КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА МЕЛОВАННОЙ БУМАГИ
COMPOSITION TO MAKE CHALK OVERLAY PAPER

Изобретение относится к целлюлозно-бумажной промышленности, к составу массы для производства мелованных сортов бумаги, требующих высокого качества бумаги-основы, в частности может использоваться при получении легкой мелованной бумаги.
Известна бумажная масса для изготовления бумаги-основы, используемой для облицовывания фанеры по а.с. №1756442, D21H 11/10, 1992. Бумажная масса содержит 25-45% сульфатной беленой хвойной целлюлозы, 5-20% термомеханической или химико-термомеханической массы из еловой или еловой и осиновой щепы, и сульфатную беленую лиственную целлюлозу. Размол беленой сульфатной хвойной и лиственной массы производят раздельно, до степени помола °Ш: хвойная 26-28, лиственная 28-32. Недостатком является низкая степень белизны получаемой бумаги, ограниченное использование природных лесных ресурсов для ее производства.
Известна волокнистая масса для изготовления бумаги, предназначенной для упаковки пищевых продуктов на автоматах по а.с. №996596, D21H 3/00, 1983. Масса содержит целлюлозу и термо-химико-механическую древесную массу, полученную химической обработкой щепы смесью карбоната или бикарбоната натрия, едкого натра и сульфида натрия. Термомеханическую древесную массу получают из щепы лиственной древесины, смеси лиственной и хвойной древесины и одной хвойной древесины. Недостатками являются низкие степень белизны и прочность бумаги, получаемой из волокнистой массы.
В качестве ближайшего аналога заявляемому техническому решению выбрано изобретение по а.с. №632790, D21H 3/00, 1978. Волокнистая масса для изготовления бумаги, предназначенной для упаковки и расфасовки пищевых продуктов на автоматах, содержит 30-50 вес.% целлюлозы и 50-70 вес.% лиственной химико-термической рафинерной древесной массы. Химико-термическую древесину получают размолом осиновой щепы на дисковой мельнице с предварительной химико-термической обработкой. Недостатком является низкая степень белизны получаемой бумаги вследствие использования осиновой щепы, придающей желтый цвет бумаге. Кроме того, ограничение применения лиственных пород только осиной приводит к недостаточному использованию ресурсов лиственных пород на территории РФ. Низкие характеристики получаемой массы, такие как прочность и степень белизны, препятствуют использованию волокнистой массы для изготовления мелованной бумаги.
Технической задачей заявляемого изобретения является расширение ряда лиственных пород древесины, используемых для получения бумаги с высокими физико-механическими показателями.
Техническим результатом является получение возможности применения лиственных пород древесины, помимо осины, при обеспечении степени белизны и прочности, достаточных для получения мелованной бумаги.
Технический результат обеспечивается тем, что в композиции для производства мелованной бумаги, содержащей волокнистую смесь из химико-термомеханической массы и целлюлозы, согласно изобретению, волокнистая смесь содержит березовую беленую химико-термомеханическую массу со степенью помола 60-125 мл (CSF) и целлюлозу со степенью помола 350-500 мл (CSF) при следующем соотношении, мас.%:
березовая беленая химико-термомеханическая масса
60-95
целлюлоза
5-40.
В качестве целлюлозы композиция содержит беленую хвойную сульфатную целлюлозу и/или хвойную сульфитную целлюлозу. Наряду с хвойной целлюлозой композиция может содержать лиственную целлюлозу.
Технический результат достигается за счет того, что бумажная масса помимо традиционно используемой хвойной целлюлозы содержит березовую беленую химико-термомеханическую массу (БХТММ), которая занимает большую часть - 60-95 мас.% в общем составе. Применение березовой БХТММ позволяет значительно расширить возможности использования природных ресурсов на территории России. Доля покрытых лесом земель с преобладанием березы на территории Российской Федерации составляет - 13%, на территории Уральского региона - 29%, в том числе в Курганской области - 51%, Пермской области - 24%, Челябинской области - 47%, Башкирии - 25%, Свердловской области - 30% (Лесотаксационный справочник для лесов Урала, 1991). Известно, что бумагообразующие свойства хвойных пород древесины более высокие по сравнению с лиственными породами. Их волокна более длинные и гибкие, обладают лучшими механическими показателями. Волокна древесины представляют собой полые цилиндры. Длина волокон древесины хвойных пород составляет 2-4 мм, диаметр - 25 мкм, длина березовых волокон - около 1 мм, диаметр - 10 мм. Способность к межволоконному связеобразованию у хвойных волокон выше, чем у березовых, за счет большей длины и гибкости. Березовые же волокна обладают более толстой стенкой цилиндра, за счет чего имеют более высокую жесткость. Прочность бумаги из волокон березовой древесины ниже, чем прочность бумаги из волокон хвойной древесины. Однако степень белизны бумаги из березовых волокон достаточно высокая за счет особенностей хромоформных групп лигнина березы. Повышение прочности бумаги, изготовленной из бумажной массы с применением березовой БХТММ, обеспечивается оптимальной степенью помола всех составляющих, входящих в композицию. Для волокнистого полуфабриката смеси березовой беленой химико-термомеханической массы степень помола составляет 60-125 мл (CSF), для беленой хвойной сульфатной целлюлозы - 350-500 мл (CSF). При данной степени помола волокна березы становятся гибкими, эластичными, за счет чего увеличивается площадь сцепления их с соседними волокнами, кроме того, на поверхности березовых волокон образуются мелкие зацепы, так называемые нано-фибриллы, усиливающие степень сцепления с соседними березовыми волокнами и волокнами сульфатной целлюлозы. Степень помола этих двух составляющих, указанная выше, так же способствует наилучшему сцеплению березовых волокон. Экспериментальным путем выявлено, что при указанных степенях измельчения всех компонентов прочность получаемой бумаги максимальна. Изменение степени помола ниже указанных значений приводит к худшему сцеплению волокон, увеличение степени помола - к истиранию и разрушению волокон. При указанных степенях помола всех компонентов содержание БХТТМ может варьироваться в диапазоне 60-95 мас.%, этим достигается требуемая степень белизны получаемой мелованной бумаги. Для обеспечения прочности бумаги используют целлюлозу в указанных количествах при данных степенях помола. В композиции для производства мелованной бумаги в основном используют беленую хвойную сульфатную целлюлозу. Однако она может быть частично или полностью заменена на сульфитную хвойную целлюлозу, кроме того, наряду с хвойной целлюлозой может использоваться целлюлоза лиственная.
2
2
Исследования физико-механических свойств опытных образов показали, что введение дополнительной стадии размола и увеличение степени помола БХТММ от 110 до 70 мл CSF приводит к увеличению прочностных свойств - сопротивлению разрыву и сопротивлению раздиранию, прочности поверхности. Энергия межволоконных связей возросла с 256 до 330 J/м и превысила значение 280 J/м для стандартной БХТММ из хвойной древесины ели. Это объясняется появлением микро- и нанонфибрилл на поверхности волокон, дополнительных свободных гидроксильных групп на поверхности гемицеллюлоз и лигнина, которые образуются в процессе дополнительной стадии размола, проведенной с использованием современного размалывающего оборудования, и обеспечивают формирование связей в листе на уровне микро- и нанофибрилл. С другой стороны, укорачивание волокон в процессе размола приводит к появлению мелкого волокна. Мелкое волокно, в свою очередь, заполняет пустоты между длинными волокнами, за счет чего снижается воздухопроницаемость и шероховатость.
При использовании заявляемой бумажной массы в производстве бумаги с улучшенными оптическими свойствами, такими как белизна и непрозрачность при сохранении высокой пухлости и необходимой прочности с максимальным содержанием березовой БХТММ, в композиции полуфабриката используют стандартную технологию получения мелованной бумаги. Предлагаемая композиция позволяет вырабатывать бумагу-основу на скоростях не менее 1700 м/мин с хорошей эффективностью проводки полотна. Прочность бумаги позволяет выдерживать данные скорости без остановок технологического процесса вследствие разрыва полотна. Белизна березовой БХТММ составляет не менее 80% ИСО, белизна беленой сульфатной хвойной целлюлозы - не менее 87% ИСО. Их композиция, используемая для выработки основы легкой мелованной бумаги, позволяет получить продукт с высокой степенью белизны - более 80% ИСО, низкой шероховатостью и высокой механической прочностью. При этом содержание наполнителя и упрочняющих добавок не превышает уровень в существующих легких мелованных бумагах.
Сравнительные физико-механические характеристики бумаги, получаемой с использованием березовой БХТММ и с использованием еловой БХТММ, приведены в таблице.
Свойства
Содержание БХТМ в композиции бумаги, %
березовая 80
березовая 80
еловая 65
Степень помола SCF по "канадскому стандарту", мл
110
70
110
Масса бумаги площадью 1 м<sup>2</sup>, г
56
58
58
Толщина, мкм
71
72
72
Сопротивление разрыву, Нм/г
- машинное направление
60
78
82
- поперечное направление
20
25
21
Сопротивление раздиранию, мНм<sup>2</sup>/г
- машинное направление
6,0
8,0
5,0
- поперечное направление
3,3
5,0
5,0
Энергия межволоконных связей, J/м<sup>2</sup>
256
330
280
Воздухопроницаемость по Бентсену, мл/мин
180
160
250
Шероховатость по Бентсену, мл/мин лицевая/сеточная
230/270
180/220
170/226
Шероховатость по Паркеру PPS 10, мкм лицевая/сеточная
6,5/5,4
5,7/6,1
5,1/6,2
Стойкость поверхности к выщипыванию по Деннисону, № лицевая/сеточная
8/8
10/9
8/8
Белизна ISO, %
84
86
84
Непрозрачность, %
84
81
85
Таким образом, заявляемое изобретение позволяет расширить применение лиственных пород древесины за счет использования березы в приготовлении волокнистого полуфабриката смеси БХТММ при обеспечении физико-механических показателей, необходимых для изготовления мелованной бумаги.