СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ НЕБЕЛОЙ БУМАГИ ДЛЯ ПЕЧАТИ И НЕБЕЛАЯ БУМАГА ДЛЯ ПЕЧАТИ Российский патент 2025 года по МПК D21H11/10 D21H17/66 D21C3/02 D21C9/16 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к области целлюлозно-бумажной промышленности. В частности, настоящее изобретение относится к способу изготовления небелой бумаги для печати и небелой бумаге, полученной указанным способом.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В последние годы цифровая печать получила широкое распространение в связи с преимуществами автоматической печати, печати личных и других данных, высокой востребованности в офисах, а также при изготовлении бюрократических документов, таких как квитанции, договоры, акты, счета-фактуры, справки и пр.

Спектр используемого оборудования включает широкую гамму офисного оборудования для печати, включая черно-белые копировальные аппараты, цветные копировальные аппараты, лазерные принтеры, цветные лазерные принтеры, струйные принтеры, цифровые устройства печати с жидким тонером, факсимильные аппараты и другие принтеры и копиры, применяемые в офисах.

Бумага для печати должна обладать рядом характеристик, необходимых для применения по указанному назначению, среди которых оптимальная поверхностная впитываемость для оптимального удержания пигмента и отсутствия размазывания при печати, низкая пылимость, которая оказывает влияние на срок службы печатающего оборудования, высокий показатель непрозрачности, который обеспечивает хорошую читаемость текста при двусторонней печати, достаточная жесткость, которая позволяет избежать замятия бумаги в принтере, а также оптимальная влажность, которая предупреждает скручивание листа.

В настоящее время наибольшее распространение имеет бумага для печати, получаемая из беленой целлюлозы и имеющая белизну по меньшей мере 96% ISO. Несмотря на то, что такая беленая бумага имеет эстетичный внешний вид, она оказывает негативное влияние на глаза человека. Поэтому, например, согласно санитарным нормам РФ, белизна бумаги для школьных тетрадей не должна превышать 88% ISO (ГОСТ Р 54915-2012). Кроме того, наибольшее распространение среди методов получения белой бумаги имеет технология, при которой используют смесь беленой хвойной целлюлозы беленой лиственной целлюлозы, которые получают отбеливанием с использованием молекулярного или элементарного хлора, обладающего крайне негативным воздействием на окружающую среду и здоровье человека, что создает угрозу для экологии и безопасности персонала.

Из уровня техники известен способ получения небелой бумаги для печати, безопасной для глаз при чтении, раскрытый в документе CN110453529A. Описанный в документе CN110453529A способ заключается в использовании бумажной массы на основе смеси беленой сульфатной хвойной целлюлозы, беленой сульфатной лиственной целлюлозы и химико-механической древесной массы, в которую добавлен желтый краситель для придания получаемой бумаге желтоватого оттенка и степени белизны 80-81% ISO. Указанный способ обеспечивает возможность создания небелой бумаги для печати, комфортной для глаз, однако процесс ее создания по-прежнему несет большие экологические риски и небезопасен для персонала, поскольку все еще включает стадии получения беленой целлюлозы с белизной 86% ISO.

Таким образом, существует потребность в создании нового экологичного и безопасного для персонала способа изготовления небелой бумаги для печати, обладающей приемлемой белизной и одновременно с этим оптимальными механическими и печатными свойствами.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Для обеспечения снижения негативного воздействия на окружающую среду и здоровье персонала было предложено отказаться от использования хлора и двуокиси хлора на стадии отбелки целлюлозы. Однако при отказе от использования хлорсодержащих отбеливателей для отбелки целлюлозы авторы изобретения столкнулись с тем, что изготовление бумаги из традиционно применяемой в уровне техники смеси хвойной целлюлозы, лиственной целлюлозы, химико-механической древесной массы и осажденного карбоната кальция (PCC) приводило к получению бумаги со слишком низкими показателями белизны, поскольку хвойная целлюлоза не могла быть отбелена в достаточной степени. Отказ от использования хвойной целлюлозы, которая, как известно, обладает наиболее длинным волокном и обычно применяется для придания прочности бумажному полотну, в свою очередь приводил к существенной потере механических свойств готовой бумаги, и, кроме того, свойства белизны конечной бумаги все еще были недостаточно высокими.

Для решения указанных проблем авторами изобретения был предложен новый способ изготовления бумаги для печати, предусматривающий такой качественный и количественный состав бумажной массы, а также такие технологические условия обработки входящей в эту бумажную массу лиственной целлюлозы, которые позволяют получить небелую бумагу для печати, обладающую приемлемой белизной и одновременно с этим оптимальными механическими и печатными свойствами.

Таким образом, технический результат заявленного изобретения заключается в создании нового способа получения небелой бумаги для печати, обладающей приемлемой белизной и одновременно с этим оптимальными механическими и печатными свойствами. Предложенный способ позволил отказаться от отбелки с использованием любых хлорсодержащих отбеливателей и от использования хвойной древесины в качестве сырья. Кроме того, поскольку способ согласно изобретению позволяет получить бумагу с белизной не менее 60% ISO, то отпадает необходимость использования оптического отбеливателя на бумагоделательной машине.

Отказ от ступеней отбелки с использованием хлорсодержащих реагентов делает предложенный способ более экологичным, безопасным, а также приводит к сокращению расхода реагентов.

Отказ от использования хвойной целлюлозы обеспечивает снижение расхода энергии на сушку бумажного полотна, поскольку лиственная целлюлоза обладает меньшей гидрофильностью, вследствие чего бумажная масса высыхает быстрее и процесс высушивания идет плавнее. Кроме того, отказ от хвойной целлюлозы обеспечивает значительное сокращение возраста рубки для получения балансовой древесины, который для осины составляет от 40 лет, а для сосны - от 80 лет, что обеспечивает более бережное и рациональное использование лесных ресурсов и, одновременно, улучшает качество сточных вод и их очистку.

В целом, способ изготовления небелой бумаги для печати согласно настоящему изобретению обеспечивает снижение воздействия на окружающую среду, включая сокращение углеродного следа и выбросов в атмосферу. Благодаря указанным выше положительным эффектам выбросы парниковых газов снижаются по меньшей мере на 35% по сравнению с традиционным способом получения бумаги для печати.

В соответствии с заявленным способом изготовления небелой бумаги для печати сначала осуществляют сульфатную варку лиственной целлюлозы с получением лиственной целлюлозы с числом Каппа 13-14. Затем осуществляют кислородно-щелочную обработку (КЩО) полученной лиственной целлюлозы с получением лиственной целлюлозы с числом Каппа 7,5-8,5. После этого осуществляют кислородно-щелочную отбелку в присутствии пероксида водорода (EOP) полученной лиственной целлюлозы с получением полубеленой лиственной целлюлозы, имеющей белизну 38-40% ISO. Полученную полубеленую лиственную целлюлозу объединяют с лиственной химико-термомеханической древесной массой (ХТММ) и осажденным карбонатом кальция (PCC) при соотношении 70 мас.ч. лиственной целлюлозы, 27-33 мас.ч. лиственной ХТММ и 19-21 мас.ч. PCC с получением композиции бумажной массы и изготавливают из полученной бумажной массы бумагу для печати, имеющую белизну 60% ISO.

Проведение варки при повышенной температуре позволяет понизить число Каппа, однако при этом снижает вязкость целлюлозы на 40%, которая, в свою очередь, влияет на механические и печатные свойства, как показано в Таблице А.

Таблица А - Коэффициенты корреляции между числом Каппа, вязкостью и фундаментальными и структурно-морфологическими характеристиками лиственной целлюлозы (уровень значимости r=0,527)

Фундаментальные и структурно-морфологические характеристики волокна Коэффициенты корреляции число Каппа вязкость Межволоконные силы связи 0,269 0,331 Нулевая разрывная длина 0,234 0,445 Средняя длина 0,666 0,750 Средняя ширина 0,873 0,812 Средний фактор формы 0,575 0,545 Грубость 0,550 0,457

В обычном способе получения бумаги это было бы критичным для ее механических свойств, однако в способе в соответствии с настоящим изобретением, благодаря ведению отбелки в один этап, это не является критичным поскольку отказ от ступеней отбелки с использованием хлорсодержащих реагентов снижает деструкцию волокна на этапах отбелки по сравнению с известной схемой отбелки. Кроме того, отказ от ступеней отбелки с использованием хлорсодержащих реагентов обеспечивает снижение химических потерь волокна, что обеспечивает улучшение показателя по разрывной длине целлюлозы с 9300 м до 10000-11000 м, что положительным образом влияет на механические и печатные свойства бумаги, поскольку длина и прочность волокон влияет на сопротивление раздиранию и излому. Выбранные режимы варки целлюлозы и кислородно-щелочной обработки позволяют повысить степень делигнификации.

В одном варианте выполнения изобретения, сульфатную варку лиственной целлюлозы осуществляют при температуре паровой фазы 156-164°C.

В одном варианте выполнения изобретения, КЩО лиственной целлюлозы осуществляют при расходе щелочи 8-10 кг на тонну абсолютно сухой целлюлозы (а.с.ц.) и кислорода 18-20 кг на тонну а.с.ц. В одном варианте выполнения изобретения, на этапе КЩО массовое отношение гидроксид натрия/кислород составляет 0,45-0,50.

В одном варианте выполнения изобретения на этапе КЩО температурный режим в реакторе поддерживается на уровне 102-105°C на входе в реактор, 101-106°C в нижней части реактора и 110-113°C в верхней части реактора

В одном варианте выполнения изобретения на этапе КЩО давление в реакторе поддерживают на уровне 2,5-3,5 бар.

В одном варианте выполнения изобретения EOP отбелку лиственной целлюлозы осуществляют путем одновременной обработки ее пероксидом водорода 100% в количестве 2-5 кг на тонну а.с.ц., гидроксидом натрия в количестве 2,5-4,0 кг на тонну а.с.ц. и кислородом в количестве 7-9 кг на тонну а.с.ц.

В одном варианте выполнения изобретения этап EOP отбелки выполняют при температуре 78-80°C.

В одном варианте выполнения изобретения степень помола полубеленой лиственной целлюлозы перед объединением с ХТММ и PCC составляет 21-23°ШР.

В одном варианте выполнения изобретения лиственная ХТММ имеет белизну 78-82% ISO и степень помола на уровне 26-28°ШР.

В одном варианте выполнения изобретения PCC имеет белизну 93-95% ISO.

В одном варианте выполнения изобретения на этапе изготовления бумаги вакуум на гауч-вале поддерживают на уровне 42-48 кПа.

В одном варианте выполнения изобретения на этапе изготовления бумаги в композицию бумажной массы добавляют хлорид кальция в количестве 10-12 л/мин на каждую сторону полотна.

В одном варианте выполнения изобретения проводят внутримассную проклейку путем дозирования проклеивающего агента на основе алкилкетендимера (АКД) в количествах, обеспечивающих достижение значения впитываемости (Кобб) 25-35 г/м².

В одном варианте выполнения изобретения бумага для печати имеет белизну 58-65% ISO.

В еще одном аспекте изобретения предложена бумага для печати, изготовленная согласно способу, как он раскрыт выше.

В еще одном аспекте изобретения предложена бумага для печати, изготовленная из композиции бумажной массы, содержащей полубеленую лиственную целлюлозу, лиственную химико-термомеханическую древесную массу (ХТММ) и осажденный карбонат кальция (PCC) при соотношении 70 мас.ч. лиственной целлюлозы, 27-33 мас.ч. лиственной ХТММ и 19-21 мас.ч. PCC.

В одном варианте выполнения изобретения полубеленая лиственная целлюлоза имеет белизну 38-40% ISO.

В одном варианте выполнения изобретения бумага имеет белизну 58-65% ISO.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

На Фиг. 1 показан результат печати тестового изображения на бумаге, полученной способом по изобретению.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Под небелой бумагой для печати в настоящем описании понимают бумагу, удовлетворяющую всем требованиям, предъявляемым к бумаге для использования в офисном оборудовании для печати, включая черно-белые копировальные аппараты, цветные копировальные аппараты, лазерные принтеры, цветные лазерные принтеры, струйные принтеры, цифровые устройства печати с жидким тонером, факсимильные аппараты и другие принтеры и копиры, применяемые в офисах, имеющей белизну 58-65% ISO.

Под полубеленой лиственной целлюлозой в настоящем описании понимают целлюлозу, полученную из древесины лиственных пород, имеющую степень белизны 38-40% ISO. В качестве древесины лиственных пород может быть использованы древесина березы, осины, тополя, бука и др. и их смеси. Предпочтительно, для изготовления полубеленой лиственной целлюлозы используют древесину березы и/или осины. Наиболее предпочтительно для изготовления полубеленой лиственной целлюлозы используют смесь, состоящую из 85% масс. березовой древесины к 15% масс. осиновой древесины, однако могут быть использованы и другие смеси, в которых содержание осины и берёзы может варьироваться от 0% до 100% масс.

Для того, чтобы бумагу можно было использовать в качестве бумаги для печати, она должна соответствовать определенным требованиям в отношении механических и печатных свойств.

Под механическими свойствами бумаги для печати понимают такие свойства как жесткость, разрывная длина, сопротивление раздиранию, прочность поверхности, толщина и шероховатость. Бумага для печати должна иметь следующие значения указанных параметров:

Наименование показателя Нормы для сорта С Толщина, мкм 104-108 Шероховатость, мл/мин < 300 Жесткость, мН МД > 105 Жесткость , мН СД > 45 Прочность поверхности, Деннисон > 14 Разрывная длинна, м > 4000 Сопротивление раздиранию, мН > 250

При этом небелая бумага для печати, получаемая в соответствии с настоящим изобретением, обладает следующими значениями указанных параметров:

Наименование показателя Бумага в соответствии с изобретением Толщина, мкм 104-108 Шероховатость, мл/мин < 300 Жесткость, мН МД > 105 Жесткость , мН СД > 45 Прочность поверхности, Деннисон > 14 Разрывная длинна, м > 4000 Сопротивление раздиранию, мН > 250

т.е. соответствует всем требованиям в отношении механических свойств, предъявляемых к бумаге для печати.

Под печатными свойствами бумаги понимают такие свойства как оптическая плотность и поверхностная впитываемость. Бумага для печати должна иметь следующие значения указанных параметров:

Наименование показателя Нормы для сорта C Кобб, г/м2 25 +/-5 Оптическая плотность > 0,9

При этом небелая бумага для печати, получаемая в соответствии с настоящим изобретением, обладает следующими значениями указанных параметров:

Наименование показателя Бумага в соответствии с изобретением Кобб, г/м2 30 +/-5 Оптическая плотность > 1,2

т.е. соответствует всем требованиям в отношении печатных свойств, предъявляемых к бумаге для печати за исключением оптической плотности, которая на небелой бумаге выше, что обусловлено необходимостью увеличить контраст напечатанной информации, а так же впитываемости, которая для бумаги содержащей только лиственное волокно, немного выше, что предотвращает размазывание печати.

Полубеленую лиственную целлюлозу согласно настоящему изобретению получают посредством сульфатной варки с использованием так называемого белого щелока, содержащего гидроксид натрия и сульфид натрия в качестве основных варочных компонентов. Технология сульфатной варки широко известна в уровне техники.

При варке полубеленой лиственной целлюлозы согласно настоящему изобретению обеспечивает снижение целевого значения с 14-15 до 13-14 единиц Каппа. Этого можно достичь путем поддержания температуры паровой фазы варочного котла на повышенном, в сравнении с решениями, известными из уровня техники, уровне в диапазоне 140-185°C.

В качестве альтернативы, снижения числа Каппа можно достичь путем увеличения расхода и/или концентрации активной щелочи на варку. Начальная концентрация активной щелочи в варочном щелоке связана с расходом активной щелочи на варку через гидромодуль варки:

С₀ = А/V

V = G*ГМ,

где: А - расход активной щелочи на варку, кг/т,

С₀ - начальная концентрация активной щелочи в варочном растворе;

V - общий объем жидкости в котле, м³/т;

G - масса абсолютно-сухой древесины на 1 тонну а.с.ц., т/т;

ГМ - гидромодуль варки.

В качестве альтернативы для снижения числа Каппа может быть увеличено время варки (на котлах периодического действия) без корректировок по температуре или активной щёлочи на варку.

Полученную в результате варки целлюлозу промывают и подают на этап кислородно-щелочной обработки (КЩО) для продолжения делигнификации целлюлозы. КЩО ведут при следующем повышенном, по сравнению с известными решениями, расходе реагентов: кислород - 18-20 кг на тонну а.с.ц. (абсолютно сухой целлюлозы), гидроксид натрия - 8-10 кг на тонну а.с.ц. для достижения концентрации гидроксида натрия в реакторе 110-130 г/дм³ и массового отношения гидроксид натрия/кислород 0,45-0,50. Температурный режим в реакторе поддерживается на уровне 102-105°C на входе в реактор, 101-106°C в нижней части реактора и 110-113°C в верхней части реактора. Давление в реакторе поддерживают на уровне 2,5-3,5 бар. В результате на выходе получают целлюлозу, имеющую число Каппа 7,5-8,5 единиц при белизне целлюлозы по сырой массе 35-39%. В качестве альтернативы для снижения числа Каппа на этапе КЩО возможен, например, следующий вариант: расход кислорода в диапазоне 8-30 кг на тонну а.с.ц., расход гидроксида натрия в диапазоне 4-16 кг на тонну а.с.ц., давление в реакторе в диапазоне 2-8 бар, температурный режим в реакторе 90-130°С, время обработки в реакторе от 20 мин до 1,5 часов.

После этапа КЩО целлюлозу направляют на единственный этап отбелки, представляющий собой EOP отбелку, то есть кислородно-щелочную отбелку в присутствии пероксида водорода. EOР отбелку ведут при следующем, увеличенном по сравнению с известными в уровне техники технологиями, расходе реагентов: гидроксид натрия - 2,5-4,0 кг на тонну а.с.ц., пероксид водорода 100% - 2,0-5,0 кг на тонну а.с.ц., кислород - 7,0-9,0 кг на тонну а.с.ц. при концентрации раствора гидроксида натрия 75-80 г/дм³. Температуру в башне EOP отбелки поддерживают на уровне 78-80°C. В результате на выходе получают целлюлозу, имеющую белизну по сырой массе не менее 38% и белизну по ISO в диапазоне 46-48%, называемую в настоящем описании полубеленой целлюлозой. В качестве альтернативы для увеличения белизны на этапе EOP возможен, например, следующий вариант: расход гидроксид натрия - 1,5-8,0 кг на тонну а.с.ц., расход пероксида водорода 100% - 1,0-9,0 кг на тонну а.с.ц., расход кислорода - 3,0-12,0 кг на тонну а.с.ц. при концентрации раствора гидроксида натрия 50-100 г/дм3, температурный режим в реакторе 60-120°С, время обработки в реакторе от 20 мин до 4 часов.

Полученную полубеленую целлюлозу затем размалывают с использованием конических и дисковых мельниц и смешивают с ХТММ, PCC и, при необходимости, с другими вспомогательными добавками, обычно применяемыми в данной области техники, для получения бумажной массы, используемой для формования бумажного полотна на бумагоделательной машине. Степень помола полубеленой целлюлозы, используемой в способе согласно изобретению, в напорном ящике находится на уровне 26-28°ШР.

ХТММ, используемая в настоящем изобретении, представляет собой беленую ХТММ, полученную из лиственной древесины. Наиболее предпочтительно ХТММ, используемая в способе по настоящему изобретению, представляет собой ХТММ, полученную из осиновой древесины. Способы получения ХТММ являются широко известными в данной области техники. В частности, способ получения ХТММ включает промывку щепы, пропитку, размол, и отбелку. Отбелку ХТММ осуществляют в соответствии со способами, известными из уровня техники, не требующими использования хлора в качестве отбеливающего реагента (TCF отбелка). ХТММ, используемая в способе по изобретению, имеет белизну 80% ISO. ХТММ, также как и полубеленую целлюлозу, подвергают размолу. Степень помола ХТММ находится на уровне 26-28°ШР.

PCC, используемый в настоящем изобретении представляет собой осажденный карбонат кальция, широко известный в данной области техники в качестве наполнителя при производстве бумаги для печати. PCC необходим для повышения непрозрачности и белизны бумаги. PCC, используемый в способе согласно настоящему изобретению, имеет белизну 93-95% ISO.

Авторами изобретения было неожиданно выявлено, что для получения бумаги для печати с оптимальными свойствами композиция бумажной массы, используемой для производства бумаги для печати, в соответствии с предложенным способом, должна включать 70 мас.ч. лиственной целлюлозы, 27-33 мас.ч. лиственной ХТММ и 19-21 мас.ч. PCC. Бумажная масса также может включать любые другие добавки и наполнители, традиционно используемые в данной области техники при производстве бумаги для улучшения одного или более свойств готовой бумажной продукции, содействия процессу изготовления самой бумаги или для обеих этих целей. Такие добавки могут среди прочего включать отбеливающие агенты, красители, наполнители, проклеивающие вещества, крахмалы, адгезивы, антисептики, удерживающие добавки, пеногасители, агенты контроля рН, агенты контроля слоистости и/или средства осушки.

Изготовление бумаги согласно изобретению включает нанесение суспензии бумажной массы или волокнистой суспензии на сетку бумагоделательной машины для формирования непрерывного полотна из волокон, отвод воды из полотна и уплотнение полотна («прессование») с формированием листа. Процесс можно вести на любой современной бумагоделательной машине, в частности плоскосеточной бумагоделательной машине.

На стадии сухой части процесса изготовления бумаги бумажное полотно сушат на сушильных цилиндрах. Его можно также подвергнуть дополнительной обработке, например, каландрированию, поверхностной проклейке, обрезке, гофрированию и др.

В одном варианте выполнения изобретения при производстве бумаги для печати способом в соответствии с изобретением применяют внутримассную проклейку для достижения оптимальных значений впитываемости. Внутримассную проклейку проводят путем дозирования проклеивающего агента на основе алкилкетендимера (АКД) в количествах, обеспечивающих достижение значения впитываемости (Кобб) 25-35 г/м². При использовании большего количества АКД, а значит и меньших значениях впитываемости, происходит размазывание канцелярской печати.

В одном варианте выполнения изобретения способ предусматривает введение наполнителя для улучшения печатных свойств готовой бумажной продукции. Наполнитель может представлять собой любой наполнитель, используемый в данной области техники. В частности, в качестве наполнителя используют CaCl₂ в количестве 10-12 л/мин на каждую сторону полотна.

Как и традиционная белая офисная бумага, бумага, полученная способом в соответствии с изобретением, соответствует всем требованиям, предъявляемым к бумаге для печати, обладает всеми необходимыми характеристиками для печати высокого качества и может быть использована в любых устройствах для печати, включая, без ограничения указанным, черно-белые копировальные аппараты, цветные копировальные аппараты, лазерные принтеры, цветные лазерные принтеры, струйные принтеры, цифровые устройства печати с жидким тонером, факсимильные аппараты и другие принтеры и копиры.

Высокий показатель непрозрачности обеспечивает хорошую читаемость текста при двусторонней печати. Необходимая жесткость позволяет избежать замятия бумаги в принтере, а оптимальная влажность предупреждает скручивание листа. Низкая пылимость оказывает положительное влияние на срок службы печатающего оборудования.

ПРИМЕР

Способом в соответствии с изобретением была получена небелая бумага для печати и изучены ее основные свойства.

1. Получение полубеленой лиственной целлюлозы.

Для получения лиственной целлюлозы использовали древесину осины и березы в соотношении 15% к 85%.

Балансовую древесину после окорки рубили с получением щепы, которую, после сортировки, затем подавали в варочную установку типа Камюр для получения целлюлозы сульфатным способом. Основные параметры варочного процесса приведены в Таблице 1.

Таблица 1 - Параметры сульфатной варки лиственной целлюлозы

Наименование параметра (показателя) Значение Линия загрузки Производительность Число оборотов дозатора, мин 7,5-13,0 Щепа технологическая после сортирования Массовая доля коры, %, не более 0,5 Массовая доля гнили, %, не более 0,5 Массовая доля остатков на ситах, % с отверстиями диаметром 30 мм, не более 23,0 20 и 10 мм, не менее 70,0 5 мм, не более 6,0 Массовая доля опилок, %, не более 1,0 Влажность, %, не менее 45 Массовая доля пород древесины, % береза, не менее 85 осина, не более 15 Щелок белый (бщ) Активная щелочь (АЩ) в пересчете на Na₂O, г/дм³ 100-110 Сульфидность, % 27-32 Содержание взвешенных веществ, г/дм³, не более 35 Общий расход на варку, % АЩ/т а.с. щепы, не более 17,5-22,5 Фильтрат из бака на торцы питателя высокого давления Расход, л/мин 50-150 Черный щелок после фильтра Мелоне для гидромодуля Расход, л/мин 0-300 Бункер щепы Уровень щепы, %, не менее 60 Температура щепы на выходе из бункера щепы, °C, не менее 45 Пропарочная камера Расход парогазовой смеси на выходе, т/час 2,5-4,0 Давление, бар, не более 1,2 Пропиточная камера Расход БЩ, % АЩ/т а.с. щепы 15,0-19,0 Температура в загрузочной циркуляции, °C 105-107 Уровень щепы, м 0,2-0,8 Варочный котел Камюр Уровень щепы, м 1,0-1,5 Уровень щелока, м 1,5-2,0 Гидромодуль, м³/т а.с. небеленой целлюлозы 3,2-3,5 Давление, бар 6,0-6,5 Фактор разбавления, м³/т а.с. небеленой целлюлозы 3,0-3,5 Передающая циркуляция Расход белого щелока, л/мин, не более 100 Температура после теплообменника, °C 120-125 Остаточная эффективная щелочь ЭЩ в пересчете на Na₂O, г/дм³ 21,5-25,5 Паровая фаза Температура, °C 158-165 Варочная циркуляция Расход циркуляции, л/мин, не менее 1000 Температура после теплообменника, °C 149-159 Остаточная ЭЩ в пересчете на Na₂O, г/дм³ 14,0-16,0 Перепад на ситах, бар, не более 1,0 Черный щелок из зоны основной экстракции Расход в верхний циклон, л/мин 1800-3200 Расход в нижний циклон, л/мин 50-400 Температура, °C 155-170 Остаточная ЭЩ в пересчете на Na₂O, г/дм³ 7,0-10,0 Перепад на ситах, бар, не более 2,0 Черный щелок на ВВУ (после фильтра Мелоне) Расход, л/мин 3000-4000 Расход фильтрата из бака, поз. 36-027, % открытия клапана 20-35 Температура, °C 85-90 Массовая доля сухого вещества, % а.с. вещества, не менее 15,0 Содержание взвешенных веществ, г/дм³, не более 80 Нижняя промывная циркуляция Расход циркуляции, л/мин, не менее 1500 Температура после теплообменника, °C 148-150 Расход натра едкого, л/мин 0-6 рН 11,0-12,0 Перепад на сите, бар, не более 1,0 На линии выдувки Фильтрат из бака Расход, л/мин 2500-3500 Температура после теплообменника, °C 80-85 Нагрузка на привод донного шабера, А 120-140 Целлюлозная масса Расход, л/мин 1300-2350 Концентрация (содержание сухого вещества), % 11,0-14,0 Температура, °C 85-95 Остаточная общая щелочь ОЩ в пересчете на Na₂O, г/дм³ 5,5-7,5 рН, не менее 11,0 Число Каппа, единиц Каппа 13,0-14,0 Непровар, %, не более 1,0 Лигнин на волокне, единиц Каппа, не более 1,0 Динамическая вязкость медно-аммиачного раствора, мПа·с, не менее 150 Массовая доля смол и жиров, %, не более 1,0 Химическое потребление кислорода, мг О₂/дм³ 25000-50000

Полученную в результате варки целлюлозу, имеющую число Каппа 13-14 единиц, промывали и подавали на стадию КЩО, где продолжали процесс делигнификации. Параметры процесса КЩО приведены в Таблице 2.

Таблица 2 - Параметры процесса КЩО

Наименование параметра (показателя) Значение Вакуум-фильтр Расход фильтрата на спрыски, м³/т а.с. поступающей целлюлозы 5,0-6,5 Целлюлозная масса, сходящая с барабана Концентрация (содержание сухого вещества), %, не менее 12,0 Число Каппа, единиц Каппа 12,0-13,0 Сорность шт/м², не более 1000 Реактор Расход химикатов, кг/т а.с. поступающей целлюлозы Кислород 18,0-20,0 Натр едкий 8,0-10,0 Концентрация натра едкого, г/дм³ 110-130 Соотношение натр едкий/кислород 0,45-0,50 Температура, °C На входе в реактор 102-105 В нижней части реактора 101-106 В верхней части реактора 110-113 Давление в реакторе, бар 2,5-3,5 Целлюлозная масса на линии выдувки из реактора рН 9,0-9,5 Пресс-фильтр Расход горячей воды на спрыски, м³/т а.с. поступающей целлюлозы 5,5-6,5 Температура горячей воды, °C 65-75 Распределение на 1 и 2 ступени, % 60:40 Фактор разбавления, м³/т а.с. поступающей целлюлозы 2,8-3,2 Целлюлозная масса до разбавительного шнека пресс-фильтра Концентрация (содержание сухого вещества), % 20,0-30,0 Число Каппа, единиц Каппа 7,5-8,5 Эффективность снижения числа Каппа, % 25-30 Белизна по сырой массе, % 35,0-39,0 Химическое потребление кислорода, кг О₂/т а.с. целлюлозы, не более 2500 Химическое потребление кислорода, кг О₂/т а.с. целлюлозы 10,0-15,0 Массовая доля смо и жиров, %, не более 0,30

После КЩО целлюлозу, имеющую число Каппа 7,5-8,5 единиц и белизну по сырой массе 35-39%, подавали на стадию отбелки. Отбелку вели без использования хлорсодержащих реагентов, в одну стадию EOP отбелки. Параметры отбелки приведены в Таблице 3.

Таблица 3 - Параметры EOP отбелки целлюлозы

Наименование параметра (показателя) Значение БВК, МС насос Концентрация (содержание сухого вещества), % 7,0-10,0 Химическое потребление кислорода ХПК, мг О₂/дм³, не более 700 рН 8,0-9,0 Вакуум-фильтр Расход горячей воды на спрыски/ конденсата, м³/т а.с. поступающей целлюлозы 7,0-8,0 Расход воды/ оч. конденсата на 2 спрыск из бака, м³/т а.с. поступающей целлюлозы 1,0 Фактор разбавления, м³/т а.с. поступающей целлюлозы 1,0-2,0 Температура горячей воды, °C 60-70 Целлюлозная масса, поступающая в ванну Концентрация (содержание сухого вещества), % 1,0-1,5 рН 8,5-9,5 Целлюлозная масса, сходящая с барабана Концентрация (содержание сухого вещества), %, не менее 12,0 рН 9,0-10,0 Число Каппа, единиц Каппа 8-10 Белизна по сырой массе, %, не более 35,0-39,0 Башня кислородно-щелочной отбелки ЕОР Расход химикатов, кг/т а.с. поступающей целлюлозы Натр едкий 2,5-4,0 Перекись водорода 100% 2,0-5,0 Кислород 7,0-9,0 Концентрация раствора натра едкого, г/дм³ 75-80 Температура, °C 78-80 Вакуум-фильтр Расход горячей воды на спрыски, м³/т а.с. поступающей целлюлозы 6,0-8,0 Фактор разбавления, м³/т а.с. поступающей целлюлозы 1,0-1,5 Целлюлозная масса, поступающая в ванну Концентрация (содержание сухого вещества), % 1,0-1,5 рН 10,8-11,2 Концентрация остаточного натра едкого, г/дм³ 0,22-0,28 Концентрация остаточной перекиси водорода, г/дм³ 0-0,001 Целлюлозная масса, сходящая с барабана Концентрация (содержание сухого вещества), %, не менее 12,0 рН 10,0-10,5 Белизна по сырой массе, %, не менее 38 МС насос Концентрация (содержание сухого вещества), % 6,0-6,5 рН 9,0-9,5 Пресс-фильтр Бак фильтрата Расход горячей воды на спрыски, м³/т а.с. поступающей целлюлозы 5,0-7,0 Фактор разбавления, м³/т а.с. поступающей целлюлозы 2,0-3,0 Содержание взвешенных веществ, мг/дм³, не более 100 ХПК, мг О₂/дм³, не более 250 рН 7,0-8,5 До разбавительного шнека Концентрация (содержание сухого вещества), %, не менее 28,0-30,0 Белизна (по сырой массе), % 38,0-40,0 Белизна ISO, %, не менее 45 Сорность, шт. соринок пл. от 0,1 до 1,0 мм² включ., не более 700 Массовая доля смол и жиров, %, не более 0,2

В результате получали лиственную полубеленую целлюлозу, имеющую белизну по ISO 45%.

Полученную целлюлозу размалывали на трех дисковых мельницах с удельной нагрузкой одной из них 25-30 кВт и суммарной удельной нагрузкой двух оставшихся 80-100 кВт до получения степени помола 21-23°ШР. Далее полученную целлюлозу объединяли с ХТММ и PCC с получением бумажной, обладающей характеристиками, приведенными в Таблице 4.

Таблица 4 - Баланс и параметры волокна

Кг/т Белизна Помол, °ШР (вход) Помол, °ШР (выход) Помол в н/я °ШР Длина волокна, мм Лиственная полубеленая целлюлоза 583 38-40 16-17 21-23 26-28 0,9-1 ХТММ 208 78 - 32-34 0,7-0,8 PCC 163 92,1 - - - -

В композицию бумажной массы вводили наполнители, такие как СaCl₂ в количестве 10-12 л/мин на каждую сторону, а также АКД для внутримассной проклейки для достижения значений впитываемости (Кобб) 25-35 г/м².

Далее производили формование полотна, его прессование и сушку на бумагоделательной машине при скорости работы бумагоделательной машины 850-950 м/мин.

Проводили определение механических характеристик полученной бумаги. Результаты испытаний приведены в Таблице 5.

Таблица 5 - Характеристики полученной бумаги

Параметр Значение Вес, г/м² 80 ± 3 Толщина, мкм 104 ± 2 Шероховатость, мл/мин Не более 300 Непрозрачность, %, не менее 93 Кобб, г/м² 25-35 Жесткость МН, млН, не менее 105 Жесткость ПН, млН, не менее 45 Влажность, % 4,6 ± 0,7 Белизна, % ISO, не менее 60

Полученная бумага использовали для печати в офисном цветном принтере. Результат печати тестового изображения показан на Фиг.1. Бумага обладала превосходными печатными характеристиками с отличной фиксацией чернил и без размазывания изображения.

Изобретение относится к области целлюлозно-бумажной промышленности. В способе получения небелой бумаги для печати осуществляют сульфатную варку лиственной целлюлозы с получением лиственной целлюлозы с числом Каппа 13-14. Затем выполняют кислородно-щелочную обработку полученной лиственной целлюлозы с получением лиственной целлюлозы с числом Каппа 7,5-8,5. После этого проводят кислородно-щелочную отбелку в присутствии пероксида водорода (EOP) полученной лиственной целлюлозы с получением полубеленой лиственной целлюлозы, имеющей белизну 38-40% ISO. Объединяют полученную полубеленую лиственную целлюлозу с лиственной химико-термомеханической древесной массой (ХТММ) и осажденным карбонатом кальция (PCC) при соотношении 70 мас.ч. лиственной целлюлозы, 27-33 мас.ч. лиственной ХТММ и 19-21 мас.ч. PCC с получением композиции бумажной массы. Из полученной бумажной массы формируют бумагу для печати. Обеспечивается получение небелой бумаги для печати, обладающей приемлемой белизной и одновременно с этим оптимальными механическими и печатными свойствами. 2 н. и 17 з.п. ф-лы, 1 ил., 10 табл., 1 пр.

1. Способ изготовления небелой бумаги для печати, включающий:

- сульфатную варку лиственной целлюлозы с получением лиственной целлюлозы с числом Каппа 13-14;

- кислородно-щелочную обработку (КЩО) полученной лиственной целлюлозы с получением лиственной целлюлозы с числом Каппа 7,5-8,5;

- кислородно-щелочную отбелку в присутствии пероксида водорода (EOP) полученной лиственной целлюлозы с получением полубеленой лиственной целлюлозы, имеющей белизну 38-40% ISO;

- объединение полученной полубеленой лиственной целлюлозы с лиственной химико-термомеханической древесной массой (ХТММ) и осажденным карбонатом кальция (PCC) при соотношении 70 мас.ч. лиственной целлюлозы, 27-33 мас.ч. лиственной ХТММ и 19-21 мас.ч. PCC с получением композиции бумажной массы;

- формирование из полученной бумажной массы бумаги для печати.

2. Способ по п. 1, в котором сульфатную варку лиственной целлюлозы осуществляют при температуре паровой фазы 156-164°C.

3. Способ по п. 1 или 2, в котором КЩО лиственной целлюлозы осуществляют при расходе щелочи 8-10 кг на тонну абсолютно сухой целлюлозы (а.с.ц.) и кислорода 18-20 кг на тонну а.с.ц.

4. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором на этапе КЩО соотношение гидроксид натрия/кислород составляет 0,45-0,50.

5. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором на этапе КЩО температурный режим в реакторе поддерживается на уровне 102-105°C на входе в реактор, 101-106°C в нижней части реактора и 110-113°C в верхней части реактора.

6. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором на этапе КЩО давление в реакторе поддерживают на уровне 2,5-3,5 бар.

7. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором EOP отбелку лиственной целлюлозы осуществляют путем одновременной обработки ее пероксидом водорода 100% в количестве 2-5 кг на тонну а.с.ц., гидроксидом натрия в количестве 2,5-4,0 кг на тонну а.с.ц. и кислородом в количестве 7-9 кг на тонну а.с.ц.

8. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором этап EOP отбелки выполняют при температуре 78-80°C.

9. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором степень помола полубеленой лиственной целлюлозы перед объединением с ХТММ и PCC составляет 21-23°ШР.

10. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором лиственная ХТММ имеет белизну 78-82% ISO и степень помола на уровне 26-28°ШР.

11. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором PCC имеет белизну 93-95% ISO.

12. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором на этапе изготовления бумаги вакуум на гауч-вале поддерживают на уровне 42-48 кПа.

13. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором на этапе изготовления бумаги в композицию бумажной массы добавляют хлорид кальция в количестве 10-12 л/мин на каждую сторону полотна.

14. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором проводят внутримассную проклейку путем дозирования проклеивающего агента на основе алкилкетендимера (АКД) в количествах, обеспечивающих достижение значения впитываемости (Кобб) 25-35 г/м².

15. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором бумага для печати имеет белизну 58-65% ISO.

16. Бумага для печати, изготовленная из композиции бумажной массы, содержащей полубеленую лиственную целлюлозу, лиственную химико-термомеханическую древесную массу (ХТММ) и осажденный карбонат кальция (PCC) при соотношении 70 мас.ч. лиственной целлюлозы, 27-33 мас.ч. лиственной ХТММ и 19-21 мас.ч. PCC.

17. Бумага для печати по п.16, изготовленная согласно способу по любому из пп. 1-15.

18. Бумага для печати по п.16 или 17, где полубеленая лиственная целлюлоза имеет белизну 38-40% ISO.

19. Бумага по любому из пп. 16-18, имеющая белизну 58-65% ISO.