Повышение эффективности нейтральной проклейки при получении писче-печатных видов бумаги

Тип работы:
Диссертация
Предмет:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
Страниц:
117


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

В последнее время проклейка бумаги в нейтральной среде получила большое распространение во всем мире благодаря ряду преимуществ. В качестве проклеивающих агентов, работающих в нейтральной или щелочной среде, используются алкилкетен димеры и алкенилянтарньш ангидрид, имеющие кроме преимуществ и очень существенный недостаток, в частности побочные реакции гидролиза, которые приводят к образованию брака на БДМ.

Поэтому перспективным направлением с данной точки зрения может быть повышение эффективности нейтральной проклейки при получении писче-печатных видов бумаги.

Как известно, для достижения достаточного уровня проклейки и во избежание проблем, связанных с гидролизом проклеивающих агентов, необходим высокий уровень удержания компонентов бумажной массы, главным образом мелких частиц (мелкого волокна и наполнителя), на которых удерживается большая часть клеевых частиц.

За последние десятилетия достигнут существенный прогресс в области, которую принято называть & laquo-химией мокрой части& raquo-. На современных быстроходных высокопроизводительных БДМ существуют, как правило, системы управления химией мокрой части, работающие в реальном времени. На БДМ средней и малой производительности (а таких в ЦБП России большинство) систем управления химией мокрой части практически нет. В результате от интуиции и мастерства персонала зависит качество продукции, производительность машины и, в конечном итоге, конкурентоспособность выпускаемой продукции.

Использование современных систем удержания и обезвоживания базируется на направленном осуществлении сложных физико-химических и коллоидно-химических процессов. Образующаяся при отливе бумаги подсеточная вода, являющаяся многокомпонентной коллоидной системой, может быть разделена, в частности методом флотации, на флотошлам и осветленную воду, которые могут быть возвращены в разные точки технологической линии. Таким образом, появляется возможность направленного регулирования процессов подготовки бумажной массы и отлива бумаги.

Современная бумагоделательная машина (БДМ) представляет собой не только сложнейший высокоавтоматизированный агрегат, производящий в сутки свыше 1000 тонн высококачественной продукции с заданным комплексом эксплуатационных свойств. БДМ является частью многоуровневой технологической схемы, в которой реализуется комплекс физико-химических процессов.

В связи с этим целью данной работы являлось повышение эффективности проклейки в нейтральной среде при получении писче-йечатных видов бумаги. Для достижения поставленной цели представлялось необходимым:

1. Провести анализ основных и побочных процессов, происходящих при проклейке бумаги в нейтральной среде-

2. Осуществить системный анализ факторов, влияющих на каждый из основных и побочных процессов-

3. Экспериментально исследовать процесс проклейки бумаги писче-печатных видов в нейтральной среде-

4. Экспериментально исследовать удержание компонентов бумажной массы-

5. Предложить пути направленного изменения соотношения скоростей указанных процессов.

Научной новизной данной работы является то, что в ней на базе анализа основных и побочных процессов, происходящих при проклейке бумаги r нейтрал i. iioii среде, предложены пути повышения эффективности проклейки и нейтральной среде.

Практическая значимость работы заключается в том,. что на основании анализа факторов, влияющих на соотношение основных и побочных процессов, предложены пути стабилизации технологического процесса, позволяющие увеличить качество продукции и устранить одну из причин возникновения брака — образование внутрирулоиных дефектов в виде прозрачных пятен.

I. Литературный обзор

1.1. Бумага для офисной техники

Стремительное насыщение российского рынка импортной копировально-множительной техникой и, в частности, копировальными аппаратами типа & laquo-Хегох»-, & laquo-Сапоп»- и т. д., резко повысило спрос на бумагу для копирования. Многие предприятия ЦБП России мгновенно отреагировали на это, организовав у себя производство и переработку бумаги на потребительские форматы A3 и А4.

Для большинства изготовителей бумаги основными показателями качества остается масса 1 м² бумаги, равная 80 г, и максимально возможная белизна.

Начиная с 80-х годов производство бумаги для офисной техники формата A3 и А4 (именуемых на западе «cut size») стало самым быстрорастущим направлением. В табл. 1.1 и 1.2 представлены емкость рынка и потребление бумаги для офисной техники [1].

Таблица 1. 1

Общая емкость рынка бумаги для офисной техники

Страна Потребление, т/год

1998 2000

1 Россия 150 тыс. 300 тыс.

2 Западная Европа 3,3 млн. 4,0 млн.

Таблица 1. 2

Потребление бумаги для офисной техники на душу населения

Страна Потребление, кг

1996

1 Скандинавские страны 10

2 Северная Европа 8−9

3 Южная Европа 4−5

4 Восточная Европа 2

5 США 14

В последние 2−3 года спрос на различные виды бумаги изменился (табл. 1.З.), что связано с изменением спроса на различные виды печати, с переходом к более простым и современным способам печати (офсетная и флексографическая) и использованием офисной техники, с многочисленными разработками в области технологии и печати, офисной техники и расширением областей применения цифровой печати.

Таблица 1. 3

Спрос на бумагу для копировально-множительной техники

Сорт бумаги 1994 1998 2005

1 А — для цветных струйных, лазерных принтеров — 11 46

2 В — для монолазерных и струйных принтеров 8 48 15

-1 j С — для копировальных аппаратов 60 4! 39

4 D — для матричных принтеров 32 —

Бумага. для копирования с использованием электрографических копировальных аппаратов типа & laquo-Хегох»-, & laquo-Сапоп»- называется & laquo-обычной»- (или & laquo-нормальной»-) потому, что она участвует в процессе копирования только косвенно, так как на нее переносится уже готовое сформированное изображение.

Это, однако, не означает, что к данному виду бумаги не существует никаких специальных требований, отличных, например, от требований, предъявляемых к бумаге писчей или для офсетного способа печати. Имеющиеся в эксплуатации высококачественные копировальные аппараты (особенно высокоскоростные) & laquo-требуют»- такие виды бумаги, которые специально ориентированы на особенности этих копировальных аппаратов (например, наличие устройств для автоматической подборки комплектов копий) и поэтому должны быть изготовлены по конкретным спецификациям.

Такие виды бумаги подлежат строгому тщательному контролю качества как в отношении основных физических свойств, вида и качества отделки и переработки, так и непосредственной проверке их поведения при копировании.

Процесс копирования в конечном итоге определяется показателями бесперебойной работы непосредственно копировального аппарата, качества получаемых копий и воздействием бумаги для копирования на сохранность основных узлов копировального аппарата (главным образом промежуточного носителя изображения). Из приведенных физических свойств бумаги в каждом конкретном случае к числу определяющих можно отнести бесперебойную работу копировального аппарата и печатные свойства.

Под первым подразумевается беспрепятственный ввод и прохождение бумаги через копировальный аппарат, а также хорошая укладка бумаги (копий) в стопу в приемном устройстве.

К числу важнейших свойств бумаги относятся следующие:

Жесткость бумаги, ограниченную нижним и верхним пределами, так как слишком высокая и слишком низкая жесткость вызывают проблемы с подачей бумаги и ее прохождением через копировальный аппарат-

Содержание влаги — сама по себе влага не оказывает влияния на работу аппарата, однако, находясь в бумаге, она сказывается на ее других физических свойствах: массе бумаги, толщине, жесткости, поверхностном (и объемном) электрическом сопротивлении, гладкости и т. д. -

Поверхностное электрическое сопротивление — его повышение у бумаги может привести к образованию на поверхности бумаги статического электричества при резке ее на листы, а также в процессе переноса и закрепления изображения. Это может резко ухудшить подачу листов бумаги в аппарат (подача сдвоенных листов), сбивку бумаги в стопу и т. д. -

Гладкость поверхности — очень важно минимальное различие поверхностных свойств с лицевой и сеточной сторон, положение сторон и однообразие чередования сторон (вверх — сетка — верх — сетка — и т. д.) листов бумаги в пачке. Правильное чередование сторон определяет как качество подачи бумаги в аппарат, так и качество изображения-

Воздухопроницаемость — этот показатель важен больше в случаях, когда подача листов бумаги в аппарат производится вакуумными устройствами-

Скручинасмость бумаги ока-ывае'1 существенное влияние па ее подачу в аппарат, процесс работы аппарата п. шнчда. даже на качество копни. Поэтому различия в свойствах бумаги по сторонам должны быть минимально возможными. Поскольку же полностью различия в свойствах не избежать, изготовитель бумаги должен на упаковке пачки указать направление преимущественной скручиваемости, чтобы потребитель знал и мог, имея эту изначальную информацию, нейтрализовать ее обратным действием бумаги-

Под печатными свойствами подразумевается полная передача (перенос) изображения с промежуточного носителя на бумагу, равномерная и высокая оптическая плотность изображения, минимальная плотность фона, хорошее закрепление изображения. Здесь наиболее важна гладкость поверхности, оказывающая влияние на плотность фона, т. е. количество частиц тонера, зафиксированных на пробельных элементах копии (чем меньше гладкость, тем выше плотность фона) —

Поверхностное электрическое сопротивление — высокое электрическое сопротивление у бумаги положительно сказывается на переносе изображения с промежуточного носителя и, соответственно, на его оптической плотности, поэтому задача изготовителя бумаги обеспечить оптимум электропроводности за счет правильного подбора электропроводящей добавки в бумагу-

Оптические свойства — из оптических свойств бумаги на качество изображения оказывают влияние белизна, определяющая его контрастность, и непрозрачность, влияющая на просвечивание- последнее особенно важно при копировании на обе стороны листа (при копировании с лица и оборота).

Дополнительно к физическим. свойствам, которые должны тщательно контролироваться, имеется еще около 20 параметров, касающихся резки, сортировки и упаковки бумаги. И только соблюдение всех этих требований гарантирует переработку бумаги на копировальных аппаратах с наименьшими помехами.

Ниже приведены некоторые из типичных предписаний по резке и упаковке бумаги.

Колебания размеров: по длине ± 0,75 мм- по ширине ± 0,75 мм.

Максимальная разность размеров двух следующих один за другим листов в пачке

0,3 мм.

Разность длины диагонали одного листа не более 0,75 мм.

Качество резки: в зависимости от способа резки регламентируются гран резки, шероховатость кромки листа после резания, наличие свободных волоконец и пыли от резки, наличие слипшихся листов.

Направление преимущественной ориентации волокна в бумаге: она должна быть порезана таким образом, чтобы длинная сторона листа совпадала с направлением отлива бумажного полотна или направлением преимущественной ориентации волокна в бумаге.

Сортировка — сортировка от поврежденных и загрязненных листов обязательна- бумага в пачке должна обладать хорошей плоскостностью и не иметь волнистой кромки- количество листов в пачке равно 500.

Упаковка пачек — бумага должна быть упакована таким образом, чтобы сеточная сторона лис гон лежала на стороне затвора пачки, упаковочная бумага должна обладать достаточной механической прочностью, а также паро- и влагонепрош-щаемостыо, затвор пакета должен быть сплошным, чтобы обеспечивать максимальную защиту бумаги от воздействия окружающей среды.

Каждая пачка должна быть замаркирована кодом предприятия-изготовителя. На этикетки на пачке наряду с информацией о массе и формате бумаги необходимо наносить указательную стрелку для правильной закладки бумаги в соответствующие копировальные аппараты.

Дополнительно на предприятиях-изготовителях бумаги должен быть организован специальный контроль, предусматривающий близкие к практическим условиям испытания бумаги по копированию на различных моделях копировальной техники.

Свойства бумаги для офисной техники зависят от технологических факторов следующим образом:

1. Структурно-механические свойства: масса 1 м² бумаги — количественная основа всех потребительских свойств продукции, определяющая вид и марку копировально-множительной техники- определяется маркой и технологией получения бумаги- использование бумаги данной массы в несоответствующей ей офисной технике может привести к замятию, обрывам, появлению символов с тенью и повторяющимися дефектами- толщина бумаги — равномерность толщины определяет вид и марку копировально-множительной техники- определяется способностью волокон к уплотнению во влажном состоянии, каландрированием, наличием минеральных наполнителей- плотность бумаги — определяется прочностью межволоконных контактов (процессами делигнификации и отбелки, подготовкой массы к отливу, составом по волокну, содержанием минеральных наполнителей) — сопротивление бумаги разрыву и раздиранию — определяет безобрывное прохождение полотна при резке на формат и при печати- определяется прочностью межволоконных связей, плотностью, массовой долей золы- жесткость бумаги при статическом изгибе — определяет плоскостность бумаги при выводе информации на печать (перемещение листа между валиками принтера) — определяется прочностью межволоконных связей, толщиной бумаги- воздухопроницаемость бумаги — влияет на деформацию бумаги под действием нагрева (200& deg-С) — определяется плотностью бумаги, видом и количеством наполнителя, поверхностной проклейкой- массовая доля золы — определяет белизну, непрозрачность, долговечность, печатные свойства бумаги- на содержание золы влияет природа и количество наполнителя- влажность — это важнейшая характеристика продукции- определяется процессом сушки бумаги и ее композицией.

2. Оптические свойства: белизна бумаги — влияет на контрастность при печати- определяется белизной исходного сырья (волокнистые полуфабрикаты, наполнители), оптическими отбеливателями- непрозрачность бумаги — определяет возможность двусторонней печати- зависит от вида используемых волокнистых полуфабрикатов и наполнителей-

3. Печатные свойства: гладкость и шероховатость бумаги — определяют возможность использования бумаги при высокоскоростной печати в копировальных и множительных аппаратах, в цветных струйных и лазерных принтерах- определяются процессами изготовления бумаги-

— линейная деформация бумаги при увлажнении — оказывает влияние на возможность применения ее при плоском способе печати- зависит от состава по волокну, режима подготовки массы к отливу, наполнения бумажной массы- поверхностная впитываемость воды при одностороннем смачивании — влияет на восприимчивость чернил бумагой и на скорость их высыхания при печати на струйных принтерах- определяется наличием и составом внутримассной и поверхностной проклейки- коэффициент статического и динамического трения — определяет возможность использования бумаги при высокоскоростной печати в копировальных аппаратах, в струйных и лазерных принтерах- зависит от состояния поверхности бумажного листа (гладкость, шероховатость) — оптическая плотность изображения — определяет возможность использования бумаги на струйных принтерах- зависит от распределения чернил по толщине листа, композиции поверхностной проклейки. Чернила должны оставаться на поверхности, не проникая на обратную сторону-

— расплывание чернил в виде острых зазубрин (wicking или feathering) — определяет возможность использования бумаги на струйных принтерах- расплывание чернил может быть вызвано чрезмерным смачиванием поверхности бумаги и течением чернил по бумажным волокнам- определяется это композицией поверхностной проклейки- смешение чернил разного цвета (bleeding) — определяет возможность использования бумаги на струйных принтерах- смешение чернил разного цвета может быть вызвано чрезмерной смачиваемостью и медленным испарением жидкой фазы чернил- определяется это композицией поверхностной проклейки [1].

Бумага для печати с поверхностной проклейкой

Поверхностная проклейка — это обработка на клеильном прессе бумаги-основы с целью создания оптимальной впитывающей способности к различным жидкостям: воды, чернилам, печатной краски, тонера, маслам, жирам. Кроме того, поверхностная проклейка улучшает структурно-механические, печатные и оптические свойства.

Традиционно при производстве бумаги для печати исиользукл проклеивающие композиции па основе водорас i воримы. х полимеров — чаще всего окисленного. катионного крахмала или карбоксиметплцеллюлозы. При использовании в проклеивающей композиции водорастворимых полимеров оптимизируются следующие свойства: структурно-механические (удельное сопротивление разрыву, сопротивление раздиранию, жесткость при статическом изгибе) — печатные (прочность поверхности к выщипыванию, пылимость, шероховатость) — степень проклейки (поверхностная впитываемость воды при одностороннем смачивании по Кобббо, расплывание чернил, проникновение чернил на обратную сторону листа).

Бумага, проклеенная композицией только на основе водорастворимых полимеров, предназначена для офсетной печати и работе на черно-белых (монохромных) струйных, лазерных принтерах и низкоскоростных копировальных аппаратах- при этих методах печати бумага обеспечивает формирование качественного изображения. Однако при печати цветного изображения на современной высокоскоростной копировально-множительной технике и при цифровой полиграфической печати у такой бумаги наблюдаются повышенная пылимость, расплывание чернил, смешение чернил различных цветов, проникновение чернил на обратную сторону листа, плохая адгезия тонера.

Современными тенденциями при разработке композиционных составов для поверхностной проклейки бумаги для современной офисной техники является использование системы на основе смеси гидрофильных и гидрофобных полимеров. В качестве гидрофильного полимера чаще всего используют различные модификации крахмала. В качестве гидрофобного полимера — латексы — сополимеры стирола с акрилатом, бутадиена со стиролом и т. д. в виде дисперсий [7].

Мелованная бумага

Мелованная бумага — это целлюлозный композиционный материал с покровным слоем с одной или с двух сторон, состоящим в основном из пигментов и связующих веществ.

Покрытие придает бумаге гладкость, непрозрачность, белизну, требуемый лоск, делает ее поверхность сомкнутой, хорошо впитывающей печатные краски. Покрытие сообщает продукции устойчивость к истиранию и изгибу, а также определенную стойкость в отношении воды и жира.

Свойства мелованной бумаги зависят от свойств основы, вида и количества пигмента и связующего, а также от способа мелования.

Качество бумаги-основы во многом определяет структурно-механические, оптические свойства — белизну, непрозрачность,-. а также печатные свойства -шероховатость поверхности, сопротивление выщипыванию, сжимаемость, стабильность размеров при смачивании.

В качестве бумаги-основы для мелования используют широкий ассортимент бумаг с различными свойствами и массой квадратного метра. Различные свойства бумаги-основы обеспечиваются за счет подбора полуфабрикатов, наполнителей и добавок, т. е. композицией, а также технологическим режимом ее производства.

Основными полуфабрикатами для производства бумаги-основы для мелования являются беленая сульфитная, беленая сульфатная целлюлоза из хвойных и лиственных пород древесины, древесная масса, макулатура.

Выбор вида целлюлозы обуславливается требованиями, предъявляемыми к конечному продукту. При всех равных условиях сульфатная целлюлоза придает бумаге более высокие показатели механической прочности по сопротивлениям разрыву, излому, продавлпванпю и надрыву, повышенное удлиненно до разрыва, долговечность п меньшую прозрачность, чем сульфитная. Целлюлоза лпс| венных пород древесины имеет более короткие волокна, которые заполняют промежутки между длинными хвойными волокнами, улучшая просвет и однородность свойств. Наряду с этим такая целлюлоза снижает механическую прочность и влагопрочность бумаги. В композицию вводят до 50% и более целлюлозы лиственных пород древесины. При производстве тонкой мелованной бумаги и обоев используют бумагу-основу, содержащую древесную массу. Волокна древесной массы в отличие от целлюлозы более жесткие и хрупкие, имеют меньшую длину и неправильную форму. При введении в композицию бумаги древесной массы уменьшается механическая прочность и гладкость. Положительными свойствами древесной массы являются ее экономичность и придание бумаге повышенной непрозрачности и пониженных линейной деформации и коробления. В композиции бумаги-основы для производства мелованной бумаги для печати, к которой предъявляются повышенные требования по белизне и сорности, используется беленая древесная масса. В основном используют бумагу массой 35−200 т/и2.

В композицию меловальных суспензий входят: пигменты, полимеры-связующие и технологические добавки.

Пигменты являются наиболее важными компонентами и составляют 70−90% массы покрытия. Они придают покрытию гладкость, белизну или определенный цвет, непрозрачность, лоск или матовость. В композицию входит несколько пигментов. Основным, чаще всего, является каолин- для повышения белизны и впитывающей способности покрытия добавляют мел и бланфикс, для повышения непрозрачности -диоксид титана и цинковые пигменты, тальк — для повышения лоска и регулирования впитываемости печатной краски.

Связующие применяются для прочного соединения частиц пигментов между собой и с бумагой-основой. Основным связующим является латекс. Для стабилизации латекса, улучшения водоудержания и реологических свойств меловальных композиций вводят второе связующее — водорастворимые полимеры — модифицированные крахмалы, простые эфиры целлюлозы, казеин, поливиниловый спирт.

Технологические добавки выполняют в покрытии многочисленные функции. К ним относятся: диспергаторы, пеногасители, пластификаторы, регуляторы вязкости, антисептики и т. д. Выбор технологических добавок обуславливается рецептурой, способом нанесения и требованиями к свойствам меловального покрытия [8].

5. Выводы

На основании анализа основных и побочных процессов, происходящих при проклейке бумаги в нейтральной среде предложены пути направленного регулирования механизма проклейки, позволяющие стабилизировать процессы проклейки и существенно снизить вероятность образования внутрирулонных дефектов в виде прозрачных пятен. В качестве основных процессов при проклейке бумаги с использованием АКД рассмотрены гетерокоагуляция частиц АКД на фибриллах целлюлозы и волокне с последующим образованием на стадиях сушки и отлежки химических связей между функциональными группами АКД и гидроксильными группами целлюлозы. В качестве побочных процессов, происходящих при проклейке бумаги с использованием АКД были рассмотрены: гидролиз АКД- гомокоагуляция частиц АКД и продуктов гидролиза АКД, с образованием микроскопических агломератов, с последующим образованием макроскопических агломератов- совместная коагуляция (гетерокоагуляция) частиц АКД и продуктов гидролиза АКД, с образованием микроскопических агломератов, с последующим образованием макроскопических агломератов- коагуляция частиц АКД и продуктов гидролиза АКД на частицах наполнителя и мелком волокне оборотной воды- образование агломератов в технологической воде, с последующим образованием макроскопических агломератов- образование отложений на поверхности труб и оборудования- отложение на волокнах целлюлозы образовавшихся микроскопических и макроскопических агломератов, а также продуктов отрыва от отложений на поверхности труб и оборудования. С целью оценки вероятности коагуляции частиц АКД и продуктов его гидролиза на частицах наполнителя и мелом волокне в оборотной воде изучены факторы, влияющие на удержание мелочи и наполнителя. Показано, что используя различные системы удержания и оптимальные точки подачи химикатов для флокуляции бумажной массы можно улучшить удержание компонентов бумажной массы и при этом получить бумагу с заданным комплексом свойств. Для данной бумажной массы использование тройной системы, включающей катионный крахмал, полиакриламид и анионные коллоидные частицы, в сочетании с подачей крахмала в две точки и с предварительной обработкой суспензии наполнителя катионным полиакриламидом обеспечивает высокую скорость обезвоживания и высокое удержание.

Исследованы процессы удержания АКД при отливе бумаги в нейтральной среде и определены оптимальные расходы АКД различных марок по величине удержания и степени проклейки. Показано, что наиболее эффективным по величине удержания и степени проклейки является модифицированный АКД. Эффективность АКД, имеющего высокую температуру плавления, проявляется лишь в условиях достаточно высокой температуры в напорном ящике и при сушке бумаги.

Проведено сопоставление процессов, происходящих при проклейке бумаги в нейтральной среде с использованием АКД и ASA.

На основании анализа основных и побочных процессов при проклейке бумаги в нейтральной среде рекомендовано для снижения вероятности образования внутрирулонных дефектов в виде прозрачных пятен осуществлять подачу АКД до подачи наполнителя, осуществлять отлив бумаги в условиях, обеспечивающих максимальное удержание наполнителя и применять системы локальной очистки па БДМ для вывода из оборотной воды наполнителя п мелкого волокна.

4. Заключение

Стабильность работы БДМ в значительной степени определяется химией мокрой части. Недостаточная стабильность технологического процесса отлива бумаги приводит к существенным колебаниям как удержания наполнителя, так и содержания взвешенных веществ (ВВ) в подсеточной воде (рис. 4. 1). Как видно из представленных данных, степень удержания наполнителя меняется от 57 до 77%. Если вместо величины удержания использовать величину & laquo-провала»-, то есть количества прошедшего под сетку наполнителя, то разница оказывается еще больше — от 43 до 23%. Таким образом, количество наполнителя в подсеточной воде меняется практически в 2 раза. Поэтому для направленного управления технологическим процессом необходимо воздействие на факторы, влияющие на удержание проклеивающих веществ, наполнителя и мелкого волокна.

При отливе бумажного полотна на сетке БДМ часть проклеивающих веществ, наполнителя, мелкого волокна всегда проходит сквозь сетку и попадает в оборотную воду.

При отливе бумаги, на сетке по фильтрационному механизму лучше удерживаются крупные частицы. Использование систем удержания позволяет реализовывать различные механизмы удержания (эффективные и для мелких частиц, однако они удерживаются не все). Приведенные выше данные по степени удержания наполнителя и, соответственно, величинам провала показывают, что из-за недостаточной стабильности технологических процессов содержание взвешенных веществ в подсеточной воде варьируется в несколько раз.

Для выяснения причин таких самопроизвольных изменений и были проведены специальные модельные лабораторные эксперименты по изучению влияния ряда факторов на первичное удержание, удержание мелочи и удержание наполнителя.

И проблема стабильности технологических параметров и проблемы качества продукции оказываются взаимосвязаны с вопросами содержания наполнителя в избыточной оборотной воде. Оно, в свою очередь, влияет на протекание основных и побочных процессов, происходящих при внутримассной проклейке бумаги, ее наполнении, отливе бумаги с использованием современных систем удержания.

Современные системы удержания и современные системы автоматизированного управления процессом удержания частично решают данные задачи.

Анализ данных, полученных в результате проведения данной работы, позволяет вернуться к рассмотрению основных и побочных процессов, происходящих при проклейке бумаги в нейтральной среде, которые представлены на рис. 3.1.

В результате протекания побочных процессов в оборотной воде происходит накопление веществ, способных к коагуляции (АКД и др.).

На базе анализа основных и побочных процессов, происходящих при проклейке бумаги АКД, можно перейти к следующему этапу системного анализа причин смоляных затруднений и к анализу технологических причин их образования.

Анализ технологических факторов может быть осуществлен на диаграмме состояний системы, характеризующей взаимосвязь концентрации & quot-смоляных компонентов& quot- и концентрации коагулянтов (рис. 4. 2).

На этой диаграмме могут быть выделены несколько зон — зона коллоидной устойчивости (безопасная зона), зона эпизодических & quot-смоляных затруднений& quot- и зона коагуляции — самопроизвольной или заданной.

Учитывая, что эффективная проклейка возможна лишь при условии достаточно полной гетерокоагуляции частиц АКД на целлюлозных фибриллах и волокнах, процесс должен проводиться в зоне контроля с последующим направленным переводом системы в зону заданной коагуляции.

Таким образом, проведение лабораторных тестов по удержанию частиц клея .и компонентов бумажной массы, особенно мелочи и наполнителя, может быть рекомендовано в качестве одного из инструментов для настройки химии мокрой части БДМ, что поможет устранить некоторые причины возникновения брака — образование внутрирулонных дефектов в виде прозрачных пятен.

If 30 т

-г 2000 с со

1800 со 0)

СУ при производстве офисной бумаги, %

— СУ при производстве офсетной бумаги, %

— • - Содержание В В в оборотной воде при производстве офисной бумаги, мг/л

— • - Содержание В В в оборотной воде при производстве офсетной бумаги, мг/л к к 5, =1 0 а > ¦

Н О

1 т О а

I о

О 2. о

0-

О L с: I

V, го. ч & quot-Ч i> >

Зона косяляции с с М О Г1Р о и з в о л ь н с 3 одоннои или

Безопасная зона зона коллоидной Эстонии воетй

Зона j11 и з о д и u е о к и х смоля) ых зп трлднении

Концентрация коагулянтов

Рис. 4.2. Диаграмма состояний коллоидной системы, характеризующая взаимосвязь концентрации коллоидных компонентов и концентрации коагулянтов.

ПоказатьСвернуть

Содержание

Введение т Л

1. Литературный обзор

1.1. Бумага для офисном техники

1.2. Проклейка бумаги в массе в нейтральной среде

1.2.1. Причины для производства бумаги в нейтральной или щелочной среде

1.2.2. Проклейка с использованием алкилкетен димеров (АКД)

1.2.2.1. Синтез и эмульгирование АКД

1.2.2.2. Реакционная способность АКД

1.2.2.3. Механизм взаимодействия

1.2.2.4. Некоторые факторы, влияющие па проклейку с АКД 1 п i /

1.2.3. Проклейка с использованием алкенилянтарного ангидрида (ASA)

1.2.3.1. Эмульгирование

1.2.3.2. Химия и применение ASA

1.2.4. Сравнение АКД и ASA

1.3. Удержание и обезвоживание

1.3.1. Понятие обезвоживания

1.3.2. Понятие удержания

1.3.3. Агенты удержания и обезвоживания

1.3.3.1. Химическая природа средств удержания и обезвоживания

1.3.4. Основные механизмы удержания

1.3.4.1. Нейтрализация заряда

1.3.4.2. Заплаточная модель

1.3.4.3. Образование мостиков (мостиковый механизм)

1.3.4.4. Комплексная флокуляция

2. Методическая часть

2.1. Характеристика использованных материалов и химикатов

2.2. Описание методик проведения работы

3. Экспериментальная часть

3.1. • Постановка задач исследования

3.2. Описание эксперимента и его результатов

Список литературы

1. Смирнов В. А. Бумага для копирования. Целлюлоза, бумага, картон. 1994. -№ 5−6 -с. 40−43.

2. Фляте Д. М. Свойства бумаги. Изд. 4-е, испр. и доп. Санкт-Петербург, 1999. — 384 с.

3. Шкарин С. А. Технология производства бумаги для печати: & laquo-Лесная пром-ть", Москва, 1966. -254 с.

4. Крылатов Ю. А., Ковернинский И. Н. Проклейка бумаги: & laquo-Лесная пром-ть": Москва, 1987. -288 с.

5. Thorn J. Application of wet-end paper chemistry. Blacky Academic and Professional. London etc., 1996. -230 p.

6. Мерс Э. Нейтральное производство бумаги с использованием в проклейке & laquo-Аквапел»-. Целлюлоза, бумага, картон. 1996. — № 11−12 — с. 40 — 42.

7. Шел Н., Рейбелинг Ю. Новые химикаты для поверхностной проклейки. Мир целлюлозы и бумаги. 1995. — № 6 — с. 139 — 142.

8. Осмоловская Л. П., Бондарев А. И. Производство и применение мелованной бумаги и картона. Москва, 1977. 158 с.

9. Иванов С. Н. Технология бумаги: Изд. 2-е, переработ. -М.: & laquo-Лесная пром-ть", 1970. -696 с.

10. Neimo L., Papermaking Chemistry. Jyvaskyla, 1999. 316 p.

11. Davis J.W., Robertson W.H. and Weisgerber C.A. A new sizing agent for paper alkyl keten dimmers. Tappi, 1956, V. 39, № 1. p. 161 — 176.

12. Goncalves C. and De Clercq A. Practical aspects of alkaline sizing. Wochenbl. Papierfabr., 1994, V. 122, № 15. p. 610−615.

13. Gill R.A., «Precipitated calcium carbonate fillers and the sizing of alkaline papers», TAPPI 1992 Sizing Short Course Notes, TAPPI PRESS, Atlanta, p. 75.

14. Roberts J.C., «Neutral and alkaline sizing», in Paper Chemistry (J.C. Roberts, Ed.) 2nd edn., Chapman and Hall, London, 1996, p. 140.

15. Rohringer P., «Mechanism of sizing with AKD and new non-reactive sizes», 1989 Paper and Board Division Seminar Notes on Developments in Sizing Systems, PIRA, Leatherhead, Surrey, England, 17 p.

16. Marton J. On kinetics of AKD reaction: hydrolysis of AKD. Tappi J. 1990, V. 73, № 11. p. 139- 143.

17. Lindstrom T. and Sodeberg G. Evidence for (3-ketoester formation during the sizing of paper with AKD. Nordic Pulp Paper Res. J. 1986, V. 1, № 2, p. 39 42.

18. Bottorf K.J. and Sullivan M.J. New insights into the alkylketene dimmer sizing mechanism. Nordic Pulp Paper Res. J. 1993, V. 8, № 1, p. 86 95.

19. Lindstrom T. and Sodeberg G. On the mechanism of sizing with AKD. Part 1: Studies on the amount of AKD required for sizing different pulps. Nordic Pulp Paper Res. J. 1986, V. 1, № 1, p. 28−33.

20. Lindstrom T. and O’Brian H. On the mechanism of sizing with AKD. Part 2: The kinetics of reaction between alkylketene dimmers and cellulose. Nordic Pidp Paper Res. J. 1986, V. 1, № l, p. 34−42.

21. Lindstrom T. and Sodeberg G. On the mechanism of sizing with AKD. Part 3: The role of pH, electrolytes, retention aids, extractives, calcium-lignosulphonates and mode of addition on AKD retention. Nordic Pulp Paper Res. J. 1986, V. 1, № 2, p. 31- 38.

22. Kamutzki W. and Krause T. Neutral sizing with alkyldiketens. Papier. 1982, V. 36, № 7, p. 311 317..

23. Roberts J.C. and Garner D.N. The mechanism of alkylketene dimmer sizing of paper, Part 1. Tappi J. 1985. V. 68, № 4, p. 118 121.

24. Dumas D.H. and Evans D.B., AKD-celluIose reactivity in p. ipcrmaking systems. TAPPl1986 Papermakers Conference Proceedings, TAPPI PRESS, Atlanta, p.. 31 35.

25. Nahm S.H. Direct evidence for covalent bonding between ketene dimmer sizing agent and cellulose. Wood. Chem. Tech. 1986, V. 6, № I, p. 89 112.

26. Cates R.E., Dumas D.H., Evans D.B., «Alkyl ketene dimer sizes», in The Sizing of Paper (W.F. Reynolds, Ed.) TAPPI PRESS, Atlanta, 1989, p. 33.

27. Strom G., Carlsson G., Kiar M. AKD distribution in hand sheet as determined by electron spectroscopy (ESCA). Wochenbl. Papierfabr. 1992, V. 120, № 15, p. 606 611.

28. Roberts J.C. and Garner J.N. The reaction of ketene dimmer sizes with cellulose model substrates. Cell. Chem. Tech. 1984, V. 18, № 3, p. 275 282.

29. Bottorf K. New insights into the AKD sizing mechanism. Tappi J. 1994, V. 77, № 4, p. 105- 109.

30. Pisa L. and Murlcova E. Study of the cellulose sizing materials by FMIR IR spectroscopy. 1. Dimer of hexadecylketen as sizing agent. Papir Celuloza 1981, V. 36, № 2, p. 15 18.

31. Rohringer P., Bemheim M., Werthemann D.P. Are so-called reactive sizes really cellulose reactive? Tappi J. 1985, V. 68, № 1, p. 83 86.

32. Merz J., Rohringer P., Bernheim M. Cellulose reactivity with alkylketenes. Papier 1985, V. 39, № 5, p. 214−220. '

33. Isogui A., Taniguchi R., Onabe F., Usuda M. Sizing mechanism of alkylketene dimers. Part 2. Deterioration of AKD emulsion. Nordic Pulp Paper Res. J. 1992, V. 7, № 4,p. 193−211.

34. Patton P.A. Paper sizing with anionic, hydrophobic sizes and cationic retention agents. TAPPI 1991 Papermakers Conference Proceedings, TAPPI PRESS, Atlanta, p. 415 417.

35. Gill R.A., «Precipitated calcium carbonate fillers and the sizing of alkaline papers», TAPPI 1992 Sizing Short Course Notes, TAPPI PRESS, Atlanta, p. 75.

36. Bartz J.W., Darroch E. and Kurrle F.L. AKD Sizing efficiency and reversion in calcium carbonate filled papers. Tappi J. 1994, V. 11, № 12, p. 139 148.

37. Neimo L. Neutral Sizing. Internal report, The Finnish Pulp and paper Research Institute (KCL). 1990.

38. Colasurdo A. and Thorn I. The interactions of alkylketene dimmer with other wet-end additives. Tappi J. 1992, V. 75, № 10, p. 143 149.

39. Novak R.W. and Rende D.S. Competitive adsorption of alkyl ketene dimer on pulp fibers and CaC03 fillers. TAPPI 1993 Papermakers Conference Proceedings, TAPPI PRESS, Atlanta, p. 437−442.

40. Neimo L. Neutral Sizing. Personal communication.

41. Ozment J.L. The reactivity of alkenyl succinic anhydride TAPPI 1994 Papermakers Conference Proceedings, TAPPI PRESS, Atlanta, p. 169 172.

42. Farley C.E. and Wasser R.B., «Sizing with alkenyl succinic anhydride», in The Sizing of Paper (W.F. Reynolds, Ed.) TAPPI PRESS, Atlanta, 1989, p. 51 56.

43. Roberts J.C., Neutral and alkaline sizing, in Paper Chemistry (J.C. Roberts, Ed.) 2nd edn., Chapman and Hall, London, 1996, p. 140 164.

44. Chen G.C.I., Optimizing an alkenyl succinic anhydride sizing process. TAPPI 1987 Sizing Short Course Notes, TAPPI PRESS, Atlanta, p. 93 95.

45. Martin A. Hubbe, Sizing Of Paper with ASA. Report in North Carolina State University, 2001, p. 28−33.

46. Strazdins E. Theoretical and practical aspects of alum use in papermaking. Nordic Pulp Paper Res. J. 1989, V. 4, № 2, p. 128 134.

47. Farley C.E. Sizing of paper with alkenyl succinic anhydride. TAPPI 1991 Papermakers Conference Proceedings, TAPPI PRESS, Atlanta, p. 433−437.

48. Ullman В., Precipitated calcium carbonate fillers and the sizing of alkaline papers. Wochenbl. Papierfabr. 1999, V. 127, № 3, p. 149- 155.

49. Webb L. Some like it hot. Pulp & Paper International, 2004. August, p. 19−21.

50. Wasser R.B. The reactivity of alkenyl succinic anhydride. TAPPJ 1985 Alkaline Papermaking Seminar Notes, TAPPI PRESS, Atlanta, p. 17 19.

51. Walkden S.A. Ketene dimer sizing Practical effects of retention and reactivity. TAPPI 1987 Advanced Topics in Wet End Chemistry Seminar Notes, TAPPI PRESS, Atlanta, p. 71 — 75.

52. Lindstrom, T. Some fundamental chemical aspects on paper forming. 1989 Transactions 9th Fundamental Research Symposium (Baker and Pyton, Eds) Mechanical Engineering Publications, London, p. 311 316.

53. Persson, M., Pal, A. and Wickstrom, O. High cationic starch and microparticles for furnish systems with high levels of disturbing substances. Paper presented at SPCI, Stockholm, 1996, p. 18−24.

54. Andersson, K. and Lindgren, E. Retention aids. Nordic Pulp Paper Res. J. 1996, V. 11, № 1, p. 15−18.

55. Hoffman, J. Chemicals for retention. Wochenbl. Papierfabr. 1994, V. 122, № 20, p. 785 791.

56. Wackerberg, E., Johansson, K., Wallin, S. Microparticle technology in clay filled groundwood specialty printing grades produced under neutral or alkaline condition. Pulp Paper Can. 1994, V. 95, № 7, p. 44 48.

57. Au, C.O. and Johansson, K.A. The use of cationic starche and anionic colloidal silica in waste. Pulp Paper Can. 1993, V. 94, № 6, p. 173 177.

58. Honig, D.S., Harris, E.W., Pawlowska, L.M., O’Toole, M.P., Jackson, L.A. Formation improvements with water-soluble micro-polymer systems. TappiJ. 1993, V. 76, № 9, p. 135−138.

59. Vaughan, C.W. Microparticle retention systems. TappiJ. 1996, V. 79, № 7, p. 103 107.

60. Vaughan, C.W. A new approach to wet end drainage/retention/formation technology. TAPPI 1996 Papermakers Conference Proceedings, TAPPI PRESS, Atlanta, p. 439−450.

61. Stack, K.R., Dunn, L.A., Roberts, N.K. Retention of pulp using PEO and phenol-formaldehyde resin. Appita 1990, V. 43, № 2, p. 125 128.

62. Xiao, H., Pelton, R., Hamielec, A. Retention of fines solids during paper manufacture. Tappi J. 1996. V. 79, № 4, p. 129 134.

63. Eklund, D. and Lindstrom, T. Paper Chemistry: An Introduction, DT Paper Science Publications, Grankulla, Finland, 1991, p. 4 6.

64. Odberg, L., Swerin, A., Tanaka, H. Some kinetic aspects of wet end chemistry. TAPPI 1995 Papermakers Conference Proceedings, TAPPI PRESS, Atlanta, p. 65 68.

65. Alince, B. Adsorption and flocculation in suspensions by two cationic polymers. Tappi J. 1996, V, 79, № 3, p. 291 -295.

66. Unbehend, J.E. Wet end chemistry of retention, drainage and formation aids. Pulp and Paper Manufacture, Vol. 6 (R.V. Hagemeyer, Ed) 3rd edn., TAPPI PRESS, Atlanta, 1992, 137 p.

67. Dickinson, E. and Eriksson, L. Particle flocculation by adsorbing polymers. Adv. Coll. Int. Sci. 1991, V. 34, № 1, p. 1−6.

68. Unbehend, J.E. Mechanisms of «soft» and «hard» floe formation in dynamic retention measurement. Tappi J. 1976, V. 59, № 10, p. 74 78.

69. Bjorklund, M. and Wagberg, L. Colloidal substances. Phvsicochem. Eng. Aspects. 1995, V. 105, № 2−3, p. 199−205.

70. Bleier A. And Goddard E.D. Flocculation of aqueous silica suspensions using cationic polyelectrolytes. Colloids and Surfaces. 1980, V. 1, № 3−4, p. 407−410.

71. Kasper D.R. Theoretical and experimental investigations of the flocculation of charged particles in aqueous solutions by polyelectrolytes of opposite charge. Ph.D. thesis, California Institute of Technology, Pasadena, 1971, p. 34 38.

72. Gregory J. Rates of flocculation of latex particles by cationic polymers. J. Coll. Int. Sci. 1973, V. 42, № 2, p. 448−456.

73. Gregory J. The effect of cationic polymers on colloidal stability of latex particles. J. Coll. Int. Sci. 1976, V. 55, № 1, p. 35 -47.

74. Lundquist G.M. and Stratton R.A. The role of polyelectrolyte charge density and molecular weight on the adsorption and flocculation of colloidal silica with polyethyleneimine. J. Coll. Int. Sci. 1976, V. 55, № 1, p. 45 59.

75. Parazac D., Burkhardt C.W., McCarthy K.J., Stehlin M. Hydrophobic flocculation. J. Coll. Int. Sci. 1988, V. 123, № 1, p. 59 72.

76. Gill R.I.S. and Herrington T.M. Polyelectrolyte retention aids. Colloids and Surfaces 1987, V. 28, № 1, p. 41−50..

77. Cohen Stuart M.A., Waajen F.H.W.H., Cosgrove Т., Vinsebt B. Polyelectrolytes for papermaking. Macromolecules 1984, V. 17, № 9, p. 1852 1856.

78. Swerin, A. and Odberg, L. Some aspects of retention aids. 1997 Transactions of the 11th Fundamental Research Symposium, Vol. 1, Cambridge, p. 265 273.

79. La Mer V.K. and Healy T.W. Water-soluble polymers. Rev. Pure Appl. Chem. 1963, V. 13, № 9, p. 112−117.

80. Healy T.W. and La Mer V.K. Retention aid polymers. J. Phys. Chem. 1962, V. 66, № 10, p. 1835−1846.

81. Fleer G.J. and Scheutjens J.M.H.M. Modeling polymer adsorption, steric stabilization and flocculation. Surfactant Sci. Ser. 47(209) (1993), (Coagulation and Floculation).

82. Wang Т.К. and Audebert R. Retention by polyelectrolytes. J. Coll. Int. Sci. 1988, V. 121, № l, p. 32−43.

83. Tanaka H., Swerin A., Odberg L. Retention mechanisms. Tappi J. 1993, V. 76, № 5, p. 157−166.

84. Odberg L., Tanaka H., Glad-Nordmark G., Swerin A. Adsorption and flocculation in suspensions by two cationic polymers simultaneous and sequential addition. Colloids and Surfaces A: Physicochem. Eng. Aspects 86: 201, 1994, p. 56 — 63.

85. Kahl T. High cationic starch and microparticles for furnish. Wochenbl. Papierfabr. 1997, V. 125, № 1, p. 8−16.

86. Batelson P.G., Johansson H.E., Larsson H.M., Sunden O., Svending P.J. Papermaking. EP no 41 056, 1981.

87. Swerin A., Sjodin U., Odberg L. Flocculation of cellulosic fiber suspensions by microparticle retention aid systems. Nordic Pulp Pap. Res. J. 1993, V. 8, № 4, p. 389 395.

88. Lindstrom Т., Hallgren H., HedborgF. Flocculation by microparticle systems. Nordic Pulp Pap. Res. J. 1989, V. 4, № 2, p. 99 106.

89. Wagberg L. and Lindstrom T. Adsorbtion of polyacrylamide, partially hydrolyzed polyacrylamide and polyacrylic acid on ferric oxide and silica. Nordic Pulp Pap. Res. J. 1987, V. 2, № 2. p. 49−57.

90. Swerin A. and Odberg L. Adsoiption and flocculation in suspensions by two cationic polymers simultaneous and sequential addition. Nordic Pidp Pap. Res. J. 1996, V. 11, № l, p. 22−30.

91. Swerin A., Risinger G., Odberg L. Retention systems. Nordic Pulp Pap. Res. J. 1996, V. 11, № 1, p. 30−38.

92. Bernier J-F. and Begin B. Effect of high molecular mass anionic polymers on paper sheet formation. Tappi J. 1994, V. 77, № 1 Г. p. 2 17 226.

93. Sw erin A. and Mahler A. The influence of stock, preparation on forming efficiency. Nordic Pulp Pap. Res. J. 1996, V. 1 I, № 1, p. 36 45.

94. Lindstrom Т., Hallgren H., HedborgF. Aluminun based microparticulate retention aid systems. Nordic Pulp Pap. Res. J. 1989, V. 4, № 2, p. 99 105.

95. Koethe J.L. and Scott W.E. Polyelectrolyte adsorption kinetics. TappiJ. 1993, V. 76, № 12, p. 123−131.

96. Strazdins E. Surface chemical aspects of polymer retention. Tappi J. 1974, V. 57, № 12, p. 76−84.

97. Scallan A.M. and Grignon J. Charge control in papermaking. SvenskPapperstid. 1979, V. 82, № 2, p. 40 46.

98. Gess J.M. Retention of fines and fillers during papermaking, Atlanta, 1998, 357 p.

99. Britt K.W. The Dynamic Drainage Analyzer. Tappi 1973, V. 56, № Ю, p. 46 48. 105. «The Original Britt Jar», operating manual, Paper Research Materials Co., Syracuse, New York, 1983.

100. TAPPI T 441 om-90 «Water Absorptiveness of Sized (Non-bibulous) Paper and Paperboard (Cobb Test)», TAPPI PRESS, 1996.

101. Cobb R.M. and Lowe D.V. Sizing test Tech. Assoc. Papers 1934, V. 12, № 1, p. 213 214.

102. Price D., Osborn R.H. and Davis J.W. Paper sizing measurement Tappi 1953, V. 36, № 1, p. 42−44.

103. TAPPI T 530 pm-89 «Size Test for Paper by Ink Resistance (Hercules method)», TAPPI PRESS, 1996.

104. Isogai A. Mechanism of paper sizing by alkylketene dimmers. Journal of pulp and paper science. 1999, № 25, p. 33 37.

105. Ramamurthy P., Vanerek A., van de VenT.M.G. Efficiency of AKD Sizing in mixed hardwood-softwood furnishes. Journal of pulp and paper science. 2000, № 26, p. 42−48.

106. Cooper C., Dart P., Nicholass J., Thorn I. The role of polymers in AKD sizing, Paper technology, 1995, № 36, p. 21 -28.

107. Шмига В. Изготовление бумаги в нейтральных и щелочных средах. МСНТИХ и XT. Выпуск 11: М., 1988, с. 45−48.

108. Scientific and technical advances in the internal and surface sizing of paper and board. 3rd Major International Sizing Conference. 2001.

109. Isogai A. AKD sizing, its retention and sizing mechanisms. Proceedings of the scientific and technical advances in the internal sizing of paper and board, London, UK, 1997.

110. Brungardt C.L. Studies indicate wet-end additive effects on AKD retention, reaction efficiency. Pulp and paper, 2001.

111. Marton J. Sizing mechanisms and the effect of fillers. Proceedings of the «Papermaking raw materials», Trans. Eighth Fundam. Res. Symp.

112. Современные направления использования химикатов в производстве бумаги и картона. Семинар фирмы ЕКА Chemicals. Лимассол, Кипр, 2002.

113. Отгрузочные реквизиты Ст. Светогорск, Окт.ж.д., код 21 806

114. Код предприятия 5321 Р/счет 4 070 281 096 000 000 000 К/сч. 30 101 810 400 000 000 000 ФБ ОАО & laquo-ПСБ»- ТОСНЕНСКИЙ г. Тосно Лесогорский филиал ИНН 4 704 012 472 ОКОНХ 15 310 ОКПО 253 497 БИК 447 067 031. Справка

115. Об использовании результатов диссертационной работы А. Ю. Мандре.

116. Менеджер проекта развития бизнес-анализа

117. ОАО & laquo-Светогорск»- подпись Томаш Бербекапечать

Заполнить форму текущей работой