Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БУМАЖНОЙ МАССЫ

Изобретение относится к производству наполненных видов бумаги для печати, например, типографской, офсетной, газетной и может быть использовано в целлюлозно-бумажной промышленности.

В производстве наполненной бумаги в качестве наполнителей используют карбонат кальция, двуокись титана, каолин, тальк, бентонит и многие другие неорганические материалы. В патентной литературе отмечается возможность использования в качестве наполнителей в бумажную массу предварительно обработанных неорганическими коллоидными частицами таких соединений, как оксид и гидроксид алюминия (WO 2004/092482, D21H 17/69, опубл. 28.10.2004).

Возможно также использование измельченного гидроксида алюминия Al(ОН)₃ как в качестве наполнителя в бумажную массу, так и в качестве компонента меловального состава (US, 2010/0175844, D21H 19/36, 17/69, опубл. 15.07.2010). Al(ОН)₃ хорошо сочетается с другими неорганическими соединениями, например, с карбонатом кальция, используемыми в указанных целях.

Известен способ получения пигмента, состоящего из частиц диоксида титана, покрытых частицами фосфата или оксида алюминия (RU, 2008135143, С09С 1/36, опубл. 10.03.2010). Модифицирование диоксида титана упомянутыми частицами проводят их химическим осаждением, а полученный при этом пигмент предлагают использовать в качестве компонента в меловальных составах.

Наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения является способ изготовления бумаги для печати путем приготовления бумажной массы с использованием в качестве наполнителя карбоната кальция и формования из нее бумажного полотна (RU, пат. №2213822, D21H 23/02, опубл. 10.10.2003 г.). В способе бумажную массу получают следующим образом. Готовят 2,2%-ную суспензию целлюлозы со степенью помола 26-28°ШР, суспензию мела и 2,2%-ный раствор Na-карбоксиметилцеллюлозы (Na-КМЦ), обладающей модифицирующими свойствами. Этим раствором обрабатывают суспензию карбоната кальция путем его введения в суспензию и перемешивания смеси в течение 60 мин. Далее в нее подают смесь солей Na₂SO₄ и NaCl и получают суспензию модифицированного карбоната кальция. Na-КМЦ расходуют в количестве 2,5-5,0% от массы карбоната кальция.

Обработанную модифицирующим агентом суспензию карбоната кальция смешивают с суспензией целлюлозных волокон с учетом его расхода 180 кг на 1 т бумаги и получают наполненную волокнистую массу.

В нее в качестве проклеивающего агента вводят модифицированный канифольный клей, а также, в качестве вспомогательного вещества, глинозем. Из полученной бумажной массы формуют бумажное полотно, высушивают его и получают наполненную бумагу.

Недостатками этого способа являются низкая степень удержания наполнителя в бумаге.

Новым техническим результатом от использования предлагаемого изобретения является повышение степени удержания наполнителя.

Указанные результаты достигаются тем, что в способе получения бумажной массы для изготовления наполненных видов бумаги с использованием в качестве наполнителя карбоната кальция, включающем размол целлюлозы до заданной степени помола, приготовление суспензий размолотой целлюлозы и карбоната кальция, обработку суспензии карбоната кальция модифицирующим агентом, смешение суспензий волокна и обработанного карбоната кальция с получением волокнистой массы, добавление в нее проклеивающего компонента и вспомогательного вещества с получением бумажной массы, согласно изобретению, в качестве модифицирующего агента используют нанопорошки оксида или гидроксидов алюминия или их смесей, обработке модифицирующим агентом подвергают также целлюлозу путем их смешения, в качестве проклеивающего компонента используют димер алкилкетена, а в качестве вспомогательного вещества - катионный крахмал в количествах 0,3-0,4 и 0,5-0,7% в расчете на сухие вещества в бумажной массе, соответственно. Суммарный расход модифицирующего агента составляет 0,5-5,0 кг/т бумаги, причем 20-80% этого количества расходуют на обработку карбоната кальция, остальную часть - на обработку целлюлозы.

Способ осуществляют следующим образом.

В емкость с водой при перемешивании подают карбонат кальция в количестве 180-190 г/дм³ и получают суспензию наполнителя. Ее перемешивают в течение 20-40 мин и затем при перемешивании в нее подают модифицирующий агент в виде нанопорошков оксида алюминия, гидроксида алюминия или их смесей в количестве 20-80% от его общего расхода, или от 1,25 до 20,0 г на 1 кг карбоната кальция в емкости и получают суспензию модифицированного карбоната кальция. После дополнительного перемешивания в течение 10-15 мин ее перекачивают в расходную емкость, снабженную перемешивающим устройством.

Смесь бисульфитной целлюлозы, состоящей, например, из 70-80% хвойных и 20-30% лиственных волокон при их концентрации 2,2-2,5% размалывают до степени помола 23-29°ШР и направляют в бассейн с известным объемом. В бассейн при перемешивании подают остальную часть модифицирующего агента в количестве от 0,3125 до 2,5 г на 1 кг целлюлозы (то есть 20-80% от общего его расхода), перемешивают смесь в течение 10-15 мин и получают суспензию модифицированной целлюлозы.

Далее суспензии смешивают при их заданном соотношении и получают дисперсию волокнистой массы. В нее при перемешивании последовательно вводят проклеивающий компонент в виде эмульсии димера алкилкетена в количестве 0,3-0,4%, а также вспомогательное вещество в виде катионного крахмала в количестве 0,5-0,7% в расчете на сухие вещества в дисперсии и получают бумажную массу.

Из этой массы на БДМ формуют бумажное полотно массой 80 г/м².

Следующие примеры иллюстрируют возможности предлагаемого способа.

Пример 1. В смесителе заданного объема готовят суспензию карбоната кальция с его концентрацией 185 г/дм³. В нее подают нанопорошок оксида алюминия в количестве 20 г на 1 кг карбоната кальция, то есть в количестве 80% от общего расхода порошка в расчете на единицу массы бумаги и получают суспензию модифицированного наполнителя.

В бассейн с известным объемом размолотой до степени помола 26°ШР целлюлозой подают нанопорошок оксида алюминия в количестве 1,25 г на 1 кг целлюлозы, т.е. 20% от общего расхода порошка на единицу массы бумаги, и получают суспензию модифицированной целлюлозы.

Обе дисперсии при заданном их соотношении смешивают, в полученную смесь добавляют эмульсию димера алкилкетена и катионного крахмала в количествах 0,3 и 0,6 мас.%, соответственно, в расчете на сухие вещества смеси и получают бумажную массу. Содержание в ней карбоната кальция и окиси алюминия в сумме составляет 18% в расчете на массу сухих веществ.

Пример 2. В отличие от примера 1, суспензию карбоната кальция готовят с его содержанием 180 г/дм³, в нее вводят нанопорошок гидроксида алюминия в виде бемита в количестве 2,5 г на 1 кг карбоната кальция, то есть в количестве 20% от общего расхода этого модифицирующего агента на единицу массы бумаги.

Целлюлозу размалывают до 29°ШР, в ее дисперсию бемит подают в количестве 5,0 г на 1 кг целлюлозы, то есть в количестве 80% от общего его расхода на единицу массы бумаги.

Обе дисперсии при заданном их количественном соотношении смешивают, в полученную смесь добавляют эмульсию димера алкилкетена и катионный крахмал в количестве 0,4 и 0,7%, в расчете на сухие вещества смеси и получают бумажную массу. Содержание в ней карбоната кальция и бемита составляет 18% в расчете на массу сухих веществ.

Пример 3. В отличие от примера 1, суспензию карбоната кальция готовят с его содержанием 190 г/дм³, в нее вводят нанопорошок гидроксида алюминия в виде гидраргиллита в количестве 1,25 г на 1 кг карбоната кальция, то есть в количестве 50% от общего его расхода на единицу массы бумаги. Другую часть гидроксида алюминия (50%) подают в суспензию целлюлозных волокон в количестве 0,3125 г на 1 кг целлюлозы, размолотой до 23°ШР. Обе суспензии смешивают, в смесь добавляют эмульсию димера алкилкетена и катионный крахмал в количестве 0,35 и 0,5%, соответственно, в расчете на сухие вещества смеси и получают бумажную массу. Содержание в ней карбоната кальция и гидраргиллита составляет 20% в расчете на массу сухих веществ.

Пример 4. В отличие от примера 1, в качестве модифицирующего агента используют нанопорошок смеси равных количеств оксида алюминия и бемита при ее расходе 10,5 г на 1 кг карбоната кальция, то есть в количестве 70% от общего расхода нанопорошка на единицу массы бумаги. Остальные 30% нанопорошка добавляют в суспензию целлюлозы в количестве 1,125 г на 1 кг целлюлозы. Обе суспензии при заданном их соотношении смешивают, в смесь добавляют эмульсию димера алкилкетена и катионный крахмал в количестве 0,4 и 0,5 мас.% в расчете на сухие вещества смеси и получают бумажную массу. Содержание в ней карбоната кальция и нанопорошка равно 19% в расчете на массу сухих веществ.

Пример 5 (по аналогу). Готовят суспензию карбоната кальция с его концентрацией 185 г/дм³. Готовят 2,2%-ный раствор Na-карбоксиметилцеллюлозы (Na-КМЦ). Готовят также суспензию целлюлозы со степенью помола 26°ШР.

Раствором Na-КМЦ обрабатывают суспензию карбоната кальция путем их смешения с последующим перемешиванием в течение 60 мин с образованием суспензии карбоната кальция в растворе Na-КМЦ. Расход этого модифицирующего агента составляет 2,5% в расчете на массу наполнителя. Далее в эту суспензию добавляют смесь равных долей сульфата и хлорида натрия в количестве смеси 2,8% от массы сухих веществ Na-КМЦ. Обработанную суспензию карбоната кальция смешивают с суспензией целлюлозы при заданном их соотношении, в смесь добавляют модифицированный канифольный клей в количестве 1,1% в расчете на массу сухих веществ смеси и сульфат алюминия в качестве вспомогательного вещества и получают бумажную массу. Содержание в ней карбоната кальция составляет 18% в расчете на массу сухих веществ.

Из бумажной массы по всем примерам формуют бумажное полотно массой 80 г/м².

Показатели образцов бумаги по примерам приведены в таблице.

Влияние на характеристики бумаги изменений соотношения в смеси хвойной и лиственной целлюлозы в указанных выше диапазонах не обнаружено.