Способ изготовления бумаги Советский патент 1982 года по МПК D21D3/00 D21H3/66 

(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ БУМАГИ

Изобретение относится к целлюлозно-бумажной промышленности, более конкретно к способам получения бумаги, прочной в сухом и влажном состоянии. Известен способ изготовления влагопрочной бумаги путем введения в бумажную маесу на основе целлюлозных волокон сульфата алюминия в количестве 10-15% к массе абсолютно сухих волокон при рН среды 4,3 1. Получаемая указанным способом бумага имеет невысокие характеристики по влагопрочности и механической прочности. Известен способ изготовления бумаги путем размола целлюлозы, введения в бумажную массу соли алюминия, например алюмината натрия или хлорида алюминия, в количестве 2, к массе абсолютно сухих волокон при рН среды 8-9,5 за 5-10 мин до отлива с последующей термообработкой при 120-150°С в течение 1-15 мин. Известный способ позволяет получать бумагу со сравнительно высокими влагопрочностью и механической прочностью в условиях щелочных сред 2. Однако применение щелочных сред при отливе приводит к необходимости нейтрализовать большое количество отработанных вод, что снижает эффективность способа. При получении бумаги в нейтральной среде добавки-солей алюминия увеличивают прочность бумаги незначительно. Недостатком известного способа является и высокая стоимость солей алюминия. Цель изобретения - повышение влагопрочности, механической прочности и снижение себестоимости бумаги. Указанная цель достигается тем, что согласно способу изготовления бумаги путем размола целлюлозы, введения в бумажную массу Неорганического связующего, отлива полотна, сушки и термообработки его, в качестве неорганического связующего используют гель аморфной гидроокиси железа в количестве 0,05-2% от массы абсолютно сухой целлюлозы. Известно, что первоначально образующаяся в процессе отлива в результате гидролиза солей алюминия аморфная форма гидроокиси алюминия быстро теряет связанную воду. Протекающий таким образом процесс старения гидроокиси алюминия приводит к разрушению структуры гидроокиси

алюминия, к резкому уменьшению количества гидроксильных групн, способных к образованию водородных связей с целлюлозой. Вследствие этого уменьшается возможность образования трехмерных структур типа целлюлозное волокно - гидроокись алюминия - целлюлозное волокно. В результате из всей введенной добавки в образовании поперечных связей принимает участие лишь небольшая ее часть. Для создания необходимого количества поперечных связей обшее содержание добавки солей алюминия в бумажной массе берут высоким (2,5-5% для алюмината натрия и хлорида алюминия в щелочной среде и 10-15% сульфата алюминия в кислой .среде, где возможность образования поперечных связей еще ниже). Скорость протекания дегидратации окиси алюминия зависит от очень многих факторов (температуры, времени, концентрации, кислотности среды), что делает процесс нолучения бумаги трудноконтролируемым в производственных условиях и может привести к неудовлетворительной воспроизводимости механических характеристик получаемой бумаги.

Применение геля аморфной гидроокиси железа взамен солей алюминия позволяет устранить указанные недостатки.

Гель аморфной гидроокиси железа (Fe), называемый также феррогель, существует в среде с рН более 3,5 в виде полимерного соединения структурной формулы

ОН ОНОН

I I

O-Fe-0-Fe-...-O-Fe-OH

НгО

Полимерная фор.ма феррогеля содержит большое количество воды, которая по характеру связи делится на три типа; слабо связанную сорбционную воду, придающую гидроокиси железа свойства, присущие гелю, координационно связанную воду и химически связанную воду. Сорбционная вода удаляется до 80°С, координационная - от 80 до 200°С, химическая - от 200 до 300°С. Удаление последних двух типов вод в процессе сушки в присутствии целлюлозы приводит к перезаключению освобождающихся связей гидроокиси и воды на связи гидроокиси и гидроксильных групп целлюлозы.

Атом железа, в отличие от атома алюминия, имеет незаполненную Зё-орбиталь, которая при формировании гидроокиси удерживает дополнительно еще одну молекулу воды.

В процессе сушки эта координационно связанная вода удаляется, а Зd-opбитaль атома железа переключается на удержание близрасположенных гидроксильных связей целлюлозы. В результате кроме гидроксильных групп гидроокиси железа (аналогично гидр.оксильным группам гидроокиси алюминия)

в образовании связей с целлюлозой принимает участие в случае геля гидроокиси железа еще и Зd-dpбитaль. Это свойство геля гидроокиси железа повышает эффективность ер использования в качестве связующего при

получении различного вида бумаг и картона, причем для достижения высоких механических характеристик можно ограничиться введением небольших (0,05-2%) количеств геля аморфной гидроокиси железа. Применение .меньших количеств связующего ( 0,05%)не приводит к существенному увеличению прочности, применение добавок более 2% ухудшает удерживаемость гидроокиси железа.

Таким образом, аморфная форма гидроокиси - феррогель содержит координационно связанную воду и большое количество гидроксильных групп, способных образовывать водородные связи с гидроксильными группами целлюлозы. При этом возникают трехмерные структуры типа целлюлоза - гидроокись железа - целлюлоза, обеспечивающие высокую прочность бумаги во влажном состоянии при любом рН выше 3,5. Наилучшие условия для существования активной по отнощению к целлюлозе гидроокиси железа - в нейтральной среде при рН 5,5-7. В такой среде гель гидроокиси железа устойчив при нормальной темнературе длительное время; дегидратация геля и ухудшение свойств гидроокиси железа как связующего не происходят в течение нескольких суток, что позволяет вводить добавку в бумажную массу в любой точке технологического процесса перед отливом.

Удержание геля гидроокиси железа при отливке составляет 96-ЮО /о, что позволяет без затруднений использовать оборотные воды.

В процессе хранения или при искусственном старении свойства бумаг, содержащих гидроокись, железа, изменяются незначительно.

Осуществление способа.

Небеленую сульфитную целлюлозу марки Ж-4 (ГОСТ 6501-73) размалывают до 60°ШР и в полученную бумажную массу вводят гель гидроокиси железа, полученный известным способом при расходе 0,5-2% в пересчете на Ге2Оз к массе абсолютно сухих волокон. После введения феррогеля рН массы находится в пределах 5,5-7,0. Введение геля аморфной гидроокиси железа может

быть осуществлено в любой точке технологического процесса до отлива бумаги. Отлив бумаги, сущку и ее термообработку ведут известным способом.

Одновременно провели получение бумаги известным способом с добавкой 2,5% алюмината натрия на целлюлозе той же марки (Ж-4).

В таблице приведены результаты испытаний.

Как видно из таблицы, введение геля гидроокиси железа в качестве связующего повышает механические характеристики бумаг в 1,3 раза в сухом состоянии и в 2 раза по влагопрочности в сравнении с прототипом.

Предлагаемый способ позволяет получать бумагу по более низкой себестоимости. При цене алюмината натрия 437 р. за тонФормула изобретения

Способ изготовления бумаги путем размола целлюлозы, вв.едения в бумажную массу неорганического связующего, отлива полотна, сушки и термообработки его, отличающийся тем, что, с целью повышения влагопрочности, механической прочности и снижения себестоимости бумаги, в качестве неорганического связующего используют гель

ну и расходе алюмината на тонну бумаги 50 кг по прототипу затраты составляют 21,85 р. При цене геля гидроокиси железа 314 р. за тонну и расходе гидроокиси железа 20 кг На тонну целлюлозы затраты составляют 6,28 р. На тонну бумаги разница в затратах составляют 15,57 р. При среднесуточной производительности 200 т бумаги экономия в год составляет 700 тыс. р.

аморфной гидроокиси железа в количестве 0,05-2% от массы абсолютно сухой целлюлозы.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

№ 679690, кл. D 21 Н 3/66, 1977 (прототип).