ЦЕЛЛЮЛОЗНЫЙ МАТЕРИАЛ КОМПОЗИТНЫЙ Российский патент 2025 года по МПК D21H11/02 D21H17/63 

Изобретение относится к целлюлозно-бумажной промышленности и может быть использовано для получения рулонного или листового целлюлозного материала-основы, перерабатываемой в сердцевинный водопоглощающий слой распушенной целлюлозы (флафф-целлюлозы) при выпуске одноразовых впитывающих бумажных изделий одноразового санитарно-гигиенического назначения - подгузников, пеленок, простыней, прокладок и других изделий аналогичного применения.

Из уровня техники известен способ получения распушенной целлюлозы [RU2755984 С1]. По патенту получение распушенной целлюлозы из полотна древесной целлюлозы, в качестве древесной целлюлозы используют лиственную или хвойную целлюлозу влажностью 15-20%, роспуск полотна осуществляют аэродинамическим способом в течение 20-30 с на мелкие волокна - от 50 до 64% и на крупные волокна - от 50 до 36%, для лиственных пород, или от 55 до 68% на мелкие волокна и от 45 до 32% на крупные волокна для хвойных пород, с последующей сушкой до влажности 5-7%.

Положительными особенностями способа являются:

- использование целлюлозы лиственных и хвойных пород древесины в производстве целлюлозного материала;

- комбинирование мелких и крупных волокон хвойной и лиственной целлюлозы.

Недостатками известного способа являются:

- сложность создания эффективной комбинации мелкого и крупного волокна при переработке хвойной ил лиственной целлюлозы в аэродинамическом процессе распушения;

- низкая удельная впитываемость воды при большом удельном расходе целлюлозы.

Из уровня техники известна композиция для получения распушенной целлюлозы [RU2641136 С2]. По патенту композиция состоит из целлюлозы, связующего агента или связующего агента и разрыхлителя. Композицию получают на бумагоделательной машине в форме высушенного полотна с последующей обработкой поверхностно-активным веществом или без нее, измельчают в молотковой мельнице. В качестве связующего агента используют суперабсорбирующий полимер (САП). После распушения высушенного полотна пух фракционируют по размерам волокна, определяют впитывающую способность, сжимаемость и жесткость, время поглощения жидкости. Композиция по патенту содержит три компонента - целлюлозу, связующий агент, разрыхлитель, а ее получение состоит из четырех стадий - получение полотна, добавка разрыхлителя (ПАВ), измельчение полотна на молотковой мельнице (получение пуха), добавка связующего агента (полимера).

Положительными особенностями способа и состава являются:

- возможность управления физико-механическими и гидрофильно-гидрофобными свойствами целлюлозного полотна переменными факторами технологии на бумагоделательной машине;

- высокоразвитая капиллярно-пористая структура целлюлозного полотна за счет добавки разрыхлителя (ПАВ);

- наличие связующего агента в виде суперабсорбирующего полимера.

Недостатком известного способа и состава является необходимость обработки высушенного полотна поверхностно-активным веществом и определение фракционности по размерам волокна.

Из уровня техники известна композиция для получения распушенной целлюлозы [RU 2494713 C2]. В соответствии с изобретением по патенту, формирование абсорбирующей сердцевины выполняется из целлюлозы беленой хвойной сульфатного способа варки. Целлюлозу изготавливают в виде рулонной целлюлозной полосы. Целлюлозную полосу подают из рулона в устройство для ее измельчения в волокнистую целлюлозу (распушенная целлюлоза), которая поступает в камеру для формования целлюлозной абсорбирующей сердцевины. Механизм формования может дополнительно включать в устройство для введения суперабсорбирующего полимера (САП) в камеру формования, чтобы таким образом сформировать смесь из волокнистой целлюлозы и суперабсорбирующего полимера (сердцевинный слой).

Положительными особенностями способа являются:

- использование рулонной целлюлозы, изготовленной с заданным качеством;

- использование суперабсорбирующего полимера (САП):

- формование абсорбирующей сердцевины, смешением распушенной целлюлозы и САП.

Недостатками известного способа является:

- необходимость использования САП, который обладает связующими свойствами (адгезив), склеивает волокна и сильно уменьшает пористость материала, а, следовательно, впитываемость целлюлозной доли сердцевинного слоя;

- ограниченный выбор переменных факторов управления качеством рулонной целлюлозы по показателям «плотность», «емкость впитывания» и сердцевинного слоя по показателю «емкость впитывания».

Наиболее близким заявленному изобретению по технической сущности является способ изготовления абсорбирующей сердцевины [RU 2802036 С1]. По патенту, в качестве целлюлозно-композитного материала используют листовую целлюлозу сульфатную беленую хвойную (ЦСБХ), листовую целлюлозу сульфатную беленую лиственную (ЦСБЛ) и листовую химико-термомеханическую беленую древесную массу (ХТМБДМ). Листовую целлюлозу и древесную массу распускают в гидроразбивателе и смешивают в соотношении ЦСБХ : ЦСБЛ : ХТМБДМ = 50:(40:30):(10-20). При этом ЦСБХ предварительно размалывают до степени помола 18-20 °ШР. Массу разбавляют водой с последующим обезвоживанием и сушкой горячим воздухом. Обеспечивается повышенная емкость впитывания и прочность материала на растяжение.

Положительными особенностями способа являются:

- использование композиции трех видов волокна - ЦСБХ, ЦСБЛ и ХТМБД, что повышает впитывание воды;

- отсутствие суперабсорбирующего полимера (САП):

Недостатками известного способа является:

- недостаточный удельный объем впитывания воды;

- использование ХТМБДМ, отличающейся высоким содержанием лигнина, который существенно повышает жесткость сердцевинного слоя и изделия в целом.

Раскрытие сущности изобретения.

Технический результат заявленного изобретения заключается в увеличении доли капилляров и пор в структуре целлюлозного материала композиционного, обеспечивающей значительное повышение «емкости впитывания воды», при уменьшении удельного расхода целлюлозного волокна.

Технический результат заявленного изобретения заключается в значительном повышении «емкости впитывания воды» целлюлозным материалом композиционным -6-8 г воды на 1 г материала, при уменьшении удельного расхода целлюлозного волокна, и достигается сочетанием композиции материала, при следующем соотношении компонентов - неразмолотая или размолотая до 18-22 °ШР ЦСБХ 90-95 мас.% :МНА, 10-5, мас.% или, неразмолотая или размолотая до 18-22 °ШР ЦСБХ 50 мас.% : неразмолотая ЦСБХ 40-45 мас.% : МНА 10-5 мас.%, при этом МНА берется микротонких марок МВТ-40 и МВТ-25 с номинальными диаметрами 0,40 и 0,25 мкм, и технологических факторов, включающих размол ЦСБХ до 18-22 °ШР и сушку горячим воздухом (конвективная сушка) с температурой 120 °С.

Достижение технического результата обеспечивается за счет сочетания следующих факторов:

- получение целлюлозного материала из композиции листовой целлюлозы сульфатной беленой хвойной (ЦСБХ) и минерального наполнителя активного (МНА) или композиции целлюлозы ЦСБХ, листовой целлюлозы сульфатной беленой лиственной (ЦСБЛ) и МНА при указанном соотношении компонентов;

- без размола или с размолом доли ЦСБХ в преимущественно фибриллирующем режиме;

- сушки целлюлозного материала горячим воздухом, температура 120 °С.

Технический результат достигается в пределах массы 1 м² 650-750 кг, толщины 1,3-1,7 мм, плотности 450-550 кг/м³, белизны 76-86, прочности на растяжение 500-900 кПа и влажности 7-10%. Прочность в пределах 500-900 МПа обеспечивает более легкое и полное распушение целлюлозного материала.

Одновременно достигается экономический результат - это снижение удельного расхода дорогостоящего целлюлозного волокна на 10-15%.

Осуществление изобретения. Для достижения технического и экономического результата по заявленному изобретению предлагается способ получения и состав целлюлозного композитного материала, включающий роспуск ЦСБХ и ЦСБЛ, и МНА, составление композиции массы, изготовление целлюлозного материала на бумагоделательной машине (БДМ).

Компонентами целлюлозного материала композиционного являются:

- товарная листовая целлюлоза сульфатная беленая хвойная (ЦСБХ) [ГОСТ 9571-89];

- товарная листовая целлюлоза сульфатная беленая лиственная (ЦСБЛ) [ГОСТ 28172-89];

- минеральный наполнитель активный (МНА) - микротонкий со средним диаметром 0,4 мкм или 0,25 мкм, представляющий собой гетероволокнистые продукты солей щелочных металлов кремниевой кислоты.

Товарную листовую не размолотую или размолотую ЦСБХ 90-95 мас.% и МНА 10-5 мас.%, или размолотую до 18-22 °ШР ЦСБХ 50 мас.% и не размолотую ЦСБЛ 40-45 мас.%, и МНА, 10-5 мас.%, распускают совместно в гидроразбивателе и массу аккумулируют в композиционном бассейне при концентрации 3-7 мас.%.

Из композиционного бассейна массу направляют в машинный бассейн, в котором разбавляют до концентрации 2,5 мас.%, а из него, предварительно разбавленная оборотной водой до концентрации 0,5-1,0 мас.%, массу подают на БДМ для формования целлюлозного материала композиционного.

Формование целлюлозного материала композитного происходит путем последовательного обезвоживания слоя целлюлозной массы, вначале на сеточной части, затем в прессовой и сушильной части БДМ.

Сушку до влажности 7-10 мас.% осуществляют горячим воздухом с температурой 120 °С в конвективной сушильной части БДМ.

Влажность данного товарного продукта должна находится в пределах 7-10%. Целлюлозный материал представляет собой картонную ленту, которая распушается на отдельные волокна - «пух». Если влажность будет больше 10%, то «сырая» лента будет плохо распушаться - образуя комки, пучки и прочее. При влажности ниже 7%, материал будет пересушен и при роспуске не только распускаться на отдельные волокна, но и будут разбиваться волокна в пыль и будет сильное «пыление».

Готовый материал наматывают в тамбур, который на перемотно-резательном станке режется на рулоны требуемого формата по ширине и диаметру.

В заявляемом изобретении предлагают решения, обеспечивающие технический и экономический результат способа получения и состава целлюлозного материала композитного с достижением показателей качества, приведенных в таблице 1.

Таблица 1 - Показатели качества рулонного и распушенного целлюлозного композитного материала

№ п/п Наименование показателя Значение показателя 1 Масса 1 м², г 650-750 2 Толщина, мм 1,3-1,7 3 Плотность, кг/м³ 450-550 4 Прочность при растяжении, кПа 500-900 5 Белизна,% 76-86 6 Влажность,% 7-10 7 Полная емкость впитывания воды, г/г (г воды/г материала) 4-8

Объяснения к получению технического результата по заявленному изобретению сводится к следующим положениям:

а) увеличение доли капилляров и пор в рулонном целлюлозном материале композитном является функцией состава образующей материал «волокнистой матрицы»; происхождение, вид и свойства компонентов матрицы всецело определяют долю пор, характер капиллярно-пористой структуры и ее прочность; увеличение микропористости (прирост мезо- и микропор, с радиусами, соответственно 10^-7 и 10^-9 м), ведет к существенному повышению структурой впитываемости и удержанию воды, при сохранении требуемой прочности при растяжении [Иванов С.Н. Технология бумаги. Изд.3-е. 2006, стр.695];

б) химическая основа МНА - высоко гидрофильный гетероволокнистый продукт солей щелочных металлов кремниевой кислоты, является высокоактивной минеральной добавкой, взаимодействующей с целлюлозой; сочетание целлюлозы и МНА существенно повышают долю пор и их гидрофильность, которые высокоэффективно впитывают и удерживают дополнительное количество воды; кроме того, МНА отличается высокой эластичностью, которая существенно смягчает целлюлозный материал, в отличие от древесной массы;

в) повышение доли пористости в материале достигается совместным использованием ЦСБХ и ЦСБЛ [Комплексная химическая переработка древесины: учебник для вузов/И.Н. Ковернинский, В.И. Комаров, С.И. Третьяков, и др. - Архангельск: Изд-во Архан: гос. техн. ун-та. 2006. - 374 с.];

г) сохранение повышенного содержания пор обеспечивается сушкой горячим воздухом в пределах 120 °С до эффективной влажности 7-10%; сушка горячим воздухом удаляет воду без существенного развития явления «ороговения» волокна, в сочетании с конечной влажностью, сохраняет высокую гидрофильность волокна, а, следовательно, высокую впитываемость и удержание влаги, не снижая прочности на разрыв;

д) упрощение технологии.

В таблице 2 приведены величины достигаемых показателей качества целлюлозного композитного материала «прочность при растяжении» и «полная емкость впитывания» для следующих примеров:

Пример 1. Способ по прототипу.

Пример 2-5. Способ и состав по изобретению:

Пример 2.

Композиция, мас.%: ЦСБХ:МНА=90:10; без размола ЦСБХ, диаметр МНА 0,25 мкм

Пример 3.

Композиция, мас.%: ЦСБХ:МНА=95:5; без размола ЦСБХ, диаметр МНА 0,25 мкм

Пример 4.

Композиция, мас.%: ЦСБХ:ЦСБЛ:МНА=50:40:10; с размолом ЦСБХ, диаметр МНА 0,40 мкм

Пример 5.

Композиция, мас.%: ЦСБХ:ЦСБЛ:МНА=50:45:5; без размола ЦСБХ, диаметр МНА 0,40 мкм

Таблица 2 - Примеры достигаемых величина показателей качества целлюлозного композитного материала по главному показателю - «полная емкость впитывания»

№ п/п Наименование показателей По прототипу По изобретению 1 2 3 4 5 1. Масса 1 м², г 650 700 750 700 650 2. Толщина, мм 1,3 1,3 1,6 1,5 1,4 3. Плотность, кг/м³ 500 550 470 470 450 4. Прочность при растяжении, кПа 700 900 800 800 600 5. Полная емкость впитывания, г/г 4 6 8 8 7

Исследован МНА микротонкий (средний диаметр 0,40 мкм) и микротонкий (средний диаметр - 0,25 мкм). Средний диаметр влияет на достижение технического результата следующим образом: при применении среднего диаметра МНА 0,25 мкм результат достигается расходом на 30% меньше, чем при МНА 0,4.

Изобретение относится к целлюлозно-бумажной промышленности и может быть использовано для получения материала-основы, перерабатываемой в сердцевинный водопоглощающий слой распушенной целлюлозы при выпуске одноразовых впитывающих бумажных изделий санитарно-гигиенического назначения. Целлюлозный композитный материал содержит неразмолотую листовую целлюлозу сульфатную беленую хвойную (ЦСБХ) и минеральный наполнитель активный (МНА), или неразмолотую ЦСБХ и листовую целлюлозу сульфатную беленую лиственную (ЦСБЛ) и МНА, или размолотую до 18-22°ШР ЦСБХ, ЦСБЛ и МНА. Массу совместно распускают в воде с помощью гидроразбивателя в соотношении, мас.%: 90-95 неразмолотая ЦСБХ и 10-5 МНА, или 50 неразмолотая ЦСБХ, 40-45 ЦСБЛ и 10-5 МНА, или 50 ЦСБХ, размолотая до 18-22°ШР, 40-45 ЦСБЛ и 10-5 МНА. В качестве МНА используются микротонкие гетероволокнистые продукты солей щелочных металлов кремниевой кислоты со средним диаметром 0,4 мкм или 0,25 мкм. Обеспечивается повышение емкости впитывания воды при уменьшении удельного расхода целлюлозного волокна. 2 табл., 5 пр.

Целлюлозный материал композитный, содержащий листовую целлюлозу сульфатную беленую хвойную (ЦСБХ), листовую целлюлозу сульфатную беленую лиственную (ЦСБЛ), составляющими являются неразмолотая ЦСБХ и минеральный наполнитель активный (МНА), или неразмолотая ЦСБХ, ЦСБЛ и МНА, или размолотая до 18-22°ШР ЦСБХ, ЦСБЛ и МНА, где массу совместно распускают в воде с помощью гидроразбивателя в соотношении, мас.%: 90-95 неразмолотая ЦСБХ и 10-5 МНА, или 50 неразмолотая ЦСБХ, 40-45 ЦСБЛ и 10-5 МНА, или 50 ЦСБХ, размолотая до 18-22°ШР, 40-45 ЦСБЛ и 10-5 МНА, отличающийся тем, что в качестве МНА используются микротонкие гетероволокнистые продукты солей щелочных металлов кремниевой кислоты со средним диаметром 0,4 мкм или 0,25 мкм.