Способ изготовления вододиспергируемой бумаги Российский патент 2024 года по МПК D21H19/12 D21H27/00 

Группа изобретений относится к целлюлозно-бумажной промышленности, в частности к производству бумаги, которая обладает улучшенным диспергированием в воде и может использоваться в тех областях, где требуется быстрое растворение или диспергирование подложки в воде в процессе ее технического применения или после, с целью утилизации.

Известен способ изготовления водораспускающейся бумаги (SU 1035113, опубл. 15.08.1983), в котором диспергируют в воде целлюлозу, вводят в полученную дисперсию натриевую соль карбоксиметилцеллюлозы и обрабатывают полученную бумажную массу органическим растворителем с образованием водно-органической смеси. Причем перед формованием бумажного полотна водно-органическую смесь фильтруют, отфильтрованный продукт сушат до воздушно-сухого состояния и затем диспергируют в воде.

Известен способ изготовления быстро диспергируемой бумаги (JPS40-968 B1, опубл. 20.01.1965), в котором в смесь древесной целлюлозы и хлопкового линтера добавляют волокнистую целлюлозогликолевую кислоту, затем обрабатывают бумагу органическим растворителем, содержащим газообразный аммиак или аммоний.

Известен способ изготовления водорастворимой бумаги со схемой вышивания (RU 2671752, опубл. 06.11.2018), в котором изготавливают смесь из древесной целлюлозы и соли щелочного металла карбоксиметилцеллюлозы, при этом средняя длина целлюлозных волокон в бумаге составляет 0,1-10 мм, для получения смеси используют древесную целлюлозу со степенью помола 17-45°ШР, из полученной однородной суспензии формуют на сетке бумажное полотно, обезвоживают и сушат.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является способ производства бумаги (GB 1321334 A, опубл. 27.06.1973) из бумажной массы, включающей не менее 20 мас. % карбоксиметил- или карбоксиэтилцеллюлозы или их солей, при этом указанные целлюлозные материалы находятся в волокнистой форме и имеют степень этерификации от 0.1 до 1.0. Способ включает добавление соединения щелочного металла на полотно из указанной массы, пока оно находится на носителе в процессе производства бумаги, а затем сушку полотна, при этом соединение щелочного металла берется в таком количестве, что рН бумаги после сушки составляет от 8 до 10.

Недостатком указанного технического решения GB 1321334 является низкая стабильность щелочных растворов (далее - растворов), особенно, если они содержат в своем составе спирты или другие органические растворители. Мы установили, что такие растворы, непосредственно после изготовления, а также в процессе обработки бумаги на бумагоделательной машине (далее - БДМ) способны терять свою стабильность (выпадение осадка, расслоение и т.д.) Причиной, вероятно, является взаимодействие щелочных солей с ионами щелочноземельных или других металлов, попадающими в раствор на стадии его изготовления или при обработке бумаги на БДМ. Эта проблема затрудняет применение растворов, а для ее частичного устранения и минимизации приходится использовать для изготовления растворов воду высокой очистки (деионизированная, дистиллированная и т.д.), что отражается на себестоимости готовой продукции.

Задачей предложенной группы изобретений является устранение недостатков известных технических решений.

Техническим результатом заявленной группы изобретений является повышение стабильности щелочных растворов, используемых для обработки бумажного полотна на БДМ, и изготовление бумаги с хорошим диспергированием в воде.

Это достигается предложенным способом, в котором изготавливают бумагу из бумажной массы, включающей волокнистую карбоксиметилцеллюлозу в водонерастворимой форме, на полученное бумажное полотно наносят раствор солей щелочных металлов и/или гидрата окиси калия и/или гидрата окиси натрия, причем, в соответствии с изобретением, вышеуказанный раствор содержит динатриевую соль этилендиаминтетрауксусной кислоты в количестве 5-30 мас. % от содержащихся в растворе солей щелочного металла и/или гидрата окиси калия и/или гидрата окиси натрия.

В частности, раствор дополнительно содержит не более 40 об. % метилового, этилового или изопропилового спирта.

Преимущественно, концентрация солей щелочных металлов и/или гидрата окиси калия и/или гидрата окиси натрия в растворе составляет 6-25 мас. %.

Преимущественно, в растворе используют в качестве солей щелочных металлов углекислый калий, уксуснокислый натрий, однозамещенный фосфорнокислый натрий или их смеси.

Также технический результат достигается за счет изготовления вододиспергируемой бумаги заявленным способом.

Под вододиспергируемой бумагой в заявленном способе подразумевается бумага, которая при попадании в воду легко распускается при перемешивании на отдельные волокна. Это свойство позволяет применить указанную бумагу в тех процессах, где требуется быстрое растворение или диспергирование подложки при погружении в воду. Например, вододиспергируемую бумагу применяют как основу для нанесения схемы для вышивания, как основу для изображений на мыле, для упаковки химикатов, для печати конфиденциальных документов и т.д.

Заявляемый способ осуществляют следующим образом.

Изготавливают бумажную массу, применяя древесную целлюлозу (сульфатная, сульфитная и т.д.), хлопковую целлюлозу, лен, химико-термомеханическую массу, вискозное волокно и т.д. Указанные волокнистые полуфабрикаты дезинтегрируют, размалывают до степени помола 15-40°ШР или, что более предпочтительно - до степени помола 15-25°ШР. Затем, к суспензии добавляют и перемешивают волокнистую карбоксиметилцеллюлозу в водонерастворимой форме. При необходимости в полученную бумажную массу вводят наполнители (двуокись титана, каолин и т.д.), красители (прямые, кислотные и т.д.) и другие добавки.

В качестве волокнистой карбоксиметилцеллюлозы в водонерастворимой форме в изобретении применяют карбоксиметилцеллюлозу в кислой форме (Н-КМЦ), получаемую, например, обработкой натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы (Na-КМЦ) водным раствором ортофосфорной кислоты, как это описано в документе RU 2178420. В частном случае, в изобретении применяют водонерастворимые соли карбоксиметилцеллюлозы (Al, Ba, Zn, Sn и Mg), как это подробно описано в документе GB 1321334.

Содержание волокнистой карбоксиметилцеллюлозы в водонерастворимой форме в бумаге должно составлять 30-70 мас. %. При содержании карбоксиметилцеллюлозы менее 30 мас. % не удается получить бумагу с хорошим диспергированием в воде. В обратном случае, при содержании карбоксиметилцеллюлозы в бумаге более 70 мас. %, возникают сложности с отливом бумаги и обработкой бумажного полотна раствором в клеильном прессе, пропиточной ванне и т.д. Степень этерификации карбоксиметилцеллюлозы составляет 0,1-1,0 или, что более предпочтительно - 0,4-0,6.

Из приготовленной бумажной массы известным способом формуют бумажное полотно на круглосеточной или плоскосеточной БДМ. Сформованное бумажное полотно после предварительной сушки обрабатывают в клеильном прессе или в пропиточной ванне заявленным в изобретении раствором с целью перевода карбоксиметилцеллюлозы из водонерастворимой формы в водорастворимую, затем высушивают, каландрируют и сматывают на накат. В частном случае раствор наносят на предварительно изготовленную бумагу-основу на отдельно стоящей установке, например, методом полива, с помощью воздушного шабера и т.д.

В изобретении применяют метиловый, этиловый и изопропиловый спирт. Раствор содержит не более 40 об. %. спирта. Введение в раствор спирта позволяет снизить обрывность бумажного полотна и повысить эффективность его проводки через пропиточную ванну, клеильный пресс и т.д. При содержании более 40 об %. спирта не удается ввести в раствор необходимое количество щелочи и, как следствие не удается получить бумагу с хорошим диспергированием.

В растворе используют в качестве солей щелочных металлов соли с растворимостью при 20°С более 100 г (считая на 100 г воды): углекислый калий (111,7), гидрат окиси калия (111,9), гидрат окиси натрия (109,2), уксуснокислый натрий (123,5), однозамещенный фосфорнокислый натрий (112) или их смеси. Применение этих солей позволяет повысить концентрацию щелочи в растворе при сохранении его хорошей стабильности. В способе изобретения предпочтительно использовать углекислый калий, гидрат окиси калия или их смеси.

Концентрация солей щелочных металлов в растворе составляет 6-25 мас. %. Если концентрация солей щелочных металлов в растворе меньше 6 мас %, не удается ввести в бумагу необходимое количество щелочи. В обратном случае, при концентрации солей щелочных металлов больше 25 мас. %, наблюдается пожелтение и ухудшение физико-механических характеристик бумаги.

Динатриевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты является комплексообразователем и образует устойчивые растворимые соединения с катионами многих металлов. В способе изобретения в качестве динатриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты целесообразно применять химикаты с товарным названием «Трилон Б» и «Трилон БД». При совпадении формулы активного вещества можно использовать и другие химикаты.

Добавка в раствор динатриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты в количестве 5-30 мас. % от соли щелочного металла позволяет повысить стабильность раствора и, в том числе, в процессе использования раствора для обработки бумаги на БДМ. При добавке менее 5 мас. % от соли щелочного металла динатриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты не удается достичь необходимого результата с точки зрения повышения стабильности раствора. Добавка более 30 мас. % от соли щелочного металла динатриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты (далее - Na₂ЭДТА) является избыточной и экономически не обоснованной.

Далее заявленный способ подробно объясняется на следующих примерах.

Примеры осуществления изобретения.

По известной технологии изготовили бумажную массу, содержащую 60% хвойной беленой сульфатной целлюлозы и 40% Н-КМЦ. Из этой бумажной массы на круглосеточной бумагоделательной машине сформовали бумажное полотно, которое после предварительной сушки обработали в пропиточной ванне растворами разного состава с добавкой и без добавки Na₂ЭДТА (Примеры 1-20).

Стабильность растворов оценивали визуально по внешнему виду после работы на БДМ через 4 часа с момента изготовления: отличная - раствор полностью прозрачный, осадок отсутствует; хорошая - раствор почти прозрачный, имеется небольшой осадок; плохая- раствор мутный с большим количеством осадка. Результаты оценки стабильности растворов в зависимости от добавки Na₂ЭДТА даны в таблице 1.

Анализ полученных результатов показал, что добавка Na₂ЭДТА позволяет улучшить стабильность растворов в процессе обработки бумажного полотна на БДМ. Причем, эффективное количество добавляемого Na₂ЭДТА зависит от содержания щелочи и наличия в растворе изопропилового спирта (ИПС).

Все растворы, изготовленные в соответствии с заявляемым способом (Примеры 3-5, 7-10, 12-14 и 17-19), продемонстрировали улучшение стабильности, по сравнению с растворами, изготовленными в соответствии с прототипом (Примеры 1, 6, 11 и 16). Кроме того, образцы бумаги, изготовленные в соответствии с заявляемым способом (Примеры 3-5, 7-10, 12-14 и 17-19), испытали на диспергирование в воде, и они показали хороший результат.

Таким образом, заявляемый способ позволяет, по сравнению с прототипом, повысить стабильность щелочных растворов, используемых для обработки бумажного полотна на БДМ, и способствует изготовлению бумаги с хорошим диспергированием в воде.

Таблица 1 - Стабильность растворов в зависимости от добавки Na₂ЭДТА К₂СО₃, мас. % Na₂ЭДТА, мас. % от соли щелочного металла Стабильность Вода 100 об. % Пример 1
(прототип) 16 - плохая Пример 2
(сравнительный) 16 3 плохая Пример 3 16 5 хорошая Пример 4 16 10 хорошая Пример 5 16 20 отличная Вода 90 об. % + ИПС 10 об. % Пример 6
(прототип) 12 - плохая Пример 7 12 5 хорошая Пример 8 12 10 хорошая Пример 9 12 20 отличная Пример 10 12 30 отличная Вода 70 об. %. + ИПС 30 об. % Пример 11
(прототип) 8 - плохая Пример 12 8 10 хорошая Пример 13 8 20 хорошая Пример 14 8 30 отличная Пример 15
(сравнительный) 8 35 отличная Вода 60 об. % + ИПС 40 об. % Пример 16
(прототип) 6 - плохая Пример 17 6 10 хорошая Пример 18 6 20 хорошая Пример 19 6 30 отличная Пример 20
(сравнительный) 6 35 отличная

Изобретение относится к целлюлозно-бумажной промышленности, в частности к производству бумаги, которая обладает улучшенным диспергированием в воде и может использоваться в тех областях, где требуется быстрое растворение или диспергирование подложки в воде в процессе её технического применения или после, с целью утилизации. Способ предусматривает изготовление бумаги из бумажной массы, включающей волокнистую карбоксиметилцеллюлозу в водонерастворимой форме. На полученное бумажное полотно наносят раствор солей щелочных металлов, и/или гидрата окиси калия, и/или гидрата окиси натрия, причем раствор дополнительно содержит динатриевую соль этилендиаминтетрауксусной кислоты в количестве 5-30 мас.% от солей щелочного металла, и/или гидрата окиси калия, и/или гидрата окиси натрия. Обеспечивается повышение стабильности растворов в процессе обработки бумажного полотна на бумагоделательных машинах и изготовление бумаги с хорошим диспергированием в воде. 3 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ изготовления вододиспергируемой бумаги, в котором изготавливают бумагу из бумажной массы, включающей волокнистую карбоксиметилцеллюлозу в водонерастворимой форме, на полученное бумажное полотно наносят раствор солей щелочных металлов, и/или гидрата окиси калия, и/или гидрата окиси натрия, отличающийся тем, что раствор дополнительно содержит динатриевую соль этилендиаминтетрауксусной кислоты в количестве 5-30 мас.% от содержащихся в растворе солей щелочного металла, и/или гидрата окиси калия, и/или гидрата окиси натрия.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что раствор дополнительно содержит не более 40 об.% метилового, этилового или изопропилового спирта.

3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что концентрация солей щелочных металлов, и/или гидрата окиси калия, и/или гидрата окиси натрия в растворе составляет 6-25 мас.%.

4. Способ по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что в качестве солей щелочных металлов используют углекислый калий, уксуснокислый натрий, однозамещенный фосфорнокислый натрий или их смеси.