ПОДГОТОВКА ОТХОДОВ КОКОНОМОТАЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА И ИЗГОТОВЛЕНИЕ ЦЕННОГО ВИДА БУМАГИ

АННОТАЦИЯ

 Целью данного исследования является выбор и подготовка отходов кокономотального производства для получения нового вида бумаги, имеющей степень защиты. Объектами исследования являются: волокнистые отходы натурального шелка и  бумажные отливки. Новизна работы заключается в том, что разработан состав бумажной композиции, содержащей хлопковый линт, отходы кокономотального производства и включения  синтетического волокна, предварительно окрашенные катионными красителями.

ABSTRACTS

The purpose of this study is the selection and preparation of waste cocoon-winding production to obtain a new type of paper., Having a degree of protection The objects of research are: fibrous waste of natural silk and paper castings. The novelty of the work lies in the fact that the composition of a paper composition containing cotton linters, waste of cocoon-winding production and inclusions of synthetic fiber, previously dyed with cationic dyes, has been developed.

Ключевые слова: шелк-сырец, коконы, шелкомотание, одонки, холст первого перехода, отварка, синтетическое волокно, размол, защитные свойства

Keywords: raw silk, cocoons, silk-winding, odonki, canvas of the first transition, decoction, synthetic fiber, grinding, protective properties

Введение. Для обеспечения экономической независимости Республики Узбекистан, увеличения конкурентно способных товаров требуется рациональное и максимальное использование богатейших сырьевых ресурсов страны. Узбекистан является одним из крупных производителей хлопка-сырца и натурального шелка. В республике ежегодно накапливается значительное количество волокнистых отходов хлопка и натурального шелка. Натуральный шелк получают путем переработки коконов тутового шелкопряда.

Кокон состоит из пяти слоев. Каждый слой сплетен из двойной шелковой нити (70-80%), скрепленной шелковым клеем (20-25%). Еще 2-3% кокона приходится на воски, углеводы, пигменты. Внутри находится куколка. Двойная шелковая нить состоит из нерастворимого в воде белка фиброина и серицина. Серицин покрывает тонким слоем поверхность нитей натурального шелка и представляет собой высокомолекулярное соединение – биополимер, относящийся к белкам β – структуры. В отличие от фиброина, серицин легко растворяется в воде.

Технологический процесс переработки коконов тутового шелкопряда и отходов  натурального шелка содержит пять отдельных самостоятельных по технологии этапов: заготовку и первичную обработку коконов; шелкомотание или кокономотальное производство; шелкокручение;  шелкоткачество и шелкопрядение - каждый их которых  является сложным многооперационным процессом, сопровождающийся образованием отходов. В шелководстве при заготовке коконов образуются бракованные коконы( карапачах), удаляемые из общей массы,  вата – сдир, остающаяся на коконниках. Коконы -  карапачах имеют темные пятна и удаляются на стадии заготовки, сушатся отдельно и направляются на шелкопрядильные предприятия [1,c.10]. Основной продукт шелкового производства шелк -сырец в виде непрерывной нити заданной толщины образуется на стадии размотки коконов, а отходы на всех стадиях производства.

Данная работа проводилась в ТО Уз НИИНВ (Ташкентское отделение Узбекского научно-исследовательского института натуральных волокон), и на кафедре «Технология полиграфического и упаковочного производства» Ташкентского института текстильной и легкой промышленности.

В качестве основной компоненты при получении бумаги использовали коротковолокнистые отходы хлопка (линт), остающиеся на семенах хлопчатника после отделения нормального волокна. Для экономии сырья при изготовлении ценного вида бумаги наряду с отходами кокономотального производства вводятся отходы синтетического волокна нитрон, окрашенные катионными красителями.

Цель работы – подготовка отходов кокономотального производства, разработка оптимального состава бумажной массы для изготовления нового вида бумаги, содержащей эти отходы и имеющей степень защиты.

Объектами исследования являются: отходы кокономотального производства: холст первого и второго перехода; бумажные отливки с различным   содержанием подготовленных отходов с включениями окрашенного синтетического волокна.

Технологическая часть. В шелкомотании или кокономотальном производстве из общей массы отделяются бракованные, неподдающиеся размотке коконы, с оболочек  снимается вата – сдир. При размотке образуются намоты и рвань. Одонки – внутренняя часть оболочки коконов, не поддающаяся размотке, и содержащая куколки. Из оставшихся после размотки одонков и недомотанных коконов в цехе обработки отходов удаляется куколка, формируются холсты первого и второго переходов и неутилизируемые отходы волокна -  ляш.

Вследствие специфических особенностей коконного сырья, нерациональной технологии первичной обработки коконов, потери при разматывании коконов превышают 25- 27 % [2]. Переработка шелка-сырца как полуфабриката зависит от назначения и предъявляемых требований. Основной диапазон использования шелка – сырца заключается в выработке шелковых и смесовых тканей, шнуров, швейных и хирургических нитей, трикотажных полотен, изоляционных материалов [3,5-7]. В процессе переработки коконов в шелк-сырец образуется ряд волокнистых отходов, не нашедших применения в отрасли или   имеющих ограниченную область использования. К таким отходам можно отнести холсты первого и второго перехода, которые образуются при переработке одонков. Они не используются в текстильном производстве по причине коротковолокнистого состава фракций волокон, чрезмерной запутанности и окрашенности волокон.

Учитывая это и то, что Республика испытывает дефицит древесной целлюлозы для бумажного производства, в данной работе экспериментально исследованы варианты замены целлюлозы волокнистыми отходами кокономотального производства. С этой целью проведены эксперименты по подготовке неутилизируемых волокнистых отходов для использования их в производстве бумаги. Технология изготовления бумаги в промышленном  масштабе из чистой хлопковой целлюлозы экономически нецелесообразна, но добавление в бумажную массу отходов кокономотального производства  позволит решить проблему эффективного и рационального использования сырьевых ресурсов Республики, позволит сэкономить дорогостоящую хлопковую целлюлозу, снизив себестоимость бумаги.

Результаты экспериментов и их обсуждение. Выбранные отходы кокономотального производства имеют механические примеси, прилипшие между собой остатками серицина. Поэтому, особое внимание следует в процессе подготовки отходов кокономотального производства было уделено отварке с целью удаления серицина и жировосковых веществ.  Отварку проводили при концентрация синтетического моющего вещества – 3 г/л, концентрации кальцинированной соды – 4 г/л при модуле ванны 1:50, при этом степень белизны имеет хороший показатель -80%. Этот режим отварки принят за оптимальный. После отварки следует промывка, сушка и размол.

В качестве основной компоненты при получении бумаги использовали коротковолокнистые отходы хлопка (линт), остающиеся на семенах хлопчатника после отделения нормального волокна и имеющие длину от 5 до 20 мм. Следует отметить, что в зависимости от вида бумаги в нее могут входить несколько волокнистых компонентов. В данной работе основным волокнистым полуфабрикатом выбрана хлопковая целлюлоза, а отходы кокономотального производства   вместе с отходами синтетического волокна нитрон вводились в различных соотношениях с целью экономии основного полуфабриката.

Известно, что производство бумаги включает в себя три этапа: подготовка бумажной массы, отлив и отделка бумаги. Размол –это одна из самых ответственных стадий подготовки бумажной массы. В процессе размола имеют место в основном: измельчение, т.е. укорочение волоконец; гидратация, фибриллирование, т.е. расщепление исходных волоконец под действием механических воздействий до элементарных фибрилл [4]. Следует отметить, что размол каждого компонента проводится отдельно до достижения оптимальной степени помола, которая оценивается в градусах Шоппер-Ринглера (⁰ШР). Изготовление опытных образцов бумаги и оценку их качества проводили в УзРИЦ ЦБКИ (испытательном центре по целлюлозе, бумаге, картону и изделиям из них)  по утвержденному технологическому регламенту. Были получены отливки образцов бумаги, содержащих в различных соотношениях волокна хлопковой целлюлозы, отходы кокономотания и измельченные  синтетические волокна, предварительно окрашенные катионным красителем. Защита бумаги от подделки становится в наши дни всё более актуальной. На протяжении ряда лет в ТИТЛП и в ТО УзНИИНВ проводились исследования по получению ценных видов бумаг [8, 9]. Интересным элементом для защиты от подделки является введение окрашенных волокон. Введение цветных волокон или нитей – довольно распространенный способ защиты бумаг и банкнот от подделки. Защитные волокна вводятся в бумагу в процессе её изготовления и их  невозможно воспроизвести ни одним из известных способов печати, ни с помощью копировальной техники.

Размол проводится в водной среде при концентрации волокнистой массы 2—3%. Размол волокнистых отходов осуществляли на опытной установке «Массролл-22,5» в технологической лаборатории бумажной фабрики. В данных экспериментах оптимальная степень помола для хлопковой целлюлозы составила 58-60⁰ШР., а для отходов шелка - 45-50⁰ШР.  

В качестве синтетического волокна использовались отходы полиакрилонитрильного волокна (ПАН).  На производстве из-за нарушений в технологическом регламенте, при пуске и наладке оборудования.  а также по другим причинам накапливается определенное  количество брака - отходов ПАН волокна Утилизация этих отходов  также является целью данного исследования. Следует отметить, что все варианты экспериментальных бумаг изготавливали при степени помола 58-60º ШР. Они имеют массу 70 г/м². Физико-механические показатели   полученных образцов экспериментальных бумаг были оценены на приборах технологической лаборатории по известным методикам и представлены в табл.1 [4].

Таблица 1

Физико-механические показатели экспериментальных бумаг

В данной серии исследований было изготовлено 4 варианта экспериментальных отливок с содержанием отходов кокономотального производства 0%, 5%, 10%, 15%. Как видно из таблицы для отливок, содержащих отходы кокономотального производства, с увеличением вводимых отходов прочность постепенно увеличивается. Если сравним прочности образцов №1 и №2, то наблюдается увеличения прочности на 3-5%, если сравнить №1 и №4 то наблюдается около 10%. Полученные результаты можно объяснить тем, что вводимые отходы натурального шелка обеспечивают образование дополнительных водородных и межмолекулярных связей за счет функциональных групп фиброина шелка, что приводит к некоторому увеличению прочностных показателей. Сравнение этих показателей с нормативными, позволяет сделать вывод, что эти бумаги можно рекомендовать для печати офсетным способом на рулонных и листовых машинах.

В завершающей серии экспериментов окрашенное ПАН волокно в количестве 2,5÷15 % вводили в состав бумаги, содержащей отходы кокономотания, т.е бумажная масса содержит три волокнистых компоненты: хлопковую целлюлозу, отходы кокономотального производства, синтетическое волокно, окрашенное катионным желтым красителем. В табл.2 представлены физико-механические показатели полученных образцов.

Таблица 2

Физико-механические свойства экспериментальных бумаг, с включениями отходов  кокономотания и окрашенного ПАН  волокна

Таким образом, на основании этих данных видно, что введение отходов кокономотания и окрашенного синтетического волокна приводит к некоторому снижению прочности, но в пределах нормативных документов для офсетных бумаг. Известно, что натуральный шелк обладает высокими эластичными свойствами, что видно по показателям излома. Бумажные композиции, имеющие в составе до 5-10 % окрашенного волокна, имеют прочность выше 3000 разрывных метров. Бумаги с такими показателями можно рекомендовать для печати офсетным способом на листовых машинах.

Следовательно, на основании   проведенных исследований для изготовления ценных видов бумаг предлагаются 2 состава бумажной композиции:

хлопковаяцеллюлоза            :              отходы кокономотания:       

          90÷95 %                       :                             5÷10 %            

хлопковая целлюлоза : отходы кокономотания : окрашенный нитрон

     80 – 90%                             5-10%                            5÷10 %

Выводы. Осуществлены выбор и подготовка отходов кокономотального производства с целью их использования в производстве бумаги.  Разработан оптимальный состав бумажной массы, содержащей неутилизируемые отходы кокономотального производства с включениями окрашенных синтетических волокон, имеющих степень защиты и исследованы их физико-механические показатели.

Список литературы:

1. Х.Алимова Безотходная технология переработки натурального шелка. Ташкент: Фан АнРУз 1994.-310с.
2. Алимова Х.А. О проблемах рациональпого использования отходов переработки коконного сырья // Шѐлк: РС/ УзНИИНТИ. 1992. - № 6. -С.18-19.
3. Атаханов А.К., Парпиев Х., Тожимирзаев С.Т. Разработка технологии для получения шёлкового волокна из отходов кокона // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2021. 1(82). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/11188, DOI: 10.32743/UniTech.2021.82.1-2.5-10
4.  Иванов С.Н. Технология бумаги. М.:Лесная промышленность,  1970.- 696с
5.  Ишматов А.Б., Яминова З.А. и др. Обоснование режимов получения серицина в виде порошка для приготовления шлихты.-Технология текстильной промышленности. 2015. №6, с.79-80.
6. Патент РУз № IAP 04693/06.04.2009 Способ получения пряжи из шелковых отходов // Зарегистрирован государственном реестре изобретений Узбекистана № IAP 20090094,  А//.К.Атаханов, Х. Парпиев, Р.Каримов, У.Х,Мелибоев. [и др.]
7.  Патент РУз № IAP 04949/2014 Способ получения бикомпонентной пряжи из смешанных волокон. Алимова Х.А., Арипджанова Д.У., Гуламов А.Э., Бастамкулова Х.Д.,  Юсупходжаева Г.А.
8. Патент РУз №. IAP 04213. Бумажная масса для защиты бумаги от подделки.// Зарегистрирован в государственном реестре изобретений Узбекистана 10.05.2007. Камалова С.Р., Ешбаева У.Ж., Мирошниченко И.Б.
9. Патент РУз №. IAP 04622. Бумажная масса для защиты бумаги от подделки.// Зарегистрирован в государственном реестре изобретений Узбекистана 27.11.2012. Ешбаева У.Ж., Рафиков А.С., Камалова С.Р., Магрупов Ф.А., Жураев А.Б.