СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БУМАГИ Российский патент 2023 года по МПК D21H17/67 D21H17/69 

Изобретение относится к целлюлозно-бумажной промышленности и может быть использовано, например, в производстве писче-печатных видов бумаги для повышения удержания минерального наполнителя в бумаге с одновременным увеличением механической прочности бумаги.

Известны способы обработки материалов, содержащих карбонат кальция, для повышения количества наполнителя в бумаге, патент РФ-RU №2585785, МПК D21H 17/67, опубл. 10.06.2016. Сущность изобретения заключается в том, что водную суспензию материала, содержащего карбонат кальция смешивают с кислотой, полученную суспензию смешивают с анионным полимерным связующим веществом, а затем с катионным полимером. Изобретение позволяет повысить оптические и механические свойства "бумажных продуктов, исключить стадии измельчения и концентрирования пигментных частиц. Недостатком этого способа является сложный многостадийный технологический процесс, в котором задействовано несколько химических реагентов.

Наиболее близким аналогом заявляемому решению (способом-прототипом) по технической сущности является способ производства бумаги и композиции бумаги, патент RU №2538582, МПК D21H 17/67, опубл. 10.01.2015, в котором композицию бумаги получают добавлением наполнителя к суспензии волокон, причем наполнитель и/или волокна обрабатывают сначала катионным полиэлектролитом и затем наиоволоконной целлюлозой (NFC), посредством их добавления в суспензию волокна и наполнителя. Изобретение позволяет повысить прочность бумаги с одновременным повышением удержания наполнителя в бумаге. RU 2538582 пример 1 - прототип, образцы NFC25 и NFC50, включающий подготовку волокна из целлюлозы твердых пород древесины (березы), приготовление суспензии наполнителя, получение наиоволоконной целлюлозы (NFC), варку катионного крахмала. Для реализации способа целлюлозные волокна перемешивают в резервуаре с раствором крахмала в течение 15 минут. В тоже время в другом резервуаре перемешивают суспензию наполнителя с наиоволоконной целлюлозой (NFC) в течение 15 минут. Затем обе смеси выливают в один и тот же резервуар и перемешивают 15 минут и из полученной бумажной массы получают бумагу. Основным недостатком указанного изобретения является сложный многостадийный процесс получения наиоволоконной целлюлозы (NFC) для модификации наполнителя, в осуществлении которого задействовано большое количество химических реагентов, что повышает экологическую нагрузку на производство бумаги, в подготовке бумажной композиции используется катионный крахмал в количестве 25, 50 и 100 мг/г волокна, чрезмерное количество которого негативно сказывается на технологическом процессе и свойствах продукции.

Техническим результатом заявляемого решения является повышение технологичности процесса сохранения прочности бумаги при высоком содержании в ней наполнителя, за счет обработки только наполнителя в одну стадию при использовании для обработки экологически безопасного материала.

Поставленная задача достигается тем, что в способе получения бумаги, включающем подготовку композиции для получения бумаги из наполнителя и волокон растительной целлюлозы, при содержании наполнителя в количестве 1-50% от сухой массы волокон в композиции бумаги, наполнитель предварительно обрабатывают наиоволоконной целлюлозой посредством ее добавления в суспензию наполнителя. Существенными признаками является связанная совокупность приемов получения бумаги и в качестве наиоволоконной целлюлозы применяют целлюлозу бактериального происхождения (БЦ), синтезированную штаммом бактерий Komagataeibacter (Gluconacetobacter) rhaeticus Всероссийской коллекции промышленных микроорганизмов.

Бактериальную целлюлозу, используемую для обработки наполнителя, получают путем поверхностного культивирования штамма Komagataeibacter (Gluconacetobacter) rhaeticus. Нано-гель-пленку (НГП) бактериальной целлюлозы получают на питательных средах, содержащих в качестве источника углерода отходы или полуотходы производств, имеющих моносахара, например, гидролизат древесины или щелока целлюлозно-бумажного производства, патент РФ-RU №2189394, МКИ С12Р 19/04, C12N 1/20, C12R 1/02, опубл. 20.09.2002. Способ реализован на модельной установке для производства нано-гель-пленки. Бактериальную целлюлозу после биосинтеза в условиях поверхностного культивирования в виде нано-гель-пленки (НГП) очищают от питательной среды многократным кипячением в 0,5%-ном водном растворе гидроксида натрия и тщательно промывают дистиллированной водой до нейтральной реакции, Malcolm R., Brown J.R. The Biosynthesis of cellulose, J.M.S. - Pure Appl. Chem., A 33 (10), pp. 1345-1373 (1996). Из этого же литературного источника известно, что в указанных условиях биосинтеза образуется НГП в виде целлюлозных лент, у которых два размера из трех наноуровневые. НГП размалывают в дезинтеграторе при 15000±10 об/мин при концентрации суспензии 0,1% в течение 10 мин.

В качестве минерального наполнителя применяют осажденный карбонат кальция.

Для лучшего понимания сущности заявленного решения прилагаются чертежи, где:

на Фиг. 1 представлена технология введения и перемешивания компонентов;

на Фиг. 2 представлена зависимость удержания карбоната кальция, в бумаге от к добавляемого количества карбоната кальция в бумагу, где:

1- образец бумаги, содержащий карбонат кальция не обработанный БД;

2- образец бумаги, содержащий карбонат кальция обработанный БЦ в количестве 1% от сухой массы волокон;

3- образец бумаги, содержащий карбонат кальция обработанный БЦ в количестве 3% от сухой массы волокон;

4- образец бумаги, содержащий карбонат кальция обработанный БЦ в количестве 5% от сухой массы волокон;

на Фиг. 3 представлена зависимость прочности при растяжении бумаги от содержания наполнителя в бумаге при обработке наполнителя БЦ в количестве 5% массы сухих волокон;

на Фиг. 4 представлена зависимость прочности при растяжении образцов бумаги от содержания наполнителя, обработанного БЦ в количестве от 1-5% массы сухих волокон.

Для подтверждения соответствия заявляемого изобретения требованию «промышленная применимость» приводим примеры конкретной реализации.

Пример 1.

В заявляемой технологии используют беленую сульфатную лиственную целлюлозу марки ЛС-1 (Архангельский ЦБК). Целлюлозу подвергают размолу в ролле Вэлли (ISO 5364-1) при концентрации 1%, до степени помола 30±2°ШР (ISO 5267-1).

Наполнитель представляет собой товарный скаленоэдрический осажденный карбонат кальция со средним размером частиц 2,3 мкм, степенью белизны 95%, и содержанием сухого вещества 19%.

Обработку наполнителя ведут в одну ступень следующим способом: предварительно готовят суспензию наполнителя концентрацией 25%. В суспензию наполнителя добавляют суспензию БЦ с концентрацией 0,1% и перемешивают в течение 1 5 минут. Смесь добавляют в бумажную массу из беленой сульфатной лиственной целлюлозы и перемешивают в течение 15 минут. Порядок введения компонентов при реализации способа представлен на фиг. 1.

В бумажную массу вводят 5-15% наполнителя от массы сухого волокна, обработанного 1-5% БЦ от массы сухого волокна. Из бумажной массы изготавливают образцы бумаги массой 80 г/м² на аппарате Раиид-Кеттен (ISO 5269-1). У образцов определяют разрушающее усилие (ISO 1924-1-96), зольность при температуре прокаливания 550°С, при которой практически не происходит потерь карбоната кальция (ГОСТ 7629-93). Результаты представлены на фиг 2.

Фиг. 2 демонстрирует удержание наполнителя в образцах бумаги в зависимости от добавленного количества наполнителя. Кривые иллюстрируют результаты, полученные для образцов, содержащих необработанный наполнитель (кривая 1) и обработанный наполнитель БЦ в количестве 1-5% от массы сухого волокна (кривые 2, 3, 4). Как показано на фиг. 2 обработка наполнителя БЦ в количестве 5% к массе сухого волокна обеспечивает высокое удержание карбоната кальция при добавлении его в бумажную массу в количестве от 5 до 15% к массе сухого волокна.

Пример 2.

Способ, согласно настоящему изобретению, заметно увеличивает не только удержание наполнителя, но и прочность образцов бумаги с высоким и сверхвысоким содержанием наполнителя в количестве 1-50% массы сухого волокна в композиции бумаги. Технология введения компонентов аналогична примеру 1.

Фиг. 3 демонстрирует прочность при растяжении образцов бумаги в зависимости от содержания наполнителя при обработке наполнителя БЦ в количестве 5% от массы сухого волокна. Кривые иллюстрируют результаты, полученные для образцов бумаги содержащих обработанный (кривая 4) и не обработанный БЦ наполнитель (кривая 1). Применение обработанного БЦ наполнителя приводит к существенному повышению механической прочности с одновременным увеличением содержания наполнителя в бумаге. Даже при сверхвысоком содержании наполнителя в бумаге - 48% прочность не опускается ниже прочности образцов бумаги, не содержащих наполнитель.

Фиг. 4 демонстрирует прочность при растяжении образцов бумаги в зависимости от содержания наполнителя, обработанного БЦ в количестве 1-5% от массы сухого волокна. Кривые иллюстрируют результаты, полученные для образцов бумаги содержащих наполнитель, обработанный БЦ в количестве 1% от массы сухого волокна (кривая 2); в количестве 3% от массы сухого волокна (кривая 3); в количестве 5% от массы сухого волокна (кривая 4). При увеличении количества БЦ для обработки наполнителя от 1 до 5% от массы сухого волокна повышается механическая прочность бумаги с одновременным увеличением содержания наполнителя в бумаги.

Таким образом, заявляемая совокупность действий: подготовка композиции для получения бумаги из наполнителя и волокон растительной целлюлозы, при содержании наполнителя в количестве 1-50% от сухой массы волокон в композиции бумаги, предварительная обработка наполнителя наиоволоконной целлюлозой в количестве 1-5% от массы сухого волокна посредством ее добавления в суспензию наполнителя, позволяет применять метод обработки наполнителя в технологии получения писче-печатных и документных видов бумаги, которые вырабатываются с применением минерального наполнителя.

Изобретение относится к целлюлозно-бумажной промышленности и может быть использовано, например, в производстве писчепечатных видов бумаги. Способ получения бумаги включает подготовку композиции для получения бумаги из наполнителя и волокон растительной целлюлозы, при содержании наполнителя в количестве 1-50% от сухой массы волокон в композиции бумаги. Наполнитель предварительно обрабатывают нановолоконной целлюлозой посредством ее добавления в суспензию наполнителя. В качестве нановолоконной целлюлозы применяют бактериальную целлюлозу, синтезированную штаммом Komagataebacter (Gluconacetobacter) rhaeticus в количестве 1-5% от сухой массы волокон в композиции бумаги. Обеспечивается сохранение прочности бумаги при высоком содержании в ней наполнителя. 4 ил., 2 пр.

Способ получения бумаги, включающий подготовку композиции для получения бумаги из наполнителя и волокон растительной целлюлозы, при содержании наполнителя в количестве 1-50% от сухой массы волокон в композиции бумаги, причем наполнитель предварительно обрабатывают нановолоконной целлюлозой посредством ее добавления в суспензию наполнителя, отличающийся тем, что в качестве нановолоконной целлюлозы используют бактериальную целлюлозу, синтезированную штаммом бактерий Komagataebacter (Gluconacetobacter) rhaeticus в количестве 1-5% от сухой массы волокон в композиции бумаги.