Результат интеллектуальной деятельности: Композиция для производства термочувствительной бумаги

Изобретение относится к целлюлозно-бумажной промышленности, к композиции массы для производства высокосортных бумаг, требующих повышенного качества бумаги-основы, в частности может использоваться при получении термочувствительной бумаги.

Термочувствительная бумага - бумага для создания или переноса изображения с использованием нагрева. Термобумага занимает все большее место в повседневной жизни: это этикетки со штрихкодом на товарах розничной торговли, чековая лента, билеты электропоездов пригородного сообщения, этикетки на багаже авиапассажиров и др. Такое развитие термобумага получила благодаря улучшению свойств: прежде всего таких, как сохранность произведенной записи, печатные свойства и стабильность бумаги, обеспечивающиеся за счет бумаги основы или подложки. Функциональные свойства термобумаги обеспечиваются специальным покрытием. Это покрытие наносится на печатную сторону и в качестве важнейших составных частей содержит цветообразующую и проявляющую компоненты. При тепловом воздействии в этом покрытии протекает физический процесс плавления, в результате которого на бумаге проявляется изображение.

Для производства термобумаги используются специальные материалы для формирования многослойной бумаги. Первый слой является термочувствительным покрытием, на который под температурным воздействием наносится изображение. Второй необходим для повышения качества термопечати, а именно повышения чувствительности к тепловому излучению пишущего узла и улучшению контрастности изображения. Третий слой образует просто бумагу основу из чисто целлюлозных волокон или так называемую подложку.

Известен способ изготовления термочувствительной бумаги, состоящей из бумажной подложки и термочувствительного слоя, образующегося на основе стеарата цинка и этиленцеллюлозы. Однако получаемая термочувствительная бумага не отвечает основным потребительским или эстетическим требованиям - бумага основа или подложка темного цвета (а.с. 679681 D21H 5/00, опубл. 15.08.1979 г.).

Известен способ изготовления термочувствительной бумаги, где отражено, что термобумага имеет, по меньшей мере, три слоя: слой подложки, активный слой для формирования изображения и базовый слой между слоем подложки и активным слоем. Слой подложки обычно имеет листовую форму. То есть слой подложки имеет форму страниц, полотен, лент, полос и т.п. Листовая форма означает, что слой подложки имеет два больших поверхностных измерения и сравнительно небольшую толщину. Слой подложки может быть непрозрачным, прозрачным, полупрозрачным, цветным и нецветным (белым). Примеры материалов слоя подложки включают в себя бумагу, волокнистые синтетические материалы и синтетические пленки, например целлофан и синтетические полимерные листы (синтетические пленки могут быть литыми, прессованными или сформированными иным способом). Слой подложки имеет достаточный исходный вес для поддержки, по меньшей мере, активного слоя и базового слоя и возможно достаточный исходный вес для дополнительной поддержки возможных дополнительных слоев, например верхнего покрывающего слоя. В одном варианте реализации слой подложки имеет исходный вес около 14 г/м² или более и около 50 г/м² или менее. В другом варианте реализации слой подложки имеет исходный вес около 30 г/м² или более и около 148 г/м² или менее. Еще в одном варианте реализации слой подложки имеет толщину около 40 микрон или более и около 130 микрон или менее. И еще в одном варианте реализации слой подложки имеет толщину около 20 микрон или более и около 80 микрон или менее. Слой подложки изготовлен из целлюлозы, что отражается на повышенной стоимости термобумаги в целом.

Недостатком данного изобретения является то, что нет характеристики компонентного состава слоя подложки из бумаги (RU 2370375, B41M 5/00, опубл. 20.10.2009 г.).

Поскольку слой подложки, вероятно, состоит из чисто целлюлозных волокон, то в стремлении к снижению себестоимости термочувствительной бумаги в целом необходимо идти по пути замены части более дорогих целлюлозных волокон на менее дорогие волокна древесной массы, по прочности мало уступающие целлюлозным волокнам. Волокна древесной массы, полученные химико-термомеханическим способом, сравнимы по прочности с волокнами из целлюлозы.

В качестве ближайшего аналога техническому решению выбрано изобретение 2434091, D21H 11/10, опубл. 20.11.2011 г. Композиция для производства мелованной бумаги содержит волокнистую смесь из целлюлозы со степенью помола 350-500 мл (CSF) и березовой беленой химико-термомеханической массы со степенью помола 60-125 мл (CSF) при следующем соотношении, масс. %:

Композиция в качестве целлюлозы содержит беленую хвойную сульфатную целлюлозу и/или хвойную сульфитную целлюлозу.

Композиция в качестве целлюлозы содержит хвойную сульфатную целлюлозу и/или лиственную целлюлозу.

Недостатком данной композиции является наличие большого количества экстрактивной вредной смолы в березовой беленой химико-термомеханической массе, что снижает ее потребительские свойства при производстве бумажной подложки при изготовлении термочувствительной бумаги.

Технической задачей заявленного изобретения является замена части дорогостоящей целлюлозы модифицированной беленой химико-термомеханической массой из лиственной древесины без потери механической прочности бумаги - основы при производстве термочувствительной бумаги.

Техническим результатом является получение слоя подложки из бумаги при выработке термочувствительной бумаги.

Технический результат обеспечивается тем, что в композиции для производства термочувствительной бумаги, содержащей волокнистую смесь из целлюлозы и химико-термомеханической массы из лиственной щепы, согласно изобретению используют химико-механическую массу, полученную путем размола лиственной щепы в две ступени, причем химическую обработку щепы перед первой ступенью размола проводят в присутствии обессмоливателя, содержащего анионные, неионогенные, катионные и амфотерные поверхностно-активные вещества, а также изопропиловый спирт с расходом 0,10-0,15% от массы абсолютно сухой щепы, а перед второй ступенью размола проводят химическую обработку в присутствии обессмоливателя, содержащего анионные, неионогенные и амфотерные поверхностно-активные вещества, а также соли из группы, включающей фосфаты, карбонаты, силикаты и хилаты с расходом 0,05-0,09% от массы абсолютно сухой щепы, при следующем соотношении компонентов, масс. %:

В качестве лиственной щепы используют щепу из березы, осины и/или их смеси.

При химической обработке щепы перед первой ступенью размола используют обессмоливатель, состоящий из смеси неионогенного, анионного, амфотерного, катионного поверхностно-активного вещества (ПАВ) и растворителя. Неионогенный ПАВ содержит ксилаты натуральных высших спиртов фракции С₁₂-С₁₄ и оксиэтилированный моноалкилфенол, анионный ПАВ - алкилбензилсульфонат натрия, амфотерный ПАВ - алкиламидопропилбетоин, катионный ПАВ - алкил-диметил бензол аммоний хлорид. В качестве растворителя ПАВ используют изопропиловый спирт (далее - обессмоливатель №1).

При химической обработке волокнистой массы перед второй ступенью размола используют обессмоливатель, состоящий из смеси неионогенного, анионного, амфотерного ПАВ. Компоненты каждого из ПАВ такие же, как и у ПАВ, описанных выше. Кроме того, в состав обессмоливателя входят соли из группы, включающей фосфаты - гексаметафосфат натрия, полифосфат натрия и тринатрийфосфат, карбонаты, силикаты и хилаты - тетранатриевая соль этилендиамин-N,N,N,N-тетрауксусной кислоты (далее - обессмоливатель №2).

Технический результат достигается за счет того, что использование обессмоливателей в процессе размола лиственной щепы направлено на снижение содержания экстрагируемой вредной смолы в конечном полуфабрикате, то есть в химико-термомеханической массе.

Производство термочувствительной бумаги, в композицию которой входит химико-термомеханическая масса из лиственной щепы, сопряжено с изменением щелочности среды при выполнении технологического процесса при получении бумаги, что обусловливает агломерацию смоляных составляющих и выпадение их на технологическом оборудовании бумагоделательной машины. Данное явление приводит к обрыву бумажного полотна и остановке бумагоделательной машины для мойки оборудования от смоляных отложений. Использование обессмоливателей при получении химико-термомеханической массы из лиственной щепы устраняет данное явление.

Кроме того, свободные от смоляных составляющих волокна химико-термомеханической массы из лиственной щепы приобретают большую степень эластичности и гибкости, что положительно отражается на факторе формования бумажного полотна и, в конечном счете, на увеличении механической прочности термочувствительной бумаги.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами его осуществления.

Пример 1. Композицию для производства термочувствительной бумаги получают следующим образом. Осиновую щепу стандартных размеров направляют в аппарат непрерывного действия, где ее обрабатывают смесью гидроксида натрия и сульфита натрия при общем их расходе 40 кг/т и обессмоливателем «ВИК-Б» в количестве 0,1% от массы абсолютно сухой щепы, выдерживают в течение 10 минут и подают на первую ступень размола. Полученную волокнистую массу после первой ступени размола смешивают с раствором обессмоливателя «ВИК-С» в количестве 0,09% от массы абсолютно сухой щепы, выдерживают в течение 5 минут и направляют на вторую ступень размола. Размолотую массу разбавляют водой, сортируют, очищают и подают на отбелку, которую осуществляют щелочным раствором пероксида водорода. Получают химико-термомеханическую массу из осиновой щепы со степенью помола 74°ШР.

Параллельно, готовят суспензию из хвойной беленой целлюлозы со степенью помола 24°ШР.

Данные компоненты - хвойную беленую целлюлозу и беленую химико-термомеханическую массу - смешивают в заданном их соотношении 80:20 масс. % соответственно. В полученную волокнистую смесь добавляют минеральный наполнитель - карбонат кальция в количестве 15 кг/т, проклеивающую эмульсию димера алкилкетена в количестве 3 кг/т и катионный крахмал в количестве 6 кг/т абсолютно сухой бумажной массы. После тщательного перемешивания из бумажной массы изготавливают листы бумаги массой 55 г/м².

Пример 2. В отличие от примера 1, при получении химико-термомеханической массы перед первой ступенью размола щепу обрабатывают обессмоливателем «ВИК-Б» в количестве 0,15% от массы абсолютно сухой щепы, а для обработки волокнистой массы между ступенями размола используют обессмоливатель «ВИК-С» с расходом 0,05% от массы абсолютно сухой щепы. Соотношение целлюлозы и химико-термомеханической массы в волокнистой композиции составляет 70:30.

Пример 3. В отличие от примера 1, при получении химико-термомеханической массы перед первой ступенью размола щепу обрабатывают обессмоливателем «ВИК-Б» в количестве 0,12% от массы абсолютно сухой щепы, а для обработки волокнистой массы между ступенями размола используют обессмоливатель «ВИК-С» с расходом 0,08% от массы абсолютно сухой щепы. Размолу подвергают березовую щепу стандартных размеров. Соотношение целлюлозы и химико-термомеханической массы при составлении волокнистой композиции составляет 65:35.

Пример 4. В отличие от примера 1, при получении химико-термомеханической массы перед первой ступенью размола щепу обрабатывают обессмоливателем «ВИК-Б» в количестве 0,13% от массы абсолютно сухой щепы, а для обработки волокнистой массы между ступенями размола используют обессмоливатель «ВИК-С» с расходом 0,07% от массы абсолютно сухой щепы. Размолу подвергают смесь березовой и осиновой щепы стандартных размеров при соотношении 50:50. Соотношение целлюлозы и химико-термомеханической массы при составлении волокнистой композиции составляет 60:40.

Пример 5 (по аналогу). В отличие от примера 1, при получении химико-термомеханической массы используют древесную щепу из березы. Соотношение целлюлозы и химико-термомеханической массы при составлении волокнистой композиции составляет 65:35

Показатели образцов бумаги по примерам приведены в таблице.

Анализ приведенных в таблице данных свидетельствует, что предлагаемая композиция для производства термочувствительной бумаги позволяет повысить физико-механические показатели целевого продукта. Из данных таблицы видно, что снижение содержания в бумаге смоляных веществ, экстрагируемых спиртобензольной смесью, направлено на сокращение смоляных затруднений на бумагоделательной машине при производстве термочувствительной бумаги. Объяснить положительный эффект можно тем, что в процессе изготовления химико-термомеханической массы из лиственных пород древесины происходит гидролитический распад легкогидролизуемых компонентов древесины смолы, гемицеллюлоз и лигнина. Данные компоненты под действием сил взаимного притяжения образуют алгомераты, центром которых являются смоляные частицы. Данные образования высаживаются на волокна и прочно с ними связываются, что ведет к сокращению контактов волокно - волокно и снижению характеристик бумаги. С другой стороны, взаимодействуя друг с другом, агломераты высаживаются на рабочих частях бумагоделательной машины, создавая смоляные затруднения, особенно при изменении щелочности среды в потоке бумажной машины. Использование обессмоливателей «ВИК-Б» и «ВИК-С» при получении химико-термомеханической массы направлено на то, что выделявшаяся смола под воздействием обессмоливателей проходит процесс деструкции и теряет свою агломеративную способность. Таким образом, достигается поставленная цель - замена части дорогостоящей целлюлозы на беленую химико-термомеханическую массу из лиственной древесины без потери механической прочности бумаги основы при производстве термочувствительной бумаги.