Применение синтетических катионных полимеров


Применение синтетических катионных полимеров в макулатурной массе с целью замены крахмала продуктов, без потери качества готовой продукции

Основным источником волокна для производства тароупаковочных видов бумаги и картона является макулатура марки МС-5Б и МС-6Б Однако макулатура данной марки теряет прочность волокон при каждом цикле регенерации и характеризуется повышенным содержанием в своем составе короткого и ультракороткого волокна с различными проклеивающими наполнителями в основном крахмалы. В макулатуре может содержаться: катионный крахмал, который вводится в массу в качестве связующего для повышения прочности - 6-20 кг/т бумаги; окисленный крахмал для поверхностной проклейки - 30 кг/т бумаги; нативный крахмал для склейки слоев гофрокартона - 40 кг/т картона; окисленный в составе мелованного покрытия - 20 кг/т бумаги; Все виды этих крахмалов, а так же карбоксиметилцеллюлозы и других более редких полисахаридов (гликаны) при вторичной переработке являются деградированными. Итого в 1 тонне макулатурной массы может содержаться более 90 кг деградированных полисахаридов. Практика переработки такой макулатуры показывает, что процесс подготовки бумажной массы с дальнейшем формованием полотна на машине, сопровождается существенными технологическими трудностями. Анализ массы взятый в 2016г., на предприятиях ЗАО «МПК «КРЗ», ОАО«Караваево» и т.д. показывает что, ультракороткого, ороговевшего волокна и примесей анионного мусора достигает в массе до 50%.

Это выражается в ухудшении обезвоживания макулатурной массы при формовании на сеточном
столе, что объясняется наличием коллоидных частиц, увеличивающих вязкость макулатурной массы. Из-за наличия ультракоротких фракций волокна, деградированных полисахаридов, макулатурная масса характеризуется повышенной степенью помола или «псевдопомолом», что обусловлено способностью полисахаридов набухать в водной среде и связывать сродные с ними по заряду наполнители.

Содержащиеся в макулатурной массе полисахариды, являются хорошей питательной средой для различных видов бактерий и микроорганизмов, способствующих аэробному биохимическому окислению с образованием двуокиси углерода, в результате растёт анионный заряд массы , снижается Дзета-потенциал, наполнители вводимые в массу для увеличения проклейки работают не эффективно, из-за коагуляции анионного мусора и наполнителей происходит образование слипшихся агрегатов. Эти агрегаты, образованные гидрофобными компонентами макулатурной массы в составе клеев, латексов и клейких веществ представляют собой липкие частички. Данные липкие загрязнения не удаляются на стадии сортирования и вызывают проблемы, связанные с образованием отложений на оборудовании, обрывами бумажного полотна, снижением срока службы сеток и сукон, необходимостью частых остановов для чистки одежды машины, валов и прочего оборудования.

Согласно анализам волокнистой массы на предприятиях уровень катионной потребности (в мг ПолиДАДМАК / л) составляет от 800 до 1500мг/л , это очень высокий дефицит катионной потребности волокнистой суспензии, норма катионной потребности разделена на четыре класса: • низкая - до 200 мг/л • средняя - 200 – 500 мг/л • высокая - 500 – 1000 мг/л • очень высокая - свыше 1000 мг/л Из-за увеличения Катионной потребности бумажной массы ухудшаются физико - механические показатели готовой продукции, резко снижается эффективность дорогостоящих химических вспомогательных веществ, проклеивающих реагентов, «свежего» катионного крахмала, димеркетенов , и т.д.. . В России и на постсоветском пространстве основным химическим средством повышения прочности бумаги и картона являются модифицированные катионные крахмалы с различной степенью замещения и плотностью заряда, но не более 0,10 мг-экв/г., они проявляют присущие им связующие свойства .

В последние десятилетие , благодаря тому ,что на Российский рынок пришли зарубежные производители бумаг, наши предприятия наряду с крахмалами стали применять синтетические связующие – полимерные смолы различной химической природы . Однако их доля в сравнении с крахмалами еще незначительна . Но , учитывая возможности современного химического синтеза в придании требуемых связующих свойств синтетическим смолам , это направление рассматривается альтернативным крахмалу.

На сегодняшний день зарубежной и отечественной промышленностью представлены различные синтетические водорастворимые катионные полимеры и аминосмолы с плотностью катионного заряда от 1 до 30 мг-экв/г.
Взаимосвязь молекулярной массы и плотности заряда химических вспомогательных веществ с формованием бумажного полотна.
Такие полимеры непосредственно фиксируются на целлюлозном волокне, выступают в качестве удерживающих агентов АКД и других алкилкетенов, при этом проклейка осуществляется в нейтральной и слабощелочной среде и имеет ряд преимуществ перед проклейкой в кислой среде: снижается коррозия оборудования, которая наблюдается при рН 4 - 6, увеличивается срок службы одежды машины, осуществляется более полное использование оборотных вод, повышаются показатели механической прочности волокнистых материалов. Расход таких полимеров варьируется от 0,1до 1% на 1 тонну сухого волокна в массе. Как уже указывалось, катионные смолы имеют сродство к целлюлозе и адсорбируются на волокно без применения сернокислого глинозема. Степень сродства смолы к волокнам целлюлозы повышается при увеличении степени гидратации волокна при размоле, вследствие чего рекомендуется вводить смолу после размола. Катионные смолы повышают прочность бумаги в сухом и влажном состоянии по всем показателям. Полимер повышает внутреннюю прочность бумаги и сопротивление ее истиранию в мокром состоянии, улучшает смоляную проклейку бумаги, снижает деформацию, пылимость и выщипывания волокон при печатании, предотвращает расслаивание бумаги и снижает впитываемость.

Научно-производственное предприятие «ХимСинтез» производит Катионную полиамидаминную смолу 90% , сокращённо КПААС-90 по ТУ 2484-001-9332749-2015. КПААС-90 это термореактивная смола, вступает в химическую реакцию при нагревании, обладает полярными четвертичными аминными группами, благодаря чему нейтрализует анионные загрязнения. Катионная смола взаимодействует с полианионным мешающим веществом, фиксирует его с формированием полиэлектролитного комплекса с положительным зарядом. Далее этот комплекс фиксируется на волокне, обеспечивая достаточно прочную связь фиксирования в потоке машины. Высокий положительный заряд смолы, адсорбируется волокном без применения глинозема, работает в широком диапазоне рН массы. КПААС-90 используется для выработки влагопрочной не клееной и впитывающей бумаги. При расходе смолы в количестве 0,1-0,3% от волокна , удерживаются вводимые в массу димеры алкилкетенов, перезаряжаются деградированные (старые) крахмалы, повышается механическая прочность и влагопрочность бумаги. КПААС -90 образует с волокнами механической массы прочные неразрушаемые водой химические, а не водородные силы связи. Полимерная цепочка смолы химически пришивается к гидроксильным группам волокна увеличивая гибкость и пластичность волокон в следствии заполнения полимером гемицеллюлозы в межфибриллярном пространстве, поэтому волокна оказываются связанными друг с другом химической, мостиковой связью через полимерную цепочку смолы. Процесс механической прочности бумажного полотна начинается в сушильной части БДМ и продолжается при хранении готовой бумаги. Движущей силой взаимодействия служит электростатическое притяжение противоположно заряженных поверхностей. Это взаимодействие возникает и развивается при сближении разно заряженных гидроксильных групп. Присутствие полимерных макромолекул с функциональными эпоксидными группами и высоким положительным зарядом, вносят изменения в общий механизм образования водородных связей. Положительно заряженные молекулы электростатически притягиваются поверхностью волокна, понижая отрицательный заряд массы, приводя в норму катионную потребность массы до уровней от( 0-150 мг ПолиДАДМАК / л волокнистой суспензии) с увеличением положительного потенциала массы растёт электрокинетическая и термодинамическая взаимосвязь бумажной массы .





Область применения:

снижение катионной потребности бумажной массы и увелечение ζ-потенциала

снижение деформации, пылимости и выщипывания волокон при печатании 

удержание анионных наполнителей 

предотвращение расслаивания бумаги 

удержание волокна самостоятельно и (в паре с крахмалом или ПАА) 

повышение прочности бумаги в сухом и влажном состоянии по всем показателям. 

Увеличение сроков годности готовой продукции за счёт гибели плесневых грибов на поверхности бумаги 

уменьшение образование слизи и обрастания ей оборудования