содержание   ..  70  71  72  73  74  75  76  77  78  79  80  ..

§ 44.

ВЛИЯНИЕ СУШКИ НА СВОЙСТВА БУМАГИ

При сушке бумаги влажное бумажное полотно на каждом бумагосушильном цилиндре приходит в тесный контакт с горячей гладкой поверхностью цилиндра. При этом происходит не только удаление воды из бумажного полотна путем ее испарения, но одновременно осуществляется выглаживание соприкасаемой с цилиндром поверхности бумаги. Нетрудно заметить, что при обычном двухъярусном расположении сушильных цилиндров в шахматном порядке и соприкосновении бумаги с выглаживающей ее поверхностью цилиндров попеременно в верхнем и нижнем рядах одна сторона бумаги выглаживается на верхних цилиндрах, а другая — на нижних.

Гладкость поверхности бумаги —важное свойство в первую очередь всех видов бумаги для письма и печати. Таким образом, контактная сушка на сушильных цилиндрах обеспечивает возможность придания бумаге двухсторонней гладкости.

В тех случаях, когда бумага соприкасается с горячей поверхностью только одного большого цилиндра (Янки-цилиндра), становится гладкой только одна ее сторона, а другая остается шероховатой. Таким методом сушки пользуются при выработке различных видов бумаги односторонней гладкости: афишной, бутылочной, спичечной, некоторых видов оберточной и мешочной бумаги и др. Наиболее тонкая бумага односторонней гладкости, как правило, вырабатывается на самосъемочных машинах с Янки-цилиндром, имеющим диаметр 3—6 м. Другие же виды бумаги и картона односторонней гладкости изготовляют на обычных бумагоделательных машинах открытого типа с предварительной сушильной частью, после которой следует большой гладильный (лощильный) цилиндр также диаметром 3—6 м, к горячей поверхности которого под сукном с помощью обрезиненного прижимного валика прижимается выглаживаемая бумага, приобретая при этом гладкость и лоск (блеск). Здесь уместно отметить, что лоск бумаги характеризует оптическое свойство поверхности бумаги избирательно отражать свет. При этом значение лоска тем больше, чем больше от поверхности бумаги зеркальное отражение света по сравнению с рассеянным.

Для придания выглаживаемому материалу известной пластичности и лучшего его разглаживания утюгом, его, прежде чем гладить, смачивают водой. Точно так же бумага перед ее выглаживанием на гладильном цилиндре должна обладать определенной влажностью, ниже которой пластичность бумаги будет недостаточной для придания ее поверхности надлежащей гладкости. Предельной относительной влажностью бумаги в данном случае считается влажность 40%. Другими словами, для надлежащего выглаживания поверхности бумаги относительная сухость бумажного полотна перед гладильным цилиндром не должна превышать 60 %, а на самосъемочной машине перед Янки-цилиндром — 30—35 %. Давление прижима бумажного полотна к поверхности гладильного цилиндра достигает на 1 м ширины бумаги 78,4—98 кН.

Существенное влияние на свойства высушиваемой бумаги оказывает температура сушильной поверхности. Установлено, что стремление повысить производительность сушильного процесса за счет использования высокой температуры сушки в ряде случаев ограничено ухудшением качества выпускаемой продукции.

С увеличением температуры сушильной поверхности заметно снижается значение показателя растяжимости бумаги, т. е. удлинения до разрыва (рис. 74). Представленные на рис. 74 кривые характеризуют сушку различных видов бумаги от начальной сухости Сн = 30% до постоянной конечной сухости Ск = 93 %. Таким образом, если необходимо сохранить на достаточно высоком уровне значение показателя растяжимости бумаги, то ее сушку следует осуществлять при сравнительно невысокой температуре сушильной поверхности.

Особенно резко снижается величина растяжимости бумаги при ее пересушке, т. е. при доведении ее конечной сухости до величины более 95% . Вообще пересушка бумаги связана

с необратимыми изменениями ее свойств. Волокна такой бумаги становятся хрупкими, они легко ломаются и легко отделяются от поверхности бумаги, а сама бумага приобретает склонность наэлектризовываться от статического электричества. Необратимые изменения структуры и свойств волокон в результате их сушки связаны с так называемым ороговением волокон, характеризуемым уменьшением их внутренней поверхности, уплотнением, снижением гидрофильности и понижением доступности к проникновению реагентов. Чем выше конечная сухость бумажного полотна после сушки, тем в большей степени проявляется ороговение. Оно усиливается от применения чередующихся циклов увлажнения и сушки бумаги. Отделением из бумажной массы мелкой фракции волокон можно заметно снизить явление ороговения волокон в результате их сушки.

При сушке бумаги происходит дегидратация растительных волокон, из которых состоит бумага. Этот процесс сопровождается «отбуханием» волокон, т. е. явлением, обратным набуханию. Из-за ороговения волокон этот процесс полностью необратим и последующее увлажнение волокон не возвращает им первоначальной степени набухания. Чем выше температура сушки, тем в большей степени наблюдается уменьшение способности волокон к набуханию. Так, повышение температуры сушки с 20 до 100 °С приводит к уменьшению объемного набухания волокон сульфитной беленой целлюлозы более чем в 4 раза.

Известное выражение: «из травы можно получить сено, а из сена траву получить нельзя» характеризует необратимость, явлений, происходящих в результате сушки растительных волокон. Волокна, уже подвергшиеся ранее сушке, по своим бумагообразующим свойствам отличаются от того же вида волокон, но не прошедших стадию сушки. Именно поэтому волокна бумажной макулатуры, а также сухого бумажного брака, при их ис: пользовании вновь для изготовления бумаги образуют бумагу повышенной пухлости и воздухопроницаемости с пониженными показателями сопротивлений разрыву и излому.

Необратимые изменения свойств бумаги сказываются и в изменении в результате процесса сушки адсорбционной способности бумаги к красителям. Чем выше температура сушки, тем меньше красителя адсорбируется на поверхности высушиваемых волокон. При выработке окрашенных видов бумаги важно во избежание разноцветицы изготовляемой бумаги придерживаться постоянного температурного режима сушки бу-

маги. Сульфитная целлюлоза по сравнению с сульфатной обнаруживает большую необратимость явлений, происходящих в результате сушки бумаги.

Физическую природу происходящих при сушке необратимых изменений свойств волокон связывают с тем, что вначале при сушке сжимается внутренний канал и поры волокон. Трубчатая форма волокон переходит в ленточную. Затем к наружной поверхности волокон прилипают отдельные фибриллы и мелкие волоконца. Наконец, десорбируется вода из стенок волокон, что особенно сказывается на необратимости свойств высушенных растительных волокон.

Рис. 74. Зависимость удлинения бумаги от температуры сушильной поверхности:
1 — бумага из небеленой сульфатной целлюлозы; 2 — из беленой сульфатной целлюлозы; 3 — типа газетной

Из показателей физико-механических свойств бумаги разрывной груз и разрывная длина сравнительно мало изменяются в зависимости от повышения температуры сушильной поверхности. Вместе с тем показатели сопротивлений бумаги продавливанию, излому и раздиранию при этом несколько снижаются, если бумага пересушивается. Выдерживая бумагу в атмосфере влажного воздуха, можно несколько повысить ее сопротивление излому, сниженное пересушкой бумаги.

С повышением температуры сушильной поверхности показатели вписывающей способности бумаги и ее воздухопроницаемости возрастают, что связано с ростом пористости бумаги из-за действия интенсивно выделяющихся при этом паров воды, разрыхляющих структуру полотна. Пересушка же бумаги при повышенной температуре сушильной поверхности приводит к некоторому снижению ее впитывающей способности, по-видимому, из-за имеющей при этом место гидрофобизации бумаги.

Высокая температура сушильной поверхности оказывает влияние и на изменение степени полимеризации целлюлозы. Так, в результате изменения температуры сушки волокон беленой (вискозной) сульфитной целлюлозы с 70 до 160 °С было отмечено уменьшение вязкости 0,7 %-ного медноаммиачного раствора этой целлюлозы с 1417 до 1285 мПа-с и степени полимеризации с 794 до 730. Целлюлоза высушивалась до постоянной сухости Ск = 95 %


На степень проклейки бумаги повышение температуры сушильной поверхности сказывается неоднозначно. Если влажную бумагу в самом начале процесса сушки подвергнуть действию высокой температуры, то образовавшееся большое количество паров воды разрыхляет структуру бумаги. В результате увеличивается ее пористость и впитывающая способность. К тому же под влиянием повышенной температуры сушки усиливается миграция и укрупнение клеевых частиц. Совокупность всех этих явлений приводит к снижению степени проклейки бумаги. Если же бумагу подвергнуть действию повышенной температуры во второй половине сушильного процесса, когда она в значительной степени подсохла, то отрицательные' воздействия высокой температуры сушки практически не имеют места. Более того, в этом случае наблюдаются положительные

воздействия высокой температуры сушки на степень проклейки бумаги, что выражается в гидрофобизации как клеевого осадка, так и растительных волокон. Температура, при которой происходит гидрофобизация клеевого осадка при проклейке канифольным клеем, зависит от вида используемого клея. Чем больше в клее свободной смолы, тем более низкая температура сушки требуется для получения хорошего эффекта проклейки бумаги. За счет установления взаимной связи части гидроксильных групп целлюлозных волокон активность этих групп снижается, снижается их гидрофильность, т. е. в какой-то степени повышается гидрофобность волокон и изготовляемой из них бумаги. Все это приводит к увеличению степени проклейки бумаги.

Практика подтверждает указанные наблюдения и рекомендует процесс сушки клееных видов бумаги осуществлять, начиная с относительно невысокой температуры первых сушильных цилиндров, и с постепенным повышением температуры поверхности последующих цилиндров. Если на последних однодвух цилиндрах несколько снижают температуру сушильной поверхности, то это осуществляют отнюдь не по соображениям увеличения степени проклейки бумаги, а в целях избежания ее пересушки и резкого перепада температуры бумажного полотна при его соприкосновении с холодильным цилиндром.

При выработке влагопрочных видов бумаги с использованием в композиции синтетических смол процесс придания бумаге прочности во влажном состоянии завершается при сушке бумаги, когда под влиянием повышенной температуры во второй половине сушильных цилиндров происходит поликонденсация смолы с переходом ее в водонерастворимое состояние. Температура, при которой этот процесс происходит, зависит от вида используемой синтетической смолы.

При сушке бумаги под влиянием силы поверхностного натяжения воды происходит сближение волокон, наблюдаемое в виде усадки бумажного полотна. Усадка происходит во всех направлениях бумаги (по длине, ширине и толщине). В машинном направлении бумаги величина ее усадки ограничивается необходимым натяжением бумажного полотна при прохождении его через сушильную часть бумагоделательной машины. С увеличением этого натяжения уменьшается усадка бумаги в машинном направлении и возрастает ее усадка по толщине. Повышенное натяжение сушильных сукон ограничивает усадку бумаги в поперечном направлении.

Усадка способствует упрочнению бумаги, получению ее с сомкнутой структурой и с пониженными показателями пористости и воздухопроницаемости. Чем более фибриллировэны волокна и чем продолжительнее процесс сушки с завершением его при более высокой конечной сухости бумажного полотна, тем больше величина усадки. С использованием повышенной температуры продолжительность сушки сокращается. Одновременно сокра-щается и величина усадки полотна. Действительно, при сушке пористых, впитывающих видов бумаги, изготовляемых из массы садкого помола и с применением уже в самом начале сушки высокой температуры сушильной поверхности, величина поперечной усадки бумаги небольшая (менее 2%). Наоборот, при выработке плотной бумаги с сомкнутой структурой, создаваемой использованием исходной бумажной массы из хорошо фиб-риллированных волокон, сушку во избежание разрыхления структуры выделяющимися парами воды осуществляют медленно при низкой температуре. Например, при выработке высокопрозрачной бумаги температура сушильной поверхности цилиндров не превышает 70°С. Величина поперечной усадки бумаги при этом максимальная и достигает 13-—14%.

При сушке бумаги на воздухе в свободном состоянии (без натяжения) усадка проявляется в полной мере, и высушенная таким образом бумага отличается большей сомкнутостью и повышенной механической прочностью по сравнению с сушкой на сушильных цилиндрах при тех же условиях. При выработке одного и того же вида бумаги усадка ее на широкой бумагоделательной машине больше, чем на узкой.

Силе поверхностного натяжения воды в капиллярах бумажного полотна, вызывающей усадку бумаги, легче сдвигнуть и приблизить друг к другу тонкие волокна и фибриллы, чем толстые грубые волокна. Именно поэтому бумага из хорошо фиб-риллированных волокон обнаруживает при ее сушке повышенную усадку, а бумага с содержанием древесной массы (например, газетная), т. е. с содержанием волокон грубого строения,— пониженную усадку, несмотря на то, что древесная масса, предназначенная для выработки газетной бумаги, имеет относительно высокую степень жирности помола. Это лишний раз свидетельствует о том, что сама по себе жирность помола, т. е. способность к слабой водоотдаче в начальной стадии обезвоживания (под влиянием силы тяжести), еще не характеризует способность бумажной массы вызвать усадку бумаги, как и не характеризует, о чем было сказано ранее, способность к водоотдаче во второй стадии обезвоживания (под вакуумом).

Если же жирность помола связана с хорошей разработкой волокон при их размоле, т. е. с их фибриллированием, то только в этом случае она способствует повышению усадки бумаги, изготовленной из такой массы. Другими словами, строение исходных волокон, а не их способность к водоотдаче, определяемой как жирность помола, характеризует способность изготовляемой бумаги вызвать ее усадку. Из сказанного должно быть понятным, что толстостенные волокна твердых пород древесины менее подвержены усадке, чем тонкостенные волокна мягких пород. Понятен должен быть и факт пониженной усадки бумаги, содержащей в своей композиции минеральный наполнитель, частицы которого в порах бумажного полотна препят-ствуют сближению волокон под влиянием силы поверхностного натяжения воды, удаляемой при сушке испарением.

Следует иметь в виду, что полная усадка бумаги складывается из усадки между волокнами и усадки самих волокон. Кинетика процесса усадки бумаги в процессе ее сушки, по данным В. Брехта, представлена на рис. 75, из которого видно, что по мере процесса сушки вначале происходит усадка между волокнами, а затем уже усадка самих волокон. В I стадии усадки наблюдается уменьшение диаметра пор бумаги, а также

ее воздухопроницаемости и впитывающей способности;

II стадия усадки характеризуется необратимыми коллоидно-химическими изменениями в структуре волокон.

Рис. 75. Кинетика усадки бумаги в процессе ее сушки:
I — между волокнами; II — отдельных волокон

содержание   ..  70  71  72  73  74  75  76  77  78  79  80  ..