Технология бумаги и картона

     Как уже было отмечено, в качестве наполнителей чаще всего используются следующие материалы: мел, каолин, тальк, сульфаты бария и кальция, двуокись титана, различные алюмосиликаты, пигменты на основе карбамидоформальдегидного концентрата, микрокапсульные полистирольные пигменты и другие вещества. Каолин (белая глина) — алюмокремниевая кислота, порошок белого цвета гексагональной формы, средний размер частиц около 2 мкм, белизна 70-90%, коэффициент преломления 1,56. Свободные железистые минералы, присутствующие в каолине, придают ему оттенки от светло-желтого до красно-бурого. На оптические свойства каолина оказывают влияние титановые минералы. Тальк — кислая соль метакремниевой кислоты. Порошок белого цвета, пластинчатой, игольчатой или чешуйчатой формы, размер частиц 2-10 мкм, белизна 70-80%, коэффициент преломления 1,57. Тальк придает бумаге мягкость, бесшумность, лоск, повышает адсорбцию печатных красок и лаков. В то же время тальк способствует повышению пылимости бумаги, снижает действие оптических отбеливателей. Бланкфист — сернокислый барий. Товарный бланкфист имеет пастообразный вид, степень дисперсности 0,4-0,6 мкм, белизна 96%, коэффициент преломления 1,64, хорошо удерживается в бумаге. Бланкфист повышает белизну бумаги, снижает прозрачность, придает бумаге блеск, звонкость и жесткость на ощупь, используется для высокосортных видов бумаги. Гипс — минерал класса сульфатов, порошок белого цвета. В обожженном состоянии размер частиц уменьшается и белизна гипса повышается. Природный гипс придает бумаге звонкость и жесткость на ощупь. Гипс слабо снижает прозрачность бумаги, плохо сглаживает ее после каландрирования, способствует повышению пылимости бумаги. Титановые пигменты — двуокись титана или сочетание с сернокислым барием. Порошок белого цвета, размер частиц 0,3-0,5 мкм, белизна 95-98%, коэффициент преломления 2,55. Титановые пигменты придают бумаге высокую степень непрозрачности. Мел — природный или химически осажденный карбонат кальция, твердое вещество белого цвета, нерастворимый в воде, растворяется в слабой кислоте. Мел придает бумаге мягкость, белизну, непрозрачность, повышает впитываемость печатных красок и лаков. В производстве чаще всего применяется не как наполнитель, а как пигмент для облагораживания бумаги с целью получения на ней хорошего визуального восприятия печатного изображения (мелование бумаги).

     Общим недостатком введения наполнителей является заметное снижение механической прочности и степени проклейки  бумаги. Кроме того, с увеличением  содержания наполнителей в большей  степени обнаруживается пылимость  бумаги — явление отделения от поверхности бумаги мелких волокон, частиц наполнителя, проклеивающих веществ. Этот эффект резко ухудшает качество печати — бумажная пыль прилипает к печатной форме, забивает набор и клише.

     3.4Аккумулирование. Приготовление бумажной массы проводят в размольно-подготовительном отделе. Потоки волокнистых, наполняющих, проклеивающих, окрашивающих и других материалов, составляющих композицию данного вида будущей бумаги, направляются в дозатор или составитель композиции, где они непрерывно и строго дозируются в заданном соотношении, а затем поступают в метальный бассейн. В этом бассейне масса тщательно перемешивается и аккумулируется (накапливается). При выпуске картонной массы в метальный бассейн подается также канифольный клей. Сульфат алюминия в этот бассейн обычно не подается. Он прибавляется в машинном бассейне в уже отлично перемешанную с клеем массу. Предназначение аккумулирования картонной массы - безпрерывно поддерживать однородность и стабильность ее свойства и обеспечить бесперебойную работу машинки в течение некого времени. Концентрация массы в бассейне 2,5 - 3,5 %. Из метального бассейна картонная масса подается в машинный бассейн с циркуляционным устройством. В современных системах непрерывной подготовки картонной массы при использовании автоматом действующей контрольно-измерительной и регулирующей аппаратуры вместимость метального и машинного бассейнов принимается из расчета работы машинки в течение 30 -  40 мин.

     3.5Рафинирование (очистка). Рафинирование бумажной массы производится перед ее подачей на машину в аппаратах непрерывного действия — конических и дисковых мельницах. В процессе рафинирования бумажной массы происходит выравнивание степени помола массы, устранение пучков волокон и некоторый подмол массы. Для этого мельницы устанавливают после машинного бассейна непосредственно перед бумагоделательной машиной. Для осуществления последующих операций очистки бумажной массы от сора растительного и минерального происхождения необходимо прежде всего разбавить водой бумажную массу, имеющую концентрацию в машинном бассейне 2,5-3,5 % и при этой же концентрации пропущенную через рафинирующую мельницу. Разбавление массы осуществляется оборотной водой от бумагоделательной машины и необходимо потому, что из относительно густой массы трудно удалить загрязнители. Кроме того разбавление массы необходимо и для последующего отлива бумаги и получение ее с однородной структурой.

      Для изготовления бумаги и картона применяют два типа бумагоделательных машин: плоскосеточные(фурдринье) и круглосеточные(цилиндрический). Тонкая бумага и крафт-картон обычно производится на плоскосеточных машинах, тогда как многослойный картон – на круглосеточных. С точки зрения упаковки еще одной существенной разницей между этими двумя машинами является то, что в листах бумаги, полученных на машинах цилиндрического типа «зерно» более крупное, чем в листах, изготовленных на машинах типа фурдринье. Следовательно, последние мягче и тоньше, а картон из цилиндрических машин – жестче. Основное отличие машин состоит в том, что в плоскосеточных машинах формирование бумажного полотна осуществляется на движущейся горизонтальной сетке, а в круглосеточных - полотно формуется на вращающейся цилиндрической сетке. Бумагоделательная машина состоит из сеточной, прессовой, сушильной и отделочной частей и привода. Кроме того, к ней относятся машинный бассейн для аккумулирования бумажной массы перед подачей на машину, оборудование для рафинирования, подмола и очистки массы, насосы для подачи воды и массы, вакуумные насосы, устройства для переработки брака, бассейны оборотной воды, приточно-вытяжная вентиляционная система, регулирующие и контрольно-измерительные приборы

     3.6Выпуск массы на бумагоделательную машину. По выходе из машинных бассейнов масса при концентрации 2,5— 3,5 % дозируется и направляется на бумагоделательную машину. Перед поступлением на машину она разбавляется оборотной водой, очищается от посторонних загрязнений, а также от узелков и комочков. Для поддержания постоянной массы 1 м² вырабатываемой бумаги необходимо, чтобы в единицу времени на сетку машины поступало одно и то же количество массы, при этом скорость машины должна быть постоянной. Скорость машины изменяют при переходе на выработку другого вида бумаги.

     На  современных бумагоделательных  машинах массу 1 м² вырабатываемой бумаги поддерживают постоянной автоматическими регуляторами. На бумагоделательную машину массу подают с помощью насоса и ящика постоянного напора. Масса, поступающая на бумагоделательную машину, разбавляется водой в смесительном насосе. Разбавление необходимо, во-первых, для последующей очистки массы, так как из густой массы трудно удалять загрязнения, и, во-вторых, для лучшего формования бумаги на сетке бумагоделательной машины.

     3.7Формирование бумажного листа на сетке бумагоделательной машины. Бумажная масса, разбавленная до необходимой концентрации и очищенная от посторонних включений, поступает в напорный ящик бумагоделательной машины. Необходимая степень разбавления массы для отлива бумаги на сетке бумагоделательной машины зависит от массы 1 м² бумаги, рода волокна и степени помола массы. Обычно для убыстрения процесса формования картонного полотна концентрацию картонной массы, поступающей на сетку, увеличивают с повышением массы 1 м2 бумаги. При отливе узкой бумаги требуется наиболее мощное разбавление массы, при всем этом волокна подольше задерживаются в аква слое на сетке во взвешенном состоянии и тем условия формования картонного полотна улучшаются. Такие же условия формования полотна создаются и при выработке прочных видов бумаги. Так, для получения прочной мешочной бумаги массой 1 м2 70 и 80 г концентрация массы в напорном ящике обязана быть 0,15 - 0,3 %. На процесс обезвоживания массы существенное воздействие оказывает степень ее помола. Масса с наиболее высочайшей степенью помола (жирная) сложнее дает воду на сетке машинки, потому в данном случае бумагу вырабатывают при наименьшем разбавлении массы.

     3.8Напуск массы на сетку. Эта операция осуществляется при помощи напускного устройства — напорного ящика. Для нормальной работы машин при скоростях 450—500 м/мин требуется напор массы в напорном ящике 2,5—3 м, при скорости 600 м/мин — около 4,2 м и т. д. Напускное устройство обеспечивает напуск бумажной массы на бесконечную сетку, движущуюся в направлении от грудного к гауч-валу, с одинаковой скоростью и в одинаковом количестве по всей ширине сетки. Напуск массы осуществляется почти параллельно сетке без всплесков. Скорость напуска массы на сетку должна быть на 5—10 % ниже скорости сетки. Если скорость массы значительно отстает от скорости сетки, то увеличивается продольная ориентация волокон (ориентация в машинном направлении) и прочность бумаги в продольном направлении.

     3.9Формирование бумажного листа (отлив). Формирование, или отлив, бумажного листа представляет собой процесс объединения волокон в листовую форму с созданием определенной объемной капиллярно-пористой структуры. Этот процесс осуществляется на сеточной части бумагоделательной машины постепенным и последовательным удалением воды из бумажной массы (обезвоживанием). Режим обезвоживания, начинаемый в начале сеточного стола и заканчиваемый сушкой бумаги в сушильной части, на всех этапах технологического процесса оказывает существенное влияние на качество бумаги и производительность машины. Слой суспензии, транспортируемый нескончаемой сетью, последовательно проходит над регистровыми валиками либо гидропланками, где равномерно обезвоживается под действием слабенького вакуума, создаваемого этими обезвоживающими элементами и напором массы на сетке. По мере удаления воды слой суспензии сгущается, появляется определенная структура картонного полотна в виде слоя волокнистой массы на сетке концентрацией 2 - 4 %. Обезвоживание такового слоя при помощи вакуума, создаваемого регистровыми валиками либо гидропланами, затрудняется. Потому предстоящее обезвоживание проводят при помощи отсасывающих ящиков, в каких создастся вакуум при помощи вакуум-насосов, при этом от первого к крайнему ящику вакуум увеличивается. Разрежение в ящиках устанавливают зависимо от вида вырабатываемой бумаги, оно находится в границах 2 - 3 кПа. После отсасывающих ящиков сухость бумажного полотна составляет 8 - 10 %. Потом полотно бумаги обезвоживается в конце сеточного стола на гауч-вале под действием вакуума в отсасывающей камере. Вакуум в камере гауч-вала может составлять от 20 до 80 кПа. Зависимо от вида вырабатываемой продукции сухость бумажного полотна после сеточной части равна 18 - 22 %. Сформованное бумажное полотно с обозначенной сухостью имеет определенную структуру и крепкость, именуемую прочностью в влажном состоянии. Данной прочности довольно, чтоб полотно можно было передать в прессовую часть машины для предстоящего обезвоживания.

     3.10Прессование. После сеточной части бумажное полотно поступает в прессовую, состоящую обычно из нескольких прессов, на которых оно последовательно обезвоживается до сухости 30— 42 %. Для интенсификации обезвоживания полотна в прессовой части применяют прессы с желобчатыми валами и повышенным линейным давлением между ними. Важное значение для обезвоживания полотна имеют надлежащий подбор сукон и их кондиционирование. Бумажное полотно, сформованное в сеточной части, автоматически вакуум-пересасывающим устройством передается на сукно прессовой части. Современные конструкции комбинированных многовальных прессов обеспечивают прохождение бумаги без свободных участков (участков, где полотно бумаги не поддерживается сукном), что позволяет осуществить безобрывную проводку бумаги в прессовой части. Прессовать бумажное полотно необходимо при равномерно вырастающем линейном давлении от 176 до 784 Н/см. Это обеспечит сохранение его структуры. К примеру, при выработке газетной бумаги давление на первом прессе 343 - 441 Н/см, на втором 441 - 490 Н/см и на 3-ем 490 - 539 Н/см. При повышении скорости машинки продолжительность прессования сокращается и степень обезвоживания картонного полотна миниатюризируется. Дальнейшее обезвоживание (сушка) картонного полотна происходит в сушильной части машинки.

       3.11Сушка. В сушильной части бумагоделательной машины бумажное полотно обезвоживается до конечной сухости 92—95 %. В процессе сушки удаляется 1,5—2,5 кг воды на 1 кг бумаги, что примерно в 50—100 раз меньше, чем на сеточной и прессовой частях машины. При сушке одновременно происходит дальнейшее уплотнение и сближение волокон. В результате повышается механическая прочность и гладкость бумаги. От режима сушки зависят объемная масса, впитывающая способность, воздухопроницаемость, прозрачность, усадка, влагопрочность, степень проклейки и окраска бумаги.

     Бумажное  полотно, проходя по сушильным цилиндрам, поочередно соприкасается с нижними  и верхними цилиндрами то одной, то другой своей поверхностью. Для лучшего контакта между цилиндрами и бумагой и облегчения заправки применяют сушильные сукна (сетки), охватывающие сушильные цилиндры примерно на 180°.

     Сушка бумаги на сушильном цилиндре состоит  из двух фаз: на нагретой поверхности цилиндра под сукном и на участке свободного хода, т. е. когда бумажное полотно переходит с одного цилиндра на другой. В первой фазе, под сукном, испаряется основное количество влаги: на тихоходных машинах до 80—85 %, на быстроходных до 60—75 % всей влаги, испаряемой в сушильной части машины. Во второй фазе, на участках свободного хода влага испаряется с обеих сторон бумаги за счет тепла, поглощенного бумагой в первой фазе сушки. При этом бумага в зависимости от скорости машины претерпевает понижение температуры на 4—15°. При падении температуры снижается скорость сушки, особенно на тихоходных машинах, так как на них падение температуры полотна бумаги больше, чем на быстроходных. С повышением скорости машины количество испаряемой воды на участке свободного хода бумаги увеличивается. С уменьшением количества воды в бумажном полотне интенсивность сушки на свободном участке понижается. Температуру сушильных цилиндров повышают постепенно, что способствует улучшению качества бумаги и завершению процесса проклейки. В конце сушильной части температуру поверхности цилиндров снижают, так как высокая температура при небольшой влажности бумаги действует на волокна разрушающе. Температурный режим сушки устанавливают в зависимости от вида вырабатываемой бумаги. Для выработки большинства видов температура сушильных цилиндров составляет 100 - 115 °С, а для некоторых видов 80 - 100°С. Увеличение температуры сушильных цилиндров ускоряет процесс сушки. Как следует, сушку необходимо вести при мак­симально допустимой температуре, при которой не усугубляется качество бумаги.