Способ подготовки волокнистого полуфабриката для изготовления бумаги Советский патент 1992 года по МПК D21C9/00 D21D1/00 

Изобретение относится к ЦБП и может быть .использовано при получении писчей, печатной и других видов бумаги.

Известен способ подготовки целлюлозного полуфабриката путем замораживания целлюлозы влажностью более 100% при температуре -76°С (1).

Известен также способ подготовки целлюлозного материала путем замораживания целлюлозной массы влажностью 90% при-5°С.

Недостатком этих способов является низкое бумагообразующее свойство целлюлозных волокон из-за потери прочности мо- новолокна в результате деструкции целлюлозы при замораживании, в указанных режимах.

Наиболее близким по технической сущности является способ подготовки волокнистого полуфабриката для изготовления бумаги, согласно которому с целью повышения механической прочности бумаги целлюлозосодержащие волокна обрабатываются водой, а подсушивают до влажности 35- 48% и замораживают при температуре от -50°С до-55°С в течение 15-60 мин, а затем размалывают в жидкой фазе.

Недостатком данного способа является относительно невысокий показатель механической прочности бумаги, так как при предварительной обработке водой исходных целлюлозосодержащих волокон вода, а именно ее ассоциированные молекулы, не могут проникнуть в тончайшие поры и капилляры целлюлозы диаметром 20-30 А. В связи с этим эти участки целлюлозы и после замораживания остаются недоступными для воды.

Цель изобретения - повышение механической прочности бумаги. Поставленная цель достигается тем, что в способе подготовки волокнистого полуфабриката для изготовления бумаги предварительную обработку исходных целлюлозосодержа

fe

ю ел о VI

щих волокон осуществляют 0,3-0,8%-ным водным раствором амид аллофановой кислоты (биурет), а замораживание проводят в течение 9-14 мин.

Биурет - H2N-CO-NH-CO-NH2 (амид аллофановой кислоты), являясь разрушителем структуры воды, изменяет соотношение концентраций неассоциированной и кластерной форм воды в пользу образования большого объема менее ассоциированных молекул воды, которые при взаимодействии с целлюлозным волокном проникают в ранее недоступные тоншайние поры и капилляры. В дальнейшем при замораживании образующиеся микрокристаллы в этих капиллярах, увеличивая их размеры, способствуют повышению объемной доли целлюлозы, способной поглотить дополнительное количество воды при размоле в жидкой фазе. Вода, проникая в ранее недоступные поры между микрофибриллами, раздвигает их, что приводит к почти равномерному увеличению объема волокна и, как следствие, к дополнительному образованию межволоконных связей и упрочнению бумаги.

Разупорядочивание структуры воды в используемом 0,3-0.8%-ном водном растворе биурета позволяет сократить время низкотемпературной обработки целлюлозо- содержащего материала, так как в зависимости от размеров кластеров воды меняется их подвижность и в связи с этим менее ассоциированные молекулы воды, обладая большей подвижностью, способны к более быстрой кооперативности с понижением температуры и к значительному возрастанию скорости образования структуры, свой- ственной льду. Это позволяет для указанной цели проводить замораживания целлюлозосодержащих волокон, обработанных 0,3-0,8%-ным водным раствором биурета. в течение времени, меньшего, чем в известном способе.

Пример 1 (по предлагаемому способу). Воздушно-сухие волокна сульфатной целлюлозы обрабатывают 0,5%-ным водным раствором биурета, избыток раствора отжимают, а обработанную цвллюлозу подсушивают до содержания указанного водного раствора в материале 37% и замораживают при температуре -55°С в течение 12 мин. В качестве охлаждающего агента используют сухой лед. По истечению заданного времени целлюлозу размалывают до 19°ШР в жидкой фазе при концентрации массы 6%, постоянном числе оборотов главного вала 150 в 1 мин. Из размолотой массы готовят отливки на листоотливном аппарате ЛОА-1 массой 100 ±1 г/м2, которые затем подвергают физико-химическим и физико-механическим испытаниям по стандартным методикам. Увеличение объема волокна оценивают по изменению диаметра

волокон в водной среде микроскопическим методом. Отсутствие деструкции полимолекул целлюлозы подтверждают методом измерения средней степени полимеризации вискозометрическим методом. В качестве

0 растворителя используют железо-винно-на- триевый комплекс. .

Пример 2 (по предлагаемому способу). Способ осуществляют в условиях, аналогичных примеру 1, но воздушно-сухие

5 волокна сульфатной целлюлозы перед замораживанием обрабатывают 0,3%-ным раствором биурета.

Пример 3 (по предлагаемому способу). Способ осуществляют в условиях, ана0 логичных примеру 1, но целлюлозу перед замораживанием обрабатывают 0,8%-ным раствором биурета.

Пример А (по предлагаемому способу). Способ осуществляют в условиях, ана5 логичных примеру 1, но замораживание проводят в течение 9 мин.

Пример 5 (по предлагаемому способу) Способ осуществляют в условиях, аналогичных примеру 1, но замораживание

0 проводят в течение 14 мин.

Пример б (по предлагаемому способу). Способ осуществляют в условиях, аналогичных примеру 1, но обработанную водным раствором биурета целлюлозу подсушивают до

5 содержания указанного водного раствора в материале 35%, а замораживание осуществляют при температуре минус 50°С.

Пример 7 (по предлагаемому способу). Способ осуществляют в условиях, аналогич0 ных примеру 1, но обработанную водным раствором биурета целлюлозу подсушивают до содержания указанного водного раствора в материале 40%.

Пример 8 (контрольный).Способ

5 осуществляют вусловиях, аналогичных примеру 1, но целлюлозу перед замораживанием обрабатывают 0.1%-ным раствором биурета.

Пример 9 (контрольный). Способ

0 осуществляют в условиях, аналогичных примеру 1. но целлюлозу перед замораживанием обрабатывают 1,0%-ным раствором биурета, а замораживание осуществляют в течение 14 мин.

5ПримерЮ (контрольный). Способ

осуществляют в условиях, аналогичных примеру 1, но замораживание проводят в течение 7 мин.

Пример 11 (контрольный). Способ осуществляют в условиях, аналогичных примеру 1, но замораживание проводят в течение 16 мин, а обработанную целлюлозу подсушивают до содержания водного раствора в материале 40%.

Пример 12 (контрольный). Способ осуществляют в условиях, аналогичных примеру 1, но целлюлозу перед замораживанием обрабатывают 0,8%-ным раствором биурета и подсушивают до содержания указанного раствора в материале 33%.

Пример 13 (контрольный). Способ осуществляют в условиях, аналогичных примеру 12, но обработанную целлюлозу подсушивают до содержания водного раствора биурета 42%.

Пример 14 (контрольный). Воздушно-сухие волокна сульфатной целлюлозы обрабатывают 0,8%-ным раствором биурета, избыток раствора отжимают, а обработанную целлюлозу подсушивают до содержания указанного раствора в материале 40%, размалывают и получают отливки в условиях, аналогичных примеру 1. которые подвергают физико-химическим и физико-механическим испытаниям.

Пример 15 (по прототипу). Воздушно-сухие волокна сульфатной целлюлозы обрабатывают водой, подсушивают до влажности 40% и замораживают при -55°С в течение 15 мин. По истечении заданного времени целлюлозу размалывают до 19°ШР в жидкой фазе при концентрации массы 6%, постоянном числе оборотов главного вала 150 в 1 мин. Из размолотой массы готовят отливки на листоотливном аппарате ЛОА-1 массой 100 ± 1 г/м2, которые затем подвергают физико-химическим и физико- механическим испытаниям по стандартным методикам.

Результаты испытаний бумаги представлены в таблице. Из таблицы следует, что волокнистый полуфабрикат и изготовленные из него образцы бумаги по известному способу (пример 15) имеют более низкие показатели качества, в то время как изобретение позволяет получить бумагу с улучшенной разрывной прочностью (примеры 1-7).

Необходимая концентрация биурета составляет 0,3-0,8%. При выходе на нижний предел концентрации (пример 8) недостаточное деструктурирование воды не способствует созданию дополнительного объема микропор и капилляров, а при выходе за верхний предел концентрации биурета

сильно набухшие волокна целлюлозы при последующем замораживании подвергаются деструкции,снижающей прочность одиночного волокна, а следовательно, и прочность бумаги (пример 9),

Необходимое время замораживания составляет 9-14 мин (примеры 1-7). При выходе за верхний и нижний пределы указаиные в формуле, разрывная прочность бумаги

снижается. При времени замораживания менее 9 мин увеличение удельной пористости материала незначительно, что отражается на величине среднего диаметра волокна, которая в данном случае снижается (пример

10). В то же время выход за верхний предел также приводит к снижению прочности бумаги из-за нарушения целостности волокна (пример 11).

Как следует из таблицы, содержание

волного раствора биурета в целлюлозе составляет 35-40%, так как при его содержании менее 35% количества замерзающей воды недостаточно для увеличения пористости волокон (пример 12), а увеличение его

содерж-ания выше 40% нецелесообразно, так как не позволяет увеличить разрывную прочность бумаги (пример 13).

Из таблицы также следует, что обработка целлюлозы водным раствором биурета

концентрации 0,3-0,8% без последующего замораживания (пример 14) приводит к снижению прочности бумаги по сравнению с известным.

Предлагаемый способ по сравнению со

способом по прототипу позволяет повысить разрывную прочность бумаги примерно на 25%.

Формула изобретен и я

1. Способ подготовки волокнистого полуфабриката для изготовления бумаги путем предварительной обработки исходных цел- люлозосодержащих волокон, их подсушивания, замораживания и последующего

размола в жидкой фазе, отличающий- с я тем, что, с целью повышения механической прочности бумаги, предварительную обработку осуществляют 0.3-0,8%-ным водным раствором амида аллофановой кислоты, а замораживание проводят в течение 9-14 мин.

2. Способ по п. 1,отличающийся тем, что подсушивание обработанных волокон проводят до содержания указанного

водного раствора в волокнах 35-40%.

гаепо

0,5

0,3 0,8

0,5 0,5 0,5 0,5

тй)

ипу) Вода

0,1 1,0 0,5 0,5 0,8 0,8 0,8

37

37 37 37 37 35 40

37 37 37 40 33 42 40

55

55 55 55 55 50 50

55 55 55 55 55 55 Без

Влажность 55 40%

55

55 55 55 55 50 50

55 55 55 55 55 55 Без

55

1243

1241

1242

940

1440

1240

12.40

1236

1438 735 1637 1233 1240

замораживания21

1530

1950

1950 1950 1950 1950 1950 1950

1950 1700 1950 1650 1950 1950 1950

1950

790

800 790 780 780 780 780

770 790 770 7&0 770 780 770

770

6150

6050 6100 6000 6000 6000 6000

5400 5300 5500 5300 5150 6000 3200

4900

6,2

6,0 6,1 6,0 6,0 6,0 6,0

5,3 5,2 5,4 5,2 5,1 6,0 3,3

-,9

to ел о

-4

ОТ

Изобретение относится к технологии подготовки волокнистого полуфабриката для изготовления бумаги и позволяет повысить механическую прочность бумаги. Исходные целлюлозосодержащие волокна обрабатывают 0,3-0,8%-ным водным раствором амида аллофановой кислоты (биуре- та), подсушивают до содержания указанного раствора в волокнах 35-40%, замораживают при температуре (-50) - (-55)°С и размалывают в жидкой фазе. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.