Способ получения бумаги сухого формования

 

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БУМАГИ СУХОГО ФОРМОВАНИЯ путем формования волокнистого слоя из целлюлозных, искусственных или синтетических волокон , пропитки полученного слоя жидкостным реагентом и последующего его прессования и сушки, о т л и - чающийся тем, что, с целью придания бумаге заданных структурнодеформационных характеристикпри сохранении требуемой механической прочности бумаги в сухом и во влгикном состояниях, полученный волокнистый слой последовательно пропитывают 2-8%-ным раствором алюмината натрия и раствором одноосновной кислоты до получения рН волокнистого слоя после пропитки 8-9,5, прессование осуществляют при удельном давлении 520 МПа, а сушку ведут при 120-200 С. (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

И Л и Ю М

РЕСПУБЛИК

g(5g 0 21 Í 5 26

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И О;ГНРЫТИЙ . ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СОИДЕТЕЛЬСТВУ

ЖВ4 0(@ д (21) 3303524/29-12 (22) 16.06.81 (46 ) 30. 03. 83 ° Бюл. Р 12 (72) В.A.Aìîñîâ. Г.И.Чижов, А.Е.ГУ-.. щин н В.В.Шарков (71) Всесоюзное ордена Трудового

Красного Знамени научно-производственное объединение целлюлозно-бумажной промышленности и Ленинградская ордена Ленина лесотехническая академия им. С.М.Кирова (53) 676.393.(088.8) (56) 1 ° Von Byrd L. How much во1аture is needed to dwe1or strength in

dryformed hands huts. uTapp1", 1974, v, 57 Л 4, P. 131- 133, (54) (57) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БУМАГИ

СУХОГО ФОРМОВАНИЯ путем формования

„.,Я0„„1008326 А волокнистого слоя нэ целлюлозных, искусственных илн синтетических волокон, пропиткн полученного слоя жидкостным. реагентом и последующего его прессования н сушки, о т л и -ч а ю шийся тем, что, с целью придания бумаге заданных структурнодеформационных характеристик при сохранении требуемой механической прочности бумаги в сухом и во влажном состояниях, полученный волокнистый слой последовательно пропитывают

2-8%-ным раствором .алюмината натрия и раствором.одноосновной кислоты до получения рН волокнистого слоя после пропитки 8-9,5, прессование осуществляют при удельном давлении 5- @

20 МПа, а сушку ведут при 120-200 С.

1.008326

Изобретение относится к целлюлозно-бумажному производству, конкретно к способам получения различных видов бумаги и нетканых материалов, изготавливаемых на действующем оборудова-. нии и вновь создаваемых бумагоделательных машин усовершенствованных конструкций.

И вестен способ получения бумаги сухого формования путем формования волокнистого слоя иэ целлюлозных, !О искусственных или синтетических волокон, Пропитки полученного слоя жид- . костным реагентом и последующего его прессования и сушки. По этому пособу сформованный из аэровзвеси )5 целлюлозных волокон слой подвергают пропитке водой до влажности 85%, затем прессуют при давлении 7МРа и сушат в течение часа при 83 С. В резу0 льтате между волокнами целлюлозы возникают,как и при гидродинамическом способе получения бумаги, водородные связи через гидроксильные группы целлюлозы, и это придает готовому материалу определенную пРочность (1). 25

Недостатком данного способа является во-первых, низкий показа-. тель механической прочности, малая объемная масса, практически полная потеря прочности при повторном намокании бумаги (отсутствие влагопрочности и, во-вторых, рекомендуемый режим сушки из-эа длительности процесса невозможно реализовать в промышленных условиях.

Цель изобретения — придание бума- Ç5 ге структурно-деформационных характеристик при сохранении требуемой механической прочности бумаги в сухом и во влажном состояниях.

Поставленная цель достигается тем.4р что в способе получения бумаги сухого формования путем формования волокнистого слоя из целлюлозных, искусственных или синтетических волокон, пропитки полученного слоя жид- 45 костным реагентом и последующего его прессования и сушки, полученный волокнистый слой последовательно пропитывают 2-8%-ным раствором алюмината натрия и раствором одноосновной кислоты до получения РН волокнистого слоя после пропитки 8-9,5, прессование осуществляют при удельном давлении 5-20 МПа, а сушку ведут при 120200 С.

В результате последовательной про-55 питки сформованного сухим способом волокнистого слоя растворами алюмината натрия и одноосновной:кислоты, в композиции бумаги появляется активный гидроксид алюминия, молекулы ко- 60 торого состоят иэ полигидроксикомплексов алюминия; частицы его достигают размеров 40-60 мкм. Внутренняя координационная сфера алюминиевых полиядерных комплексов в момент обра- 65 зования гидроксида застроена молекулами воды, гидроксильными группами и анионами кислоты, с помощью которой производится гидролитическое разложение алюмината натрия. Во время прессования и сушки бумажного полОтна молекулы воды и одновалентные анионы замещаются на поверхностные гидрокси-. льные группы молекул целлюлозы, благодаря чему образуются многочисленные сшивки волокон типа "целлюлозагидроксид алюминия-целлюлоза".

В обычных условиях, в отсутствие гидроксидов алюминия, связи между во-. локнами целлюлозы почти исключительно образуются в том случае, когда расстояние между ними не превышает 22,75Л .Одним из преимуществ предлагаемого способа является то, что дополнительные поперечные связи через гидроксид алюминия образуются между целлюлозными волокнами при расстоянии между ними 40-60 мкм, т.е. в 2 ° 10 -3 10 раз больше, Благодаря этому обеспечивается относительно высокая подвижность волокон в структуре бумажного листа при его нагруже нии. Практически это выражается в существенном (в 2-3 раза) возрастании деформации до разрыва бумаги и работы разрыва по сравнению с бумагой известного способа получения.

Улучшение указанных показателей является очень важным для тароупаковочных и фильтрующих видов бумаги, Многовалентные анионы способностью замещаться на гидроксильные группы целлюлозы не обладают, по э ой причине для гидролиза алюмината натрия можно использовать только одноосновные кислоты — соляную, азотную, уксусную и т.п. ВодОродные связи между целлюлоэными волокнами образуются только на расстоянии 2-2,75А, а координационные связи через гидроксисоединения алюминия на расстоянии до 4060 мкм, таким образом, вероятность связывания волокон целлюлозы молекулами гидроксида алюминия во много раз выше, чем такая вероятность при реализации только водородных связей.

При использовании нецеллюлозных волокон, .неспособных к образованию водородных связей механизм создания прочности под действием гидроксидов алюминия отличается от вышеописанного. В этом случае трехмерная структура, образованная слабосвязанными волокнами, пронизывается множеством прочносвязанных друг с другом беспорядочно ориентированных линейных молекул гидроксида алюминия. В этой структуре волокна играют роль элементов, придающих системе необходимую жесткость и упруговязкие свойства, а.молекулы гидроксида алюминия выполняют функцию придания системе целостности и механи еcкой прочности.

1008326

П р и и е р 1. Сухой слой из soлокон сульфатной небеленой ..целлюлозы с массой 1 м, равной 100 r обраба.. тывают поочередно 2%-ным раствором . алюмината натрия и раствором соляной кислоты..Влажные отливки подвергают прессованию между двумя прессовыми сукнами при давлении 5,10 и 20 МПа, после чего высушивают на цилиндре при

160ОC. Разрывная длина образцов составляет соответственно для указанных 10 давлений 1160, 1180 и 1390 м, а влагопрочность — около 12% (табл. Ц .

Образцы бумаги, пригртовленные иэ того же волокнистого материала и в тех же условиях по известному способу, имеют разрывную длину 680, 700 и

830 м соответственно давлению прессования, а влагопрочность около 4%.

Таким образом, предлагаемый способ получения бумаги сухого формования позволяет повысить разрывную длину в

1,7 раза, а влагопрочность — в 3 раза

Повышение концентрации раствора алюмината натрия при обработке до

83 увеличивает разрывную длину до

1400, 1770 и 2100 м (для давлений прессования соответственно 5, 10 и

20 MIla), а влагопрочность возрастает до 26,7-28,8-27,3%. Таким образом, предлагаемый способ по сравнению с известным дает увеличение разрывной длины в 2-3 раза, влагопрочности — в

7 раз. Растяжимость бумаги возрасла в в 2-3 раза.

Пример 2. Сухой слой из волокон сульфитной небеленой целлюлозы 35 с массой .1 м, равной 100 г. о6рабатывают поочередно 5В-ным раствором алюмината натрия и раствором соляной кислоты. Влажные отливки прессуют при давлениях и температурах, ука- 40 эанных в примере 1. Разрывная длина как показано в табл. 2, составляет при давлении 5 МПа 750 м, при 10 ИПа780 м, а при 20 МПа — 950 м. Образ-, цы, изготовленные по известному спо- 45 собу, имеют разрывную длину 110; 350 и 3&0 м соответственно, т.е. в 2,2—

6,8 раза менее прочные. Влагопроч-. ность опытных образцов составляет 14% а контрольных — около 4,5%. Растяжимость бумаги составляет соответственно 5-6% против 2 -2,5%, т.е. возросла в условиях предлагаемого способа в 2-3 раза. Повышение температуры сушки отпрессованных образцов от 160 до

200 С (при неизменном режиме прессо- 55 вания увеличивает влагопрочность образцов, изготовленных по предлагаемому способу,до 19-19,4%. а изготовленных по известному способу - до 4,8-4,95%, Пример 3. Сухой слой, сфор -. 60 мованный из вискозных волокон длиной 5-6 м,обрабатывают последовательно 8%-ным раствором алюмината натрия и раствором соляной .кислоты и прессуют под давлением 5, 10 и 20 МПа, 65 после чего высушивают при 120оC на металлическом барабане. Образцы, как показано в табл. 3. имеют paàðûâную длину 300, 320 и 420 м соответственно давлению прессования, при влагопрочности 22,5 - 23,1 — 24,5%.

Растяжимость бумаги составляет 4,56%. Образцы бумаги, полученные из вискозных волокон по известному способу, разрушаются при попытке снять их с сетки - после высушивания.

Необходимость поддержания рН после пропитки в пределах 8-9,5Ъ объясняется тем, что при рН больше 9,5 гидроксида алюминия образуется очень мало и эффекты от его присутствия незначительны. При рН ниже 8, хотя полнота осаждения гидроксида алюминия близка к 100%, его активность по отношению к волокнам резко понижается. В табл. 4 приведены данные, подтверждающие необходимость поддержания рН листа бумаги после пропитки в указанных пределах. В этой таблице приведены показатели качества отливок, изготовленных иэ древесной: целлюлозы по известному и предлагаемому способам при температуре сушки 160 С.

При других температурах сушки наблюдаемые закономерности остаются такими же.

При температурах ниже 120 С положительный эффект от гидроксида алюминия заметно понижается, что связано с неполной дегидратацией его. При. температурах выше 200 С влагопрочность, выраженная в процентах, продолжает расти, но остальные показатели качества иэ-за начинающейся в этих условиях термической деструкции целлюлозы существенно понижаются

Поэтому в формуле изобретения и указаны пределы температуры 120-200 С.

Что же касается давления прессования, то тут наблюдг.ется вполне закономерная тенденция улучшения показателей качества с ростом последнего. Однако на современном промышленном оборудовании, используемом в целлюлозно-бумажном производстве, получить давление свыше 20 МПа невозможно. Поэтому в формуле изобретения и указаны пределы 5-20 ИПа (при давлениях ниже 5 МПа предлагаемый способ по сравнению с известным очевидных преимуществ не имеет).

Таким образом, использование предлагаемого способа получения бумаги сухого формования позволяет получить более прочную по сравнению с известным бумагу в сухом. и, особенно, во влажном состоянии. Растяжимость опытной бумаги (удлинение при разрыве) также значительно возрастает при использовании предлагаемого способа.

Экономический эффект от внедрения предлагаемого способа получения бумаги сухого формования составит не менее 180000 руб.

1008326,1

4т 1

III 1

1 1

Х I

К1

О 1

III I а о в с

° ф С Ъ О РЪ

tA ч-4 4 ъ с с

С"Ъ Ю С 3

nl СЧ СЧ о а

М а cf Ч Ф4

1О Ю

М

tA IA У

» а о

М (Ч

О о

СЧ а а

М Ю

° Ф Ф о а о

» Ф М а э а о

Ю а а а с

tA а о о с с

СЧ СЧ

I Х

35к а

Сб Сб с

I0 ItI ItI

04 Х Х о о

О ОЪ

ОЪ ОЪ г4 %4 о о

° -4 tA

I CO с

01 д

4 0 Н

cov

g0,Î

С» СЧ

Ь

Ю ф

СЧ СЧ

ОъВ сч а

% % М ф IO г4 а-4 г4 т-4

СЧ

%-4

С"Ъ

М »

СЧ СЧ с4 г4

СЧ СЧ

» » Ф Ф

Я dP а

О4 с

e III а сб

1 Э о а

°, Ъ

\О IA о а а

E М » ч а а

Ю

Ю

Ю о о с с

1О 1О о а

М » (Ч СЧ о

СЧ

°

Д ъ

Я 63 а х съ4бХ

04 Х 5 о о

Ю I Ф С г4: ч4

Ю Ю о

О

CO

ICE

Ю

М

РЪ

IA

С \

» Ъ о о -4 л-4 с

01 М

4 0 Н еоо к ао

СС! и Х

РЪ г4 с с

О\ ОЪ т4 г4

СЧ Ф

М » »

РЪ С Ъ РЪ

4 Н сч о

М »

Г Ъ С Ъ

2 аю

СЪ с

4б Э а сб а о ъ! ° ъ

1О 1О а о о

» » » Р О

М

ЪО о а

» »

tCt O о а

М »

СЧ СЧ а

СЧ

1

1 1 с

Э ф

1 Х Х

N 03 х о о

СЧ ICI

С Ъ IA

%-4 %-4 о о

ОЪ О

10 ф х

1 Х о и!

Э 40 Ф а о 1х кой

Э к

Ф Э

Ф х

Р х

I н о к о ох

v x он ко ие ф а о о о о с СЧ а о

III н о

Э . 0I а о н

4б а а о

Э III

4б а

ItI C 44 и

Э1 аср щ

gwz

OI c4

Я О х

1 се Э ф z

1 it

III а z

1 .I

I

I

I

1

I

I

1

1

I

1

1

I

v ь х

u

<б а 1

> 1

Н I

<б 1 а 1

Э I

Э

Н I

1

I

I! 1 вб I н I

v II

1 О I

ОХ4 I

1 4 Х 1 ео 1 к а 1

» I

1 I ХЭ 1

I эасб 1

1 ХL" Ì

Х Р

В Э Я

>,ха о о о о о о

o a e e c4 о, -4 44 4 %4 о о о о о о ф в а I o ,-4,-4 С Ъ i-4 ч-4 4» -4 ч-4 -4 т4

О О О О О

О С Ъ О С Ъ С Ъ Э

ОЪ О СЪ О О СОЪ -4 4 с 4 -4 с 4 о о о о а 4 сЧ а -4 сЧ

С Ъ

М Ф ь с.4

С Ъ

СЧ

С Ъ

С»

СЧ а

М а

О а-4

СЧ

С»

ОЪ

%-4

М

1О

С »

СЧ о

СЧ

I

1

f !

1

1

I

I

I

1

1

1

1

I

1

I

I

1

1

I

I

I

1

1

I

1

1

1

I

1

I

1

I

1

1

1

1

1

I

I

I

1

I !

1

1

1

1

1

1

I

1

1 I

1 I Ь ф»

I ф М

LA LO LA с с с

«Ф LA «Ф а с

° Ф

Ю с о

С Ъ о 4

«4

«-4 ю а с с

° 4 «Ф о а с с а а

1

I !

I о

C) а ° 4 с с

О«

СЧ СЧ

О .СЧ 4 с с с

Ch Ю О1

«Ч «4 «4 о с с

° ф С«Ъ 4 «4

«4 с

РЪ

«" 4

СЧ

1 о о о а СЧ О

CO О««4 о о

Ch «4

Ф Ch о о

Ch «Y О Ф

I

1

I

I !

1

I

1

1

I

1 о с

«О о о

\ с

«D EO о о с а а а о с с а а

OI с с

С«Ъ 4 «4

4«Ъ

° Ф

СЧ

СЧ О с с т4

СЧ СЧ

Ch СЧ с ° о о

° -4 «4

LO Ch «Y с с с

° 1 С«Ъ «У

I.

I

I ю о

CO IA

Ch о о

С Ъ LO

IO 4О о о о

«4 а Ф

«4 С«Ъ С«Ъ

1.

I

1

1 о а с с

IA а о о с с

«О «О о о с с

IA LA о

« а о о а с с

СЧ СЧ тЧ с о

«-4

I

1

С» с

«-4

СЧ О с с

1 t»

«4 « 4

О О СЧ с

С«Ъ С«Ъ С«Ъ

CO «О с

Ch Ol о

СЧ

«-4 о о

Г«Ъ С«Ъ а

1

I

1 о

СЧ

Ю

«.4 о о о

«ч сч а

«-4 С«Ъ С Ъ о о

СЧ CO

«О «О

Ю

С »

Ю о о а о

«Ф LA о о

«-4 СЧ о о

IA «-4 СЧ «4 о

OaJ

III

«4

Ю сК

I5 а

CII I u а» сб мха

I u

» 63 со а! о

» ItI а а

1 о

О 3С

us

ЭЖIO. а 43 Ц с

О1М

4 Ф 34 ф о о» рао

I 1 и

m tO IC 3 3 фуаLЦ

„хаф

I . 1 о! м

1 4Ф34» еоо в ао

3. сб

1 1 Й

N Pl IC М .

3L RX5

1 - I

I Ф Я» I м а 1

XIIII с1

Ctt Q III CII 1

0çж4аф 1 о! м

0 3

cIou» рa,о

3С 1

IO Я 1 ж I ф с 1

Я ф I

o,õ 3

m g - I сбЯ; 1 — — 41 о î о

\ с с

I«4 СЧ СЧ

Ф Ф Ch с с с

° Ф М Ф о о о

С«Ъ Ф Ю

«"4 С«Ъ 4«Ъ о а о с с

СЧ СЧ С«3

1008326 о а с с а а

С Ъ Ol с с

СЧ С«Ъ

«4 . ° 4 о о

Ю LA

CO а о. с с

СЧ С Ъ

«4 «-4

« о о о

CO Ф

Ъ о

3»

«4

ill с

I

1

1

I

1

1

I

I !

I

I

1

1

1

I

I !

I !

1

1

I

1

1

1

1

1

1

I

I

I

1

I

1 !

1008326

М

9 Я

Х 2I

9 и

Х 4 х а

О Л

М Ф Ф

1

0 ! ч

1 A

Н

0 и ао

g Х

Ъ М

Ch Ю

1 1 1

C)

О

СЧ

1

I (1

1 1 I

Х 9 М

9 Ed х а

Х 9 ца2

>Ха

Л Л

% М

° и с3

I 1

Л с4 с ъ

CO! с

0 1 О

dI0Ою ц ао

33! И Х

1 I 1

1 I Х

1 353 а

g) ф с

Cd rd 3d р Х Х

1 1 I

Я ь

1 ае

9 И 333

Х 2 . асю 933

> ха

Ul, О О . О

М 1 М сФ Ul Ul

Ul Ю

М М Ф Ul

О Ul

М М

Ul Л

I I 1

Ш Ф О О с Ш

\О 1 сЛ с 0 I A

Cl Н

3d 0 Od3

РЪ т.3

% %

Ul Ф -4 %-4

Ul с-4 Л

М М М (Ч с РЪ с3

CV Г 4 СЧ

Ю

3Ч

I 1 р ао

1 Х

353

0 ф) ф с

ХХХ

0 Х Х

I I 1

I 1

1 9 I 1

1; ОЕ

Id 9 9 Q IL 3d 9 хХ Р о0 0Х Ц

О О

Ul с-4 СЧ а

Н о

0 а

14

Н

0 ф а

Ig 333 Я

Х

Н о

Х 3

3 О"

Х Ф3

1 <С дР <О

Ф Z

1 (33> l5

Л Z

0, dP Ф

СЧ K

М у

0 ч

1

Т 1

1 1

I 1

Х

1-

О 3d

9 Х

0, Н

Ео

03:

Ю C

0 о

0 (° и

О О О О Л О О

% E с Ъ с с

«3 3 Ф Р Ф Ф

Ф Î 3 I 3 О

Ь с Ъ Ъ Ю М %

О Ch 3Ч i ee M Ul а4 с4 N hl M M M

Ul О .О О О О О О О с О <Ч О Ф О <Ч Ul 3»

Г Ъ РЪ Ф eF Ю M чФ cF Ф

Л О Ш О О О О

Ъ ъ с Ь ° с

Л 3 ЪФ

CO О О Ф (РЪ

\ М М М М с Ш Р 1 Ф РЪ

Ф A а.1 а.1 СЧ N С Ъ

О О О О О О О Л О

i-4 M Ch CO Ch О CO г1 Л

РЪ С ) РЪ СЪ Г ) 3 РЪ 3 с3

О О О О О О О О О

С Ъ f (Ч Ch Ю Ul O <Ч <Ч

СЧ (Ч M СЧ с"Ъ РЪ Г Ъ сУ

О О О О О О

Ul тЧ 3Ч Л с-3 (Ч Ш г4 СЧ

1008326

Таблица4

Влияние величины рН осаждения гидроксида алюминия на показатели качества бумаги сухого формования из древесной целлюлозы рН осаждения гидроксида алюминия

Способ обработки полотна

8- 9,5

680

680

Известный

2,0

4,2

700

2,0

700

830

4,2

2,0

830

Предлагаемый

6,0- 12,3

3,0 6,2 1160

770

3,5 6,1 1180 6,0 12,7

810

3,0 6;1 1390 6,0 12,1

800

- 5%-ный раствор NaA 90 5

3,5 7,2 1150 6,0 17,9

750

800

3,5 7,4 1170

3 5 7,5 1700

930

8%-ный раствор йаАРО 5

3,0 9,9 1400

790

3,5 10,1 1770

810

3 5 10,0 2100

980

Составитель Е.Васильев

Редактор П.Макаревич Техред Т.Маточка . Корректор A.Ãðèöåíêî

Заказ 22.85/39 Тираж 382 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.,д.4/5

Филиал ППП "Патент", г.ужгород,ул.Проектная,4

2%-ный раствор

»А f02

Давление прессования;

МПа

Разрыв- Удлиненая дли- ние, Ъ на, МПа

Влагопрочность, %

Разрывная . длина, МПа уд и- В нения, прочЪ ность, %

2,0 4,1

2,0 4,2

2,5 4,2

5,5 18,2

5,5 18,5

6,0 . 26,7

5,5 28,2

5,5 27,3