СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ БУМАГИ, УСТОЙЧИВОЙ К ЗАГРЯЗНЕНИЮ Российский патент 2008 года по МПК D21H27/16 D21H27/28 D21H21/02 D21H19/00 D21H17/36 D21H17/66 

Изобретение относится к области целлюлозно-бумажного производства, в частности к способу изготовления бумаги, устойчивой к загрязнению, используемой для векселей, акций, сберегательных сертификатов, банкнот и т.д.

Известен способ изготовления бумаги, устойчивой к загрязнению, включающий подачу волокнистой суспензии на бумагоделательную машину, формование бумажного полотна, обработку бумажного полотна проклеивающим составом, нанесение на одну или обе стороны бумажного полотна прозрачного состава, включающего неокрашенный полиуретан с функциональными добавками, и последующую сушку (патент РФ №2138593, кл. D21H 21/40, 02.11.1996 г.).

Недостатком данного способа является необходимость использования многостадийной обработки, при которой бумажное полотно сначала обрабатывают проклеивающим составом, а затем на него наносят прозрачное покрытие. Кроме того, применяемый для нанесения прозрачного покрытия полиуретан является дорогостоящим продуктом и его использование в технологическом процессе приводит к удорожанию бумаги.

Также известен способ изготовления бумаги, устойчивой к загрязнению, заключающийся в том, что на бумагу после запечатывания наносят состав, содержащий простые или сложные эфиры целлюлозы (патент США №4830902, кл. В32В 3/00, 16.05.1989 г.).

Основным недостатком этого способа является то, что защитное покрытие наносят на бумагу после полной стадии запечатывания, что удлиняет процесс изготовления и повышает себестоимость готового изделия.

Наиболее близким техническим решением к заявленному является способ изготовления бумаги, устойчивой к загрязнению, включающий формование из растительных волокон бумажного полотна, пропитывание его составом на основе поливинилового спирта, сушку и каландрирование (Выложенная заявка Германии №4040347, кл. D21Н 27/28, 17.12.1990 г.).

Недостатком способа является повышенный расход поливинилового спирта, необходимость снижения его степени полимеризации для получения растворов необходимой вязкости и невысокая устойчивость полученной бумаги к загрязнению. Кроме того, достигаемый в этом способе привес поливинилового спирта способствует снижению некоторых физико-механических показателей бумаги, например показателя сопротивления раздиранию и т.д.

Техническим результатом, достигаемым в заявленном техническом решении, является повышение устойчивости бумаги к загрязнению при сохранении ее высоких физико-механических показателей.

Технический результат достигается тем, что в способе изготовления бумаги, устойчивой к загрязнению, включающем формование из растительных волокон бумажного полотна, пропитывание его составом на основе поливинилового спирта, сушку и последующее каландрирование, в пропиточный состав добавляют аммониевую соль хелата титана и молочной кислоты, используя поливиниловый спирт с весовой концентрацией менее 8%, а сушку бумажного полотна осуществляют при температуре не менее 100°С.

Сущность способа заключается в следующем.

Осуществляют размол исходного волокнистого сырья, состоящего в основном из хлопковых волокон, приготовляют бумажную массу. В приготовленную бумажную массу добавляют наполнители (двуокись титана, мел, каолин и т.д.) и добавки для повышения прочности бумаги в сухом и мокром состоянии (натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы, альгинат натрия, крахмал, эпихлоргидринная смола и т.д.). Кроме того, в бумажную массу при необходимости добавляют вещества для внутримассной проклейки бумаги (димеры алкилкетена и т.д.), красители (прямые, кислотные и т.д.) и маслоотталкивающие добавки (перфторалкилфосфаты и т.д.).

Из приготовленной бумажной массы, разбавленной до нужной концентрации, формуют на круглосеточной или плоскосеточной бумагоделательной машине бумажное полотно.

Сформованное и предварительно подсушенное бумажное полотно пропускают через клеильный пресс или пропиточную ванну, где его обрабатывают составом, который содержит поливиниловый спирт (ПВС) с весовой концентрацией менее 8%, а также аммониевую соль хелата титана и молочной кислоты. Кроме того, пропиточный состав при необходимости содержит пластифицирующие добавки, такие как глицерин, этиленгликоли и т.д.

Желательно использовать ПВС со степенью гидролиза ацетатных групп более 95 мол. % и степенью полимеризации менее 3000. Еще более предпочтительно использовать ПВС со степенью гидролиза ацетатных групп более 98 мол. % и степенью полимеризации менее 2000. Можно использовать и ПВС с другими характеристиками.

Аммониевую соль хелата титана и молочной кислоты добавляют в пропиточный состав в виде водного раствора. Причем количество добавляемой соли по отношению к ПВС (в пересчете на двуокись титана) зависит от степени полимеризации и весовой концентрации ПВС и может изменяться в широких пределах.

Например, при использовании в пропиточном составе ПВС со степенью полимеризации от 1100 до 1200 с весовой концентрацией 4%, весовое отношение соли к ПВС (в пересчете на двуокись титана) не превышает 5%. Еще более предпочтительно, если оно будет не более 3%.

Если весовое отношение соли к ПВС превышает указанные значения, то наблюдается значительное снижение эффективности пропитки из-за повышения вязкости пропиточного состава.

Бумажное полотно, обработанное в клеильном прессе или пропиточной ванне, высушивают и пропускают через машинный каландр для обеспечения необходимой гладкости и сматывают в накат.

Процесс сушки обработанного пропиточным составом бумажного полотна осуществляют при температуре не менее 100°С, которая поддерживается, по крайней мере, в одной паре сушильных цилиндров или в аэрофонтанной сушке.

Необходимость нагрева бумажного полотна в сушильной части бумагоделательной машины до указанной температуры объясняется тем, что приводящее к необходимому эффекту химическое взаимодействие между ПВС и солью осуществляется в основном при повышенных температурах.

Соль, смешанная в водном растворе с ПВС, при обычной температуре практически не изменяет своих свойств, но приобретает необходимую активность при повышении температуры, когда структура хелата начинает разрушаться с образованием свободных радикалов, взаимодействующих с гидроксильными группами ПВС. Этот процесс значительно ускоряется при температуре не менее 100°С.

В качестве аммониевой соли хелата титана и молочной кислоты целесообразно использовать товарный продукт «Tyzor LA», поставляемый компанией «Du Pont». При совпадении свойств применяют и товарные продукты других изготовителей.

Для определения устойчивости бумаги к загрязнению применяют следующий метод.

Загружают в стальной барабан (внутренний объем - 0,0175 куб.м) 2 килограмма стеклянного бисера и грязевую смесь, состоящую из глины (0,3 г), этилового спирта (0,5 мл), соевого (0,48 мл) и оливкового масла (0,46 мл). Приводят барабан во вращение от электропривода (5 минут, 60 об/мин) для равномерного распределения грязевой смеси по поверхности стеклянного бисера.

Наклеивают приготовленные для испытания образцы бумаги верхней и сеточной стороной с помощью двухсторонней липкой ленты на внешнюю поверхность цилиндра из поливинилхлорида (вес - 0,6 кг, толщина стенок - 4 мм) и укладывают указанный цилиндр поверх загрязненного стеклянного бисера внутри стального барабана.

Барабан вращают 15 минут в каждом направлении, после чего вынимают полимерный цилиндр и осторожно отклеивают с его поверхности испытуемые образцы. Устойчивость образцов бумаги к загрязнению оценивают по изменению (ΔL*) показателя яркости L* до и после загрязнения, измеренного на спектрофотометре «Eirepho 3000». Кроме того, определяют относительную устойчивость бумаги к загрязнению по следующей формуле:

Z=100(ΔL*контр-ΔL*тест)/ΔL*контр, где

Z - относительная устойчивость бумаги к загрязнению, %;

ΔL*контр - разность яркости контрольного образца бумаги до и после загрязнения;

ΔL*тест - разность яркости тестовых образцов бумаги до и после загрязнения.

Показатель «Z» в вышеуказанной формуле характеризует, на сколько повышается устойчивость к загрязнению тестовых образцов бумаги в сравнении с контрольным образцом. В соответствии с методикой расчета любой образец может быть выбран в качестве контрольного. При этом «Z» указанного образца принимают равным нулю.

Процесс измерения осуществляют при следующих настройках спектрофотометра: источник освещения - D65, угол наблюдения - 10°, апертура - 40 мм, фильтр - UVINC.

Примеры осуществления заявленного способа.

Пример 1

Осуществляют размол хлопкового волокнистого сырья и приготавливают бумажную массу необходимой концентрации. В эту массу на разных стадиях подготовки вводят, считая на вес абсолютно сухого волокна, 5% двуокиси титана, 2% эпихлоргидринной смолы и 2,3% натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы. Из приготовленной бумажной массы на круглосеточной бумагоделательной машине формуют бумажное полотно с остаточным влагосодержанием 7% и массой квадратного метра 85 г.

Полученную бумагу испытывают на устойчивость к загрязнению и физико-механические показатели. Результаты испытания показаны в таблице.

Пример 2

Бумагу, изготовленную в примере 1, обрабатывают пропиточным составом, содержащим 4% (вес.) ПВС со степенью полимеризации 1200 (степень замещения ацетатных групп не менее 99,0%), 1% «Tyzor LA» от веса ПВС (в пересчете на двуокись титана), 4% (об.) глицерина.

Бумагу обрабатывают методом погружения при температуре пропиточного состава 40-45°С и сушат 1 минуту при 120°С. Пропитанные образцы бумаги испытывают на устойчивость к загрязнению и физико-механические показатели. Результаты испытания показаны в таблице.

Пример 3

Бумагу, изготовленную в примере 1, обрабатывают так же, как и в примере 2, с той разницей, что «Tyzor LA» добавляют в пропиточный состав в количестве 2% от веса ПВС (в пересчете на двуокись титана). Температура пропиточного состава и режим сушки такие же, как в примере 2.

Пропитанные образцы бумаги испытывают на устойчивость к загрязнению и физико-механические показатели. Результаты испытания показаны в таблице.

Пример 4

Бумагу, изготовленную в примере 1, обрабатывают так же, как в примере 2, с той разницей, что «Tyzor LA» добавляют в пропиточный состав в количестве 3% от веса ПВС (в пересчете на двуокись титана). Температура пропиточного состава и режим сушки такие же, как в примере 2.

Пропитанные образцы бумаги испытывают на устойчивость к загрязнению и физико-механические показатели. Результаты испытания показаны в таблице.

Пример 5 (бумага, не устойчивая к загрязнению)

Бумагу, изготовленную в примере 1, обрабатывают так же, как в примере 2, с той разницей, что в пропиточном составе не используется «Tyzor LA».

Температура пропиточного состава и режим сушки такие же, как и в примере 2.

Пропитанные образцы бумаги испытывают на устойчивость к загрязнению и физико-механические показатели. Результаты испытания показаны в таблице.

Пример 6 (прототип)

Бумагу, изготовленную в примере 1, обрабатывают пропиточным составом, содержащим 15% ПВС со степенью полимеризации 400 (степень замещения ацетатных групп 98,0-98,8%), 4% (об.) глицерина.

Температура пропиточного состава и режим сушки такие же, как и в примере 2.

Пропитанные образцы бумаги испытывают на устойчивость к загрязнению и физико-механические показатели. Результаты испытания показаны в таблице.

ТаблицаРезультаты испытания образцов бумагиНаименование показателяПример № 123456Привес, %-7,37,77,28,316,5Прочность на излом, число двойных перегибов (в поперечном направлении)190041005600510029002300Сопротивление раздиранию (по Эльмендорфу), мН (среднее по двум направлениям)980874850824880804Разрывная длина, м (среднее по двум направлениям)630066006700680059007200ΔL* (среднее по верхней и сеточной стороне)321917142823Z,%040,646,956,212,528,1

При вычислении относительной устойчивости бумаги к загрязнению (Z) в качестве контрольного варианта выбрали образец бумаги без пропитки, изготовленной в соответствии с примером 1.

Как видно из указанных примеров, использование в пропиточном составе аммониевой соли хелата титана и молочной кислоты позволяет значительно повысить устойчивость к загрязнению в сравнении с бумагой, не содержащей вышеуказанную соль (пример 5). Кроме того, заявленный способ позволяет получить бумагу с более высокой устойчивостью к загрязнению и более высокими физико-механическими показателями, такими как прочность на излом и сопротивление раздиранию, чем у прототипа (пример 6).

Образцы бумаги, изготовленные в соответствии с примерами 2-6, запечатали на пробопечатном устройстве «Prufbau» и они показали хорошие печатно-технологические свойства. Кроме того, полученные пробные оттиски через семь дней после запечатывания подвергли стирке в горячих растворах мыла и стирального порошка. При этом они показали хорошую стойкость красочного слоя к воздействию этих растворов.

Таким образом, заявленный способ является экономичным, позволяет получить бумагу с хорошей устойчивостью к загрязнению при сохранении высоких физико-механических показателей и не требует увеличения концентрации ПВС свыше 8% при одновременном снижении степени его полимеризации с целью обеспечения необходимой вязкости пропиточного состава.

Изобретение относится к области целлюлозно-бумажного производства, в частности к способу изготовления бумаги, устойчивой к загрязнению, используемой для векселей, акций, сберегательных сертификатов, банкнот и т.д. Способ заключается в том, что из растительных волокон формуют бумажное полотно, пропитывают его составом, содержащим поливиниловый спирт с весовой концентрацией менее 8%, аммониевую соль хелата титана и молочной кислоты. Бумажное полотно, обработанное в клеильном прессе или пропиточной ванне, высушивают при температуре не менее 100°С, пропускают через машинный каландр для обеспечения необходимой гладкости и сматывают в накат. Техническим результатом является повышение устойчивости бумаги к загрязнению при сохранении ее высоких физико-механических показателей. 1 табл.

Способ изготовления бумаги, устойчивой к загрязнению, включающий формование из растительных волокон бумажного полотна, пропитывание его составом на основе поливинилового спирта, сушку и последующее каландрирование, отличающийся тем, что в пропитывающий состав добавляют аммониевую соль хелата титана и молочной кислоты, используя поливиниловый спирт с весовой концентрацией менее 8%, а сушку бумажного полотна осуществляют при температуре не менее 100°С.