СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА БУМАГИ, КАРТОНА ИЛИ ТЯЖЕЛОГО КАРТОНА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЛУБЯНЫХ ВОЛОКОН КОРЫ БАОБАБОВОГО ДЕРЕВА, ВОЛОКОН ПЛОДОВ БАОБАБА И/ИЛИ ЛУБЯНЫХ ВОЛОКОН ФИКУСА НАТАЛЬСКОГО В КАЧЕСТВЕ БУМАЖНОГО СЫРЬЯ
METHOD FOR PRODUCTION OF PAPER, CARDBOARD OR HEAVY CARDBOARD USING BAOBAB BARK BAST FIBERS, BAOBAB FRUIT FIBERS AND/OR FICUS NATALENSIS BAST FIBERS AS PAPER RAW MATERIAL

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к области производства бумаги и направлено на способ производства бумаги, картона или тяжелого картона с использованием лубяных волокон баобабового дерева и волокон плодов баобаба в качестве сырья из баобаба, а также относится к бумаге, полученной упомянутым способом. Изобретение дополнительно относится к способу производства бумаги, картона или тяжелого картона с использованием лубяного волокна фикуса натальского в качестве сырья из фикуса натальского, а также к бумаге, полученной упомянутым способом. Настоящее изобретение также относится к способам объединения сырья из баобаба и сырья из фикуса натальского. Кроме того, изобретение относится к применению упомянутых бумаги, картона или тяжелого картона для дополнительной обработки с целью получения бумажных изделий. Получение сырья из баобаба или сырья из фикуса натальского производится способом, исключающем гибель дерева.. В качестве сырья для получения из баобабового дерева или фикуса натальского бумаги, картона или тяжелого картона ручной работы и машинного изготовления используются очищенные лубяные волокна баобабового дерева, волокна плодов баобаба и/или лубяные волокна фикуса натальского. Бумага, картон или тяжелый картон, полученные описанным в настоящем изобретении способом, могут содержать дополнительные бумажные волокна, полученные из обычного бумажного сырья или макулатуры. Бумага, картон или тяжелый картон, полученные способом по изобретению, характеризуются повышенным сопротивлением разрыву по сравнению с бумагой, картоном и тяжелым картоном, изготовленными из обычного бумажного сырья. Бумага, картон и тяжелый картон являются биологически разлагаемыми.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В настоящее время применяются многочисленные способы производства бумаги, картона и тяжелого картона, в которых для получения сырья используется растительный материал, что влечет за собой гибель растения или дерева, соответственно. Хотя в данных способах используется возобновляемое сырье, такие способы препятствуют сохранению нашей экосистемы и, в конечном счете, нашей планеты, поскольку время восстановление растительности, то есть регенерация растительного материала, в большинстве случаев, может занимать десятилетия. Следовательно, существующая потребность в бумаге не может быть удовлетворена одновременно с сохранением растительности, необходимым для экологического равновесия при применении таких традиционных способов производства, даже в том случае, когда используется возобновляемое сырье. Поэтому макулатура в настоящее время является одним из основных компонентов в производстве бумаги, картона и тяжелого картона. Также и в Европе широко распространено использование макулатуры, и большая часть макулатуры используется там в бумажной промышленности для производства новой бумаги. Однако, поскольку структуры макулатурной целлюлозы ухудшаются и разрушаются с каждым новым процессом обработки, макулатуру нельзя рециркулировать бесконечно. Следовательно, волокнистые материалы, полученные из макулатуры, должны быть смешаны или заменены, соответственно, свежими и новыми волокнистыми материалами из традиционных источников (таких как древесина ели, пихты, сосны, лиственницы, бука, тополя, березы и эвкалипта). Используя свежие волокнистые материалы, можно контролировать желательные и целевые свойства производимой бумаги. Бумажная промышленность тесно связана с социально-экономическим развитием и уровнем жизни людей. Следовательно, быстрое экономическое развитие и повышение уровня жизни людей и связанный с этим спрос на бумагу сопровождались резким возрастанием объема производства бумаги. Поэтому велика потребность в способе производства бумаги, картона и тяжелого картона, основанном на быстрой регенерации сырья и устойчивом снижении ущерба окружающей среде.
Применение светло-бежевого или светло-коричневого волокнистого материала, получаемого из баобабового дерева, предлагает революционное изменение в промышленности по производству бумаги, картона и тяжелого картона, поскольку сырье может быть получено без вырубки или гибели деревьев, соответственно. Поскольку сырье может быть получено без вырубки баобабов, просто отслаиванием быстро регенерируемого луба баобабового дерева или из плодов баобаба, способ производства бумаги, картона и тяжелого картона, обеспеченный в настоящем изобретении, на 100% щадит растения и не требует уничтожения дерева. Кроме того, многие стадии химической обработки устарели по сравнению с традиционными способами производства. Например, по сравнению с обычным использованием древесных материалов, не нужно удалять лигнин, для удаления которого необходимо использовать химические вещества, наносящие ущерб окружающей среде и, в конечном итоге, конечному потребителю. Поскольку настоящий способ предотвращает проводимую по всему миру лесозаготовку для производства бумаги, картона и тяжелого картона, и, кроме того, предусматривает использование менее вредных для окружающей среды химических веществ в процессе производства, способ по изобретению меньше воздействует на окружающую среду и устойчиво защищает ее. Кроме того, полученные из баобабового дерева лубяные волокна и волокна плодов характеризуются более высокой прочностью и сопротивлением разрыву по сравнению с другими древесными волокнами. Наконец, луб баобабового дерева отличается более высоким содержанием волокон, чем такое же количество древесины. Таким образом, волокнистые материалы, полученные из баобабового дерева, идеально подходят для переработки в бумагу, картон и тяжелый картон.
Наконец, следует отметить, что баобабовое дерево является центром культурной, экономической и социальной сфер жизни многих людей. Например, баобабовое дерево с его семенами и плодовой мякотью является ценным продуктом питания в Африке. Особое положение баобабового дерева подтверждается его обозначением «аптекарское дерево», что связано с широким медицинским использованием его частей. Например, лихорадку, дизентерию, оспу и корь лечат экстрактами мякоти плодов и семян, которые также служат противоядием от повреждений, вызванных контактом с ядовитыми растениями рода Strophantus, которые произрастают во многих частях Африки.
Дерево может быть центром деревенской жизни и местом проведения рынка и общественных мероприятий. Таким образом, разработка в целью массового применения данного сырья, полученного из баобабового дерева, улучшит экономическое положение людей.
Как и волокна из баобабового дерева, лубяные волокна фикуса натальского или «мутуба» (Ficus natalensis) также можно использовать для производства бумаги, картона или тяжелого картона. Ареал произрастания фикуса натальского распространяется от Восточной Африки к югу от экватора до Южной Африки. В Уганде, например, дерево используется в качестве поставщика лубяного волокна для производства ткани из коры. Кору данного вида деревьев собирали веками и перерабатывали в чрезвычайно тонкую ткань из коры задолго до того, как арабские торговцы принесли хлопок в Восточную Африку.
Фикус натальский относится к семейству тутовых. Он может произрастать как в виде кустарниковых форм, так и деревьев высотой до 30 метров с опорными корнями и могучими кронами.
Деревья обеспечивают тень для сельскохозяйственных культур и домашних животных, защищают банановые деревья, чувствительные к ветру, обеспечивают древесину для приготовления пищи, а листья используются в качестве корма для животных. Некоторые фермеры специально сажают данное дерево для получения лубяного волокна.
Уже через срок от двух до пяти лет кора ствола длиной от двух до пяти метров может быть собрана впервые. Это возможно делать один раз в год. При удалении коры латекс экструдируется из порезов, и открытый камбий очень быстро защищается коричневой вязкой жидкостью. Кору с дерева снимают на протяженности до 2/3 длины ствола. Через несколько месяцев ствол оказывается вновь полностью окруженным и защищенным красно-коричневыми пучками волокон. Сбор урожая коры и красновато-коричневого лубяного волокна возможен в течение нескольких десятилетий (до 40 лет) без повреждения дерева.
Предпочтительно, кору собирают в течение сезона дождей и после того как листья полностью выросли, поскольку поток сока и латекса в камбии и флоэме (коры) является самым сильным в данный период. В такое время отделить кору легче, и регенерация лубяного слоя происходит быстрее всего. Таким образом, гибели дерева можно избежать. Для ускорения образования коры ствол оборачивается банановыми листьями, а верхний край сглаживается.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к способу производства бумаги, картона или тяжелого картона. Данный способ включает следующие стадии:
a) получение волокна плодов баобаба и лубяного волокна баобабового дерева и/или лубяного волокна фикуса натальского в качестве древесного сырья, причем данное древесное сырье содержит по меньшей мере 5% волокна плодов баобаба,
b) истирание древесного сырья со стадии а) при добавлении воды,
c) нагревание и предпочтительно отбеливание волокнистой массы, полученной на стадии b),
d) нанесение волокнистой массы на просеивающее устройство, включая удаление части добавленной воды для получения бумажного волокнистого рыхлого полотна,
e) прессование бумажного волокнистого рыхлого полотна, полученного на стадии d), чтобы получить лист бумаги, и
f) сушка листа бумаги, полученного на стадии е).
Настоящее изобретение также относится к способу, при котором древесное сырье на стадии а) получают от одного или более баобабового дерева видов Adansonia grandidieri, Adansonia madagascariensis, Adansonia perrieri, Adansonia rubrostipa (Adansonia fony), Adansonia suarezensis, Adansonia Za., Adansonia digitata, Adansonia kilima или Adansonia gregori (Adansonia gibbosa). Лубяное волокно баобабового дерева получают отслаиванием лубяного слоя (включая кору) от баобабового дерева. Волокно плодов баобаба получают путем переработки плодов баобаба. Получение сырья не влечет за собой гибель баобабового дерева.
Кроме того, настоящее изобретение также относится к способу, при котором древесное сырье со стадии а) получают из одного или более деревьев фикуса натальского. Получение сырья не влечет за собой гибель дерева фикуса натальского.
Кроме того, настоящее изобретение также относится к способу, в котором в качестве сырья используется только волокно плодов баобаба. Бумага, картон или тяжелый картон, изготовленные способом по изобретению, таким образом, не содержат дополнительных волокнистых материалов. Альтернативно, исходное сырье из баобабового дерева, полученное на стадии а), может содержать по меньшей мере 55%, 60%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90% или 95% лубяного волокна баобабового дерева. Сырье, полученное на стадии а), может содержать по меньшей мере 1%, 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30% или более волокна плодов баобаба. Способ может использовать в качестве сырья из баобаба только волокна плодов баобаба.
Кроме того, настоящее изобретение также относится к способу, в котором в качестве сырья используется только волокно плодов баобаба.
Настоящее изобретение также относится к способам, которые используют в качестве сырья комбинацию из лубяного волокна баобаба и волокна плодов баобаба. Кроме того, настоящее изобретение также относится к способам, в которых в качестве сырья используется комбинация лубяного волокна баобаба, волокна плодов баобаба и лубяного волокна фикуса натальского. Аналогичным образом, настоящее изобретение также относится к способам, в которых в качестве сырья используется комбинация из волокна плодов баобаба и лубяного волокна фикуса натальского.
В дополнительном варианте осуществления к способу могут быть добавлены волокнистые материалы, полученные из обычного бумажного сырья (первичные волокнистые материалы) и/или макулатуры (вторичные волокнистые материалы). Первичные волокнистые материалы могут быть получены из одного или более видов древесины ели, пихты, сосны, лиственницы, бука, тополя, березы и эвкалипта, а также хлопка. Добавление такого традиционного бумажного сырья и/или макулатуры или добавление полученной из них волокнистой массы, соответственно, может включать одну из стадий от b) до d). Таким образом, способ по изобретению может включать смеси волокнистых материалов из баобаба (лубяные волокна баобабового дерева и/или волокна плодов баобаба) и первичных и/или вторичных волокнистых материалов из обычного бумажного сырья. Соотношение волокнистых материалов из баобабового дерева и/или фикуса натальского и обычных волокнистых материалов в смеси волокон может составлять 9,5:0,5, 9:1, 8:2, 7:3, 6:4, 1:1, 4:6, 3:7, 2:8, 1:9 или 0,5:9,5. На долю волокнистого материала баобаба может приходиться по меньшей мере 55%, 60%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90% или 95% лубяных волокон баобабового дерева. На долю волокнистого материала баобаба может приходиться по меньшей мере 1%, 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 40%, 45% или более волокон плодов баобаба. Волокнистый материал, получаемый из баобабового дерева, также может содержать исключительно волокна плодов баобаба.
Чем выше содержание волокон плодов баобаба, тем выше сопротивление бумаги разрыву. В то же время, с увеличением содержания волокон плодов баобаба бумага становится тяжелее.
В случае использования обычных волокнистых материалов на стадии с), способ по изобретению может дополнительно включать удаление лигнина.
Однако, в любом случае, способ по изобретению может не включать удаление лигнина.
В одном варианте осуществления стадия с) может дополнительно включать добавление вспомогательных веществ, таких как наполнители, проклеивающие вещества, красители или специальные вспомогательные вещества.
Способ, обеспеченный в настоящем изобретении, может дополнительно включать стадию g), включающую облагораживание бумаги путем каландрирования, окрашивания, тиснения, нанесения покрытия и/или ламинирования. Кроме того, стадия g) может включать переработку бумажного волокнистого продукта, полученного на стадии g), в бумагу или тяжелый картон.
В дополнительном аспекте настоящее изобретение обеспечивает бумагу, картон или тяжелый картон, полученные одним из способов, описанных выше. Бумага, картон или тяжелый картон характеризуются более высоким сопротивлением разрыву по сравнению с бумагой, картоном и тяжелым картоном, не содержащими лубяных волокон баобабового дерева, волокон плодов баобаба и/или лубяных волокон фикуса натальского.
Бумажное волокно бумаги, картона или тяжелого картона, изготовленных способом по изобретению, может полностью состоять из волокнистых материалов баобабового дерева. На долю волокнистого материала баобабового дерева может дополнительно приходиться по меньшей мере 5%, 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 55%, 60%, 70%, 80%, 90% или 95% лубяных волокон баобабового дерева. На долю волокнистого материала баобабового дерева может приходиться исключительно лубяное волокно баобабового дерева. На долю волокнистого материала баобабового дерева может приходиться по меньшей мере 1%, 2%, 3%, 4%, 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 40%, 45%, 50% или более волокна плодов баобаба. На долю волокнистого материала баобабового дерева могут приходиться исключительно волокна плодов баобаба.
Бумажное волокно бумаги, картона или тяжелого картона, изготовленных способом по изобретению, может состоять по меньшей мере из 5%, 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 55%, 60%, 70%, 80%, 90% или 95% волокон баобабового дерева. На долю волокнистого материала баобабового дерева может дополнительно приходиться по меньшей мере 5%, 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 55%, 60%, 70%, 80%, 90% или 95% лубяных волокон баобабового дерева. На долю волокнистого материала баобабового дерева может приходиться исключительно лубяное волокно баобабового дерева. На долю волокнистого материала баобабового дерева может приходиться по меньшей мере 1%, 2%, 3%, 4%, 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 40%, 45%, 50% или более волокна плодов баобаба. На долю волокнистого материала баобабового дерева могут приходиться исключительно волокна плодов баобаба.
Бумажное волокно бумаги, картона или тяжелого картона, изготовленных способом по изобретению, может состоять по меньшей мере из 5%, 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 55%, 60%, 70%, 80%, 90% или 95% волокон из фикуса натальского.
Применение волокон из фикуса натальского повышает сопротивление разрыву изготовленных бумаги, картона или тяжелого картона.
Наконец, настоящее изобретение обеспечивает применение бумаги, картона или тяжелого картона для производства натуральной бумаги, папье-маше, художественной бумаги, гигиенической бумаги, папиросной бумаги, графической бумаги, бумаги, картона или тяжелого картона для упаковочных целей или бумаги для специальных технических целей.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
Обеспеченный в настоящем изобретении способ относится к применению исходных материалов, полученных из баобабового дерева (сырье из баобабового дерева), и/или исходных материалов, полученных из фикуса натальского (сырье из фикуса натальского), для производства бумаги, картона или тяжелого картона.
2
2
2
2
2
2
2
Бумага, картон и тяжелый картон представляют собой листовые материалы, изготовленные из одних и тех же основных материалов (бумажного сырья) и, в основном, одинаковыми способами производства. Они различаются, главным образом, по массе на единицу площади (граммаж, масса г/м). Согласно DIN 6730, масса на единицу площади (граммаж) бумаги составляет до 225 г/м; тот материал, граммаж которого превышает данную величину, называется картоном. Хотя официальное определение картона не известно, принято говорить о бумаге, когда граммаж составляет от 7 до 150 г/м, о картоне, когда граммаж составляет от 250 до 500 г/м, и о тяжелом картоне, если граммаж превышает 600 г/м. Диапазоны от 150 до 250 г/м и от 500 до 600 г/м неоднозначны, это означает, что для них могут быть использованы обозначения бумаги или картона и картона или тяжелого картона, соответственно. В основном, однако, прочность материала будет решающей. Используемые в настоящем изобретении термины бумага, картон и тяжелый картон включают все листовые материалы, состоящие из волокон растительного происхождения, которые охватываются как определением DIN 6730, так и использованием в немецком языке.
Используемый в настоящем изобретении термин «сырье» имеет обычное значение для специалиста в области изготовления бумаги и включает все обычное сырье, известное в области изготовления бумаги. Таким образом, сырье для производства бумаги включает все волокнистые материалы, например, древесную массу, полухимическую целлюлозу, химическую целлюлозу, макулатуру и другие волокнистые материалы. Кроме того, данный термин включает процессы окончательной отделки, такие как проклейка и пропитка. В данных операциях такие виды сырья, как животные клеи, смолы, парафины и воски, наполнители, такие как каолин, тальк, гипс, сульфат бария, мел, белый титан, и вспомогательные вещества, такие как красители, пеногасители, разрыхляющие средства, удерживающие средства, флокулянты и смачивающие средства, используются в зависимости от применения конечного продукта.
Термин «волокнистый материал» относится к волокнистому материалу растительного происхождения (растительное волокно). Термин включает как первичные волокнистые материалы, то есть сырье, использованное впервые в производстве, так и вторичные волокнистые материалы, то есть переработанные материалы, повторно входящие в производственный процесс после использования, такие как макулатура. Наиболее важные компоненты волокнистого материала представляют собой таковые, состоящие из целлюлозы. Кроме того, лигнин также является компонентом волокнистого материала. Волокнистые полуфабрикаты, такие как древесная масса, содержат большое количество лигнина. В полученных полухимическим путем волокнистых полуфабрикатах содержание лигнина снижено, так что содержание целлюлозы доминирует. С другой стороны, полученная путем химической переработки пульпа почти полностью состоит из целлюлозы. Такие волокнистые материалы обычно изготавливаются из дерева с помощью механических или химико-механических способов и используются, главным образом, для производства бумаги различного назначения или различного качества, для картона и тяжелого картона.
«Сырье из баобаба» в контексте настоящего описания относится к волокнистым материалам, полученным из баобабового дерева, которые служат сырьем для производства бумаги, картона или тяжелого картона в соответствии с настоящим изобретением. Баобабовое дерево, также известное как обезьянье хлебное дерево, используемое для получения сырья, представляет собой род крупных, видных и часто причудливо растущих лиственных деревьев из подсемейства семейства Бомбаксовых (Bombacoideae), которые, в свою очередь, принадлежат к семейству Мальвовых (Malvaceae). Баобабовые деревья встречаются на большей части африканского континента, на острове Мадагаскар и в Австралии. Баобабовые деревья, используемые для получения сырья из баобаба, включают Adansonia grandidieri, Adansonia madagascariensis, Adansonia perrieri, Adansonia rubrostipa (Adansonia fony), Adansonia suarezensis, Adansonia Za., Adansonia digitata, Adansonia kilima или Adansonia gregori (Adansonia gibbosa). Изобретение основано на применении растительных волокон, полученных из баобабового дерева. Сырье, получаемое из баобаба, включает, в частности, лубяные волокна коры (лубяные волокна баобабового дерева) и волокна плодов (волокна плодов баобаба), полученные из баобабового дерева. Луб является живой тканью под корой (наружный слой) деревьев и других древесных растений (вторичная флоэма). Лубяные волокна баобабового дерева находятся во втором защитном слое коры. Поскольку луб и кора баобабового дерева восстанавливаются в течение одного года, обычно через от 6 до 8 месяцев, получение луба баобабового дерева не приводит к гибели дерева.
«Сырье из фикуса натальского» в контексте настоящего описания относится к волокнистым материалам, получаемым из фикуса натальского (Ficus natalensis), которые служат сырьем для производства бумаги, картона или тяжелого картона согласно изобретению.
В контексте настоящего изобретения «древесное сырье» представляет собой сырье, содержащее сырье, полученное из баобаба, и/или сырье, полученное из фикуса натальского.
Способ, обеспеченный в настоящем изобретении, включает сначала получение древесного сырья, или лубяных волокон баобабового дерева, волокон плодов баобаба, и/или лубяных волокон фикуса натальского, соответственно.
Чтобы достигнуть лубяного слоя баобабового дерева, предпочтительно использовать общепринятые способы. Чтобы дерево не понесло каких-либо повреждений, а кора была способна отрастать или регенерировать, не используются тяжелые и большие машины. Надрезы глубиной от 1 до 30 мм делают в коре дерева вручную с использованием обычных подходящих режущих инструментов, таких как кованые мачете и пилы. Высота канавок зависит от размера дерева. Начиная с данных канавок, кору и лубяные волокна отслаивают. Лубяные волокна, длина которых достигает 25 метров, отделяют от коры вручную и с использованием кованых мачете и пил и хранят отдельно. Для того, чтобы получить волокна плодов баобаба, сначала необходимо собрать плод баобабового дерева, а затем вскрыть его. Вскрытие плода может быть выполнено любым мыслимым способом, который сохраняет внутреннюю часть плода. Например, плоды могут быть вскрыты молотком или ударным инструментом, соответственно. Волокна расположены под оболочкой внутри плода и соединяют мякоть плода с внутренней частью оболочки. Кроме того, они обеспечивают мякоть плодов необходимыми питательными веществами. После открытия плода волокна плода можно отделить от оболочки вручную и хранить отдельно.
Для того, чтобы достичь лубяного слоя дерева мутуба, предпочтительно использовать общепринятые способы. Чтобы дерево не понесло каких-либо повреждений, а кора была способна отрастать или регенерировать, не используются тяжелые и большие машины. Надрезы глубиной от 1 до 30 мм делают в коре дерева вручную с использованием обычных подходящих режущих инструментов, таких как кованые мачете и пилы. Высота канавок зависит от размера дерева. Начиная с данных канавок, кору и лубяные волокна отслаивают. Лубяные волокна, длина которых достигает 25 метров, отделяют от коры вручную и с использованием кованых мачете и пил и хранят отдельно.
Полученное таким образом древесное сырье затем измельчается для дальнейшей обработки при добавлении воды. Измельчение может быть выполнено любым способом, известным в данной области техники. Оно может быть выполнено механически, термомеханически или химически. Например, в процессе измельчения сырье, полученное из баобаба, механически измельчается с помощью точильных камней. Альтернативно, измельчение может быть выполнено, используя дробилку или молотковую мельницу. В так называемом процессе облагораживания измельчение до стружки сопровождается после дальнейших стадий процесса измельчением в рафинере (термомеханически). Степень измельчения определяет основные свойства бумаги, картона или тяжелого картона. Чем длиннее волокна, тем прочнее будет полученный продукт.
2
2
3
2
2
4
2
2
2
-
Замачивание волокон, уже начатое во время измельчения, затем продолжается на следующей рабочей стадии. При этом волокнистая масса (пульпа), получаемая во время измельчения, нагревается. Нагревание проводят до температуры, составляющей по меньшей мере 80°С, 85°С, 90°С, 95°С, 100°С, 105°С, 110°С, 115°С, 120°С или более. Например, волокнистая масса может быть нагрета до температуры от 80°С до 120°С, от 85°С до 120°С, от 90°С до 115°С и от 95°С до 115°С. Нагревание предпочтительно осуществляют путем кипячения целлюлозы, то есть нагревания до и около точки кипения. Температурный диапазон для разрыхления волокон находится в пределах от 30°С до 350°С. Предпочтительный температурный диапазон составляет от 95 до 115°С в кипящей воде. Нагревание производится при давлении, составляющем по меньшей мере 1, 1,5, 2, 2,5, 3, 3,5, 4, 4,5, 5 и более бар. Нагревание происходит в течение по меньшей мере 30, 60, 90, 120, 150 или 180 мин и может длиться до 72 часов. Нагревание предпочтительно дополнительно включает отбеливание целлюлозы. Отбеливание можно проводить с помощью любых отбеливающих средств, известных в данной области техники. В качестве отбеливателей можно использовать окислители (окислительное отбеливание) и восстановители (восстановительное отбеливание). Подходящие для отбеливания окислители включают кислород, пероксиды, такие как пероксид водорода, пербораты, перкарбонаты, пероксиуксусную кислоту и соединения хлора, такие как хлор, гипохлориты и диоксид хлора. Подходящие восстановители включают дитиониты и диоксид серы. Для производства белой бумаги волокна отбеливают перекисью водорода (НО). Концентрация отбеливающего средства составляет от 3 до 99 процентов. Предпочтительно использовать от 7 до 10%-ный раствор. Отбеливание проводят на стадии предварительной обработки, при нагревании и разрыхлении волокнистых материалов. Кроме того, могут быть использованы другие отбеливающие средства. Отбеливание можно проводить с помощью отбеливателей, таких как аммиак (NH), едкий натр (NaOH), щавелевая кислота (также известна как этандиовая кислота или клеверная кислота СНО), кислородный отбеливатель, диоксид хлора (ClO), гипохлорит (СlO) и элементарный хлор (Cl). Предпочтительно использовать более устойчивый и экологически чистый, но более дорогой вариант с перекисью водорода (НО).
После отбеливания в волокнистую массу могут быть необязательно добавлены вспомогательные вещества. Вспомогательные вещества представляют собой неволокнистые добавки для изготовления бумаги, которые придают особые свойства бумаге, картону или тяжелому картону, чего нельзя достичь только с помощью волокнистых материалов. Такие вспомогательные вещества включают наполнители, проклеивающие средства, красители и специальные вспомогательные вещества. Наполнители представляют собой белые, нерастворимые в воде соединения (пигменты) с наименьшим размером частиц. Они служат для заполнения крошечных промежутков между спутанными волокнами. Обычно, в качестве наполнителей используются такие минералы, как каолин, тальк, гипс, карбонат кальция, сульфат бария, мел, белый титан или крахмал. Содержание может составлять до 30%. Проклеивающие средства представляют собой природные смолы, синтетические смолы, воски, связующие вещества, парафины или крахмал, которые добавляются в бумажную массу для уменьшения абсорбирующей способности. Если проклеивающие средства подаются непосредственно к бумажной массе, такой способ называется проклейкой в ткани (проклейка ткани или калибровка массы). Если, с другой стороны, проклеивающие средства наносятся только на бумажное полотно (рыхлое полотно из бумажного волокна) в бумагоделательной машине, такой способ называется проклейкой поверхности. Красители добавляются в бумажную массу для окрашивания бумаги и достижения специальных цветовых эффектов в цветной и обрезной бумаге. Даже белой бумаге часто придают голубоватый оттенок, чтобы скрыть слегка желтоватый оттенок многих волокон и, тем самым, повысить степень белизны. Как и в случае с проклейкой, красители могут либо добавляться к бумажной массе (нак называемое тканевое окрашивание), либо наноситься на готовое бумажное полотно (бумажный войлок/бумажное рыхлое волокно), что называется поверхностным окрашиванием. Специальные вспомогательные вещества могут служить оптическими отбеливателями. Они преобразуют невидимое ультрафиолетовое излучение в видимый синий свет, благодаря чему бумага выглядит светлее и белее. Задача других вспомогательных веществ может заключаться в том, чтобы сделать бумагу огнестойкой или защитить ее от нападения насекомых или грибков. Вспомогательное вещество(а) добавляют к нагретым и обесцвеченным бумажным волокнам и перемешивают до достижения однородной смеси (бумажная волокнистая масса).
Впоследствии, бумажная волокнистая масса может подвергнуться гомогенизированию.
На следующей стадии волокнистую массу наносят на просеивающее устройство. «Просеивающее устройство» включает любое устройство для разделения твердых веществ в соответствии с критерием размера зерна и/или для разделения твердого вещества (веществ) и жидкости (жидкостей). Разделение осуществляется путем нанесения бумажной массы на ситовое полотно или ситовое покрытие, с более мелкими ответствиями или более грубую металлическую, текстильную или пластиковую ткань, сетку, оплетку, лист или тому подобное, по мере необходимости. Дно сита или футеровка сита характеризуется перфорациями. Термин «просеивающее устройство» включает, например, просеивающие сита, используемые в традиционном производстве бумаги, а также ситовые полотна или бесконечные сита, тканые сита, спиральные сита и длинные или нижние сита, используемые при машинном производстве бумаги. Нанесение может осуществляться с использованием средств и способов, известных в данной области техники. Например, нанесение может быть осуществлено путем распыления волокнистой массы через форсунки или прорези распылительного устройства на просеивающее устройство. Это также возможно с помощью так называемого нанесения разбрасыванием, раскатыванием или с помощью резинового валика для разглаживания. На просеивающем устройстве волокна осаждаются рядом и друг на друга, в то время как большая часть подаваемой воды отфильтровывается в устройстве для просеивания. Волокна, содержащиеся в целлюлозной массе, слипаются в грубое бумажное волокнистое рыхлое полотно. Данный процесс также называется формованием листа.
Бумажное волокнистое рыхлое полотно затем сдавливается подходящим прессующим устройством с образованием более тонкого листа бумаги. В то же самое время во время прессования из бумажного волокна удаляется часть оставшейся жидкости. Используемый в настоящем изобретении термин «прессование» относится к приложению механических сил для удаления воды из бумажного волокнистого рыхлого полотна под давлением. Подходящими устройствами для прессования являются: механическое прессование между двумя плитами под давлением от 2 до 4000 гПа; гидравлическое прессование между двумя плитами при давлении от 2 до 4000 гПа; пневматическое прессование между двумя плитами при давлении от 2 до 4000 гПа; или взаимодействие трех или двух из трех между двумя пластинами с давлением от 2 до 4000 гПа. Давление, составляющее по меньшей мере 16 гПа, является предпочтительным. Традиционные устройства для прессования состоят из нескольких последовательных прессов, в которых бумажное волокнистое рыхлое полотно сжимается с помощью цилиндров (например, из стали, гранита или твердой резины) между валами. Типичные устройства для прессования включают классические двухцилиндровые машины, мультицилиндровые компактные машины и современные «обувные прессы», в которых прессовый башмак специальной формы прижимается задним цилиндром. Процесс прессования сжимает структуру бумаги, повышает ее прочность и оказывает решающее влияние на качество поверхности.
На следующей стадии происходит дальнейшая сушка листа бумаги. С данной целью лист бумаги нагревают и сушат выпариванием оставшейся воды. Сушка определяет более позднюю усадку и, следовательно, окончательные размеры бумажного листа. Сушка дополнительно гарантирует, что бумага больше не будет влажной и, следовательно, защищена от плесени. Сушка может осуществляться, например, с помощью нескольких сушильных цилиндров с паровым нагревом, через которые проходит бумажное волокнистое рыхлое полотно или бумажный лист.
При желании, лист бумаги может быть дополнительно обработан или подвергнут отделке. Например, для сатинирования бумага дополнительно разглаживается с помощью каландра. Для окраски поверхность окрашивается красителем («покрытие»), состоящим из пигментов (каолин, мел, лайм, белый сатин), связующих веществ (пластиковые дисперсии, крахмал или казеин) и/или других добавок, известных в данной области техники. Бумага приобретает закрытую, гладкую и стабильную поверхность, что обеспечивает лучшее качество печати. Бумага также может быть тисненой, то есть снабжена структурой. Поверхность приобретает внешний вид с помощью каландра для тиснения, содержащего гравированный стальной цилиндр. В результате, получается бумага с ребрами, зернами, прожилками или ковкой. Другой формой отделки или типа поверхности является покрытие, например, пластмассами или лаками, чтобы сделать бумагу или картон влаго- и водонепроницаемыми или даже непроницаемыми для аромата. Отделка также включает ламинирование, например, соединение бумаги и картона, бумаги/бумаги/пластика или металлической фольги с бумагой, картоном и тяжелым картоном.
ПРИМЕРЫ
Настоящее изобретение подробно описано с помощью следующих неограничивающих примеров.
Пример 1: Художественная бумага DIN А4 ВАО ручной работы, предназначенная для художников
В данном примере художественная бумага из баобаба (ВАО) была изготовлена из лубяных волокон коры баобабового дерева.
Получение лубяных волокон баобабового дерева и кипячение
Лубяные волокна коры должны находиться во втором защитном слое коры. Чтобы достичь данного второго слоя, предпочтительно использовать общепринятые способы. Чтобы дерево не пострадало и кора могла отрасти, для данной цели не использовались тяжелые и большие машины. Надрезы глубиной до 50 мм делали в коре дерева вручную с помощью обычных мачете и пил, изготовленных для подобного применения. Высота надрезов зависела от размера дерева. Начиная с данных надрезов, отслаивали кору и лубяные волокна. Лубяные волокна длиной до двух метров отделяли от коры вручную с помощью специальных инструментов и хранили отдельно. Лубяные волокна коры разрезали в измельчителе на мелкие кусочки одного и того же размера (полоски приблизительно от 1 до 10 мм) и собирали в улавливающем резервуаре. Неиспользуемые части оболочки и другие нежелательные элементы, такие как грязь и камни, были отделены от нужных волокон в водяной бане.
Измельчение и кипячение полученной волокнистой массы
На следующей стадии данного примера уже размягченные полоски дополнительно размягчали кипячением и вымачивали на водяной бане с большим количеством воды. Для данного примера было достаточно 100 г сырья волокон. 100 г полосок готовили в сосуде с тремя литрами деионизированной воды и кипятили. Температуру жидкости повышали до кипения. В результате скорость размягчения и разрыхления волокон значительно увеличилась. Размягчение уже происходило при температуре воды 50°С. Предпочтительная температура для разрыхления волокон составляла от 95 до 115°С, и давление в сосуде превышало 1 бар. Время выдерживания составляло от 60 до 180 минут в данных условиях.
Отбеливание волокнистой массы
2
2
Затем отбеливатель добавляли к разрыхленной и вареной волокнистой массе. Предпочтение отдается использованию экологически чистых отбеливателей. В настоящем изобретении использовали перекись водорода (НО). Перекись водорода, растворенная в воде, является очень слабой кислотой и не наносит вреда окружающей среде. Отбеливание перекисью водорода было достаточным с помощью 7% раствора. 100 мл 30% раствора добавляли в емкость, содержащую три литра волокнистой массы, приготовленной выше. Волокнистую массу, содержащую отбеливатель, теперь дополнительно нагревали и кипятили. Были использованы те же параметры времени, температуры и давления, что и при кипении. Для дополнительной обработки волокнистой массы перекись водорода полностью вымывали из раствора. Большая часть перекиси водорода уже разложилась при растворении в воде и последующем нагревании.
Нанесение волокнистой массы на сито
Отбеленные волокна теперь промывали проточной водой через сито. Промытые волокна помещали в водяную баню и равномерно перемешивали стержнем или аналогичным устройством. Водяная баня содержала ванну (так называемый чан) с деионизированной водой при температуре от 20 до 23°С. В ванне не было металлических материалов, таких как алюминий или тому подобное, в противном случае, могли происходить химические реакции с остаточной перекисью водорода в волокнах. Поэтому ванны изготавливаются из пластика, предпочтительно, из полиэтилена (ПЭ). После этого производили вычерпывание вручную. Использовали обычное вычерпывающее сито в виде рамки размером DIN А4. Вычерпывающее сито помещали в ванну вручную. При удалении сита из чана следили за тем, чтобы покрыть всю область сита волокнами и равномерно распределить массу по всей поверхности. После частичного слива на вычерпывающем сите оставалось грубое бумажное волокнистое рыхлое полотно.
Снятие с сетки/сушка и разглаживание бумажного волокнистого рыхлого полотна
Затем вычерпанное бумажное волокнистое рыхлое полотно опрокидывали на войлок, который имел, по меньшей мере, размеры вычерпывающего сита. Обычно это приблизительно на 20% больше. Затем опрокинутый материал накрывали другим войлоком. Войлок служил для поглощения избытка жидкости из бумаги и, следовательно, одновременно для сушки. За этим последовало прессование бумажного волокнистого рыхлого полотна. С данной целью стопку из войлока и бумажного волокнистого рыхлого полотна прижимали грузом. Обычно могут быть использованы грузы от около 80 кг (800 Н), в настоящем изобретении использовали 200 кг (2000 Н). Механическое машинное прессование может обеспечить в настоящем изобретении лучшее качество и гладкость листа. Данный процесс повторяли до тех пор, пока бумага не становилась сухой. Мокрый войлок заменяли сухим. Как правило, считается, что период прессования и ожидания составляет по меньшей мере 60 минут.
Художественная бумага ВАО, ручной работы и высушенная, теперь была готова к применению и могла использоваться.
Пример 2: Художественный картон DINA5 ВАО ручной работы, предназначенная для художников
В данном примере художественная бумага из баобаба (ВАО) была изготовлена из лубяных волокон коры баобабового дерева и волокон, полученных из его плодов.
Получение лубяных волокон из баобабового дерева и волокон из плодов баобаба
Лубяные волокна из баобабового дерева получали, как в примере 1. В дополнение, волокна получали из плодов. Волокна расположены под скорлупой во внутренней части плода и соединяют мякоть плода со внутренней частью скорлупы. Кроме того, они снабжают мякоть плодов необходимыми питательными веществами. Плоды собирали вручную и вскрывали молотком или ударным инструментом, соответственно. Впоследствии плодовые волокна вручную отделяли от оболочки.
Лубяные волокна коры и волокна плодовых оболочек разрезали в измельчителе на мелкие кусочки одного и тот же размера (полоски приблизительно от 1 до 10 мм) и собирали в улавливающем резервуаре. Неиспользуемые части оболочки и другие нежелательные элементы, такие как грязь и камни, были отделены от нужных волокон в водяной бане.
Измельчение и кипячение полученной волокнистой массы
На следующей стадии данного примера уже размягченные полоски дополнительно размягчали кипячением и вымачивали на водяной бане с большим количеством воды. Для данного примера было достаточно 250 г сырья волокон. 250 г полосок готовили в сосуде с четырьмя литрами деионизированной воды и кипятили. Температура жидкости повышалась до кипения. В результате скорость размягчения и разрыхления волокон значительно увеличилась. Размягчение уже происходило при температуре воды 50°С. Предпочтительная температура для разрыхления волокон составляла от 95 до 115°С, и давление в сосуде превышало 1 бар. Время выдерживания составляло от 60 до 180 минут в данных условиях.
Отбеливание волокнистой массы
2
2
Затем к разрыхленной и проваренной волокнистой массе добавляли отбеливатель. Предпочтение отдается использованию экологически чистых отбеливателей. В настоящем изобретении использовали перекись водорода (НО). Перекись водорода, растворенная в воде, является очень слабой кислотой и не наносит вреда окружающей среде. Отбеливание перекисью водорода было достаточным с помощью раствора с концентрацией от около 8 до около 10%. 200 мл 30% раствора добавляли в емкость, содержащую четыре литра волокнистой массы, приготовленной выше. Волокнистую массу, содержащую отбеливатель, теперь дополнительно нагревали и кипятили. Были использованы те же параметры времени, температуры и давления, что и при кипении. Для дальнейшей обработки волокнистой массы перекись водорода была полностью вымыта из раствора. Большая часть перекиси водорода уже разложилась при растворении в воде и последующем нагревании.
Нанесение волокнистой массы на сито
Отбеленные волокна теперь промывали проточной водой через сито. Промытые волокна помещали в водяную баню и равномерно перемешивали стержнем или аналогичным устройством. Водяная баня содержала ванну (так называемый чан) с деионизированной водой при температуре от 20 до 23°С. В ванне не было металлических материалов, таких как алюминий или тому подобное, в противном случае, могли происходить химические реакции с остаточной перекисью водорода в волокнах. Поэтому ванны изготавливаются из пластика, предпочтительно, из полиэтилена (ПЭ). После этого производили вычерпывание вручную. Использовали обычное вычерпывающее сито в виде рамки размером DIN А4. Вычерпывающее сито помещали в ванну вручную. При удалении сита из чана следили за тем, чтобы покрыть всю область сита волокнами и равномерно распределить массу по всей поверхности. После частичного слива на вычерпывающем сите оставалось грубое бумажное волокнистое рыхлое полотно.
Снятие с сетки/сушка и разглаживание бумажного полотна
Затем вычерпанное бумажное волокнистое рыхлое полотно опрокидывали на войлок, который имел, по меньшей мере, размеры вычерпывающего сита. Обычно это приблизительно на 20% больше. Затем опрокинутый материал накрывали другим войлоком. Войлок служил для поглощения избытка жидкости из бумаги и, следовательно, одновременно для сушки. За этим последовало прессование бумажного волокнистого рыхлого полотна. С данной целью стопку из войлока и бумажного волокнистого полотна прижимали грузом. Обычно могут быть использованы грузы от около 80 кг (800 Н), в настоящем изобретении использовали 200 кг (2000 Н). Механическое машинное прессование может обеспечить в настоящем изобретении лучшее качество и гладкость листа. Данный процесс повторяли до тех пор, пока бумага не становилась сухой. Мокрый войлок заменяли сухим. Как правило, считается, что период прессования и ожидания составляет по меньшей мере 60 минут.
Художественная бумага ВАО, ручной работы и высушенная, теперь была готова к применению и могла использоваться.
Пример 3: Машинное производство рулонного картона из чистых волокон баобаба на бумагоделательной машине
В данном примере рулонный картон из баобаба (ВАО) был изготовлен из лубяных волокон коры баобабового дерева и волокон, полученных из его плодов, с использованием обычной бумагоделательной машины.
Получение лубяных волокон и волокон плодов баобаба
Лубяные волокна дерева баобаба и волокна плодов баобаба получали, как в примерах 1 и 2.
Измельчение лубяных волокон и волокон плодов баобаба
На следующей стадии данного примера уже размягченные полоски дополнительно размягчали кипячением и вымачивали на водяной бане с большим количеством воды. В дополнение, плодовые оболочки подвергались процессу растирания и измельчения и перерабатывались в порошок. Порошок служил в качестве наполнителя, обеспечивал позднее более высокую плотность бумаги и снижал содержание лубяных волокон до 45%.
Кипячение полученной волокнистой массы
Полученные волокна смешивают, перемешивают и кипятят в резервуаре с перемешиванием, так называемом «пульпере», с большим количеством проточной воды. Добавление воды во время перемешивания и смешивания происходило до образования водянистой бумажной волокнистой массы. Раствор дополнительно перемешивали в течение 30 минут, чтобы получить более гомогенную бумажную волокнистую массу.
Нанесение волокнистой массы на сито
Затем бумажную волокнистую массу распределяли через напорную коробку бумагоделательной машины на ситовое полотно. Затем ситовое полотно встряхивали горизонтально для более равномерного распределения волокон по всему ситовому полотну. Целью встряхивания является удаление как можно большего количества воды из нанесенной бумажной массы, с тем чтобы волокнистые материалы объединялись или матировались, соответственно. Таким образом, нанесение на ситовое полотно обеспечило первое разделение между волокнистым материалом и избытком воды и привело к получению грубого бумажного волокнистого рыхлого полотна. При встряхивании и движении ситового полотна было слито около 20% воды из бумажного волокнистого рыхлого полотна.
Прессование и сушка грубого бумажного волокнистого рыхлого полотна
2
2
2
2
2
2
Чтобы дополнительно уменьшить количество остаточной влаги, около 15% влаги из бумажного волокнистого рыхлого полотна удалили с помощью войлочного полотна и механического прессования. В результате, было достигнуто дальнейшее упрочнение бумажного волокнистого рыхлого полотна. После обработки войлоком бумажное волокнистое рыхлое полотно имело остаточную влажность около 65%. На последующей стадии бумажное волокнистое рыхлое полотно подавали в секцию сушки, включающую систему цилиндров с паровым нагревом. Скорость и температура цилиндров были отрегулированы таким образом, чтобы в конце обработки полотна остаточная влажность картона составляла от около 8 до около 10%. Если данное остаточное содержание влаги не сохраняется, бумага или картон становятся очень хрупкими и больше не могут быть свернуты. Водородные связи, образовавшиеся в процессе сушки, плотно удерживали волокна вместе. В конце процесса сушки получали бумажное или картонное полотно. Картонное полотно была свернуто в последней рабочей зоне бумагоделательной машины. Бумажную волокнистую массу наносили на сито таким образом, чтобы картон имел граммаж от 100 до 150 г/м, от 150 до 200 г/м, от 200 до 250 г/м, от 250 до 300 г/м, от 300 до 350 г/м или от 350 до 400 г/м. Из 100 кг волокнистой массы были изготовлены три рулона по 35 кг необработанного картона на каждый. Затем рулоны необработанного картона были готовы для дальнейших процессов отделки, таких как нанесение покрытия и/или дальнейшая обработка на гофрокартон.
Пример 4: Машинное производство рулонной бумаги из чистых волокон баобаба на бумагоделательной машине
В данном примере рулоннная бумага из баобаба (ВАО) была приготовлена из лубяных волокон коры баобабового дерева и волокон, полученных из его плодов, с использованием обычной бумагоделательной машины.
Получение лубяных волокон плодов баобаба и волокон плодов баобаба
Лубяные волокна дерева баобаба и волокна плодов баобаба получали, как в примерах 1 и 2.
Измельчение лубяных волокон баобабового дерева и волокон плодов баобаба
На следующей стадии данного примера уже размягченные полоски дополнительно размягчали кипячением и вымачивали на водяной бане с большим количеством воды. В дополнение, плодовые оболочки подвергались процессу растирания и измельчения и перерабатывались в порошок. Порошок служил в качестве наполнителя, обеспечивал позднее более высокую плотность бумаги и снижал содержание лубяных волокон до 45%.
Кипячение полученной волокнистой массы
2
2
Полученные волокна смешивают, перемешивают и кипятят в резервуаре с перемешиванием, так называемом «пульпере», с большим количеством проточной воды, и отбеливают, добавляя раствор перекиси водорода (НО) (около 10%). Добавление воды во время перемешивания и смешивания происходило до образования водной бумажной волокнистой массы. Раствор дополнительно перемешивали в течение от 30 до 90 минут, чтобы получить более гомогенную бумажную волокнистую массу, включающую отбеливатель.
Нанесение волокнистой массы на сито
Затем бумажную волокнистую массу распределяли через напорную коробку бумагоделательной машины на ситовое полотно. Затем ситовое полотно встряхивали горизонтально для более равномерного распределения волокон по всей области сита. Целью встряхивания является удаление как можно большего количества воды из нанесенной бумажной массы, с тем чтобы волокнистые материалы объединялись или матировались, соответственно. Таким образом, нанесение на ситовое полотно обеспечило первое разделение между волокнистым материалом и избытком воды и привело к получению грубого бумажного волокнистого рыхлого полотна. При встряхивании и движении ситового полотна было слито около 20% воды из бумажного волокна.
Прессование и сушка грубого бумажного рыхлого полотна
2
2
2
2
2
2
2
Чтобы дополнительно уменьшить количество остаточной влаги, около 15% влаги из бумажного волокнистого рыхлого полотна удалили с помощью войлочного полотна и механического прессования. В результате, было достигнуто дальнейшее упрочнение бумажного волокнистого рыхлого полотна. После обработки войлоком бумажное волокнистое рыхлое полотно имело остаточную влажность около 65%. На последующей стадии бумажное волокнистое рыхлое полотно подавали в секцию сушки, включающую систему цилиндров с паровым нагревом. Скорость и температура цилиндров были отрегулированы таким образом, чтобы в конце обработки полотна остаточная влажность картона составляла от около 8 до около 10%. Если данное остаточное содержание влаги не сохраняется, бумага становится очень хрупкой и больше не может быть свернута. Водородные связи, образовавшиеся в процессе сушки, плотно удерживали волокна вместе. В конце процесса сушки было получено бумажное полотно. Бумажное полотно было свернуто в последней рабочей зоне бумагоделательной машины. Бумажную волокнистую массу наносили на экран таким образом, чтобы бумага имела плотность от 50 до 55 г/м, от 55 до 60 г/м, от 60 до 65 г/м, от 65 до 70 г/м, от 70 до 75 г/м, от 75 до 80 г/м или от 80 до 90 г/м. Из 100 кг волокнистой массы было получено три рулона по 35 кг необработанной бумаги на каждый. Затем рулоны необработанной бумаги были готовы к дальнейшим процессам отделки, таким как нанесение покрытия и/или дальнейшая обработка на гофрокартон.
Бумажное покрытие
Целью нанесения покрытия на бумагу является получение бумаги с максимально высокой степенью белизны и глянца. Обычно, нанесение покрытия на бумагу происходит как на так называемых автономных установках для нанесения покрытия, так и в режиме онлайн, напрямую связанных с бумагоделательной машиной. В данном примере был использован автономный способ с использованием установки для нанесения покрытия с системой покрытия шаберного типа. Последняя была точно подогнана к ширине рулона. Сырье, используемое для материала покрытия, можно разделить на следующие категории:
3
4
8
4
10
1.) Пигменты: карбонат кальция (СаСО), каолинит (Al[(OH)|SiO]);
2.) Связующие: модифицированный крахмал, карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ), поливиниловый спирт (ПВС), стирол-бутадиеновый латекс, стирол-акрилатный латекс, сложный эфир акриловой кислоты, карбоксилированный акрилатом сополимер;
3.) Вспомогательные вещества: ассоциативный загуститель, стеарат кальция, оптический отбеливатель, каустическая сода.
Для смешивания краски для покрытия использовали следующую рецептуру: 250 мл суспензии пигмента (сухое вещество 78%, количество 195 г), 100 частей карбоната кальция: 195 г (эквивалентно 94,7%); 1 часть КМЦ: 2 г (эквивалентно 0,95%); 2 части стирол-бутадиенового латекса: 4 г (эквивалентно 1,9%); 2 части стиролакрилатного латекса: 4 г (эквивалентно 1,9%); 0,5 части стеарата кальция: 1 г (эквивалентно 0,47%).
Цилиндр был зажат во втулке установки для нанесения покрытия. Держатель рукава с пустым бумажным цилиндром для приема размотанного рулона бумаги с новым покрытием был установлен одновременно. Лотковое устройство с гибким шабером (лезвием), образующим днище лотка, заполняли краской для нанесения покрытия, и зазор для нанесения покрытия был расположен как можно ближе к полотну. Гибкий шабер дозировал и выравнивал линию, перекрывая избыток покрытия и позволяя ему стечь обратно в желоб для покрытия. При использовании лезвия-шабера, заостренного до отсутствия зазубрин, покрывающая краска равномерно распределялась по всей ширине полотна. Бумага с покрытием теперь имела более высокую степень белизны, чем необработанная бумага. Аналогично, глянец, гладкость и непрозрачность значительно возросли по сравнению с необработанной бумагой.
Пример 5: Изготовление смешанной художественной бумаги ручной работы из волокон баобаба и макулатуры (соотношение 50:50)
В данном примере художественная бумага из баобаба (ВАО) была изготовлена из сырья из баобаба, состоящего из лубяных волокон баобабового дерева и волокон плодов баобаба, и переработанных волокон из макулатуры. В данном примере 50% (100 г) чистых волокон баобабового дерева смешивали с 50% (100 г) волокон из макулатуры в виде старых газет.
Получение лубяных волокон плодов баобаба и волокон плодов баобаба
Лубяные волокна дерева баобаба и волокна плодов баобаба получали, как в примерах 1 и 2.
Измельчение и кипячение полученной волокнистой массы
На следующей стадии данного примера уже размягченные полоски дополнительно размягчали кипячением и вымачивали на водяной бане с большим количеством воды. В данном примере 200 г сырья были достаточными. 100 г полосок готовили в сосуде с 100 г макулатуры и 3 литрами деионизированной воды и кипятили. Температура жидкости повышалась до кипения. В результате скорость размягчения и разрыхления волокон значительно увеличилась. Размягчение уже происходило при температуре воды 50°С.
Предпочтительная температура для разрыхления волокон составляла от 95 до 115°С, и давление в сосуде превышало 1 бар. Время выдерживания составляло от 60 до 180 минут в данных условиях.
Отбеливание волокнистой массы
2
2
Затем отбеливатель добавляли к разрыхленной и проваренной волокнистой массе. Предпочтение отдается использованию экологически чистых отбеливателей. В настоящем изобретении использовали перекись водорода (НО). Перекись водорода, растворенная в воде, является очень слабой кислотой и не наносит вреда окружающей среде. Отбеливание перекисью водорода было достаточным с помощью 7%-ного раствора. 100 мл 30% раствора добавляли в емкость, содержащую 3 литра волокнистой массы, приготовленной выше. Волокнистую массу, содержащую отбеливатель, теперь дополнительно нагревали и кипятили. Были использованы те же параметры времени, температуры и давления, что и при кипении. Для дальнейшей обработки волокнистой массы перекись водорода была полностью вымыта из раствора. Большая часть перекиси водорода уже разложилась при растворении в воде и последующем нагревании.
Нанесение волокнистой массы на сито
Отбеленные волокна теперь промывали проточной водой через сито. Промытые волокна помещали в водяную баню и равномерно перемешивали стержнем или аналогичным устройством. Водяная баня содержала ванну (так называемый чан) с деионизированной водой при температуре от 20 до 23°С. В ванне не было металлических материалов, таких как алюминий или тому подобное, в противном случае, могли происходить химические реакции с остаточной перекисью водорода в волокнах. Поэтому ванны изготавливаются из пластика, предпочтительно, из полиэтилена (ПЭ). После этого производили вычерпывание вручную. Использовали обычное вычерпывающее сито в виде рамки размером DIN А4. Вычерпывающее сито помещали в ванну вручную. При удалении сита из чана следили за тем, чтобы покрыть всю область сита волокнами и равномерно распределить массу по всей поверхности. После частичного слива на вычерпывающем сите оставалось грубое бумажное волокнистое рыхлое полотно.
Снятие с сетки/сушка и разглаживание бумажного полотна
Затем вычерпанное бумажное волокнистое рыхлое полотно опрокидывали на войлок, который имел, по меньшей мере, размеры вычерпывающего сита. Обычно это приблизительно на 20% больше. Затем опрокинутый материал накрывали другим войлоком. Войлок служил для поглощения избытка жидкости из бумаги и, следовательно, одновременно для сушки. За этим последовало прессование бумажного волокнистого полотна. С данной целью стопку из войлока и бумажного волокнистого полотна прижимали грузом. Обычно могут быть использованы грузы от около 80 кг (800 Н), в настоящем изобретении использовали 200 кг (2000 Н). Механическое машинное прессование может обеспечить в настоящем изобретении лучшее качество и гладкость листа. Данный процесс повторяли до тех пор, пока бумага не становилась сухой. Мокрый войлок заменяли сухим. Как правило, считается, что период прессования и ожидания составляет по меньшей мере 60 минут.
Художественная бумага ВАО, ручной работы и высушенная, теперь была готова к применению и могла использоваться.