Delist.ru

Развитие научных основ и совершенствование процессов технологии бумаги и картона из макулатуры (02.10.2007)

Автор: Дулькин Дмитрий Александрович

Из рис. 5 видно, что набухание волокна в воде очень сильно влияет на обезвоживание вторичного волокна. Например, при степени помола 45 (ШР, которая может наблюдаться в конкретном производстве, способность к обезвоживанию изменяется практически в два раза. При этом отдача воды на сетке КДМ затрудняется так, что необходимо осуществлять корректировку технологического регламента тест-лайнера.

На рис. 6 представлена зависимость свойств вторичного волокна от фундаментальных характеристик волокна, которая отражает значительное влияние набухания. Если сопоставить продолжительность набухания и свойства волокна, то видно, что наиболее благоприятному сочетанию четырех параметров волокна соответствует продолжительность набухания 50 мин. Отсюда, вытекает важный факт – продолжительность набухания вторичного волокна из макулатуры рассматриваемых марок для производства тест-лайнера и флютинга должна находиться в пределах 30 … 75 мин.

Рис. 6. Влияние продолжительности набухания на свойства вторичных волокон: 1 – сила межволоконных связей Fсв; 2 – нулевая разрывная длина L0; 3 – средняя длина волокна lср; 4 – критическая длина волокна Lкр

Наиболее вероятным объяснением характера полученных зависимостей может быть следующее. Ухудшение фундаментальных характеристик волокна с увеличением продолжительности набухания связывается с ростом слоев гидратационной воды на поверхности волокна и между внутриволоконными элементами структуры (фибриллами и микрофибриллами). А это уменьшает силы межволоконных Fсв и внутриволоконных связей, обусловливающих снижение собственной прочности волокна L0 и рост критической длины волокна Lкр. Напротив, недостаточный контакт волокна с водой (менее 30 … 75 мин) также обусловливает недостаточное развитие прочностных характеристик волокна. Но, это связано с подробно рассмотренным ранее явлением «ороговения» волокна.

Далее представлялось целесообразным выяснить связь между продолжительностью набухания и качеством готовой продукции из набухших волокон, характеризуемой следующими стандартными показателями: ? – толщина образца; Р – разрушающее усилие; П – сопротивление продавливанию; RCT – разрушающее усилие при сжатии кольца; SCT – сопротивление сжатию короткого участка образца вдоль плоскости. Экспериментальные данные для лабораторных образцов тест-лайнера представлены в табл. 3.

Таблица 3. Влияние продолжительности набухания вторичных волокон

на стандартные характеристики качества тест-лайнера

Продолжительность набухания, мин (, мкм P, Н П, кПа RCT, Н SCT, кН/м

8 329 81,69 342,8 188,5 3,22

30 272 78,03 337,0 209,0 3,35

50 281 110,84 446,8 272,3 3,96

75 308 117,69 391,2 267,0 3,98

100 291 101,73 427,3 298,0 3,93

Важнейшие потребительские свойства (сопротивления продавливанию и сжатию короткого участка в плоскости листа) достигают максимальной величины в случае взаимодействия с водой в течение 50 мин. Сопротивление сжатию кольца возрастает во всем исследованном интервале времени набухания вторичного волокна, однако в первые 75 мин величина RCT возрастает на 45 %, а в последующие 50 мин – только на 18 %, т.е., имеет место замедление прироста показателя.

Полученные данные о физико-механических свойствах картона из вторичного волокна подтверждают установленную выше закономерность о существовании интервала времени набухания волокна, в котором волокна проявляют наиболее благоприятные для образования максимально прочной структуры картона бумагообразующие свойства. Интервал предварительного взаимодействия волокна с водой, в котором получен картон лучшего качества, составляет 30 … 50 мин.

Основные положения научной концепция восстановления

бумагообразующих свойств вторичного волокна

на основе гидратационных явлений в водно-волокнистых системах

Анализ литературных данных и результатов собственных исследований, изложенных в главах 1 и 2, позволяет сформулировать обобщенные теоретические положения восстановления бумагообразующих свойств вторичного волокна.

1. Мерой потери бумагообразующих свойств вторичного волокна из макулатуры по сравнению с первичными волокнистыми полуфабрикатами является степень ороговения волокна в предыдущих технологических циклах переработки.

2. Ороговение повышает жесткость и хрупкость волокна; ухудшает способность волокна к взаимодействию с водой; снижает способность волокна к фибриллированию в процессе размола с превалированием нежелательного процесса рубки волокна.

3. Предел обратимости ороговения, или предел восстановления бумагообразующих свойств волокна, определяется глубиной развития гидратационных эффектов при активирующем воздействии гидродинамических, физико-химических и химических процессов в технологии (роспуск, размол, набухание, фракционирование, очистка, добавка химикатов, воздействие температуры и др.)

4. Чем больше предел обратимости, тем качественнее вторичное волокно, оцениваемое по фундаментальным свойствам, и прочнее бумага и картон, оцениваемые стандартными показателями.

5. Интегрированной количественной характеристикой степени ороговения является относительное уменьшение водоудержания волокна (WRV волокна). Чем сильнее ороговение, тем меньше водоудержание волокна.

6. Водоудержание волокна является функцией надмолекулярной структуры волокна, а именно: соотношения кристаллических и аморфных участков. Изменение этого соотношения в сторону увеличения аморфной составляющей сопровождается повышением водоудержания волокна, и наоборот.

7. Аморфизация надмолекулярной структуры волокна происходит в процессе размола. Следовательно, с помощью режимных параметров размола можно управлять аморфизацией волокна, т.е. его водоудержанием.

8. В примерно адекватных условиях размола аморфизация вторичного волокна протекает менее интенсивно. WRV вторичного волокна оказывается примерно на 10 % меньше WRV первичных волокнистых полуфабрикатов, что вызывает снижение прочности на 20 %.

9. Увеличение аморфизации и связанный с ним рост водоудержания, обусловливает внутреннее фибриллирование волокна, его набухание и, как следствие, повышаются гибкость, эластичность и сжимаемость. Внутри структуры волокна и на его поверхности увеличивается количество свободных и легко доступных гидроксильных групп, способных к межволоконному связеобразованию.

10. Являясь мерой степени внутреннего набухания и фибриллирования волокна, которые относятся к определяющим факторам межволоконного связеобразования и формирования структуры листа, WRV волокна может служить в качестве интегрального показателя готовности волокнистой массы для изготовления бумаги и картона.

Изложенные обобщенные теоретические положения составляют научные основы восстановления бумагообразующих свойств вторичного волокна в основных технологических процессах массоподготовки и изготовления бумаги или картона на машине. Научные положения далее применены для выявления наилучших режимных параметров разволокнения макулатуры, фракционирования волокна и его размола, облагораживания и проклейки волокна из макулатуры, формования структурных и механических свойств бумаги и картона. Изложенные научные положения использованы ниже, в соответствующих главах диссертации.

Глава 3. ИССЛЕДОВАНИЕ И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОЦЕССА

РАЗВОЛОКНЕНИЯ МАКУЛАТУРЫ

Разволокнение макулатуры является сложным процессом взаимодействия воды с бумагой, картоном и волокном. Результатом является получение водно-волокнистой суспензии с определенной степенью роспуска листов на волокнистые фрагменты (лепестки, пучки волокон, волокна, фрагменты волокон).

Степень роспуска макулатуры на структурные элементы – волокна является многофакторной функцией и, прежде всего, определяется составом и свойствами макулатуры, конструктивными особенностями гидроразбивателей, системой и режимом разволокнения, применением интенсифицирующих факторов.

Важным интенсифицирующим фактором разволокнения является применение ПАВ. Исследовали влияние ПАВ СЛ-98 в количестве 0,5 кг/т макулатуры, добавка которого позволила получить двойной эффект: ускорение процесса и увеличение степени разволокнения макулатуры; ускорение размола и улучшение качества волокнистой массы после размола.

Взаимодействие воды с волокном в процессах роспуска макулатуры и размола волокна в присутствии ПАВ СЛ-98 повышает водоудержание (WRV волокна). Иными словами, ПАВ аналогично размолу снижает степень ороговения волокна. Таким образом, используя ПАВ, можно снижать степень помола массы или сокращать продолжительность размола до требуемой степени помола, экономя электроэнергию.

Процесс разволокнения макулатуры целесообразно осуществлять в две стадии – собственно разволокнение макулатуры в традиционных гидроразбивателях и доразволокнение (доволокнение) полученной массы в специальных гидродинамических сортирующих машинах.

Выполнены экспериментальные исследования по разработке метода и методики контроля эффективности работы оборудования массоподготовительного отдела. В основу метода было положено сепарирование массы с помощью набора калиброванных сит. Изобретение направлено на повышение точности и надежности анализа эффективности работы оборудования в технологическом потоке. Предложена конструкция прибора, в котором осуществляется принцип сепарирования массы на фракции с помощью ситовых элементов. Прибор позволяет определять эффективность работы отдельных единиц оборудования массоподготовительного отдела. Особенно такой контроль необходим при подготовке макулатурной массы.

С помощью прибора можно экспериментально оптимизировать режимы работы технологического оборудования; с определенной периодичностью контролировать эффективность его работы; оптимизировать размеры отверстий сит сортирующих машин и технологические схемы грубого и тонкого сортирования волокнистой массы; определять качество полученной волокнистой массы по фракционному составу. Следует указать, что с даты получения патента (2004 г.) прибор освоен и используется на ряде предприятий, включая ОАО «Полотняно-Заводская бумажная фабрика», ООО «Сухонский ЦБК» и ОАО «Караваево».

Обобщенные результаты исследований сводятся к следующему:

загрузка...