На сайте проводятся работы. Работоспособность будет восстановлена к 12:00 3 июля

О проекте

Электронная библиотека диссертаций — нашли диссертацию, посмотрели оглавление или любые страницы за 3 рубля за страницу, пополнили баланс и скачали диссертацию.

Я впервые на сайте

Отзывы о нас

Получение катионно-анионного полиакриламидного связующего и повышение механических свойств макулатурного тарного картона : диссертация ... кандидата технических наук : 05.21.03

Год: 2013

Номер работы: 8764

Автор:

Стоимость работы: 249 e

Без учета скидки. Вы получаете файл формата pdf

Оглавление и несколько страниц
Бесплатно

Вы получаете первые страницы диссертации в формате txt

Читать онлайн
постранично
Платно

Просмотр 1 страницы = 3 руб



Оглавление диссертации:

Производство бумаги имеет химическую основу, которая подчиняется фундаментальным закономерностям ряда химических наук - неорганической, органической, физической, коллоидной и полимерной химии. В сложных еще недостаточно изученных гетерогенных процессах, составляющих технологическую цепочку изготовления бумаги, главенствующая роль принадлежит реакциям волокна, воды и иных функциональных химических веществ. Научные основы и практические стороны процессов технологии бумаги освещены в фундаментал

1.1.2 Требование к качеству картона Для конструкционных элементов тарного картона важнейшими является ряд показателей (показатели качества), характеризующих механические и упругопластические, а также гидрофобные и гидрофильные свойства [24-25]. Флютинг характеризуют ГОСТ Р 53206-2008 [26]:

- абсолютное сопротивление продавливанию - кПа (кгс/см2);

- удельное сопротивление разрыву в машинном направлении кН/м;

- сопротивление торцевому сжатию гофрированного образца, ССТ - кН/м

1.1.3. Прочность и жесткость картона Прочность и жесткость, как указывалось в п.

1.2, отражают две основные тесно взаимосвязанные характеристики механических свойств картона. Оба свойства определяются при приложении к бумаге или картону (полоска определенных размеров) динамической нагрузки. Реакцией полоски будет деформирование (изменение длины и площади поперечного сечения полоски) и, в конечном итоге, ее разрушение. Напряжение, при котором материал разрушается, характеризует его проч

К основным факторам волокна, влияющим на процессы технологии, свойства и качество бумаги, относятся: 19 1. Происхождение волокна: хвойные или лиственные породы древесины, недревесные растения; макулатура (вторичное волокно). Влияние фактора обусловлено отличиями в анатомическом строении, химическом составе, физико- химическим и физическим свойствам. В случае вторичного волокна, комплекс влияющих параметров значительно шире. 2. Метод получения волокна - щелочной, кислотный, нейтральный, комби

Основными анатомическими элементами растительного сырья являются клетки. Источники сырья отличаются видовым и размерным составом клеток. Именно клеточное строение, присущая им физическая форма и размеры, сравнительно легкое разделение древесной ткани на волокнистые составляющие (клетки, пучки клеток, фрагменты ткани) под действием термогидрохимических (варка) и термомеханических способов обработки (размол), обусловили выбор растительного сырья. На рисунке

1.2. представлена модель ультра

Размеры волокон - длина и толщина имеют решающее значение при производстве бумаги. Укажем, что элементарная структурная единица растительного сырья - клетка для ряда полуфабрикатов тождественна отдельному волоконцу. Разделение сырья до уровня клеток-волоконец, характерно производству таких волокнистых полуфабрикатов, как целлюлоза нормального и высокого выхода [48] В производстве полуцеллюлозы и всех видов древесной массы подобное разделение осуществляется в значительно меньшей мере. Для эти

В механизме влияния размеров волокна на свойства бумаги большая роль принадлежит фракционному составу массы по длине волокна. В монографии В.И.Белоглазова [29] приводятся данные о фракционном составе сульфатной целлюлозы, таблице

1.1. Из нее видно, что, в случае хвойной целлюлозы, превалируют фракции более длинного волокна (1,1-1,8; 1,8-3,0; >3,00 мм), а для лиственных характерно существенно большее содержание коротких фракций (0,30-1,80 мм). Эти данные являются подтверждением факта

Рассматривая тему волокна для производства бумаги, следует кратко остановиться на вторичном волокне. Являясь продуктом переработки макулатуры, вторичное волокно имеет следующие коренные отличия от первичного волокна[2, 4, 53]:

- это трудно предсказуемая смесь различных видов волокнистых полуфабрикатов в пределах марок макулатуры;

- преобладание в массе коротких и мелких фракций волокна;

- наличие как минимум одной предварительной технологической стадии переработки (реально -

Поскольку волокно является продуктом растительного сырья, то его качественный химический состав аналогичен ему. В случае древесины - это: целлюлоза, гемицеллюлозы, лигнин, экстрактивные вещества. Содержание основных химических компонентов в различных породах древесины по данным Г.Н.Кононова [46], представлено в таблице

1.4. Количественный же химический состав различных видов волокна для бумаги зависит от вида волокна. Подробная характеристика видов волокна по химическому составу и бумаг

. Целлюлоза - это главный компонует клеточной стенки древесины и недревесных растений [46, 63-64]. По химической природе целлюлоза представляет собой полисахарид, построенный из звеньев p-D-глюкопиранозы общей формулой [С 6 Н 7 0 2 (ОН) 3 ]„. Элементарные звенья целлюлозы соединены между собой 1,4-0гликозидными связями в линейные неразветвлённые цепи макромолекул. Элементарные звенья макромолекул целлюлозы находится в конформации кресла с экваториально расположенными группами ОН и СН2ОН, рису

Прочность связи между волокнами определяется силой, с которой волокна скрепляются друг с другом. Для характеристики силы связи целесообразно применять понятие - удельная прочность связи. Ее можно представить как прочность связи на единицу площади контакта сопряженных поверхностей соседних волокон. Очевидно, чем больше удельная прочность связи, тем прочнее бумага. Удельная прочность связи является многофакторной функцией и, прежде всего, определяется количеством актов связи на единице площади

Для понимания явлений происходящих на наноуровне, имеющих значение для развития упрочнения бумаги, обратимся к электрическим явлениям на поверхности целлюлозного волокна. Главным фактором, определяющим поведение волокна в процессах технологии, является образование двойного электрического слоя (ДЭС). Двойной электрический слой возникает при контакте двух фаз, из которых хотя бы одна является жидкой, в бумажной технологии - это волокно, иные частицы бумажной массы и вода. Бумажная масса обладае

1.3.4 Нанохимия и элементы нанотехнологии в производстве бумаги К нанотехнологиям относят процессы с участием частиц в интервале размеров 1...100 нм (имеющих эти размеры хотя бы в одном направлении), которые приводят к созданию новых продуктов, приданию новых свойств продуктам или 38 существенному улучшению уже имеющихся у них свойств (не менее 20%). В технологии бумаги явления химической природы, в соответствии с закономерностями химических наук, возникают и реализуются при участии объектов

1.4 Функциональные химические средства в технологии тест-лайнера

1.4.1 Роль функциональных химических средств в химии бумаги Как признано [1-2, 7-9], главными факторами прочности бумаги и картона из волокна растительного происхождения остаются прочность индивидуальных волокон, прочность связей между волокнами в структуре листа и деформационные свойства волокна и полученного из него продукта. Прочность индивидуальных растительных волокон, как указывает Д.М.Фляте [1, 7-8], в подавляющей массе не уступает прочности металлов. Поэтому, общепризнано, что прочнос

1.4.2 Основные химические средства для тарного картона Химия является одним из основных компонентов химической технологии бумаги. Для управления качеством продукции, эффективностью и экологичностью производства служат следующие группы химических веществ [10, 82]: 1. Гидрофобизирующие продукты различной химической природы, составляющие основу клеев для проклейки бумаги и картона. 2. Полимерные связующие природного и синтетического происхождения для повышения прочности в сухом и влажном виде. 3

. Управление гидрофобными свойствами (проклейка, впитываемость), одна из важных задач технологии бумаги и картона. Эта тема широко исследуется и обсуждается на всем протяжении развития технологии бумаги. К настоящему времени сложилось два основных метода решения задач гидрофобизации - проклейка в массе гидрофобизирующими веществами и поверхностная проклейка, преимущественно связующими (склеивающими) продуктами. Отметим, что оба вида гидрофобизации позволяют решать подобные задачи, но принципи

1.4.4 Полимерные природные и синтетические связующие Крахмалопродукты и их применение. Крахмал различного природного происхождения и его многочисленные модифицированные продукты был и остается самым востребованным химическим средством для упрочнения бумаги и картона [94-97]. При производстве тарного картона из макулатуры, содержание крахмала в бумажной массе превосходит любое из применяемых в настоящее время химических средств. В бумажной промышленности наибольшая доля крахмала приходится на

1.5.Выводы по обзору литературы, формулирование цели диссертации и постановка задач исследований Давая общую оценку научным трудам по теме диссертации и их практической значимости можно говорить о достаточно емких исследованиях ученых, совокупным результатом которых стали научные основы новых внедренных более совершенных технологических процессов производства бумаги и картона. Такой результат следует признать новой ступенью в развитии техники и технологии бумаги и картона в целом и, в частнос

2.1. Объекты и методики исследований Объекты исследований: 1. Связующее «Ультрарез DS». Результатом диссертационного исследования стали несколько промышленных продуктов, выпускаемых под торговым названием «Смола для повышения прочности бумаги и картона «Ультрарез DS». Продукты производит предприятие ООО «СКИФ Спешиал Кемикалз» по ТУ2453-008-88593806-2001. Изменение №2 [119]. Основные характеристики качества даны в таблице

2.1. Таблица

2.1. Характеристики катионно-анионных полиакри

2.2. Измерение электрокинетического потенциала Заряд (величина и знак) поверхности коллоидных частиц и волокна является одним из ключевых факторов технологии бумаги. Он определяет агрегативную и седиментационную устойчивость водных коллоидных и волокнистых систем. При добавках в систему диспергаторов, стабильность системы повышается и, при добавках флокулянотов - понижается. Для измерения величины и знака заряда ингредиентов суспензии бумажной массы применяются анализаторы, в которых заложен

2.3. Измерение катионной потребности бумажной массы Катионная потребность - это суммарное количество катионных зарядов, необходимых для нейтрализации анионных зарядов в подсеточной воде при отливе бумаги или картона. Содержащиеся в воде анионы относят к загрязняющим веществам. Величина катионной потребности характеризует способность анионной массы к реакциям с катионными веществами. Чем меньше катионная потребность, тем превалирующе реагирует волокно и загрязняющие ингредиенты массы с катионн

Для экспериментов получали волокнистую массу из макулатуры в лаборатории и отбирали из производственного потока. Массу использовали для исследований по соответствующим программам. Макулатуру отбирали и хранили в целлофановых пакетах. Качество макулатуры определяли по двум вариантам. Эти же варианты применялись для приготовления волокнистой массы в исследованиях. Роспуск макулатуры осуществляли в лабораторном дезинтеграторе [130] в течение 10 мин, рис.

2.3 и выдерживали в воде 40 мин в в

2.5. Отбор массы и основные исследования Для исследований отбиралась масса из технологического потока.

а) Определение массовой доли волокна. Средства измерений и вспомогательные средства:

- весы лабораторные электронные AR 5120 по ГОСТ 24104-2001;

- шкаф сушильный электрический СНОЛ

3.5.

3.5/

3.5-И1 по поддержанию температуры (105±2) °С;

- эксикатор по ГОСТ 25336-82;

- воронка ВФ-75ХС по ГОСТ 25336-82;

- колба 1-200 по ГОСТ 1770-74;

2.6. Размол массы и определение степени помола волокнистой массы Для исследований размол массы осуществлялся в лабораторном ролле типа «Валей», рисунок

2.4. Определение степени помола образцов производилось в соответствии с ГОСТ

14363.4-89 [129]. Рисунок

2.4 - Общий вид лабораторного ролла «Валей» Средства измерений и вспомогательные средства:

- весы лабораторные 2 класса ВЛР-200г по ГОСТ 24104-2001;

- комплект гирь Г-2-210 по ГОСТ 7328-2001;

- шкаф сушил

2.7. Определение средней длины волокна по методу Иванова Средства измерений:

- прибор Иванова для определения средней длины волокна (СДВ);

- две рамки с шагом ножей 10 (№

1) и 5 (№

2) мм. Сущность метода измерений Измерение показателя средней длины волокон бумажной массы основано на улавливании волокон ножами рамки при прохождении через неё испытуемой бумажной массы и последующего взвешивания рамки с нависшими на ножах волокнами. Измерение производилось в соответствии

2.8. Определение способности макулатурной массы к обезвоживанию Этот метод во всем подобен определению степени помола массы с помощью аппарата СР-2 по стандартной методике. Отличие заключается в том, что измеряют время истечения 770 г воды через боковое отверстие, при закрытом центральном отверстии. Таким образом, сравнивают способность к обезвоживанию (водоотдачу) различных волокнистых масс. Водоотдача массы измеряется в секундах (с).

Подготовка образцов к испытаниям Раскрой лабораторных отливок производился в соответствии с ГОСТ

14363.4-89 [129]. Определение массы 1 м 2 выполнялось по ГОСТ 13199-88 [131].

2.10 Изготовление лабораторных образцов бумаги Изготовление лабораторных образцов выполнялось в соответствии с ГОСТ 16296-79 [132]. Образцы картона изготавливались на аппарате ЛА-3, рисунок

2.6. Рисунок

2.6 - Общий вид листоотливного аппарата серии ЛА-3 Масса отливок соответствовала массе волокна в готовой бумаге с требуемой массой 1 м . Прессование отливок осуществляли с помощью прессового валика ап70 парата. Сушку вели при температуре 105±5 Я в вакуум-сушилках листоотливного С

2.11 Определение стандартных характеристик тест-лайнера и флютинга Показатели качества лабораторных образцов определяли по стандартным методам: сопротивление продавливанию по ГОСТ

13525.8-86 на приборе, рисунок

2.7, впитываемость воды поверхностью бумаг или картона (метод Кобба) по ГОСТ 12605-97 с помощью прибора, рисунок

2.8. Рисунок

2.7 - Общий вид прибора для определения сопротивления продавливанию образцов бумаги Рисунок

2.8. Общий вид прибора для определе

3.1.Обоснование химического состава катионно-анионного полиакриламидного связующего

3.1.1.Обоснование выбора химического состава связующего Обоснованием выбора химического состава синтетического связующего стали свойства, которые он должен иметь для эффективного взаимодействия с ингредиентами бумажной массы [137-139]. Для разработки упрочняющего синтетического продукта для тарного макулатурного картона, автор изначально исходил из основ технологии этих материалов — отлив листов из водных суспензий древесных волокнистых полуфабрикатов при активной кислотности суспензии близко

. Как следует с обзора литературы, основным химическим средством повышения прочности бумаги и картона являются природные крахмалы. Они проявляют присущие им связующие свойства, которые в значительной степени регулируются модификацией крахмалов. Наряду с крахмалопродуктами применяются синтетические связующие - полимерные связующие различной химической природы. Учитывая возможности современного химического синтеза в придании требуемых связующих свойств синтетическим смолам, это направление расс

3.2.1. Химические реакции получения связующего Основой химического процесса получения связующего является реакция полимеризации с участием инициаторов полимеризации, протекающая по определенному режиму. Главным звеном макромолекулы являются мономерные остатки акриламида, в которую сополимеризованы остатки мономеров ДАДМАХ (с положительно заряженными группами) и итаконовой кислоты, несущей отрицательно заряженные группы. Получаемый продукт является целевым продуктом с заданным соотношением кат

Регулирование характеристик связующего в процессе получения Наиболее важной характеристикой полимера является его заряд и молекулярная масса. Заряд полимера, как уже было сказано ранее, корректировался изменением соотношения мономеров с различным зарядом в реакционной смеси. Что касается молекулярной массы полимера, то она регулируется в зависимости от назначения полимера. Для упрочнении бумаги в сухом состоянии, как видно из рис.

1.13, подходят полимеры с молекулярной массой в пределах

3.3. Исследование электроповерхностных свойств связующего «Ультрарез DS 150» Упрочняющую функцию связующее предназначено выполнять в бумажной массе, рН которой может находиться в интервале 5,5-8,0. Изменение анионнокатионного баланса массы, определяемого катионной (анионной) потребностью, может составлять - от десятков до нескольких сотен мг-экв/л. Электрокинетический потенциал вторичного волокна также изменяется в широком интервале (—) 1572 мВ. Поэтому автор диссертации исследовал [141].

Исследованный интервал рН и закономерность его влияния на электрический потенциал связующего на рисунке

3.4. Анализ зависимости позволяет отметить следующие закономерности:

а) в кислой среде, при рН 3, связующее имеет высокий положительный электрический потенциал, примерно 230 мВ, который постепенно понижается при увеличении рН среды;

б) в интервале рН 6,5-7,5, характерному «нейтральному» производству бумаги, потенциал имеет значение 75-80 мВ. 83 Результаты эксперимента позв

Как выше указывалось, «анионные загрязнения» при нейтральном производстве бумаги относятся к неизбежным, но нежелательным ингредиентам бумажной массы по той причине, что являются активными адсорбентами катионных функциональных химикатов. Количественно анионные загрязнения характеризуются «катионной потребностью», т.е. количеством катионных зарядов необходимых для нейтрализации суммарного отрицательного заряда анионных загрязнений в бумажной массе. Поэтому, рассматривая катионно-анионное полиа

В дополнение к характеристике анионной потребности, важно было установить уровни С,- потенциала для вторичного волокна в интервале рН 6,0-8,0. Начальный уровень £- потенциала и его изменение при разных рН и различных степенях помола массы расширяют сведения о свойствах волокна и обуславливают большую объективность оценки процесса упрочнения картона. Данные исследований отражены на рисунок

3.6. Анализ результатов исследований позволил выявить ряд закономерностей:

а) для неразмолото

3.3.4. Исследование влияние расхода «Ультрарез DS 150» на С,- потенциал волокна В серии экспериментов изучалось влияние катионного потенциала смолы на 'С,- потенциал вторичного волокна для двух концентраций «Ультрарез DS 150». Для концентрации 1% результаты представлены на рисунке

3.7, а сравнительные графики для двух концентраций - 1 и 02%, представлены на рисунке

3.8. 0 у -5 0 -10 | ~ Н | i £ *г А* ч 0 Я t_ Я л V f ik я О dn Z*\) ра -15 СrDS, КГ / ; т Л -20 -25 -