делигнифицируется хуже, чем хвойная, и требует на варку боль­ шего расхода щелока, поэтому при совместной варке лиственной и хвойной древесины приходится увеличивать расход щелочи и ва­ рить целлюлозу до меньшей жесткости, по сравнению с сосной. Хотя выход целлюлозы при этом получается выше, размалываемость ее лучше и разрывное усилие на требуемом уровне, уже 5—10% березовой древесины от общего количества сырья отрица­ тельно влияют на удлинение, сопротивление раздиранию, продавливанию и излому, динамическую прочность мешочной бумаги [35]. Однако из-за дефицита сосны и ели иногда хвойные породы ча­ стично заменяются лиственными (березой, осиной). Опыт Сканди­ навских стран показал, что в композицию мешочной бумаги можно добавлять до 20% целлюлозы из березы, но при обязательном условии раздельной варки разных пород и значительном запасе прочности сосновой целлюлозы.

РАЗМОЛ БУМАЖНОЙ МАССЫ

Масса для мешочной бумаги должна состоять из довольно длинных, хорошо гидратированных волокон, позволяющих полу­ чить прочный лист бумаги достаточно равномерной структуры.

Размол целлюлозы для мешочной бумаги производится непре­ рывным способом, как правило, в две-три ступени. На старых пред­ приятиях на I ступени применяются гидрофайнеры, на II и III сту­ пенях— конические мельницы типа Жордан. Производительность гидрофайнеров и мельниц составляет 20—100 т в сутки, мощность электродвигателей от 150 до 330 кВт. Ширина ножей у гидрофай­ неров чаще всего 16 мм, а у конических мельниц 10 мм. Концен­

21

трация размалываемой массы 2,5—3,5%• В результате размола степень помола массы увеличивается с 14—16 до 28—32° ШР, а весовой показатель средней длины волокна, по С. Н. Иванову, снижается с ^ 2 0 0 до 90—ПО дг. Расход электроэнергии на раз­ мол колеблется в пределах 330—450 кВт- ч/т, в зависимости от кон­ кретных условий предприятий [36].

В последние 10 лет конические мельницы постепенно уступают место дисковым, которые обладают рядом преимуществ [37]:

а) широкой сферой применения для размола различных во­ локнистых полуфабрикатов при концентрации от 3 до 35%;

б) более эффективной гидратацией волокна при меньшем уко­ рачивании, что обеспечивает получение бумаги с более высоким сопротивлением раздиранию;

в) меньшим удельным расходом электроэнергии (в случае раз­ мола при низкой концентрации) благодаря снижению доли за­

на первой ступени размола, а затем появились на второй и даже на всех трех ступенях подготовки массы. Наибольшее распростра­ нение получили мелышцы с одним вращающимся и вторым непод­ вижным диском, обладающие наиболее универсальной конструк­ цией. Для массного размола нашли применение также сдвоенные мельницы — с одним вращающимся и двумя неподвижными дис­ ками и двухдисковые мелышцы с дисками, вращающимися в про­ тивоположные стороны.

Подробные сведения о конструкциях мельниц изложены в спе­ циальной литературе. Здесь целесообразно отметить, что совер­ шенствование конструкций мельниц, помимо повышения надеж­ ности в работе отдельных узлов, идет по пути увеличения произ­ водительности и мощности единичных агрегатов, увеличения

Эффект размола зависит от типа размалывающей гарнитуры, концентрации и вида волокнистой массы, скорости вращающегося диска, зазора между дисками и давления массы на входе. Дис­ ковые мельницы работают обычно параллельно, так как последо­ вательное включение затрудняет регулировку давления массы, поддерживаемого на входе на уровне 2 кгс/см2. Зазор между дисками регулируется в пределах 0,1—0,2 мм и увеличивается с повышением концентрации массы.

Гарнитура дисковых мельниц весьма разнообразна по рисунку и до сих пор не унифицирована, поскольку еще не найдены исчер­ пывающие характеристики, позволяющие предопределять опти­ мальный рисунок и материал ножей для разных видов бумаги. Обычно гарнитура дисковых мельниц изготовляется из легирован­ ной стали или чугуна. Срок ее службы колеблется от 3 месяцев

22

23

в мельницах ^фирм «Блэк Клаусон» и «Морден» для размола хвой­ ной целлюлозы с успехом применяется базальтовая гарнитура [40]. К основным параметрам гарнитуры относятся секундная режущая длина Lp, поверхность соприкосновения ножей F и удельная на­ грузка на кромки ножей В.

Секундная режущая длина [41, с. 51]

т

і р== Ж — m im 2h м/ в,

i=1

где i — число типоразмеров ножей на каждом диске; Ш\, т2— количество ножей одного типоразмера соответственно на вращаю­ щемся и неподвижном диске; Ц— длина ножа каждого типораз­ мера, м; п — число оборотов диска в минуту.

Поверхность соприкосновения ножей [42, с. 150]

m

Nп — полезная мощность, Вт; Lv — секундная режущая длина, км/с. Исследования, выполненные С. С. Легоцким на мельнице СВ-12 при низкой концентрации (3—7%), применительно к ме­ шочной бумаге позволили установить, что рисунок гарнитуры су­ щественно влияет на пропускную способность дисковой мельницы и для поддержания ее производительности на одинаковом уровне при использовании разных гарнитур приходится регулировать за­ зор (или удельное давление) между дисками [44]. Неудачный вы­ бор типа гарнитуры может привести к неоправданно высокому расходу энергии без значительного повышения качества мешочной

бумаги и свести на нет преимущества дисковых мельниц. Разную гарнитуру в первом приближении характеризует с при­

емлемой степенью корреляции удельная нагрузка на кромки но­ жей. Однако несмотря на многочисленные попытки использования

24

дополнительных параметров, кроме указанных величин Lp, F и Ву пригодность гарнитуры для конкретных целей приходится прове­ рять экспериментальным путем.

Еще недавно было принято считать, что для размола бумаж­ ной массы на дисковых мельницах достаточна скорость 25—35 м/с.. Более высокие скорости (до 100 м/с) применялись только при раз­ моле щепы или полуцеллюлозы. Экспериментальным путем уста­

с большей длиной волокна и за счет этого повысить прочность мешочной бумаги. Однако удельный расход энергии (на 1 г-°ШР) заметно увеличивается. Это обусловлено снижением удельной на­ грузки на кромки ножей благодаря возрастанию секундной режу­

При повышении окружной скорости ротора требуется увеличе­ ние либо мощнбсти электродвигателя, либо числа циклов раз­ мола из-за повышения расхода энергии на гон массы пропорцио­ нально числу оборотов диска в степени 2,27—3 и изменения удельного давления размола. Следует подчеркнуть, что оптималь­ ное качество массы для мешочной бумаги может быть получено при поддержании концентрации массы на уровне 5 и 7% при ско­ рости диска соответственно 33 и 50 м/с [44].

Практически установлено, что минимальный удельный расход электроэнергии (300 кВт-ч/т) достигается при комбинированном размоле массы с концентрацией 3—5% на дисковых и конических мельницах [45]. Доля энергии, затраченной на I ступени размола, составляет 45—50%, на II ступени 35—40% и на III ступени 10—• 20%- Степень помола соответственно равна 18—20, 24—27

и 28—32° ШР.

Использование дисковых мельниц на двух или трех ступенях размола обычно несколько снижает степень помола массы и уве­ личивает расход энергии, но при этом улучшается качество массы и повышается прочность бумаги.

Увеличение концентрации массы до 35% влечет за собой даль­ нейшее повышение скорости ротора до 100 м/с и сопровождается значительным возрастанием затрачиваемой мощности на гон и уве­ личением температуры массы [46]. Размол при высокой концентра­ ции требует дополнительных капитальных затрат на оборудование для сгущения, дозировки и подачи массы в дисковые мельницы, но ускоряет обработку волокна и улучшает качество бумаги. Раз­ мол при высокой концентрации дает возможность получить хорошо гидратированную длинноволокнистую массу с очень незначитель­ ным количеством мелкой фракции; мешочная бумага, выработан­ ная из такой массы, имеет высокие показатели удлинения и со­ противления раздиранию при относительно небольшой объемной массе [47]. Особенно выгодно размалывать при высокой концен­ трации целлюлозу из лиственных пород древесины, состоящую

25

из коротких волокон и требующую более осторожной обработки, чем хвойная целлюлоза [48].

Под дополнительным воздействием сил трения и сжатия, воз­ никающих между отдельными волокнами, при размоле массы происходит деформация клеточной стенки и длина даже неповреж­ денных волокон уменьшается на несколько процентов. С увеличе­ нием концентрации доля деформированных волокон повышается. Оболочки неповрежденных волокон разделяются на концентри­ ческие слои, разделенные микроскопическими' промежутками, и хотя общие очертания волокна сохраняются, толщина клеточной стенки и гибкость волокон увеличиваются. Расщепляемая на слои клеточная стенка во время сушки снова уплотняется. Считают, что расслоению клеточной стенки способствует различная актив­ ность роста древесины в дневное и ночное время.

Высокая концентрация массы применяется обычно на I сту­ пени размола (до18°ШР), после чего следует размол до 25—30° ШР при нормальной концентрации (3—4%) на конических илц диско­ вых мельницах. Удельный расход энергии на размол при высокой концентрации несколько превышает затраты энергии на размол при нормальной концентрации, причем на I ступени размола расхо­ дуется 60—70% от общего количества энергии, затрачиваемой па размол.

ПРОКЛЕЙКА

С целью повышения гидрофобное™ мешочную бумагу проклеи­ вают, применяя обычный белый канифольный, высокосмоляной, пековый или клей из сульфатного мыла (типа бурого) и укреплен­ ные клеи.

Белый и высокосмоляной канифольные клеи приготовляют общепринятым способом [12, с. 175—178]. Пековый клей получают из кубового остатка после вакуумной перегонки таллового масла {49, 50]. Талловый пек состоит из полимеризованных жирных и смоляных кислот и их эфиров, стеринов, оксикислот, мыла и неорганических солей. Состав пека зависит от состава древесины и условий перегонки. Пек из монжуса, обогреваемого паром, при 105° С перекачивается в клееварочный котел, где предварительно готовится горячий раствор кальцини­ рованной соды в соответствии с числом омыления пека. Варка пека при непре­ рывном перемешивании длится 3—4 н. Конец* варки определяется по цвету и со­

в бак при концентрации 25—50 г/л [50]. Эмульсия клея грязно-белого цвета не должна содержать комочков смолы.

Пековый клей быстрее коагулирует, более чувствителен к ка­ честву свежей и оборотной воды и электролитам, чем белый кани­ фольный, пригоден только для проклейки темной бумаги при мяг­ кой производственной воде. Расход пекового клея несколько выше, чем канифольного, но стоимость его значительно ниже.

Канифольный клей несколько снижает прочность бумаги в су­ хом состоянии, что объясняют преобладанием отрицательного влия­ ния сравнительно крупных частиц клея (500—2600 Â), разделяю­

26

щих волокна бумаги, над положительным влиянием координацион­ ных связей между волокнами [51].

С целью улучшения качества бумаги и экономии дефицитной канифоли широкое распространение получили укрепленные клеи из канифоли, модифицированной малеиновым ангидридом либо фумаровой кислотой [52]. Для приготовления укрепленного клея

и абиетиновая кислота, изомеризующаяся при высокой темпе­ ратуре в левопимаровую:

После омыления каустической или кальцинированной содой по­ лучают пасту, содержащую 50—70% сухих веществ, которую тран­ спортируют в железных бочках или цистернах. Иногда из пасты получают сухой порошкообразный клей, но такой клей легко окис­ ляется со снижением растворимости и эффективности и поэтому применяется редко.

Пасту, поступающую на бумажные фабрики, переводят в жид­

перемешивании. Затем клей разбавляют холодной водой до получе­ ния прозрачного раствора концентрацией 15—20 г/л. .Укреплен­ ный клей применяется в виде добавки (10—50%) к обычному кани­ фольному, что экономически выгодно, так как расход канифоли на проклейку бумаги снижается на 30—50%.

Благодаря модификации количество карбоксильных групп ка­ нифоли может увеличиваться в 3 раза, что способствует лучшей фиксации частиц клея на волокне. Небольшие размеры клеевых частиц (150—300 А) благоприятствуют более равномерному рас­ пределению клея на волокнах, повышению степени проклейки и улучшению прочности бумаги [52].

Канифольный клей при концентрации около 20 г/л обычно вво­ дят в массу в промежуточном смесительном бассейне после пер­ вой ступени размола. Для осаждения клея на волокне применяют сернокислый глинозем или алюмокалиевые (алюмоаммониевые) квасцы в виде 5—10%-ного раствора, дозируемого в смесительный насос или ящик постоянного напора (иногда в сборник регистро­ вой воды) до создания pH массы 5—6.

27

Расход канифоли на проклейку мешочной бумаги составляет 2—5 кг/т. Расход глинозема, в зависимости от степени промывки целлюлозы и жесткости воды, колеблется на уровне 23—45 кг/т.

Так как кислая среда и ионы алюминия отрицательно влияют на прочность бумаги, особенно в процессе хранения или при воз­ действии высоких температур, желательно проводить проклейку в нейтральной или слабощелочной среде. Для этой цели рекомен­ дуется применять алюминат натрия, димеры алкилкетена, поли­ меры акриловых кислот и фторорганические соединения [53].

Алюминат натрия в соотношении А12Оз: Ma20 = 1,3ч-1,7 : 1 рас­ творяют в воде до концентрации 2—3% и вводят в размолотую массу из сульфатной целлюлозы в конце проклейки перед напор­ ным ящиком бумагоделательной машины. Оптимальный pH массы 5,9—6,3. Расход алюмината натрия 0,2—0,3% к абс. сухому во­ локну при соотношении алюмината натрия к глинозему 1 :8 ч -10. Применение алюмината натрия позволяет сократить расход глино­ зема почти в 2 раза, увеличить удержание мелкого волокна и бла­ годаря этому повысить сопротивление продавливанию и излому бумаги. Кроме того, алюминат натрия облегчает работу массо­ улавливающей аппаратуры [19, с. 92—96; 53—55].

Применение алюмината натрия для частичной замены глино­ зема при проклейке бумаги смесью канифольного высокосмоля­ ного клея и 1—3% поливинилацетатной эмульсии при pH 6,9 зна­ чительно улучшает качество бумаги: впитываемость бумаги сни­ жается, влагопрочность достигает 10% [55].

в массу различных химикатов, в том числе карбамидных и эпок­ сидных смол, эфиров целлюлозы, синтетических каучуков, произ­ водных крахмала, синтетических и искусственных волокон.

Карбоксиметилцеллюлоза. Попытки использовать ЫаКМЦ для повышения прочности мешочной бумаги предпринимались неодно­ кратно. ЫаКМЦ хорошо растворяется в воде и в виде 2—5%-ного раствора вводится в размолотую бумажную массу перед глино­ земом, добавляемым до получения pH 5. 1—2% средневязкой ЫаКМЦ увеличивают разрывной груз, удлинение и сопротивле­ ние продавливанию.

Сопротивление раздиранию и воздухопроницаемость снижаются мало. Прочность мешков из бумаги, содержащей ЫаКМЦ, не­ сколько увеличивается [56].

В связи с более высокой эффективностью других материалов ЫаКМЦ в массу добавляется очень редко.

Поливиниловый спирт. Производство и применение поливини­ лового спирта и волокон из него наиболее широко развито в Япо­ нии. Там же предполагается освоить мешочную бумагу с добав­ кой поливинилспиртовых волокон (ПВС).

28

ПВС является гидрофильным веществом, способным к образо­ ванию водородных связей с целлюлозой. Для снижения гидрофильности волокна ПВС подвергают термообработке и используют вместе со связующим — поливиниловым спиртом, не подвергав­ шемся обработке, и карбамидными смолами. Известно, что добавка 10—30% волокон из ПВС позволяет получать разные виды бумаги обычным способом [57].

Исследования, проведенные в ВНПОбумпром, показали, что 2—5% волокон термообработанного винола (ПВС), введенные в массу до обычной канифольной проклейки, повышают прочность мешочной бумаги и мешков из нее (см. табл. 3). Для повышения

К недостаткам винола, как и других синтетических волокон, относится высокая стоимость и необходимость предварительного измельчения на отрезки, длина которых соизмерима с длиной цел­ люлозных волокон. При существующей технике ррзка волокон за­ трудняет применение винола в массовых видах бумаги.

Крахмал. Введение крахмала в бумажную массу повышает прочность бумаги и удержание проклеивающих веществ, увеличи­ вает гладкость и жесткость бумаги, снижает пылимость.

В бумажной промышленности чаще всего применяют карто­ фельный и кукурузный крахмал, различающиеся формой, разме­ рами и химическим составом зерен.

29