Повышение прочности картона синтетическими связующими веществами «Ультрарез ds»

УДК 676.266.2

С. Ю. Кожевников, И. Н. Ковернинский, А. В. Канарский

ПОВЫШЕНИЕ ПРОЧНОСТИ КАРТОНА СИНТЕТИЧЕСКИМИ СВЯЗУЮЩИМИ ВЕЩЕСТВАМИ «УЛЬТРАРЕЗ DS»

Ключевые слова: синтетические связующие, макулатурная масса, картон тест - лайнер, механическая прочность.

В работе рассмотрены результаты исследования сравнительной эффективности ряда синтезированных различных связующих на полиакриламидной основе под общей торговой маркой «Ультрарез DS», выпускаемых ООО «СКИФ Спешиал Кемикалз». Даны характеристик 9 связующих. Основой химической структуры связующих является сополимер акриламида с различными мономерами, содержащие четвертичную аминогруппу, придающую связующему катионные свойства. Макромолекулы связующего являются сополимером полиакриламида, которые отличаются остатками различных мономеров и их соотношением для каждого связующего. Приводятся условия подачи связующего в макулатурную массу. Перед подачей связующего, в массу добавляется раствор полиоксихлорида алюминия (ПОХА) с расходом 0,5 кг/т (по сухому полиоксихлориду алюминия). После смешения с ПОХА, в бумажную массу подается предварительно разбавленное водой в 10 раз связующее «Ультрарез DS». Образцы тест-лайнера изготавливали с различными расходами связующего - 2,4,6,8 кг/т. Контролируемыми показателями бумажной массы были: абсолютное сопротивление продавливанию и разрушающее усилие при сжатии кольца, которые определялись по стандартным методикам после кондиционирования образцов при температуре 23+1 С и относительной влажности воздуха 50 + %. Показано, что синтезированные полиакриламидные связующие дают положительный эффект упрочнения тест-лайнера. С помощью их в среднем можно увеличить механические показатели на 10-15 %, а отдельные связующие, при повышенных расходах, позволяют увеличивать прочность до 25-30 %. Дается заключение о связующих с наибольшей способностью к повышению показателей сопротивление продавливанию и разрушающего усилия при сжатии кольца. Эти связующие рекомендуются для получения и широкого применения в промышленности при производстве макулатурного тест-лайнера.

Keywords: synthetic binders, wastepaper, cardboard liner, mechanical strength.

The paper discusses the results of a study of comparative effectiveness of a number of different synthetic binders on polyacrylamide basis under the common brand "Ultrarez DS», produced by LLC "SKIF Special Chemicals." Given the characteristics of 9 binders. The basis of the chemical bonding structure is a copolymer of acrylamide with a variety of monomers containing a quaternary amine, binder imparting cationic properties. Macromolecules binder is a copolymer of polyacrylamide, which are different residues of different monomers and their ratio for each binder. The conditions of supply of the binder in the wastepaper. Before applying the binder to the mass polyoxychloride added aluminum chloride (Pohang) at a rate of 0.5 kg /1 (dry aluminum Polioksihlorid). After mixing with Pohang, pulp is fed into a pre-diluted 10 times with water binder "Ultrarez DS». Samples of the test liner was manufactured with different costs binder - 2,4,6,8 kg /1. Monitored indicators of pulp were absolute bursting and breaking force in compression rings, which were determined by standard methods after conditioning the samples at 23+1 С and relative humidity 50 %. It is shown that the synthesized polyacrylamide binders have a positive effect hardening test liner. With their average mechanical properties can be increased by 10-15 % and the specific binding at elevated cost, it allows an increase in strength of 25-30 %. It provides opinions on the binders with the greatest ability to increase the performance bursting resistance and compressive breaking force of the ring. These binders are recommended for obtaining and wide application in industry in the production of waste paper test liner.

Актуальность

Макулатурный картон-лайнер (тест-лайнер) и бумага для гофрирования (флютинг) являются конструкционными материалами для изготовления гофрированного картона, из которого получают транспортную ящичную тару самого широкого назначения [1,2]. Очевидно, что для обеспечения сохранности упакованной продукции тара должна быть максимально прочной и жесткой. Именно, такие требования предъявляются к ней. Соответственно и конструкционные материалы должны соответствовать высоким требованиям по механике. Особенно актуально данное требование к макулатурным материалам - картону и бумаге, которым принадлежит сопоставимая доля в балансе общей потребности для этих целей, наряду с материалами из первичного волокна [3,4].

Поэтому повышение прочности макулатурного картона-лайнера в его технологии является обязательным процессом. Ввиду постоянно

имеющей место негативной тенденции снижения качества макулатурной массы, идет непрерывный поиск повышения упрочняющей способности крахмалосодержащих связующих и создания новых синтетических полимерных связующих веществ для повышения прочности тест-лайнера и флютинга [5,6, 7,8].

Цель настоящих исследований - определения влияния связующих веществ на полиакриламидной основе на прочностные характеристики картона-лайнера, изготовляемого из макулатуры.

Экспериментальная часть

В исследованиях использовали синтетические связующие вещества под общей торговой маркой «Ультрарез Б8», выпускаемых ООО «СКИФ Спешиал Кемикалз» по ТУ 2453-008-88593806-2010 «Препарат для проклейки бумаги и картона». Основой химической структуры связующих является сополимер акриламида с различными

мономерами, содержащие четвертичную аминогруппу, придающую связующему катионные свойства. Макромолекулы связующего являются сополимером полиакриламида, которые отличаются остатками различных мономеров и их соотношением для каждого связующего. Марка и

свойства использованных связующих веществ, основное отличие которых заключается в содержании катионирующего агента, приведены в табл. 1.

Таблица 1 - Характеристика исследованных продуктов «Ультрарез Б8»

Обра Характеристики образца

зец Описание образца Сухой остаток Значение Вязкость при

№ Т.8., % рН 25 °С, сПз

1 цеховая варка 12,5% на мономере БМАРАА^ 12,44 4,04 2300

2 Б8 12,5% на мономере МАРТАС

с итаконовой кислотой; содержание мономера МАРТАС снижено на 25% 12,48 3,90 1100

3 Б8 12,5% на мономере МАРТАС без итаконовой

кислоты; содержание мономера МАРТАС снижено на 25% 12,72 3,31 1180

4 Б8 10,5% на мономере ТМАЕМС с итаконовой кислотой 10,42 3,20 1600

5 цеховая варка 10,5% на мономере БМАРАЛ^ 10,63 3,87 1960

6 Б8-150 цеховой стандартный 15,3 4,47 2640

7 Б8-30 цеховой стандартный 30,77 4,55 1640

8 Б 8 сополимер крахмала с акрилатами 15,72 4,47 700

9 Б 8 мономере ДМАПМА 12,79 4,40 6800

Расход связующих веществ определялся с учетом содержания сухих веществ в смоле. При формовании образцов картона перед подачей связующего вещества в массу добавляется раствор полиоксихлорида алюминия (ПОХА) с расходом 0,5 кг/т (по сухому полиоксихлориду алюминия). После смешения с ПОХА, в бумажную массу подавался предварительно разбавленное водой в 10 раз связующее «Ультрарез Б8». Предварительно изготовляли образец картона без добавления химикатов (холостая проба 1), затем отливали образец картона с добавлением ПОХА (холостая проба 2), далее формовали образцы тест-лайнера с различными расходами связующего вещества-2,4,6,8 кг/т.

Прочностные характеристики картона-лайнера оценивали показателями абсолютное сопротивление продавливанию и разрушающее усилие при сжатии кольца, которые определялись по стандартным методикам после предварительного

кондиционирования образцов картона при температуре 23±1°С и относительной влажности воздуха 50 +1%. Результаты представлены в таблице 2.

Результаты и обсуждение

Анализ результатов свидетельствует, что положительный эффект от использования связующих имеет место, но не для всех образцов Использование связующего 1 не привело к увеличению прочности, а при повышенных дозировках отмечено снижение сопротивления продавливанию.

Использование связующего 2 так же незначительно сказывается на механической прочности картона. Связующее вещество 3 повышает механические показатели и, чем больше добавка связующего, тем больше эффект упрочнения. Увеличение прочности по обоим показателям достигает 20 - 30 %.

Связующие 4-6 эффективно увеличивают сопротивление продавливанию уже при малых расходах (2 кг/т), рисунок 1, (а,б,в) - на 10...25 %.

В одинаковой степени повышает и сопротивление продавливанию, и сопротивление сжатию кольца связующее 7 - увеличение составляет 12 - 15 % у обоих показателей. Связующее 8 увеличивает механические показатели на 10 - 30 %. Связующее 9 эффективно увеличивает прочность картона при расходах 2-4 кг/т, при этом прирост составляет 35.45 % для сопротивления продавливанию и 15.40 % для сжатия кольца, рисунок 1, в.

Сравнительное влияние связующего на сопротивление продавливанию (преимущественно характеризую его прочность) и сопротивление сжатию кольца (преимущественно

характеризующего жесткость) макулатурного лайнера, показывает, что при малых расходах связующего наибольшее увеличение сопротивления продавливанию дают образцы смолы 4,5 и 6. Максимальные величины продавливания дают эти же связующие при высоких расходах - 8 кг/т. Наибольший эффект увеличения разрушающего усилия при сжатии кольца дает расход связующего 4 кг/т, что особенно характерно проявляется для образца связующего вещества 9.

Таблица 2 - Экспериментальные данные сравнительного исследования повышения прочности макулатурного картона-лайнера синтезированными связующими

Смола Расход Сопротивление Разрушающее усилие

смолы, продавливанию при сжатии кольца

кг/т кПа % Н %

Без химикатов - 378 100 203 100

С добавлением ПОХА 0,5 кг/т - 383 101,3 202 99,5

1 DS-Q, цеховая варка 12,5% на 2 357 94,4 202 99,5

мономере DMAPAA-Q 4 387 102,4 209 103,0

6 296 78,3 183 90,1

8 311 82,3 206 101,5

2 DS, 12,5% на мономере МАРТАС 2 405 107,1 234 115,3

с итаконовой кислотой; содержание

мономера МАРТАС снижено на 25%

4 404 106,9 217 106,9

6 354 93,7 227 111,8

8 374 98,9 231 113,8

3 DS, 12,5% на мономере МАРТАС без 2 416 110,1 200 98,5

итаконовой кислоты; содержание

мономера МАРТАС снижено на 25%

4 431 114,0 222 109,4

6 456 120,6 258 127,1

8 500 132,3 238 117,2

4 DS, 10,5% на мономере на мономере 2,4 465 123,0 227 111,8

ТМАЕМС

с итаконовой кислотой

4,8 435 115,1 212 104,4

7,2 410 108,5 241 118,7

9,5 479 126,7 211 103,9

5 DS-Q, цеховая варка 10,5% на 2,4 432 114,3 203 100,0

мономере на мономере DMAPAA-Q 4,8 400 105,8 228 112,3

7,2 408 107,9 209 103,0

9,5 508 134,4 261 128,6

6 DS-150, цеховой стандартный 1,6 476 125,9 191 94,1

3,3 422 111,6 251 123,6

4,9 410 108,5 230 113,3

6,5 465 123,0 228 112,3

7 DS-30, цеховой стандартный 0,8 423 111,9 233 114,8

1,6 432 114,3 233 114,8

2,4 427 113,0 233 114,8

3,3 439 116,1 229 112,8

8 DS, сополимер крахмала с 1,6 415 109,8 198 97,5

акрилатами 3,2 405 107,1 242 119,2

4,8 455 120,4 233 114,8

6,4 471 124,6 260 128,1

9 DS, на мономере ДМАПМА 1,95 449 134,4 236 116,3

3,91 491 147,0 300 147,8

5,86 495 148,2 230 113,3

7,82 468 140,1 283 139,4

Выводы

1. Синтезированные полиакриламидные связующие дают положительный эффект упрочнения картона тест-лайнера. Используя эти связующие вещества в среднем можно увеличить механические показатели картона на 10 - 15 %, а отдельные связующие при повышенных расходах позволяют увеличивать прочность до 25 - 30 %,

2. Наибольшей способностью к повышению показателей сопротивление продавливанию и

разрушающего усилия при сжатии кольца обладают связующие 3, 5 и 9. Эти связующие рекомендуются для получения и широкого применения в промышленности при производстве макулатурного картона тест-лайнера.

Литература

1. Д.А. Дулькин, В.А. Спиридонов, В.И. Комаров, Современное состояние и перспективы использования вторичного волокна из макулатуры в мировой и

отечественной индустрии бумаги. АГТУ, Архангельск, 2007. 1118 с.

2. Papermaking Science and Technology. TAPPI PRESS. 2000. v. 8. Papermaking Part 1, Stock Preparation and Wet End. - 693 p.

3. Н.И. Яблочкин, В.И. Комаров, И.Н. Ковернинский, Макулатура в технологии картона. АГТУ, Архангельск, 2004. 252 с.

4. М.В. Ванчаков, В.К. Дубовый, А.В. Кулешов, Г.Н. Коновалова, Технология и оборудование для переработки макулатуры. СПБГТУРП, СПб, 2011. 182 с.

5. С.Ю. Кожевников, И.Н. Ковернинский, Химия и технология СКИФ для бумаги. Иматра, Финляндия, 2010. 91 с.

6. С.Ю. Кожевников, О.С. Вдовина, И.Н. Ковернинский, Целлюлоза. Бумага. Картон, 5, С.64-66

7. С.Ю. Кожевников, И.Н. Ковернинский, А.В. Канарский. Вестник технологического университета, 18, 23, 81-83

(2015).

8. С.Ю. Кожевников, И.Н. Ковернинский, А.В. Канарский. Вестник технологического университета, 19, 3, 67-71

(2016).

© C. Ю. Кожевников, к.т.н., предприятие ООО «СКИФ Спешиал Кемикалз», отдел инноваций, руководитель программы научно-технического развития, skif@skif.us; И. Н. Ковернинский, д.т.н., профессор, предприятие ООО «СКИФ Спешиал Кемикалз», отдел инноваций, научный консультант, kovern@list.ru; А. В. Канарский - д.т.н., профессор кафедры пищевой инженерии малых предприятий КНИТУ, alb46@mail.ru.

© C. Y. Kozhevnikov, Ph. D., the company LLC "SKIF special chemicals", Department of innovation, program Manager for scientific and technological development, skif@skif.us; 1 N. Koverninskiy, Ph. D., Professor, enterprise LTD "SKIF special chemicals", Department of innovation, scientific Advisor, kovern@list.ru; A. V. Kanarskiy, Dr. Sci. (Tech.), Prof., Department of food engineering in small enterprises, KNRTU, alb46@mail.ru.