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

В Российской Федерации на большинстве бумажных фабрик наблюдается значительный перерасход энергии, по разным оценкам – до 40 %, обусловленный низким уровнем технического, научного и кадрового обеспечения. При этом осуществляется выпуск продукции с неконкурентоспособными потребительскими свойствами. Таким образом, оптимизация конструкций и применяемых технологий, включая температурные режимы сушки, является актуальной задачей. Сушильная часть бумагоделательной машины – ее самая энергоемкая часть, при этом оказывает значительное влияние на показатели механической прочности и другие свойства бумаги, в том числе структурно-размерные. На сушку бумажного полотна затрачивается 72–77 % от общего количества расходуемой машиной энергии. Цель работы – анализ влияния температуры сушки на прочностные и структурно-размерные свойства бумаги, с возможностью применения полученных закономерностей на действующих предприятиях отрасли, а также для дальнейших научных исследований. Приведены результаты изучения влияния вида целлюлозы, степени помола, массы 1 м2 и температуры сушки на прочностные и структурно-размерные свойства лабораторных образцов бумаги. В ходе исследования изготовлены и испытаны лабораторные отливки массой от 60 до 120 г/м2 из сульфатной беленой хвойной и лиственной целлюлозы, размолотой до степени помола от 20 до 50 °ШР. Температуру сушки материала варьировали от 80 до 140 °С. В результате анализа полученных образцов бумаги выявлено значительное влияние температуры сушки на прочностные и структурно-размерные свойства бумаги. Увеличение температуры сушки с 80 до 140 °С оказывает наибольшее влияние на структурно-размерные свойства бумаги, изготовленной из массы большей степени помола, и на прочностные свойства бумаги, изготовленной из массы меньшей степени помола, при использовании в качестве сырья как хвойной, так и лиственной сульфатной беленой целлюлозы.

Измельченные в порошок бумажно-смоляные пленки, состоящие из пропиточной меламинокарбамидоформальдегидной смолы и беленой целлюлозы, представляются перспективными наполнителями фанерных клеев, позволяющими увеличить вязкость клеевой композиции и обеспечить химическое взаимодействие с компонентами карбамидоформальдегидных смол. Установлено, что условная вязкость клея при введении в карбамидоформальдегидную смолу 4...6 % бумажно-смоляных пленок повышается на 80...110 %, однако рост вязкости сопровождается увеличением продолжительности желатинизации клея на 25...35 %. Реакционную способность пленок, обусловленную возможностью совместной поликонденсации карбамидо- и меламинокарбамидоформальдегидных олигомеров, изучали путем определения остаточных гидроксиметильных групп в отвержденных клеевых композициях. Согласно полученным результатам, при введении в смолу бумажно-смоляных пленок, содержание непрореагировавших гидроксиметильных групп увеличивается с 1,0 % в композиции без наполнителя до 2,5 % в композиции с 10 % пленок. Выявили, что содержание непрореагировавших гидроксиметильных групп в отвержденном клее на 90 % зависит от продолжительности желатинизации клеевой композиции. Для ускорения отверждения клея заменили хлорид аммония на более эффективный отвердитель МО-4СБ, позволя- ющий при массовой доле 4...5 % сократить продолжительность желатинизации на 15 %. Содержание гидроксиметильных групп в отвержденном клее с 4 % бумажно-смоляных пленок и 4...5 % МО-4СБ составило 0,6...0,7 %, что на 30...40 % меньше, чем в смоле без наполнителей. Образцы 3-слойной фанеры из композиции, содержащей 4 % наполнителя и 4 % модификатора-отвердителя МО-4СБ, имели прочность клеевого шва при скалывании на 15 % выше по сравнению контролем, изготовленным по традиционной ре- цептуре из клея, содержащего 8 % каолина и 1 % хлорида аммония. Прирост прочности позволил сократить норму расхода клея на 15 % с сохранением физико-механических показателей на уровне требований ГОСТ 3916.1–2018. Таким образом, использование 4 % бумажно-смоляных пленок в качестве наполнителя клея из карбамидоформальдегидной смолы повышает вязкость клеевой композиции до уровня существующих минеральных наполнителей, а также увеличивает прочность и водостойкость отвержденного полимера. Рост физико-механических показателей обеспечивается за счет сополиконденсации карбамидо- и меламинокарбамидоформальдегидных олигомеров. Однако для приемлемой скорости реакции требуется использовать более эффективные отвердители, чем хлорид аммония.

работе исследованы механические cвойства немодифицированной и модифицированной мешочной бумаги (с поверхностной обработкой крахмальным или полилактидным покрытиями и униполярным (отрицательным) коронным разрядом), изучен процесс их биоразложения. Полимерное покрытие наносили растворным методом, обработку в поле отрицательного коронного разряда проводили при подаваемом на электрод напряжении 30 кВ в течение 30 с. Исследование мешочной бумаги показало увеличение ее прочностных характеристик при нанесении полимерных покрытий. После обработки целлюлозно-бумажных материалов в поле отрицательного коронного разряда незначительно уменьшилась прочность в продольном (машинном) направлении и увеличилась в поперечном. Полагаем, что снижение механических свойств связано с ослаблением волокон вследствие деструкции макромолекул целлюлозы, а возрастание прочности происходит благодаря упрочнению сил связи между волокнами. Биоразлагаемость целлюлозно-бумажных материалов определяли аэробным разложением (компостированием, когда разложение органических веществ идет с потреблением свободного кислорода или воздуха). Исследования показали, что мешочная бумага полностью разлагается после 3 мес. При нанесении на нее полилактидного покрытия срок биоразложения сокращается до 2,5 мес., крахмального – до 1,5 мес. Обработка целлюлозно-бумажных материалов в коронном разряде еще более ускоряла процесс биоразложения: для мешочной бумаги и бумаги с крахмальным покрытием – до 1,5 мес., для бумаги с полилактидным покрытием – до 2 мес.

Мелованные виды бумаги и картона получают путем нанесения на основу меловальной суспензии, в композицию которой входят пигменты, полимеры-связующие и технологические добавки. На изменение физико-механических и прочностных свойств как всего материала, так и покрытия оказывают влияние полимеры-связующие. На российском рынке в качестве связующих при меловании бумаги и картона используют в основном импортные латексы (дисперсии). В то же время укрепляются позиции российских производителей синтетических дисперсий, которые прочно завоевывают рынок лакокрасочной промышленности. Целью данной работы является исследование возможности использования синтетических дисперсий российского производства в качестве связующих при меловании бумаги. В работе рассматривается влияние мономерного состава, природы эмульгирующей системы и функциональных мономеров, используемых при синтезе стирол-акриловых дисперсий, на физико-механические, печатные и оптические свойства чистоцеллюлозной мелованной бумаги. Меловальное покрытие наносили на универсальной пилотной установке с помощью шаберажесткого лезвия. Исследования образцов мелованной бумаги проводили в соответствии с международными стандартами ИСО. Наилучшие показатели по требуемым свойствам для чистоцеллюлозной мелованной бумаги наблюдаются у образцов, для которых в качестве связующих использовали дисперсии с температурой стеклования 0 °С, двойной системой (анионного и неионогенного) эмульгаторов и функциональных мономеров с амино-, силоксановыми группами. Результаты показывают возможность разработки рецептуры стирол-акрилатных дисперсий, обеспечивающих показатели качества мелованной бумаги на том же уровне, который достигается при использовании импортных дисперсий.

Представлены результаты сравнительной оценки величины и вариации физикомеханических характеристик картона-лайнера с использованием разрушающих и неразрушающих методов измерения. На образцах картона-лайнера с массой 115, 140 и 170 г/м2, отобранных с картоно-делательной машины в виде срезов с тамбура длиной 6 300 мм, выполнены измерения и получены профили механических характеристик – толщины, сопротивления продавливанию, сопротивления сжатию короткого образца, жесткости при изгибе, а также характеристик, измеренных неразрушающими методами – ультразвуковым с применением Lorentzen&Wettre TSO-tester и оптическим с применением PTA-Line Formation Tester. Установлено, что при низкой степени изменчивости толщины (коэффициент вариации 1,6…3,7 %) и индекса жесткости при растяжении в машинном направлении (2,1…2,9 %) картона по ширине картоноделательной машины вариация механических характеристик существенно (в 4–8 раз) выше. Причиной этого является высокая неоднородность структуры, при этом с уменьшением массы 1 м2 картона вариация практически всех характеристик повышается. По результатам анализа профилей характеристик по ширине картоноделательной машины установлено, что вариация сопротивления продавливанию, сжатию и изгибу складывается из вариации индекса формования (по соседним точкам), вариации толщины и жесткости при растяжении (зависимость от положения точки по ширине машины). Сделан вывод, что для снижения вариации механических характеристик, недостаточно управлять только массой 1 м2, влажностью и толщиной, а также контролировать угол между максимальным индексом жесткости при растяжении и жесткостью при растяжении в машинном направлении, необходимо управлять качеством формования, а также намечать мероприятия по снижению флокулирования бумажной массы и струйности при работе напорного ящика. По результатам корреляционного анализа подтверждено существование зависимости между стандартными физико-механическими характеристиками и характеристиками, определяемыми неразрушающими методами. Полученные результаты позволяют сделать предположение о возможности прогнозирования величин сопротивления продавливанию, жесткости при изгибе и сопротивления сжатию короткого образца крафт-лайнера на основании не только измерения толщины и профиля индекса жесткости при растяжении, но и с учетом неоднородности структуры картона, оцениваемой на анализаторе формования. Причем все исходные данные могут быть получены неразрушающими методами, а в перспективе и с применением оn-line технологий измерения. Результаты позволят повысить достоверность оценки качества картона.

Ящики из гофрированного картона являются очень распространенным видом упаковки. Для прогнозирования их поведения в условиях эксплуатации используют не только стандартные, но и дополнительные характеристики гофрированного картона, в первую очередь жесткость при изгибе. Из всех методов измерения жесткости гофрокартона при изгибе наибольшей достоверностью обладает 4-точечный метод, сведений об использовании которого в настоящее время недостаточно. В работе представлена методика измерения жесткости гофрированного картона при 4-точечном режиме изгиба на приборе L&W 4-point Bending Stiffness Tester SE 108. На примере образцов трехслойного гофрокартона различных марок от Т22 до Т25 с профилем гофры С выполнен анализ факторов, влияющих на результаты испытания. Исследовано влияние длины образца в диапазоне от 100 до 200 мм и массы грузов в диапазоне от 70 до 220 г. Показано преимущество принятия за результат среднего геометрического жесткости при изгибе, измеренной в машинном (MD) и поперечном машинному (CD) направлениях. Экспериментально установлено, что увеличение длины образца и прилагаемой нагрузки приводит к снижению жесткости гофрокартона при изгибе. В наибольшей степени влияние длины образца сказывается при низких значениях прилагаемой нагрузки, влияние прилагаемой нагрузки – при малой длине образца. Установлено, что анизотропия жесткости при изгибе гофрокартона низкой марки Т22 (2,7…3,1) выше, чем высокой марки Т25 (2,5…2,7), и она уменьшается с увеличением длины образца. Для корректного и надежного проведения измерения длина испытуемого образца гофрокартона должна составлять не менее 200 мм, поскольку в этом случае влияние других факторов практически нивелируется. Величина прилагаемой нагрузки зависит от марки гофрокартона и должна составлять от 120 до 220 г. Полученные результаты позволят повысить достоверность оценки качества гофрированного картона и обеспечить более надежное прогнозирование свойств гофроящиков.

В статье приведен анализ нестабильности процессов отбора отработанных сульфитных щелоков после варки на стадии промывки целлюлозы в варочных котлах периодического действия объемом 320 м3. Изучена кинетика промывки сульфитной целлюлозы методом вытеснения в варочных котлах. Показана теоретическая возможность определения констант промывки целлюлозы при высокой температуре и давлении. Для стабилизации и повышения эффективности высокотемпературной промывки целлюлозы необходимо использовать гидрораспределители для промывной жидкости, повышенную температуру вытесняющей жидкости и избыточное давление в котле, превышающее давление при конечной сдувке при варке целлюлозы. На основании кинетики промывки сульфитной целлюлозы сделан вывод о двух периодах промывки: первый протекает во внешнедиффузионной области, второй – во внутридиффузионной области. Для повышения эффективности высокотемпературной промывки целлюлозы в варочных промышленных котлах объемом 320 м3 предложено устанавливать гидрораспределители для промывной жидкости, осуществлять медленную регулируемую закачку промывной жидкости в котел с повышенной температурой. При производстве сульфитной целлюлозы средней жесткости гидравлическое давление в варочном котле необходимо под-держивать в пределах (4,5…6,0)105 Па во время отбора крепкого щелока из котла. Для мягких сульфитных целлюлоз гидравлическое давление в котле снижают до (2,5…3,0)105 Па. Изучение кинетики промывки проведено в варочных котлах, оборудованных гидрораспределителями с регулируемой закачкой промывной жидкости и гидравлическом давлении не более 3,0105 Па. Щелок в варочных котлах отбирали при повышенной температуре и гидравлическом давлении, что позволило значительно повысить эффективность промывки. Так, концентрация сухих веществ, идущих на выпарку, повысилась на 1…3 %, что позволило снизить энергозатраты на 0,13 Гкал при выработке жидких лигносульфонатов, в два раза уменьшились выбросы диоксида серы в атмосферу, значительно улучшились промстоки от варочно-промывочного цеха по биохимическому и химическому потреблению кислорода.

Исследовано течение растворов нитратов целлюлозы во вращающейся вокруг своей оси трубе. Сравнение экспериментальных и теоретических результатов показало их хорошую проходимость. Получена зависимость для определения коэффициента сопротивления при течении неньютоновской жидкости во вращающейся трубе.

Установлены состав и константа устойчивости образующихся комплексов, найдены оптимальные условия получения.

С целью подтверждения механизма деструкции целлюлозы под действием нуклеофильных реагентов исследован процесс образования глюкозы при обработке целлюлозы гидроксидом натрия.

Представлены результаты исследований процесса быстрого пиролиза древесины. Определены зависимости скорости абляционного пиролиза древесины от силы и скорости механического воздействия на образец.

В учебном пособии освещен широкий круг вопросов, связанных с бумагой. Этот материал рассмотрен в сфере полиграфии, художественного творчества, а также как культурно-историческое явление, обладающее в зависимости от эпохи и страны уникальным своеобразием. Сделана попытка предугадать предназначение бумаги в будущем и найти ресурсы для успеха этого материала на фоне стремительного развития новейших технологий. Издание предоставляет студентам богатую теоретическую и практическую базу по изготовлению бумаги как ручного литья, так и промышленного производства, содержит целый спектр методических рекомендаций по использованию различных сортов бумаги для дизайна, полиграфии и объемно-пространственного моделирования.