Способ получения картона с белым покровным слоем

Изобретение относится к производству картона-основы для мелования и может быть использовано в целлюлозно-бумажной промышленности. Способ включает приготовление первой бумажной массы из дисперсии размолотого до заданной степени помола макулатурного волокна добавлением в нее катионного полиакриламида, второй бумажной массы из дисперсии размолотой до заданной степени помола смеси беленой лиственной целлюлозы с небольшим количеством беленой хвойной целлюлозы добавлением в дисперсию бентонита 10-20 кг на тонну сухого волокна, затем суспензии смеси талька с мелом в количестве 50-200 кг на тонну волокна, затем эмульсии стабилизированного крахмалом алкенилянтарного ангидрида. В последнюю очередь добавляют катионный полиакриламид. Суспензию мела и талька готовят в смесителе в условиях, обеспечивающих интенсивное истирающее воздействие частиц мела на частицы талька. Тальк содержит не менее 80% частиц с размером 5-50 мкм и не менее 70% частиц с размером 5-30 мкм. 3 з.п. ф-лы, 1 табл., 3 пр.

 

Изобретение относится к производству картона-основы для мелования и может быть использовано в целлюлозно-бумажной промышленности.

Известно, что одним из самых эффективных средств, используемых для проклейки массы в производстве бумаги различного назначения, является ангидрид алкенил-янтарной кислоты, или алкенил-янтарный ангидрид (по зарубежному обозначению - ASA). Его используют в виде водной эмульсии с размером капель ASA порядка 1 мкм.

Однако это вещество имеет недостаток, заключающийся в том, что продукты гидролиза в виде нерастворимых органических кислот обладают высокой липкостью и загрязняют не только волокно, но и элементы бумагоделательной машины (Tappi Journal, 07.1992 г., стр.85-92).

Известно также, что в производстве картона с белым покрывным слоем, используемого в качестве основы для мелования, некоторые факторы, связанные с наличием в бумажной массе липких частиц, оказывают существенное отрицательное влияние на качество продукции. Липкие компоненты - это остаточная смола в сульфатной лиственной целлюлозе, составляющей основную часть волокна в бумажной массе для покровного слоя, а также продукты гидролиза ASA. Значительные отложения липких веществ на элементах бумагоделательной машины (БДМ), в особенности на диффузорах, зеркалах вакуумформеров, на прессовых валах, напорных сортировках приводят к образованию при отливе дефектов полотна покровного слоя в виде полос и вмятин. Эти дефекты остаются видимыми и после мелования покровного слоя. Липкие фрагменты на волокнах целлюлозы приводят к их избыточной гидрофобизации и при наличии в бумажной массе пузырьков воздуха - к чрезмерной флокуляции волокон, что также приводит к появлению дефектов покровного слоя при его отливе. После нанесения на покровный слой меловального покрытия эти дефекты также остаются видимыми. Кроме того, чрезмерая флокуляция целлюлозной массы в сочетании с интенсивным вакуумным отсосом в зоне формования приводит к значительному уносу наполнителей, и, соответственно, к снижению степени их удержания.

В этой связи создание новых технологий производства картона, позволяющих исключить влияние нежелательных факторов на качество продукции, следует считать важной задачей.

Наиболее близким по технической сущности и назначению к предлагаемому изобретению в части приготовления покровного белого слоя является способ уменьшения отложений смоляных липких частиц в процессе производства бумаги путем добавления в бумажную массу смеси талька и бентонита (патент US №5798023, МПК D21H 21/02, опубл. 25.08.1998 г.). Массу добавляемого талька выбирают в диапазоне от 0,05 до 20 кг на тонну сухого волокна в бумажной массе. Соотношение, в мас.ч., бентонит/тальк выбирают в диапазоне от 1:1 до 0,1:20. Эти компоненты подают в бумажную массу либо одновременно в виде их смеси, либо сначала подают тальк, а затем бентонит. В одном из вариантов использования способа в массу подают также сополимер полиакриламида с диаминодифенилом.

Этот способ считают эффективным, однако степень связывания, и, соответственно, удержания смолистых и других липких частиц в бумажной массе все же следует считать недостаточно высокой.

Новыми положительными результатами от использования предлагаемого решения являются повышение степени удержания смоляных и других липких частиц в бумажной массе, и, соответственно, увеличение длительности безостановочной работы БДМ, а также повышение качества покровного слоя и меловального покрытия.

Указанные результаты достигаются тем, что в способе получения картона с белым покровным слоем, включающем приготовление первой бумажной массы из размолотого до заданной степени помола макулатурного волокна путем добавления в нее катионного полиакриламида, второй бумажной массы из дисперсии размолотой до заданной степени помола смеси беленой лиственной целлюлозы с небольшим количеством беленой хвойной целлюлозы путем добавления в дисперсию бентонита, талька и катионного полиакриламида, формование из масс слоев основы и белого покровного слоя, соединение слоев в полотно картона, его прессование и сушку, согласно изобретению, во вторую дисперсию дополнительно добавляют мел и стабилизированный катионным крахмалом алкенил-янтарный ангидрид (ASA), причем сначала добавляют бентонит в количестве 10-20 кг в расчете на тонну сухого волокна, затем тальк в виде суспензии его смеси с мелом в количестве 50-200 кг сухих компонентов в расчете на тонну волокна, далее в массу добавляют эмульсию алкенил-янтарного ангидрида и последним добавляют катионный пролиакриламид, при этом суспензию мела и талька готовят в смесителе в условиях, обеспечивающих интенсивное истирающее воздействие частиц мела на частицы талька. В бентоните основной его компонент монтмориллонит находится в количестве 80% и представлен Na-формой. При получении суспензии талька и мела ее перемешивают в течение 10-30 мин. Тальк содержит не менее 80% частиц с размером 5-50 мкм и не менее 70% частиц с размером 5-30 мкм.

Способ осуществляют следующим образом. Из макулатурного волокна с заданной степенью помола готовят дисперсию, добавляют в нее известное количество катионного полиакриламида и получают первую бумажную массу. Эта масса предназначена для получения основного слоя картона.

Вторую бумажную массу готовят из дисперсии смеси лиственной сульфатной беленой целлюлозы и небольшого количества хвойной сульфатной беленой целлюлозы, размолотой до заданной степени помола. После размола в целлюлозу, например, в машинном бассейне, добавляют 10-20 кг бентонита в расчете на тонну сухого волокна. Бентонит должен содержать не менее 80% монтмориллонита в Na-форме.

Затем в массу подают суспензию талька и мела. Эту суспензию готовят в смесителе по специально разработанной технологии в условиях, обеспечивающих интенсивное истирающее воздействие частиц мела на пластинчатые частицы талька. Сначала в смеситель подают гранулированный тальк, содержащий не менее 80% частиц с размером 5-50 мкм и не менее 70% частиц с размером 5-30 мкм. После интенсивного перемешивания в течение 5-7 мин в смеситель подают мел. Соотношение количеств талька и мела выбирают равным 1:2. Общая концентрация минералов в суспензии 50-200 г/л. Смесь перемешивают в течение 10-25 мин. При абразивном истирании частиц талька более твердыми частицами мела в суспензии появляются более тонкие пластины талька, а также его наноразмерные частицы, обладающие высокой активностью.

Количество подаваемой в целлюлозную массу суспензии выбирают с расчетом получить при отливе заданное наполнение покровного слоя минеральными компонентами в диапазоне, например, 5-10%, в расчете на массу волокна.

Далее в массу подают известное количество эмульсии ASA и, в последнюю очередь, известное количество катионного полиакриламида в качестве удерживающего агента.

В результате гидролиза ASA образуется некоторое количество нерастворимых липких органических кислот. Однако частицы бентонита, талька, в особенности, наноразмерные, налипают и на свободные частицы «целлюлозной» смолы, и на продукты гидролиза ASA, и на те частицы, которые находятся в виде липких отложений на волокнах. В этих процессах важным фактором является натриевая форма преобладающего компонента бентонита - монтмориллонита. В итоге все изначально липкие вещества полностью теряют способность прилипать к элементам и узлам БДМ и остаются при отливе в полотне бумаги. При такой экранизации липких фрагментов бумажная масса практически полностью оказывается микрофлокулированной, а это, в свою очередь, приводит к повышению степени удержания в полотне наполнителей и мелких волокон, улучшению равномерности распределения массы при отливе, и, соответственно, повышению качества белого слоя, качества его мелования и картона в целом.

Повышению степени удержания в полотне всех компонентов массы в значительной мере способствует также наличие в ней пластинчатых частиц талька, имеющих большую геометрическую поверхность (размер в поперечном сечении до 50мкм).

Из первой и второй бумажных масс обычным способом формуют основу картона и покровный белый слой. Оба слоя соединяют, прессуют, сушат и получают картон-основу для мелования.

Поскольку сравнить эффективность предлагаемого способа получения картона с исключением возможности образования отложений липких компонентов на элементах и узлах БДМ и способа по прототипу можно лишь в промышленных условиях при длительной непрерывной работе машины, были проведены испытания предлагаемого способа в течение 44 дней (включая примеры 1 и 2) и способа по прототипу в течение 32 дней (пример 3). Для полноты сравнения способ по прототипу произвольно дополнен технологическими операциями, связанными с получением слоя-основы картона из макулатурного волокна. Эти части способов одинаковы по исполнению, а также в том, что они не влияют на явления и процессы при получении покровных белых слоев, различающихся в сравниваемых способах так, как указано в формуле изобретения и в его описании. Так как бумага по прототипу, включая способ ее приготовления и степень связывания липких компонентов массы, физически может быть покровным белым слоем, она также произвольно при сравнении обозначена как покровный слой.

При выработке двухслойного картона с белым покровным слоем составы первой бумажной массы в примерах одинаковы. Составы целлюлозы, количества проклеивающего агента, талька и бентонита в расчете на тонну целлюлозы во второй бумажной массе в примерах 1 и 3 также примерно одинаковы. Однако технологии приготовления второй бумажной массы в примерах различаются так, как указано в формуле предлагаемого изобретения.

При выработке картона по заданным в примерах 1 и 2 программам, в течение 14 дней из 44-х характеристики картона как немелованного, так и мелованного, соответствовали заданным. Загрязнения на узлах и элементах БДМ в виде липких отложений и в конце 44-х дней работы не обнаружены. Расход суспензии талька и мела в примерах меняли до того момента, пока степень наполнения покровного слоя всеми минеральными компонентами не достигала заданного уровня в диапазоне 5-10% (см. таблицу).

При выработке картона по примеру 3 через 11-12 дней качество картона заметно снижалось, машину приходилось останавливать и производить чистку загрязненных мест по всему тракту движения массы и полотна. Третью остановку произвели на 32-й день.

В таблице приведены данные по характеристикам картона и покровного слоя и расходу наполнителей, относящиеся к предлагаемому способу (примеры 1 и 2) и к способу по прототипу (пример 3).

Таблица.
Характеристики продукции и расход наполнителей
№ приме ра	Масса картона, г/м2	Масса покровного слоя, г/м2	Зольность покровного слоя, %	Расход наполнителей, кг/т слоя
мел	тальк	бентонит (монфлок)
1	420	41,0	9,45	6,4	3,2	13,5
2	370	43,9	5,93	3,8	1,9	9,33
3	400	40,4	3,32	-	3,4	12,7

Таким образом, при проведении выработок по предлагаемому способу, в частности, по примерам 1 и 2, достигались все указанные положительные результаты. Следует считать, что они обеспечены правильным подбором компонентов бумажной массы, в первую очередь, минеральных, их предварительной подготовкой с получением оптимальных характеристик, порядка и места добавления в массу всех ее компонентов.

1. Способ получения картона с белым покровным слоем, включающий
приготовление первой бумажной массы из дисперсии размолотого до заданной степени помола макулатурного волокна путем добавления в нее катионного полиакриламида,
второй бумажной массы из дисперсии размолотой до заданной степени помола смеси беленой лиственной целлюлозы с небольшим количеством беленой хвойной целлюлозы путем добавления в дисперсию бентонита, талька и катионного полиакриламида,
формование из масс слоев основы и белого покровного слоя,
соединение слоев в полотно картона, его прессование и сушку,
отличающийся тем, что
во вторую дисперсию дополнительно добавляют мел и стабилизированный катионным крахмалом алкенилянтарный ангидрид, причем
сначала добавляют бентонит в количестве 10-20 кг в расчете на тонну сухого волокна,
затем тальк в виде суспензии его смеси с мелом в количестве 50-200 кг сухих компонентов в расчете на тонну волокна,
далее в массу добавляют эмульсию алкенилянтарного ангидрида и
последним добавляют катионный полиакриламид, при этом
суспензию мела и талька готовят в смесителе в условиях, обеспечивающих интенсивное истирающее воздействие частиц мела на частицы талька.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в бентоните основной его компонент монтмориллонит находится в количестве не менее 80% и представлен в Na-форме.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что суспензию мела и талька в смесителе интенсивно перемешивают в течение 10-30 мин.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что тальк содержит не менее 80% частиц с размером 5-50 мкм и не менее 70% частиц с размером 5-30 мкм.