Целлюлозно-бумажная промышленность. Производство бумаги, картона, целлюлозы. Изделия из бумаги. Картонажи. Фотобумага

Mechanical properties are crucial in assessing the paper quality. Deformation and strength properties of paper are determined by the strength and stiffness of the interfiber and intermolecular hydrogen bonds. The contribution ratio of interfiber and intermolecular hydrogen bonds to the strength of paper can be changed by adjusting the degree of its anisotropy. The article presents the results on a study of the deformation properties of laboratory anisotropic paper samples from kraft bleached softwood pulp with a beating degree of 30 °SR. The samples had basic weight of 90 g/m2 and the degree of stiffness anisotropy TSIMD/CD of 1.75–4.08. They were made by using Techpap SAS automatic dynamic handsheet former (Grenoble, France), with varying forming parameters – diameter of the nozzle, motion speed of the forming wire, and injecting speed of pulp. Deformation properties were determined by tensile test and processing of the stress-strain dependence (σ−ε). The outcomes have shown that, an increase of the fiber orientation degree in paper structure by changing the forming parameters caused a change in the nature of the paper deformation under tension. Increasing the fiber orientation degree in the structure of paper made it possible to increase the strength by 55 %, tensile stiffness by 63 % in the machine direction, while reducing the extensibility by 10 %. In the cross direction, it was possible to decrease tensile stiffness by 33 %, strength by 55 %, and increase the extensibility by 5 %. Anisotropy of tensile strength was 1.73–6.00. The greatest effect was obtained for the elasticity modulus in the pre-failure zone E2 (2.8–38.6). It means that, fiber orientation had a key importance when large deformations in the samples took place. The established quantitative regularities allowed optimizing the values of the deformation and strength properties of paper, and their ratio in the machine direction and cross direction due to the variation of the forming parameters. For citation: Rech D., Potasheva A.N., Kazakov Ya.V. Regulating the Deformation Properties of Paper by Varying the Degree of Its Anisotropy. Lesnoy Zhurnal [Russian Forestry Journal], 2021, no. 5, pp. 174–184. DOI: 10.37482/0536-1036-2021-5-174-184
Механические свойства являются ключевыми при оценке качества бумаги и определяются прочностью и жесткостью межволоконных и межмолекулярных водородных связей. Вклад разных видов связей в прочность образца возможно менять регулированием степени анизотропии бумаги. Исследованы деформационные свойства лабораторных анизотропных образцов бумаги из беленой хвойной целлюлозы при степени помола 30 °ШР, массе 90 г/м2, со степенью анизотропии жесткости TSIMD/CD (отношение индексов жесткости при растяжении, TSIMD к TSICD) 1,75…4,08. Образцы были изготовлены на динамическом листоотливном аппарате TechPap SAS (г. Гренобль, Франция) при переменных параметрах отлива: скорости сетки, скорости струи, диаметре форсунки. Деформационные и прочностные свойства определены испытанием на растяжение с получением зависимости «напряжение–деформация». Показано, что увеличение степени ориентации волокна за счет варьирования параметров отлива делает прочность в машинном направлении больше на 55 %, жесткость при растяжении – на 63 %, снижает растяжимость на 10 %; в поперечном направлении возможно уменьшение жесткости при растяжении на 33 %, прочности – на 55 %, увеличение растяжимости на 5 %. Анизотропия прочности при растяжении составила 1,73…6,00. Наибольший эффект получен для модуля упругости в области предразрушения – 2,8…38,6, т. е. ориентация волокна имеет ключевое значение при больших деформациях образцов. Установленные количественные закономерности позволяют оптимизировать величины деформационных и прочностных показателей бумаги и их соотношение в машинном и поперечном направлениях за счет варьирования параметров отлива. Для цитирования: Rech D., Potasheva A.N., Kazakov Ya.V. Regulating the Deformation Properties of Paper by Varying the Degree of Its Anisotropy // Изв. вузов. Лесн. журн. 2021. № 5. С. 174–184. DOI: 10.37482/0536-1036-2021-5-174-184

The objective of this research was to conduct studies of the influence of the sizing complexes dimensions and rosin sizing methods proceeding in the modes of homocoagulation and heteroadagulation on the temperature regime of paper and cardboard drying. The drying regime ensures the sintering and melting processes of coarse (existing technology) and fine (developed technology) sizing complexes with the formation of a hydrophobic film on the surface, responsible for such values indicators for glued types of paper and cardboard, as the degree of sizing by the bar method and absorbency with onesided wetting. Coarse electroneutral sizing complexes gauged 4200–6000 nm are formed in the second phase of electrolyte coagulation of hydrodispersions of modified rosin (HMR). The ratio of HMR : electrolyte is 1: 3. The rosin sizing process takes place in the mode of homocoagulation, since such complexes are not able to distribute evenly and adhere firmly to the surface of the fibers and the hydrophobic film formed of them is heterogeneous in thickness and area. Fine sizing complexes have a size of 180–220 nm and an electrokinetic potential from +30 to +50 mV. They are peptized particles formed from coagulates (2000 nm), first formed in the first area of electrolyte coagulation of HMR, when the ratio of HMR : electrolyte (first batch) is 1 : 1, and then subjected to further disaggregation (peptization) into the presence of peptide ions Al3+, introduced into the pulp with the second portion of the electrolyte in a ratio of 1 : 0.8. It has been established that reducing the size of sizing complexes from 4200–6000 to 180–220 nm due to the shift of the rosin sizing process from the homocoagulation mode to the heteroadagulation mode helps to reduce energy consumption in the drying part of paper-making and cardboard-making machines by 2–3 % or more. This process is facilitated by lowering the temperature of not only the last 4–6 drying cylinders located at the end of the second group – from 130 to 115–120 °C, but also the first 2–4 drying cylinders of the third group – from 115 to 100–105 °C. For citation: Chernaya N.V., Fleisher V.L., Bogdanovich N.I. Reduction of Energy Consumption of Paper аnd Cardboard Machines in Production of Glued Paper and Cardboard. Lesnoy Zhurnal [Forestry Journal], 2019, no. 5, pp. 188–193. DOI: 10.17238/issn0536- 1036.2019.5.188.
Изучено влияние размеров проклеивающих комплексов и способов канифольной проклейки в режимах гомокоагуляции и гетероадагуляции на температурный режим сушки бумаги и картона, обеспечивающий спекание и плавление крупнодисперсных (традиционная технология) и мелкодисперсных (разработанная технология) проклеивающих комплексов с образованием на поверхности волокон гидрофобной пленки, отвечающей за степень проклейки по штриховому методу и впитываемость при одностороннем смачивании клееных видов бумаги и картона. Крупнодисперсные электронейтральные проклеивающие комплексы, имеющие размер 4200…6000 нм, образуются во второй области электролитной коагуляции гидродисперсий модифицированной канифоли (ГМК). Соотношение ГМК : электролит – 1 : 3. Процесс канифольной проклейки протекает в режиме гомокоагуляции, поскольку такие комплексы не способны равномерно распределяться и прочно фиксироваться на поверхности волокон, а образовавшаяся из них гидрофобная пленка является неоднородной по толщине и площади. Мелкодисперсные проклеивающие комплексы имеют размер 180…220 нм, их электрокинетический потенциал 30…50 мВ. Они представляют собой пептизированные частицы, образовавшиеся из коагулятов (2000 нм), сформированных сначала в первой области электролитной коагуляции ГМК, когда соотношение ГМК : электролит (первая порция) 1 : 1, а затем подвергшихся дезагрегированию (пептизации) в присутствии ионов-пептизаторов Аl3+, введенных в бумажную массу со второй порцией электролита в соотношении 1 : 0,8. Установлено, что уменьшение размеров проклеивающих комплексов от 4200…6000 до 180…220 нм за счет смещения процесса канифольной проклейки из режима гомокоагуляции в режим гетероадагуляции способствует сокращению энергопотребления в сушильной части бумагоделательных и картоноделательных машин на 2…3 % и более. Это вызвано снижением температуры не только последних 4–6 сушильных цилиндров, расположенных в конце второй группы, от 130 до 115…120 оС, но и первых 2–4 сушильных цилиндров третьей группы – от 115 до 100…105 оС. Для цитирования: Chernaya N.V., Fleisher V.L., Bogdanovich N.I. Reduction of Energy Consumption of Paper and Cardboard Machines in Production of Glued Paper and Cardboard // Лесн. журн. 2019. № 5. С. 188–193. (Изв. высш. учеб. заведений). DOI: 10.17238/issn0536-1036.2019.5.188/