ПОЛУЧЕНИЕ БУМАГ С ВВЕДЕНИЕМ ВОЛОКНИСТЫХ ОТХОДОВ

АННОТАЦИЯ

В условиях Янгиюльской целлюлозно-бумажной фабрике “СП Global Komsco-Daewoo” на лабораторной установке получены образцы бумаги на основе отходов искусственного волокна. В статье изучены физико-механические свойства экспериментальных бумаг.

ABSTRACT

In the conditions of the Yangiyul Pulp and Paper Mill "JV Global Komsco-Daewoo", samples of paper based on artificial fiber waste were obtained at a laboratory facility. The article studies the physical and mechanical properties of experimental papers.

Ключевые слова: искусственное волокно, отходов вторичной ацетилцеллюлозы, беленая хлопковая целлюлоза, наполнители.

Keywords: artificial fiber, secondary cellulose acetate waste, bleached cotton cellulose, fillers.

Производство бумаги и картона занимает очень важное место в мировой промышленности. В настоящее время в мире выпускается свыше 600 видов бумаги и картона, и они используются более чем в 60 000 областей наименований товаров потребления [1]. Рост мирового спроса на бумагу и картон прогнозируется на уровне 1,6% в год в период до 2025 года. Ожидается, что к 2025 году мировое потребление вырастет до 493 млн. т (по сравнению с 394 млн. т. в 2011 г). К 2030 г. ожидается прирост мирового спроса на 30% со 440 млн. т. до 572 млн. т. Мировое производство бумаги превышает 177 млн. т/год. В наибольших объемах вырабатывается газетная бумага (~ 25 млн. т), печатная и писчая бумага (~ 40 млн. т), тарный картон и упаковочные виды бумаги (~ 60 млн. т), санитарно - гигиенические виды бумаги (~ 8,5 млн. т) [2].

Современными тенденциями в технологии новых видов бумаги для печати являются следующие:

* использование в композиции бумаги вторичного волокна;

* высокое качество материала при низкой себестоимости.

Важнейшими направлениями развития производства бумаги является поиск новых возобновляемых видов сырья и утилизация отходов [3].

К количеству переменные факторов бумаги, относятся прочность и длина исходных волокон, степень и характер переплетения волокон между собой, степень фибриллирования или изменения внешней поверхности волокон, степень уплотнения листа, равномерность его отлива, наличие в бумаге веществ, неволокнистого характера  которые, способствуют либо увеличению, либо уменьшению прочности бумажного полотна [4].

Цель настоящей статьи –изучение влияния вида целлюлозных и отходов искусственных волокон, их соотношения в композиции, на физико-механические изготавливаемой бумаги.

Химические волокна, являющиеся основным волокнистым компонентом в композиции бумажных текстилеподобных материалов, как правило, не способны образовывать межволоконные связи и придавать материалу необходимую механическую прочность.

Для оценки влияния введения в бумажную массу волокнистых отходов производства заводов искусственного волокна без вуалирования их свойств при отливе применяли традиционно используемые наполнители. Композиционный состав по волокну, природа, наличие и количество наполнителей оказывают большое влияние на прочностные и печатные свойства бумаги. Исследования проводили в условиях технологической лаборатории Янгиюльской целлюлозно-бумажной фабрике “СП Global Komsco-Daewoo”. Отливки образцов осуществляли по утвержденному технологическому регламенту [5-6].  В настоящей статье приводятся результаты сравнительного исследования полученных бумаг из беленой сульфатной целлюлозы и беленой хлопковой целлюлозы с введением отходов вторичной ацетилцеллюлозы. Результаты представлены в таблице 1 и 2.

Таблица 1.

Физико-механические показатели экспериментальных бумаг (масса 80 г/м²)

БХЦ - беленая хлопковая целлюлоза

ОВАЦ - отходов вторичной ацетилцеллюлозы

Оценка механической прочности при неизменной массе –80 г/кв. м., показала, что введение в бумажную массу беленой хлопковой целлюлозы и отходов вторичной ацетилцеллюлозы в пределах 0%-10% приводит к понижению разрывной длины с 3682 м до 3290 м , т.е. на 10%.

Таблица 2.

Физико-механические показатели экспериментальных бумаг (масса 80г/м²)

БСЦ - беленая древесная целлюлоза

В отличие от бумаг, полученных из беленой сульфатной целлюлозы с отходами вторичной ацетилцеллюлозы, композиции состава беленой хлопковой целлюлозы с отходами вторичной ацетилцеллюлозы имеют меньшие прочностные показатели (L), но при введении 5% отходы вторичной ацетилцеллюлозы обладают примерно одинаковой износоустойчивостью, а именно, сопротивлением к многократным изгибающим усилиям.

Разрывная длина характеризует прочность бумаги [7]. Как видно из полученных данных (рис.1), введение отходов вторичной ацетилцеллюлозы в композицию бумаги с 5 до 15% при проклейке канифольным клеем, уменьшает разрывную длину на 10 %.

Рисунок 1. Разрывная длина для экспериментальных бумаг

Чем прочнее межволоконные связи, тем относительно большее количество волокон, находящихся в напряженном состоянии, окажется разорванным в плоскости разрыва полоски бумаги. 

Ацетатное волокно термоплас­тично и при температуре выше 140-150 ⁰С начинает деформироваться. Вели­чина эластического удлинения ацетатной нити выше гидратцеллюлозной при­мерно в 2 раза. [8]. Однако, ацетатное волокно гидрофобное, меньше набухает в воде, чем вискозное и хлопковое.

Ацетатное волокно содержит некоторое количество OH¯ -групп, которые, могут образовывать прочные водород­ные связи (в данном случае с целлюлозой) хотя значительной помехой для этого будут ацетильные группы, так как известно, что чем длиннее боко­вые группы в макромолекуле и чем их больше, тем сильнее силы отталкива­ния, тем меньше энергия когезии, а, следовательно, ниже прочность бу­мажного листа (сцепляемости друг с другом отдельных молекул полимера)

В отличие от бумаг, полученных, из древесной целлюлозы бумажные отливки из хлопковой целлюлозы обладают меньшими значениями изучаемых физико-механических показателей. Введение в бумажную массу из хлопковой целлюлозы волокон искусственного волокна, так же, как и при использовании древесной целлюлозы приводит к снижению механических показателей бумажных отливок.

Следовательно, введение волокнистых отходов искусственного волокна при стандартном методе отливки бумаги, несколько снижает ее разрывное напряжение по сравнению с однокомпонентными образцами. Однако, снижение стоимости производимой бумаги за счет введения отходов производства, экономия такого ценного сырья, как хлопковая целлюлоза, сокращение затрат на приобретение завозного сырья - древесной сульфатной целлюлозы заставили использовать дополнительные варианты повышения механических показателей, исследуемых бумаги.

В целом введение отходов вторичной ацетилцеллюлозы в бумажную массу способствует получению более качественной бумаги.

Выводы

Изготовлены различные варианты новых видов бумаг на основе хлопковой и древесной сульфатной целлюлозы с отходами вторичной ацетилцеллюлозных волокон выбран оптимальный по составу вариант композиционной бумаги 85% хлопковой целлюлозы и 15% отходы вторичной ацетилцеллюлозы соответственно.

Список литературы:

1. Lesprom Network, [Электронный ресурс] URL: http://www.lesprom.com.
2. EUWID Pulp and Paper, ISSUE 35/2018 OF 31.08.2018, p. 1–2
3. Г.Н.Кононов. Химия древесины и ее основных компонентов [Текст]: учеб. пособие для студентов специальностей 260200, 260300. 2-е изд., испр. и доп. – М.: МГУП, 2002. – 259 с.
4. Д.М.Фляте. Бумагообразующие свойства волокнистых материалов [Текст] / Д.М.Фляте. – М.: Лесн. пром-сть, 1990. – 136 с.
5. У.Ж.Ешбаева, А.А.Рафиков и др. Свойства бумаги на основе хлопковой целлюлозы и модифицированных полиакрилонитриловых волокон.  Целлюлоза, Бумага, Картон. Научно –технический журнал. Москва.  2014 г. №1.58 -61 стр.
6. У.Ж.Ешбаева. Офсетная бумага с введением синтетических полимеров и её печатно-технические свойства. Дисс.на соис. уч. степ. докт.тех.наук.  Ташкент. ТИТЛП. 2017. с.237.
7. П.В.Осипов. Структура бумаги и картона: придание прочности в сухом состоянии применением синтетических упрочнителей [Текст] / П.В. Осипов // Целлюлоза. Бумага. Картон. – 2003. – № 9–10. – С. 28–30.
8. К.Е.Перепелкин. Физико-химические основы процессов формования химических волокон. М., 1978.