Наполнение бумаги
3.3. Наполнение бумаги
Цели введения наполнителей показаны на рис. 31.
По содержанию наполнителей бумага делится на пять групп:
1) с естественной зольностью (электроизоляционная, фильтровальная, бумага-основа для пергамента и др.);
2) малозольная, зольность менее 6 % (газетная, обойная и др.);
3) средней зольности, зольность 6–18 % (писчая, офсетная, типографская и др.);
4) повышенной зольности, зольность 18–23 %;
5) высокозольная, зольность более 23 % (типографская, иллюстрационная, для глубокой печати, словарная); некоторые виды бумаги можно отнести к 4-й и 5-й группам.
Рекомендуемые материалы
Рис.31 - Достоинства и недостатки введения наполнителя в массу
Влияние наполнителя на свойства бумаги приведено на рис.32.
Введение наполнителя улучшает просвет бумаги. Большинство наполнителей уменьшает шум при перелистывании. Гипс придаёт бумаге звонкость и жёсткость.
Непрозрачность бумаги повышается с увеличением степени дисперсности наполнителя. Улучшается преломление и отражение света частицами наполнителя.
Белизна бумаги зависит от степени белизны наполнителя. Для бумаги из небелёной целлюлозы степень белизны наполнителя 70–75 %, для бумаги из белёной целлюлозы - 85–90 %. Кроме того, белизна бумаги зависит от степени дисперсности наполнителя. Наибольшей кроющей способностью обладают сульфит цинка (бланфикс) и двуокись титана.
Наполнитель в бумаге располагается неравномерно из-за сильного отсасывающего действия обезвоживающих элементов сеточного стола.
Удержание наполнителей в бумаге
Значительная часть наполнителей уходит с подсеточной водой, а удерживается в бумаге 70 – 80 % наполнителя при использовании флокулянтов и 30–40 % без них.
Наполнитель удерживается в бумаге механически за счёт адсорбции и флокуляции. Механическое удержание зависит от размеров и форм частиц наполнителя, размера волокон и вида компонентов бумаги.
Лучшим удержанием обладает тальк (60–70 %), имеющий чешуйчатую форму. Частицы каолина имеют округлую форму и его удержание составляет 35–40 %.
Наибольшей удерживающей способностью обладает древесная масса и соломенная целлюлоза, имеющие наиболее тонкие и мелкие волокна, наименьшей - хлопковая полумасса, дающая пористую бумагу.
Рис. 32 - Влияние наполнителя на свойства бумаги
Удержание увеличивается с повышением степени помола, так как увеличивается поверхность волокна. Однако при дальнейшем размоле появляется много мелочи, которая вместе с наполнителем проваливается сквозь сетку при отливе бумаги. Сульфат алюминия понижает отрицательный потенциал заряженных частиц наполнителя и способствует его удержанию.
Флокулирующие вещества (полиакриламид, полиоксиэтиленимин) связывают частицы наполнителя и мелкие волокна в флокулы, которые задерживаются на сетке бумагоделательной машины. При расходе полиакриламида (ПАА) 200–300 г/т бумаги удержание повышается на 20–25 %. Раствор ПАА вводят в коллектор напорного ящика; более раннее введение снижает его действие.
Проклейка бумаги увеличивает удержание наполнителя, так как осаждающийся клеевой осадок увлекает частицы наполнителя. В связи с этим существует определённый порядок введения химикатов в бумажную массу. При изготовлении малозольных видов бумаги сначала в массу вводят клей, затем глинозем и каолин. При изготовлении высокозольных видов бумаги последовательность такова: клей, каолин, сульфат алюминия.
Влияние технологических параметров на удержание наполнителей (рис.33)
Номер сетки. Общепринятое мнение, что с увеличением номера сетки возрастает удержание наполнителя, нуждается в корректировке. Обезвоживание непосредственно через сеточную ткань заканчивается почти мгновенно при контакте бумажной массы с сеткой, поскольку сразу же начинается образование волокнистого фильтрующего слоя. Поры слоя значительно тоньше, чем ячейки сетки, поэтому удерживаемость при прочих равных условиях определяется именно пористой структурой волокнистого фильтрующего слоя.
Рис. 33- Влияние технологических параметров на удержание наполнителей
Виды наполнителя
Каолин (белая глина) – наиболее распространённый наполнитель, поступает на фабрику в виде плиток или в молотом виде в мешках. Белизна 75–80 %, лучших сортов до 94 %, средний размер частиц 0,2–0,5 мкм.
Тальк. Белизна 70–85 %, размер частиц 2–20 мкм. Используется для получения бесшумной бумаги.
Гипс. Размер частиц 1–10 мкм, белизна 68–93 %. Недостаток - растворимость в воде. Придаёт бумаге звонкость, жёсткость; применяется для писчей, почтовой, фотобумаги.
Мел - карбонат кальция. Белизна 70–96 %, размер частиц 5 мкм. Придаёт бумаге мягкость, белизну, снижает прозрачность. Недостаток - взаимодействует с глиноземом с выделением СО2, который вызывает пенообразование. Применяется как пигмент для мелования, для получения папиросной и сигаретной бумаги, выполняя при этом функцию регулятора горения.
В качестве наполнителя в основном используется карбонат кальция, полученный не из мрамора (что предпочтительно), имеющего твердую кристаллическую структуру, а из аморфного мела, придающего бумаге повышенную пылимость и впитываемость печатной краски и не обеспечивающего высокие оптические свойства.
Сернокислый барий (бланфикс), природный – грубодисперсный, искусственный - высокодисперсный, белизна 98–99 %. Хорошо удерживается в бумаге. Применяется для высокосортных видов бумаги (для фотоподложки, печати и др.).
Двуокись титана. Обладает высокой белизной и дисперсностью. 5–8 % двуокиси титана заменяют 30 % каолина, но его цена в 35–40 раз выше, однако введение его экономически выгодно (вводят 2–3 % в сочетании с другими наполнителями).
Асбестовый наполнитель - единственный, который имеет положительный заряд и обладает высокой удерживающей способностью – до 80 %.
Использование талька в ЦБП
На БДМ смола приходит в основном с целлюлозой и в агломерированном виде является источником многочисленных и неприятных проблем. В частности, она становится причиной образований грязных пятен на бумажном полотне, являющихся грубым и неустранимым браком. Налипая на прессовых валах, смола становится причиной обрывов бумажного полотна. Вызывая отложения на гидропланках, валиках и других частях машин, она представляет собой источник риска работоспособности оборудования. Отлагаясь на сетках и сукнах, вызывая обрывы бумажного полотна, смола служит причиной снижения эффективности производства. Кроме того, осаждение смолы на технологическом оборудовании и емкостях создает условия для роста микроорганизмов, усиливая проблему слизеобразования.
Тальк, благодаря своим уникальным свойствам, препятствует слипанию коллоидных частиц смолы. Этот самый мягкий минерал, частицы которого имеют пластинчатую форму, обладает гидрофобными и органофильными свойствами, адсорбирует частицы смолы. Вто же время, химическая инертность талька не влияет на химизм технологического процесса (что позволяет регулировать содержание смолы).
На рис. 34 показана адсорбция смолы на поверхности талька. Адсорбированные частицы смолы уже не могут образовывать вредные отложения, т.к. тальк удаляет смолу из процесса в невредной форме вместе с конечным продуктом. Если все же произошло образование агломератов, тальк адсорбирует их на своей поверхности и значительно снижает их прилипание (рис.35).
Кроме того, этот минерал существенно улучшает экологическую безопасность производства, заметно снижая за счет адсорбции концентрацию органических веществ в процессных и сточных водах.
Обычно дозировка талька (микроталька) для борьбы со смолой составляет 5…15 кг на тонну сырья, в зависимости от содержания смолы в целлюлозе. Тальк надо добавлять прежде, чем малостабильные коллоидные частицы смолы образуют агломераты.
Рис.34- Адсорбция смолы тальком
Рис.35 – Смолистый агломерат, покрытый частицами талька
Тальк является традиционным наполнителем бумаги наряду с каолином и карбонатом кальция, но если масштабы последних определялись, главным образом, их низкой стоимостью, использование талька в качестве наполнителя обусловлено следующими достоинствами:
- в отличие от гидрофильного каолина, тальк гидрофобен. Его частички, находясь в бумажной массе, адсорбируют на себе микропузырьки воздуха и смолы, образуя кинетически менее подвижные агрегаты частиц, нежели каолин. В таком состоянии агрегаты тальковых частиц при отливе оказываются в межволоконном поровом пространстве. частицы же каолина при отливе и отсосе на сеточном столе более подвижны и могут выводиться капиллярными силами за межволоконное пространство, существенно снижая прочность бумаги;
- высокая пластичность талька позволяет использовать для наполнения продукты с большим средним размером частиц. Как известно, с увеличением размера наполнителя, негативное влияние его на прочность уменьшается;
- больший средний размер частиц (по сравнению с каолином) и конфигурация его частиц (чешуйки) обусловливают лучшее удержание талька при отливе и обезвоживании;
- при использовании смеси каолин-тальк, мел-тальк за счет свойств талька происходит увеличение удержания наполнителя. При этом скорость обезвоживания бумажной массы повышается более чем на 20 %;
- благодаря своей пластичности тальк позволяет резко снизить шероховатость бумаги, и таким образом, улучшить печатные свойства, уменьшить расход клеильного состава на клеильном прессе.
Кроме талька для борьбы со смоляными затруднениями используют финтальк, асбест, бентонит, иногда каолин, но с большим расходом. Вводить наполнители лучше в нескольких местах и чем раньше по потоку, тем лучше.
На смоляные затруднения в значительной степени влияют соли жесткости воды. Присутствие ионов кальция и магния приводит к образованию нерастворимых солей жирных кислот, которые выпадают в осадок, становятся центрами коагуляции смолы.
Мелование
Для получения высококачественной печатной бумаги используется мелование и поверхностная проклейка (рис.36). Меловальное устройство, устанавливаемое непосредственно на бумагоделательную машину, усложняет её конструкцию и обслуживание, но экономически это выгоднее, чем отдельные меловальные установки.
Рис.36 - Меловально-клеильные установки
В настоящее время широко распространены пленочные прессы.
В лекции "Контрастные вещества в гепатологии" также много полезной информации.
На рис. 37и 38 приведены схемы ножевого меловального устройства и вращающегося стержня.
Разравнивание мелованного слоя и регулирование его толщины происходит при помощи ножевого шабера или вращающегося стержня (вращающегося ракеля), иногда используют воздушный шабер (снятие избытка пасты и разравнивание покровного слоя происходит за счет воздушного потока с определенным давлением. Количество наносимого покрытия можно регулировать при помощи изменения давления прижима шабера или стержня к валу, а при работе ножевого устройства использованием также лезвий различной толщины (0,30…0,381 мм).
Покрытие может наноситься на промежуточный вал (пленочный пресс) либо непосредственно на бумагу.
Этот пресс состоит из двух наносящих и двух передающих валов. Передающие валы служат для предварительной подачи слоя меловальной пасты к наносящим валам. Передающие валы имеют диаметр 500 мм и изготовлены из стержня из мягкой стали, покрыты слоем нержавеющей стали, и обмотаны проволокой из нержавеющей стали, диаметром 0,40 мм.
Наносящие валы служат для передачи пленки меловальной пасты (полученной при передачи от передающих валов) поверхности бумаги. Наносящие валы имеют диаметр 900 мм и изготовлены из стержня из мягкой стали с резиновым покрытием.
