21 Удержание наполнителя в бумаге, технологические факторы, влияющие на удержание. Полиэлектролиты.

По экономическим и технологическим соображениям жела­тельно обеспечить максимальную удерживаемосгь наполнителя на растительных волокнах. Это достигается различными меро­приятиями.

Значительное влияние на удержание наполнителей и мел­ких волокон в бумажном полотне оказывает величина рН среды, регулируемая дозировкой вводимого в бумажную массу сернокислого алюминия. Волокна в воде имеют отрицатель­ный электростатический заряд и под действием одинаковых за­рядов взаимно отталкиваются, находясь в водной среде в дис­пергированном состоянии. При введении сернокислого алюми­ния, являющегося электролитом, трехвалентные положительно заряженные ионы алюминия нейтрализуют отрицательный за­ряд волокон и частиц наполнителя и при изоэлектрической точке наступает коагуляция. Волокна в виде хлопьев и ча­стицы наполнителя осаждаются на сетке бумагоделательной машины. Это способствует удержанию наполнителей и мелких волокон.

В чрезмерно кислой среде, т. е. в избытке сернокислого алю­миния при рН 3,5, вновь начинается диспергирование частиц, так как в этом случае преобладает положительный заряд алю­миния и возобновляется взаимное отталкивание частиц. По­этому, вводя сернокислый алюминий с целью удержания ча­стиц наполнителя и мелких волокон, следует контролировать рН среды. Оптимальным в данном случае является рН около 5.

Механизм удержания частиц наполнителя различен в зави­симости от их размеров. Крупные частицы удерживаются в ос­новном механически при фильтрации сквозь волокнистый слой в процессе образования бумажного листа. Мельчайшие частицы удерживаются за счет адсорбции вследствие понижения отри­цательного электрического заряда наполнителя, перезарядки и координационной связи с катионом алюминия. Отсюда понятно, что коагулирующее действие сернокислого алюминия в боль­шей степени сказывается на удержании не крупных, а мель­чайших частиц наполнителя.

Удержание наполнителя зависит также от формы его ча­стиц. Наиболее высокое удержание наблюдается у талька (че­шуйчатая форма частиц) и асбестина (игольчатая форма), низ­кое— мела (округлая форма частиц), а наименьшее — у частиц необожженного гипса, частично растворяющегося в воде.

Очевидно, что в бумаге, изготовленной из массы жирного помола, образующей плотный слой волокон на сетке, удержа­ние частиц наполнителя выше, чем в бумаге, изготовленной из массы садкого помола. Удержание наполнителя в тонкой бу­маге ниже, чем в бумаге с повышенной массой 1 м², изготов­ляемой при меньшем разбавлении на сетке, фильтрующий слой которой лучше задерживает частицы наполнителя.

Удержание наполнителей различными видами волокон нахо­дится в зависимости от адсорбционной способности волокон и от их размеров. Наибольшее удержание наполнителей обнару­живают волокна, обладающие высокой адсорбционной способ­ностью и малыми размерами. Поэтому наиболее высокое удер­жание наполнителей при всех прочих равных условиях наблю­дается в бумаге, содержащей древесную массу, и низкое удержание — в бумаге из хлопковой полумассы, обладающей низкой адсорбционной способностью.

Удержание наполнителя во многом зависит от степени ис­пользования оборотной воды на фабрике. Чем полнее она ис­пользуется и чем ближе к замкнутому цикл ее использования, тем выше удержание наполнителя и меньше его промой.

Если кроме наполнителя в бумажную массу вводятся еще и проклеивающие вещества, то наибольшее удержание напол­нителя достигается тогда, когда он вводится первым. Наилуч­шие же результаты проклейки достигаются тогда, когда напол­нитель вводится последним — после канифольного клея и серно­кислого алюминия.

В настоящее время для повышения удержания наполнителя в бумаге с 40—60 до 80 % и выше в массу вводят непосред­ственно перед бумагоделательной машиной различные веще­ства, вызывающие хлопьеобразование: животный клей, акти­вированный силикат и, в особенности, полиэтиленимин (ПЭИ) и полиакриламид (ПАА). Последний выпускается в качестве сополимера акриловой кислоты и акриламида. Оптимальным значением рН массы для эффективного действия ПАА является рН в пределах 4,5—6. В этих пределах при дозировке из рас­чета 150—300 г абс. сухого ПАА на 1 т бумаги удержание на­полнителя в бумаге увеличивается на 20—25 %. Дополнительное введение раствора ПАА непосредственно перед массоулавливаюшей аппаратурой в количестве 1,25 г на 1 м³ осветляемой воды способствует повышению эффективности работы массоулавливающей аппаратуры. Степень улавливания взвеси увели­чивается от 70—80 до 98—99 %.

Одно из убедительных объяснений механизма хлопьеобразования под действием ПАА заключается в следующем. Длин­ные молекулы ПАА одновременно связываются с несколькими взвешенными частицами наполнителя, которые таким образом оказываются связанными между собой в сложные агрегаты-флокулы. Последние состоят из твердых частиц «прошитых» длинными нитями молекул ПАА. Такие флокулы хорошо за­держиваются слоем волокон на сетке бумагоделательной ма­шины. Этот же механизм действия ПАА объясняет повышение удержания мелких волокон при использовании ПАА, улучше­ние при этом равномерности структуры листа и повышение его механической прочности. Не исключается возможность обра­зования водородной или какой-либо иной связи между вводи­мым полимером и волокнами целлюлозы.

Повышению удержания в бумаге минеральных наполни­телей могут способствовать также катионные крахмалы, кар-боксиметилцеллюлоза и, помимо ПАА, некоторые другие син­тетические вещества: полиэтиленимины, полиамины, полиами-дамины.

Ниже приводятся некоторые расчетные формулы для опре­деления содержания наполнителя в бумажной массе и в бу­маге, а также степени удержания и использования наполни­теля.

Контроль процесса наполнения бумаги сводится к опреде­лению концентраций суспензии наполнителя, правильной до­зировки его количества при поступлении в поток бумажной массы, определению и регулировке рН среды, а также золь­ности изготовляемой бумаги.