Способ изготовления упаковочной бумаги и картона Советский патент 1988 года по МПК D21D3/00 D21H3/66 

сл

с

Изобретение относится к целлюлозно-бумажной промышленности и позволяет снизить себестоимость бумаги и картона при сохранении их качества. При изготовлении упаковочной бумаги и картона путем подготовки волокнистой массы, введения в нее связующего и коагулянта, отлива полотна и сушки в волокнистую массу дополнительно вводят наполнитель - серпентин формулы {(ОН) .Mf;() с размером частиц 1-40 мкм в количестве 2,3-10% от массы волокна. 20 табл. §

4

со

СП

О)

ы

: Изобретение относится к целлюлоз- но-бумажной промьпяленности, в част- ;иости к изготовлению упаковочных видов бумаги и картона.

Целью изобретения является снижение себестоимости бумаги и картона при сохранении их качества.

Сущность изобретения заключается в том, что при изготовлении упако- вочной бумаги и картона в волок- нистую массу дополнительно вводят наполнитель - серпентин формулы { (OlO.Mg .,Oy) J с размером частиц 1-40 мкм в количестве 2,3-10% от массы волокна.

На беспримесной стадии серпентин находится в форме моноклинного, скры- тозернистогс) кремнекислого магния, серпентина (ОН) Решетка часто содерйа-1т железо и алюминий. Содержание металла, в .частности железа, часто ог1ро;деляет цвет серпентина, следовательно, его степень белизны также. Серпентин от}1осится к так на- Iзываемым сеточным силикатам и обычно I находится в виде непрозрачного, иеяр- I кого, тонкочешуйчатого соединения, : Некоторые виды серпентина мягче, чем I тальк. Сетка серпентина образуется из одного кремниевого четырехгранного слоя,отрицательный заряд которого нейтрализуется слоем брусита. Па каждый ион магния тальк имеет на два гидроксильных иона меньше, и, таким образом, слой брусита принимает до- полнительный положительный заряд,

которьй нейтрализуется с помощью дру- ; гого гексагонального слоя кремниевого

четырехгранного слоя,

Когда серпе-нтин дробится и измель- I чается, положительные заряды создаютс на поверхностях серпентина. С другой j стороны, тальк остается почти нейт- : ральным или теряет свой заряд в от- , стое и может легко оставаться гидрофобным. Крайне высокая способность к скольжению талька определяется двумя возможными плоскостями скольжения. Серпентин обладает меньшей способностью к скольжению, поскольку он имеет только одну плоскость скольже- НИН, Способность к скольжению является преимуществом, если бумага подвер- ; гается глянцеванию, но во многих слу- чаях она может также быть недостатком если бумага используется для изготовления сложных изделий, таких как I личная упаковочная продукция. Благо

даря cв(Jeй мягкости, серпентин не повреж/г.ает и не царапает машины ни в процессе каландровапия , ни присушке.

Волокна в бумажной массе имеют от- рицательнь й Z-потенциал, тогда как Z-потенциал серпентина является поло- ясительным ( +10 мВ) . Эта особенность является очень важной в связи с использованием его в качестве наполнителя, поскольку серпентин легко присоединяется к сетке волокна. Б этом случае серпентин также связывается с мелким волокном. Таким образом, фильтрующий эффект сетки волокна, который удерживает частицы наполнителя, теряет свою важность в отношении удерживаемости. Серпентин имеет также кристаллическую форму, которая обладает преимуществом в отношении удерживаемости. При использовании в качестве наполнителя серпентин не нуждается в дополнительных химических веществах для того, чтобы прилипнуть к поверхности волокна.

Прилипание серпентина к поверхности волокна усиливается благодаря исключительно высокой удельной поверхности серпентина, которая измен я- ется от 50000 до 500000 в за- висимости от типа, и благодаря высокой пористости серпентина. Высокая температура плавления (около 1400°С) серпентина и тот факт, что он постепенно расплавляется от жидкого состояния пока кристаллическая вода испаряется, обеспечивает хорошие огнеупорные свойства бумаги, которая заполнена или покрыта серпентином. Пористость серпентина позволяет также использовать I поглощающие тепло добавки. ,

Одним из преимуществ серпентина является его гидрофильность, которая приводит к легкому разделению, что опять же помогает в обработке минеральных ингредиентов, Рфоме того, мягкость серпентина делает возможным использование размера крупинок, большего, чем при обычных наполнителях, большой размер крупинок серпентина увеличивает прочность и, таким образом, уменьшает курлатинирование, например, конвертной бумаги.

Пример 1. Сульфатную небет леную сосновую целлюлозу измельчают в дисковом рафинере. После измельчения рН волокнистой массы (обычно около 9) уменьшают приблизительно до 6,5

посредством серной кислоты. Затем добавляют квасцы в количестве 0,8% от объема волокнистой массы. Во вса сывающую сторону лопастного насоса доба вляют клеевую массу - гидрофобн клей из талловой смолы. Доза клея составляет приблизительно 0,2% от объема волокнистой массы. Серпентин который подают в лопастной насос, имеет распределение зерен в предела 100% - 20 мкм и 60% - 10 мкм. Диспегирующие агенты не используются. Серпентин используют в количестве о О до 6,5% объема волокнистой массы. Масса полученного картона составля примерно 125 г/м, плотность - 600- 650 кг/м , пористость (Гарли) 20-30 Скорость привода на сетке составлет порядка 60 м/мин, а давление вла .ного сжатия - 50-60 кг/см.

Способ измельчения

(WS), м

Объем измельчения,

кВтч/т

Степень измельчения,

град, размола

в бассейне машины в напорном ящике

Степень измельчения пульпы была высокой.

В табл. 1-5 приведены данные по размолу целлюлозы.

Пример 2. Изготовление мешочной бумаги.

В качестве исходного материала ипользуют обычный состав, в котором количество.рециркулирующей целлюлоз составляло 10-40%.

В качестве абсорбента используют полймин SK(BASF) (0,15%) и дрз гие вщества - квасцы, кислоту, клей и крахмал.

В табл. 6-10 представлены данные процесса.-

Использование серпентина обеспечивает явную экономию энергии, расходуемой на сушку, что выражается в уменьшении расхода пара и донилсении давления пара (см, табл. 8). -

Понижение давления пара (испытания 0-6) от 2,12 до 1,98 и (испытания 7-10) от 2,10 до 1,89 кПа созда потенциальную возможность повьш1ения производительности бумагоделател ьно машины при условии, что в сеточной и,прессовых частях бумагоделательно машины обеспечивается удаление воды в достаточной степени.

15

25

. о

5160

В табл. 9 представлены данные абсорб1Д(и серпентина в целом (общий показатель абсорбции 90,2%). ц В табл, 11 представлены результаты испытаний на.трение и прочность внутренних связей (IBS).

Значения трения измерялись с использованием наклонной плоскости. 10 Например, при измерении с использованием наклонной плоскости и с учетом количества рециркулируюо ей целлюлозы использование серпентина в количестве 6% обеспечило улучшение значения трения в диапазоне от 2 до 3,5%. Во всех Случаях прочность внутреннего сцепления при использовании серпентина была улучшена (испытания 1-6 и 7-10Ь).

В табл. 12 и 13 отражены относительные технические характеристики полученной бумаги.

На основе технических результатов испытания бумаги (табл. 8) можно сделать вывод, что многие технические характеристики, важные для упаковочной бумаги, выше, чем в случае без добавления серпентина.

Например, лучшими являются такие характеристики, как размерная ста30

бильность,, сопротивление надрыву.

ной бумаги 20SR) .

светонепроницаемость, воздухопроницаемость, плотность и трение (верхней стороны о верхнюю сторону),. Остаются

Почти неизменными такие свойства, как жесткость, закручиваемость концов и водовпитывающая способность (по прибору Кобба). Чуть хуже такие характеристики, как прочность на разрыв,

нагрузка удлинения - растяжения и поглощение энергии растяжения, однако эти свойства не являются.важными для упаковочной бумаги.

П р и м е р 3. Изготовление оберточной бумаги.

В качестве исходного материала используют обычную целлюлозу для оберточной бумаги (20SR). Количество клея составляет 1,2%, квасцов 2,5%.

Бумага лощеная. В качестве абсорбента используют полймин Sk(BASF в количестве 0,2%. - В табл. 14 отражены данные процесса (целлюлоза для получения оберточ-

ной бумаги 20SR) .

В табл. 15 представлены данные о распределении размеров частиц использованного серпентина.

В табл. 16 принедены технические |результаты испытаний бумаги. Для сравнения изготавливают обер- iточную бумагу с тальком в качестве ;наполнителя, В качестве исходного ма- |териала используют волокнистую массу для упаковочной бумаги 20SR и те же химикаты, что и раньше, а полученную бумагу суперкаландрируют. Грануло- метрический состав талька был идентичен гранулометрическому составу серпентина.

В табл. 17 cy rмиpoвaны относительные технические результаты испытания бумаги.

В большинстве случаев результаты сравнения между серпентином и тальком идентичны, однако некоторые технические характеристики бумаги лучше в слу чае использования серпентина. Идентичными также являются такие свойства, как прочность на разрыв, поглощение энергии растяжения и сопротивление надрыву. Серпентин обеспечивает лучшее сопротивление продавливанию, значительно улучшает такое свойство бумаги, как воздухостойкость, а также такие характеристики, как светонепроницаемость, трение или сцепление и выход конечной продукции. Тальк обеспечивает чуть более высокую степень белизны по сравнению с серпентином.

Серпентин обеспечивает улучшение и повыше ние таких свойств бумаги, как размерная стабильность, сопротивление надрыву, светонепроницаемость, воздухопроницаемость, сцепление или трение, сопротивление продавливанию, воздухостойкость, и выхода конечной продукции по сравнению с тальком.

Пример 4, Изготовление окле- ечной крафт-бумаги и-бумаги для гоф рированного слоя.В качестве наполнителя в оклеечной бумаге, оклеечной крафт-бумаге и бумаге для гофрированного слоя используют серпентин.

В качестве исходного материала исг пользуют специальную целлюлозу (18SR) выбранную таким образом, чтобы заключение о пригодности серпентина было сделано на основе наиболее существенных свейств бумаги. В качестве крахмала использовали крахмал CORAGUM в количестве 2%, а для более эффективной абсорбции :

0

5

0 5 о

5

Ю

в качестве абсорбента использовали POLYMINSK (BASF) - в количестве 0,2%.

В табл. 18 представлены данные процесса (целлюлозы для оклеечной бумаги 18SK).

В табл. 19 представлены данные о распределении размеров частиц серпен - тина, количество которого лежало в диапазоне 0-9% (продолжительность всех циклов испытаний составляет несколько недель, а приведенные значения йыведены, как средние из множества циклов испытаний).

В табл. 20 представлены сравнительные технические характеристики полученной бумаги.

Как видно из табл. 20, предложенная бумага отличается превосходной абсорбцией (свыше 90%), крайне высокими значениями прочности внутренних связей. Получены хорошие показатели удлинения и прочнос7и ест, SCT и СМТ-30, т.е. параметров, существенных для оклеечных сортов бумаги и бумаги для гофрированного слоя. Сопротивление продавливанию остается на очень высоком уровне. Удовлетворительны показатели прочности на разрыв и поглощение энергии растягивающих напряжений.

На технические характеристики бумаги влияние оказывает положительное измельчение целлюлозы. Статистиг ческ.ая обработка результатов показала, что дополнительное измельчение позволяет повысить показатели плотности, прочности внутренних связей, СМТ и проницаемости для воздуха.

Формула изобретения

Способ изготовления упаковочной бумаги и картона д включающий подготовку волокнистой массы, введение в нее связующего- и коагулянта, отлив полотна и сушку, отличающий- с я тем, что, с целью снижения себестоимости бумаги и картона при сохранении их качества,, в волокнистую массу дополнительно вводят наполнитель - серпентин формулы

(OH)Mg3(Si,Oj)

5

с размером частиц 1-40 мкм в количестве 2,3-10% от массы волокна.

Т а б л и IT а 1 Анализ образной напорного ящика

О 1

0,015

4,44 4,18

Таблица 2 Анализ водных образцов на сетке

1 0,15

0,60 0,87

Таблица 3 Удерживание на сетке бумагоделательной машины

О 1

87 87,1

Физические и химические свойства картона

127 198 641 6,35 6,5 35 29,4

11,45 0,5503,63

40,2 0,402

0,468

35

86,4 79,2

О 0,015

Таблица 4

29,0

Мрханичр.ски свойства образцов картона

Испытание

0,15

0,15

Таблица 7 1- асг1ределение размеров частиц серпентина

п; иер частиц, мкм

-40 -30

-20 15

-10

1

Т а б л и It а 5

Таблица 6

10 10 10 40

40 АО 40 40

Количество,

88

75

55 45

31

16 U

8

4

Сбалансирораииый р.чсхол паря

Таблица Ю Сбалансированные условия в мокрой части бумагоделательной магаины

Т а б л и ц а 8

Таблица 9

I 1

бЬ 7

9 10 lOb

9,40 1,83 6,24 8,59 8.66

3

1,90 2,25 2,27 2,2fi 7,. 19

0, О , -t 1 О Т,473 П, - 95 0,736

:z:i::r.r:z:

5

63,7 81,8 79,1 78,1

24

36 43

198 , 366 276 305 360

0,73 8,60 ) 1,71 1,8Т ч 2 4 R. -)9 М,Ь6 П. С) 8 .S2 82 (Ч /О

427 413 437 354 376 366 433 441

26,0

30,0

29,8

25,0

24,8

25,6

27,2

27,428,8

27,8

29,9

18,0

24,6

28,8

Продолжение табл. 10

198 , 366 276 305 360

0,15 0,15 0,15 0,15 0,15

Таблица 11

10 10 10 40 40 40 40 40 10 10 10 30 30 30

е

е -

100 97,0 99,0

100

100

106,0 98,0 100

Таблица 12

100

98,5 98,.3 101,0

100 102,0 107,0 100 115,0 91,0

94,1 87,7 80,0 87,0 85,0 78,0

95,0 95,0

96,0 98,0

109,0 127,0

85,0 80,0

101,0 6,0

100

87,0 107,0

10085,0 76,0 100

10086,0 92,0 .100

Относительные технические результаты испытания бумаги

ilp(W(44 riiHf г абл . 1 2

100

93,0 88,0. 85,0

88,0 96,0 71,0 90,0 93,0 78,0

Таблица 13

Таблица 14

19

Водовпитывающая способность

(по прибору Кобба), г/м (Cp

некаландрированная на;

сеточной стороне

верхней стороне каландрированная на:

сеточной стороне

верхней стороне

Каландрированная ;бумага масса 1 м (grammage), г/м

Толщина, мк Плотность, г/см

l-i-lSffiO

Таблица 15

Таблица 16

Продолх-енир табл. 1 6

Таблица 11

Таблица 19

27

1435160

28

Таблица 20