CC BY
183
СОВРЕМЕННЫЕ ТЕНДЕНЦИИ В РАЗВИТИИ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА БУМАГИ И КАРТОНА
С.М. ТАРАСОВ, аспирант каф. хим. технологии древесины и полимеров МГУЛа,
В.И. АЗАРОВ, проф. каф. хим. технологии древесины и полимеров МГУЛа,
И.Н. КОВЕРНИНСКИЙ, проф. каф. хим. технологии древесины и полимеров МГУЛа
Современные требования к качеству бумажно-картонной продукции предполагают комплексное совершенствование технологии ее производства. В настоящее время в мировой бумажной промышленности наблюдается стойкая тенденция к оптимизации производственного процесса на всех его стадиях, начиная с массоподготовки и кончая подачей готовой продукции на склад перед отправкой ее потребителю.
За последние годы значительный успех был достигнут в области разработки и применения активных химических добавок, вводимых в бумажную массу с целью повышения качества готовой продукции и оптимизации технологического процесса производства, в том числе с участием авторов статьи [1,3, 4-7]. Были разработаны эффективные химикаты для придания бумаге и картону ряда важных потребительских свойств: повышения гидрофобности, прочности в сухом и влажном состояниях, оптических свойств и др.
В настоящее время большая часть всей бумажно-картонной продукции в мире вырабатывается путем формования бумажного полотна не в кислой, как раньше, а в нейтральной и слабощелочной средах, благодаря чему достигается ряд существенных преимуществ: более высокая прочность бумаги, ее повышенная долговечность, улучшенные оптические свойства и др., а также более высокая технологичность производственного процесса, заключающаяся в лучшей работе и меньшей коррозии оборудования, снижении нагрузки на очистные сооружения и др. [8]. Осуществить «нейтральное» производство бумаги можно лишь при использовании химикатов, обеспечивающих в этих условиях придание материалу необходимых потреби-
тельских свойств, в частности, необходимой степени гидрофобности («проклейки»). Основным материалом для нейтральной проклейки в настоящее время являются димеры алкилкетенов (ДАК) - димеризованные продукты на основе кетенов высших жирных кислот, впервые разработанные и внедренные в производство компанией НЕЛСШЛЕЗ (США), и выпускаемые, кроме вышеуказанной компании, рядом ведущих зарубежных фирм: «ВАББ», «КЕМША» и др. В России промышленное производство ДАК в последние годы было освоено на ОАО «Химпром» (г. Волгоград). Выгодное отличие проклейки ДАК от «классической» канифольной проклейки заключается в следующем. Вступая в химическую реакцию с целлюлозой, ДАК обеспечивают требуемый уровень проклейки при значительно меньших расходах по сравнению с канифолью и не требуют применения коагулянтов. Технология клея на основе отечественных димеров алкилкетенов была разработана авторами статьи [4], причем проклеивающая эффективность разработанного клея не уступала импортным аналогам.
Несмотря на всю привлекательность использования для проклейки бумаги и картона клеев на основе ДАК, у такой проклейки есть некоторые недостатки, в первую очередь это: высокая стоимость самих ДАК; постепенное нарастание величины проклейки после схода бумаги с наката БДМ, при этом максимальная величина проклейки достигается примерно через 14 дней [8]. Кроме того, преимущественное использование проклейки ДАК при производстве бумажно-картонной продукции в развитых странах Запада связано еще и с дефицитом лесных ресурсов и, как следствие, - канифольных материалов. Для России же с ее богатыми лесными ресурсами,
то есть практически неограниченной сырьевой базой для производства дешевых проклеивающих материалов на основе канифоли отказ от канифольной проклейки кажется противоестественным. Авторами статьи установлено, что при правильно организованной технологии производства даже с применением канифольной проклейки можно добиться высокого качества получаемой продукции путем выбора оптимальных условий производства и оптимального сочетания вводимых в бумажную массу химикатов. pH бумажной массы при использовании канифольной проклейки в этом случае может быть повышено до 7,5, что соответствует pH при выработке бумажно-картонных материалов при проклейке ДАК. При этом вырабатываемый материал по своим качественным показателям не только не уступает, но по некоторым из них - даже превосходит материал, изготовленный с применением проклейки ДАК и других соответствующих химических добавок [6, 7]. Разработкой новых канифольных и композиционных клеев с последующим определением условий их осаждения и закрепления на целлюлозном волокне можно значительно оптимизировать процесс проклейки бумажно-картонных материалов. В настоящее время такие разработки ведутся, в том числе и с участием авторов статьи [5]. Однако всё вышеперечисленное не означает отказ от целлюлозореактивных проклеивающих веществ, в т.ч. ДАК, хотя бы по той причине, что для некоторых видов бумаги и картона невозможно добиться высокого качества без их использования, тем более что эти вещества уже начали производиться в России.
Для производства бумаги и картона в настоящее время используется широкий ряд химических добавок разного назначения: проклеивающих веществ, коагулянтов, фло-кулянтов, упрочняющих, удерживающих, фиксирующих веществ, деаэраторов и др. Ведущими зарубежными фирмами разработаны специальные системы подачи химикатов в бумажную массу, назначение которых -комплексное решение проблем повышения качества готовой продукции и технологичности производственного процесса. В послед-
ние годы в России также разрабатываются и находят промышленное применение химические добавки для бумажной промышленности, не уступающие по своим характеристикам импортным аналогам. Например, поли-оксихлорид алюминия отечественного производства (торговое название «Аква-Аурат»), разработанный и выпускаемый на ОАО «Ау-рат», г. Москва, является химической добавкой, способной комплексно решать многие задачи бумажно-картонного производства: повышение качества продукции; улучшение работы бумагоделательного оборудования; снижение загрязненности сточных вод и др. «Аква-Аурат» был впервые внедрен в промышленное использование на ОАО «Кара-ваево», Московская область, с участием авторов статьи, которыми были всесторонне исследованы технологические аспекты его использования и разработана технология его применения в бумажно-картонном производстве. Бумажно-картонные материалы, изготовленные с использование «Аква-Аурата», обладают хорошими качественными показателями и практически не уступают по этим показателям импортным аналогам [5-7].
Не менее важное значение уделяется совершенствованию технологического оборудования бумажного производства, в частности, бумагоделательных машин (БДМ). Ряд ведущих зарубежных фирм, таких, как “VOITH SULZER”, “BLACK CLAWSON” и др. ведут непрерывную разработку новых видов бумагоделательного оборудования. В современном бумагоделательном производстве отдано предпочтение, где это возможно, формованию бумажного полотна между двумя сетками БДМ (двухсеточный способ формования) взамен формованию на плоской сетке. Благодаря этому достигается ряд важных преимуществ: отсутствие разносторонности бумажного полотна, компактность и высокая скорость работы, а, следовательно, производительность оборудования. Скорость современных БДМ, предназначенных для выпуска массовых видов бумаги и картона, составляет 1000 - 2000 м/мин и более. В последние годы были созданы высокотехнологичные составляющие БДМ, обеспечиваю-
щие ее хорошую работу и производство продукции самого высокого качества: пресса высокой интенсивности; улучшенная конструкция сушильной части; каландры более совершенной конструкции. Значительно повысились рабочие показатели отдельных элементов конструкции БДМ, часто считающихся второстепенными, но имеющих исключительно важное значение для производства продукции, таких, как всевозможные сукна, например, для прессовой и сушильной частей; составляющие регистровой части; валы разного назначения; всевозможные покрытия, например, для сушильных цилиндров и др. Суперкаландры, ранее не входившие в состав БДМ и работавшие автономно, в настоящее время стараются включать в состав БДМ (концепция «в одну линию»). Значительно повысилась оснащенность бумагоделательного оборудования автоматическими системами управления производственным процессом, благодаря чему работа оборудования была значительно улучшена, контроль параметров его работы и управление качеством продукции стали намного более удобными, повысилась производительность [9-11].
В связи с наблюдаемым в последнее время дефицитом свежих волокнистых полуфабрикатов, таких, как целлюлоза, полуцел-люлоза и древесная масса, их высокой стоимостью и экологическими проблемами, связанными с их производством, в мировой бумажной промышленности в последнее время наблюдается стойкая тенденция к увеличению использования для производства бумаж-но-картонной продукции вторичного волокнистого сырья - макулатуры. Для бумажных предприятий, особенно малых, не имеющих собственного производства волокнистых полуфабрикатов, использование вторичного волокнистого сырья является экономически выгодным по причине того, что его стоимость обычно в несколько раз ниже, чем стоимость свежих волокнистых полуфабрикатов. Многие сорта бумаги и картона в настоящее время изготовляются из 100 % макулатуры, а некоторые высококачественных виды писчепечатных бумаг, изготовляемых в США, содержат в композиции более 50 % вторичного
волокна. Технология переработки макулатуры для максимального восстановления первоначальных бумагообразующих свойств вторичного волокна требует применения высокотехнологичного оборудования для подготовки бумажной массы. Современные конструкции этих аппаратов, таких, как гидро-разбиватели, сортировки, энтштипперы, турбосепараторы, работа которых в настоящее время полностью автоматизирована, позволяют придать вторичному волокну необходимые показатели для выпуска высококачественной продукции [10,2].
Однако для восстановления бумагообразующих свойств вторичных волокон только гидродинамической обработки в соответствующих аппаратах часто бывает недостаточно. Обусловлено это, очевидно, необратимостью процессов, происходящих на стадии сушки бумажного полотна, когда происходит «ороговение» гемицеллюлозной части волокон и часть функциональных групп, обеспечивающих межволоконное связеобра-зование, блокируется. Кроме того, теряется прочность самого волокна, оно становится более хрупким и ломким. Поэтому, кроме гидродинамической обработки вторичного волокна, при изготовлении из него бумажнокартонных материалов требуется применение специальных химических добавок для комплексного улучшения качества конечной продукции. В первую очередь это связующие, обеспечивающие лучшее межволоконное связеобразование и, следовательно, прочность изготавливаемого материала. Также желательно применение веществ, снижающих пористость и пылимость материала. Наиболее эффективно это достигается поверхностной обработкой полотна в клеильном прессе растворами адгезивов, что, кроме того, приводит к значительному повышению общих качественных показателей готовой продукции. Если нет возможности использовать клеильный пресс, то химические добавки вводятся в бумажную массу, но их комплекс в этом случае является более сложным: это связующие, деаэраторы для вытеснения воздуха с поверхности волокна, флокулянты для лучшего распределения волокон в толще
бумажного полотна, удерживающие добавки и др. Вопрос улучшения качества бумажнокартонных материалов с помощью функциональных химических добавок в настоящее время является очень актуальным. В этом направлении ведутся активные исследования, в том числе с участием авторов статьи [7]. Существующие уже в настоящее время разработки в этой области позволяют выпускать широкий ассортимент массовых видов бумажно-картонной продукции из вторичного волокна, отвечающей всем предъявляемым к ней качественным требованиям.
Список литературы
1. Крылатое Ю.А., Ковернинский И.Н. Проклейка бумаги. - М.: Лесная пром-сть, 1987.
2. Волков В.А. Особенности использования вторичного волокна в производстве бумаги и картона // Науч. тр. 3-ей Международной научно-технической конференции «Создание конкурентоспособного оборудования и технологий для изготовления бумажно-картонной продукции из вторичного волокнистого сырья», 15-17 мая 2002 г. -Караваево - Правдинский, 2002. - С. 8 - 13.
3. Ковернинский И.Н., Азаров В.И. Производство бумаги в щелочной среде // Науч. тр. МГУЛ. Вып. 277. - М.: МГУЛ, 1995.
4. Тарасов С.М., Ковернинский И.Н. Роль новых гидрофобизирующих материалов в производстве бумаги и картона // Науч. тр. Вып. 319. - М.: МГУЛ, 2002.
5. Тарасов С.М., Ковернинский И.Н., Азаров В.И. Новый высокосмоляной клей на основе продуктов переработки таллового масла // Науч. тр. 3-й Международной научно-технической конференции «Создание конкурентоспособного оборудования и технологий для изготовления бумажно-картонной продукции из вторичного волокнистого сырья», 15-17 мая 2002 г. - Караваево - Правдинский, 2002.
6. Тарасов С.М., Ковернинский И.Н. Использование добавки «Аква-Аурат» при проклейке целлюлозных материалов канифольными клеями // Науч. тр. Вып. 315(3). - М.: МГУЛ, 2002. - С. 49 - 54.
7. Тарасов С.М., Ковернинский И.Н. Влияние добавки «Аква-Аурат» на прочностные свойства картона из макулатуры // Материалы международной конференции «Экология северных территорий России. Проблемы, прогноз ситуации, пути развития, решения». - Архангельск, 2000.
8. Нейтральное производство бумаги // Материалы фирмы HERCULES (США) / Перев. с англ. - М.: МГУЛ, 2000.
9. Twogether: Paper Technology Journal. - Voith Sul-zer Papiertechnik GmbH & Co. KG. -11.- Copyright 2/01.
10. Papermaking Science and Technology. Book 7: Recycled Fiber and Deinking. - TAPPI Press, 1998.
11. Twogether: Paper Technology Journal. - Voith Sulzer Papiertechnik GmbH & Co. KG. - 5. - Copyright 2/98.
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОКЛЕЙКИ КАРТОНА ДЛЯ ПЛОСКИХ СЛОЕВ ЖИРНЫМИ КИСЛОТАМИ ТАЛЛОВОГО МАСЛА В НЕЙТРАЛЬНОЙ
СРЕДЕ
С.М. ТАРАСОВ, асп. каф. хим. технологии древесины и полимеров МГУЛа
Всё возрастающие требования к качеству бумажно-картонной продукции заставляют искать новые технологические решения относительно процесса ее производства, в котором важная роль принадлежит химикатам, вводимым в бумажную массу, и, в частности, гидрофобизирующим, или, как их часто принято называть, проклеивающим веществам. Современная тенденция в технологии проклейки бумажно-картонных материалов - это ее осуществление в нейтральной и слабощелочной среде, благодаря чему имеется возможность повысить качество конечной продукции и технологичность про-
изводственного процесса. Однако промышленно выпускаемые в настоящее время химикаты для нейтральной проклейки достаточно дороги и их использование невозможно без существенного увеличения себестоимости продукции.
С учетом вышеперечисленных факторов ставилась задача достижения максимальных технологических результатов при производстве бумажно-картонных материалов в нейтральной среде с использованием дешевого и широко доступного сырья отечественного производства. К такому виду сырья, в частности, можно отнести продукты
