содержание   ..  1  2  3  4  5  6  7  8  9  10    ..

Глава 1

ПОЛУФАБРИКАТЫ, ОБЩАЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА ПРОИЗВОДСТВА БУМАГИ, КЛАССИФИКАЦИЯ ВИДОВ БУМАГИ


§ 3.

БУМАГООБРАЗУЮЩИЕ СВОЙСТВА ПОЛУФАБРИКАТОВ БУМАЖНОГО ПРОИЗВОДСТВА

При выборе нужного вида волокнистого материала следует учитывать его бумагообразующие свойства, которые в совокупности определяют достижение требуемого качества изготовляемой бумаги. При этом имеется в виду как поведение материала в технологических процессах изготовляемой из него бумаги, так и его влияние на свойства получаемой бумажной массы и готовой бумаги. Таким образом, бумагообразующие свойства волокнистого материала нельзя охарактеризовать однозначно каким-либо показателем. Действительно, по отношению к процессу размола бумагообразующие свойства материала характеризуются, например, его способностью расщепляться на фибриллы (фибриллирование) или укорачиваться, скоростью достижения требуемой степени помола. По отношению к процессу отлива листа из бумажной массы важным является, например, показатель скорости обезвоживания и т. д.

Строение исходных волокон во многом определяет их бумагообразующие свойства. Волокна трубчатого строения способствуют получению пухлых видов бумаги, обладающих повышенной впитывающей способностью. Такие волокна требуют больше времени для фибриллирования. Из волокон ленточного строения обычно получается плотная прочная бумага с сомкнутой поверхностью. Толстостенные волокна (с толщиной стенки 6—8 мкм) легче фибриллируются, а тонкостенные (1,5—2 мкм) более подвержены поперечной рубке.

Волокна твердых пород древесины, как правило, обеспечивают непрозрачность, пухлость, воздухопроницаемость и впитывающую способность бумаги. Волокна мягких пород, наоборот, придают бумаге относительно более высокую прозрачность, плотную структуру и высокие показатели сопротивления разрыву (табл. 1).

Сырьем для изготовления разных полуфабрикатов является древесина девяти основных пород, используемых в различных соотношениях: ели, сосны, пихты, ольхи, лиственницы, тополя, березы, осины, бука. Наряду с этими породами в меньшем количестве используется также древесина эвкалипта, каштана, липы, дуба, клена и других пород. Указанное сырье делится на две группы: хвойные и лиственные породы древесины, отличающиеся между собой по химическому составу и морфологическим признакам, известным студентам из курса химии древесины и целлюлозы. Эти различия определяют и различия в свойствах волокон соответствующих полуфабрикатов.

Основным полуфабрикатом для производства бумаги является целлюлоза — продукт варки растительного сырья
с кислотой (сульфитный метод), щелочью (сульфатный) или методом, являющимся модификацией указанных методов (би-сульфитный, полисульфидный и др.). Выход обычной целлюлозы из древесины в зависимости от вида древесины и способа ее варки находится в пределах от 46 до 53%. Целлюлоза высокого выхода характеризуется выходом выше 53 и до 65 %.

 

1. ЗАВИСИМОСТЬ СВОЙСТВ БУМАГИ ОТ МОРФОЛОГИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЫ И ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА ВОЛОКОН (ПО ВУЛЬЧУ)

При сравнении свойств сульфатной и сульфитной целлюлозы легко видеть, что волокна сульфатной целлюлозы при всех прочих равных условиях придают бумаге, как правило, более высокие показатели механической прочности по сопротивлениям разрыву, излому, продавливанию и надрыву, повышенное удлинение до разрыва, термостойкость, долговечность и меньшую прозрачность, чем волокна сульфитной целлюлозы, особенно полученные в результате варки на кальциевом основании. Поэтому сульфатная целлюлоза успешно

используется для изготовления прочных упаковочных видов бумаги, мешочной бумаги, а. также бумажной пряжи и шпагата.

Бумага, изготовленная из волокон сульфатной целлюлозы, обладает более высокими показателями диэлектрических свойств, благодаря чему многие виды сульфатной бумаги и применяются в качестве электроизоляционных (кабельная, телефонная, конденсаторная и др.). Волокна сульфатной целлюлозы более гибкие, на их поверхности меньше микротрещин, они труднее размалываются, меньше укорачиваются при размоле по сравнению с волокнами сульфитной целлюлозы.

Добавка сульфатной целлюлозы к сульфитной в композицию бумаги уменьшает склонность бумаги к скручиванию и несколько повышает ее начальную прочность во влажном состоянии. Именно в связи с последним обстоятельством, а также для некоторого увеличения растяжимости бумаги применяют небольшую добавку полубеленой сульфатной целлюлозы в композицию газетной бумаги. Выход сульфатной целлюлозы на 3—4 % ниже, чем сульфитной, при равной степени делигнификации и на 6—7 % ниже, чем бисульфитной. Небеленая сульфатная целлюлоза темнее небеленой сульфитной и труднее отбеливается.

Применение в производстве бумаги полуфабрикатов из лиственных пород древесины привлекает технологов-бумажников не только потому, что лиственная древесина дешевле хвойной и ее использование расширяет сырьевую базу для бумажной промышленности. Это само по себе очень важно, но не исчерпывает преимущества применения полуфабрикатов из лиственной древесины.

Наличие лиственной целлюлозы в композиции бумаги приводит к получению более однородной структуры листа, в котором короткие волокна лиственной целлюлозы заполняют пространства между длинными волокнами (трахеидами) хвойной целлюлозы. В результате изготовляется бумага с меньшей склонностью к короблению и скручиваемости, меньшей разносторонностью, лучшим удержанием минерального наполнителя и меньшей деформацией при намокании.

При использовании в композиции бумаги лиственной целлюлозы возрастает непрозрачность листа, особенно если применяется беленая сульфатная лиственная целлюлоза. Возрастают также гладкость бумаги и ее впитывающая способность, в том числе и к типографской краске. Совокупность этих свойств обеспечивает улучшение печатных свойств бумаги.

Полуфабрикаты из лиственных пород древесины придают бумаге ощущение мягкости — свойства важного для санитарно-бытовых видов бумаги и бесшумности при перелистывании (нотная бумага, бумага для текстов радио и телевизионных дикторов из натронной беленой лиственной целлюлозы). Вместе с тем полуфабрикаты из лиственной древесины повышают жесткость коробочного и других видов картона главным обра-зом за счет повышения толщины полотна при одной и той же массе 1 м2 картона.

Таким образом, полуфабрикаты из лиственных пород древесины придают бумажной продукции ряд ценных свойств. Однако есть и недостатки при использовании лиственной древесины. Из-за повышенной плотности эта древесина в воде тонет, что исключает ее сплав. Обычный метод мокрой окорки для лиственной древесины не пригоден. Различия в химическом составе и морфологическом строении лиственных и хвойных пород древесины требуют их раздельной варки. Поэтому для лиственных пород древесины на целлюлозном заводе должен быть отдельный технологический поток варки, промывки, очистки и отбелки целлюлозы.

Точно так же на бумажной фабрике для полуфабрикатов ” из лиственной целлюлозы должен быть самостоятельный технологический поток ее переработки и в первую очередь раздельный размол лиственной и хвойной целлюлозы. Совместный размол этих полуфабрикатов допустим лишь при малом содержании лиственной целлюлозы в композиции бумаги.

Использование лиственной целлюлозы в бумажном производстве приводит к некоторому снижению отдельных показателей механической прочности бумаги, существенному уменьшению влагопрочности и поверхностной прочности. Эти затруднения в значительной степени могут быть преодолены установлением необходимого режима размола лиственной целлюлозы, введением в бумажную массу связующих, а также поверхностной обработкой бумаги. Вместе с тем следует также иметь в виду, что использование лиственной целлюлозы влечет за собой повышенное содержание мелких волокон в сточной воде, увеличивает нагрузку на работу улавливающей аппаратуры.

Помимо целлюлозы массовым полуфабрикатом в производстве бумаги является древесная масса — продукт механического истирания древесины (белая), с предварительной пропаркой древесины (бурая), механического истирания древесины с одновременной термообработкой (термомеханическая или ТММ) и термомеханическая с одновременной обработкой химикатами (химико-термомеханическая, или ХТММ). По виду оборудования, используемого для получения древесной массы, различают дефибрерную древесную массу (ДДМ) и рафинерную древесную массу ( РДМ).

Выход белой древесной массы из древесины составляет 95—98 %, а разновидностей ТММ — от 85 до 94 %. Белая древесная масса содержит практически все компоненты, имеющиеся в природной древесине. Это накладывает отпечаток на бумагообразующие свойства волокон древесной массы, которые в отличие от волокон целлюлозы являются жесткими и хрупкими. Они имеют неправильную форму и меньшую длину. При введении в композицию бумаги эти волокна обычно умень-шают ее механическую прочность, гладкость, сомкнутость поверхности и долговечность. Пухлость бумаги при этом повышается.

Древесная масса — основной полуфабрикат в производстве Газетной бумаги и широко используется в композиции других видов бумаги для печати, а также при изготовлении обойной, мундштучной бумаги и картона.

Древесную массу нередко применяют в беленом виде. Это позволяет ее использовать для частичной замены беленой целлюлозы с целью удешевления бумаги с одновременным улучшением ее печатных свойств. Применение беленой древесной массы целесообразно в композиции некоторых видов бумаги для письма и печати, этикеточной, полотенечной, картона для упаковки пищевых продуктов.

Бурая древесная масса прочнее белой, но из-за своего бурого цвета имеет ограниченную область использования: она применяется для изготовления упаковочной бумаги и картона.

По сравнению с белой древесной массой ТММ и ее модификации обладают более высокой механической прочностью и другими улучшенными бумагообразующими свойствами, но требуют на изготовление несколько большего расхода энергии. Ведется разработка такого метода изготовления и применения ТММ, при котором этот полуфабрикат можно было бы экономично использовать для полной замены целлюлозы в композиции газетной и других видов бумаги.



Полуцеллюлоза — промежуточный продукт между целлюлозой высокого выхода и древесной массой. Она получается в результате размола с механическим разделением на отдельные волокна и группы волокон щепы, предварительно размягченной различными химикатами. Выход этого полуфабриката из древесины от 65 до 85 %. Для изготовления полуцел-люлозы может применяться древесина как хвойных, так и лиственных пород, а также однолетние растения. В небеленом виде полуцеллюлоза применяется при изготовлении бумаги для гофрирования, оберточной бумаги и некоторых видов картона. Хорошего качества подпергамент (плотная жиронепроницаемая бумага) может быть получен из композиции 65 % мо-носульфитной полуцеллюлозы из лиственных пород древесины и 35 % бисульфитной целлюлозы из хвойных пород древесины.

Из волокон растительного происхождения помимо древесных волокон для изготовления бумаги применяют волокна целлюлозы из соломы и тростника, багассы, хлопка, льна, пеньки, джута и др., а также волокна макулатуры.



Целлюлоза из соломы и тростника легко размалывается и быстро повышает степень помола. Она отличается значительным сопротивлением водоотдаче, что исключает возможность ее использования на современных быстроходных бумагоделательных машинах из-за необходимости снижения

скорости машины. Обычно такие виды целлюлозы применяют в композиции с другими видами волокнистых материалов в количестве от 15 до 60 j%.

При сравнении бумагообразующих свойств этих двух видов целлюлозы следует отметить, что при использовании тростниковой целлюлозы получается бумага с менее плотной структурой и сравнительно низкими показателями механической прочности, но с достаточно высокими показателями оптических свойств (гладкости, непрозрачности, чистоты поверхности). В композиции бумаги, предназначенной для печати, рекомендуется применять тростниковую целлюлозу при отсутствии древесной массы. Способность обезвоживаться соломенной и тростниковой целлюлозой в значительной степени зависит от способа и режима варки. Целлюлоза, полученная моносульфитным методом, обладает лучшей водотдачей по сравнению с целлюлозой, сваренной сульфатным методом.

Стабильность белизны соломенной целлюлозы меньше, чем древесной, поэтому продолжительность хранения ее ограничена. Применение соломенной целлюлозы в композиции бумаги способствует равномерности вырабатываемой бумаги, уменьшению ее пылимости, а также повышению показателей сопротивлений бумаги выщипыванию и истиранию.

Сопротивление бумаги разрыву при небольших добавках в композицию соломенной и тростниковой целлюлозы обычно возрастает за счет уплотнения структуры листа. При больших количествах этих полуфабрикатов в композиции бумаги сопротивление разрыву уменьшается за счет заметного снижения в этом случае средней длины волокон в бумаге. Установлена целесообразность использования соломенной целлюлозы в сочетании с моносульфитной полуцеллюлозой из древесины лиственных пород при изготовлении среднего слоя гофрированного картона.



Тряпье для изготовления бумаги в настоящее время применяется в небольшом количестве из-за дефицитности этого вида сырья, малой производительности оборудования, которое при этом используется, затруднений в технологическом процессе из-за засорения современного тряпья синтетическими волокнами и необходимости осуществления дезинфекции тряпья, бывшего в употреблении.

Вместе с тем отходы от переработки хлопка, льна и пеньки в виде линта, хлопкового пуха, а также льняных и пеньковых очесов, применяются в тех случаях, когда необходимо получить бумагу с высокими показателями механической прочности и долговечности. Применение хлопковых волокон к тому же обеспечивает возможность изготовления различных видов бумаги, отличающихся высокой впитывающей способностью и химической чистотой. Поэтому льняные и пеньковые волокна используют. для изготовления высококачественных видов документной, чертежной, картографической, карточной, почтовой

бумаги и др., а в небеленом виде — для изготовления папиросной, копировальной и словарной бумаги.

Волокна хлопка успешно применяют для изготовления долговечных видов бумаги, фильтровальной, промокательной, нотной бумаги, основы для пергамента и для диазокальки, чертежной прозрачной, бумаги для хроматографического и электрофоретических анализов, электрохимической и др., а в небеленом виде — для стелечного картона, бумаги для каландровых валов, основы для фибры и толя.




Макулатурой называют бывшие в употреблении бумагу и картон, а также отходы, образующиеся при переработке бумаги и картона. Этот полуфабрикат делится на три группы: макулатура бумажная, картонная и смешанная. Каждая группа в зависимости от состава волокон и цвета делится на марки.

Макулатуру, , применяемую для изготовления бумаги или картона, называют также вторичным сырьем, имея при этом в виду, что содержащиеся в макулатуре растительные волокна вторично используются для изготовления бумажной продукции. Эти волокна при их вторичном применении отличаются по своим свойствам от присущих им первоначальных свойств, так как они в свое время прошли уже цикл операций бумажного производства и в некоторых случаях претерпели также процесс более или менее длительного старения. Все это существенным образом сказалось на их свойствах. Из процессов бумажного производства особенно сильное влияние на свойства волокон оказала их сушка, в результате которой произошли некоторые необратимые изменения: потеря их эластичности, ороговение поверхности и увеличение вследствие этого хрупкости.

В результате необратимых изменений и уноса части мелких волокон через сетку при образовании бумажного полотна свойства бумаги, изготовленной из 100% волокон бумажной макулатуры, по сравнению с исходной бумагой отличаются пониженными величинами сил связи между волокнами, сопротивления разрыву. Показатели же сопротивлений раздиранию, непрозрачности и впитывающей способности обычно 1у вторичной бумаги несколько выше, чем у исходной.

Макулатуру в больших количествах используют в производстве гофрированного и коробочного картонов, упаковочной, туалетной и других видов бумаги. После соответствующей обработки она может быть использована также в композиции писчей, газетной и других видов бумаги для печати.

Синтетические волокна органического происхождения, так же как и минеральные волокна, получили в последнее время применение при изготовлении специальных видов бумаги, отличающихся высокой прочностью на разрыв в воздущно-сухом и во влажном состояниях, химической стойкостью, стабильностью размеров при изменении от-

носительной влажности окружающего воздуха, биостойкостью„ светостойкостью, долговечностью, термостойкостью, понижен-ной горючестью, а также широким диапазоном эластичности. Бумагу изготовляют как из 100 % таких волокон, так и и» смеси их с растительными волокнами.

При использовании синтетических волокон, например винола, капрона, нитрона, лавсана, связь между волокнами осуществляют либо введением соответствующих связующих (синтетических смол, латексов и пр.), либо введением в композицию бумаги в качестве добавки к термостойким волокнам Некоторого количества более легкоплавких волокон (например, волокон поливинилового спирта), которые плавятся в процессе сушки бумаги или при горячем каландрировании, связывая при этом между собой тугоплавкие волокна.

Выпускаемая в настоящее время синтетическая бумага подразделяется на две основные группы: бумага из синтетических волокон и на основе пластической пленки. К первой группе относятся различные виды электро- и теплоизоляционной бумаги, картографическая, фильтрующая, особо прочные упаковочные виды бумаги, различные нетканые материалы. Вторая группа синтетических видов бумаги используется в основном для замены писчих и применяемых для печати видов бумаги. Бумага этой группы используется в регистрирующих приборах и электронно-вычислительных машинах, в качестве писчей, картографической, различных видов бумаги для печати, а также мешочной и оберточной.

К волокнам неорганического происхождения относятся волокна стеклянные, базальтовые, асбестовые, металлические. Их используют для изготовления электро- и теплоизоляционных, фильтрующих, биостойких материалов и материалов, стойких к химическим воздействиям. Дополнительные сведения о бумагообразующих свойствах различных полуфабрикате» бумажного производства приведены в работе [5, с. 16—36; 18, 20].

содержание   ..  1  2  3  4  5  6  7  8  9  10    ..