Пенный способ производства бумаги

Водя­ная пена- сре­да для про­из­вод­ства бума­ги

Тра­ди­ци­он­ная тех­но­ло­гия про­из­вод­ства бума­ги исполь­зу­ет боль­шое коли­че­ство воды при под­го­тов­ке бумаж­ной мас­сы и её отли­ве (сам тер­мин пред­по­ла­га­ет, что в про­цес­се льёт­ся вода) на бума­го­де­ла­тель­ной машине. После отли­ва, для полу­че­ния бумаж­но­го полот­на, воду со зна­чи­тель­ны­ми затра­та­ми энер­гии при­хо­дит­ся уда­лять. Неуди­ви­тель­но, что про­из­во­ди­те­ли бума­ги стре­мят­ся к сокра­ще­нию исполь­зо­ва­ния све­жей воды и всё боль­ше пред­при­я­тий при­хо­дят к замкну­то­му водо­обо­ро­ту с мини­маль­ным исполь­зо­ва­ни­ем све­жей воды.

Издав­на пред­при­ни­ма­лись попыт­ки про­из­во­дить бума­гу из мас­сы повы­шен­ной кон­цен­тра­ции, в воз­душ­ной сре­де (сухой спо­соб про­из­вод­ства бума­ги), либо в сре­де вод­ной пены, когда водя­ная пена с высо­ким заме­ще­ни­ем воды на воз­дух игра­ет роль несу­щей сре­ды для воло­кон и дру­гих ком­по­нен­тов ком­по­зи­ции (пен­ное фор­мо­ва­ние). В послед­ние деся­ти­ле­тия эти тех­но­ло­гии дове­де­ны до про­мыш­лен­но­го про­из­вод­ства.

Водная среда — важный фактор производства бумаги из растительных волокон

Что­бы полу­чить из дре­ве­си­ны волок­ни­стый сырье­вой мате­ри­ал для про­из­вод­ства бума­ги, волок­на отде­ля­ют­ся друг от дру­га хими­че­ским, меха­ни­че­ским или хими­ко-меха­ни­че­ским путём.

Целлюлозные волокна и мелочь ведут себя как полиэлектролитный гель в воде.  Именно благодаря воде  происходит связеобразование в бумажном полотне. Без воды не удаётся активизировать, подготовить волокна к образованию связей при производстве бумажного полотна. В способности активироваться без всякой дополнительной химии одно из уникальных преимуществ растительных волокон.

В зави­си­мо­сти от сво­е­го про­ис­хож­де­ния волок­на обыч­но име­ют дли­ну, рав­ную 1–3 мм, и диа­метр, рав­ный 20 — 50 µм. При про­из­вод­стве меха­ни­че­ской волок­ни­стой мас­сы дре­ве­си­на меха­ни­че­ски раз­де­ля­ет­ся на волок­на и обрыв­ки воло­кон. (О бума­ге с дре­вес­ной мас­сой в посте здесь). Меха­ни­че­ская мас­са состо­ит из мно­же­ства частиц раз­но­го раз­ме­ра, от непо­вре­ждён­ных целых воло­кон до неболь­ших обрыв­ков (мело­чи). При про­из­вод­стве цел­лю­ло­зы дре­ве­си­на хими­че­ским путём раз­де­ля­ет­ся на отдель­ные целые волок­на, так как лиг­нин, удер­жи­ва­ю­щий волок­на вме­сте, рас­тво­ря­ет­ся. Во вре­мя раз­мо­ла цел­лю­ло­зы полу­ча­ет­ся мелочь, стен­ка клет­ки волок­на рас­сла­и­ва­ет­ся и поверх­ность воло­кон “рас­пу­ша­ет­ся” — фиб­рил­ли­ру­ет­ся. Нали­чие мело­чи и фиб­рил­ли­ро­ва­ние поверх­но­сти важ­ное усло­вие воз­ник­но­ве­ния свя­зей меж­ду еди­нич­ны­ми волок­на­ми, напол­ни­те­ля­ми и дру­ги­ми добав­ка­ми в ком­по­зи­цию бума­ги. Это, в свою оче­редь, опре­де­ля­ет свой­ства полу­ча­е­мо­го бумаж­но­го полот­на по проч­ност­ным, дефор­ма­ци­он­ным, опти­че­ским, сорб­ци­он­ным и др. пока­за­те­лям.

Волокна хвойной целлюлозы до и после размола
Волок­на хвой­ной суль­фат­ной цел­лю­ло­зы до раз­мо­ла (а) и фиб­рил­ли­ро­ван­ные после раз­мо­ла в вод­ной сре­де (б)

Пенное формование бумаги

Повы­ше­ние кон­цен­тра­ции бумаж­ной мас­сы при про­из­вод­стве бума­ги и кар­то­на нашло реа­ли­за­цию в раз­ра­бот­ке тех­но­ло­гии отли­ва при кон­цен­тра­ции 3 — 4%. Этим на ста­дии опыт­ных и опыт­но — про­мыш­лен­ных работ зани­ма­лись в СССР [1] .

В послед­ние деся­ти­ле­тия бла­го­да­ря новым тех­ни­че­ским реше­ни­ям до про­мыш­лен­ной реа­ли­за­ции дове­дён спо­соб пен­но­го фор­мо­ва­ния бума­ги. Спо­соб осно­вы­ва­ет­ся на рав­но­мер­ном рас­пре­де­ле­нии воло­кон в про­стран­стве меж­ду воз­душ­ны­ми пузырь­ка­ми высо­ко­дис­перс­ной водя­ной пены. В про­цес­се про­из­вод­ства пена раз­ру­ша­ет­ся, а полу­чен­ный мате­ри­ал сохра­ня­ет высо­кую рав­но­мер­ность струк­ту­ры.

Новый уровень пенной технологии. Valmet, Sulzer,Wetend Technology, VTT

Кол­лек­тив­ные уси­лия несколь­ких веду­щих в сво­ей обла­сти фирм поз­во­ли­ли най­ти инте­рес­ные реше­ния и дове­сти раз­ра­бот­ку до про­мыш­лен­ной реа­ли­за­ции. Это извест­ные в отрас­ли фир­мы:

  • Valmet (Фин­лян­дия, транс­на­ци­о­наль­ная ком­па­ния) — обо­ру­до­ва­ние для про­из­вод­ства бума­ги и сред­ства авто­ма­ти­за­ции;
  • Sulzer (Австрия) — насо­сы, систе­мы транс­пор­ти­ров­ки мас­сы высо­кой кон­цен­тра­ции, узлы фор­мо­ва­ния бумаж­но­го полот­наhttps://www.sulzer.com/en ;
  • Wetend Technologies (Фин­лян­дия, г. Савон­лин­на) — тех­но­ло­гии сме­ше­ния хими­ка­тов, газов в про­цес­сах с боль­ши­ми мате­ри­аль­ны­ми пото­ка­ми http://www.wetend.com/;
  • VTT (Фин­лян­дия, Эспоо) — иссле­до­ва­тель­ский центр, лабо­ра­тор­ные и опыт­ные рабо­тыhttps://www.vttresearch.com/en/ourservices/biotechnical-and-chemical-process-development.

Плот­ность в сус­пен­зии бумаж­ной мас­сы уда­лось пони­зить до 300 кг в 1 кубо­мет­ре мас­сы, содер­жа­ние воз­ду­ха, при этом 20–55 %. Раз­мер мел­ко­дис­перс­ных и доволь­но одно­род­ных пузырь­ков менее 100 мкм.

Смеситель
Сме­си­тель для вве­де­ния в мас­су хими­ка­тов и воз­ду­ха на мас­со­про­во­де

Пока­зан­ный на рисун­ке, важ­ней­ший узел пен­ной тех­но­ло­гии, сме­си­тель Trumpjet, Flash Mixing (Wetend Technologies) про­из­во­дит быст­рое и эффек­тив­ное сме­ше­ние бумаж­ной мас­сы, хими­ка­тов (их может быть несколь­ко) и воз­ду­ха.

Схема пенообразования
Схе­ма участ­ка пено­об­ра­зо­ва­ния перед пода­чей мас­сы на бума­го­де­ла­тель­ную маши­ну

Пока­зан­ная на рисун­ке в заго­лов­ке пена, гене­ри­ру­ет­ся в бумаж­ной мас­се с высо­ким уров­нем ста­биль­но­сти за счёт исполь­зо­ва­ния поверх­ност­но-актив­ных веществ (ПАВ).

Пен­ный спо­соб поз­во­ля­ет про­из­во­дить:

  • мас­со­вые виды бума­ги с сокра­ще­ни­ем рас­хо­дов воды и энер­гии;
  • виды бума­ги с новы­ми свой­ства­ми: высо­ким сопро­тив­ле­ни­ем про­дав­ли­ва­нию, поз­во­ля­ет исполь­зо­вать как корот­кие, так и длин­ные волок­на, а так­же мине­раль­ные и стек­ло­по­доб­ные волок­на.

Все это обу­слав­ли­ва­ет при­ме­не­ние тако­го под­хо­да к модер­ни­за­ции мораль­но уста­рев­ших БДМ с целью сохра­не­ния или полу­че­ния новых кон­ку­рент­ных пре­иму­ществ за счет осво­е­ния новых про­дук­тов (филь­тро­валь­ных мате­ри­а­лов, зву­ко-теп­ло­изо­ля­ции, раз­ных видов нетка­ных основ, обой­ных видов бума­ги). Пен­ное фор­мо­ва­ние поз­во­ля­ет при­дать им новые свойств за счет повы­ше­ния пух­ло­сти улуч­ше­ния проч­ност­ных харак­те­ри­стик и исполь­зо­ва­ния в ком­по­зи­ции длин­ных воло­кон. В насто­я­щий момент такие воз­мож­но­сти толь­ко у БДМ с наклон­ным сто­лом при рабо­тес боль­шим раз­бав­ле­ни­ем.

Отме­тим, что в иссле­до­ва­тель­ском цен­тре VTT для про­ве­де­ния экс­пе­ри­мен­таль­ных работ, в том чис­ле по пен­но­му фор­мо­ва­нию бума­ги, предо­став­ля­ют­ся опыт­ные бума­го­де­ла­тель­ные маши­ны раз­ной про­из­во­ди­тель­но­сти с шири­ной полот­на до 600 мм.


Пенный материал из лесных побочных продуктов

Пен­ным спо­со­бом фор­мо­ва­ния зани­ма­ют­ся швед­ские науч­но-иссле­до­ва­тель­ские инсти­ту­ты RISE.

Дре­вес­на содер­жит при­мер­но столь­ко же геми­цел­лю­лоз, сколь­ко цел­лю­лоз­ных воло­кон, и пер­вые могут быть исполь­зо­ва­ны в каче­стве вспе­нен­ных мате­ри­а­лов для упа­ков­ки и абсор­бен­тов в гиги­е­ни­че­ских про­дук­тах. Геми­цел­лю­ло­зы извле­ка­ют­ся из дре­ве­си­ны при полу­че­нии цел­лю­ло­зы для про­из­вод­ства бума­ги и хими­че­ски моди­фи­ци­ру­ет­ся для конеч­но­го исполь­зо­ва­ния. . Моди­фи­ци­ро­ван­ную геми­цел­лю­ло­зу экс­тру­ди­ру­ют в пену с инди­ви­ду­аль­ны­ми свой­ства­ми.

Фор­мо­ва­ние про­из­во­дят с помо­щью экс­тру­ди­ро­ва­ния вспе­нен­но­го мате­ри­а­ла из моди­фи­ци­ро­ван­ной геми­цел­лю­ло­зы.

Силь­ные вспе­нен­ные мате­ри­а­лы с закры­ты­ми пора­ми при­год­ны для жест­ких изо­ли­ру­ю­щих упа­ко­вок, а мяг­кие пено­пла­сты с откры­ты­ми пора­ми под­хо­дят в каче­стве абсор­бен­тов. Новые мате­ри­а­лы под­хо­дят для улуч­шен­ной упа­ков­ки, кото­рая луч­ше защи­ща­ет содер­жи­мое, и для более эко­ло­ги­че­ски чистых гиги­е­ни­че­ских про­дук­тов.

Эта тех­но­ло­гия спо­соб­на заме­нить зна­чи­тель­ный объ­ём пласт­масс, про­из­во­дя­щих­ся сего­дня из иско­па­е­мо­го сырья. https://www.ri.se/sv/vad-vi-gor/projekt/skummaterial-av-skogsbiprodukter

Пенное формование специальных материалов

При сред­не­ми­ро­вых тем­пах еже­год­но­го уве­ли­че­ния объ­ё­мов про­из­вод­ства бума­ги и кар­то­на на 1,5–2.0 % , про­из­вод­ство ком­по­зи­ци­он­ных мате­ри­а­лов по бумаж­ной тех­но­ло­гии рас­тёт в послед­ние годы на 10–15 % [1]. Эти мате­ри­а­лы име­ют уни­каль­ные био- , термо‑, хим­стой­кость и вос­тре­бо­ва­ны в элек­трон­ной, аэро­кос­ми­че­ской, про­мыш­лен­но­сти, на транс­пор­те и в дру­гих обла­стях. Пен­ный спо­соб фор­мо­ва­ния здесь весь­ма пер­спек­ти­вен.

Оте­че­ствен­ные спе­ци­а­ли­сты зани­ма­ют­ся пен­ным спо­со­бом фор­мо­ва­ния бума­ги. Рабо­ты велись под руко­вод­ством, недав­но ушед­ше­го от нас, док­то­ра тех­ни­че­ских наук Выс­шей шко­лы тех­но­ло­гий и энер­ге­ти­ки С‑Петербургского госу­дар­ствен­но­го Уни­вер­си­те­та про­мыш­лен­ных тех­но­ло­гий и дизай­на Алек­сандра Семё­но­ви­ча Смо­ли­на. http://lesnoizhurnal.ru/issuesarchive/?ELEMENT_ID=12612

Про­мыш­лен­ной реа­ли­за­ции в оте­че­ствен­ной про­мыш­лен­но­сти пен­ный спо­соб про­из­вод­ства пока не нашёл.

  1. В.К. Дубо­вый “Состо­я­ние и пер­спек­ти­вы исполь­зо­ва­ния мине­раль­ных воло­кон в про­из­вод­стве бума­ги и кар­то­на”, Мате­ри­а­лы I Меж­ду­на­род­ной кон­фе­рен­ции “Про­бле­мы меха­ни­ки цел­лю­лоз­но-бумаж­ных мате­ри­а­лов” сен­тябрь 2011 г. САФУ, с.45

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *