/
Текст
ВОЗВРАТИТЕ КНИГУ НЕ ПОЗЖЕ
обозначенного здесь срода
Тип. им. Котлякова. 7 — 7000000. 1980 г. Л Г-087-01-589.
Цена 0 р. 58 к. за 100 шт.
Д. М. фляте
Свойства
бумаги
Издание третье,
переработанное и дополненное
/1к
Москва
„ Лесная промышленность"
1986
УДК 672.2.017(02)
Фляте Д. М. Свойсгва бумаги.— Изд. 3-е, переработанное и дополнен-
ное.— М.: Лесн. пром-сть, 1986.—680 с.
Рассмотрены основные свойства бумаги: структурно-механические, ка-
пиллярные и гигроскопические, оптические, печатные и др.
Третье падание существенно отличается от второго, которое вышло
в 1976 г. В данном 'издании расширены все разделы и добавлены следую-
щие: размол в воздушной среде, крашение, влияние производственной воды
на свойства бумаги, электрокинетические свойства. Особо рассмотрены свой-
ства газетной, мешочной, бумаги-основы для мелования, санитарно-бытовых
видов бумаги.
Для научных работников целлюлозно-бумажной промышленности.
Табл. 74, <ил. 148, библиогр.— 242 наэв.
Рецензент канд. техн, наук Д. М. ШИРЯЕВ.
ф 3004000000-011
037(01)—86 20 °
© Издательство
© Издательство «Лесная-’промышленность», 1986 г. с изменениями.
ОТ АВТОРА
Эта монография — третье издание книги «Свойства бумаги». Первое
и второе издание этой книги вышли в 1970 и 1976 гг. В настоящем издании
переработаны и дополнены почти все разделы с учетом современных воз-
зрений на свойства бумаги.
Книга дополнена щовыми оведеииями о свойствах бумаги и методах их
достижения, новейшими литературными данными ш данными собственных
работ, включая также некоторые сведения из работ, выполненных под руко-
водством автора учениками и аспирантами: М. Г. .Бланк, 3. М. Бобровой,
Н. Ю. Бондаренко, Ф. Е. Глобусом, Ю. Б. Груниным, Л. С. Гуляевым,
В. Е. Гурьяновым, Р. А. Евлаховой, Е. П. Елкиной, Г. А. Ивановым,
Е. С. Ихельзоном, М. Р. Каганом, X. Л. Кировой, В. И. Комаровым,
А. А. Копыльцовым, Е. А. Кузнецовым, Н. Г. Никольским, Н. А. Новико-
вой, В. И. Новиковым, О. Д. Оксенюк, Н. П. Осиповой, Л. А. Полухиной,
Г. В. Прохоровым, П. Г. Секачевым, Е. А. Смирновой, Г. Э. Финкельштей-
ном, К. С. Шнейдер, Г. И. Чижовым и Др.
Так же как и предыдущие два издания, настоящее издание книги не
является систематическим курсом технологии бумаги. Производственные про-
цессы л некоторые сведения о новом в технологии и оборудовании приведе-
ны лишь с точки зрения их влияния на основные свойства изготовляемой
бумаги.
Несмотря на дополнения, внесенные в третье издание, вся монография
не претендует на исчерпывающее освещение темы, так как очевидно, что
каждой группе свойств бумаги (электроизоляционным, оптическим, печат-
ным и др.) могут быть посвящены целые книги.
Ввиду ограниченного объема настоящего издания автор, включая новые
разделы, вместе с тем был лишен возможности привести все ссылки на пер-
воисточники, с которыми читатель может ознакомиться по предыдущему
изданию, где он найдет также и исключенные по той же причине из этой
книги сведения о бумагообравующих свойствах различных волокон. Пере-
чень литературы, приведенный в конце книги, состоит из дополнительных
библиографических источников, отсутствующих в предыдущем издании. Ав-
тор считает, что книга будет способствовать повышению теоретического
уровня знаний работников бумажной промышленности, а также поможет
студентам вузов правильно понять свойства бумаги как капиллярно-порис-
того коллоидного материала с упругопластическими свойствами, поможет
инженерно-техническим работникам целлюлозно-бумажной промышленности
сознательно разрабатывать процессы и технологические режимы бумажного
производства с целью внедрения передовой технологии.
Книга поможет также и многочисленным потребителям бумаги (полигра-
фистам, работникам пищевой, электротехнической, радиотехнической, хими-
ческой и других отраслей промышленности, реставраторам книг и докумен-
тов, а также работникам конструкторских и проектных организаций) лучше
ориентироваться в основных свойствах бумаги и наиболее рационально ее
попользовать.
Автор заранее признателен читателям, которые сочтут возможным при-
слать ему свои замечания по третьему изданию книги, а также пожелания
по адресу: 194018, Ленинград, Институтский пер., 5, Ленинградская лесо-
техническая академия им. С. М. Кирова, кафедра целлюлозно-бумажного
производства.
ВВЕДЕНИЕ
...Если современный период жизни
людей характеризуется названием
железного века, то с таким же пра-
вом его можно считать веком бу-
маги.
Ц. И. Менделеев
В настоящее время мировая бумажная промышленность выпускает свы-
ше 600 видов бумаги и картона, обладающих разнообразными, а в ряде
случаев совершенно противоположными свойствами: высокопрозрачные и
почти совершенно непрозрачные (неактиничные), электропроводящие и
электроизоляционные, толщиной в 4—5 мкм (т. е. в 10—15 раз тоньше че-
ловеческого волоса) и толстые картоны, хорошо впитывающие влагу и во-
донепроницаемые (бумажный брезент), прочные и слабые, гладкие и шеро-
ховатые, паре-, газо-, жиронепроницаемые и др.
Плотность вырабатываемых видов бумаги колеблется в пределах
0,4—1,35 г/см3, разрывная длина — от менее 1 до 16 км, а сопротивление
излому — от 2—3 до нескольких тысяч двойных перегибов (в некоторых слу-
чаях до десятков тысяч двойных перегибов). Теплоемкость бумаги находится
в пределах 1,21—1,32 кДж/(кг-К). Удельное объемное сопротивление элек-
троизоляционных видов абс. сухой бумаги составляет 10—100 ТОм-м, а
диэлектрическая постоянная в зависимости от вида бумаги 2,2—5,0.
Указанная выше цифра 600 видов бумаги и картона является мини-
мальной из отмечавшихся в литературе. Дело в том, что до сих пор нет
четкой классификации видов бумажной продукции и часто бумагу одного
и того же вида (например, типографскую), но отличающуюся по массе 1 м2
или по другому какому-либо признаку относят уже к другому виду бума-
ги. При этом часто смешивают понятия вид и сорт бумаги, хотя сорт
обычно определяет качество одного и того же вида бумаги (например, 1-й
или 2-й сорт какого-либо вида бумаги). Нечеткостью определений этих двух
понятий и можно объяснить разноречивые данные по числу видов бумаги
и картона, вырабатываемых в настоящее время мировой бумажной промыш-
ленностью. Так, в одной статье сообщается, что только одна из фирм США
выпускает свыше 5600 видов и сортов оберточной и декоративной бумаги.
По-видимому, бумагу, отличающуюся узором или окраской, автор в данном
случае считал новым видом или сортом. В другом литературном источнике
указано, что в мире выпускается свыше 7000 разновидностей бумаги, отли-
чающихся по назначению и массе 1 м2.
Не существует четкого различия между понятиями бумага и кар-
тон. Условно принято считать, что картоном называют продукцию, имею-
щую массу 1 м2 более 250 г, толщину — более 0,5 мм. Однако такое опре-
деление нельзя считать точным. Например, волокнистый материал, приме-
няемый в текстильной промышленности и именуемый по ГОСТу шпульной
бумагой, имеет массу 1 м2 до 400 г при толщине 0,6 мм, в то же время
некоторые виды бумажной продукции при толщине 0,1 мм и массе 1 м2
110—120 г называются электроизоляционным картоном.
По принятой в СССР классификации бумага делится на 10 классов:
1. Для печати (газетная, типографская, офсетная, литографская, для
глубокой печати и др.).
2. Для письма, машинописи, черчения и рисования (писчая, почтовая,
тетрадная, чертежная, рисовальная, бумажная натуральная калька и др.).
3. Электротехническая (кабельная, конденсаторная, телефонная, пропи-
точная, намоточная и др.).
4. Оберточная и упаковочная (мешочная, антикоррозионная, бандероль-
ная, пергамин, подпергамепт, оберточная и др.).
5. Светочувствительная и переводная (диазобумага, диазокалька, гум-
мированная для переводных избражений и др.).
6. Для изготовления папирос и сигарет (папиросная, курительная, мунд-
щтучная и др.).
7. Впитывающая (промокательная, фильтровальная, для хроматографии
и электрофореза и др.).
8. Промышленно-техническая разного назначения (каландровая, для
патронирования, шпульная, абажурная и др.).
9. Бумага-основа (основы мелованной, копировальной, пергамента, фиб-
ры, фотобумаги, фотокальки и др.).
F ’ 10. Декоративная (бархатная, цветная глянцевая, перламутровая, кре-
пированная и др.).
Основные (но не все) показатели, которые используют для оценки ка-
чества большинства видов бумаги, приведены в табл. 1.
Возможности изготовления широкого ассортимента бумажной продук-
ции с приданием ей того или иного свойства или сочетания нескольких
свойств появились в связи с успехами, достигнутыми при разработке науч-
ных основ технологии бумажного производства. Еще совсем недавно изго-
товление какого-либо вида бумаги считалось искусством бумажного масте-
ра. Это искусство обычно достигалось в результате большого опыта. В на-
стоящее время область «чистого искусства» все более вытесняется областью
точных научных знаний. Свойства бумаги легче всего поддаются объясне-
нию, если исходить из того, что бумага является капиллярно-пористым кол-
лоидным материалом.
Различные свойства бумаге или картону придают обычно следующими
методами: подбором исходных полуфабрикатов для изготовления бумаги,
т. е. составлением ее композиции по роду волокон; изменением технологиче-
ских режимов одного или нескольких из основных процессов бумажного
производства (размола, отлива, сушки); введением в бумажную массу раз-
личных добавок (минеральных наполнителей, красителей, дефлокуляторов,
проклеивающих и других веществ); отделкой бумаги, включая операции ка-
ландрирования, крепирования, гофрирования, тиснения, армирования и т. п.,
а также операции поверхностной обработки с использованием химикатов
(поверхностную проклейку и пропитку, окраску, мелование, пластификацию,
лакирование и пр.).
Таким образом, для достижения тех или иных свойств бумаги техно-
лог-бумажник пользуется различными средствами. Часто получить бумагу
с нужными свойствами можно не одним каким-либо определенным способом,
а различными Методами. В каждом случае технолог-бумажник выбирает наи-
более простой, дешевый и наиболее удобный метод.
Немалые проблемы возникают и перед основными потребителями бума-
ги— полиграфистами, работниками химической, пищевой, электро- и радио-
технической промышленности. Они сводятся к наиболее рациональным ме-
тодам перевозки, хранения и использования бумаги с обеспечением мини-
мального количества ее отходов в процессах обработки и переработки в
разнообразную продукцию. Должны быть разработаны процессы эффектив-
ного ее использования по целевому назначению при пониженной массе 1 м2
бумаги (например, разных видов бумаги для печати, в том числе газетной,
и др.) и обоснованы технические требования к показателям качества новых
видов бумаги, необходимых разным отраслям промышленности. Разреше-
нию указанных проблем, стоящих перед производителями бумаги и основ-
ными ее потребителями, поможет данная книга.
I. Наименование основных показателей свойств различных видов бумаги
Вид бумаги
Показатель газетная 1 типографская офсетная литографская для глубокой печати картографическая мешочная электроизоляционная г 1 чертежная чертежная прозрачная мелованная папиросная фильтровальная оберточная | фотоподложка-основа I
Толщина или плотность + -1- + + + — — 4- — + "г — X —
Зольность + + + + + + — 4. — — — + 4- — +
Степень проклейки — + + + 4 + + — + + — — — 4- 4-
Гладкость + + + + + + — — — + + — — — 4-
Белизна — + + + 4 + — — + — 4 — 4- - 4-
Прозрачность Сопротивление: — — — — — — — — — + — — — — —
разрыву + 4- + + т — — 4- + — — + 4- X 4-
излому — + + + + + — X + + — — 4- — 4-
продавливанию — — — — — — + — — — — — X X —
раздиранию — — — — — -— 4- X — + — — — — —
Удлинение до разрыва — — — — — — + X — — — 4- — — —
Прочность поверхности — — + + — + — — + — 4- — __ — —
Влагопрочность — — — — — + X — — — — — X X 4-
Деформация при намо- кании или остаточная — — + + •— + — — + — — — — — 4-
Скручиваемость — — — — — — — — — — X — — — —
Впитывающая способ- ность — — — — 4- — — — — — — — 4- — 4-
Воздухопроницаемость — — — — — — + 4- — — — 4- X — —
Показатели электриче- ской прочности — — — — — -— —- +
Содержание металличе- ских включений — -1- — 4-
pH водной вытяжки +
Примечание: 4- регламентируемые показатели; — показатели
не регламентируются; X — регламентируются не во всех случаях.
Глава 1
ВЛИЯНИЕ ПРОЦЕССОВ ПРОИЗВОДСТВА БУМАГИ
НА ЕЕ ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА
1.1. РАЗМОЛ
1.1.1. Основные положения
Трудно сказать, какой из процессов производства бумаги
является самым важным с точки зрения влияния на свойства
конечного продукта. Безусловно, свойства готовой бумаги зави-
сят от совокупности всех процессов бумажного производства.
Однако издавна процессу размола бумажной массы отводилось
исключительно большое значение в создании самых разнооб-
разных свойств бумажного листа. Недаром до сих пор среди
бумажников-технологов бытует выражение: «Бумага делается
в ролле».
Длинноволокнистая целлюлоза обычно обеспечивает получе-
ние наиболее прочной бумаги. На первый взгляд может пока-
заться странным, для чего же осуществляется процесс размола
волокнистых материалов, при котором они неизбежно укорачи-
ваются. Дело в том, что из одних длинных волокон очень труд-
но получить равномерную по расположению волокон и просве-
ту бумагу, так как при отливе бумажного полотна они склонны
к хлопьеобразованию. Наличие с длинными волокнами извест-
ного количества мелких способствует тому, что мелкие волокна
заполняют пространства между длинными. Лист при этом ста-
новится более равномерным, с безоблачным просветом. Некото-
рая рубка волокон особенно нужна при выработке бумаги из
массы садкого помола, т. е. из легко обезвоживающихся воло-
кон и наиболее склонных к образованию хлопьев.
Укорочение волокон — не основное назначение процесса
размола. В большинстве случаев "более важно расщепление
волокон в продольном направлении на тончайшие волоконца —
фибриллы. При этом значительное увеличение (развертывание)
наружной поверхности волокон приводит к возрастанию роли
явлений, происходящих на этой поверхности: адсорбции воды,
сопровождаемой набуханием волокон и повышением их гибкос-
ти; созданию условий для установления между волокнами
связей, определяющих основные свойства бумаги—механиче-
скую прочность, впитывающую способность, воздухопроницае-
мость и др.
Длительное время различными учеными в специальной тех-
нической литературе обсуждался вопрос о природе явлений,
происходящих с растительными волокнами при их размоле.
Здесь нецелесообразно останавливаться на теориях и гипотезах,
которые были высказаны по этому вопросу. Следует лишь
отметить, что в настоящее время твердо установлено два вида
явлений, одновременно протекающих при размоле: чисто меха-
ническое воздействие размалывающей гарнитуры на раститель-
ные волокна с изменением их формы и размеров и коллоидно-
химическое воздействие, проявляемое в виде так называемой
гидратации волокон. В данном случае под гидратацией
понимается коллоидно-химический процесс, при котором про-
исходит набухание волокон, сопровождаемое фибрилляцией их
клеточных стенок и отщеплением тончайших фибрилл, а также
увеличением вследствие этого наружной поверхности волокон
с обнажением на этой поверхности групп ОН, адсорбирующих
воду.
Относительно слабые волокна легче рубятся, чем фибрил-
лируются. Рубке волокон при их размоле при всех прочих рав-
ных условиях способствует также повышение удельного давле-
ния, снижение концентрации размалываемой массы и умень-
шение толщины ножей размалывающей гарнитуры. В противо-
положность этому фибриллирование увеличивается при сниже-
нии удельного давления, повышении концентрации размалывае-
мой массы и увеличении толщины ножей размалывающей гар-
нитуры. Использование базальтовой гарнитуры дает возмож-
ность получить относительно длинноволокнистую хорошо фиб-
рпллированную бумажную массу жирного помола.
Для достижения одной и той же степени помола массы,
выражаемой в °ШР, удельный расход энергии, затрачиваемой
при преимущественном укорочении волокон, оказывается часто
несколько более низким по сравнению с удельным расходом
энергии на размол при преимущественном фибриллировании
волокон. Так, В. X. Зиверт указывает, что в определенных
сравнимых условиях для достижения 40 °ШР при укорочении
волокон расход энергии на размол 1 тонны волокон составлял
792 МДж, а в случае преимущественного фибриллирования
волокон—1368 МДж. Следует полагать, что в зависимости от
рода размалываемого волокнистого материала (его склонности
к укорочению или фибриллированию) это соотношение удель-
ного расхода энергии может в значительной степени изме-
ниться.
Здесь уместно высказать некоторые соображения о терминологии. Часто
путают понятия «размол» и «помол». Между тем размол — это процесс, а
помол — результат этого процесса. Поэтому следует говорить о времени
размола (а не помола), степени помола (а не размола). Когда мы говорим
о характере размола, то подразумеваем характер ведения процесса (харак-
тер присадки или вылегчивания размалывающей гарнитуры, время осущест-
вления этих и других операций при размоле). Когда речь идет о характере
помола, то под этим подразумевается получение длинно- или коротковолок-
нистой массы, наличие или отсутствие в массе фибрилл, слизи и пр.
Следует иметь в виду, что по степени удержания воды волокнистой мас-
сой нельзя еще однозначно судить о ее бумагообразующих свойствах, так
как при одной и той же степени помола массы она может быть как длин-
новолокнистой, так и коротковолокнистой.
1.1.2. Набухание волокон
Набухание целлюлозы в воде — это процесс сорбции (погло-
щения) целлюлозой воды, сопровождающийся увеличением
массы, объема и изменением структуры. Способность целлюло-
зы к набуханию в воде, щелочи или в другой жидкости харак-
теризуется по степени набухания, которая обычно выра-
жается количеством поглощенной целлюлозой жидкости (или
ее пара), отнесенным к единице массы или объема целлюлозы.
Степень набухания может быть определена весовым или объ-
емным методом и выражена в процентах увеличения массы
(или объема) целлюлозы к первоначальной массе (или объе-
му) целлюлозы.
Процесс размола в значительной степени зависит от спо-
собности волокон набухать. Известно, что высушивание целлю-
лозы снижает эту способность; снижение набухаемости за счет
высушивания достигает 21—38% исходной величины. Даже дли-
тельное пребывание предварительно высушенной целлюлозы
в воде не возвращает ей первоначальной степени набухания,
что свидетельствует о необратимости явления, названного
Г. Джайме «необратимым ороговением».
На рис. 1, по данным Г. Джайме, представлена зависимость
величины необратимого ороговения для образцов целлюлозы от
первоначальной степени набухания и условий сушки. Чем выше
(после сушки) влажность целлюлозы, тем больше величина
Рис. 1. Зависимость необратимого ороговения образцов целлюлозы от пер-
воначальной степени набухания и условий сушки:
сушка 6 ч при 70° С, влагосодержание 1,7—2,9%; 2 —сушка на воздухе, влагосо-
держание 9,5—11,5%
Продолжительность набухания,о
Рис. 2. Зависимость степени набухания от его продолжительности:
1 — в дистиллированной воде; 2 — в водопроводной воде
необратимого ороговения. Дополнительные сведения по этому
вопросу см. в разделе 1.7.2.
По данным того же автора, на рис. 2 показана зависимость
степени набухания от его продолжительности. Высушенная цел-
люлоза набухала в дистиллированной и в водопроводной воде.
Спустя 10—12 ч после быстрого возрастания степень набуха-
ния стала примерно постоянной. В водопроводной воде целлю-
лоза при всех прочих равных условиях набухала в меньшей
степени, чем в дистиллированной.
Опыты Г. Джайме показали, что удаление лигнина из цел-
люлозы способствует повышению степени ее набухания. Если
это удаление лигнина отбелкой не приводит одновременно
к деструкции клетчатки (например, при проведении отбелки
в восемь-десять ступеней и при использовании в качестве беля-
щего реагента СЮ2), то практически можно получить для беле-
ной целлюлозы такую же механическую прочность, как и у не-
беленой.
Явление набухания технической целлюлозы в воде или
в растворе щелочи аналогично процессу набухания других
полимеров и может быть представлено как результат влияния
различия скоростей диффузии малых и больших молекул (62).
Малые молекулы воды быстро диффундируют в массу полиме-
ра, в то время как большие молекулы полимера медленно про-
никают в занятый водой объем и, будучи длинными и гибкими,
способны сохранять связность и удерживать форму тела, по-
добную исходной форме, даже при большом количестве воды,
продиффундировавшей внутрь полимера. Лишь когда простран-
ственное разделение цепных молекул становится значительным
(например, при достаточно длительном набухании целлюлозы
в медно-аммиачном растворе), теряется их связность и проис-
ходит переход от набухания полимера к его растворению.
В прошлом высказывалось мнение о частичном растворении
целлюлозы в воде. Эта точка зрения не подтвердилась. Однако
опыты свидетельствуют о происходящем переходе в раствор
низкомолекулярных фракций технической целлюлозы, которые
при испарении воды во время сушки бумаги остаются на рас-
тительных волокнах, способствуя некоторому увеличению проч-
ности изготовляемой бумаги.
На рис. 3 показана зависимость степени набухания различ-
ных видов целлюлозы от pH среды. Г. Джайме пришел к выво-
ду, что для всех видов целлюлозы максимум степени набуха-
ния находится в пределах pH 10,40—11,35. Работой М. П. Не-
делчевой, выполненной в Ленинградской лесотехнической ака-
демии под руководством проф. В. И. Юрьева, было установле-
но, что на кривых степень набухания — pH отсутствует
какой-либо максимум или минимум. Изменение активной
кислотности среды почти не сказывается на набухании целлю-
лозы вплоть до pH приблизительно равного 10. После pH-10
начинается заметное увеличение степени набухания.
В этой же работе отмечается, что по своей способности
к набуханию исследованные целлюлозные материалы распола-
гаются в следующем порядке : линт < сульфитная беленая
целлюлоза < сульфитная небеленая целлюлоза < щелочная
небеленая целлюлоза из соломы < сульфатная небеленая цел-
люлоза. Отмечается также, что адсорбция целлюлозой катио-
нов приводит к повышению степени ее набухания. При этом
по своей возрастающей способности вызывать набухание цел-
люлозы катионы разной валентности располагаются в следу-
ющем порядке:
Fe++t < А1+++ < Са++ < Mg++< NH^ < Na+.
В специальной литературе отсутствует единое мнение по вопросу срав-
нения способности к набуханию различных видов целлюлозы. Некоторые
авторы считают, что сульфатная целлюлоза набухает в большей степени,
чем сульфитная. Другие же придерживаются противоположного мнения.
Нами было ранее показано, что встречающиеся в литературе противо-
речивые данные о способности к набуханию различных видов целлюлозы
объясняются спецификой применяемых методов определения способности
целлюлозы к набуханию и различием химического состава сравниваемых
видов целлюлозы.
Рис. 3. Зависимость степени набухания небе-
леной целлюлозы от pH среды:
1 — березовая сульфатная; 2 — соломенная; 3 —
еловая сульфитная; 4 — сосновая сульфатная
Рис. 4. Кинетика набухания двух различных
видов целлюлозы
Кинетику набухания различных полимеров, к которым
относится и целлюлоза, представляют в общем виде кривыми
I и 2, приведенными на рис. 4 [132]. Величина степени набуха-
ния, соответствующая появлению горизонтального участка на
кривой, называется максимальной или равновесной
степенью набухания. Как видно из рисунка, у различных
полимеров (в нашем случае различных видов целлюлозы) мак-
симальная степень набухания амакс устанавливается через
Разные промежутки времени. Например, для целлюлозы 2 при
Достаточно длительном ее пребывании в жидкости степень
набухания в данной жидкости значительно больше, чем для
Целлюлозы 1. Однако при определении степени набухания
через какой-то сравнительно короткий промежуток времени
степень набухания целлюлозы 1 окажется больше, чем соответ-
ственно у целлюлозы 2. Видимо, это также может служить
причиной противоречивых литературных данных о степени набу-
хания различных видов целлюлозы. Для оценки способности
целлюлозы к набуханию принято пользоваться величиной мак-
симальной степени набухания.
Весовой и объемный методы определения степени набухания
характеризуют способность к набуханию листа, состоящего из
волокон целлюлозы, тогда как микроскопический метод опре-
деления изменения диаметра волокон — эту же способность
отдельных волокон. Иногда о способности волокон набухать
в воде судят по их водоудерживающей способности (метод
Г. Джайме). Впрочем, определения по этому методу не могут
считаться полностью идентичными ни степени набухания
бумажного листа, ни степени набухания отдельных волокон.
При определении степени набухания образцов целлюлозы
весовым или объемным методом величина набухания образцов
из размолотых волокон неизменно ниже, чем из неразмолотых,
а водоудерживающая способность и степень набухания, уста-
новленная микроскопическим методом, у размолотых волокон
выше.
Независимо от метода анализа небеленые виды целлюлозы
набухают в воде и в 17,5%-ном растворе NaOH в значительно
большей степени, чем соответствующие беленые виды целлюло-
зы. При этом степень набухания образцов целлюлозы (как
неразмолотых, так и размолотых) в воде неизменно ниже, чем
в 17,5%-ном растворе едкого натра. Дальнейшего повышения
набухания целлюлозы в щелочи добиваются замораживанием
ее до —15° С с последующим оттаиванием в щелочном растворе.
Способность целлюлозы к набуханию может изменяться
в широких пределах в зависимости от условий ее получения,
качества исходного сырья и химического состава целлюлозы.
При всех прочих равных условиях увеличение в целлюлозе
содержания пентозанов приводит к увеличению ее способности
к набуханию.
Волокна беленых сульфатной и сульфитной видов целлюло-
зы были в отдельности размолоты до 35 ° ШР. Из полученной
в каждом случае бумажной массы изготовили отливки бумаги,
которые подвергли искусственному термическому старению,
сопровождаемому необратимым ороговением волокон. Наблю-
дения показали, что в результате термической обработки образ-
цов степень их набухания в воде снижается. При этом суль-
фатная целлюлоза обнаруживает большую стабильность по
сравнению с сульфитной, а объемный метод определения степе-
ни набухания по сравнению с другими методами — меньшую
чувствительность. По мере увеличения времени термической
обработки целлюлозы водоудерживающая способность ее воло-
кон снижается. Степень же набухания в 17,5%-ном растворе
едкого натра повышается, что связано с уменьшением содержа-
ия сс-целлюлозы в результате термического старения. При
^том также большую стабильность обнаружили образцы беле-
ной сульфатной целлюлозы, у которых в меньшей степени, чем
образцов беленой сульфитной целлюлозы, проявляется повы-
шение набухания в 17,5%-ном растворе едкого натра (рис. 5).
Рис. 5. Изменение в результате старения целлюлозы:
а — степени ее набухания, определенней весовым методом; б — то же, объемным;
в — то же, микроскопическим; г — водоудерживающей способности волокон; 1 — на-
бухание в воде беленой сульфатной целлюлозы; 2 — то же, сульфитной; 3 — набу-
хание в растворе едкого натра беленой сульфатной целлюлозы; 4 — то же, сульфит-
ной; 5 — водоудерживающая способность волокон беленой сульфатной целлюлозы;
6 — то же, сульфитной
О. Кресс и X. Бьялковский указывают, что набухание волок-
нистого материала возможно только в жидкости, имеющей
в своем составе полярные гидроксилы и обладающей достаточ-
но большой диэлектрической постоянной. Авторы считают, что
набухание волокон в жидкости, в которой происходит размол,
является первой и наиболее важной предпосылкой для получе-
ния прочной бумаги. По мнению авторов, физический смысл
этого заключается в том, что набухание повышает гибкость
волокон. С повышением гибкости более эффективно происходит
процесс размола, при котором увеличивается развернутая
поверхность волокон. Одновременно устанавливается более
тесная связь воды с волокнами, что влечет за собой дальней-
шее увеличение гибкости волокон.
В отличие от мнения Л. П. Жеребова, что набухание спо-
собствует лучшему соединению между собой волокон из-за
повышенного прилипания друг к другу набухших коллоидаль-
ных поверхностей волокон, О. Кресс и X. Бьялковский считают,
что повышение механической прочности бумаги при использо-
вании набухших волокон объясняется тем, что с увеличением
набухания повышается гибкость волокон и вследствие этого
достигается лучшая связь их между собой.
Не отрицая значение мягкости и гибкости волокон для полу-
чения прочного бумажного листа, тем не менее нельзя согла-
ситься с этими авторами, которые значение процесса набухания
сводят исключительно к повышению гибкости волокон, что
и должно, по их мнению, обусловить прочность бумажного лис-
та. Если бы это было в действительности так, то наиболее гиб-
кие волокна должны обусловливать наиболее высокую механи-
ческую прочность бумаги. Между тем Штаудингер и Юриш
показали, что волокна хлопка, хотя и более гибкие, чем волок-
на рами, но по прочности на разрыв уступают последним.
Известно также, что волокна шелка значительно более гибки
по сравнению с волокнами хлопка, тем не менее прочной бума-
ги из шелковых нитей получить нельзя, а из хлопковых воло-
кон получают. Наши опыты получения бумаги из тонких
(6 мкм) и гибких стеклянных волокон показали, что обычными
методами бумажного производства из этих волокон нельзя
получить листа бумаги. Все это свидетельствует о том, что
одной гибкости волокон недостаточно для получения прочного
бумажного полотна.
Процесс набухания является необходимой предпосылкой
всех прочих явлений, происходящих при размоле волокнистой
массы в размалывающих аппаратах. Набухание волокон уско-
ряет процесс размола и, что весьма существенно, облегчает
образование на поверхности волокон тонких и тончайших фиб-
рилл, способствующих в дальнейшем скреплению волокон меж-
ду собой. При смачивании целлюлозы водой контакт между
ними происходит в первую очередь через гидроксильные груп-
пы на поверхности волокон. Затем вода проникает через меж-
мицеллярные пространства и связывается с гидроксильными
группами на поверхности мицелл, что и служит причиной
набухания волокон. Внутрь мицелл вода не проникает. Набуха-
ние способствует разрыву первичной оболочки волокон, обна-
жению внутренних поверхностей и, следовательно, росту удель-
ной развернутой поверхности волокон, что в свою очередь
увеличивает количество взаимных контактов целлюлозных
цепей, и вследствие этого повышается прочность листа. При
набухании волокон связь между мицеллами и микрофибрилла-
ми ослабляется, что и способствует ускорению размалывающе-
го эффекта. Чрезмерное набухание основной части волокна
нежелательно, так как прочность волокна при этом резко сни-
жается из-за нарушения его целостности.
Структурно упорядоченная, или, как ее условно называют,
кристаллическая область технической целлюлозы, и структурно
неупорядоченная (аморфная) ведут себя по отношению к воде
злично. Аморфные области целлюлозы более доступны про-
никновению воды и набуханию. Поэтому, когда при размоле
н”звертывается наружная поверхность волокон, этим самым
процесс размола сам себя интенсифицирует.
' 3. А. Роговин [117] указывает, что в результате процесса
пазмола волокон древесной целлюлозы резко снижается плот-
ность целлюлозного материала (с 1,541 до 1,411 г/см3), повы-
шаются сорбция влаги (с 7,84 до 14,5%) и теплота растворе-
ния (от 163 до 242 кДж/кг) с одновременным снижением теп-
лоемкости на 13%. После обработки размолотой целлюлозы
горячей водой при температуре 80—85° С ее плотность вновь
повышается, а сорбция ею влаги снижается до значений,
характерных для исходной целлюлозы. Эти явления автор свя-
зывает с наличием в целлюлозе двух различных фазовых
состояний: увеличением в результате размола содержания
аморфной фазы и повышением степени упорядоченности (ре-
кристаллизации) в результате обработки горячей водой.
В целлюлозе высокого выхода содержится большое количе-
ство гемицеллюлоз, что, казалось бы, должно способствовать
набуханию волокон и возникновению прочных межволоконных
связей. Между тем в действительности целлюлоза высокого
выхода сильно не набухает, так как лигнин препятствует набу-
ханию гемицеллюлоз, а также образованию на поверхности
волокон тонких и тончайших фибрилл. Поэтому целлюлоза
высокого выхода труднее размалывается, чем целлюлоза нор-
мального выхода.
Делигнификация растительных волокон в процессах суль-
фитной и сульфатной варок в значительной мере изменяет их
структуру и бумагообразующие свойства, в том числе и способ-
ность размалываться. По мере делигнификации возрастает
удельная поверхность волокон и объем их пор. С. И. Лерман
приводит данные, ссылаясь на наблюдения А. Вордропа, кото-
рый для определения удельной поверхности волокон применял
метод адсорбции азота (табл. 2).
По данным из того же источника, удельная поверхность
полностью набухших волокон примерно в 200 раз больше, чем
сухих.
Придавая большое значение набуханию волокон, Ф. Вульч
считает желательным выдерживание целлюлозы в воде перед
ее размолом в течение 4 ч. Он отмечает, что при этом повыша-
ется степень помола бумажной массы и вырабатываемая бума-
га оказывается более прочной, а предварительное набухание
целлюлозы при концентрации свыше 3,5% приводит к увеличе-
нию показателей прочности на величину до 15%.
Насколько важно набухание волокон в процессе их размо-
ла, видно из следующего. Если размол растительных волокон
осуществлять не в воде, а в каком-либо органическом раство-
рителе, в котором они не набухают, то получить прочную бума-
гу из такой массы невозможно. Однако можно получить высо-
2. Изменение удельной поверхности и объема пор волокон
по мере их делигнификации
Выход, % Содержание лигнина, % Удельная поверхность волокон, м2/г Объем пор, см3/г Средний размер —7 пор X10 , мм
95,0 Сульфитный способ варки 4,1 0,007 35
92,1 27,4 23,0 0,029 25
77,6 — 266,0 0,350 26
73,0 27,1 340,0 0,538 32
72,4 —' 303,0 0,515 34
68,2 23,9 336,0 0,695 41
62,0 18,1 308,0 0,590 38
53,4 Н.1 219,0 0,358 33
50,4 6,8 186,0 0,334 37
95,4 Сульфатный способ варки 13,3 0,019 28
92,1 — 27,5 0,037 27
86,8 — 112,0 0,131 24
79,5 <— 241,0 0,282 24
73,9 29,9 282,0 0,426 30
72,7 27,3 280,0 0,437 30
64,4 23,0 350,0 0,655 38
57,7 17,2 293,0 0,552 38
50,2 10,1 264,0 0,552 42
47,6 7,3 274,0 0,578 42
кие показатели механической прочности бумаги, изготовленной
из таких волокон, если привить к этим волокнам группы, спо-
собствующие набуханию волокон в использованном для размо-
ла органическом растворителе.
Набухание и гидратация целлюлозных волокон проявляют
экзотермический характер, т. е. сопровождаются выделением
тепла. Таким образом, с понижением температуры способность
волокон связывать воду и набухать в ней увеличивается. Прак-
тика работы бумажных фабрик показывает, что процесс раз-
мола легче и быстрее протекает в зимнее время, в условиях
более холодной производственной воды, чем в летнее. В таких
условиях волокна лучше фибриллируются. Это положительно
сказывается на прочности изготовляемой бумаги. Если процесс
размола осуществляется при повышенной температуре, то
вследствие недостаточного набухания волокон они не приобре-
ают нужной гибкости, слабо фибриллируются и относительно
легко рубятся в поперечном направлении. Бумага, полученная
Из таких волокон, обладает невысокой механической прочнос-
тью и пористостью.
О. Вурц приводит данные о влиянии температуры массы
при размоле на механическую прочность изготовляемой бумаги.
Один и тот же волокнистый материал в сравнимых условиях
размалывался при поддержании постоянной температуры 6° С
и 85° С. Для достижения одной и той же степени помола массы
во втором случае потребовалось значительно больше времени.
В первом случае была получена бумага с числом двойных
перегибов свыше 6000. Во втором же случае не удавалось
получить бумагу с числом двойных перегибов более 240.
X. Мак и Р. Баумгартен провели опыты размола при разной
температуре различных волокнистых материалов: небеленой
еловой сульфитной, беленой еловой сульфитной, беленой буко-
вой сульфитной, беленой соломенной целлюлозы, небеленой
древесной массы и бурой древесной массы. Опыты показали,
что процесс размола, осуществленный при низких температурах
за счет оснащения размалывающего оборудования охлаждаю-
щими устройствами, дает возможность улучшить показатели
механической прочности вырабатываемой бумаги и значительно
уменьшить расход энергии на размол.
При смачивании волокон целлюлозы водой и их набухании
выделяется тепло. Экзотермичность процесса обусловлена гид-
ратацией функциональных групп целлюлозы, в основном гид-
роксильных. Очевидно, что, чем больше гидроксильных групп
доступно воздействию воды, тем больше выделяется тепла.
Термодинамические исследования системы целлюлоза — вода
были проведены во Всесоюзном научно-исследовательском ин-
ституте бумажной промышленности (Ленинград). Эти исследо-
вания, осуществленные при размоле различных видов целлю-
лозы с параллельным определением разрывной длины получа-
емых отливок бумаги, показали, что экстремальное значение
теплоты смачивания соответствует для каждого вида целлюло-
зы точке перегиба на кривой развития сопротивления бумаги
разрыву. Это дало основание высказать предположение о том,
что положение максимумов на кривых зависимости теплоты
смачивания от времени размола соответствует началу преобла-
дающего воздействия на прочность бумаги процесса деструк-
ции волокон. Было установлено, что целлюлозе, обнаружившей
высокие значения теплоты смачивания в исходном состоянии,
соответствуют и повышенные экстремальные величины теплоты
смачивания, достигаемые в процессе размола.
Работа показала также, что в процессе размола количество
связываемой целлюлозой воды изменяется незначительно. Это
соответствует и результатам наших наблюдений, осуществлен-
ных с использованием метода ядерной магнитной релакса-
Если повышение температуры массы при ее размоле являет-
ся мероприятием нежелательным и удлиняющим процесс раз-
мола в аппаратуре периодического действия, то на первый
взгляд кажется противоречивым, почему для ускорения обра-
ботки волокнистых материалов в гидроразбпвателях часто
подогревают используемую при этом воду. На самом деле
никакого противоречия здесь нет. В гидроразбивателе осущест-
вляют не процесс размола, а лишь разбивку бумажной маку-
латуры, листовой целлюлозы или оборотного бумажного брака
на отдельные волокна. Очевидно, что эта разбивка произойдет
легче и быстрее, если вода возможно скорее проникнет в поры
волокнистого материала и ослабит при этом межволоконные
силы связи. Повышение температуры воды способствует сни-
жению ее вязкости, что и облегчает проникновение воды
в поры волокнистого материала, а следовательно, и облегчает
процесс разделения материала на отдельные волокна.
Повышение температуры оказывает благоприятное влияние
также при размоле в условиях густой концентрации массы
в дисковых мельницах жестких волокон полуцеллюлозы, осо-
бенно из лиственных пород древесины. При этом наблюдается
сокращение расхода энергии на размол и повышение показате-
лей механической прочности изготовляемой бумаги. Это связа-
но с лучшим проникновением воды при разделении и фибрил-
лировании волокон и с повышением пластичности подобных
жестких волокон, облегчающих их фибриллирование. Уменьше-
ние степени набухания волокон из-за повышения температуры
массы в данном случае оказывает второстепенное влияние на
результаты процесса размола.
1.1.3. Переменные факторы процесса и способы размола
В зависимости от режима размола (видов подвергаемого
размолу волокнистого материала и размалывающего оборудо-
вания, а также в зависимости от принятых параметров удель-
ного давления, концентрации, температуры массы и других пе-
ременных факторов процесса) могут быть получены различные
свойства размолотой волокнистой массы и, следовательно, раз-
личные свойства изготовляемой бумаги. Тем не менее для раз-
мола целлюлозы из хвойных пород древесины могут быть пред-
ставлены типичные графики развития основных свойств во-
локнистого материала в процессе размола исходных волокон.
На рис. 6, по данным С. Н. Иванова, изображено такое типич-
ное изменение основных свойств бумаги, изготовленной из
древесной целлюлозы, которая повергалась размолу до различ-
ной степени помола. Из рисунка видно, что в результате про-
цесса размола возрастают силы связи между волокнами. Это
объясняется увеличением наружной поверхности волокон,глав-
ным образом за счет их фибриллирования. Этот факт в боль-
шинстве случаев способствует увеличению основных показате-
лей механической прочности бумаги. Одновременно снижается
гоедняя длина размалываемых волокон, что, как правило, при
далеко идущем процессе способствует уменьшению величины
основных показателей механической прочности бумаги. Таким
образом, в процессе размола на показатели механической проч-
ности изготовляемой бумаги оказывают влияние факторы, дей-
ствующие в противоположных направлениях. В начале размола
преобладает действие факторов, оказывающих положительное
влияние на показатели механической прочности бумаги (увели-
чение гибкости волокон вследствие их набухания, рост сил свя-
зи между волокнами), что сказывается на увеличении основных
показателей механической прочности. Однако на некотором эта-
пе процесса размола сильно возрастает влияние отрицательного
фактора (укорочения волокон). Происшедшие при этом коли-
чественные изменения длины волокон вызывают качественные
изменения в развитии основных показателей механической проч-
ности, которые под преобладающим влиянием этого фактора
начинают снижаться. Для каждого из показателей механиче-
ской прочности бумаги степень помола, соответствующая макси-
мальному значению данного показателя, различна, о чем более
подробно указано при рассмотрении соответствующих показа-
телей механической прочности бумаги.
Рис. 6. Типичное изменение основных
свойств бумаги в зависимости от сте-
пени помола массы:
/ — разрывная длина; 2 — сопротивление
излому; 3 — сопротивление раздиранию; 4 —
средняя длина волокон; 5 — сила связи
между волокнами; 6 — впитывающая спо-
собность; 7 — воздухопроницаемость; 8 —
деформация при намокании; 9 — плотность
На рис. 7 графически представлена способность различных
видов целлюлозы размалываться (увеличивать степень помола
во времени) при всех прочих равных условиях. Способность
различных волокнистых материалов подвергаться действию раз-
мола зависит от их строения, химического состава, исходной
прочности, степени полимеризации и фракционного состава.
Низкомолекулярные фракции, к которым относятся и гемицел-
люлозы, в значительной степени определяют склонность воло-
кон к размолу и последующему листообразованню. При недо-
статочном содержании в целлюлозе низкомолекулярных фрак-
ций и повышенном содержании а-целлюлозы получить прочную
бумагу не удается.
Опыты размола различных видов лиственной и хвойной
целлюлозы, проведенные в строго одинаковых условиях, пока-
зали, что сульфитная целлюлоза размалывается быстрее, чем
сульфатная из того же вида древесины, а лиственная целлюло-
за— быстрее, чем хвойная. По скорости размола различные
виды целлюлозы располагаются в следующем порядке: тополе-
вая, осиновая, березовая, еловая. Целлюлоза из молодой лист-
венной древесины быстрее размалывается, чем из лиственной
древесины старшего возраста, сильнее гидратируется, но труд-
нее обезвоживается.
Рис. 7. Способность различных видов целлюлозы размалываться в мельни-
це ЦРА:
/ — соломенная сульфатная беленая; 2 — буковая сульфитная беленая; 3 — еловая
сульфитная беленая для искусственного шелка; 4 — еловая сульфитная беленая для
бумаги; 5 — еловая сульфитная небеленая для бумаги; 6 — из хвойных пород дре-
весины сульфатная беленая для бумаги; 7 — сосновая сульфатная небеленая для бу-
маги; 8 — из хвойных пород древесины сульфатная беленая облагороженная для бу-
маги
Обычно процесс размола волокон в начальный период про-
текает медленно, с медленным нарастанием степени помола
массы. Далее он заметно ускоряется, а при высокой степени
помола массы —опять замедляется.
Показатели механической прочности бумаги в основном на-
растают за начальный период размола исходной бумажной
массы. Таким образом, обнаруживается несоответствие между
нарастанием в процессе размола степени помола бумажной
массы и ростом механической прочности вырабатываемой бу-
маги. Это несоответствие Н. П. Перекальский и В. Ф. Филатен-
ков объясняют особенностями расположения гемицеллюлоз
в растительных волокнах. Примерно половина гемицеллюлоз
располагается в наружных областях клеточной стенки волокон,
т. е. в тех областях, которые уже в начальной стадии процесса
размола имеют тенденцию к отслаиванию под воздействием
размалывающей гарнитуры и способствуют образованию в даль-
„ейшем прочных связей между волокнами, следствием чего
является заметный рост прочности бумаги.
Если процесс размола вести энергично при относительно вы-
соком удельном давлении, то обычно применительно к суль-
фитной целлюлозе уже после 60° ШР заметно разрушаются
волокна и уменьшается механическая прочность вырабатывае-
мой бумаги. Упомянутые авторы делают вывод, что для полу-
чения бумаги максимальной прочности не следует волокнистый
материал интенсивно размалывать, нужно воздействовать на
волокно так, чтобы освобождались содержащиеся в его наруж-
ных слоях гемицеллюлозы, частично или полностью разрушался
наружный слой вторичной стенки и сохранялся неразрушенным
средний слой. Подобная обработка без рубки волокон бывает
при размоле волокнистых материалов ультразвуком, высоко-
частотными механическими пульсирующими воздействиями,
электрогидравлическим ударом и т. п.
По мнению Г. Сентолы и Д. Боррузо, положительное влия-
ние на размол гемицеллюлоз во многом определяется их рас-
положением в отдельных участках волокна, что создает прерыви-
стость структуры, способствующую фибриллированию. Ф. Вульч
и Р. Шмут наблюдали за изменением в процессе размола
свойств отдельных фракций беленой сульфитной целлюлозы,
отличающихся между собой по длине волокон. Фракционирова-
ние осуществлялось на классификаторе Кларка с использова-
нием сит четырех различных размеров отверстий. Одновремен-
но исследовалось изменение в процессе размола свойств не-
фракционированной целлюлозы. Размол осуществлялся в ла-
бораторных и в производственных условиях с использованием
различных размалывающих аппаратов. В результате проведен-
ных наблюдений установлено, что независимо от вида исполь-
зованного размалывающего аппарата разрывная длина, сопро-
тивление продавливанию и плотность бумаги из нефракциони-
рованной целлюлозы неизменно были более высокими, чем
соответственно те же показатели отдельных фракций. Однако
сопротивление раздиранию находится в прямой зависимости от
длины волокон и у бумаги из длинноволокнистой фракции цел-
люлозы оно было наиболее высоким (рис. 8).
Таким образом, по показателям сопротивления бумаги раз-
диранию можно сравнить рубящее действие различных разма-
лывающих аппаратов, которые использовались при изготовле-
нии массы соответственно для выработки сравниваемых образ-
цов бумаги. Опыты Л. Риса также свидетельствуют о том, что
в отличие от естественной мелочи, являющейся частью техни-
ческой целлюлозы, мелочь, полученная в результате размола
Растительных волокон, способствует повышению показателей
механических свойств изготовляемой бумаги.
Работой, выполненной в Польской Народной Республике,
Установлено, что мелочь является естественным связующим
бумажной массе и существенно влияет на ее бумагообра-
зующие свойства. При этом влияние мелочи тем сильнее, чем
большей жесткостью обладают волокна. Именно поэтому это
влияние применительно к сульфатной целлюлозе сильнее, чем
для сульфитной. С увеличением степени помола бумажной мас-
сы влияние мелкой фракции на свойства бумаги ослабляется.
В работе отмечается, что повышение в определенных пределах
содержания мелочи в бумаге способствует повышению плотности,
разрывной длины, удлинению бумаги до разрыва и снижению
ее сопротивления раздиранию. Регулирование содержания ме-
лочи в бумаге дает возможность воздействовать на ее показа-
тели качества и соответственно на ее потребительские свойства.
Рис. 8. Изменение физико-механических свойств целлюлозы и ее фракций
в процессе размола:
а — плотность; б — сопротивление продавливанию; в — разрывная длина; г — сопро-
тивление раздиранию; 1 — несанкционированная целлюлоза; 2 — фракция 14 меш;
3 — фракция 30 меш: 4 — фракция 50 меш; 5 — фракция 100 меш
В тридцатых годах текущего столетия на предприятиях отечественной
бумажной промышленности в результате предварительно проведенной ис-
следовательской работы началась постепенная замена размалывающих аппа-
ратов периодического действия (роллов) аппаратами непрерывного дейст-
вия (коническими мельницами).
В настоящее время роллы почти полностью вытеснены ко-
ническими мельницами режущего действия (с наборной гарни-
турой) и коническими мельницами гидратирующего действия
. лИТОй гарнитурой). Эта повсеместная замена роллов способ-
вовала упорядочению и стабилизации процесса размола бу-
мажной массы при выработке самых различных видов бумаги
/вплоть до конденсаторной), сокращению расхода энергии на
пазмол ввиду того, что конические мельницы имеют более высо-
кий коэффициент полезного действия, чем роллы даже наиболее
совершенной конструкции, повышению производительности тру-
да обслуживающего персонала и сокращению площади, зани-
маемой размалывающими аппаратами.
Конические мельницы с наборной гарнитурой отличаются от
мельниц с литой гарнитурой (гидрофайнеров) меньшими ши-
риной ножей и окружной частотой вращения ротора. Они рабо-
тают при более низкой концентрации волокнистой массы (2,5—
4%) и способствуют укорочению размалываемых волокон.
В конических мельницах с литой гарнитурой для обеспечения
движения массы повышенной концентрации (до 6%) на валу
ротора находится крыльчатка. Эти мельницы при небольшой
занимаемой площади отличаются относительно высокой произ-
водительностью. Их применение способствует получению фиб-
риллированной бумажной массы без значительного сокращения
длины волокон. Такую массу используют при выработке проч-
ных видов бумаги с сомкнутой структурой поверхности. Кони-
ческие же мельницы с наборной гарнитурой обеспечивают полу-
чение массы, состоящей из укороченных и слабо фибриллиро-
ванных волокон. Такая масса пригодна для выработки пухлых
видов бумаги, отличающихся повышенными показателями пори-
стости, воздухопроницаемости и впитывающей способности. Для
широкого ассортимента видов бумаги успешно применяют двух-
ступенчатую схему размола с установкой гидрофайнеров и ко-
нических мельниц с наборной гарнитурой (мельниц Жордана).
За последнее время наблюдается интенсивное использование
в качестве размольной аппаратуры дисковых размалывающих
аппаратов, называемых дисковыми мельницами или дисковыми
рафинерами, которые постепенно вытесняют не только роллы,
но и конические мельницы при выработке различных видов
бумаги, например конденсаторной [23]. Особенно перспективно
использование дисковых размалывающих аппаратов для раз-
мола сульфатной небеленой целлюлозы при выработке мешоч-
ной бумаги. При этом установлено, что размол при повышен-
ных концентрации и окружной скорости диска способствует
гидратации массы при незначительном укорочении волокон
и обеспечивает получение бумаги, мешки из которой обладают
повышенной динамической прочностью. Известно, что на одном
предприятии этот размол осуществлен в две ступени. На пер-
вой ступени установлены две дисковые мельницы с двигателя-
ми по 1600 кВт, осуществляющими размол сульфатной целлю-
лозы при концентрации 32%. На второй ступени работают три
подобных мельницы с двигателями мощностью по 1700 кВт,
Размалывающих целлюлозу при концентрации 12%. Расход
энергии на размол составляет на первой ступени 864 МДж, на
второй — 360 МДж.
Было выяснено, что применение подобной технологической
схемы размола сульфатной целлюлозы при выработке мешоч-
ной бумаги обеспечивает возможность получения бумаги с вы-
сокими показателями сопротивления раздиранию и удлинения
до разрыва. Растяжимость бумаги составляла 7—9% Для ее
поперечного направления и 3,5—4% для машинного направле-
ния. Полученные высокие показатели качества бумаги позволи-
ли в некоторых случаях заменить в мешках три слоя бумаги
двумя слоями с сохранением при этом постоянной динамиче-
ской прочности (сопротивления удару) мешков.
Осуществление размола целлюлозы при высокой концентра-
ции производится в дисковых мельницах с винтовой подачей
влажной целлюлозной крошки. При этом происходит интенсив-
ное трение волокон друг о друга с их фибриллированием и ма-
лозаметным укорочением. Однако расход энергии на размол
массы при высокой концентрации выше, чем при низкой. Сте-
пень набухания массы, размолотой при высокой концентрации,
как указывают многие авторы, выше, чем у массы, размолотой
при низкой концентрации. Из-за малого содержания в массе
мелких волокон степень помола массы при этом повышается
медленнее, а обезвоживаемость ее на сетке бумагоделательной
машины происходит интенсивнее.
Горячий размол при высокой концентрации (до 25%) обыч-
но используют для обработки полуфабрикатов высокого выхо-
да. Такой размол производится на первой ступени и служит
для разделения на волокна без их повреждений недостаточно
проваренной щепы, а также пучков, вторую ступень размола
в этом случае осуществляют при низкой концентрации (2—3%).
При этом в условиях относительно невысокого удельного дав-
ления происходит частичное фибриллирование волокон и их
некоторое укорочение. Такой размол способствует получению
равномерного просвета бумаги и усилению в ней межволокон-
ных связей.
По данным экспериментальных исследований Ю. С. Астахо-
ва [8], размол жестких волокон лиственной бисульфатной полу-
целлюлозы при изготовлении бумаги для гофрирования не сле-
дует осуществлять при концентрации массы выше 5—7%. При
размоле же хвойной бисульфитной целлюлозы концентрацию
массы полезно повышать до 10% и выше.
Дисковые мельницы успешно применяются также для размо-
ла при концентрации свыше 30% рафинерной массы в произ-
водстве древесной массы при расходе электроэнергии 1800—
2160 МДж на 1 т подвергаемой размолу массы. Применение
подобного рода размола способствует заметному улучшению
качества древесной массы, используемой в производстве газет-
ной бумаги.
При размоле в дисковых мельницах лиственной целлюлозы
получения максимальной прочности бумаги рекомендуется
ДрПользовать диск с максимально возможным числом ножей
при минимальной их ширине и при максимально возможной
скорости вращения диска. Угол наклона ножей к радиальному
направлению оказывает малое влияние на характер обработки
волокон. При постоянном угле наклона ножей статора с увели-
чением угла наклона ножей ротора сопротивление продавлива-
нию, разрывная длина и содержание длинноволокнистых фрак-
ций значительно повышаются, а сопротивление раздиранию
почти не изменяется, но потребление энергии при этом увеличи-
вается. Бумагообразующие свойства и межволоконные связи
вполне удовлетворительно обеспечиваются размолом массы при
низкой концентрации. Однако для получения высокого сопроти-
вления раздиранию и повышенной растяжимости бумаги реко-
мендуется проводить предварительный размол при высокой
концентрации и окончательный размол — при низкой.
Для размола лиственной бисульфитной полуцеллюлозы
применительно к выработке бумаги-основы для гофрирования
IO. С. Астахов рекомендует в качестве оптимальной использо-
вать гарнитуру дисковой мельницы с углом наклона ножей
к радиусу диска в пределах 0—5°, шириной ножей 3 мм и ши-
риной канавок 2— 4 мм.
Размол целлюлозы оказывает существенное влияние на
изменение ее показателя белизны. Опытами установлено, что
в результате размола белизна целлюлозы снижается, причем
степень снижения белизны во многом зависит от состава воды,
используемой при размоле.
Наличие в воде ионов железа приводит к резкому снижению
белизны размалываемой целлюлозы. Значительно более слабое
влияние оказывают ионы марганца и кальция, ионы алюминия
вообще не оказывают заметного влияния на снижение белизны
размалываемой целлюлозы. Более того, ионы алюминия, а так-
же марганца и кальция уменьшают вредное влияние ионов
железа на белизну целлюлозы.
С увеличением степени помола целлюлозных волокон белиз-
на изготовляемой из них бумаги уменьшается независимо от
природы и технологии производства используемой целлю-
лозы.
Немаловажное влияние на изменение степени белизны раз-
малываемой целлюлозы оказывает и pH среды. При
5 и 7 белизна снижалась меньше. При размоле в
среде снижение белизны было большим. Однако конечная
белизна целлюлозы при таком размоле в щелочной среде была
наиболее стабильной при последующей тепловой обработке
Целлюлозы. По-видимому, во время размола в щелочной среде
нейтрализуются некоторые кислые компоненты целлюлозы,
являющиеся причиной ее пожелтения при термической обра-
рН между
щелочной
На предприятиях бумажной промышленности перед произ-
водственниками часто возникает вопрос о том, как лучше
осуществить размол волокнистых компонентов бумаги: совме-
стно или раздельно? Совместный размол полуфабрикатов прак-
тически осуществляется легче, так как не требует наличия
нескольких самостоятельных технологических потоков массы
и размольного оборудования на каждом отдельном технологи-
ческом потоке. Раздельный же размол имеет то существенное
преимущество, что позволяет практически реализовать опти-
мальные условия размола каждого компонента бумаги. При
этом в ряде случаев раздельный размол способствует улучше-
нию показателей сопротивлений раздиранию и излому, а также
впитывающей способности бумаги. Поэтому отмечается, что
в случае, когда в композицию бумаги входят два различных
вида целлюлозы, размол их целесообразно осуществлять раз-
дельно. Эту рекомендацию чаще всего относят к предприятиям
большой производительности. Точно так же в случаях изготов-
ления бумаги, в композицию которой входят целлюлоза и дре-
весная масса (например, газетной), целлюлоза размалывается
отдельно, после чего она смешивается с неподвергаемой размо-
лу древесной массой. Однако, как показали длительные наблю-
дения, в производственных условиях на ряде бумажных фабрик
(Малинской, Змиевской, Славутской, «Спартак») при выработ-
ке папиросной бумаги, содержащей в композиции 50% тряпич-
ных беленых льняных волокон и 50% волокон сульфитной беле-
ной целлюлозы, лучшие результаты по качеству изготовляемой
бумаги и расходу электроэнергии на размол были обнаружены
при смешанном размоле, который и осуществлялся практически
на указанных фабриках.
С. Н. Иванов и Г. Н. Горбачева опытным путем показали,
что при малом количестве (до 30%) целлюлозы лиственных
пород в композиции бумаги, содержащей также целлюлозу
хвойных пород древесины, не наблюдается существенных пре-
имуществ раздельного размола перед совместным. Однако эти
преимущества обнаруживаются (особенно по показателю сопро-
тивления бумаги излому) при содержании в композиции более
50% целлюлозы лиственных пород. Поэтому авторы рекоменду-
ют при малом содержании в бумаге целлюлозы лиственных
пород применять совместный размол, а при повышенном
содержании — раздельный размол.
На технической конференции ТАППИ в 1973 г. в докладе
М. Салтарелли было высказано мнение, что если в композицию
бумаги входит несколько видов волокнистых полуфабрикатов,
то каждый компонент, содержание которого в общей массе
превышает 20%, следует размалывать отдельно.
Сравнительные исследования совместного и раздельного
размолов были осуществлены также Е. Хехлером. Композиция
опытной бумаги состояла из беленой березовой сульфатной
целлюлозы (40%) и различных еловых сульфитных и сульфат-
ВИДОВ целлюлозы (60%). При постоянной продолжитель-
ИЬ'Т11 процесса размола более высокие показатели разрывной
Н°цны и сопротивления продавливанию готовой бумаги были
пучены в результате раздельного размола полуфабрикатов.
Однако показатели сопротивления раздиранию, впитывающей
способности и пухлости бумаги оказались повышенными в ре-
зультате совместного размола полуфабрикатов. Степень помо-
па при раздельном размоле увеличивалась быстрее.
М. М. Гринберг провела опыты размола полуфабрикатов
в лабораторных и в производственных условиях. Ею была
показана целесообразность совместного размола соломенной,
тростниковой и хвойной видов целлюлозы. Полученные при
этом положительные результаты упомянутый автор объясняет
тем, что уже в начальной стадии размола соломенной или
тростниковой, целлюлозы в раствор выделяется значительное
количество гемицеллюлоз, которые благоприятно влияют на
скорость разработки волокон и на свойства конечного продукта.
Таким образом, вопрос о раздельном или смешанном раз-
моле полуфабрикатов бумаги не может быть однозначно решен
в пользу раздельного. В каждом отдельном случае вопрос надо
решать в зависимости от ряда условий, и в первую очередь от
вида и композиции вырабатываемой бумаги, имеющегося раз-
малывающего оборудования, объема производства и пр.
С точки зрения получения высокого качества изготовляемой
бумаги и обеспечения стабильности технологического процесса
можно считать доказанной целесообразность отдельного размо-
ла оборотного бумажного брака и дозирования его при состав-
лении композиции бумаги в качестве самостоятельного компо-
нента.
На современных предприятиях бумажной промышленности
осуществляется непрерывный' процесс размола волокнистых
полуфабрикатов. Тем не менее на некоторых предприятиях,
особенно малой производительности, практикуют циклический
размол волокнистых материалов. В связи с этим Ф. Вульч
считает, что при циклическом процессе размола достигаются
по сравнению с непрерывным размолом более высокие показа-
тели разрывной длины, а также сопротивлений продавливанию
и изгибу бумаги при одновременном снижении величины пока-
зателя сопротивления бумаги надрыву.
Целлюлоза, поступающая на бумажную фабрику жидким
потоком или после разбивки листов в гидроразбивателе, пред-
ставляет собой суспензию, состоящую из волокон различной
Длины. Размол такой массы, неоднородной по длине волокон,
неизбежно связан с известным и ненужным укорочением и без
того коротковолокнистой фракции, что может отрицательным
образом сказаться на свойствах изготовляемой бумаги. Из-за
пасения этого иногда предпочитают вести процесс размола
ЛСьма осторожно при сравнительно малом удельном давлении,
°> в свою очередь, может привести к отрицательным явлени-
ям: недостаточной разработке длинноволокнистой фракции
с удлинением при этом процесса размола и повышением расхо-
да энергии на этот процесс. При этом все же не исключено
нежелательное укорочение коротких волокон. Эти соображения
привели в свое время к выводу о целесообразности при выра-
ботке бумаги, состоящей из композиции целлюлозных волокон
и коротких волокон древесной массы, осуществлять раздельный
размол только волокон целлюлозы. Как известно, это способст-
вовало резкому сокращению расхода энергии на размол при
улучшении качества изготовляемой бумаги.
Дальнейшим развитием указанных соображений является
мысль о целесообразности фракционирования целлюлозной сус-
пензии по длине волокон с осуществлением процесса размола
по оптимальному режиму только ее наиболее длинноволокни-
стой части. При этом было бы полезным перед фракциониро-
ванием целлюлозы осуществлять ее предварительный легкий
размол для того, чтобы окончательный размол производить
только для длинноволокнистой фракции или по оптимальному
для каждой фракции режиму.
В этом направлении проводились опыты, о которых сооб-
щалось в одном из докладов на ежегодной конференции техни-
ческой секции Канадской ассоциации целлюлозно-бумажной
промышленности. Сульфатная небеленая целлюлоза подверга-
лась легкому предварительному размолу, после чего разделя-
лась на три фракции по длине волокон, которые затем разма-
лывались отдельно. В результате было отмечено повышение
прочности изготовляемой бумаги 10—15% при сокращении
расхода энергии на размол на 25—30% и соответствующем
снижении себестоимости бумаги. В том же докладе сооб-
щалось, что длинноволокнистую фракцию при фракционирова-
нии макулатурной массы из гофрированного картона (эта
фракция составляла 50% от всей массы) успешно использовали
вместо сульфатной целлюлозы для отлива поверхностного слоя
крафт-лайнера. При этом себестоимость продукции значительно
уменьшилась без ухудшения прочности картона.
Работы по раздельному размолу фракций волокнистых мате-
риалов перспективны и заслуживают продолжения и развития.
Также интерес представляют работы по составлению компози-
ции бумаги из потоков одной и той же целлюлозы, размолотой
до разной степени помола. Например, вместо того, чтобы весь
поток целлюлозы размалывать до 40° ШР, возможно, окажется
целесообразным с точки зрения качества готовой продукции
и экономии энергии на размол подвергать размолу до более
высокой степени (например, до 70—80° ШР) примерно 10%
потока, а остальные 90% лишь слегка подмолоть на несколько
°ШР для активации поверхности волокон. Для практического
применения подобного рода решений необходимо предваритель-
но провести соответствующую углубленную исследовательскую
работу применительно к конкретным условиям изготовления
о или иного вида бумаги и с учетом практической возможно-
т осуществления двух или нескольких самостоятельных тех-
нологический потоков массы вместо одного.
1 Особый интерес представляет обработка растительных воло-
кон в поле ультразвуковых и высокочастотных механических
колебаний. Вследствие кавитации, т. е. разрывов сплошности
жидкости, сопровождаемых гидравлическими ударами, наблю-
дается разделение пучков волокон на отдельные волокна,
а также эффект размола самих волокон без заметного их укоро-
чения. При этом отливаемая бумага по сравнению с бумагой из
целлюлозы, размолотой обычным образом, обнаруживает повы-
шенное сопротивление раздиранию при пониженной разрывной
длине. В соответствующих аппаратах промышленного типа
волокна обычно подвергаются сложному комбинированному
воздействию высокочастотных колебаний и гидродинамическому
воздействию. Такие установки особенно пригодны для завер-
шения роспуска на волокна волокнистых материалов после
гидроразбивателя (целлюлозы, бумажного брака и макулату-
ры), а также для некоторого размола целлюлозы (особенно
коротковолокнистой из лиственных пород древесины) при
выработке впитывающих и пухлых санитарно-бытовых видов
бумаги.
1.1.4. Размол в воздушной среде (сухой размол)
Обычно в бумажном производстве размол волокон осущест-
вляют в водной среде, которая способствует набуханию расти-
тельных волокон, их последующему фибриллированию и полу-
чению готовой бумаги с достаточно высокими показателями
сомкнутости структуры и механической прочности. Таким обра-
зом, при выработке плотной и прочной бумаги размол исход-
ных волокон в водной среде благоприятствует получению тре-
буемых показателей качества изготовляемой бумаги. В случае
же выработки пористых видов бумажной продукции (фильтру-
ющие и впитывающие материалы) даже кратковременный раз-
мол исходных растительных волокон в водной среде влечет за
собой некоторые технологические осложнения, связанные
с уменьшением пористости — показателя бумаги, характеризую-
щего в данном случае ее основные потребительские свойства.
Поэтому при выработке подобной продукции стараются исполь-
зовать в композиции бумаги целлюлозу с высоким содержани-
ем та-целлюлозы (чаще всего хлопковую), сравнительно мало
Ужирпяющуюся при размоле, а также химические волокна. Сте-
пень помола хлопковой целлюлозы ограничивают при этом
очень малой величиной, так как с увеличением ее степени помо-
Ла всего лишь с 12 до 18°ШР, как установил М. Р. Каган,
интегральный объем пор полученной бумаги снижается почти
на 30% с одновременным снижением объема крупных макропор
°чти в 2 раза. Многочисленные наблюдения показали, что
размол хлопковой целлюлозы в водной среде сопровождается
неизменно избирательным воздействием на снижение объема
макропор изготовляемого волокнистого материала и его доли
в общем интегральном объеме пор.
Для выработки высокопористых волокнистых материалов
(бумаги, картона) большой интерес представляет размол расти-
тельных волокон не в водной, а в воздушной среде, т. е. в ус-
ловиях, когда волокна находятся в воздушносухом состоянии.
Такой размол волокон, получивший название сухого размола
и осуществленный в дисковой мельнице, был исследован
М. Р. Каганом. Он показал, что в то время как при размоле
в водной среде увеличение интенсивности размола с сокраще-
нием длины размалываемых волокон приводит к увеличению
степени помола массы и замедлению процесса ее обезвожива-
ния, при размоле же волокон в воздушной среде с укорочением
волокон наблюдается обратное явление: уменьшение степени
помола волокон и ускорение процесса их обезвоживания.
При размоле воздушносухих волокон целлюлозы в диско-
вой мельнице уменьшением величины зазора между дисками
мельницы осуществляют регулируемое укорочение волокон, со-
провождаемое соответствующим ростом их удельной поверхно-
сти с приданием им повышенной садкости и скорости обезво-
Зазор между дисками, мм
Рис. 9. Влияние величины зазо-
ра при сухом размоле хлопковой
целлюлозы на:
1 — среднюю длину волокон; 2 —
степень помола массы
живания при одновременном сни-
жении водоудерживающей й свя-
зеобразующей способностей во-
локон.
Влияние величины зазора
между дисками мельницы при
размоле хлопковой целлюлозы на
среднюю длину волокон и сте-
пень их помола показано на
рис. 9.
Сведения о некоторых пара-
метрах волокнистой массы, под-
вергнутой размолу в воздушной
среде, приведены в табл. 3. Из
приведенных данных табл. 3 вид-
но, что способность размолотых
в сухом состоянии волокон к вза-
имодействию с водой имеет тен-
денцию к увеличению, о чем сви-
детельствует по мере повышения интенсивности процесса сухого
размола рост интегрального теплового эффекта при смачивании
волокон водой, а также количества доступных гидроксилов
и связываемой воды.
В процессе размола сухих волокон происходит термомехани-
ческая их деструкция, сопровождаемая комплексом физико-хи-
мических изменений в их структуре и свойствах: снижается со-
держание а-целлюлозы, повышается истинная плотность хлоп-
3. Свойства волокон, подвергнутых размолу в воздушной среде
—— Параметры Величина параметра бумажной массы из целлюлозы
хлопковой небеленой сульфат- ной марки Э-1
исход- ной размолотой при зазоре, мм исход- ной размолотой при зазоре, мм
0,1 0,3 1.3 0,3
Время обезвоживания, с Скорость обезвоживания, см3/с 34,8 29,2 26,5 51,8 41,5 33,8
11,5 13,7 15,1 7,7 9,6 11,9
Время оседания волокон в водной среде, с 11,0 10,0 6,5 26,0 18,0 9,8
Водоудержание по Джайме, % 69 65 40 — — —
Весовое содержание мелких волокон, % до 10 20,9 34,0 — — —
Водная поверхность волокон целлю- лозы по сорбции паров воды, м3/г 90,90 90,25 91,64 127,03 133,98 138,72
Удельная поверхность волокон по адсорбции криптона (метод БЭТ), м2/г 0,246 — 0,429 0,321 — 0,466
Интегральный тепловой эффект при смачивании водой, Дж/г 44,4 44,0 46,9 56,6 57,4 59,1
Количество доступных гидроксилов, % 37,7 37,3 39,8 48,0 48,7 50,1
Количество связываемой воды, % 13,2 13,1 14,0 16,8 17,1 17,6
Истинная плотность волокон, г/см3 1,519 1,520 1,578 1,550 1,578 —'
Интегральный объем пор в волок- нах, см3/г 0,754 0,724 0,356 0,489 0,265 0,183
Содержание а-целлюлозы, % 99,40 98,24 96,83 86,97 85,56 83,45
Степень полимеризации 1300 1250 ИЗО — — —
новых волокон, уменьшается интегральный объем пор в волок-
нах, наблюдается вследствие перегрева дегидратация волокон,
способных к интенсивному впитыванию воды и быстрому осе-
данию в ее среде.
. Последующие наблюдения показали существенные изменения в порис-
той структуре волокон, размолотых в воздушной среде. Было отмечено, что
полидисперсный спектр пор в области макро- и переходных пор волокон при
Уменьшении величины зазора между дисками мельниц переходит в моно-
Дисперсный в области макропор волокон. Этот процесс качественно не за-
висит от природы размалываемых волокон. Крупные поры волокон обес-
печивают, по-видимому, их взаимодействие с водой преимущественно по
Механизму капиллярного водопоглощения, хотя волокна сохраняют способ-
ность и к истинной сорбции воды. При этом преобладающей формой связи
лаги с волокнами является легко удаляемая свободная влага, обеспечи-,
акнцая бумажной массе из таких волокон высокую садкость и скорость
обезвоживания, а самим волокнам низкую способность к воДоудерживанию.
Как отмечается в работе [140], при размоле волокон в воз
душной среде наблюдается разрыв химических связей с обра
зованием карбонильных групп, значительно снижается степень
полимеризации целлюлозы и имеет место увеличение отрица
тельного значения ее электрокинетического потенциала. У во-
локон, размолотых в воздушной среде, значительно снижается
их способность размалываться в дальнейшем в водной среде
Работами В. И. Шаркова с сотрудниками [13, 84] показано,
что при относительно длительном размоле сухих волокон цел
люлозы в вибрационной мельнице в них исчезают мелкие поры
и появляются поры среднего размера. Одновременно повышает
ся адсорбционная и реакционная способность целлюлозы. При
этом древесная целлюлоза легче превращается в аморфное,
легкогидролизуемое состояние, чем хлопковая. Отмечается, что
длительный сухой размол волокон целлюлозы в вибрационной
мельнице сопровождается разрушением природной высокоори
оптированной структуры, укорочением макромолекул целлюло
зы и. глубоким разрушением конформации глюкозных звеньев
вплоть до их разрыва с образованием свободных радикалов
Вместе с тем результаты работ, проведенных во Всесоюзном
научно-исследовательском институте бумажной промышленно-
сти по использованию дисковых мельниц для непрерывного
размола волокон в воздушной среде, нашли практическую реа-
лизацию в промышленных условиях при изготовлении фильтру
ющих волокнистых материалов мокрого способа формования
Такие материалы из целлюлозы, подвергнутой размолу в воз-
душной среде, обладают монодисперсной пористой структурой
с высокой и стабильной величиной объемов крупных макропор,
практически не зависящей от интенсивности процесса размола
исходных волокон. Значительный объем макропор и его высо-
кое содержание в общем интегральном объеме пор фильтрую-
щего материала обеспечивают ему относительно малое сопро-
тивление потоку воздуха, большую воздухопроницаемость и по-
вышенную структурную однородность. Было установлено, что
применение способа размола волокон в воздушной среде откры-
вает возможность расширения ассортимента исходных волокон
при производстве высокопористых фильтрующих материалов за
счет использования разнообразных видов древесной цел-
люлозы.
Была установлена также возможность совокупного примене-
ния волокон, размолотых в воздушной среде, с волокнами, раз-
молотыми в водной среде. При этом волокна сухого размола
играют роль активных порообразующих компонентов, а размо-
лотые в водной среде — упрочняющих компонентов полотна
одновременно снижающих его пористость. Подобная технология
при необходимом соотношении тех и других волокон позволяет
целенаправленно регулировать пористость, структурно-фильт-
рационные свойства и показатели физико-механических свойств
фильтрующих материалов мокрого способа формования.
1.1.5. Добавки различных веществ
размол волокнистых материалов обычно связан с большим
сходом электрической энергии, что ведет к значительному
Удорожанию этого процесса. Поэтому представляют большой
интерес все мероприятия, которые ведут хотя бы к частичному
снижению расхода электроэнергии при размоле. Одним из та-
ких мероприятий является осуществление так называемого
химического размола, при котором в бумажную массу
вводят вещества , в какой-то степени заменяющие действие
размола на волокна и при этом придающие бумаге необходи-
мые свойства.
Как свидетельствуют Г. Фридман и А. Гольдштейн, введение в бумаж-
ную массу некоторых химикатов открывает следующие возможности: 1) уве-
личение сопротивлений бумаги продавливанию, разрыву и надрыву; 2) вве-
дение в композицию бумаги повышенного количества коротковолокнистой
целлюлозы и наполнителей без снижения показателей механической проч-
ности бумаги; 3) сокращение расхода электроэнергии и времени размола;
4) увеличение производительности за счет сокращения времени размола;
5) ускорение обезвоживания на сетке, что обеспечивает повышение скорости
бумагоделательных машин, а вместе с тем и увеличение их производитель-
ности; 6) улучшение условий формования полотна бумаги; 7) благопри-
ятное сочетание отдельных свойств бумаги, например большой пористости
при высокой степени механической прочности бумаги; 8) повышение проч-
ности бумаги во влажном состоянии.
На эти же преимущества использования вспомогательных
веществ, добавляемых в бумажную массу, указывает и Дж.
Свэнсон. Он отмечает, что наиболее эффективно действующие
вспомогательные вещества адсорбируются поверхностью цел-
люлозных волокон и слой адсорбированного и сольватирован-
ного вещества увеличивает силы связи между волокнами. При
этом добавки некоторых веществ, введенных в количестве 0,1%
к массе волокон, неравномерно адсорбируются длинными
и мелкими волокнами: мелкие волокна адсорбировали 2%
к массе волокон, длинные — 0,07%.
Экономический эффект от применения в композиции бумаги
различных химикатов огромен и выражается не только в улуч-
шении качества бумажной продукции, но и в сокращении рас-
хода электроэнергии на размол, повышении производительности
оборудования за счет сокращения времени размола, ускорении
обезвоживания на сетке, сокращении простоев оборудования
И пр.
В одной из своих работ Дж. Свэнсон указывает, что в 2000 г.
помимо общего роста производства бумаги и картона значи-
тельно возрастет количество и ассортимент разных химических
веществ, вводимых в бумажную массу и в бумажное полотно
с самым различным целевым назначением.
Рую3™ вещества “огут быть разделены на следующие группы: 1) регули-
прочЦИе рН Среды; 2) проклеивающие вещества; 3) придающие бумаге
5) ЧН^:ть и влагопрочность; 4) придающие бумаге водонепроницаемость;
' Дефлокуляторы растительных волокон; 6) обеспечивающие улучшение
3 2675
обезвоживания; 7) повышающие удержание мелких волокон и наполните,
лей; 8) пеногасители; 9) наполнители, улучшающие оптические и печатные
свойства бумаги; 10) оптические отбеливатели, повышающие кажущуюся
белизну бумаги; 11) красители для окраски и подцветки бумаги; 12) фуц.
гициды, препятствующие образованию слизи и предупреждающие развитие
микроорганизмов в коммуникациях; 13) химикаты, препятствующие отложс
нию смолы; 14) вещества, способствующие увеличению срока службы сукон
и сеток; 15) бактерицидные вещества, препятствующие развитию бактерий;
16) вещества, ограничивающие коррозию оборудования; 17) инсектицидные
вещества, способствующие уничтожению насекомых; 18) вещества, придаю
щие бумажной и картонной продукции огнестойкость; 19) вещества, испол!
зуемые при меловании бумаги (пигменты, связующие и пр.); 20) клей (для
производства гофрированного картона, ламинирующие вещества и пр.);
21) пластификаторы; 22) вещества, сообщающие бумаге или картону не-
проницаемость для прохождения газов, жира и жидкости, ультрафиолете
вых лучей и пр.; 23) вещества, придающие бумаге специальные свойства
(улучшение сжимаемости при печати, снижение растяжимости при увлаж-
нении, снижение тенденции коробиться, скручиваться, подвергаться усадке
и пр.); 24) вещества, снижающие электростатический заряд бумаги; 25) сма-
чиватели.
С целью увеличения прочности бумаги в бумажную массу
обычно добавляют вещества, являющиеся полимерами с отно
сительно высокой молекулярной массой и с большим содержа-
нием гидроксильных групп, способных образовывать водород-
ные связи (манногалактаны, крахмал и пр.). Как указывает
Ф. Вульч, добавка к бумажной массе манногалактанов способ-
ствует увеличению сопротивлений бумаги излому и выщипыва
нию, положительным образом сказывается на уменьшении
склонности бумаги к пылению, повышается величина показате
лей гладкости и удлинения бумаги при ее растяжении. Замет
но улучшается ее просвет и увеличивается удержание наполни
телей. Тот же автор отмечает, что если частично отказаться
от повышения механической прочности бумаги и при добавке
маиногалактана несколько снизить степень помола бумажной
массы, то одновременно достигаются дальнейшие преимущест
ва; повышение показателей сопротивления раздиранию, мя!
кости, светонепроницаемости, впитывающей способности. От
крываются возможности повышения скорости бумагоделатель
ной машины. Вырабатываемая бумага отличается большей ста-
бильностью размеров и большей плоскостностью. Уменьшение
степени помола бумажной массы и связанное с этим уменьше
ние удельного расхода электроэнергии дает возможность со-
кращения издержек производства.
С введением в бумажную массу альгинатов, представляю
щих собой гидрофильные коллоиды, достигается повышение
многих показателей механической прочности бумаги: сопротив
лений разрыву, продавливанию, выщипыванию и истиранию.
Бумага и картон, предназначенные для печати, приобретают
более мягкую и равномерную поверхность. Отмечается повыше
ние удержания минеральных наполнителей и мелких волокон
повышается стабильность размеров бумаги и снижается впиты-
вание чернил, красителей и лаков.
Добавка в бумажную массу полиакриламидов придает бу-
различные свойства в зависимости от молекулярной мас-
МаГдобавляемого полиакриламида. Продукты с малой молеку-
сЫ„ной массой используются в качестве диспергаторов, со сред-
лЯ5 по величине молекулярной массой —для повышения пока-
зателей механической прочности бумаги, высокомолекулярные
продукты — для флотации.
Добавка к целлюлозе перед размолом некоторых субстан-
тивных красителей увеличивает набухание волокон, ускоряет
их размол и увеличивает прочность листа.
Смачивающие и диспергирующие вещества, снижающие по-
верхностное натяжение воды, уменьшают силы, сближающие
волокна при их сушке. Это влечет за собой снижение показате-
лей механической прочности бумаги. Ослабление сил связи
между волокнами наблюдается также при использовании пла-
стификаторов.
Вместе с тем, как указывает В. Боденхеймер, добавка в мас-
су при выработке картона 1% крахмала к массе волокон позво-
лила повысить сопротивление продавливанию на 7% и проч-
ность связи между слоями на 7,5%. Жесткость при этом воз-
росла на 6%) при некотором снижении сопротивления изгибу.
Тот же автор указывает, что полиакриламидная смола в коли-
честве 1,3 кг дает такой же эффект, как и 9 кг крахмала, одна-
ко при этом не увеличивается жесткость и не снижается
сопротивление раздиранию.
На конференции в Людвигсхафене (ФРГ), состоявшейся в ок-
тябре 1972 г., особое внимание было обращено на условия вве-
дения добавок в бумажную массу. Было отмечено, что вспомо-
гательные вещества, используемые в качестве средства для
борьбы со слизеобразованием, следует вводить на тех участках
технологического процесса, которые ближе всего примыкают
к источникам слизеобразования. Повышенные концентрации
этих вспомогательных веществ усиливают их воздействие на
микроорганизмы, вызывающие слизеобразование.
При введении катионных фиксирующих веществ, исполь-
зуемых для борьбы со смоляными затруднениями, рекомендует-
ся их добавка в бумажную массу еще до того, как частицы
смолы начнут соединяться в агломераты. При этом наиболее
действенны малые дозы подобных вспомогательных веществ
(~0,02% по отношению к массе волокон).
В табл. 4, по данным Ф. Вульча, представлено влияние раз-
ных добавок на технологию производства и показатели качества
бумаги. Более подробно о применении различных вспомогатель-
ных веществ в массе, а также при поверхностной обработке
Умаги указано в соответствующих разделах книги (см., напри-
^еР, разделы «Проклейка», «Влагопрочность» и др., посвящен-
ье рассмотрению отдельных свойств бумаги).
в Наблюдения автора этой книги показали, что добавление
Умажную массу лишь в определенных пределах веществ,
от г 4. Влияние (положительное +, отрицательное производства и -) на добавок различных вспомогательны показатели свойств бумаги х веществ на технологию
Добаг ки
Показатели технологии производства и свойств бумаги вещества, снижающие электрический заряд искусственные наполнители полифосфаты пеносбиеатели средства против слизеобразования гидрофобизирующие вещества • г Т! И S 9* а 3 алюминаты сульфат алюминия флотореагенты флокуляторы смачиватели и диспергаторы закрепители осветлители воски карбоксиметил целлю- лоза (КМЦ) крахмал растительная слизь полиэтилениминовая смола меламиновая смола карбами доформальде- гидная смола
Разрывная длина, сопроти- вление продавливанию — + — — — + + 4“ + +
Сопротивление:
раздиранию излому выщипыванию истиранию Влагопрочность — + — + — — + + + + + + + + + 4“ + 1 + + + + + + 1
Отсутствие пылимости Удлинение при разрыве Твердость, звонкость Гибкость, вялость Светонепроницаемость Прозрачность Стабильность размеров 1 1 + + 1 + + -1- 4 4 + т + 1 + + + 1 + 1 + + 11+ + + 1 1 + + + + + + + 1 + + 1 + 1 + 1 + 4 4- 1 + 1 + +
Плоскостность Гладкость Способность каландиро- + + + + — + 4- + + 1 4- 1 + \ + \ + \ + ^
ваться Просвет Белизна Впитывающая способность Проклейка Впитываемость масла Степень помола Склонность к пергамента- ции Скорость машины + 1 + + + + + — + 1 — + + + 1 1 + 1-11 + + + 1 + + 1 + 1+4 14 1 + + + + + + + 1 + 1
Удержание: наполнителя красителя волокон Уменьшение смоляных затруднений + + + + + + + + + + + + + 4- 4- + + + + + + + + + + +
Снижение: ценообразования слизеобразования + + + + + — —
Электрический заряд + 1 1
повышающих жесткость бумаги (например, меламино- и кар-
бамидоформальдегидных смол), увеличивает сопротивление бу-
маги излому. Повышенное количество этих добавок приводит
к чрезмерному увеличению жесткости бумаги и снижению из-за
этого ее сопротивления излому.
(.2. НАПОЛНЕНИЕ
1.2.1. Основные положения
При выработке многих видов бумаги в композицию вводят
минеральные наполнители. Чаще всего для этой цели исполь-
зуют каолин. Однако применяют также и другие виды мине-
ральных наполнителей: мел, тальк, гипс, двуокись титана и др.
Прежде всего следует отметить, что обычно цена минераль-
ных наполнителей ниже цены волокнистых полуфабрикатов
и уже поэтому замена известного количества растительных во-
локон каолином или другим дешевым наполнителем представ-
ляет собой определенный экономический интерес.
Белизна применяемых в бумажной промышленности напол-
нителей большей частью выше белизны используемых волокни-
стых материалов. Поэтому применение наполнителей в компо-
зиции бумаги обычно способствует повышению белизны бумаги.
Для различных писчих видов бумаги, а также бумаги, ис-
пользуемой для печати, важным свойством является ее непроз-
рачность. Это свойство обеспечивает возможность использова-
ния для письма и печати обеих сторон бумажного листа без
опасения, что текст, написанный или напечатанный на одной
стороне бумаги, станет просвечивать на противоположную сто-
рону, что затруднит чтение текста, нанесенного на вторую сто-
рону. Отметим, что именно наличие в бумаге минеральных
наполнителей обеспечивает возможность изготовления непроз-
рачных видов бумаги. В случаях изготовления особо светоне-
проницаемых ее видов, так называемых неактиничных, служа-
щих для упаковки светочувствительных фотоматериалов, приме-
няется в качестве наполнителя бумаги газовая сажа, вводимая
в композицию бумаги в количестве не менее 3% к массе волокон.
По вопросу о влиянии минерального наполнителя на струк-
туру и свойства бумаги в литературе ранее существовали раз-
личные взгляды. С. А. Фотиев писал, что наполнитель забивает
поры бумажного листа и уменьшает впитывающую способность
бумаги. Такого же взгляда придерживались П. В. Шумилов,
Б. К. Березин и некоторые другие авторы.
На самом же деле бумага с минеральным наполнителем
в композиции, как правило, является более пористой по срав-
нению с бумагой, в композиции которой минеральный наполни-
тель отсутствует. Это объясняется тем, что частицы наполните-
ля, находящиеся в порах бумаги, препятствуют взаимному
сближению волокон, разъединяют их, увеличивая тем самым
fniivK) пористость бумажного листа (рис. 10). Это, в своюоче-
°°пь обычно влечет за собой повышение воздухопроницаемости
впитывающей способности бумаги, снижение ее склонности
к деформации при увлажнении, уменьшение скручиваемости
бумаги. Одновременно снижаются степень проклейки бумаги
уее механическая прочность, увеличивается скорость сушки
листа. Каландрирование бумаги, содержащей минеральный на-
полнитель, приводит к ее уплотнению и снижению воздухопро-
ницаемости.
Известно, что у офсетной бумаги впитываемость печатной
краски, приготовленной на олифе, увеличивается при увеличе-
нии содержания наполнителя в бумаге. Поэтому в этой бумаге
следует ограничивать верхний предел содержания наполнителя,
опасаясь проникновения краски в процессе офсетной печати на
другую сторону бумаги.
Рис. 10. Пора влажной бумаги, содержащей наполнитель:
1 — волокно; 2 — наполнитель
Пористость бумаги от введения в ее ком-
позицию минерального наполнителя возраста-
ет тем сильнее, чем больше размер частиц
использованного наполнителя. Лишь в тех слу-
чаях, когда применяют широкие неправильной формы волокна
(например, грубая древесная масса) и получаемый волокни-
стый материал (например, картон) обладает повышенной пори-
стостью, введением минерального наполнителя, частицы кото-
рого имеют размер меньший, чем диаметр пор волокнистого
материала, не будет способствовать дальнейшему повышению
пористости волокнистого материала. В этом случае возможно
обратное явление: частицы минерального наполнителя, запол-
няя широкие поры волокнистого материала, будут забивать их,
уменьшая общую пористость материала. Само собой разумеет-
ся, что при этом не будут обнаружены все те явления, которые
сопутствуют повышенной пористости материала.
Наблюдения автора о влиянии минерального наполнителя на
механическую прочность и воздухопроницаемость бумаги со-
ответствуют данным В. Брехта, приведенным в книге И. И. Бо-
гоявленского. Из этих данных видна четкая зависимость умень-
шения разрывного груза бумаги и роста ее воздухопроницаемо-
сти с увеличением содержания наполнителя в бумаге.
Эт „Последующие опыты, проведенные М. Р Каганом совместно с автором
он книги и осуществленные с использованием различных наполнителей и
разных методов определения пористости бумаги, показали [61]:
в *• Введение наполнителя и последующее увеличение его содержания
бумаге сопровождается ростом суммарного и порометрического (характе-
Р зующего макро- и переходные поры) объемов пор бумаги за счет обра-
зования в ее структуре пор преимущественно более крупного размера. Этот
процесс неизменно приводит к увеличению воздухопроницаемости, в созда-
нии которой наибольшую роль играют макропоры бумаги. Объемы макро-
пор исследованных образцов бумаги в большинстве случаев относительно
малы и имеют тенденцию к снижению с ростом содержания наполнителя
в бумаге.
2. Свойства применяемых наполнителей в значительной степени обус-
ловливают характер их влияния на пористость бумаги. В частности, преоб-
ладающие (в процентном выражении) размеры частиц наполнителя оказы-
вают преимущественное воздействие на область соответствующих размеров
пор бумаги.
Н. П. Перекальский указывает, что небольшие добавки ка-
олина в композицию газетной бумаги приводят к некоторому
увеличению механической прочности этой бумаги. Он отмечает
два максимума механической прочности соответственно содер-
жанию каолина около 2% и 5—7% к массе волокон. Экспери-
ментально нам не удалось их обнаружить. Не обнаружили их
и другие исследователи, например В. Брехт. В свое время бы-
ло отмечено, что даже в строго постоянных лабораторных ус-
ловиях изготовления и испытания ручных отливок бумаги на-
блюдаются колебания разрывной длины в пределах 7%. По-ви-
димому, только погрешностью опытов можно объяснить выводы
указанной работы Н. П. Перекальского.
Вместе с тем наблюдениями в производственных условиях
установлено, что при выработке газетной бумаги с содержани-
ем в композиции 2—3% минерального наполнителя (каолина)
показатели механической прочности бумаги практически не из-
менились по сравнению с соответствующими показателями той
же бумаги, не содержащей наполнителя.
Как известно из работы [216], если частицы наполнителя
предварительно обработаны 25%-ной водной суспензией кати-
онного полимера в количестве 0,2—0,3% к массе наполнителей,
то прочностные свойства бумаги, содержащей даже повышен-
ное количество наполнителя, не ухудшаются. Использование
наполнителя, активированного катионным полимером, по дан-
ным работы [238], способствует существенному повышению
удержания наполнителя и повышению механической прочности
бумаги. В работе В. В. Лапина с сотрудниками [107] показано,
что использование полиакриламида (ПАА) для предварительной
обработки наполнителя позволяет повысить содержание напол-
нителя (каолина) с 20—22 до 30% без существенного сниже-
ния механической прочности бумаги. В наших работах хорошие
результаты упрочнения бумаги и повышения удержания каоли-
на были получены при модификации каолина алюминатом
натрия, а также при одновременном использовании алюмина-
та натрия и ПАА [230].
Частицы различных наполнителей в той или иной степени
обладают абразивными свойствами, которые особенно сказыва-
ются при определении сопротивления бумаги излому. При
этом испытании растительные волокна относительно легко пе-
ретираются о неровные края находящихся в порах бумаги ча-
1Ц наполнителя, что и приводит к резкому снижению сопро-
тивления бумаги излому (см. табл. 4). Снижение срока службы
сеток на бумагоделательных машинах при выработке бумаги
с большим содержанием минерального наполнителя также
должно быть отнесено за счет абразивного действия частиц
наполнителей. О количестве минерального наполнителя в бу-
маге судят по ее зольности, величина которой редко бывает
выше 26—30% к массе абс. сухой бумаги.
С увеличением содержания в бумаге большинства видов
наполнителей увеличивается ее вялость. Такая бумага, поло-
женная на две опоры, обнаруживает значительную стрелу про-
гиба в отличие от жесткой бумаги, мало прогибающейся при
подобном испытании.
Введение минерального наполнителя в бумажную массу
придает просвету изготовляемой бумаги большую однородность.
Однако при повышении кислотности среды и использовании
мела в качестве минерального наполнителя наблюдается за-
метное выделение углекислого газа, что вредным образом ска-
зывается на просвете бумаги.
С повышением плотности наполнителя, используемого при
изготовлении бумаги, увеличением его количества в бумаге
и увеличением степени дисперсности наполнителя повышается
плотность бумаги. Наименьшее повышение плотности бумаги
достигается в случае использования в ее композиции необож-
женного гипса, обладающего грубодисперсными частицами. На-
иболее сильно она повышается и соответственно снижается тол-
щина бумаги при использовании в качестве наполнителя цин-
ковых пигментов, бланфикса и двуокиси титана. Повышение
плотности сравнительно мало заметно у бумаги машинной
гладкости и в сильной степени сказывается после пропуска
бумаги через суперкаландр.
В результате введения в бумагу минерального наполните-
ля гладкость ее после бумагоделательной машины не повыша-
ется. Однако бумага с наполнителем (бланфиксом, тальком, ка-
олином) после пропуска через суперкаландр становится значи-
тельно более гладкой по сравнению с бумагой, не содержащей
в композиции минерального наполнителя. Частицы наполнителя
при каландрировании бумаги заполняют углубления на шеро-
ховатой поверхности листа, чем способствуют увеличению его
гладкости. При этом с уменьшением размера частиц лоск
11 гладкость бумаги возрастают, а механическая прочность и не-
прозрачность бумаги уменьшаются [237]. Упругие свойства бу-
маги от введения в нее минерального наполнителя снижаются
и, следовательно, пластичность ее увеличивается.
Большинство наполнителей снижает шум при перелистыва-
нии бумаги. Исключением является гипс, придающий ей звон-
кость и жесткость на ощупь. Этот же наполнитель в малой сте-
пени осветляет бумагу и существенно не повышает ее
гладкость.
С увеличением содержания в бумаге минерального напол-
нителя снижается ее сопротивление расслаиванию и в большей
степени обнаруживается пылимость.
Большое влияние на свойства изготовляемой бумаги, как
установила Л. В. Швец [1641, оказывает степень дисперсности
используемого минерального наполнителя. В ее опытах приме-
нялись образцы каолина двух различных месторождений, как
нефракционированные, так и фракции различной степени дис-
персности. В результате выполненных исследований было уста-
новлено, что с увеличением зольности бумаги показатели ее ме-
ханической прочности непрерывно снижаются тем больше, чем
больше дисперсность частиц каолина. Эту установленную за-
кономерность можно объяснить тем, что у частиц каолина по-
вышенной дисперсности относительно большая удельная по-
верхность, препятствующая на большей поверхности установле-
нию в бумаге прочных межволоконных связей, что и приводит
к ее существенному ослаблению. Вместе с тем с увеличением
степени дисперсности частиц этого наполнителя возрастает бе-
лизна и непрозрачность изготовляемой бумаги, а также ее
гладкость после каландрирования. С увеличением степени дис-
персности каолина удержание его в бумаге снижается.
При установлении оптимального соотношения в минераль-
ном наполнителе фракций различной степени дисперсности сле-
дует учитывать также, что фракции с относительно крупными
частицами обладают повышенной абразивной способностью
и способствуют ускоренному износу сеток бумагоделательных
машин и печатных форм. Такие грубые частицы минерального
наполнителя, так же как и тончайшие частицы (0,5 мкм), вы-
зывают повышенное пыление бумаги. К указанному следует
добавить, что грубодисперсные частицы каолина содержат
обычно повышенное количество окрашивающих примесей (слю-
ды, окислов железа и титана), снижающих белизну каолина
и, следовательно, белизну изготовляемых видов бумаги. Вооб-
ще влияние белизны каолина на белизну наполненных видов
бумаги носит сложный характер и по данным работы [42] мо-
жет быть описано уравнением второй степени. Авторы этой ра-
боты утверждают, что для производства используемой в поли-
графии бумаги повышенной белизны каолин должен обладать
белизной 84—86%. Дальнейшее повышение белизны каолина,
применяемого в качестве наполнителя бумаги, нецелесообраз-
но, так как оно не оказывает уже влияния на увеличение бе-
лизны изготовляемой бумаги. При использовании же каолина
в покровном слое мелованной бумаги белизна его должна быть
не менее 87%.
Л. В. Швец рекомендует при выработке широкого ассорти-
мента бумаги для письма и печати пользоваться полидисперс-
ным каолином с частицами размером менее 10 мкм и с содер-
жанием частиц менее 2 мкм в количестве 50—65%. При выра-
ботке же тонких видов бумаги для печати содержание в као-
лине частиц размером менее 2 мкм должно быть повышено
и составлять 70—90% и более.
С повышением скорости бумагоделательной машины разно-
сторонность вырабатываемой бумаги заметно возрастает, так
как отсасывающее действие регистровых валиков пропорцио-
нально квадрату скорости сетки. Замена регистровых валиков
гидропланками способствует не только общему повышению
удержания в бумажном полотне мелких волокон и частиц на-
полнителя, но и более равномерному их распределению по тол-
щине листа. В табл. 5 приведены экспериментальные данные
С. Н. Иванова, которые позволяют судить о влиянии наполни-
теля (каолина) на некоторые свойства бумаги.
5. Влияние содержания каолина на некоторые свойства бумаги
Загрузка каолина в % к массе абс. сухих волокон Масса 1 м'2 бумаги, г Разрыгная длина, м Удлинение до разрыва, % Сопротивление излому (число двойных переги- бов) Сопротирление промоканию в iu^o-ним растворе Na2CO3, МИН Силы сцепления между нолокна- мих9',8 МПа Зольность бумаги, %
0 102 Масс 4310 а 1 м2 3,2 бумаги 1( 2000 )0 г 13,5 0,095 0,87
5 100 3720 3,8 1348 11,7 0,082 2,8
10 99 3220 2,7 479 12,0 0,078 5,7
15 101 ЗОЮ 2,1 351 12,5 0,060 6,62
20 103 3000 1,8 305 11,0 0,057 10, 64
25 101 2730 2,0 102 10,0 0,047 11,35
0 214 Мг 4420 сса 1 м2 4,7 эумаги 20 3000 Э г ( ю 0,098 0,69
5 227 4160 4,2 3000 60 0,096 3,03
10 200 4040 3,7 3000 60 0,087 4,24
15 201 3610 3,7 1773 50 0,074 7,24
20 200 3570 3,2 1612 15 0,070 8,81
25 197 2410 2,5 720. 30 0,060 1 ,14
Примечание: Вырабатывалась чертежная бумага из 100%-ной суль-
фитной беленой целлюлозы, размолотой до 32° ШР, в композицию вводились:
канифоль — 3%, сернокислый алюминий — 6% и крахмал — 5% от массы
1ЧП
По мнению О. Хубера, чтобы наполнитель был идеальным, он должен
отвечать следующим требованиям: 1. С одинаковой интенсивностью отра-
жать по возможности 100% всех длин волн видимого^ света. 2. Иметь воз-
можно более высокий коэффициент преломления лучей, чтобы даже в тон-
чайшей бумаге обеспечивать максимальную непрозрачность. 3. Быть пол-
ностью лишенным загрязнений и иметь частицы размером около 0,3 мкм,
что соответствует примерно половине длины волны видимого света. 4. Не
иметь чрезмерно твердых частиц, оказывающих сильное механическое воз-
действие на оборудование, применяемое для изготовления и переработки бу-
маги. 5. Обладать химической инертностью, нерастворимостью в воде и не-
изменяемостью на воздухе, а также невысокой плотностью, чтобы не вы-
зывать разносторонности бумаги. 6. Прочно связываться с образующимся
бумажным полотном и обнаруживать при этом 100%-ное удержание. Ни
один из используемых в настоящее время наполнителей не отвечает пол-
ностью всем указанным требованиям.
Иногда одновременно в бумаг}' вводят несколько различных
наполнителей. Например, при выработке бумаги, отличающей-
ся повышенной непрозрачностью, наряду с использованием до-
рогостоящих двуокиси титана или сернокислого бария часто
применяют относительно дешевый каолин.
В бумажной промышленности Финляндии, по сообщению
Б. Мартенссона на выставке «Финлесбуммаш» (Ленинград,
1972 г.), с успехом применяется синтетический наполнитель
разных марок под общим названием цеолекс, представляющий
собой осажденный аморфного строения силикат алюминия
и натрия. Этот наполнитель применяется самостоятельно или
в сочетании с другими известными и широко используемыми
видами наполнителей при введении в бумажную массу и для
поверхностного покрытия бумаги.
Цеолекс отличается относительно высокой степенью белиз-
ны (97—99% по Эльрефо), большой удельной поверхностью
(40 м2/г по БЭТ) при основном размере частиц 40 нм и значи-
тельно меньшим, чем каолин, абразивным действием на сетки,
покрытия отсасывающих ящиков и гидропланки бумагодела-
тельных машин. Его коэффициент преломления лучей света 1,55
и плотность при 25° С — 2,1 г/см3.
По данным финской фирмы «Цеофинн» — поставщика цео-
лекса, этот наполнитель по приданию бумаге непрозрачности
и белизны занимает промежуточное место между двуокисью
титана и каолином. По степени удержания в полотне бумаги
он равноценен каолину и несколько превышает двуокись тита-
на (анатаз). По сравнению с каолином и двуокисью титана цео-
лекс придает бумаге более высокие показатели вялости, пух-
лости и пористости и несколько менее прочную поверхность.
Фирма рекомендует при выработке разных видов бумаги для
печати вводить цеолекс в количестве, не превышающем 6%.
При выработке на бумагоделательной машине со скоростью
645 м/мин газетной бумаги с массой 1 м2 52 г и при содержа-
нии 2% цеолекса были отмечены повышенные печатные свой-
ства этого вида бумаги. Цеолекс рекомендуется также исполь-
зовать при выработке на современной быстроходной бумагоде-
лательной машине газетной бумаги с пониженной массой 1 м2.
1.2.2. Удержание наполнителей в бумаге
По экономическим и технологическим соображениям, жела-
тельно обеспечить максимальную удерживаемость наполнителя
на растительных волокнах. Это достигается различными меро-
приятиями.
Значительное влияние на удержание наполнителей и мелких
волокон в бумажном полотне оказывает pH среды. Величина
ПН обычно регулируется дозировкой вводимого в бумажную
массу сернокислого алюминия. Действие его объясняют следу-
ющим образом. Волокна целлюлозы в воде имеют отрицатель-
ный электростатический заряд и под действием одинаковых
зарядов взаимно отталкиваются, находясь в водной среде в дис-
пергированном состоянии.
При введении сернокислого алюминия, являющегося элек-
тролитом, трехвалентные положительно заряженные ионы алю-
миния нейтрализуют отрицательный заряд воколон и частиц
наполнителя и при изоэлектрической точке наступает коагу-
ляция.
Волокна в виде хлопьев и частицы наполнителя осаждают-
ся на сетке бумагоделательной машины. Это способствует удер-
жанию наполнителей и мелких волокон.
В чрезмерно кислой среде, т. е. в избытке сернокислого алю-
миния, при pH 3,5 вновь начинается диспергирование частиц,
так как в этом случае преобладает положительный заряд алю-
миния и возобновляется взаимное отталкивание частиц. Поэто-
му, вводя сернокислый алюминий с целью повышения удержа-
ния частиц наполнителя и мелких волокон, следует контроли-
ровать pH среды. Оптимальным в данном случае является pH
около 5.
Эффективность применения сернокислого алюминия для по-
вышения удержания наполнителя характеризуется следующи-
ми данными Е. Хехлера. В бумагу, в которую ввели 7,5% дву-
окиси титана, удержание ее при отсутствии сернокислого алю-
миния и при pH 7 составило 47,9%, а при добавке сернокис-
лого алюминия в количестве 1,5—2% от массы волокон до-
стигло 68%.
Алюминат натрия также способствует повышению удержа-
ния минерального наполнителя в бумаге. Его применяют часто
совместно с сернокислым алюминием в соотношении в зависи-
мости от местных условий от 1 : 8 до 1:4. При этом сернокис-
лый алюминий вводится в бумажную массу в массный бассейн
или в каком-либо другом месте, относительно далеко располо-
женном от напускного устройства, а алюминат натрия — непос-
редственно перед напускным устройством.
Механизм удержания частиц наполнителей различен в зави-
симости от их размеров. Крупные частицы удерживаются в ос-
новном механически при фильтрации сквозь волокнистый слой
в процессе образования бумажного листа, а мельчайшие части-
цы за счет адсорбции вследствие понижения отрицательного
электрического заряда наполнителя, перезарядки и координаци-
онной связи с катионом алюминия (подробно о координацион-
ной связи см. раздел 1.3.2). Отсюда понятно, что коагулирую-
щее действие сернокислого алюминия в большей степени ска-
зывается на удержании не крупных, а мельчайших частиц на
полнителя. Удержание наполнителя зависит также от формы
его частиц. Как показали результаты многочисленных наблюде-
ний, наиболее высокое удержание обнаруживают тальк (чешуи
чатая форма частиц) и асбестин (игольчатая форма), низкое
удержание — мел (округлая форма частиц). Наименьшее удер-
жание наблюдается у частиц необожженного гипса, частично
растворяющегося в воде.
С. Н. Иванов и Н. В. Лядова экспериментально определяли
степень участия в удержании минеральных наполнителей (као-
лина и талька) механических и коллоидно-химических процес-
сов. Ими было установлено, что частицы каолина размером ме-
нее 5 мкм примерно на 70% удерживаются адсорбционно, а так
как содержание таких частиц в обогащенном каолине состав
ляет не менее 80%, то очевидно, что для удержания полидис-
персного каолина в целом преобладающее значение имеют кол-
лоидно-химические процессы. Для частиц талька того же раз-
мера адсорбционное удержание составляет всего около 20%
к суммарному. Основное значение для удержания этого напол-
нителя имеет, как пишут указанные авторы, чисто механический
процесс фильтрации. Различие в механизме удержания каоли-
на и талька объясняется их разными физическими и электро-
кинетическими свойствами. Тем не менее применение сернокис-
лого алюминия для увеличения удержания талька так же необ-
ходимо, как и в случае с каолином, причем наиболее эффек-
тивное действие сернокислый алюминий оказывает на частицы
размером менее 5 мкм. Авторы приходят к выводу, что удер-
жание минеральных наполнителей в бумаге является сложным
процессом, в котором принимают участие как чисто механиче-
ские, так и коллоидно-химические процессы. О преобладающем
действии того или иного процесса на удержание в целом мож-
но судить, зная природу самого наполнителя, его физические
и коллоидно-химические свойства.
В бумаге, изготовленной из массы жирного помола, с за-
труднением отдающей воду и образующей плотный слой воло-
кон на сетке, удержание частиц наполнителя будет выше, чем
в бумаге, изготовленной из массы садкого помола. В. Брехт
установил, что удержание наполнителей увеличивается в ли-
нейной зависимости с увеличением степени помола бумажной
массы.
Удержание наполнителя в тонкой бумаге ниже, нежели
в бумаге с повышенной массой 1 м2, изготовляемой при мень-
шем разбавлении на сетке и фильтрующий слой которой лучше
задерживает частицы наполнителя.
Удержание наполнителей различными видами волокон на-
ходится в зависимости от адсорбционной способности волокон
и их размеров. Наибольшее удержание наполнителей обнару-
вают волокна, обладающие высокой адсорбционной способ-
21(0 ю и малыми размерами. Поэтому наиболее высокое удер-
Н° ние наполнителей при всех прочих равных условиях наблю-
дается в бумаге, содержащей древесную массу, и низкое удер-
д ие____в бумаге из хлопковой полумассы, обладающей низ-
кой адсорбционной способностью.
Удержание наполнителя во многом зависит
пользования оборотной воды на фабрике. Чем полнее она ис-
пользуется и чем ближе к замкнутому цикл се использования,
от степени ис-
тем выше удержание наполнителя и меньше его промой.
Если кроме наполнителя в бумажную массу вводятся еще
и проклеивающие вещества, то наибольшее удержание напол-
нителя достигается тогда, когда он вводится первым. Наилуч-
шие же результаты проклейки достигаются тогда, когда напол-
нитель вводится последним — после канифольного клея и сер-
нокислого алюминия.
Иногда для повышения удержания наполнителя вводят его
в бумажное полотно по методу Файера наливом суспензии на-
полнителя концентрацией примерно 1,5% на слой бумажной
массы, находящейся на сетке бумагоделательной машины до
отсасывающих ящиков. Недостаток этого метода—-очень нерав-
номерное распределение наполнителя по толщине бумажного
полотна.
При использовании в качестве наполнителя каолина с уве-
личением дозировки его в бумажную массу до 30% к массе
волокон удержание повышается. При дальнейшем же увеличе-
нии количества вводимого в массу каолина удержание его в бу-
маге начинает снижаться.
В настоящее время для повышения удержания наполнителя
в бумаге непосредственно перед бумагоделательной машиной
в массу вводят различные вещества, вызывающие хлопьеобра-
зование: животный клей, активированный силикат, и в особен-
ности полиэтиленимин (ПЭН) и полиакриламид (ПАА). По-
следний представляет собой сополимер акриловой кислоты
и акриламида. В сухом виде это белый порошок, не раствори-
мый в большинстве органических растворителей, но раствори-
мый в воде и формамиде. Некоторыми предприятиями химиче-
ской промышленности он выпускается в виде 8%)-него водного
коллоидного раствора, устойчивого при хранении в условиях
нейтральной величины pH. Этот раствор имеет вязкую желе-
образную консистенцию. При подогреве и перемешивании раст-
вор может быть разбавлен водой до нужной рабочей концент-
рации (0,2—0,3%). Химический состав ПАА отвечает формуле
-сн2-сн-
CONHjJn
Отдельные партии технического продукта часто отличаются
Между собой по физико-химическим свойствам, в зависимости
от его степени полимеризации, наличия примесей и соотноше
ния в продукте амидных и карбоксильных групп. В результате
наблюдаются значительные различия в вязкости растворов
ПАА, скорости растворения в воде и в флокулирующей способ
ности. Опытами А. В. Беркута установлено, что о способности
растворов ПАА вызывать флокуляцию можно судить по под-
лежащему контролю показателю вязкости раствора определен
ной концентрации.
Оптимальным значением pH массы для эффективного дей-
ствия ПАА является pH в пределах 4,5—6,0. В этих условиях
при дозировке из расчета 150—300 г абс. сухого ПАА на 1 т
бумаги удержание наполнителя в бумаге увеличивается на
20—25%. Дополнительное введение раствора ПАА перед мас-
соулавливающей аппаратурой в количестве 1,25 г на 1 м3 ос-
ветляемой воды способствует повышению эффективности рабо-
ты массоулавливающей аппаратуры флотационного, фильтра-
ционного и отстойного типов. Степень улавливания взвеси уве-
личивается от 70—80 до 98—99%. Раствор ПАА следует вво
дить в место поступления воды в массоулавливающую уста-
новку.
Происходящее при этом хлопьеобразование объясняют тем,
что удлиненные молекулы ПАА одновременно связываются с не-
сколькими взвешенными частичками наполнителя, которые, та-
ким образом, оказываются связанными между собой в сложные
Каолин
Волокно
Линейные молекулы
ин {посредники связи)
Рис. 11. Схема адсорбции
наполнителя на волокнах
целлюлозы в присутствии
флокулянта (ПЭИ)
агрегаты-флокулы. Последние со-
стоят из твердых частиц «проши-
тых» длинными нитями молекул
ПАА. Такие флокулы хорошо за-
держиваются слоем волокон на
сетке бумагоделательной машины.
Этот же механизм действия ПАА
объясняет при его использовании
повышение удержания в бумаге
мелких волокон, улучшение равно-
мерности структуры листа и повы-
шение его механической прочности.
Схема адсорбции частиц наполни-
теля на волокнах целлюлозы в при-
сутствии флокулянта, по данным
X. Пуммера
Швейцария),
рис. 11.
Некоторые
(фирма «Сандоз»,
представлена на
повышенное удержание
авторы
объясняют
на сетке
бумагоделательной машины мелких волокон и частиц напол-
нителя при введении ПАА агломерацией указанных компонен-
тов бумажной массы вследствие нейтрализации отрицательного
заряда целлюлозных волокон и минерального наполнителя.
Существует также мнение о наличии водородной или иной
язи между вводимым полимером и волокнами целлюлозы.
сВ Наконец, представляет также интерес и чисто физическая
чка зрения на действие полимера при его введении в массную
испензию. Установлено, что при этом существенно изменяются
свойства воды, которая становится «скользкой», благодаря че-
му ускоряется выпадение в осадок твердой фазы суспензии.
У Применение ПАА эффективно, когда для изготовления бума-
ги или картона используют широко применяемые в обычных
условиях полуфабрикаты среднего выхода (48—50%)- Заметное
ухудшение флокулирующего эффекта от действия ПАА наблю-
дается при использовании полуфабрикатов высокого выхода,
особенно в условиях плохой промывки их от щелоков. Иссле-
дованиями А. В. Макушиной с сотрудниками было показано,
что основной причиной ухудшения действия ПАА является на-
личие высокодиспергированных в воде органических веществ,
извлеченных из полуфабриката в процессе размола и других
операций по его переработке. Оказалось, что, чем выше выход
полуфабриката и содержание высокодиспергированных органи-
ческих веществ, тем больший требуется расход сернокислого
алюминия.
Повышению удержания в бумаге минеральных наполните-
лей могут способствовать также катионные крахмалы, карбо-
ксиметилцеллюлоза и помимо ПАА некоторые другие синтети-
ческие вещества: полиэтиленимины, полиамины, полиамида-
мины.
Полиэтиленимины (ПЭИ) получаются при полимеризации
этиленамина и имеют сильно разветвленные макромолекулы.
Химический состав ПЭИ отвечает формуле
- С2Н4-NH-С2Н4-N—С2Н4- NH-
C2H2NH2
п
Молекулы модифицированных ПЭИ построены из модифи-
цированных компонентов мочевины (карбамида) и эпихлоргид-
рина или дихлорэтана.
Полиамины представляют собой продукты конденсации мно-
гоосновных алифатических аминов и веществ, содержащих не-
сколько реакционноспособных групп, например эпихлоргид-
рин.
Полнамидамины — продукты конденсации многоосновных
алифатических кислот с многоосновными алифатическими ами-
нами, а также с веществами, содержащими несколько реакци-
онноспособных групп, например эпихлоргидрином.
Для повышения удержания наполнителей применяют при
наработке высокосортных видов бумаги ПАА, полнамидамины,
полиамины; видов бумаги с содержанием древесной массы —
Модифицированные ПЭИ, ПАА, ПЭИ, полнамидамины; различ-
4 2675 49
ных видов бумаги и картона с высоким содержанием макула-
туры — преимущественно ПЭИ и его модификации.
X. Лухтенберг приводит следующий пример применения
ПЭИ для повышения удержания наполнителя и волокон при
выработке хромового картона с массой 350 г/м2 (масса основы
335 г/м2) с содержанием в композиции большого количества
бумажной макулатуры. ПЭИ при концентрации 0,1—0,2% вво-
дился в волокнистую массу в количестве для покровного слоя
0,12%, средних слоев 0,18—0,22% и нижнего 0,27% к массе
волокон. Опыты показали, что в результате введения в сред-
нем 0,2% ПЭИ удержание наполнителя и волокон повысилось
с 65 до 83%). Производительность машины увеличилась на 9%)
за счет улучшения обезвоживания. Значительно облегчилась
работа улавливающей аппаратуры и повысилось количество
уловленного, скопа. Удельный расход пара снизился с 2,1 до
1,9 т/т картона из-за повышения сухости после прессов с 38,4
до 39,5% и облегченного удаления паров воды при сушке. Рас-
ход канифоли при прежней степени проклейки картона снизил-
ся с 3 до 2%) и сернокислого алюминия с 3,5 до 2,5%. Качество
картона в общем сохранилось на прежнем уровне при некото-
ром улучшении его плоскостности.
Автор указывает, что добавка ПЭИ неэффективна при нали-
чии в производственной воде гуминовых веществ и в компози-
ции картона соломенной целлюлозы или неразмолотой полуцел-
люлозы. По данным работы, выполненной в ЦНИИБе, макси-
мальный эффект по удержанию наполнителей (каолина и ме-
ла) наблюдается при pH 6,5, т. е. при добавлении небольшого
количества сульфата алюминия.
Помимо ПАА и ПЭИ для повышения удержания минераль-
ных наполнителей и мелких волокон, а также с целью ускоре-
ния обезвоживания бумажной массы на сетке бумагоделатель-
ной машины применяются и другие синтетические полиэлектро-
литы, среди которых хорошо себя зарекомендовали так назы-
ваемые к а р т а р ети н ы — продукты швейцарской фирмы
«Сандоз». Картаретин F (полиамидамин) применяется при вы
работке различных видов белой и окрашенной бумаги. Карта-
ретин К (полиэфироамин) дает хорошие результаты при вы-
работке бумаги сравнительно невысокой степени белизны и при
отсутствии в композиции оптического отбеливателя.
Из отечественных препаратов хорошо себя зарекомендовал
также амифлок, представляющий собой катионный сополимер
на основе метакриламида и аминоэфиров метакриловой кисло-
ты. Он оказался эффективным флокулянтом, способствующим
повышению удержания компонентов бумажной массы и уско-
рению обезвоживания в процессе производства бумаги и карто-
на. Оптимальный расход этого полимера 0,05—0,1 % к абс. су-
хой бумажной массе. По эффективности действия флокулянта
на ускорение процесса обезвоживания в сопоставимых услови-
ях полуфабрикаты располагаются в следующий убывающий
сульфитная беленая и сульфатная небеленая целлюлоза,
Ря,двесная масса, лиственная целлюлоза. Рабочие растворы
амифл°ка в производственных условиях следует хранить не бо-
лее суток [6].
Известно, что наличие большинства минеральных наполни-
елей в бумажной массе (за исключением мела и немногих
пугих) снижают образование пятен смолы на бумаге, а так-
же засмоление оборудования и одежды бумагоделательных ма-
шин (сеток и сукон). Частички наполнителя адсорбируют мель-
чайшие частицы смолы и препятствуют их агломерации в более
крупные комплексы. Мел, как и другие наполнители щелочного
характера, повышает липкость смолы, ’’—
что вызывает усиление
смоляных затруднении.
В. Брехт и X. Пфречнер отметили,
него наполнителя в потоке бумажной
что наличие минераль-
массы улучшает теку-
честь массы и снижает мощность, потребную для перемешива-
ния массы в метальных бассейнах.
1.3. ПРОКЛЕЙКА
1.3.1. Основные положения
Термин проклейка бумаги не вполне точно отражает
физический смысл происходящих при этом процессе явлений.
Возникновение этого термина относится к тому относительно
далекому прошлому, когда для придания бумаге чернило- или
водонепроницаемости пользовались исключительно крахмаль-
ным клейстером или животным клеем.
Крахмальный клейстер и животный клей являются вещест-
вами полярными, гидрофильными, имеющими известное срод-
ство с целлюлозой и обеспечивающими склеивание между
собой растительных волокон, из которых состоит бумага. Благо-
даря этому силы связи между волокнами возрастают и бумаж-
ный лист становится более прочным. Все это послужило осно-
ванием назвать «проклейкой» бумаги процесс, при котором в бу-
магу вводятся вещества (крахмальный клейстер, животный
клей), способствующие склеиванию растительных волокон
и благодаря этому — повышению прочности готовой продукции.
Механизм придания бумаге чернило- и водонепроницаемости
при поверхностной ее обработке указанными веществами за-
ключается в образовании на поверхности бумаги тонкой плен-
ки из этих веществ, которая препятствует проникновению чер-
нил или воды в толщу бумаги.
Благодаря склеиванию волокон и возникновению на поверх-
ности бумаги прочной пленки бумага приобретает прочную по-
н^рхность, устойчивую к трению. От такой поверхности не от-
деляются волоконца (бумага «не пылит»). Текст или рисунок,
Нанесенные на бумагу карандашом, чернилами или тушью, сти-
раются резинкой без повреждения ее поверхности. Поэтому по-
верхностная проклейка бумаги крахмалом или животным кле
ем в настоящее время широко применяется в тех случаях, ког-
да требуется придать поверхности бумаги повышенную устой-
чивость к трению и увеличить механическую прочность бумаги
(денежная бумага, документная, высокосортные рисовальные
и чертежные виды бумаги).
При введении крахмала или животного клея в бумажную
массу также наблюдается эффект склеивания волокон и меха
ническая прочность бумаги при этом повышается, но в значи
тельно меньшей степени, чем при поверхностной обработке эти
ми веществами. Снижение действия крахмала и животного клея
на механическую прочность бумаги при введении их в бумаж
ную массу объясняется промоем этих веществ, т. е. неполным
удержанием их на волокнах, а также изменением характера
распределения клеевых частиц на растительных волокнах без
образования в этом случае сплошной пленки. Хотя и в этом
случае получается бумага с несколько повышенными показате-
лями механической прочности, более сомкнутой структурой
и с отсутствием явления пылимости, тем не менее надлежащей
водо- и чернилонепроницаемости бумаги при этом не достигает-
ся. Поэтому подобный вид проклейки (используется для введения
в бумажную массу крахмального клейстера) получил относи
тельно ограниченное применение с основным назначением —
обеспечить получение прочной и сомкнутой поверхности бума-
ги, главным образом при выработке чертежно-рисовальных ви
дов бумаги, для предотвращения пылимости бумаги при выра-
ботке некоторых видов бумаги для печати (офсетной, лито
графской), а также для повышения прозрачности бумаги (чер
тежная прозрачная, основа для фотокальки). В некоторых слу
чаях для этой цели вместо крахмала применяют натриевую
соль карбоксиметилцеллюлозы (NaKMLJ,).
Для обеспечения бумаге чернило- и водонепроницаемости
в бумагу вводят другие вещества. Наилучшие результаты были
достигнуты при использовании так называемого канифольного
клея, хотя название «клей» мало подходит к нему, так как
прочного склеивания волокон он не обеспечивает и механиче
скую прочность бумаги не только не повышает, но при боль
шом количестве вводимого клея обычно несколько снижает
Дело в том, что частицы канифольного клея (по установившей-
ся традиции это наименование сохраняется) оказывают влия-
ние на механическую прочность бумаги, которое в некоторой
степени аналогично влиянию частичек минерального наполни-
теля. Так как частицы канифольного клея во много раз мень-
ше по размерам среднего размера частиц вводимого в бумагу
наполнителя, то и отрицательное влияние, оказываемое ими на
показатели механической прочности бумаги, в данном случае
значительно меньше, чем это наблюдается в бумаге, содеожа
щей в композиции минеральный наполнитель.
Возникает вопрос, почему животныи клеи и крахмал спо-
бствуют повышению механической прочности бумажного ли-
С°я за счет склеивания волокон между собой, а канифольный
Спей фактически не клеит? Для ответа на этот вопрос обратим-
К к теории склеивания материалов. А. Г. Забродкин отмечает,
что процесс склеивания можно представить как взаимодей-
ствие клея со склеиваемой поверхностью, проявляющееся через
сипы взаимного притяжения и сцепления при сближении от-
дельных групп молекул.
Силы сцепления проявляются через концевые пли активные
группы, находящиеся на поверхности высокомолекулярного со-
единения. Эти концевые группы могут быть полярными и непо-
лярными. Как правило, к полярным группам относятся моле-
кулы, построенные из разнозначимых атомов, например вода
Н2О, спирты СН3СН2ОН, фенолы С6Н5ОН, формальдегид СН2О
и ДР-
К неполярным относятся химические группы или молекулы,
построенные из однотипных групп, например (CH2)n, СО2, CS2
и др., симметрично расположенных друг к другу.
При таком делении клеящими свойствами будут обладать
вещества, приближающиеся по полярности к склеиваемом)?
предмету.
Н. И. Москвитин указывает, что если взаимодействуют меж-
ду собой неполярное и полярное вещества, то адгезия должна
быть небольшой, хотя это правило не всегда выполняется точ-
но, так как одновременно следует учитывать число контактиру-
ющих точек и расстояние между ними. Он также отмечает, что
наименьшее расстояние между точками контакта возможно,
когда склеиваемая поверхность хорошо смачивается раствором
или дисперсией клеящего вещества
сродство). При слабом химическом
расстояния между точками контакта
длительный контакт, нагрев системы
сокого давления между контактами.
(имеет место химическое
сродстве для уменьшения
оказывается необходимым
и создание достаточно вы-
Растительные волокна и животный клей полярны и гидро-
фильны. Они имеют сродство друг с другом. Осаждаемый на
волокна канифольный клей хотя и содержит небольшое коли-
чество гидрофильных групп, обеспечивающих смачивание по-
верхности бумаги водой и чернилами, тем не менее в основном
ОН гидрофобен. Это различие в природе указанных веществ
определяет отсутствие хорошего сродства растительных воло-
кон и канифольного клея и достаточно прочного их сцепления.
Хотя сернокислым алюминием осуществляют адсорбцию кани-
фольного клея на растительных волокнах, тем не менее полу-
чить при этом ощутимо прочное склеивание растительных
волокон этим клеем не удается.
Как справедливо отмечают И. Ф. Ефремов и О. М. Розен-
Таль, механизм адгезии еще недостаточно выяснен и клеящее
Действие объясняют проявлением межмолекулярных сил и от-
носят за счет водородных связей, комплексообразования, хими-
ческого взаимодействия или комбинированного действия раз-
личных видов связей, для объяснения природы которых успеш-
но может быть в ряде случаев использована электрическая тео-
рия адгезии.
Прочность сцепления в разнообразных процессах склеива-
ния зависит от условий склеивания и может определяться раз-
личными механизмами. Считается, что введение канифольного
клея в количестве до 1,5% к массе волокон практически не от-
ражается на показателях механической прочности бумаги.
Большее количество канифольного клея, как показали наши
наблюдения, заметно снижает величину этих показателей, и осо-
бенно сопротивления излому. Еще в большей степени снижаются
показатели механической прочности бумаги в случае исполь-
зования для ее проклейки парафина, также не обеспечиваю-
щего склеивание волокон. Вместе с тем, находясь на их поверх-
ности, он играет роль своеобразной смазки и облегчает отно-
сительное скольжение волокон при испытании бумаги на раз-
рыв. Поэтому усилие, требуемое для разрыва бумаги, содержа-
щей парафин, заметно снижается, что в ряде случаев ограни-
чивает возможности применения парафиновой дисперсии для
проклейки бумаги.
В бумаге, не содержащей минерального наполнителя, пори
стость, а следовательно, и воздухопроницаемость можно не
сколько повысить, введя в композицию бумаги канифольный
клей. На первый взгляд кажется странным, каким образом ка
нифольный клей, повышая пористость и воздухопроницаемост!
бумаги, вместе с тем резко уменьшает ее способность впиты
вать воду, тушь, чернила. Ранее считали, что при проклейке
бумаги в массе канифольным клеем на волокнах образуется
тонкая сплошная пленка клея, препятствующая растеканию чер
нил и их прохождению в толщу листа. Позднее рядом доводов
было показано, что это представление является ошибочным.
В геометрии при доказательстве теорем часто пользуются
так называемым «методом доказательства от противного». По-
пробуем применить этот метод и в данном случае.
Предположим, что в результате введения в бумажную мас-
су канифольного клея на поверхности волокон в готовой бума-
ге образуется тонкая сплошная пленка клея, препятствующая
прохождению в толщу бумаги чернил или воды. Тогда возника
ет ряд вопросов, на которые трудно ответить. Если пленка сд
ществует, почему же ее нельзя увидеть, даже пользуясь самым
сильным увеличением? Почему эта сплошная пленка не пре
пятствует окрашиванию волокон? Каким образом при сушке
бумаги выделяющиеся пары воды не вызывают разрывов клее
вой пленки? Почему не происходит при сушке бумаги растре
скивания пленки и нарушения таким образом ее целостности
вследствие напряжений, которые в ней должны были бы воз-
никнуть из-за различия в коэффициентах усадки пленки и рас
еЛьных волокон? Так как нельзя удовлетворительно ответить
ТЙ все эти и другие вопросы, которые могут возникнуть в связи
на0ысказанным предположением о наличии упомянутой пленки,
С пекает вывод о том, что подобной пленки фактически не су-
Б ествует. Этот вывод путем расчета подтвержден проф.
п П. Жеребовым, показавшим, что вводимого в бумажную
массу канифольного клея недостаточно для образования плен-
ки даже мономолекулярной толщины.
Несмотря на все эти убедительные доказательства отсут-
ствия при проклейке бумаги гидрофобной пленки на поверхно-
сти волокон, в литературе встречаются еще отдельные указа-
ния о том, что подобная пленка образуется. Эти указания не-
правильны. В этом убеждают и непосредственные наблюдения
с применением различных оптических методов исследования,
включая и использование электронного микроскопа. Соответ-
ствующие фотоснимки наглядно показывают отсутствие какой-
либо пленки канифольного клея на волокнах. Включения клея
более или менее равномерно в виде отдельных мельчайших ча-
стичек расположены на волокнах и частично в капиллярах.
Это наглядно показал С. В. Хек, пользуясь методом авторадио-
графии. Им был приготовлен канифольный клей с радиоактив-
ными атомами, обнаруживающими p-излучение. Этот клей с ме-
чеными атомами вводился в беленую сульфитную целлюлозу
в количестве 2% к массе волокон. При отливе бумажного по-
лотна примерно 50% клея удерживалось в бумаге и остальное
количество уходило в оборотную воду. Из бумаги извлекались
отдельные волокна и небольшие пучки волокон, которые на-
кладывались на пленку, чувствительную к p-излучению. В ре-
зультате подобного экспонирования на снимке четко выявля-
лись на волокнах в виде отдельных мельчайших включений ча-
стицы канифольного клея.
Возникают вопросы: каким образом отдельные мельчайшие
гидрофобные преграды без наличия сплошной пленки клеево-
го осадка обеспечивают чернило- и водонепроницаемость бума-
ги? Каким образом капля чернил, оказавшаяся в промежутке
между частицами канифольного клея, все же не проходит в тол-
Щу клееной бумаги?
Нам кажется, что лучший ответ на эти вопросы дает известный опыт,
описанный Я- И. Перельманом. Он рассматривает случай, когда в решете
можно носить воду. Если решето покрыть изнутри парафином, не закрывая
сплошь отверстий в сите, через которые может свободно проходить игла,
т° налитая небольшим слоем в решето вода не пройдет через отверстия,
Так как она будет образовывать в ячейках решета под влиянием сил по-
верхностного натяжения тонкие пленки, обращенные выпуклостью вниз, ко-
торые и удерживают воду (рис. 12). Таким образом, решето остается «ды-
рявым», однако налитая в него вода не проливается через сито. Этот при-
мер показывает, что для создания водонепроницаемости не обязательно на-
личие сплошной, не пропускающей воду пленки. В данном случае парафин,
Как плохо смачивающееся водой (гидрофобное) вещество, создал та-
К|)е преграды, которые обеспечили непрохождение воды сквозь ячей-
Ки сита.
Тот факт, что для придания водонепроницаемости не обя-
зательно наличие сплошной гидрофобной пленки, известен не
только в бумажной промышленности, но и в производстве раз-
личного рода прорезиненных тканей, отличающихся воздухо-
проницаемостью и вместе с тем водонепроницаемых.
Из приведенного выше анализа можно сделать выводы, имеющие прак-
тическое значение для проклейки бумаги: 1) непроницаемость бумаги по
отношению к воде будет тем выше, чем большей гидрофобностью будут
отличаться клеевые частицы; 2) клеевые частицы должны быть равномерно
распределены в бумажном полотне, т. е. необходимо обеспечить хорошее
перемешивание растительных волокон с проклеивающим веществом; 3) эф-
фект проклейки будет тем выше, чем более дисперсны клеевые частицы, т. е.
чем больше гидрофобных преград получают из единицы массы проклеиваю-
щего вещества и чем больше будет кроющая способность клеевых частиц.
Рис. 12. Схема действия сил поверхност-
ного натяжения воды в ячейках решета
с проволоками, покрытыми парафином
Рис. 13. Зависимость степени проклейки
бумаги от размера частиц канифольного
клея из 100%-ной свободной смолы
Последний вывод подтверждается данными работы Ф. Ден-
нета и С. Е. Либби, экспериментально показавшими (рис. 13)
что с уменьшением радиуса клеевых частиц эффект проклейки
увеличивается. При всех опытах бумага проклеивалась одним
и тем же количеством канифольного клея из 100% свободной
смолы (2,5%) с одним и тем же количеством сернокислого алю
миния (2,5%)- Конечный эффект проклейки зависит не только
от абсолютной величины частиц клея, но и от степени их удер-
жания на растительных волокнах. Вследствие этого при одном
и том же расходе клея возможно получение высокой степени
проклейки в некоторых случаях при относительно более круп-
ных клеевых частицах. В частности, это иногда наблюдается
на быстроходных бумагоделательных машинах, когда вслед
•ствие повышенного вакуума мелкие клеевые частицы особенно
легко удаляются под сетку.
1.3.2. Влияние проклейки на свойства бумаги
и переменные факторы процесса
Полагают, что влага, соприкасающаяся с поверхностью
клееной бумаги, спустя некоторое время, преодолев гидрофоб-
ные преграды частиц осадка канифольного клея, проходит че-
рез межволоконные поры на другую сторону листа. Исходя из
го судят о влиянии канифольной проклейки на некоторые
ЭТ йства бумаги путем анализа формулы из физики капилляр-
сБ° ЯВлений, характеризующей скорость прохождения жидко-
« (dl/dt) через систему капилляров при гидростатическом
давлении жидкости, равном нулю:
dljdt = racos 6/(400vjZ),
е i — глубина проникновения жидкости, см; t — время про-
никновения жидкости, с; г — радиус капилляра, см; о — по-
верхностное натяжение жидкости, Н/м; 0 — краевой угол сма-
чивания между жидкостью и твердым телом, град; т] — вяз-
кость жидкости, Па-с.
Использование этой формулы применительно к структуре
бумажного листа допустимо лишь с известным приближением,
так как формула выведена для системы с одинаковыми разме-
рами капилляров. В бумаге капилляры имеют различные дли-
ну и диаметр, который к тому же изменяется по величине даже
для одного и того же капилляра. Считая условно величину г
усредненной величиной эффективного радиуса пор бумаги
(раздел 4.1.4), можно в условиях отсутствия гидростатическо-
го давления жидкости над поверхностью бумаги пользоваться
приведенной выше формулой для качественного, но не для ко-
личественного суждения о влиянии на проклейку некоторых
технологических факторов и влиянии проклейки на некоторые
свойства бумажного листа.
Указанной формулой нельзя пользоваться для численного
определения скорости движения чернил в толщу бумажного ли-
ста, так как чернила представляют собой не истинный, а кол-
лоидный раствор. Однако из формулы видно, что скорость про-
никновения жидкости (в том числе и чернил) в толщу бумаж-
ного листа зависит не только от структуры бумаги, но и от
свойства чернил, и в первую очередь от их вязкости тр Несом-
ненно, что вид чернил влияет и на абсолютные показатели
о и 0, что в свою очередь сказывается на скорости прохожде-
ния чернил в толщу бумажного листа.
В составе чернил обычно имеется загуститель, способствую-
щий повышению вязкости чернил, а также удержанию во взве-
шенном состоянии нерастворимых в них частиц. Загуститель
является стабилизатором и снижает количество осадка, обра-
зующегося при хранении некоторых видов чернил. Чернила без
загустителя или с малым его содержанием, имеющие вязкость,
близкую к вязкости воды (например, чернила, приготовлен-
ные растворением в воде так называемого чернильного каран-
даша), легко проникают в толщу бумаги, обнаруживая, как это
из приведенной выше формулы, слабую проклейку
-за повышенной скорости прохождения таких чернил
По капиллярам бумажного листа (пониженное значение вели-
чины знаменателя дроби в правой части приведенного выше
Уравнения).
" следует
бумаги из
В качестве загустителя чернил обычно применяют гуммиара-
бик, декстрин, сахар, глицерин и другие вещества. Регулируя
количество вводимого загустителя, можно в известных преде-
лах изменять вязкость чернил, а следовательно, и их впиты-
ваемость бумагой. Чрезмерное количество загустителя приво-
дит к плохому стеканию чернил с пера. Проведенные нами на-
блюдения показали, что при известном увеличении содержания
в чернилах такого загустителя, как декстрин, заметно снижа-
ется скорость впитывания этих чернил в бумагу, т. е. повыша-
ется степень проклейки бумаги по отношению к этим чернилам.
Однако не каждый загуститель проявляет свое действие таким
образом. В некоторых случаях при использовании в качестве
загустителя глицерина с увеличением его содержания в черни-
лах наблюдается некоторое снижение степени проклейки бума-
ги по отношению к таким чернилам. Это объясняется повышен-
ной гигроскопичностью глицерина.
Проглаживая бумагу горячим утюгом, можно несколько
снизить скорость прохождения воды или чернил в нее. Приве
денная выше формула позволяет объяснить этот факт за счет
увеличения гидрофобности бумаги при взаимном блокировании
гидроксильных групп и удалении из бумаги избытка влаги.
Возможно, что при нагревании повышается также гидрофоб-
ность клеевого осадка на волокнах. В результате угол смачи-
вания бумаги водой увеличивается. Следовательно, косинус
этого угла уменьшается, что и приводит при всех равных про-
чих условиях к уменьшению величины дроби в правой части
указанного уравнения, т. е. к уменьшению скорости прохожде-
ния воды (чернил) в толщу бумажного листа или соответствен-
но к повышению степени проклейки бумаги.
Анализ той же формулы для скорости движения жидкости
в капиллярах позволяет объяснить сам эффект проклейки бу-
маги канифольным или канифольно-парафиновым клеем. Про-
исходящая при этом гидрофобизация выражается увеличением
угла 6 и уменьшением cos 0. Одновременно имеет место неко-
торое незначительное увеличение общей пористости бумаги,
тем не менее действие уменьшения cos 6 является превалирую-
щим, что и приводит к понижению скорости проникновения
жидкости в капилляры. Увеличение же радиуса капилляров
способствует тому, что проклеенная канифольным клеем бума-
га обладает более высокой воздухопроницаемостью и, следова-
тельно, несколько меньшей механической прочностью по сравне-
нию с неклееной. Это снижение механической прочности бума-
ги, как свидетельствуют наши наблюдения, мало заметно по
показателю разрывной длины бумаги и более заметно по дру-
гим показателям механической прочности.
Из формулы видно, что наличие в бумаге минерального на-
полнителя вследствие значительного возрастания при этом ве-
личины г способствует повышению скорости прохождения жид-
кости по капиллярам (т. е. снижению степени проклейки бу-
маги) и при всех прочих равных условиях заметно снижает ме-
ханическую прочность бумаги, а также приводит к росту ее
воздухопроницаемости.
Рассматриваемая формула дает ответ на вопрос: каким об-
разом при поверхностной проклейке бумаги животным клеем,
т е. гидрофильным веществом, достигается непроницаемость
к прохождению воды сквозь толщу бумаги. В данном случае,
как отмечал И. И. Ковалевский, решающим фактором являет-
ся резкое уменьшение величины радиуса пор, который при этом
имеет субмикроскопическую величину.
К указанным выше ограничениям возможности использова-
ния применительно к структуре бумаги формулы движения
жидкости по капиллярным порам следует добавить, что эта
формула дает лишь весьма упрощенное, хотя и наглядное, пред-
ставление о механизме движения влаги через толщу бумаги по
межволоконным порам. На самом деле механизм впитывания
влаги бумагой и прохождения ее через толщу бумаги значи-
тельно более сложен, на что обратил внимание в своей работе
В. Е. Гурьянов [39, 40].
Впитывание бумагой воды или другой жидкости может про-
исходить не только при движении жидкости по межволоконным
порам бумаги, но и по внутренним путям прохождения жидко-
сти в самих волокнах. При соприкосновении жидкости с по-
верхностью проклеенной бумаги легче смачиваются волокна,
а межволоконные поры в той или иной степени препятствуют
распространению жидкости по поверхности бумаги и в ее тол-
щу. Благодаря этому обеспечивается важное свойство хорошо
проклеенной писчей бумаги — ограниченно впитывать чернила
без их растекания по поверхности листа.
Доступные для жидкости поверхности волокон также не
равноценны с точки зрения смачивания. Покрытые гидрофоб-
ным клеевым осадком внешние поверхности смачиваются хуже,
чем поры волокон и внутренние пути возможного прохождения
жидкости, доступ частиц клея в которые ограничен. Поэтому
влага, соприкасающаяся с волокнами хотя бы на какой-то ча-
сти их поверхности, проникает внутрь через поры в стенках во-
локон и далее распространяется по внутренним влагопроводя-
щим путям волокон соответственно с законом капиллярного
впитывания со скоростью, значительно превышающей в силь-
нопроклееной бумаге скорость движения жидкости по капил-
лярам и порам, образованным внешними поверхностями
волокон.
Однако скорость пропитки бумаги жидкостью или промока-
ния ее зависит не только от размеров внутренних влагопрово-
Дящих путей и степени смачивания их жидкостью, но и от дру-
гих факторов. В первую очередь следует отметить величину по-
верхности соприкосновения волокон между собой, с увеличени-
ем которой облегчается переход влаги от одного волокна к дру-
гому, а также степень гидрофобности поверхности волокон,
с повышением которой возрастают антикапиллярные свойства
межволоконных пространств.
Из указанного понятно влияние степени помола массы на
проклейку бумаги. Часто бумага, изготовленная из массы очень
жирного помола, обнаруживает известную степень проклейки
даже в отсутствие проклеивающих веществ в композиции. Это
явление объясняется не повышенной при сушке гидрофобностью
размолотых волокон, как предполагал первоначально Я- Г. Хин-
чин, а увеличением сопротивления бумаги проникновению жид-
костей за счет уменьшения радиуса межволоконных пор, т. е. за
счет снижения межволоконного проникновения жидкости. Вме-
сте с тем скорость внутриволоконной диффузии в этом случае
увеличивается, так как она прямо пропорциональна величине
сил связей между волокнами. Именно эти связи обеспечивают
непрерывность пути внутриволоконной диффузии.
В неклееной или в слабоклееной бумаге при применении
смачивающих клеевой осадок жидкостей (например, спирта
или ацетона) движение жидкости будет происходить по меж-
и внутриволоконным путям. Скорость пропитки при этом будет
определяться размером межволоконных пор.
В клееной бумаге движение влаги также может проходить
но меж- и внутриволоконным путям. При наличии высокой сте-
пени гидрофобности клеевого осадка и достаточно большого
количества равномерно распределенных в бумажном полотне
частиц этого осадка межволоконные поры длительное время
остаются незаполненными жидкостью и в этом случае впиты-
вание жидкости осуществляется только по порам волокон и их
внутрипроводящим жидкость путям. Такая бумага сохраняет
плавучесть. Время ее промокания трудно определить по изме-
нению ее белизны, и его можно установить либо методом изме-
нения электропроводности, либо с помощью водорастворимых
красителей (например, эозина).
Следует учитывать, что измеряемый обычно угол смачива-
ния бумаги по параметрам капли не является равновесным, так
как в процессе смачивания изменяется как угол смачивания по-
верхности волокон и смачиваемость стенок по мере их запол-
нения влагой, так и размеры капли из-за впитывания жидкости
в волокна и толщу бумаги. Поэтому измеряемый угол смачи-
вания бумаги представляет собой некоторую усредненную ве-
личину, изменяющуюся во времени и дающую лишь приближен-
ную оценку гидрофобных свойств бумаги. В результате изме-
рений угол смачивания 0 может быть более 90е, т. е. cosO мо-
жет быть равен нулю или иметь отрицательную величину, однако
бумага сохраняет способность впитывать влагу по внутри-
волоконному механизму впитывания, хотя, как видно из при-
веденной выше формулы, прохождение влаги по межволокон-
ным порам при этом прекращается. Поэтому одним лишь изме-
рением угла смачивания поверхности бумаги нельзя судить о ее
впитывающей способности.
Все указанные выше ограничения, и в том числе изменяю-
щаяся во времени величина cos 0, не дают возможности приме-
лять анализируемую формулу для количественного суждения
ю скорости прохождения жидкости сквозь толщу бумаги,
g В. Лапин [82] предлагает другую формулу, имеющую ряд
существенных недостатков (например, отсутствие в ней показа-
теля вязкости жидкости и др.) и также не пригодную для коли-
чественного суждения о скорости прохождения жидкости сквозь
толщу бумаги. Вместе с тем приведенная выше и принятая дру-
гими авторами формула из физики капиллярных явлений по-
зволяет охарактеризовать влияние ряда переменных факторов
на процесс проклейки бумаги, что ценно.
В предельных условиях впитывание жидкости в клееную
бумагу осуществляется только по внутриволоконному механиз-
му. Однако, когда угол смачивания поверхности межволокон-
ных пор около 90° и скорость снижения величины этого угла
во времени отстает от скорости движения жидкости по внут-
ренним влагопроводящим путям, тогда время промокания бума-
ги определяется именно этой скоростью движения жидкости по
внутренним влагопроводящим путям, но впитывающая способ-
ность бумаги будет зависеть от внутри- и межволоконного впи-
тывания жидкости. Таким образом, время воздействия жидко-
сти на бумагу в сочетании с начальной степенью гидрофобности
поверхности межволоконных пор являются факторами, опреде-
ляющими в клееной бумаге механизмы ее промокания и впиты-
вающей способности применительно к той или иной жидкости.
В результате каландрирования бумаги степень ее проклей-
ки снижается на величину от 20 до 70% в зависимости от усло-
вий каландрирования и вида используемой при этом бумаги.
Отрицательное влияние процесса каландрирования на проклей-
ку может быть минимальным при каландрировании бумаги
после отлежки увлажненной бумаги в течение 12—48 ч. Такая
отлежка способствует равномерному распределению в ней вла-
ги, что улучшает условия каландрирования. Усиление проклей-
ки путем одновременного использования №К.МЦ, дисперсий
воска или парафина также компенсирует отрицательное влия-
ние каландрирования на степень проклейки бумаги.
С точки зрения современных представлений о путях движе-
ния влаги при увлажнении ею поверхности бумаги отрицатель-
ное влияние каландрирования на степень проклейки бумаги
оказывает уплотнение бумаги, которое происходит в результа-
те каландрирования с установлением между волокнами более
тесных контактов, способствующих усилению внутриволоконно-
го прохождения влаги. В результате каландрирования снижа-
ется величина угла смачивания поверхности бумаги водой (чер-
нилами), что способствует ускорению проникновения этих жид-
костей в ее межволоконные поры. По этим причинам каланд-
рирование бумаги неизменно приводит к снижению степени ее
проклейки.
Растительные волокна различного происхождения и режи-
ма обработки отличаются способностью проклеиваться кани-
фольным клеем. Лучше всего и с малым расходом канифоли
проклеиваются волокна целлюлозы, обладающие высокой ад-
сорбционной способностью и высоким содержанием гемицеллю-
лоз. Проклейке способствует также высокая неотмываемая
(естественная) зольность волокон. Отрицательное влияние на
проклейку бумаги оказывают повышенная кислотность волокон
и недостаточная отмывка их от варочного и отбельного щело-
ков. Отмечено ухудшение способности проклеиваться целлю-
лозных волокон, при отбелке которых была использована
двуокись хлора. При этом чем ниже значение pH массы при от-
белке двуокисью хлора, тем ниже естественная зольность цел-
люлозных волокон и в связи с этим тем хуже они проклеива-
ются. Хорошими проклеивающими свойствами обладает суль-
фатная целлюлоза (небеленая и беленая), а также древесная
масса. Наиболее затруднена проклейка тряпичных волокон,
а также небеленой сульфитной целлюлозы, особенно при недо-
статочной ее отмывке от варочного щелока. А. П. Петров ука-
зывает, что на проклейку бумаги из небеленой сульфитной
целлюлозы, если даже она хорошо отмыта от щелоков, расхо-
дуется в 7—9. раз больше клея, чем на проклейку бумаги из
сульфатной небеленой целлюлозы. Р. Миспли отмечает, что
использование свежесрубленной в конце зимы или ранней вес-
ной древесины приводит к получению волокнистой массы, отли-
чающейся плохой способностью проклеиваться канифольным
клеем. Восприимчивость к проклейке заметно возрастает, если
древесину перед использованием подвергнуть более продолжи-
тельной естественной, воздушной сушке.
Содержание экстрактивных веществ в сульфатной целлю-
лозе не оказывает большого влияния на степень проклейки бу-
маги, изготовленной из этой целлюлозы. Повышенное же со-
держание этих веществ в сульфитной целлюлозе способствует
некоторому снижению степени проклейки соответствующей бу-
маги, которая при этом обнаруживает тенденцию к расклейке
в зависимости от времени ее хранения.
Природа расклейки бумаги с течением времени ее хранения
во многом до сих пор остается неясной. Часто можно наблю-
дать наиболее значительное снижение степени проклейки клее-
ной бумаги на протяжении первой недели — декады после изго-
товления бумаги на бумагоделательной машине. Это можно
связать с наиболее интенсивным в этот период поглощением бу-
магой влаги из окружающего воздуха. В дальнейшем в тече-
ние некоторого времени наблюдается стабилизация степени
проклейки и затем даже ее восстановление. В некоторых слу-
чаях весь этот процесс продолжается на протяжении несколь-
ких месяцев.
Причинами временной или необратимой расклейки бумаги
могут быть недостаточно высокая температура поверхности су-
шильных цилиндров, при которой сильногидратированная
аморфная гидроокись алюминия не успела перейти в кристал-
лическое состояние, окисление со временем или под влиянием
внешних факторов смоляных кислот канифольного клеевого
осадка, реориентация гидрофобных частиц осадка и др. Наи-
более подвержена расклейке бумага из небеленой сульфитной
целлюлозы. Бумага, изготовленная в летних условиях, т. е. при
наличии теплой производственной воды, более склонна к рас-
клейке, чем бумага, изготовленная зимой. Иногда полная или
частичная расклейка бумаги наблюдается во время грозы, что
объясняется влиянием грозовых разрядов на образование окис-
лов азота, которые в свою очередь оказывают окисляющее дей-
ствие на канифольный осадок.
По данным С. С. Пузырева и С. Н. Иванова, лигнин, содер-
жащийся в сульфитной целлюлозе (лигносульфонат), ухудша-
ет проклейку бумаги, тогда как щелочной лигнин, содержащий-
ся в сульфатной целлюлозе, благоприятствует проклейке бума-
ги. Поэтому делигнификация сульфатной целлюлозы приводит
к ухудшению, а сульфитной целлюлозы к улучшению проклей-
ки бумаги. Именно этим объясняется общеизвестный факт, что
беленая сульфитная целлюлоза проклеивается лучше, чем не-
беленая, а беленая сульфатная целлюлоза хуже, чем небеленая.
Указанное подтверждает мнение И. А. Розенбергера [119]
об отношении к проклейке сульфитных и сульфатных видов
целлюлозы в зависимости от их выхода из древесины. Ссылаясь
на опыты Д. Эклунда, Н. А. Розенбергер пишет, что проклеи-
ваемость различных видов сульфитной целлюлозы в отличие
от сульфатной ухудшается с уменьшением их выхода из дре-
весины. Этот факт он объясняет снижением гидрофобности за-
ключенного в технической целлюлозе лигнина по мере повыше-
ния степени его сульфонирования, вследствие чего сульфитная
целлюлоза проклеивается значительно труднее, чем сульфатная
с таким же или с большим выходом.
Интересные результаты были получены С. С. Пузырсвым
и С. Н. Ивановым при установлении влияния технологического
режима отбелки сульфитной целлюлозы на способность про-
клеиваться изготовляемой из этой целлюлозы бумаги. Расход
едкого натра на стадии щелочения (нейтрализации) не должен
превышать 2% к массе абс. сухих волокон. При выборе отбе-
ливающих реагентов для последней ступени отбелки предпоч-
тение перед двуокисью хлора отдают гипохлоритам или пере-
кисям, что способствует получению легко проклеиваемой беле-
ной сульфитной целлюлозы. В случае же использования дву-
окиси хлора pH массы при отбелке должен быть близким к ней-
тральному. Заключительную кисловку массы следует проводить
при pH массы, близком к нейтральному. По возможности от
этой кисловки следует отказаться, как это и рекомендует
С. А. Ридхольм применительно к отбелке целлюлозы, предна-
значенной для выработки клееных видов бумаги. После же от-
белки гипохлоритом или перекисью заключительную кисловку
целесообразно заменять по возможности тщательной промыв-
кой.
О прямой зависимости способности целлюлозы проклеивать-
ся от ее адсорбционной способности свидетельствуют работы
В. И. Юрьева с сотрудниками. В этих же работах, со ссылкой
на С. С. Воюцкого, отмечается, что при проклеивании бумаж-
ной массы параллельно протекают и взаимно конкурируют про-
цессы гомокоагуляции (образование агрегатов из частиц
проклеивающего вещества) и гетерокоагуляцпи (отло-
жение частиц проклеивающего вещества на волокнах). Жела-
тельной формой коагуляции при проклейке является гетеро-
коагуляция, при которой частицы смоляного клея в бумаге
равномерно распределяются.
Адсорбированные целлюлозой катионы металлов и их со-
единения понижают электрокинетический потенциал отрица-
тельно заряженной целлюлозы, в результате чего под действи-
ем сил ван дер Ваальса (сил молекулярного притяжения)
облегчается осаждение отрицательно заряженных частиц смо-
ляного клея на волокнах целлюлозы еще до прибавления сер-
нокислого алюминия. Последующее прибавление сернокислого
алюминия обеспечивает коагуляцию преимущественно в жела-
тельном направлении процесса гетерокоагуляцпи. Именно этим
и объясняется положительное влияние на проклейку бумаги
адсорбционной золы целлюлозы, природа катионов которой
определяет соотношение между процессами гетерокоагуляцпи
и гомокоагуляции.
Для обеспечения устойчивого режима проклейки бумаги
необходимо регулирование кислотности оборотной воды на бу-
магоделательной машине, так как при замкнутой системе ис-
пользования воды в ней накапливаются ионы сульфата и воз-
растает свободная кислотность воды. Практика показала, что
лучше контролировать общую кислотность оборотной воды,
а не значение pH. Такая система регулирования успешно осу-
ществляется на предприятиях с непрерывным потенциометри-
ческим титрованием оборотной воды, предварительно нейтрали-
зованной раствором едкого натра до pH 6—8.
Длительная эксплуатация указанной системы регулирования
на машинах при выработке офсетной, оберточной и типограф-
ской видов бумаги выявила возможность снижения расхода ка-
нифоли в среднем с 14,4 до 10,6 кг на 1 т бумаги и сернокис-
лого алюминия с 23 до 16,7 кг на 1 т бумаги. Одновременно
с уменьшением кислотности среды был достигнут более высо-
кий срок службы прессовых сукон, уменьшение коррозии метал-
лических деталей оборудования и трубопроводов, а также по-
вышение устойчивости вырабатываемой бумаги к старению.
Немаловажное влияние на процесс проклейки оказывают
температура и жесткость производственной воды. Повышенная
температура производственной воды, особенно в летнее время,
способствует нежелательному процессу гомокоагуляции, при
котором уменьшается степень дисперсности клеевых частиц
л, следовательно, ухудшаются условия проклейки. Фактически
многие затруднения с проклейкой бумаги наблюдаются в пе-
риод заметного повышения температуры проклеиваемой массы.
А. П. Петров, ссылаясь на работы японских исследователей
Е. Тёгоро и А. Горо, пишет, что при повышении температуры
сильно слипаются частицы клея. При температуре 40° С сли-
пание увеличивается в 6 раз по сравнению с тем, что наблю-
дается при температуре 18° С. На рис. 14, по данным А. П. Пет-
рова, показана установленная на одной из бумажных фабрик
зависимость расхода канифоли на проклейку бумаги от тем-
пературы производственной воды в разное время года.
Жесткость производственной воды оказывает различное
влияние на результаты проклейки в зависимости от вида кани-
фольного клея, используемого для проклейки бумаги. Приме-
нение бурого клея требует использования мягкой производ-
ственной воды. Чем выше содержание свободной смолы в клее,
тем более жесткая вода может быть использована для
проклейки бумаги. Белый клей следует применять в условиях уме-
ренной жесткости производственной воды. Большое преимуще-
ство клея с высоким содержанием свободной смолы — возмож-
ность его применения и получение при этом повышенных ре-
зультатов проклейки в условиях жесткой производственной во-
ды, в особенности при повышенном содержании в воде бикар-
бонатных солей (солей временной жесткости). В данном случае
Концентрация гумусовых
Веществ, мг/я
Рис. 14. Расход канифоли на проклейку писчей бумаги в зависимости от
температуры производственной воды:
1 — расход канифоли; 2 — температура воды
Рис. 15. Электрокинетический потенциал целлюлозных волокон в растворах
гумусовых веществ:
1 — сульфокислота; 2 — гуминовая кислота
наличие в клее защитного коллоида обеспечивает стабильность
клеевой дисперсии и соли жесткости воды не вызывают преж-
девременную коагуляцию клеевых частиц. Вместе с тем много-
летний опыт одной из бумажных фабрик Ленинграда показал
успешное использование клея с высоким содержанием свобод-
ной смолы для проклейки разных видов бумаги высокой белиз-
ны в условиях применения мягкой производственной воды из
р. Невы.
Морская вода не пригодна для приготовления канифольного
клея. На непригодность применения морской воды при изготов-
лении клеевых видов бумаги указывает также А. П. Петров.
Как показал В. А. Волков, присутствие в воде гумусовых
веществ в большинстве случаев отрицательно сказывается на
степени проклейки бумаги. Эти вещества адсорбционно и хи-
мически активны по отношению к компонентам, принимающим
участие в проклейке бумаги. Они снижают гидрофобизирующую
способность клеевых осадков. В присутствии ионов алюминия
гумусовые вещества способны адсорбироваться на поверхности
клеевых частиц и целлюлозных волокон, снижая белизну изго-
товляемой бумаги. Установлено также, что гумусовые вещества
увеличивают электроотрицательный заряд клеевых частиц
и целлюлозных волокон. Особенно активна в этом отношении
гуминовая кислота (рис. 15). Вместе с тем присутствие гумусо-
вых веществ практически не сказывается на степени удержа-
ния канифольного клея в бумаге.
О. Хубер указывает на опасность возникновения различных
производственных помех вследствие ежегодного возрастания ко-
личества моющих веществ, которые поступают в водоемы и, сле-
довательно, в производственные водопроводы. Он отмечает
и ухудшение степени проклейки бумаги из-за присутствия
в производственной воде поверхностно-активных веществ,
адсорбируемых растительными волокнами. В некоторых слу-
чаях при этом полезным оказывается увеличение дозировки
сернокислого алюминия.
Тот же автор указывает, что им наблюдалась расклейка че-
рез непродолжительное время этикеточной бумаги с массой
70 г/м2 односторонней гладкости без содержания древесной мас-
сы. Причиной расклейки, как было установлено, был вид кани-
фольного клея, в молекуле которого содержались реакционно-
способные двойные связи, реагирующие на окислительное дей-
ствие кислорода окружающего воздуха. В соответствующих
условиях, например при высокой влажности воздуха, повышен-
ной температуре и особенно в присутствии катализаторов (же-
лезо, соли тяжелых металлов), это окислительное действие мо-
жет привести к разрушению проклейки бумаги. Чтобы сделать
эти окисляемые двойные связи безвредными, одним из средств
может служить их гидрирование.
Другим затруднением в производстве клееных видов бума-
ги служит образование иногда (в основном в летние месяцы)
нерастворимого в воде, похожего на глазурь, гомогенного,
аморфного строения осадка. Этот осадок затрудняет обезвожи-
вание бумажной массы, забивает ячейки сеток и сокращает
срок службы сеток. Удалить его можно только действием го-
рячего раствора едкого натра. Наблюдения О. Хубера показа-
ли, что в узких пределах величин pH и при повышенной тем-
пературе (выше 30° С) при добавке сульфата алюминия для
осаждения канифольного клея в производственной воде обра-
зуются высокодисперсные коллоиды, которые взаимодействуют
со смоляными кислотами с образованием адсорбционных слоев
металлического мыла. Такой слой обладает четко выраженны-
ми структурно-механическими свойствами с высокой проч-
ностью и создает на поверхности сетки структурированный
«панцирь». Для устранения возможности образования подобно-
го слоя на сетке рекомендуется поддерживать в сеточной части
температуру ниже 32° С и снижать количество сернокислого
алюминия.
По данным X. Байрера, при введении в бумажную массу
1% канифольного клея к массе волокон его удержание состав-
ляет примерно 90%. Увеличение же дозировки клея ведет к сни-
жению степени его удержания. Например, при добавке 7% клея
удержание составляет всего лишь ~40%. Тот же автор сооб-
щает, что по данным других исследований при добавке 3% ка-
нифольного клея от 42 до 60% его количества не удерживается
на волокнах. Поэтому автор рекомендует применение тех ви-
дов канифольного клея, которые в малых количествах обеспе-
чивают хорошую проклейку бумаги, т. е. рекомендуется при-
менять такой вид канифольного клея, который содержит актив-
ные к проклейке молекулы клея. Это дает возможность на
предприятии, вырабатывающем в год 30 000 т клееной бумаги,
при уменьшении потерь канифоли всего на 0,7% понизить по-
тери канифоли со сточными водами на 210 т и сернокислого
алюминия на 300 т в год.
Координационная теория Томаса дает новую информацию
о специфической роли ионов алюминия при проклейке бумаги
и тем дополняет наши представления об этом сложном процес-
се и о роли в нем сернокислого алюминия — роли, которая ра-
нее оценивалась исходя лишь из представлений электростати-
ческой теории.
Согласно координационной теории ионы алюминия могут
устанавливать с целлюлозой и смолой связи через гидроксиль-
ные группы по схеме:
Н2ОК он
Н2О —А17^ Целлюлоза
XO-C-Re
II
О
С. Н. Иванов, ссылаясь на данные Р. Гайда, указывает, что
легкосорбируемые анионы таких веществ, как оксалаты, тартра-
ты, лигносульфонаты, а также сульфаты, оказывают вредное
влияние на проклейку, так как они мешают установлению ко-
ординационной связи смолы и целлюлозы с ионом алю-
миния.
Выше уже отмечалось, что с повышением температуры про-
изводственной воды в летнее время ухудшается проклейка бу-
маги из-за увеличения размеров клеевых частиц. Теория коор-
динационной связи дает и другое объяснение явлению ухудше-
ния проклейки бумаги в летнее время. Согласно этой теории
на ухудшение проклейки бумаги в летнее время может оказы-
вать влияние и активное действие микроорганизмов, в резуль-
тате которого образуются органические анионы с сильными
координационными связями, например соли лимонной или ща-
велевой кислоты. Эти соли вступают с ионами алюминия в ко-
ординационную связь, чем резко снижают эффект от действия
ионов алюминия на проклейку бумаги. Таким образом, хоро-
шая проклейка бумаги в летнее время неотделима от борьбы
с микроорганизмами (слизеобразованием) в это время года.
С точки зрения теории координационной связи хорошая спо-
собность проклеиваться некоторых видов целлюлозы объясня-
ется тем, что у таких целлюлоз отсутствуют органические анио-
ны с сильными координационными связями, например соли ща-
велевой или лигносульфоновой кислоты, которые могут появить-
ся в процессе варки.
Теория координационной связи подсказывает возможности
упрочнения в некоторых случаях бумаги действием солей, со-
держащих алюминий, в отсутствие проклеивающих веществ.
Наблюдающееся же некоторое ослабление бумаги, проклеенной
обычным канифольным клеем по сравнению с прочностью не-
клееной бумаги, может быть объяснено преобладанием отрица-
тельного влияния на механическую прочность бумаги частиц
канифольного клея (из-за повышения пористости бумаги) над
положительным влиянием — установлением связи между волок-
нами целлюлозы через координацию с ионами алюминия.
Работами Г. И. Чижова, С. Н. Иванова и автора этой книги
установлено, что вводимые в бумажную массу соединения алю-
миния оказывают активное воздействие на показатели механи-
ческой прочности бумаги, а также картона [234]. Интенсив-
ность и направление этого воздействия определяются природой
алюминиевого соединения и величиной pH среды. Так, хлорид
алюминия и алюминат натрия способствуют повышению межво-
локонных сил связи и разрывной длины бумаги в широком диа-
пазоне исследованных значений pH 4—11, тогда как добавки
сернокислого алюминия в смеси его с алюминатом натрия при-
водят к снижению межволоконных сил связи и разрывной дли-
ны бумаги в кислой и нейтральной областях и росту этих пока-
зателей в щелочной среде. Вместе с тем опыты с использовани-
ем различных волокнистых материалов показали, что изменение
активной кислотности массы в отсутствие соединений алюминия
не оказывает существенного влияния на величину сил связи
в бумаге. Указанными работами применительно к беленой суль-
фитной целлюлозе был уточнен и расширен координационный
ряд Томаса. Было показано, что по своей координационной спо-
собности к алюминию исследованные анионы располагаются
следующим образом: хлорид<нитрат<ацетат<сульфат<фос-
фат<оксалат<цитрат. Сульфатная беленая целлюлоза, рас-
сматриваемая как крупный поливалентный анион, занимает
промежуточное положение между оксалатом и цитратом. Это
значит, что гидроксилы на поверхности целлюлозы способны
конкурировать с анионами оксалата и частично заполнять внут-
реннюю сферу алюминиевого полигидроксокомплекса, а это ве-
дет к росту сил связи в бумаге. Анионы цитрата полностью
изолируют алюминат от целлюлозных волокон. Природа волок-
нистого материала при прочих равных условиях оказывает
большое влияние на величину межволоконного взаимодействия
в бумажном полотне. В порядке возрастания сил связи в опы-
тах с использованием соединений алюминия исследовавшиеся
волокнистые материалы располагаются в следующий ряд:
сульфатная небеленая целлюлоза, сульфатная беленая целлю-
лоза, сульфитная беленая целлюлоза, хлопковая полумасса,
сульфитная небеленая целлюлоза, древесная масса. На рис. 16
показана зависимость межволоконных сил связи в бумаге от ве-
личины pH в присутствии соединений алюминия и различных
анионов. К бумажной массе добавлялся алюминат натрия и эк-
вивалентное количество соответствующей 1 н. кислоты. Вели-
чина pH массы регулировалась с помощью 1 н. NaOH или 1 н.
кислоты, действие аниона которой проверялось. Концентрация
алюминия в массе при отливе составляла 2,5 мг-экв/л, считая
на A12(SO4)3.
3,135
ZJW
2,35Z
Рис. 16. Зависимость межволокон- 1,950
ных сил связи в бумаге от величи- 1558
ны pH в присутствии соединений »з ’
алюминия при наличии в массе: 1,175
а — неорганических анионов; б — орга- кГ
нических анионов; добавки: 1 — хлорида;
2 — нитрата; 3 — сульфата; 4 — фосфа- р
та; 5 — ацетата; 6 — оксалата; 7 —
цитрата §
Как видно из рис. 16, эффективность действия соединения
алюминия (в данном случае алюмината натрия) на величину
сил связи между волокнами при прочих равных условиях за-
висит как от величины pH среды, так и от природы сопутству-
ющих анионов. При этом максимум развития межволоконных
сил связи приходится на нейтрально-щелочную область, когда
содержание аниона в составе полигидроксокомплекса алюминия
минимально. С увеличением координационной активности со-
путствующего аниона связующая роль соединения алюминия
снижается.
1.3.3. Способы проклейки
Среди проклеивающих материалов наибольшее применение
получила канифоль, которую изготавливают тремя способами:
из живицы, таллового масла и пневого осмола. Наиболее каче-
ственный исходный проклеивающий материал — живичная ка-
нифоль. Однако ее дефицит диктует необходимость использова-
ния для проклейки бумаги талловой канифоли, а также экст-
ракционной (сосновой, кедровой, лиственничной, еловой
и др.), получаемой путем экстракции щепы, из пней.
Талловая канифоль—побочный продукт сульфатцеллюлоз-
ного производства. Этот вид канифоли применяют для проклей-
ки широкого ассортимента бумаги, кроме проклейки долговеч-
ной бумаги и бумаги, отличающейся высокой степенью белиз-
ны. Опыт Марийского целлюлозно-бумажного комбината пока-
зал, что талловая канифоль вполне пригодна для проклейки
многих вырабатываемых на этом комбинате видов бумаги, на-
пример оберточной, основы для клеевой ленты, патронной и др.
Она с успехом может быть также использована для проклейки
разных видов картона. Талловая канифоль обладает высокой
реакционной способностью к кислороду воздуха, и окисление
ее клеевого осадка способствует пожелтению бумаги при ее
хранении. Этот недостаток устраняют модификацией канифоли
одним из следующих известных способов: обработкой канифо-
ли серной кислотой, гидрированием (каталитическое присоеди-
нение водорода), термической изомеризацией при повышенных
температурах, присоединением к канифоли органических ве-
ществ (малеинового ангидрида, фумаровой кислоты). Подоб-
ные обработки устраняют кристаллизуемость клея и увеличива-
ют гидрофобность клеевых осадков в бумаге. Клей из модифи-
цированной талловой канифоли (например, клей-паста Пексли-
ма) может быть использован для проклейки различных видов
писчей бумаги и бумаги для печати.
Экстракционные виды канифоли имеют темный цвет, и если
их не подвергнуть модификации, то их можно применять для
проклейки бумаги и картона, для которых белизна не имеет су-
щественного значения. С течением времени хранения бумажная
продукция, проклеенная немодифицированной экстракционной
канифолью, обнаруживает снижение исходной степени проклей-
ки. Экстракционные виды канифоли имеют сравнительно низ-
кую температуру размягчения и по сравнению с живичной ка-
нифолью содержат повышенное количество окисленных, неомы-
ляемых веществ и жирных кислот. При использовании модифи-
цированных экстракционных видов канифоли в процессе приго-
товления клея и на бумагоделательной машине могут возникать
производственные затруднения — пенообразование, получение
быстрорасслаивающейся клеевой дисперсии.
Для проклейки темных видов бумаги и картона, а также
древесноволокнистых плит используют талловый пек, представ-
ляющий собой кубовый остаток от ректификации таллового мас-
ла. Этот продукт с содержанием 25% смоляных кислот приме-
няют для проклейки мешочной бумаги, бумаги для гофрирова-
ния и разных видов картона [77].
Усиления степени проклейки бумажной продукции тал-
ловым пеком достигают модификацией его малеиновым
ангидридом или формальдегидом, а также добавкой к нему
парафина.
Значительный интерес представляет так называемый «у к -
репленный кле й», получаемый путем присоединения ма-
леинового ангидрида к смоляным кислотам типа абиетиновой
кислоты. Наблюдения, проведенные в производственных усло-
виях Институтом химии древесины Академии наук Латвийской
ССР совместно с Центральной лабораторией бумажной про-
мышленности Латвийской ССР, показали, что подобный клей
по сравнению с обычным канифольным клеем дает возмож-
ность получить экономию 40—50% канифоли и соответствую-
щую экономию сернокислого алюминия, обеспечивая при этом
хорошую проклейку бумаги.
Р. Р. Дэвидсон указывает, что при проклейке бумаги укреп-
ленным клеем с высоким содержанием свободной смолы в ней-
тральной среде с pH 6,8—7 в качестве наполнителя бумаги мо-
жет быть использован мел. Квасцы при этом добавляются
только для предотвращения щелочной среды, которая в усло-
виях применения одного мела может достигать значения pH
равного 8,5. Клееная бумага, содержащая мел, долговечна. Для
такой бумаги могут быть эффективно использованы оптические
отбеливатели.
При применении укрепленного клея необходимо особо сле-
дить за pH среды при проклейке, так как при низких значени-
ях pH нередко наблюдается повышенное пенообразование
и флокуляция в бумажной массе. А. Г. Махонин и Г. И. Чижов
указывают на успешные опыты использования укрепленного
клея в количестве до 45% в смеси с белым или бурым видом
клея. Они же отмечают, что укрепленный клей по сравнению
с другими видами канифольного клея обеспечивает более ста-
бильную во времени проклейку бумаги, особенно в условиях
надлежащего соблюдения температурного режима процесса
сушки клееной бумаги.
Благоприятное действие на эффект проклейки бумаги укреп-
ленного клея объясняется теорией координационных связей,
образуемых ионами алюминия (из сернокислого алюминия)
с канифолью и одновременно с целлюлозой по ее гидроксиль-
ным группам.
Малеиновый ангидрид реагирует при повышенной темпера-
туре и в присутствии катализатора с кислотами, из которых
состоит канифоль. В результате в полученном укрепленном про-
дукте оказываются молекулы с тремя реакционноспособными
карбоксильными группами вместо одной подобной группы в мо-
лекулах обычной канифоли. Таким образом, после реакции
нейтрализации с каустической или кальцинированной содой по-
лучается укрепленный клей, который по сравнению с обычным
канифольным клеем оказывается лучше удержанным целлюло-
зой при помощи координационных связей иона алюминия, так
как одна и та же молекула клея может быть фиксирована тре-
мя разными ионами алюминия. За рубежом укрепленные кани-
фольные клеи известны под различными фирменными назва-
ниями: Мерсайз, Малроз, Пексол, Пайн-Пи и др.
В ряде случаев на предприятиях бумажной промышленно-
сти предпочитают не варить канифольный клей, а пользовать-
ся привозным готовым клеем в виде пасты, которую на бумаж-
ной фабрике разводят водой и затем вводят в бумажную мас-
су. В Советском Союзе был осуществлен успешный опыт цент-
рализованного изготовления высокосмоляного клея-пасты с пе-
ревозкой такого клея на расположенные в относительной близи
предприятия бумажной промышленности. Для предотвращения
смерзания подобного клея при его перевозке в зимнее время
и при длительном нахождении бочек с клеем на холоде в пас-
ту вводили глицерин в количестве 10% к массе канифоли
в клее.
В Финляндии нашел применение канифольный клей в виде
пасты под торговым наименованием Пекслима. Этот клей пере-
возится в авто- и вагон-цистернах, а также в бочках вмести-
мостью 240 кг нетто. В вагон-цистерну загружается 30—50 т
клея Пекслима. Разбавляют этот клей в две стадии: доводят
до содержания 17—18% сухого вещества при подогреве до
70—80° С и затем разбавляют холодной водой до концентра-
ции 3—6%.
Проклейке бумаги в нейтральной или в сла-
бощелочной среде уделяется большое внимание. Ранее
экспериментально было показано, что осуществление процесса
проклейки с использованием алюмината натрия дает возмож-
ность уменьшить общий расход канифоли на 10—20%. При
этом рекомендуется часть алюмината натрия (~0,5% к массе
волокон) вводить в бумажную массу еще перед ее размолом,
что облегчает набухание волокон. После введения канифоли pH
массы снижают сернокислым алюминием с доведением pH сре-
ды до 6,5—7,2 и затем в массу вводится остаток алюмината
натрия для завершения процесса проклейки в слабощелочной
или в нейтральной среде.
На рис. 17 приведена схема введения в бумажную массу
сернокислого алюминия—Al2 (SO4)3 и алюмината натрия —
АкОз^агО-НгО, рекомендуемая X. Хенчелсм.
К. Слипка указывает, что при проклейке сульфатной цел-
люлозы алюминат натрия нужно вводить в конце процесса
проклейки, что способствует в данном случае повышению сте-
пени проклейки, лучшему удержанию мелких волокон и бла-
годаря этому повышению сопротивления бумаги продавлива-
нию. При этом расход алюмината натрия составляет 0,2—
0 25% к массе абс. сухих волокон, а оптимальное значение
pH — 5,9—6,3.
Рис. 17. Схема введения в бумажную массу сернокислого алюминия и алю-
мината натрия с регулировкой величины pH:
1 — из установки для разведения сульфата алюминия; 2 — улавливающая аппарату-
ра; 3 — поступление массы; 4 — массный бассейн; 5 — из установки для приготов-
ления алюмината натрия; 6 — поступление массы с алюминатом натрия; 7 — машин-
ный бассейн; 8 — ящик постоянного напора; 9 — промежуточная емкость; 10 — уста-
новка для измерения pH и автоматической подачи алюмината натрия; 11 — узлолови-
тель; 12 — напорный ящик; 13 — сборник регистровой воды; 14 — сборник избыточ-
ной подсеточной воды
При проклейке бумаги нейтральным клеем с использовани-
ем алюмината натрия, если алюминат вводится в бумажную
массу еще перед ее размолом, хорошие результаты проклейки
получаются в области pH 4,5—6,0. При введении же алюмина-
та натрия после сульфата алюминия лучшая проклейка полу-
чается при pH в области 6,0—7,0.
Наблюдения румынских исследователей показали, что про-
клейка массы в нейтральной или слабощелочной среде способ-
ствует повышению долговечности бумаги, повышению показа-
телей ее прочности и уменьшению коррозии оборудования. Кис-
лая среда водной вытяжки резко снижает термостойкость и дол-
говечность вырабатываемой бумаги.
Использование алюмината натрия способствует повышению
удержания наполнителя в бумаге, а добавка его облегчает ра-
боту массоулавливающей аппаратуры. Особо рекомендуется
введение алюмината натрия при выработке неклееных видов бу-
маги. При этом благодаря хорошему удержанию наполнителя
повышаются впитывающая способность бумаги, ее белизна
и непрозрачность. Алюминат натрия используют для повыше-
ния удержания в бумаге карбоната кальция, который в кислой
среде разрушается с выделением углекислого газа. Существует
мнение, что алюминат натрия способствует снижению пенооб-
разования в потоке бумажной массы и повышению показателей
сопротивлений бумаги продавливанию и излому. Он служит
также для осветления и обесцвечивания свежей воды и в каче-
стве коагулянта при очистке сточных вод. Алюминат натрия,
наиболее пригодный для использования при проклейке бумаги,
по данным X. Хенчеля, имеет, как показывает анализ, следу-
ющий состав, %: А12О3 — 53—55; Na2O — 40—41; Fe2O3 около
0,008. Содержание нерастворимых примесей — следы. Щелоч-
ной модуль, т. е. отношение Ыа2О : А12О3 равно примерно 1,27.
По другим данным при использовании нейтрального канифоль-
ного клея наиболее высокая степень проклейки, замеренная ме-
тодом Кобба, проникания в структуру бумаги коллоидного
раствора чернил (по изменению белизны) и чернильно-штрихо-
вым способом, достигается с применением алюмината натрия со
щелочным модулем 1,7.
В табл. 6 приведены сравнительные производственные дан-
ные, характеризующие проклейку бумаги из беленой целлюло-
зы (40%), небеленой целлюлозы (30%) и древесной массы
(30%) в кислой и в нейтральной средах.
6. Сравнительные данные производственных опытов проклейки бумаги
в кислой и в нейтральной средах (по данным М. Чене)
Показатели Опыт
1 2
pH среды 4,5 7,0
Масса 1 м2, г 79 78
Зольность, % 19,5 19,0
Влажность, % 8,4 8,0
Разрывная длина, м 3800 4200
Число двойных перегибов 155 500
В опыте 1 использовались клей Бевойд (2,5% к массе воло-
кон) и квасцы (2,8% к массе волокон). В опыте 2 были при-
менены алюминат натрия — 0,4%, смоляной клей — 2% и квас-
цы— 1,4%.
Из таблицы видно, что в сравнимых условиях и при нали-
чии примерно одинакового количества минерального наполни-
теля бумага, проклеенная в нейтральной среде, обнаруживает
повышенные показатели по сопротивлениям излому и разрыву.
В связи с ростом мирового производства бумаги и картона,
а также дефицитностью канифоли — основного проклеивающего
вещества — большое внимание в настоящее время уделяется
применению различных заменителей канифоли в виде модифи-
цированных и синтетических проклеивающих веществ, которые
могли бы использоваться для проклейки в массе или с поверх-
ности бумаги.
Канифоль — слабая органическая кислота, поэтому идет по-
иск заменителей канифоли среди других слабых органических
кислот сходного химического состава. Опыты, проведенные
в лабораторных и в промышленных условиях, показали целе-
сообразность использования в качестве полноценного замените-
ля канифоли ди (метаксилил) пропионовой кислоты (ДМКПК)
[165, 166]. Синтез этой кислоты, основанный на недорогом и до-
ступном нефтехимическом сырье, разработан на кафедре орга-
нической химии Ленинградской лесотехнической академии им.
С. М. Кирова. Клей ДМКПК может быть использован для про-
клейки бумаги в качестве нейтрального клея, т. е. при наличии
мягкой производственной воды. Однако возможность его успеш-
ного применения в жесткой воде достигается введением в клей
5% казеината натрия от массы ДМКПК.
Проклейка бумаги может быть осуществлена в широком
диапазоне значений pH при использовании в качестве проклеи-
вающего вещества димеров алкилкетена. Оптимальным
условием при этом, однако, считается нейтральная или щелоч-
ная среда. Проклейка может быть осуществлена в массе или
с поверхности готовой бумаги. Считают, что целлюлоза с диме-
ром алкилкетена связывается по гидроксильным группам цел-
люлозы, находящимся на внешней поверхности волокон, и эта
связь характеризуется следующей схемой:
О
RCH = C- О НО— К RCH2C^ НО-|£
I \^о+ I
RCH — С НО—V RCH-C-O V
где R—-цепь углеводорода с количеством 16—18 атомов угле-
рода.
Указанная выше реакция начинается в сушильной части бу-
магоделательной машины. Для ее завершения требуется либо
последующая термическая обработка бумаги в течение несколь-
ких минут при повышенной температуре, либо выдерживание
бумаги при комнатной температуре на протяжении 24 ч. В ре-
зультате указанной реакции бумага приобретает устойчивые
гидрофобные свойства.
За границей димеры алкилкетена широко применяются в бумажной про-
мышленности для проклейки бумаги. Торговое наименование этого клея
Аквапел. В Советском Союзе свойства димеров алкилкетена изучалисьпроф.
Н. П. Перекальским с сотрудниками [109], в работе которых достаточно
подробно даны сведения о подобной проклейке бумаги. Работы, выполнен-
ные в Лаборатории консервации и реставрации документов Академии наук
СССР, показали, что проклейка бумаги димерами алкилкетена мало изменя-
ет показатели прочности бумаги, не вызывает при изготовлении бумаги по-
вышенной кислотности бумажного листа и увеличения восстанавливающей
способности целлюлозы, не ускоряет процесс разрушения бумаги при уско-
ренном тепловом старении. Удержание димера алкилкетена в бумаге со-
ставляет 65—85%.
В. Барроу рекомендует использование димеров алкилкетена
(в виде клея Аквапел) при изготовлении долговечных видов
бумаги, имеющих срок пригодности не менее 300 лет.
X. С. Швальбе рекомендует применять проклейку димером
алкилкетена при pH выше 7 с минимальным количеством сер-
нокислого алюминия. Он отмечает целесообразность примене-
ния проклейки димером алкилкетена в случаях использования
бумаги из хлопка или целлюлозы с высоким содержанием
сх-целлюлозы. Эти волокнистые материалы плохо проклеивают-
ся в обычных условиях канифольным клеем. В данном случае
расход димера алкилкетена в количестве 0,12% к массе воло-
кон обеспечивает ту же чернилонепроницаемость бумаги, что
и расход канифоли 2% к массе волокон. Кроме того, указан-
ный автор считает целесообразным использование димера ал-
килкетена для проклейки бумаги, изготовляемой на янки-ма-
шине, на которой бумага подвергается сразу же при сушке дей-
ствию высокой температуры. При проклейке бумаги для молоч-
ной тары димером алкилкетена и наличии его в бумаге в коли-
честве 0,2% к массе волокон обеспечивается хорошая
устойчивость тары к действию молочной кислоты в течение 24 ч.
Помимо применения димеров алкилкетена с конца 70-х го-
дов текущего столетия все большее развитие приобретает для
проклейки в щелочной среде клей на основе алкин и ла ян-
тарного ангидрида, известный под торговым наимено-
ванием акозин. Такая проклейка часто сочетается с одновре-
менным использованием карбоната кальция в качестве мине-
рального наполнителя. В щелочной среде удержание этого на-
полнителя на сетке бумагоделательной машины существенно
выше, чем других наполнителей. В ряде случаев оказалось воз-
можным эффективно заменить карбонатом кальция дорогостоя-
щую двуокись титана.
В зависимости от вида бумажной продукции, требуемой сте-
пени проклейки и местных условий расход клея акозин состав-
ляет от 4 до 8 кг на 1т бумаги. Он успешно применяется в про-
изводстве оберточной бумаги для упаковки мяса, мешочной бу-
маги, картона для складных коробок, белого картона для пи-
щевой и другой продукции.
Преимущества от перехода на проклейку в щелочной среде,
а также от применения при этом в качестве наполнителя кар-
боната кальция заключаются в следующем.
1. Изготовление бумаги в щелочной среде способствует повышению ее
механической прочности, что позволяет использовать в композиции бумаги
либо более дешевые и слабые волокна (макулатуру, полуфабрикаты из лист-
венной древесины), либо повысить содержание минерального наполнителя.
2. Повышение механической прочности бумаги обеспечивает также воз-
можность снижения степени помола исходных волокон, что ведет к сокра-
тению расхода электроэнергии на размол, облегчению процессов обезвожи-
вания и сушки бумаги.
3. Открываются перспективы создания более замкнутой системы ис-
пользования оборотной воды, т. е. сокращения промоев мелких волокон и
наполнителей, расхода свежей воды и объема стоков, подаваемых на очист-
ные сооружения.
4. Наличие щелочной среды снижает опасность коррозии оборудования.
5. Существенно возрастает срок службы вырабатываемой бумаги, а сле-
довательно, и срок службы изготовляемых на бумаге документов, книг,
чертежей и пр.
6. Сочетание проклейки в щелочной среде с одновременным использо-
ванием в качестве наполнителя карбоната кальция дает возможность полу-
чения непрозрачной бумаги высокой степени белизны со стабильным значе-
нием pH на уровне 7,5—8,0 при легком обезвоживании на сетке и в су-
шильной части бумагоделательной .машины [239, 240].
Проклейка некоторых видов бумаги, и в особенности кар-
тона, осуществляется путем использования в качестве проклеи-
вающего вещества парафина, отличающегося повышенными
гидрофобными свойствами. Парафин может быть либо состав-
ной частью канифольно-парафинового клея, либо использовать-
ся в качестве дисперсии, не содержащей в своем составе кани-
фоли. В канифольно-парафиновом клее, приготовленном по ре-
жиму белого клея, содержание парафина достигает 20% по
отношению к массе канифоли. В канифольно-парафиновом клее,
приготовленном по режиму клея с высоким содержанием сво-
бодной смолы, канифоли содержится 60% и парафина 40%•
При таком соотношении канифоли и парафина клей наиболее
эффективен и в меньшей! степени наблюдается его отрицатель-
ное влияние на показатели механической прочности бумаги.
Опыт показывает, что при использовании парового инжектора
для диспергирования канифольно-парафинового клея требуется
применять повышенное давление пара (не менее 600 кПа), так
как при более низком давлении пара возможно получение гру-
бой дисперсии и появление в бумаге мелких прозрачных пятен
от клея. Иногда эти пятна малозаметны, но они резко выступа-
ют при нанесении на бумагу покровного слоя (например, при
нанесении грунта на обойную бумагу).
Работой, проведенной на одной из ленинградских бумаж-
ных фабрик, было показано, что устойчивую канифольно-пара-
финовую дисперсию можно получить, если после инжектирова-
ния пропустить диспергируемую смесь через роторно-пульсаци-
онный аппарат (РПН). В этом аппарате создаются пульсиру-
ющие колебания с частотой около 2,1 кГц, благодаря которым
происходит достаточно тонкое диспергирование частиц в клее-
вой дисперсии [141].
Анализ литературных данных показывает, что сочетание ка-
нифольного и парафинового клеев дает лучшие результаты, чем
применение канифольно-парафинового клея с тем же соотноше-
нием компонентов.
Как указывает В. Б. Боденхеймер, проклейка парафином
с введением его в количестве до 0,6% к массе волокон способ-
ствует улучшению печатных свойств, увеличивает гибкость про-
клеиваемого волокнистого материала, несколько снижает сопро-
тивление его продавливанию, а прочность связи между слоями
снижает на 15% •
Введение парафиновой дисперсии в бумагу, пропускаемую
через суперкаландр, повышает гладкость, лоск бумаги и устой-
чивость ее белизны. Установлено также благоприятное действие
парафиновой дисперсии на снижение деформации бумаги при
намокании и уменьшение ее склонности к скручиванию.
Дисперсии на основе парафина или воска могут быть ис-
пользованы для проклейки пергамина, применяемого для изго-
товления бумажной кальки. Прозрачность бумаги при этом
увеличивается. Еще более заметного увеличения прозрач-
ности бумаги достигают введением в бумажную массу
смеси воска и масла. Одно масло придает бумаге жирную
поверхность.
Восковые дисперсии улучшают штамповку и фальцевание
картона, а также сгибаемость и крепирование бумаги. При раз-
резании бумаги, в композицию которой введена восковая или
парафиновая дисперсия, наблюдается более чистый обрез кро-
мок и меньшее затупление лезвия ножа. Ликвидируется и де-
фект пылимости бумаги.
Однако парафиновые дисперсии для проклейки бумаги име-
ют и недостатки: их приготовление связано с применением эф-
фективных эмульгаторов и специального оборудования, при
храпении и использовании необходимо четко соблюдать прави-
ла установленного технологического режима, они в большей
степени снижают не только показатели прочности бумаги, чем
канифольный клей, но и коэффициент трения и жесткость бума-
ги, иногда вызывают затруднения в производстве бумаги (уве-
личение налипания смолы, забивание сукон парафиновой дис-
персией или, как указано выше, появление просвечивающих пя-
тен на бумаге). Таким образом, применение парафиновой дис-
персии связано с определенными трудностями и оправдано в тех
случаях, когда при этом достигается существенное улучшение
качества продукции или значительная экономия канифоли.
Как показали наши исследования [41], вполне себя оправ-
дало применение парафиновой дисперсии в сочетании с кани-
фольным клеем при выработке основы фотобумаги. Бумага, со-
держащая парафиновую дисперсию, обнаружила по сравнению
с серийной существенные преимущества: значительное умень-
шение впитывающей способности в 10%-ном растворе соды
и деформации бумаги после намокания, повышение гладкости
бумаги. Было установлено, что отрицательное влияние парафи-
новой дисперсии на показатели механической прочности бума-
ги может быть компенсировано изменением режима размола
бумажной массы или добавлением в массу натриевой соли кар-
боксиметилцеллюлозы. Так как чрезмерная гидрофобность по-
верхности бумаги может вызвать затруднения при баритаже
основы фотобумаги, применение парафиновой проклейки в мас-
се для этого вида бумаги осуществляют только в сочетании
с поверхностной проклейкой бумаги в клеильном прессе бума-
годелательной машины.
Для повышения сопротивления действию молочной кислоты
на бумажную тару под молочные продукты рекомендуется соче-
тание проклейки в массе парафиновой дисперсией с поверхност-
ной обработкой подобной дисперсией совместно с крах-
малом.
В отдельных случаях для предотвращения нежелательного
снижения жесткости бумаги на ощупь расход указанных дис-
персий должен быть низким и не превышать 1% к общей массе
компонентов бумаги.
Сопротивления проникновению молочной кислоты, а также
раствора щелочи достигают поверхностной проклейкой бумаги
в клеильном прессе водорастворимой солью -модифицированно-
го сополимера стирола и малеинового ангидрида, а также
смесью этого вещества с окисленным крахмалом.
Для придания бумаге повышенной гидрофобности в каче-
стве проклеивающих веществ используют кремнийоргани-
ческие соединения — силиконы. Природа связи си-
ликона с бумагой основана на том, что кислородные атомы си-
ликона ориентируются к поверхности бумаги и образуют кис-
лородные мостики с гидроксильными группами целлюлозы,
обеспечивая прочную связь силиконового покровного слоя
с бумагой. Бумагу обрабатывают как газообразными, так и жид-
кими кремнийорганическими соединениями. Обработкой пара-
ми метилхлорсилана можно получить бумагу с высокой сте-
пенью гидрофобности. Однако такая бумага должна быть сра-
зу же подвергнута действию аммиака для нейтрализации
соляной кислоты, образующейся в бумаге при подобной
проклейке.
Силиконы могут иметь также вид жидкости, жироподобных
веществ и смол. Их применяют в виде водных эмульсий или
растворов в органических растворителях, которые затем реге-
нерируются. Силиконы устойчивы к действию влаги, окислению,
старению, резким переменам климата и стабильны при высокой
температуре. При поверхностной обработке бумаги силиконами
их наносят в количестве 0,3—0,8 г/м2, считая на сухой силикон.
Нетоксичность подобного покрытия позволяет использовать бу-
магу с таким покрытием даже для упаковки пищевых продук-
тов.
Жидкие кремнийорганические соединения могут быть ис-
пользованы не только для поверхностной обработки бумаги. Их
вводят и в бумажную массу. Изготовляемая при этом бумага
приобретает определенную гидрофобность.
Применяемые в СССР кремнийорганические растворы или
водные эмульсии кремнийорганических жидкостей известны под
марками ГКЖ-94, ГКЖ-10, ГКЖ-П и АМСР.
Силиконы придают бумаге антиадгезионные свойства. По-
этому обработанная силиконами бумага может быть использо-
вана для упаковки битума, который заливается в расплавлен-
ном виде в мешки из этой бумаги. Ее применяют также для
упаковки синтетического каучука и других липких материалов,
а также в качестве прокладки самоприклеивающихся видов бу-
маги (для этикеток и пр.). При нанесении силиконовых эмуль-
сий на поверхность бумаги, обладающей повышенной впитыва-
ющей способностью, рекомендуется предварительная обработка
поверхности бумаги растворами поливинилового спирта, поли-
винилацетата или натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы.
Иногда в силиконовую эмульсию вводят поливиниловый спирт
или карбоксиметилцеллюлозу. Однако такая добавка по коли-
честву не должна превосходить 3% к массе силикона. Некото-
рые сведения о методах изготовления и свойствах мешочной
бумаги с силиконовым покрытием приведены в книге Н. Д'. Суш-
ковой.
Существуют самые различные методы определения степени
проклейки бумаги, основанные на разных физических принци-
пах измерения. Среди них следует упомянуть так называемый
штриховой метод, метод определения краевого угла смачива-
ния, методы поверхностной впитываемости (в том числе метод
Кобба), методы, основанные на определении скорости проник-
новения жидкости в бумагу. Применяемые жидкости при опре-
делении степени проклейки бумаги также различны: стандарт-
ные чернила, дистиллированная вода, раствор проявителя (при
определении степени проклейки основы фотобумаги). В силу
указанного нельзя сопоставлять между собой численные дан-
ные, полученные разными методами определений.
Выбор метода определения степени проклейки бумаги дол-
жен по возможности соответствовать условиям практического
использования бумаги. Если основным назначением проклейки
является придание ей гидрофобных свойств, лучше пользовать-
ся методом определения краевого угла смачивания. Однако
одним этим методом ограничиваться нельзя. Штриховой метод
применяют преимущественно для определения степени проклей-
ки писчих видов бумаги, а методы поверхностной впитываемо-
сти— для бумаги и картона, подвергаемых последующей обра-
ботке (основа для мелования, обойная бумага и пр.).
В зависимости от вида используемых проклеивающих ве-
ществ и технологии их применения бумаге придают различные
свойства: водо- и чернилопроницаемость, непроницаемость
к проникновению крови и других жидкостей, гидрофобность,
повышение гладкости и лоска, а также показателей механиче-
ской прочности и влагопрочности, увеличение сопротивления
поверхности истиранию, снижение линейной деформации при
намокании и др.
1.4. КРАШЕНИЕ
1.4.1. Основные положения
К окрашенным видам бумаги относятся: основы для фибры
и пергамента, промокательная, шпульная, неактиничная, буты-
лочная, афишная, для спичечных коробок, писчая цветная, раз-
ные декоративные виды бумаги, некоторые разновидности упа-
ковочной бумаги, конвертной, прядильной, электротехнических
видов бумаги, салфеточной бумаги, бумаги для печати, а так-
же другие виды бумажной продукции.
Окрашивают бумагу в различные цвета либо крашением бу-
мажной массы, из которой она изготовляется, либо окраской
бумаги с поверхности при использовании для этой цели употреб-
ляемых в полиграфии методов нанесения печати или оборудо-
вания, применяемого в бумажной промышленности, например
клеильного пресса или бумагокрасильной машины.
В зависимости от вида и назначения окрашенной бумаги,
способа крашения и условий осуществления этого процесса к ис-
пользуемым красителям предъявляются различные требования,
которые в большинстве случаев сводятся к способности прида-
ния бумаге яркой окраски при минимальном расходе красителя
и хорошем удержании на волокнах. Окраска при этом не долж-
на смываться водой и должна быть свето- и теплоустойчивой,
в отдельных случаях желательна кислото- и щелочестойкость
красителя или устойчивость к каким-либо специфическим хими-
катам, с которыми соприкасается окрашенная поверхность бу-
маги.
Красители, используемые в производстве разных видов бу-
маги санитарно-бытового назначения, должны быть нетоксичны-
ми, дешевыми, во многих случаях светостойкими и устойчивы-
ми к действию обработок во влажной среде [153]. Например, от
окрашенных салфеток требуется устойчивость к воздействию
воды, молока, уксуса, спирта, жиров и т. и.
Сам процесс крашения по своей природе коллоидно-химиче-
ский. При этом краситель из раствора должен быть равномерно
и прочно закреплен на компонентах бумаги: волокнах, части-
цах минерального наполнителя и пр. Существенное значение
имеют при крашении адгезионные явления и проявляющиеся
при этом силы взаимодействия красителя с окрашиваемой по-
верхностью. Природа сил связи красителя с поверхностью, под-
лежащей окраске, различна в зависимости от вида красителя
и условий крашения.
Прямые красители устанавливают с гидроксильными груп-
пами целлюлозы водородную связь. При этом эффективность
сорбции прямого красителя волокнами целлюлозы в значитель-
ной степени зависит от величины соответствующего электроки-
нетического потенциала. Последний, однако, не оказывает за-
метного влияния на сорбцию волокнами основного красителя.
Эта сорбция определяется содержанием в целлюлозе карбо-
ксильных групп, к которым основные красители обнаруживают
сродство [178]. Связь основного красителя и целлюлозы — хими-
ческая. В осаждении же кислотных красителей на растительных
волокнах, имеющих в воде отрицательный заряд, существенную
роль играют силы электростатического притяжения, проявляю-
щиеся в результате действия при крашении сернокислого алю-
миния.
Точно так же, как подсиниванием белья, можно снизить его
желтизну и оно выглядит более белым, так и введением в бу-
мажную массу небольшого количества синего красителя удает-
ся снизить желтизну изготовляемой бумаги. Эта операция, при-
меняемая в основном при выработке различных видов бумаги
для письма и печати, в отличие от крашения получила назва-
ние подцветка. Подцветкой пользуются для изменения от-
тенка бумаги, вводя в бумажную массу в ограниченном коли-
честве (0,005—0,05 кг/т) красители синего, голубого, фиолетово-
го пли красного цветов. Иногда для улучшения видимой белиз-
ны бумаги применяют так называемые оптически отбеливающие
красители, вводимые в бумажную массу или на поверхность
изготовляемой бумаги.
С 1967 г. в мировой практике бумажной промышленности
начали успешно применять красители, поступающие на пред-
приятия уже в разведенном виде с концентрацией 30—40% • Это
мероприятие имеет существенные преимущества: отпала необ-
ходимость в наличии на бумажной фабрике баков для разведе-
ния красителей, снизилась трудоемкость в приготовлении их
растворов и устранилась проблема образования пыли, которая
неизменно возникает при использовании порошкообразных кра-
сителей. Как сообщает Л. И. Чекунина [159], при этом расход
красителей снижается на 20—40% за счет уменьшения потерь
при взвешивании, растворении и т. д. Наибольшие трудности
обычно создаются при работе с сажей, широко используемой
для окраски бумаги в черный цвет. Сажа пылит, сильно загряз-
няет оборудование, подсобные помещения и сточные воды. Эти
затруднения в значительной степени снижают, используя сажу
в виде 15—25 %-ной водной суспензии. Согласно патенту ГДР
сажа, обработанная в водной суспензии катионоактивными ве-
ществами, способна сорбировать на своей поверхности и проч-
но связывать анионоактивные красители черного цвета. Благо-
даря этому окраска бумаги приобретает глубокий оттенок и ус-
тойчивость к воде.
Растворы красителей транспортируются в барабанах вмести-
мостью 225 кг и в деревянных с полиэтиленовой облицовкой
контейнерах вместимостью около 1 т. При применении на пред-
приятиях бумажной промышленности красителей, поступающих
в разведенном виде, используют системы автоматического (не-
прерывного или периодического) введения красителей в бумаж-
ную массу, которые облегчили процесс окраски бумаги и спо-
собствовали равномерному ее окрашиванию при выработке на
быстроходных бумагоделательных машинах с уменьшением ко-
личества цветного брака.
На предприятиях небольшой производительности для размо-
ла бумажной массы применяются аппараты периодического дей-
ствия (роллы), осуществляющие процесс крашения массы пе-
риодически. На предприятиях, где размол проводится по схеме
непрерывного действия, процесс крашения также происходит
непрерывно, обеспечивая при этом более стабильный выпуск
однородно окрашенной бумаги. Однако из-за непродолжитель-
ного по времени соприкосновения красителя с массой может
наблюдаться недостаточное удержание красителя на волокнах.
Для этого необходимо в подобных случаях процесс крашения
проводить особо тщательно с использованием специальных фик-
сирующих веществ.
Для обеспечения постоянного оттенка окрашенной бумаги
швейцарская фирма «Сандоз» рекомендует при выработке бу-
маги осуществлять автоматизацию процесса ее окраски. С этой
целью растворы красителей подаются непрерывно дозировоч-
ными насосами с точностью до 0,005 л/ч. Около наката бума-
годелательной машины устанавливается пульт управления, с ко-
торого осуществляется дистанционная регулировка оттенка
бумаги путем подачи в массу того или иного компонента окра-
шивающих веществ. Датчик, установленный в конце бумагоде-
лательной машины, запрограммирован на нужную интенсив-
ность окраски. Он устанавливает цветовые излучения окрашен-
ной бумаги и передает их на миниатюрное счетно-решающее
устройство, регулирующее скорость машины, влажность и мас-
су 1 м2 бумажного полотна, с передачей одновременно сигнала
на насосы, дозирующие подачу соответствующих компонентов.
По данным фирмы, изменение оттенка бумаги соответственно
эталону продолжается не более 8 мин.
Хотя основное количество окрашенной бумаги вырабатыва-
ется с применением метода крашения бумажной массы, тем не
менее, как указывалось выше, практикуют и поверхностную
окраску бумаги. Затруднения, связанные с использованием спо-
соба поверхностной окраски бумаги, во многом определяются
режимом изготовления бумаги-основы для крашения. Дело
в том, что неклееные виды бумаги, в особенности тонкие, прак-
тически мгновенно полностью пропитываются в клеильном прес-
се раствором красителя и во избежание при этом обрывов бу-
маги и увеличения количества бумажного брака этим видам
бумаги должна быть придана достаточная прочность во влаж-
ном состоянии обработкой бумажной массы соответствующими
химикатами.
При поверхностной же окраске клееных видов бумаги сле-
дует иметь в виду, что канифольный клей в бумаге даже в ма-
лых количествах существенно снижает ее впитывающую спо-
собность к раствору красителя, что отрицательным образом
скажется на качестве поверхностной окраски бумаги. Одновре-
менно не исключается возможность образования пятен на окра-
шенной поверхности бумаги из-за неравномерной впитывающей
способности бумаги к раствору красителя. Пятна могут по-
явиться и при изготовлении бумаги из массы жирной степени
помола.
В значительной степени затруднения при поверхностном кра-
шении бумаги устраняются в случаях, когда такая окраска бу-
маги одновременно сочетается с ее поверхностной проклейкой.
При поверхностном крашении бумаги, так же как и при
окраске бумажной массы, уже накоплен известный опыт авто-
матического управления цветом и оттенком бумаги. В качестве
примера можно сослаться на опыт одной из фабрик США, вы-
рабатывающей на четырех бумагоделательных машинах слабо-
окрашенную глянцевую бумагу с массой 74—216 г/м2. Для ре-
гулирования ее цвета и оттенка используется вычислительная
машина, управляющая дозировкой красителей в покровную
смесь на основе непрерывного контроля цвета бумаги [179].
Практика автоматического регулирования цвета бумаги сви-
детельствует о том, что число отбракованных по цвету рулонов
сократилось в среднем с 35 до 2,5 в мес. Длительность холо-
стого хода бумагоделательной машины при изменении цвета вы-
пускаемой бумаги сократилась с 30 до 3 мин. За 9 лет эксплуа-
тации системы автоматического управления цветом изготовляе-
мой бумаги общее количество бумаги, отбракованной по откло-
нениям цвета и оттенка, снизилось на 92%.
При необходимости изменения цвета вырабатываемой бума-
ги оператор вводит вручную соответствующий код новой марки
бумаги и время, к которому должен закончиться переходный
процесс. По этой команде вычислительная машина производит
необходимые расчеты и осуществляет управление таким обра-
зом, чтобы переходный процесс имел минимальную продолжи-
тельность и закончился точно в заданное время.
По данным Е. Делькамбра и Ф. Фишера [181], поверхност-
ная окраска бумаги в клеильном прессе дороже окраски бу-
мажной массы. Учитывая, однако, необходимость при смене
цвета красителя пли вида вырабатываемой бумаги длительного
простоя оборудования для его промывки и промывки коммуни-
каций в случае окраски в массе, поверхностное крашение бума-
ги оказывается вполне конкурентоспособным, в особенности при
поверхностной окраске бумаги с повышенной массой 1 м2, при
которой наблюдается существенная экономия дорогих красите-
лей, составляющая по некоторым данным до 30—40%. Авторы
подробно рассматривают известные рецепты крашения бумаги
в клеильном прессе и дают соответствующие рекомендации по
окраске клееных и неклееных видов бумаги.
К числу преимуществ окраски бумаги с поверхности нужно
отнести возможность совмещения этого процесса с другими ви-
дами поверхностной обработки бумаги (придание влагопрочно-
сти, биостойкости, пластичности и пр.). Качество поверхностно
окрашенной бумаги во многих случаях превосходит качество
бумаги, окрашенной в массе. Следует также учитывать, что по-
верхностное крашение бумаги не влечет за собой спуска в во-
доемы окрашенной сточной производственной воды. Это очень
важно в условиях все более усиливающейся во всем мире борь-
бы за охрану природы.
1.4.2. Переменные факторы процесса
Сложность процесса крашения обусловлена не только раз-
личием свойств используемых при этом красителей, но и неод-
нородностью по виду, строению и химическому составу волокон,
из которых изготовлена бумага, а также наличием в бумажной
массе различно окрашиваемых наполнителей и проклеивающих
веществ. В силу этого на процесс крашения тем или иным кра-
сителем оказывает влияние большое количество переменных
факторов, среди которых в первую очередь выделяют: вид ок-
рашиваемых волокон и степень их помола, количество в бумаж-
ной массе наполнителей, проклеивающих веществ и сернокис-
лого алюминия, pH и температуру среды при крашении, а так-
же температуру сушки и конечную влажность высушиваемой
бумаги. Этим не ограничивается перечень факторов, оказываю-
щих влияние на процесс крашения. Большое влияние оказывает
также степень использования оборотной окрашенной воды
и оборотного брака, жесткость производственной воды, наличие
или отсутствие процесса каландрирования бумаги и др.
Интенсивность окраски волокон целлюлозы красителями за-
висит также от того, подвергалась ли или не подвергалась цел-
люлоза предварительной сушке и при какой температуре она
высушивалась. Имеет значение и соотношение длины молекул
красителя с размерами пор волокон. При большой длине моле-
кул красителя последний не может проникнуть в мельчайшие
поры волокон. Как правило, красители желтого цвета обладают
относительно малой длиной молекул. По возрастанию длины
молекул красители располагаются в последовательности: крас-
ные, синие, черные.
Ввиду чувствительности многих видов красителей даже к не-
большим колебаниям величины указанных выше переменных
факторов необходимо во избежание изменения окраски бумаги
тщательно придерживаться постоянства технологического режи-
ма процесса крашения. Нежелательны изменения в соотноше-
нии компонентов бумаги по виду волокон.
Для окраски бумаги применяют различные красители, кото-
рые можно разделить на неорганические (естественные и ис-
кусственные), используемые в настоящее время редко, и орга-
нические. Из неорганических красителей следует упомянуть
ультрамарин, вводимый в бумажную массу для подцветки бе-
лой бумаги. Органические красители также могут быть естест-
венными и искусственными. Именно последние получили в про-
изводстве бумаги наибольшее распространение, так как они
обеспечивают возможности придания изготовляемой бумаге ши-
рокого разнообразия цвета и оттенка. Органические синтетиче-
ские красители, применяемые для окраски бумаги, делятся на
следующие группы: основные, прямые (субстантивные), кислот-
ные,- кубовые и сернистые.
Большинство видов красителей представляют собой раство-
римые красящие вещества, которые вводятся в бумажную мас-
су или бумагу и усваиваются волокнами адсорбционно или пу-
тем непосредственного химического взаимодействия. Пигмент-
ные красители — нерастворимые красящие вещества, которые
либо синтезируются на волокнах из исходных материалов, либо
осаждаются на “волокнах различными методами: химически из
растворимых производных, разложением их солей или другим
способом. К числу пигментных красителей относятся кубовые
и сернистые красители, обладающие высокими показателями
водостойкости и светопрочное™. Кубовые красители характери-
зуются приданием окрашиваемой бумаге ярких цветов и сочных
оттенков, что и обусловливает в ряде случаев их применение,
несмотря на относительную дороговизну и усложненную техно-
логию использования. Сернистые красители дешевы, но прида-
ют бумаге тусклую окраску.
Основные красители хорошо окрашивают волокна древесной
массы и небеленой (лучше жесткой) целлюлозы, ио хуже во-
локна беленой целлюлозы, имеющие низкое содержание лигни-
на и гемицеллюлоз, и еще хуже—-тряпичные волокна. Часто
эти красители используют для окраски волокон из смешанной
макулатуры. Во всех этих случаях достигается получение прак-
тически бесцветной сточной воды. Для фиксации основных кра-
сителей на волокнах древесной массы достаточно время кон-
такта волокон с красителем 20—30 с.
Прямые красители обеспечивают непосредственно хорошую
окраску волокон хлопка и беленой целлюлозы и значительно
хуже окрашивают волокна древесной массы. При окрашивании
прямыми красителями волокон беленой целлюлозы время кон-
такта этих красителей с волокнами должно составлять до 2,
а иногда и 4 мин в зависимости от марки красителя, требуемой
интенсивности окраски и условий проведения процесса краше-
ния. Прямые красители применяют для окраски нсклееных ви-
дов бумаги — промокательной, основы для фибры, основы для
пергамента, различной бумаги санитарно-бытового назначения,
а кислотные — для окраски клееных видов бумаги (писчая цвет-
ная и др.).
Несмотря на то, что в композицию некоторых санитарно-
бытовых видов бумаги (туалетная бумага, бумага для полоте-
нец) часто входит 40% древесной массы, которая сравнительно
хуже окрашивается прямыми красителями, чем целлюлоза, тем
не менее этот вид красителей для указанных видов бумаги
вполне применим, учитывая относительно невысокие требования
к их окраске. Одно из преимуществ прямых красителей — со-
хранение капиллярных свойств окрашиваемой бумаги, что осо-
бенно важно при применении этих красителей для окраски впи-
тывающих видов бумаги санитарно-бытового назначения [153].
Для увеличения устойчивости окраски прямыми красителя-
ми салфеточной бумаги в средние и интенсивные тона может
быть успешно использован закрепитель «Устойчивый 2», пред-
ставляющий собой катионоактивный препарат —продукт кон-
денсации дициандиамида с формальдегидом [112]. Введение это-
го препарата в окрашенную бумажную массу в количестве
3—5% к массе волокон позволяет также увеличить степень
удержания красителя, получить практически бесцветные сточ-
ные воды, предотвратить загрязнение сукон бумагоделательной
машины, повысить прочность бумаги на разрыв в сухом со-
стоянии.
Указанный препарат и другие фиксирующие вещества при-
меняют при изготовлении густоокрашенных видов бумаги, так
как они позволяют существенно снизить их расход и повысить
устойчивость бумаги к обработкам во влажной среде, сохранив
на требуемом уровне светопрочность бумаги. Одновременно
с некоторым увеличением прочности бумаги наблюдается из-
вестное уменьшение ее впитывающей способности. Последнее
не имеет места в случаях отсутствия фиксирующих веществ. Об
этом указано в работе [153], где подробно описан технологиче-
ский режим растворения и использования прямых красителей
в производстве санитарно-бытовых видов бумаги. Там же ука-
зано, что эти красители следует растворять в конденсате или
умягченной воде. Для умягчения производственной воды реко-
мендуется использовать гексаметафосфат натрия, тринатрийфос-
фат, соду (5 г/л) или соду с тринатрийфосфатом в соотноше-
нии 1 : 1 (1,5—2 г/л) до pH 9—10. Ссылаясь на уже упомяну-
тую выше работу [178], авторы пишут, что расход прямых кра-
сителей в производстве санитарно-бытовых видов бумаги при
окраске в слабые пастельные тона составляет до 0,2% к массе
волокон и 0,2—1%) для окраски бумаги в средние и интенсив-
ные тона.
При выработке различных видов бумаги расход красителей
(кг/т) изменяется в широких пределах в зависимости от вида
используемого красителя и требуемой интенсивности окраски
(табл. 7).
Частицы каолина хорошо окрашиваются основными краси-
телями, но плохо кислотными. Использование при выработке
окрашенной бумаги минерального наполнителя, модифициро-
ванного полимерами, может способствовать улучшению колори-
стических свойств бумаги. При этом полимеры должны содер-
жать функциональные группы, имеющие сродство к красите-
лям, что обеспечивает повышение интенсивности окраски и сни-
жение разносторонности бумаги.
7. Расход красителей
Краситель Интенсивность окраски
слабая средняя сильная
Основной 0,8—2,0 3,0—7,0 8,0—15,0
Прямой 0,2—3,0 5 —10 12,5—25,0
Кислотный 0,5—10 15—30 —
Кубовый, сернистый 2—5 10—25 —
С повышением степени помола бумажной массы удельная
поверхность волокон увеличивается, что способствует повыше-
нию адсорбции ими красителей и получению бумаги с цветом
более яркого тона.
Кислотные красители рекомендуется вводить в бумажную
массу при концентрации последней более 1%. Концентрация
бумажной массы при ее окраске основными красителями зави-
сит от вида окрашиваемых волокон. При использовании беле-
ных волокон в данном случае также желательно иметь концент-
рацию массы более 1%, а время воздействия красителя — при-
мерно 5 мин. При.использовании же небеленых волокон, окра-
шиваемых основными красителями, концентрация массы может
быть и менее 1 % •
При использовании основных или прямых красителей целе-
сообразно применение мягкой производственной воды. В слу-
чае же окраски волокон кислотными красителями соли жест-
кости воды благоприятствуют процессу крашения. Относитель-
но дешевые основные красители придают бумаге яркую и ин-
тенсивную окраску, но они малоустойчивы к свету, щелочам
и кислотам, а также к хлору.
Указанные выше особенности крашения различных расти-
тельных волокон красителями разных групп свидетельствуют
о сложности этого процесса, для качественного проведения ко-
торого часто пользуются одновременно красителями разных
групп. Во избежание выпадения осадка растворы красителей
разных групп не смешивают, а вводят их в массу в определен-
ной последовательности. Например, при совместном крашении
бумажной массы основными и кислотными красителями перво-
начально в бумажную массу вводят кислотный краситель, а за-
тем после канифольного клея и сернокислого алюминия — ос-
новной. Если крашение осуществляется совместным действием
кислотного и прямого красителей, вначале в бумажную массу
вводится прямой краситель. Он же вводится первым в бумаж-
ную массу при совместном крашении основным и прямым кра-
сителями.
При окраске бумаги двумя красителями разного цвета, не-
зависимо от того, относятся ли красители к одной или к раз-
ным группам красителей, бумага приобретает новый цвет
(табл. 8). Результаты, приведенные в таблице, получены экспе-
риментальным-путем при использовании красителей близких
концентраций в соотношении 1:1.
Особенностью окрашенной бумаги является не только ее
цвет: неравномерность просвета на цветной бумаге, как и во-
дяной знак на ней, выглядят более контрастными, чем соответ-
ственно на белой бумаге.
При крашении бумаги с поверхности большое влияние на
эффект окраски оказывают ее структура и свойства поверхно-
сти, характеризуемые пористостью бумаги и распределением
пор по размерам, смачиваемостью поверхности и впитывающей
способностью.
По данным А. И. Пушкина и Д. В. Ширяева [113], образцы
бумаги, изготовленные из беленой сульфитной целлюлозы и от-
личающиеся между собой лишь степенью помола исходной цел-
люлозы (45 и 70°ШР), подвергались поверхностному крашению
в одинаковых условиях. При этом разница в интенсивности
окраски составляла 12%.
Проклейка канифольным клеем ограничивает смачиваемость
поверхности бумаги растворами красителей и впитывающую
способность бумаги. Однако такая проклейка при поверхност-
ной окраске бумаги необходима, так как она предотвращает
обрывы бумаги при ее обработке растворами красителей и спо-
собствует снижению расхода красителей.
Скорость диффузии растворов красителей в толщу бумаги
при ее поверхностном окрашивании в известных пределах регу-
лируется изменениями температуры раствора красителя и его
концентрации, а также давления в прессах бумагокрасильных
машин.
В табл. 9 приведены рекомендации X. Греттера относитель-
но выбора красителей для придания различных свойств поверх-
ности окрашенных видов бумаги. Основные сведения по вопро-
сам теории и практики крашения бумаги изложены в работах
[92, 96, ИЗ].
1.5. ОТЛИВ БУМАГИ
1.5.1. Основные положения
Отлив бумаги представляет собой процесс объединения во-
локон в бумажный лист. Образование более или менее беспо-
рядочного переплетения волокон является естественным в усло-
виях существующей технологии отлива бумаги на сетке листо-
отливного аппарата или бумагоделательной машины.
В процессе приготовления ручных отливок бумаги под влия-
нием вакуума, создаваемого под сеткой листоотливного аппа-
рата, распределение волокон происходит равномерно, так как
на неподвижной сетке более тонкое место структуры образую-
>. Цвета, получаемые смешением красителей [113]
Цвет второго красителя
9. Свойства поверхности бумаги, окрашенной различными видами красителей
— Вид
Свойства поверхности бумаги бумаги красителя
Светостойкость Документная, фото- подложка-основа для ламинирования, писчая без содержания дре- весной массы Органические и неор- ганические пигменты, прямые (субстантив- ные) красители
Устойчивость к потере окраски Упаковочная бумага для пищевых продук- тов, салфеточная Органические и неор- ганические пигменты, прямые красители
Устойчивость к трению Упаковочная бумага для пищевых продук- тов, писчая цветная, оберточная, обложеч- ный картон Прямые красители
Устойчивость к воздей- ствию пара Бумага для гильз, шпульная Органические и неорга- нические пигменты, ос- новные красители
Кислотостойкость Основы для пергамен- та и фибры, писчая, бумага для печати, ск- леечная Органические и неорга- нические пигменты, от- дельные представители всех групп красителей
Устойчивость к дейст- вию растворителей Этикеточная и упако- вочная бумага для парфюмерных товаров, лекарств, спиртных на- питков, меточная бума- га для прачечных Отдельные представите- ли кислотных и прямых красителей, отдельные пигменты
Термостойкость Бумага для гильз, ка- бельная, основа лами- нированной и бакели- зированной Органические и неорга- нические пигменты, от- дельные представители различных групп краси- телей
щегося листа оказывает меньшее сопротивление действию ва-
куума и на этом месте присасывается соответственно большее
количество волокон. Таким образом, по всей площади ручной
отливки автоматически выравниваются толщина, плотность
и характер просвета образующегося слоя. Для получения одно-
родной бумаги необходимо, чтобы суспензия волокнистой мас-
сы в листоотливной форме была бы однородной, для чего ее
непосредственно перед отливом листа энергично перемешива-
ют. Во избежание хлопьеобразования и получения из-за этого
неоднородной бумаги суспензия в листоотливной форме сильно
разбавляется водой для того, чтобы волокна при своем движе-
нии к сетке могли перемещаться независимо друг от друга или
небольшими группами, которые при осаждении на сетку не вы-
зывали бы нарушение однородности образующегося слоя.
Этот принцип был заложен в основу успешно применяемого в настоя-
щее время метода реставрации старинных документов, разработанного в
СССР Ю. П. Нюкшей в Ленинградской публичной библиотеке им. М. Е. Сал-
тыкова-Щедрина при консультации автора.. Сущность метода заключается в
доливке бумажной массой на листоотливной форме утраченных частей до-
кумента или заполнении таким образом массой отверстий в нем.
Для изготовления на бумагоделательной машине бумаги
с однородными свойствами первым условием является достиже-
ние однородности волокнистой суспензии в напорном ящике
непосредственно перед поступлением бумажной массы на сетку
машины. Здесь, так же как и при ручном отливе бумаги, долж-
ны быть приняты необходимые меры для предотвращения обра-
зования хлопьев волокон, неравномерное осаждение которых
на сетке способствует получению неоднородной бумаги.
Равномерность отлива бумажного полотна определяют по
его просвету, который обычно характеризуют визуальным про-
смотром бумаги, помещаемой между глазом наблюдателя и ис-
точником света. Таким образом, в глаз попадает проходящий
через бумагу пучок света. Чем равномернее расположены волок-
на в бумаге, тем меньше одновременно наблюдается глазом
темных сгустков волокон и просвечивающих между ними участ-
ков бумаги. Наиболее равномерное расположение волокон в бу-
маге характеризуется так называемым молочным просветом.
Сгустки волокон в бумаге придают ей облачный просвет, кото-
рый может быть более или менее сильно выражен.
Свойства изготовляемой на бумагоделательной машине бу-
маги в значительной степени определяются условиями поступ-
ления бумажной массы на сетку бумагоделательной машины.
Важными факторами при этом являются концентрация и ско-
рость массы.
При выработке каждого вида бумаги концентрацию массы,
поступающей на сетку, стараются поддерживать постоянной.
Однако при выработке различных видов бумаги концентрации
массы в каждом случае различны и могут отличаться между
собой в очень больших пределах (0,1 —1,8%).
При выборе нужной концентрации массы следует исходить
из общего правила, что разбавление массы должно быть тем
больше, чем тоньше вырабатываемая бумага, а при одинако-
вой массе 1 м2 бумаги разбавление увеличивают при пониже-
нии степени помола массы. Указанный выше наибольший пре-
дел концентрации (1,8%) соответствует выработке картона,
а нижний предел (0,1%)—выработке алигнина и тончайшей
конденсаторной бумаги. На чем же основывается указанное
выше правило выбора концентрации массы?
При большом разбавлении массы шансы образования хлопь-
ев волокон на сетке минимальны, так как вода разъединяет во-
локна, препятствуя их соединению в сгустки. Поэтому увели-
чение разбавления массы приводит к получению бумаги с более
равномерным просветом. Однако для картона и толстой бума-
ги характеристика просвета не существенна. Кроме того, зна-
чительное разбавление массы при выработке толстой бумаги
и картона затруднило бы процесс обезвоживания из-за необхо-
димости удаления при этом больших количеств воды через слой
волокон, оказывающий большое сопротивление фильтрации.
Именно поэтому в подобном случае значительно не разбавляют
массу перед отливом на сетке. При выработке тонкой бумаги
максимальное разбавление массы водой вполне возможно и же-
лательно, учитывая, что по сравнению с картоном такую бума-
гу легче обезвоживать на сеточном столе и характер ее про-
света является важным показателем однородности структуры
и свойств. Так как садкая, и в особенности длинноволокнистая,
масса, легко отдающая воду, наиболее склонна к хлопьеобразо-
ванию, именно в этом случае целесообразно большее разбавле-
ние массы водой, чем при всех прочих равных условиях в про-
цессе выработки бумаги из жирной массы.
Не следует думать, что чем больше дать воды на сетку, тем
более равномерный просвет обнаружит изготовляемая бумага.
В конкретных заданных условиях производства существует
определенный оптимум разбавления массы, находящийся в за-
висимости от вида вырабатываемой бумаги, степени помола
и температуры массы, скорости бумагоделательной машины
и конструктивных особенностей сеточного стола машины. Этот
оптимум обусловлен возможностями ведения нормального
процесса обезвоживания на регистровой части сеточного
стола.
При избытке воды будет ощущаться перегрузка сеточного
стола, процесс осаждения волокон переместится ближе к его
концу, действие тряски проявится в меньшей степени — все это
повлечет за собой изготовление бумаги с неравномерным про-
светом.
При недостатке воды не может полностью использоваться
имеющаяся площадь сеточного стола; малое количество воды
в массе сопровождается хлопьеобразованием и изготовлением
бумаги облачного просвета.
Для нормального режима отлива бумаги необходимо, чтобы
была обеспечена однородность смеси волокон и воды в потоке
массы, равномерно без струй поступающей на сетку машины.
Эта однородность смеси волокон и воды должна быть как по
ширине машины, так и во времени на протяжении всего про-
цесса изготовления заданного вида бумаги.
Под влиянием вакуума, образующегося под сеткой, через
нее уходят в оборотную воду мелкие волокна, проклеивающие
вещества и частицы минерального наполнителя. Чем выше ва-
куум, тем в большей степени наблюдается провал мелочи сквозь
сетку.
Количество мелочи, удаляемой из бумажного полотна через
сетку, также зависит от композиции изготовляемой бумаги, ее
массы 1 м2, наличия или отсутствия в волокнистой суспензии
веществ, вызывающих хлопьеобразование, степени использова-
ния оборотной воды и от самой сетки (в первую очередь от ее
номера, площади живого сечения и рода тканья).
При исследовании процесса обезвоживания бумажного по-
лотна на сетках различного номера нужно иметь в виду, что
относительная площадь живого сечения у них, вне зависимости
от номера сетки, примерно одинакова. Таким образом, величи-
ны водопропускной способности сеток различных номеров мало
отличаются между собой. Однако на более тонкой сетке, т. е.
па сетке более высокого номера, лучше удерживаются мелкие
волокна, что позволяет несколько снизить концентрацию массы,
поступающей на сетку. На сетке с крупными отверстиями мень-
ше проволок содержится на 1 см ширины и больше диаметр
проволоки, благодаря чему срок службы таких сеток удлиня-
ется.
Изменением режима обезвоживания массы на сеточном сто-
ле (изменением концентрации, температуры массы, скорости
машины и пр.) можно обеспечить возможности отлива на одной
и той же сетке широкого ассортимента видов бумаги различной
массы 1 м2. Однако практически выбор номера сетки опреде-
ляется свойствами вырабатываемой бумаги, с тем чтобы в оп-
тимальных условиях работы машины, при достаточно высокой
ее скорости и длительном сроке службы сетки, получить бума-
гу надлежащего качества.
Как показали опыты, температура массы при отливе оказы-
вает малозаметное влияние на удержание мелочи в бумажном
полотне. Это объясняется тем, что повышение температуры спо-
собствует небольшому хлопьеобразованию, а следовательно,
незначительному повышению удержания мелочи и в то же вре-
мя снижению вязкости воды, а также ускорению процесса обез-
воживания и некоторому увеличению из-за этого потери мелочи
сквозь сетку. По-видимому, результаты этих явлений в извест-
ной степени взаимно компенсируют друг друга.
В древесной массе содержится особенно много мелких во-
локон, легко удаляемых сквозь сетку. Большой их провал ухуд-
шает структуру и свойства газетной бумаги. Именно поэтому
автор в свое время рекомендовал при выработке этого вида бу-
маги применять наименее грубые сетки полусаржевого перепле-
тения. Это подтверждается как практикой работы наших пред-
приятий, так и экспериментальными данными Э. Гизе и Л. Дит-
ша, показавшими, что с увеличением живого сечения сетки,
или, другими словами, с повышением провала сквозь сетку
мелочи, уменьшается разрывная длина бумаги, ее плотность,
а также сопротивления продавливанию и излому.
Качество изготовляемой бумаги в значительной степени за-
висит от относительной скорости поступления массы на сетку
бумагоделательной машины по сравнению со скоростью дви-
жения сетки. Если скорость массы значительно меньше скоро-
сти сетки, волокна нижней части массного потока, касаясь ка-
ким-либо своим концом сетки, увлекаются последней и вытяги-
ваются в продольном направлении. Вследствие этого изготов-
ляемая бумага имеет ярко выраженную продольную ориента-
цию волокон на своей сеточной стороне. Последующие слои во-
локон касаются уже не сетки, а волокон нижнего слоя, не ус-
певших еще полностью приобрести скорость сетки. Поэтому
и продольная ориентация волокон в этих слоях менее выраже-
на. Еще менее выражена она на верхней поверхности бумаж-
ного полотна. Чем толще изготовляемая бумага, тем больше
различие наблюдается в ориентации волокон на ее верхней
и сеточной сторонах. Для одного из случаев изготовления бу-
маги проф. С. А. Фотиев нашел, что соотношение количества
волокон, расположенных в продольном направлении, к количе-
ству волокон, расположенных в поперечном направлении, со-
ставляло на сеточной стороне бумаги 3,2:1 и на противопо-
ложной стороне листа 1,5: 1. Эти соотношения могут изменять-
ся в зависимости от условий процесса отлива и толщины бу-
маги.
Если скорость массы значительно больше скорости сетки,
наблюдается явление «набегания» потока массы на сетку с об-
разованием на ней поперечных волн.
Обычно рекомендуют при выработке большинства видов
бумаги возможно больше приблизить скорость массы, поступа-
ющей на сетку бумагоделательной машины, к скорости сетки.
При этом допускают отношение скорости массы к скорости сет-
ки равным 0,94—0,98. При выработке бумаги, для которой же-
лательна преимущественно продольная ориентация волокон
(бумага для телеграфной ленты, шпагатная, кабельная и др.),
указанное соотношение должно быть более низким. При выра-
ботке отдельных видов бумаги, например тонкой конденсатор-
ной, изготовляемой при низкой скорости бумагоделательной
машины с длинным сеточным столом, практически невозможно
создать столь малый напор массы перед выходом ее на сетку,
который соответствовал бы скорости выхода массы, примерно
равной скорости сетки. В этом случае скорость массы несколь-
ко превышает скорость сетки. Скорость потока на сетке умень-
шают подъемом сеточного стола в направлении от грудного
вала гауч-валу.
Из отмеченного выше видно, что величина различия скоро-
стей массы и сетки важный фактор, определяющий свойства
изготовляемой бумаги, и точное измерение этой величины необ-
ходимо для контроля производства.
Поступающий на сетку бумагоделательной машины поток
бумажной массы не должен образовывать брызг при встрече
с сеткой. Поэтому идеальной является траектория потока, по
возможности параллельная направлению сетки, с тем чтобы
угол встречи потока с сеткой приближался бы к нулю. Жела-
тельно, чтобы встреча потока с сеткой происходила за верти-
кальной линией, проходящей через центр грудного вала.
Регулированием величины открытия щели на отдельных ее
участках достигается равномерность распределения волокни-
стой массы по ширине машины. Общая высота открытия вы-
пускной щели напорного ящика зависит от концентрации мас-
сы, поступающей на сетку бумагоделательной машины.
С уменьшением концентрации массы при всех прочих равных
условиях (постоянстве скорости машины и величины напора
массы) величину открытия выпускной щели следует увеличить.
Это видно из следующих выражений:
е = BhvK (1); A = 6(ZtoM) (2) 0г = а (3),
где 6 — количество массы, поступающей на сетку бумагодела-
тельной машины, м3/мин; В — ширина выпускной щели, м; h—
высота открытия щели, м; vM — скорость выхода массы на сет-
ку, м/мин; с — концентрация массы, кг/м3; а — количество абс.
сухих веществ, поступающих на сетку в единицу времени,
кг/мин.
При выработке определенного вида бумаги количество абс.
сухого вещества, поступающего на сетку, должно быть посто-
янным (a = const). Из выражения (3) видно, что с уменьшени-
ем концентрации с величина 6 должна увеличиваться. Из вы-
ражения (2) видно, что с увеличением 6 и при постоянной
величине знаменателя дроби высота открытия щели также долж-
на увеличиваться. Ошибочно считать, что с увеличением откры-
тия выпускной щели в процессе установившегося режима отли-
ва бумаги увеличится ее масса 1 м2. Изменение массы 1 м2
изготовляемой бумаги может быть достигнуто большим или
меньшим открытием вентиля подачи массы на машину или из-
менением скорости самой машины. Увеличение скорости маши-
ны приведет при этом к уменьшению массы 1 м2 изготовляемой
бумаги, так как в единицу времени на одно и то же место сет-
ки будет поступать меньшее количество массы.
Поперечная тряска сеточного стола бумагоделатель-
ной машины оказывает существенное влияние на свойства из-
готовляемой бумаги. В бумаге машинной выработки большая
часть волокон ориентирована в направлении хода выработки
бумаги на бумагоделательной машине, что в известной степе-
ни и определяет анизотропность свойств бумаги. Эта преиму-
щественная ориентация волокон начинается при прохождении
потока массы через выпускную щель напорного ящика. Она
усиливается на сетке бумагоделательной машины из-за разли-
чия в скорости сетки и оседающих на ее поверхность волокон.
Дальнейшее прохождение полотна бумаги по секциям бумаго-
делательной машины, сопровождаемое раскатыванием полотна
между прессовыми валами и его растяжением между привод-
ными секциями машины, приводит к усилению преимуществен-
ной ориентации волокон и к увеличению различия свойств бу-
маги в ее машинном и поперечном направлениях. Поперечная
тряска начала сеточного стола способствует повороту части во-
локон в поперечное к ходу машины направление. Благодаря
этому преимущественная ориентация волокон в направлении
хода машины становится менее выраженной. Это способствует
получению бумаги, у которой различие в показателях механи-
ческой прочности листа в его поперечном и машинном направ-
лениях меньше, чем соответственно у бумаги, изготовленной на
машине, где отсутствует поперечная тряска сеточного стола.
Тряска будет эффективно работать лишь тогда, когда она
приложена к той зоне сеточного стола, где в образующемся бу-
мажном полотне имеется еще достаточно воды, обеспечиваю-
щей подвижность волокон и возможность их поворота. Поэто-
му осуществлять тряску сеточного стола в районе отсасываю-
щих ящиков не имеет смысла.
На современных быстроходных бумагоделательных маши-
нах процесс обезвоживания протекает настолько быстро, что
существующие системы трясочных устройств просто не успева-
ют на коротком участке сеточного стола осуществить поворот
волокон. Поэтому на таких машинах тряска сеточного стола не
осуществляется. На машине, работающей со скоростью
365 м/мин, что не считается в современных условиях высокой,
и имеющей сеточный стол длиною в 13 м, весь этот путь бу-
мажная масса проходит за 13-60/365~ 2,1 с. Время же прохож-
дения в данном случае массой эффективной зоны для тряски
намного меньше. Считается, что при скорости машины более
250 м/мин существующие в настоящее время системы трясоч-
ных устройств работают неэффективно. Из указанного очевид-
но, что одной из актуальных задач конструкторов является раз-
работка высокочастотной системы тряски, которая могла бы
успешно осуществлять свое назначение на скоростных бумаго-
делательных машинах. По-видимому, принцип чисто механиче-
ской тряски вряд ли при этом окажется пригодным. Основные
общие правила регулирования работы трясочного устройства
сводятся к следующему.
1. Число колебаний тряски следует увеличивать с увеличением скорости
машины и с повышением садкости массы.
2. Амплитуду тряски следует увеличивать с увеличением длины воло-
кон, из которых изготовляется бумага. С увеличением скорости машины вре-
мя прохождения волокнами зоны тряски сеточного стола сокращается. Это
требует повышения числа колебаний тряски для эффективного поворота
волокон путем более частых во времени на них воздействий.
Садкая, легко отдающая воду длинноволокнистая масса наи-
более склонна к хлопьеобразованию на сеточном столе. В дан-
ном случае для предотвращения хлопьеобразования и создания
в осаждающемся потоке массы микротурбулентности необходи-
мо интенсифицировать тряску увеличением числа ее ко-
лебаний.
Длинное волокно повернуть труднее, нежели короткое. При
этом требуется большее плечо воздействия на волокно. Именно
поэтому при выработке бумаги из относительно длинных воло-
кон необходимо увеличивать амплитуду тряски.
Указанные выше положения хорошо подтверждаются дан-
ными практики и результатами аналитических расчетов
Ф. Г. Шухмана и работой И. Д. Кугушева. Последний также
отмечает, что при наличии длинных фракций волокон размахи
колебаний тряски следует увеличивать, а с увеличением содер-
жания в композиции бумаги древесной массы (т. е. коротких
волокон) —уменьшать. И. Д. Кугушев в результате анализа
своих опытных данных, а также данных других исследователей
пришел к выводу, что для производства бумаги заданного ка-
чества существует не один и не два, а значительно больше при-
годных трясочных режимов, число которых определяется воз-
можностями механических устройств, осуществляющих тряску.
При этом установлена закономерность для всех этих режимов,
согласно которой ao)6=const, где а— амплитуда колебаний
сетки; о — круговая частота колебаний сетки; о — постоянный
коэффициент.
Д. Менсон и Р. Гиллис характеризуют интенсивность рабо-
ты тряски отношением:
(частота тряски)2Хамплитуда
скорость машины
Эти авторы указывают, что эффективность тряски снижает-
ся при повышении концентрации массы в напорном ящике или
увеличении степени помола и повышается при увеличении ин-
тенсивности, выражаемой указанным выше отношением. Мно-
гие авторы отмечают, что на просвет бумаги увеличение часто-
ты колебаний влияет сильнее, чем увеличение амплитуды тря-
ски.
Двухзольная тряска с регулируемым режимом работы каж-
дой зоны практически оказалась наиболее эффективной.
Для придания бумажному полотну более ровной и уплот-
ненной структуры с более ровной поверхностью на сетке бу-
магоделательной машины устанавливают ровнитель. Ров-
нитель с рельефной поверхностью применяется для изготовле-
ния бумаги с водяным знаком. Место его установки обычно
после первых двух отсасывающих ящиков. При этом относитель-
ная сухость бумажного полотна перед ровнителем составляет
примерно 6—7%. В некоторых случаях под ровнителем уста-
навливают отсасывающий ящик, что способствует уплотнению
бумаги и уменьшению количества брака. Водяной знак получа-
ется при этом более четким.
Иногда этот ящик состоит из двух камер шириной по 100—
150 мм каждая (рис. 18). В первую камеру подводится вода,
с помощью которой регулируется влажность бумажного полот-
на, вступающего в зону действия ровнителя. Во второй камере
создается небольшой вакуум, который служит для присоса бу-
мажного полотна к сетке бумагоделательной машины и предот-
вращения прилипания полотна к поверхности ровнителя. Рас-
положенный на стороне выхода бумаги из ровнителя желоб
спрысковой воды снабжают паровым обогревом, благодаря че-
му предотвращается конденсация пара на его наружной по-
верхности и падение с этой поверхности на бумажное полотно
капель воды.
Диаметр ровнителя зависит от скорости машины и массы
1 м2 изготовляемой бумаги: чем выше скорость машины и мень-
ше масса 1 м2 вырабатываемой бумаги, тем большим должен
быть диаметр ровнителя. Для бумаги с массой 50 г/м2 и выше
рекомендуются размеры диаметра ровнителя в зависимости от
скорости машины (табл. 10).
Рис. 18. Схема установки двухкамерного от-
сасывающего ящика под ровнитель:
1 — ровнитель; 2 — регистровый валик; 3 — водяная
камера ящика; 4 — вакуумная камера ящика
Если ранее ровнитель устанавливался только на сравни-
тельно тихоходных бумагоделательных машинах, то в настоя-
щее время благодаря усовершенствованию его конструкции (са-
мостоятельный регулируемый привод, подшипники качения,
усовершенствованная система его очистки и пр.) можно исполь-
зовать ровнители на самых быстроходных машинах. При этом
скорость вращения ровнителя должна на 1,2% превышать ско-
рость сетки.
10. Размеры диаметра ровнителя в зависимости от скорости движения сетки
Максимальная скорость машины, м/мин Диаметр ровнителя, мм Максимальная скорость машины, м/мин Диаметр ровнителя, мм
100 300—350 450 900
200 400 500 1000
250 500 600 1200
300 600 700 1400
350 700 800 1600
400 800 900 2000
Ровнитель диаметром 1625 мм, обтянутый сеткой 25—35меш.,
применяют при выработке газетной бумаги на машинах шири-
ной до 8130 мм, работающих при скорости 750 м/мин. Для очи-
стки сетки ровнителя применяют пар при давлении до 150 кПа
или водяные спрыски с возвратно-поступательным движением
при давлении воды 150 кПа.
В некоторых случаях на сеточном столе устанавливают два
ровнителя, из которых первый обтягивают грубой сеткой
(14 меш.) и устанавливают его после второго отсасывающего
ящика, а второй — более тонкой сеткой (20—30 меш.) и уста-
навливают его после третьего отсасывающего ящика. При этом
первый ровнитель обеспечивает предварительное сглаживание
поверхности бумаги, но оставляет на лицевой поверхности мар-
кировку, которая полностью устраняется вторым ровни-
телем.
1.5.2. Хлопьеобраз.ование при отливе бумаги
При поступлении бумажной массы на сетку бумагоделатель-
ной машины и образовании бумажного листа большое влияние
на свойства изготовляемой бумаги оказывают факторы, вызы-
вающие хлопьеобразование волокон. Именно хлопье-
образование (флокуляция) способствует получению бумаги не-
однородной структуры и облачного просвета. Хлопья или пучки
волокон образуются под действием поверхностных сил сцепле-
ния волокон, возникающих в силу различных причин: разности
электрических зарядов, химических факторов, вызывающих коа-
гуляцию в волокнистой суспензии, и факторов механического
характера (шероховатость поверхностей волокон и др.).
Все указанные выше факторы проявляют себя в большей
или меньшей степени в зависимости от вида волокон, исполь-
зуемых при отливе бумаги, от технологии подготовки бумаж-
ной массы и от условий изготовления бумаги на бумагодела-
тельной машине.
Надо отметить, что термины «коагуляция» и «флокуляция»
неоднократно обсуждались в специальной литературе и разные
авторы вкладывали в эти понятия различный смысл. Поэтому
до сих пор отсутствует четкая унификация этих определений,
каждое из которых характеризует нарушение стабильности си-
стемы. Некоторые авторы считают даже эти понятия синонима-
ми. Другие же отмечают, что в результате флокуляции, образу-
ются более прочные агрегаты частиц, чем при коагуляции,
и расход полимера-флокулянта во много раз меньше расхода
низкомолекулярного электролита, вызывающего обычную коа-
гуляцию. И. Ф. Ефремов считает, что лучше всего условно раз-
граничить эти понятия, понимая под коагуляцией непосредствен-
ное слипание дисперсных частиц или их ближнюю агрегацию,
тогда как менее точный, но получивший широкое распростра-
нение термин «флокуляция» характеризует локальное структу-
рообразование, независимо от того, происходит ли оно в резуль-
тате коагуляции или дальней агрегации.
Автор этой книги придерживается взгляда, что под коагуляцией следует
понимать процесс изменения степени дисперсности коллоидных частиц за счет
Их слип амия с образованием частиц, размеры которых можно характеризо-
вать в мкм. Процесс же флокуляции характеризуется соединением отдель-
ных макромолекул высокомолекулярных веществ с образованием рыхлых
хлопьевидных осадков — флокул с размерами, выраженными в мм.
При коагуляции под влиянием таких электродитов, как, на-
пример, сернокислый алюминий, происходит агломерация ча-
стиц при отсутствии полимерных мостиков. При флокуляции же
под влиянием полимеров с длинной молекулярной цепью (на-
пример, полиакриламида, полиэтиленимина) частицы соединя-
ются в хлопья соответствующей мостиковой связью.
Волокна хвойной древесины имеют большую склонность
к хлопьеобразованию по сравнению с волокнами лиственных
пород. Чем длиннее волокна, тем больше опасность хлопьеоб-
разования. Именно поэтому добавка в композицию бумаги ко-
ротких волокон из лиственной древесины и соломы, а также
волокон древесной массы способствует уменьшению хлопьеоб-
разования и облегчает возможности изготовления бумаги с рав-
номерным просветом. При всех прочих равных условиях волок-
на беленой целлюлозы обладают несколько меньшей склон-
ностью к хлопьеобразованию, чем волокна небеленой целлю-
лозы.
Из беленой целлюлозы относительно легче получить бума-
гу равномерного просвета. Хлопьеобразование более заметно
у тонких волокон и менее заметно у толстых.
При проведении, сравнительных опытов в движущемся потоке суспензии
Ф. Е. Глобусом был получен следующий ряд волокнистых материалов в по-
рядке увеличения их склонности к хлопьеобразованию: древесная масса
< небеленая сульфитная целлюлоза. < небеленая сульфатная целлюлоза
< беленая сульфитная целлюлоза <вискозные волокна № 1800 Сбеленая
сульфатная целлюлоза <®искозные волокна № 6000.
Укорочение волокон при размоле снижает возможность по-
лучить бумагу с облачным просветом. Поэтому при изготовле-
нии бумаги из одной только целлюлозы хвойных пород древе-
сины необходимо для получения равномерного просвета бума-
ги размол целлюлозы вести таким образом, чтобы иметь в ком-
позиции достаточное количество мелких волокон. Последние
заполняют промежутки между длинными волокнами и создают
оптически однородную структуру бумажного листа. Из указан-
ного видно, что наличие мелких волокон в композиции бумаги
с точки зрения получения ее равномерного просвета полезно по
двум причинам: из-за меньшей склонности этих волокон
к хлопьеобразованию и из-за создания оптически однородной
структуры бумаги при заполнении мелкими волокнами прост-
ранств между крупными. Из слабо размолотой длинноволокни-
стой массы труднее изготовить бумагу с равномерным просве-
том, чем из массы более жирного помола.
Для предотвращения хлопьеобразования при выработке
длинноволокнистых видов бумаги с использованием в компо-
зиции вискозных и синтетических волокон в Англии разработан
оригинальный метод формования бумажного полотна. Этот ме-
тод заключается в отливе бумаги из относительно длинных
волокон, диспергированных в водной сильно вспененной среде,
содержащей 65—75% воздуха. При отливе пена разрушается,
а на сетке образуется бумажное полотно, отличающееся повы-
шенной пухлостью и равномерным просветом. На опытной бу-
магоделательной машине этим способом при скорости 330 м/мин
вырабатывалась бумага с массой 14—140 г/м2. При повышении
скорости работы машины улучшался процесс формования бу-
маги.
Вместе с тем наблюдения показали, что при обычном мето-
де изготовления бумаги заключенный в бумажной массе воздух
способствует хлопьеобразованию. Как показал Г. Гавелин, пу-
зырьки воздуха связаны минимум с двумя волокнами. В сфере
пузырька действуют силы поверхностного натяжения, благода-
ря которым происходит притягивание волокон друг к другу,
усиливаются взаимосвязи и интенсифицируется хлопьеобразо-
вание. Поэтому все мероприятия, направленные к деаэрации
потока бумажной массы, одновременно способствуют также
уменьшению хлопьеобразования и повышению равномерности
просвета бумаги. К этому следует добавить, что наличие возду-
ха в потоке бумажной массы влечет за собой неравномерность
просвета бумаги, замедление скорости обезвоживания и появ-
ление в готовой бумаге так называемых воздушных пу-
зырей.
Устанавливаемые в напорных ящиках распределительные
устройства пластинчатого типа, а также перфорированные пли-
ты и вращающиеся валики с перфорированной поверхностью
в известной степени предотвращают поступление на сетку бу-
магоделательной машины крупных хлопьев волокон. Вместе
с тем эти устройства создают в потоке массы микротурбулент-
ность, способствующую выравниванию концентрации’ массы во
всем ее объеме. Как показали исследования Дж. Мардона
с сотрудниками, равномерность поступления массы на сетку бу-
магоделательной машины и структура изготовляемой бумаги
в значительной степени определяются расположением этих уст-
ройств в напорном ящике (в частности расстоянием перфориро-
ванных валиков до выпускной щели), скоростью вращения ва-
ликов и площадью их отверстий. Если указанные условия ра-
боты валиков выбраны неправильно, то сами валики могут слу-
жить источником хлопьеобразования из-за скопления волокон
на их поверхности между отверстиями, а также вследствие за-
хвата волокон кромками отверстий. Кроме того, при большой
скорости вращения валики могут создавать в массе нежела-
тельную пульсацию, приводящую к образованию волн и греб-
ней в выходящем на сетку потоке массы.
В движущемся потоке бумажной массы явление хлопьеоб-
разования в значительной степени зависит от скорости движе-
ния потока, концентрации в нем волокон, наполнителей и дру-
гих взвешенных частиц, а также от вязкости жидкой фазы.
Опыты, проведенные Ф. Е. Глобусом под руководством автора
этой книги, показали, что для различных видов целлюлозных
суспензий зависимость хлопьеобразования от скорости потока
имеет неизменно постоянный характер. Эта зависимость при-
менительно к потоку сульфатной небеленой целлюлозы, имею-
щей степень помола 20° ШР и концентрацию 0,15%, показана
на рис. 19. Приведенная на этом рисунке кривая может быть
разбита на три участка.
1. Участок, соответствующим скоростям потока до 0,6 м/с (точка А).
На этом участке зависимость близка к прямолинейной. Степень хлопьеобра-
зования резко возрастает с уменьшением скорости потока.
2. Участок, соответствующий скоростям потока от 0,6 м/с (точка А) до
1,2 м/с (точка С). Зависимость имеет криволинейный характер. Влияние
скорости при ее возрастании сказывается в меньшей- степени.
3. Участок, соответствующий скоростям потока выше 1,2 м/с. На этом
участке зависимость близка к прямолинейной. Влияние скорости потока на
степень хлопьеобразования незначительно.
Первый участок соответствует ламинарному режиму течения
потока, второй — смешанному, третий — турбулентному. Как
видно из рисунка, степень хлопьеобразования, условно выра-
жаемая в мВ показаний специально сконструированного прибо-
ра, зависит от режима течения суспензии, определяющего ин-
тенсивность сил сдвига.
Точка В на кривой—критическая точка, которой соответ-
ствуют критические параметры: критическая скорость
потока и критическая степень хлопьеобразо-
вания. Снижение скорости ниже критической приводит к зна-
чительному усилению хлопьеобразования; при скорости выше
критической снижение скорости хлопьеобразования незначи-
тельно.
Хлопьеобразование — динамический процесс. При снятии
или осуществлении диспергирующего воздействия динамическое
равновесие нарушается и преобладает либо процесс образова-
ния хлопьев, либо их разрушения. Изменение скорости потока
суспензии равносильно изменению диспергирующего воздей-
ствия на массу. Чем выше скорость, тем интенсивнее разделя-
ются образовавшиеся пучки волокон и тем в меньшей степени
обнаруживается хлопьеобразование. Опыты показали, что вре-
мя, необходимое для стабилизации процесса хлопьеобразова-
ния массы при резком снижении скорости потока в определен-
ных пределах, значительно больше времени, необходимого для
стабилизации хлопьеобразования при резком повышении скоро-
сти потока в тех же пределах. Таким образом, даже кратковре-
менное диспергирующее воздействие на поток бумажной массы
весьма эффективно. Это диспергирующее действие на бумаж-
ную массу во избежание хлопьеобразования должно непосред-
ственно предшествовать отливу бумажного полотна, который
желательно осуществлять в более короткий промежуток време-
ни с сохранением турбулентного режима движения массы в про-
цессе отлива.
Этот вывод объясняет часто наблюдаемый в производствен-
ных условиях эффект лучшего качества отлива бумажного
полотна, например газетной бумаги, при повышенной скорости бу-
магоделательной машины (а следовательно, и при большей ско-
рости обезвоживания) по сравнению с качеством отли-
ва того же вида бумаги при низкой скорости процесса. Сравне-
ние образцов газетной бумаги, изготовленных при скоростях
машин от 200 до 850 м/мин, показывает, что с увеличением ско-
рости машины структура газетной бумаги улучшается, так как
на сетке имеет место меньшее хлопьеобразование волокон.
Рис. 19. Зависимость степени хлопьеобразования от скорости потока
Рис. 20. Зависимость степени хлопьеобразования от концентрации волокон
в суспензии при фиксированных скоростях потока, м/с:
1 — 2; 2 — 1.4
Для достижения этого эффекта важно только, чтобы при
высокой скорости работы бумагоделательной машины отрица-
тельные явления (например, всплески массы на сетке над ре-
гистровыми валиками) не преобладали над действием положи-
тельного фактора — ускоренного процесса обезвоживания, при
котором вероятность хлопьеобразования минимальна.
С возрастанием концентрации массы увеличивается количе-
ство волокон в единице ее объема, что повышает вероятность
образования хлопьев. Поэтому с увеличением концентрации
склонность волокон в суспензии к хлопьеобразованию возраста-
ет. Это справедливо для различных скоростей потока (рис. 20).
Наблюдения показали, что с увеличением концентрации суспен-
зии волокон критические значения скорости потока и степени
хлопьеобразования возрастают по зависимости, близкой к пря-
молинейной.
Критическая концентрация, выше которой в потоке массы
наблюдается интенсивное хлопьеобразование, зависит, по дан-
ным Ф. Вульча и К. Майера, от отношения длины волокна к его
ширине. Чем меньше это отношение, тем выше значение кри-
тической концентрации.
По вопросу о влиянии степени помола бумажной массы на
ее склонность к хлопьеобразованию среди исследователей нет
единого мнения. Одни считают, что с увеличением степени по-
мола массы хлопьеобразование усиливается, так как при этом
растет удельная поверхность волокон, число контактов между
ними и увеличивается количество фибрилл, имеющих повышен-
ную склонность к образованию связей. Другие же придержива-
ются противоположного взгляда, основываясь на том, что раз-
мол сопровождается укорочением и гидратацией волокон, что
снижает склонность волокон к хлопьеобразованию.
Как показал Ф. Е. Глобус, если наблюдать за изменением
характера просвета образцов бумаги, изготовленных из массы
различной степени помола, то можно видеть, что вначале с уве-
личением степени помола массы просвет получаемых образцов
бумаги становится более равномерным. Однако начиная с ка-
кой-то дальнейшей стадии размола получаемые образцы бума-
ги обнаруживают все большую неравномерность просвета ’.
Можно считать, что в начале процесса размола преоблада-
ет влияние фактора укорочения волокон, способствующего сни-
жению образования хлопьев в массе и повышению вследствие
этого равномерности просвета изготовляемых образцов бумаги.
Экспериментально это предположение о снижении хлопьеобра-
зовання было подтверждено обнаруженным в начальный пери-
од процесса размола заметным снижением прочности структу-
ры волокнистой суспензии, о чем можно судить по замерам
предельного сопротивления сдвигу.
В последующем периоде процесса размола сказывается пре-
обладающее влияние других факторов: фибриллирования воло-
кон, увеличения их удельной поверхности, уменьшения скорости
обезвоживания и увеличения времени обезвоживания. Это все
приводит к усилению хлопьеобразования в массе и отрицатель-
ным образом сказывается на просвете изготовляемой бу-
маги.
Таким образом, при изменении степени помола бумажной
массы изменяется характер просвета получаемой бумаги в ре-
зультате влияния совокупности факторов, основными из кото-
рых являются длина и диаметр волокон, прочность структуры
1 Степень помола, начиная от которой неравномерность просвета бумаги
Возрастает, зависит, по-видимому, от характера ведения процесса размола,
Вида используемых волокон и типа размалывающей аппаратуры. (Примеч.
автора).
волокнистой суспензии, степень гидратации и время обезвожи-
вания.
Влияние температуры массы на ее склонность к хлопьеобра-
зованию относительно невелико. Оно в большей степени сказы-
вается при малых скоростях течения потока. Вместе с тем экс-
периментальные данные Д. Эгельхофа [183] свидетельствуют
о том, что с увеличением температуры суспензии отмечается
рост степени хлопьеобразования (рис. 21). Следует при этом
иметь в виду влияние температуры на скорость обезвоживания
и на эффективность использования флокулирующих и дефлоку-
лирующих веществ.
Рис. 21. Зависимость степени хлопьеобразования от температуры суспензии
с концентрацией 0,3%:
I — беленая сульфатная целлюлоза из сосны (14° ШР); 2 — небеленая сульфатная
целлюлоза из сосны (14° ШР); 3 — сульфитная целлюлоза из бука (15® ШР); 4 —
сульфитная целлюлоза из бука (60° ШР); 5 — древесная масса (65° ШР)
Количество ЫаКМЦ, % к Волокну
Рис. 22. Влияние добавки NaKMLI на неравномерность просвета бумаги
и время обезвоживания бумажной массы. Концентрация при отливе 0,028%:
I — неравномерности просвета бумаги; 2 — то же времени обезвоживания
Из химикатов, применяемых в производстве бумаги, некото-
рые способствуют хлопьеобразованию (в определенных услови-
ях сернокислый алюминий, животный клей, едкий натр и др.),
другие — снижают хлопьеобразование (растительные слизи
и камеди, полифосфаты, среди которых тринатрийфосфат ока-
зался наиболее эффективным средством), третьи — не оказыва-
ют заметного влияния на хлопьеобразование (наполнители, пла-
стификаторы, оптические отбеливатели). Действие веществ,
снижающих хлопьеобразование, основано на уменьшении по-
верхностной активности волокон. Дефлокуляцию объясняют ад-
сорбцией на поверхности волокон добавляемого стабилизатора
(например, растительной слизи), который своими полярными
группами (—СООН; ОН) соединяется с молекулами воды, об-
разуя комплексы. Энергия образования комплексов превышает
силы сцепления волокон друг с другом. На поверхности воло-
кон образуется гидратная пленка, которая, по образному
сравнению А. Эрспамера, действует как смазка.
Изменение вязкости жидкой фазы суспензии оказывает так-
же влияние на хлопьеобразование. Увеличение вязкости дис-
персионной среды в движущемся потоке бумажной массы спо-
собствует уменьшению эффекта хлопьеобразования. При отли-
ве же бумажного полотна увеличение вязкости жидкой фазы
суспензии замедляет процесс обезвоживания и, следовательно,
приводит к получению бумаги неравномерного просвета.
Таким образом, отсутствие хлопьеобразования в движущем-
ся потоке волокнистой суспензии хотя и является важным ус-
ловием, но недостаточно для получения бумаги с равномерным
просветом. Свойства готовой бумаги (в том числе и равномер-
ность про,света) определяются результирующим влиянием от-
дельных противоположно действующих факторов, что необхо-
димо учитывать при отливе бумаги.
Механизм действия сернокислого алюминия на суспензию
растительных волокон полностью еще не изучен. Попытки объ-
яснить это действие исключительно изменением электрокинети-
ческого потенциала растительных волокон не увенчались успе-
хом. Значительное влияние на результаты наблюдений оказы-
вают многочисленные переменные факторы, и в том числе: тем-
пература, pH среды, время воздействия сернокислого алюминия
на волокнистую суспензию, наличие в воде различного рода
примесей и электролитов.
При введении сернокислого алюминия трехвалентные поло-
жительно заряженные ионы алюминия нейтрализуют отрица-
тельный заряд волокон. В изоэлектрической точке, в которой
электрокинетический потенциал волокон близок к нулю, хлопье-
образование протекает наиболее интенсивно. О. Хубер утверж-
дает, что максимальное хлопьеобразование наблюдается при
электрокинетическом потенциале в пределах от +3 до —3 мВ.
Как свидетельствует Хиггинс в своем докладе на симпозиу-
ме в Кембридже (1965 г.), сернокислый алюминий повышает
хлопьеобразование волокон при 8° С и снижает его при 60° С.
В пределах pH 4,5—9,0 он действует как диспергатор, а за эти-
ми пределами величины pH он вызывает хлопьеобразование,
которое больше проявляется в дистиллированной воде, чем
в водопроводной. Если после диспергирующего действия серно-
кислого алюминия суспензия некоторое время оставалась в по-
кое, в ней может быть обнаружено хлопьеобразование.
Экспериментально нами было установлено, что натриевая
соль карбоксиметилцеллюлозы (NaKMLI,) оказывает дефлоку-
лирующее действие на суспензию растительных волокон
(рис. 22). На оси абсцисс отложено количество NaKMLI,. вво-
димой в суспензию волокон небеленой сульфитной целлюлозы.
На оси ординат — степень хлопьеобразования, количественно
характеризуемая в мВ по показаниям специального прибора.
Действие добавки ИаКМЦ объясняется стерическим фактором
стабилизации суспензии благодаря возникновению защитных
оболочек, удерживающих взвешенные частицы на некотором
расстоянии друг от друга.
Одновременно проводились опыты по выяснению влияния
добавок ЙаКМЦ на неравномерность просвета изготовляемых
образцов бумаги и на время обезвоживания, которое возраста-
ло с увеличением вязкости дисперсионной среды при увеличе-
нии дозировки ЫаКМЦ.
Было установлено, что хотя NaKMIJ, при всех взятых во
время опытов количествах способствует снижению хлопьеобра-
зования в потоке массы, тем не менее степень хлопьеобразова-
ния при отливе может возрасти из-за увеличения времени обез-
воживания, что приводит к увеличению неравномерности про-
света бумаги. С повышением скорости потока суспензии влия-
ние добавки ЫаКМЦ на степень хлопьеобразования заметно
снижается. Наиболее равномерный характер просвета обнару-
жили образцы бумаги, при изготовлении которых в суспензию
волокон вводилось 5% NaKMIJ, к массе абс. сухих волокон.
При введении 10% и более NaKMH существенно возрастали
вязкость дисперсионной среды и время обезвоживания, что от-
рицательным образом сказывалось на характере просвета из-
готовляемой бумаги. Повышенные количества могут способство-
вать улучшению просвета изготовляемой бумаги лишь в усло-
виях интенсификации процесса отлива, т. е. сокращения вре-
мени обезвоживания.
Как показали Л. Л. Парамонова и М. И. Чудаков [103],
введение в композицию бумаги из небеленой сульфатной цел-
люлозы лигносульфонатов в количестве до 1% к массе волокон
способствует ускорению обезвоживания на 7—15% и повыше-
нию показателей механической прочности бумаги в среднем на
10—30%.
Для повышения удержания на сетке мелких волокон, так
же как и для удержания частиц наполнителя, в напорный ящик
бумагоделательной машины вводят обычно некоторые полиме-
ры (ПАА, ПЭИ и др.). На эффективность действия этих поли-
меров оказывают влияние многочисленные факторы, и в пер-
вую очередь их свойства (величина молекулярной массы, сте-
пень гидролиза и пр.), количество вводимого полимера, время
контакта его с бумажной массой, pH среды при отливе, содер-
жание сернокислого алюминия в бумажной массе, свойства
производственной воды и др.
Хлопьеобразование при поступлении массы на сетку маши-
ны обычно считается нежелательным явлением, так как способ-
ствует неравномерному осаждению волокон и получению бума-
ги с облачным просветом. Однако рыхлые хлопья, полученные
благодаря флокулирующему действию ПАА и ПЭИ и состоя-
щие из мелких волокон и частиц наполнителя, связанных меж-
ду собой электростатическими силами, отличаются по своим
свойствам от пучков (сгустков) длинных волокон. Рыхлые
и мелкие хлопья делают просвет бумаги в ряде случаев более
равномерным благодаря повышенному удержанию в бумаге ме-
лочи, заполняющей пространства между длинными волокнами.
Такие рыхлые флокулы под влиянием силы тяжести быстро
осаждаются на сетке, образуя пористый слой, легко пропуска-
ющий воду.
Флокулирующее действие полимеров может быть сведено
к минимуму, если образующиеся при этом флокулы до их по-
ступления на сетку будут разбиты при перемешивании массы.
Поэтому ПАА нужно вводить в бумажную массу не более чем
за 15—40 с до выхода массы на сетку, а ПЭИ за 10—20 с и по-
сле обеспечения равномерного распределения флокулянтов
в массе последнюю уже не следует интенсивно перемешивать.
Практически это и осуществляют, добавляя флокулянты непос-
редственно перед напорным ящиком бумагоделательной ма-
шины.
Опыты, проведенные Л. В. Лойко под руководством автора,
показали, что добавление ПАА в бумажную массу способству-
ет не только удержанию мелких волокон и частиц наполните-
ля на сетке, но и ускоряет сам процесс обезвоживания массы,
что особенно заметно в первой фазе этого процесса. Введение
ПАА в бумажную массу способствует и снижению степени по-
мола массы, характеризуемой в °ШР. Несколько меньше сни-
жается степень помола бумажной массы при добавлении в нее
сернокислого алюминия.
Дж. Свенсон, ссылаясь на опыты других исследователей,
указывает, что при введении в суспензию сернокислого алюми-
ния жирность помола массы снижается вплоть до изоэлектри-
ческой точки, а затем остается постоянной при введении серно-
кислого алюминия в количестве до 0,1 кг/м3. Введение в бу-
мажную массу значительных количеств каолина тоже приводит
к некоторому снижению степени помола бумажной массы, по-
скольку сам использованный при опытах каолин обнаружил
«степень помола» — 5° ШР.
П. А. Рыльская пишет, что на одной картоноделательной
машине благодаря использованию ПАА скорость обезвожива-
ния бумажной массы увеличилась в 1,5 раза. По другим дан-
ным добавление ПАА в количестве до 0,05% к массе абс. сухих
волокон повышает фильтрационную способность массы на
30—50%.
Наблюдения на Малинской бумажной фабрике показали,
что использование ПАА в качестве флокулянта для очистки во-
ды в производстве конденсаторной бумаги способствовало по-
вышению пробивного напряжения конденсаторной бумаги и ее
разрывной длины при снижении воздухопроницаемости. Дози-
ровка ПАА на указанной фабрике 0,2—0,8 г на 1 м3 в зависи-
мости от температуры и степени загрязненности воды.
При выработке мешочной бумаги добавка ПАА в бумаж-
ную массу в количестве 0,25—0,75 кг на 1 т бумаги заметно
улучшает показатели ее механической прочности: разрывную
длину, удлинение до разрыва, сопротивления продавливанию
и раздиранию, а также динамическую прочность, выражаемую
числом падений бумажных мешков до их разрыва.
Эффект повышения механической прочности бумаги от вве-
дения в ее композицию ПАА во многом определяется отноше-
нием количества вводимых ПАА и АМЗО^з. Как указывает
X. С. Швальбе, при этом в условиях использования беленой
сульфатной целлюлозы оптимальное значение pH среды —
4,2—4,5.
Опыты по введению в бумажную массу ПАА и крахмала
показали, что введение этих веществ в небольших количествах
при отсутствии сернокислого алюминия приводит к снижению
хлопьеобразования в суспензии. Однако по мере увеличения
дозировки их в бумажной массе эффект хлопьеобразования уси-
ливается и достигает максимума, когда количество ПАА в мас-
се составляет 1 % по отношению к массе абс. сухих волокон.
Дальнейшее увеличение количества ПАА в массе приводит,
к заметному увеличению вязкости суспензии. В результате
интенсивность хлопьеобразования в волокнистой суспензии сни-
жается.
Дефлокулирующее действие крахмала наблюдалось при его
добавке в суспензию в количестве 0,5—1% к массе абс. сухих
волокон. При введении крахмала в количестве 0,5% отмечалось
заметное снижение неравномерности просвета. Дальнейшее уве-
личение содержания крахмала в суспензии приводит к усиле-
нию неравномерности просвета за счет флокулирующего дей-
ствия этой добавки и замедления обезвоживания из-за увели-
чения вязкости жидкой фазы суспензии.
ПЭН даже в минимальных количествах (0,01%) оказывает
флокулирующее действие на водные суспензии волокон. По
мере увеличения дозировки этого вещества хлопьеобразование
усиливается. Наибольший эффект хлопьеобразования наблюда-
ется при добавлении 0,25% ПЭН. Дальнейшее увеличение до-
зировки не приводит к заметному возрастанию хлопьеобразо-
вания (рис. 23).
Из рис. 24 видно, что введение ПЭИ в количестве до 0,025%
обеспечивает достаточно равномерный характер просвета из-
готовляемой бумаги, что объясняется эффектом снижения при
этом степени помола волокнистой суспензии (рис. 25) и, как
следствие, ускорением ее обезвоживания. Волокнистая суспен-
зия с 0,01% ПЭИ обезвоживается на 10—12% быстрее, чем без
него. В присутствии небольших количеств ПЭИ эффект сниже-
ния степени помола массы преобладает над флокулирующим
действием ПЭИ. Этот эффект снижения степени помола массы
объясняется дегидратирующим действием ПЭИ на раститель-
ные волокна. Он проявляется в большей степени при исполь-
зовании целлюлозы высокой степени помола, обладающей
большой удельной поверхностью, которая хорошо адсорбирует
ПЭИ.
Высокомолекулярный ПЭИ (среднечисловая молекулярная
масса 50 000—100 000) дает наиболее высокое снижение степе-
ни помола бумажной массы и лучшее удержание минерального
наполнителя. При этом у небеленой сульфатной целлюлозы со
степенью помола 80° ШР при добавке ПЭИ в количестве 0,25—
0,5% к массе абс. сухих волокон степень помола снижается до
40° ШР, а у беленой сульфитной целлюлозы в аналогичных ус-
ловиях— до 60° ШР (рис. 26). Было показано также уменьше-
ние водоудерживающей способности целлюлозы, в суспензию
которой вводился ПЭИ.
Поверхностное натяжение воды на границе вода — воздух
при добавлении всего лишь 0,1% ПЭИ к массе абс. сухих воло-
кон уменьшается примерно на 30%.
С помощью методов термогравиметрии и ядерного магнит-
ного резонанса нами было установлено [145], что при оптималь-
ном расходе ПЭИ ускорение обезвоживания волокнистой сус-
пензии и уменьшение ее водоудерживающей способности про-
исходят вследствие уменьшения энергии связи между целлю-
лозой и водой.
Рис. 23. Зависимость степени хлопьеобразования от количества добавляе-
мого ПЭИ при скорости суспензии, м/с:
1 — 0,6; 2 — 0,8; 3 — 1,0
Рис. 24. Влияние количества добавляемого ПЭИ на неравномерность про-
света бумаги
Работой, выполненной в ЦНИИБе, установлено, что макси-
мального уменьшения степени помола бумажной массы можно
добиться при добавках ПЭИ в количестве 0,01—0,1% к абс.
сухим волокнам. С увеличением концентрации бумажной мас-
сы расход ПЭИ возрастает. При этом наибольшую эффектив-
ность имеют добавки ПЭИ в массу из макулатуры и небеленой
целлюлозы. Обезвоживающая способность волокнистой суспен-
зии возрастает с увеличением молекулярной массы добавляе-
мого ПЭИ, и оптимальным в этом отношении является ПЭИ
со среднечисловой молекулярной массой 80 000—90 000. Авторы
работы утверждают, что использование ПЭИ для ускорения
процесса обезвоживания позволяет повысить производитель-
ность бумаго- или картоноделательной машины на 10—15%
и сократить в 5—8 раз количество взвешенных веществ в освет-
ленной воде.
Количество ПЭИ, % к Волокну
Рис. 25. Влияние количества добавляе-
мого ПЭИ на степень помола бумажной
массы при различной исходной степени
помола
Рис. 26. Влияние добавок ПЭИ с раз-
личной молекулярной массой на степень
помола:
а — сульфитной беленой целлюлозы; б —
сульфатной небеленой целлюлозы; молекуляр-
ная масса ПЭИ: 1 — 10 000; 2 — 20 000; 3 —
30 000; 4 — 50 000; 5 — 100 000
Добавка ПЭИ перед напуском волокнистой суспензии на сет-
ку бумагоделательной машины ведет к повышению сухости бу-
мажного полотна после прессовой части на 1—4%, сокращению
расхода пара на сушку и повышению производительности ма-
шины на 5—20%.
На основании данных зарубежной практики можно отме-
тить, что ПЭИ применяется в первую очередь в производстве
тех видов бумаги, в которых имеется большая доля труднопод-
дающихся обезвоживанию полуфабрикатов, в том числе цел-
люлозы с высокой степенью помола, а также при выработке
различных видов бумаги для печати, газетной бумаги, бумаги-
основы для мелования, обоев, пергамента, санитарно-гигиени-
ческой и упаковочной бумаги, различных видов картона. При
г
использовании относительно больших количеств ПЭИ (1,5—2%
к массе волокон) повышаются показатели прочности изготов-
ляемой бумаги, особенно влагопрочности.
1.5.3. Усовершенствование процесса отлива бумаги
Для лучшего использования мелких волокон бумажной мас-
сы и улучшения качества вырабатываемой бумаги в Швеции
была разработана новая система использования регистровой
воды, согласно которой часть этой воды подают через дополни-
тельный напорный ящик на сформованное бумажное полотно,
проходящее над отсасывающими ящиками. Опыты, проведен-
ные на экспериментальной бумагоделательной машине, показа-
ли, что в результате повторной фильтрации концентрация во-
ды, отводимой отсасывающими ящиками, снизилась с 0,1 до
0,07%. Значительная часть мелких волокон при новом способе
не возвращается в основной напорный ящик, степень помола
массы в нем заметно снижается (в проведенных опытах с 42 до
35°ШР), что облегчает обезвоживание массы в регистровой ча-
сти бумагоделательной машины. Использование новой системы
обезвоживания бумажного полотна способствовало получению
бумаги с более равномерной структурой, меньшей склонностью
к скручиванию, повышенными показателями прочности и плот-
ности.
При наличии на сеточном столе ровнителя новая система
подачи регистровой воды позволяет регулировать границу зер-
кала залива перед ним.
В современных напускных устройствах стараются осущест-
вить такой выход массного потока на сетку, при котором ско-
рости движения массы были бы одинаковыми по всему сече-
нию струи. При этом должно быть создано хорошее перемеши-
вание массы во избежание хлопьеобразования, но без излиш-
них завихрений потока, вызывающих образование гребней
и волн, так как они ухудшают структуру бумажного полотна.
Иными словами, требуется создание в выходящем потоке мик-
ротурбулентности, т. е. оптимального соотношения между сте-
пенью перемешивания массы и демпфированием завихрений.
На современных быстроходных машинах этим требованиям
удовлетворяет новая конструкция напускного устройства Кон-
верфло (Converflo), обеспечивающая выход на сетку массы
со сходящимся течением потока (рис. 27). Это устройство обес-
печивает равномерность массы 1 м2 вырабатываемой бумаги
по ширине бумагоделательной машины. По своей конструкции
оно значительно проще существующих обычных конструкций
напускных устройств: в нем отсутствуют спрыски и вращаю-
щиеся распределительные валики, нет воздушной подушки и за-
нимает оно существенно меньше места. Благодаря меньшим га-
баритам оно может быть доставлено для установки на бумаж-
ную фабрику в основном в собранном виде, что ускоряет и об-
легчает его монтаж у бумагоделательной машины.
Путем простой установки соответствующих перегородок уст-
ройство Конверфло превращается в напускное устройство
Стратафло, обеспечивающее поступление на сетку машины
слоистого потока массы из двух или трех слоев. Таким обра-
зом, без установки дополнительных напускных устройств на
бумагоделательной машине возможно изготовлять двух- и трех-
слойную бумагу из различной композиции каждого слоя. На
многих старых машинах скорость в нижнем сечении струи пре-
вышает примерно на 10% скорость массы в верхнем сечении
струи. Этот перепад скоростей по высоте струи играет некото-
рую положительную роль, так как приводит к дефлокулирую-
щей турбулентности. Однако наряду с этим он вызывает пре-
имущественную ориентацию волокон в машинном направлении,
что влечет за собой анизотропию листа по направлениям, ухуд-
шение структуры и скручиваемость бумаги.
Рис. 27. Напускное устройство Конверфло:
/ — прямоугольный канал для подвода массы; 2 — потокораспределитель в виде пуч-
ка труб; 3 — опоры напускного устройства; 4 — шлицевая перегородка; 5 — метал-
лические пластины; 6 — нижняя губа; 7 — верхняя губа; 8 — пневматическое устрой-
ство для грубой регулировки положения верхней губы; 9 — механизм тонкой регули-
ровки положения верхней губы
Одна из важных задач технологии бумажного производ-
ства — осуществление возможности изготовления на бумагоде-
лательной машине бумаги с равномерным просветом, без
хлопьеобразований и при относительно малом количестве по-
даваемой на сетку воды. Сокращение последней облегчило бы
процесс обезвоживания на сетке, привело бы к сокращению
расхода электроэнергии на перекачивание воды и в конечном
счете способствовало бы упрощению конструкции и удешевле-
нию сеточного стола, сокращению удельного расхода воды на
выработку бумаги и снижению величины промоев волокнистых
' материалов и минеральных наполнителей. Решение этой зада-
чи возможно с привлечением закономерностей гидродинамики
суспензий при учете их реологических характеристик [134].
Основные сложности в решении поставленной задачи своди-
лись к осуществлению надлежащего сортирования массы густой
концентрации и предотвращению облачного просвета бумаги
вследствие хлопьеобразования при отливе бумажного полотна.
Вопрос об эффективном сортировании бумажной массы при ее
концентрации 3—4% решается с использованием разработан-
ных в Финляндии специальных аппаратов (центрисортеров).
Задача получения бумаги с равномерным просветом при ис-
пользовании густой исходной массы была решена оригиналь-
ным образом с применением специальной конструкции напор-
ного ящика, в котором масса подвергается значительному
диспергированию, высоким усилиям сдвига, препятствующим
образованию крупных хлопьев, и последующему образованию
выходящего на сетку потока с минимальными микронеоднород-
ностями структуры.
Было установлено, что если поток бумажной массы разде-
лить на отдельные струи малых объемов, в которых волокна
равномерно диспергированы, то при быстром обезвоживании
потока образуется «замороженная» высокооднородная структу-
ра бумажного полотна. Подобное разделение потока массы на
струи малого объема успешно осуществляется в упомянутом
выше напускном устройстве Конверфлоу, используемом на со-
временных быстроходных бумагоделательных двухсеточных
формующих устройствах, что позволяет при выработке бумаги
на этих машинах применять повышенную концентрацию бумаж-
ной массы.
Пользуясь этим принципом, Шведский научно-исследова-
тельский институт лесной промышленности ведет успешные ра-
боты в области изготовления бумаги при концентрации массы
в 10 раз выше обычной. При этом количество потребляемой
воды для отлива бумаги сокращается на 90%.
Опыты показывают, что при выработке бумаги из массы
повышенной концентрации получается более развитая трехмер-
ная структура бумажного полотна с менее выраженной слоис-
тостью, чем при обычном отливе. Бумага при этом оказывает-
ся более пухлой, с повышенными показателями сопротивления
раздиранию и прочности поверхности и пониженными показа-
телями сопротивлений разрыву и растяжению в машинном на-
правлении при наличии значительного количества волокон, рас-
положенных в направлениях перпендикулярном и наклонном
к плоскости листа (z-ориентация). Картон, полученный описы-
ваемым методом из массы высокой концентрации, обнаружи-
вает высокую пухлость и повышенную жесткость при изгибе.
Опыты проводились также при выработке бумаги-основы для
гофрирования, мешочной и газетной бумаги. Благодаря более
пухлой структуре изготовляемой бумаги вода из нее легче уда-
г
ляется и после прессования оказалось возможным повысить
сухость полотна мешочной бумаги после первого пресса до 40%.
Дальнейшая задача отлива бумаги из массы густой концент-
рации заключается в повышении основных показателей механи-
ческой прочности изготовляемой бумаги.
При реконструкции старых бумагоделательных машин,
и в особенности при выработке бумаги из массы жирного по-
мола, возникает обычно проблема интенсификации
процесса обезвоживания на сеточном столе.
На современных же быстроходных машинах при выработке
газетной и других сравнительно легко обезвоживаемых на се-
точном столе видов бумаги появляется необходимость некото-
рого замедления обезвоживания в самом начале сеточного
стола с целью получения равномерного отлива и хорошего про-
света бумаги, так как чрезмерно интенсивное обезвоживание
массы при ее выходе на сетку отрицательно сказывается на
структуре изготовляемой бумаги из-за удаления сквозь сетку
при этом повышенного количества мелких волокон, проклеива-
ющих веществ, частиц наполнителей и красителей.
Отсасывающее действие регистровых валиков на быстро-
ходных бумагоделательных машин возрастает с увеличением
скорости машины пропорционально квадрату ее скорости.
Именно в силу этой причины наблюдается с увеличением ско-
рости сетки повышение съема бумаги с 1 м2 площади сеточ-
ного стола и небольшое (на 1—1,5 м) увеличение длины се-
точного стола у машин, вырабатывающих газетную бумагу при
скорости 760 м/мин, по сравнению с машинами, выпускающи-
ми этот вид бумаги при скорости 350—380 м/мин. Применение
отсасывающего гауч-вала двухкамерного типа, повышение
в нем вакуума и интенсификации работы отсасывающих ящи-
ков также способствовали значительному повышению произво-
дительности сеточного стола.
Интенсифицировать процесс обезвоживания бумажной мас-
сы на сеточном столе бумагоделательной машины можно, как
указано выше, введением в бумажную массу добавок некото-
рых полимеров и подогревом массы. Подогрев приводит
к уменьшению вязкости воды, удаляемой на сеточном столе.
Снижение жирности помола бумажной массы тоже облегчает
процесс обезвоживания. Однако подогрев массы требует повы-
шенного расхода тепла. Кроме того, при использовании жест-
кой производственной воды возможно выпадание солей жест-
кости. Снижение же жирности массы иногда может при-
вести к нежелательному изменению свойств вырабатываемой
бумаги.
При выработке бумаги с содержанием древесной массы, по-
лучаемой с рядом расположенного древесно-массного завода,
должна быть обеспечена хорошая теплоизоляция массопрово-
дов. Это позволяет в значительной степени сохранить тепло,
поступающее с потоками древесной массы. С той же целью
116
максимального повышения температуры бумажной массы, по-
даваемой на сетку бумагоделательной машины, целесообразно
применение по возможности наиболее замкнутого цикла исполь-
зования оборотной воды при минимальном использовании хо-
лодной свежей воды. Применение оборотной воды снижает про-
мой волокон и наполнителя, уменьшает загрязнение водоемов
сточными водами, облегчает работу улавливающей аппаратуры
и сокращает при выработке бумаги удельные расходы воды,
волокнистых полуфабрикатов и наполнителя. Способность рас-
тительных волокон к обезвоживанию возрастает с понижением
содержания в технической целлюлозе гемицеллюлоз и с уве-
личением содержания лигнина.
Мероприятия для замедления процесса обезвоживания мас-
сы на сеточном столе хорошо известны. На быстроходных ма-
шинах замедляют обезвоживание в начале сеточного стола за-
меной обычных регистровых валиков на валики желобчатого
типа, а также установкой между грудным валом и первым ре-
гистровым валиком формующих ящиков с регулируемой вели-
чиной количества отводимой воды. Замедление обезвоживания
желобчатыми (рифлеными) валиками по сравнению с обычны-
ми регистровыми валиками, имеющими гладкую поверхность,
объясняется тем, что желобчатые валики нагнетают в зону от-
соса небольшое количество воздуха, благодаря чему снижается
вакуум, под влиянием которого происходит процесс обезвожи-
вания. Из-за наличия желобков на поверхности этих валиков
нарушается непрерывность (целостность) пленки удаляемой
воды.
При высокой скорости бумагоделательной машины, и в осо-
бенности при большом диаметре регистровых валиков, послед-
ние могут вызвать дефекты формования бумажного полотна
вследствие всплесков массы на валиках, а также из-за ин-
тенсивного удаления мелких волокон, проклеивающих веществ
и наполнителей. Сравнение величин возникающего давления
и вакуума у регистрового валика при различной скорости ма-
шины показано, по данным Г. Бурхарда и П. Риста, на рис. 28.
Как видно из рисунка, произведенные замеры показали, что
давление, оказываемое на бумажное полотно водой, с нижней
стороны сетки над верхней точкой регистрового валика резко
снижается и переходит в высокий по величине, но кратковре-
менно действующий вакуум, который и приводит к потере мел-
ких волокон, проклеивающих веществ и наполнителей. Чем
выше скорость бумагоделательной машины, тем больше пере-
пады соответствующего давления и вакуума.
Для устранения вредного влияния, оказываемого регистро-
выми валиками на бумажное полотно, за последнее время за-
меняют часть регистровых валиков (а иногда и все) регист-
ровыми планками, называемыми также гидроплан-
ками, над которыми отсутствуют заметные всплески массы.
Все чаще применяют также установку регистровых планок
группами, составляющими ящик. В некоторых случаях в та-
ких ящиках создают вакуум.
На рис. 29 схематично показаны регистровый валик, ящик
из регистровых планок («мокрый» ящик) и вакуумный ящик.
Там же показаны диаграммы изменения давления и вакуума
над этими обезвоживающими устройствами. Над регистровой
планкой отсутствует высокое давление и имеется низкий, но
Рис. 28. Графики по Г. Бурхарду и
П. Ристу положительного и отрицатель-
ного давлений на поверхности регист-
рового валика в зависимости от скоро-
сти сетки, м/мин:
а — 152; б — 304; в — 456; г — 609; д —
762
Рис. 29. Обезвоживание устройства на
сеточной части бумагоделательной ма-
шины:
1 — регистровый валик; 2 — «мокрый» ящик;
3 — вакуумный ящик; 4 — вакуумная линия
относительно длительно действующий вакуум. Это способству-
ет лучшим условиям отлива и меньшему провалу через сетку
мелких волокон, проклеивающих веществ и частиц наполните-
ля. В некоторых случаях благодаря этому при постоянной про-
изводительности машины оказалось возможным снизить кон-
центрацию массы в напорном ящике на 10%, повысить удер-
жание волокон на сетке на 10% и наполнителя — на 100%, сни-
зить концентрацию регистровой воды на 60%. В других случа-
ях оказалось возможным для увеличения срока службы сеток
использовать на машине более грубые сетки без опасения, что
уменьшится при этом удержание наполнителя.
С применением регистровых планок на бумагоделательной
машине взамен регистровых валиков отмечается также возмож-
ность получения бумаги с более равномерными показателями
массы 1 м2 и влажности. Уменьшается и облачность просвета.
Применение регистровых планок способствует устранению по-
лос на полотне бумаги, которые иногда обнаруживаются при
наличии регистровых валиков.
Количество воды, удаляемой на одной регистровой планке,
составляет в среднем примерно 60% и может достигать даже
на быстроходной бумагоделательной машине до 75% от коли-
чества воды, удаляемой регистровым валиком. Таким образом,
замена одного валика на одну планку дает замедление процес-
са обезвоживания. Однако на одной и той же длине сеточного
стола может быть установлено большее количество планок, чем
регистровых валиков, что позволяет увеличить общее обезво-
живание бумажного полотна. В этом случае может быть до-
стигнута интенсификация процесса обезвоживания, так как вме-
сто одного регистрового валика может быть установлено не
менее двух планок.
Обычное расположение планок на сеточном столе таково,
что в начале сеточного стола они находятся друг от друга на
сравнительно большом расстоянии, которое далее по длине се-
точного стола сокращается. В случае надобности дальнейшей
интенсификации обезвоживания гидропланки объединяют
в «мокрые» или вакуумные ящики. Подобное расположение
гидропланок связано с тем, что в начале сеточного стола обез-
воживающее действие гидропланок должно быть менее ин-
тенсивным, чем в районе, прилегающем к отсасывающим
ящикам.
При выработке бумажного полотна из длинноволокнистой
массы садкого помола регистровые планки располагают отно-
сительно близко друг к другу под углом 1—2° к плоскости сет-
ки. В случае изготовления бумаги из коротковолокнистой мас-
сы жирного помола рекомендуется располагать планки на боль-
шом удалении одна от другой и под углом 3—5° к плоскости
сетки. Выбор оптимального расположения гидропланок и их
конструктивных параметров определяется в каждом отдельном
случае местными условиями, и в первую очередь видом изго-
товляемой бумаги, скоростью бумагоделательной машины
и размерами сеточного стола.
Механизм обезвоживания гидропланкой волокнистого слоя
массы на сетке основан на том, что она снимает своей кром-
кой, как шабером, с нижней стороны сетки пленку, удерживае-
мую силами поверхностного натяжения. Часть же воды удаля-
ется действием вакуума, создаваемого гидропланкой в зазоре
между ее поверхностью и сеткой.
Вода, удаляемая планками, не забрасывается обратно
в формуемое полотно, как это происходит при работе регист-
ровых валиков, и не разрушает вследствие этого образующее-
ся полотно бумаги. Произведенные замеры показали, что реги-
стровый валик забрасывает обратно на сетку примерно 3,3%
воды, проходящей вокруг него, 23,9% удаляется валиком (ре-
гистровая вода) и 72,8% воды проходит под сеткой, удержи-
ваясь последней, к следующему регистровому валику. Разуме-
ется, что приведенные цифры нельзя считать абсолютными: они
будут изменяться в зависимости от изменения диаметра регист-
ровых валиков, величины промежутков между ними, скорости
машины, композиции бумажной массы и от других факторов.
Б. А. Торп, ссылаясь на опыт работы 130 бумагоделатель-
ных машин, на которых установлены регистровые планки вме-
сто регистровых валиков, указывает на целесообразность при-
менения планок для повышения скорости машины и улучше-
ния качества бумаги. Конфигурация планок должна быть одна
в случаях, когда требуется высокая скорость обезвоживания,
и другая — в случаях, когда требуется замедленное обезвожи-
вание.
Из канадского источника известно, что замена на быстроходных бума-
годелательных машинах при выработке газетной бумаги 2—3 рифленых ре-
гистровых валиков и 5—6 гладких тремя «мокрыми» ящиками с четырьмя
планками в каждом способствовала уменьшению на бумаге маркировки от
сетки, повышению равномерности структуры бумаги и снижению нежела-
тельного явления ее разносторонности. Было отмечено также снижение чис-
ла обрывов бумажного полотна на бумагоделательной машине и одновре-
менно снижение потерь волокон из-за лучшего удержания мелких волокон.
Вместе с тем отмечалось некоторое увеличение расхода энергии на привод
сетки, а также некоторое увеличение содержания в бумажном полотне пу-
зырьков воздуха, что, как предполагается, будет в дальнейшем сведено
к минимуму.
Хотя в начальный период освоения работы установок реги-
стровых планок иногда обнаруживалось повышенное образова-
ние на бумаге полос, тем не менее при правильно выбранной
форме планок и надлежащей их установке на машине это
явление не должно иметь места.
При сравнении работы гидропланок с работой обычных ре-
гистровых валиков было установлено, что более плотную струк-
туру бумаги с наиболее низкими показателями ее воздухопро-
ницаемости можно получить в том случае, если на сеточном
столе бумагоделательной машины установлены гидропланки,
а не регистровые валики. При этом угол наклона гидропланок
оказывает существенное влияние на величину показателя воз-
духопроницаемости изготовляемой бумаги.
В настоящее время гидропланки применяются на различ-
ных бумагоделательных машинах, работающих в широком диа-
пазоне скоростей. Некоторые типичные конфигурации регист-
ровых планок представлены на рис. 30.
Гидропланки для бумагоделательных машин, работающих
со скоростью до 550 м/мин, обычно изготовляют из высокомо-
лекулярного полиэтилена низкого давления. При более высо-
кой скорости машины применяют гидропланки из керамики.
Иногда гидропланки применяют в зоне сильного износа, по-
верхности которых имеют вкладыш из износоустойчивого
материала, например из окиси кремния или специального кисло-
тоупорного металлического сплава (см. гидропланки под номе-
рами 5 и 6 на рис. 30). Гидропланки с износоустойчивыми
вкладышами применяются на быстроходных бумагоделатель-
ных машинах и при выработке бумаги с содержанием мине-
рального наполнителя, оказывающего абразивное воздействие
на материал гидропланок.
Направление движения сетки.
Вилавыи из трувноизнаши-
Ваемоги материала
Рис. 30. Профили гидропланок. Основные конструктивные элементы гидро-
планки:
li — плоская поверхность; /2 — наклонная поверхность; 13 — направляющая поверх-
ность; а — угол наклонной поверхности; ₽ — угол направляющей поверхности
'Практика показывает, что успешное использование гидропланок взамен
регистровых валиков во всяком случае целесообразно, когда это мероприя-
тие осуществляется на бумагоделательных машинах, работающих при скоро-
сти свыше 300 м/мин. Как было установлено наблюдениями на трех тихоход-
ных бумагоделательных машинах, замена регистровых валиков гидроплан-
ками при выработке высококачественных видов бумаги при скорости до
100 м/мин приводила к ухудшению качества вырабатываемой бумаги. Не-
смотря на увеличение при этом содержания мелких волокон в бумажном
полотне, в некоторых случаях наблюдалась повышенная склонность бумаги
к скручиванию, иногда визуально наблюдалось заметное повышение нерав-
номерности структуры листа. Поэтому к замене регистровых валиков гидро-
планками в начальной зоне сеточной части тихоходных бумагоделательных
машин следует подходить с осторожностью. Вместе с тем опыт применения
гидропланок на тихоходных бумагоделательных машинах при выработке
конденсаторной бумаги полностью себя оправдал, так как качество бумаги
при этом заметно улучшилось. Иопользование гидропланок взамен регист-
ровых валиков в начале сеточного стола на бумагоделательной машине,
вырабатывающей при скорости 750 м/мин тонкую бумагу-основу для мело-
вания, показало заметное улучшение качества этой бумаги (уменьшение раз-
носторонности, а также нежелательных воздухопроницаемости и светопро-
ницаемости) .
Хорошие результаты были получены при применении гидро-
планок в сочетании с использованием пластмассовых сеток
взамен металлических. Машинные пластмассовые сетки изго-
товляются как одинарные, так и крученые в зависимости от
вида вырабатываемой бумаги. Они не подвержены деформа-
ции, не имеют шва, не вызывают маркировку на поверхности бу-
маги, обладают длительным сроком службы, превышающим
срок службы металлических сеток в 5—10 раз, легко и быстро
заменяемы, а в случаях повреждения их легко починить. Повы-
шенная стоимость этих сеток по сравнению с металлическими
окупается их более длительным сроком службы и меньшими
простоями машин при смене сетки. Сетки из синтетических ни-
тей не имеют присущих металлическим сеткам таких дефек-
тов, как образование вмятин и бугорков, растрескивание кро-
мок и т. п.
' При использовании сеток из синтетических нитей осуществ-
ляются некоторые мероприятия, обеспечивающие оптимальные
условия их работы: установка в некоторых случаях непосред-
ственно после гауч-вала разгонного изогнутого валика (так на-
зываемого валика Моунт-Хоуп1); покрытия отсасывающих ящи-
ков изготовляют из высокомолекулярного полиэтилена или из
карбида кремния; принимают меры для предотвращения воз-
можности попадания на сетку загрязнений или посторонних
металлических включений; гидравлические отсечки не должны
пускаться при неподвижной сетке, не должны также исполь-
зоваться шланги с высоким давлением воды для промывки пя-
тен на сетке; рывки сетки или мгновенная нагрузка массы из
выпускной щели на сетку должны быть исключены; должен
быть осуществлен постоянный контроль за натяжением сетки
или же установлены специальные устройства для автоматиче-
ского регулирования натяжения сетки. Синтетические сетки вы-
пускаются с шириной до 9,9 м. Масса их в 7—8 раз меньше
соответствующей металлической сетки.
Известно применение синтетических сеток при скорости ма-
шины: для выработки подпергамента — до 450 м/мин, среднего
слоя гофрированного картона — до 487, наружного слоя — до
580, мешочной бумаги —до 609, газетной бумаги — до 760 и тон-
кой крепированной бумаги — до 1000 м/мин. Более поздние дан-
ные свидетельствуют о возможности рационального применения
синтетических сеток и при более высокой скорости бумагодела-
тельных машин, например при выработке газетной бумаги со
скоростью до 850 м/мин, тонкой санитарно-бытовой — до 1200
1 При использовании синтетических сеток новейшего типа установка ва-
ликов Моунт-Хоуп не требуется. (Примеч. автора).
и облицовочного картона—до 650 м/мин. По-видимому, и эти
данные нельзя считать предельными.
В последнее время в литературе можно встретить утверждение, что
наилучшая структура бумаги достигается на бумагоделательных маши-
нах с синтетическими сетками и гидропланками при низкой концентра-
ции бумажной массы и быстром, но плавном ее обезвоживании. При этом
рекомендуется для удержания мелочи применять установку гидропланок па-
кетами (из 10 и более планок), причем с постепенно увеличивающимся уг-
лом к сетке по ходу машины. При этом отсасывающий эффект, создаваемый
планками, увеличивается по мере увеличения сухости полотна и затрудне-
ния водоотдачи.
Вакуумные ящики, состоящие из регистровых планок, реко-
мендуется применять при выработке бумаги повышенной мас-
сы 1 м2. Вакуумные ящики в сравнении с регистровыми вали-
ками обеспечивают более равномерное распределение в листе
каолина и тонких фракций волокон. Лучшие результаты были
получены при работе ящиков с низким вакуумом.
1.5.4. Новые методы отлива бумаги
Для отлива бумажного полотна применяют в основном два
типа бумагоделательных машин: столовые, называемые
также плоскосеточными, цилиндровые (круглосеточные).
Первые обеспечивают большую скорость работы и, следо-
вательно, большую производительность. Кроме того, при выра-
ботке бумажного полотна на этих машинах менее резко выра-
жено различие в величине показателей механических свойств
в машинном и в поперечном направлениях полотна. Однако
преимуществом цилиндровых машин является возможность
изготовления толстых и плотных волокнистых материалов
(многослойных картонов) с широким интервалом толщин
и с широкими возможностями выбора композиции для каждо-
го слоя в отдельности. Это последнее обстоятельство позволя-
ет применять для внутренних слоев волокнистого материала
относительно низкосортные и дешевые полуфабрикаты, а для
наружных слоев — полуфабрикаты и материалы, обеспечиваю-
щие надлежащий товарный вид и, если нужно, облагорожен-
ную поверхность готовой продукции.
Получившие распространение машины типа инверформ
сочетают в себе некоторые преимущества столовых и цилинд-
ровых машин. Они работают при высокой скорости и дают воз-
можность изготовлять многослойные виды бумаги и картона.
Сеточный стол машины инверформ (рис. 31, а) имеет нижнюю
и одну (при выработке однослойной бумаги) или несколько
(по числу слоев в бумаге или в картоне) верхних сеток. Мас-
са из напорного ящика закрытого типа подается в зазор меж-
ду двумя сетками и удаление воды из образующегося бумаж-
ного (или картонного) полотна происходит одновременно в двух
направлениях: вверх и вниз.
8
Б
Рис. 31. Схема сеточной части машины:
а — инверформ с одной верхней сеткой; б — вертиформа; / — напорный ящик; 2 —
грудной вал; 3 — отсасывающая камера; 4 — отражатель; 5 — отсасывающий ящик;
6 — отсасывающий гауч-вал; 7 — обычный гауч-вал; 8 — сетка; 9 — пресс; 10 — фор-
мующий цилиндр; 11 — шаберное устройство верхней сетки; 12 — отсасывающий ша-
бер; 13 — отсасывающий ящик с предварительным прессом; 14 — бумажное полотно;
15 — сукно
Машины инверформ с четырьмя (рис. 32), а иногда и пятью
верхними сетками применимы в основном для выработки раз-
личных видов коробочного картона с использованием в компо-
зиции сульфатной и сульфитной целлюлозы, бумажной маку-
латуры и древесной массы. Для покровных слоев могут быть
использованы полуфабрикаты в беленом виде. Ожидается, что
скорость машин инверформ при изготовлении многослойной
продукции может достигнуть 500—600 м/мин, при выработке
газетной бумаги на машине с одной верхней и одной нижней
сеткой была достигнута в опытном порядке скорость до
1500 м/мин. Хотя на машине инверформ были получены хоро-
шие результаты также при изготовлении типографской бумаги-
основы для мелования и некоторых других видов бумаги, тем
не менее этот тип машины практически оказался более пригод-
ным для выработки многослойных картонов.
Рис. 32. Схема машины инверформ с четырьмя верхними сетками
Преимуществами машин типа инверформ по сравнению
с обычными столовыми и многоцилиндровыми машинами явля-
ются: их повышенная производительность вследствие высокой
скорости работы и высокого съема бумаги (картона) с каждо-
го 1 м2 площади сеточного стола; более равномерное формо-
вание бумаги за счет удаления воды через верхнюю сетку; воз-
можность работы при более высокой концентрации массы в на-
порных ящиках; одинаковые печатные свойства обеих поверх-
ностей бумаги; возможность изготовления бумаги, менее под-
верженной скручиванию. Однако смена нижней сетки требует
остановки всей машины инверформ, тогда как выход из строя
какого-либо одного цилиндра многоцилиндровой машины не
влечет за собой остановки этой машины.
Дальнейшим усовершенствованием принципа отлива листа
бумаги между двумя сетками является машина вертифор-
м а, конструкция которой разработана фирмой Блэк-Клаусон.
Устройство машины легко понять из рассмотрения конструкции
опытной установки указанной фирмы. Сеточный стол этой ма-
шины (см. рис. 31,6) вертикальный. Образующееся при отливе
бумажное полотно движется сверху вниз. Принцип действия
машины вертиформа легко понять, если представить себе се-
точный стол машины инверформ повернутым на 90°, т. е. по-
ставленным вертикально. На сконструированной фирмой Блэк-
Клаусон опытной установке выход массы в зазор между дву-
мя сетками регулируется соответствующими выпускными щеля-
ми сливного ящика между двумя прочно закрепленными груд-
ными валами обычного типа. К каждой сетке примыкают ва-
куум-камеры, осуществляющие отсос воды из бумажного полот-
на. Машина имеет только один отсасывающий вал — ниж-
ний гауч со стороны прессовой части машины. Противополож-
ный — является простым валом, расположенным примерно на
0,5 м ниже отсасывающего гауча. Последняя секция над отса-
сывающим гауч-валом соответствует отсасывающему ящику
обычной столовой машины и не имеет симметричной такой же
секции на противоположной стороне.
Высота сеточного стола в опытной модели машины (т. е.
расстояние между центром грудного вала и центром гауч-вала)
составляла 1,8 м. На описываемой опытной машине при ско-
рости 370 м/мин была изготовлена типографская бумага. При
этом концентрация поступающей на машину массы составляла
0,5% и сухость полотна па гауч-вале была 15—17%. Опытная
установка хорошо работала при высокой скорости. При ско-
рости 200 м/мин и ниже возникает много затруднений, которые
совершенно отсутствуют при скорости 370—460 м/мин. При
скорости 915 м/мин на опытной установке была изготовлена га-
зетная бумага из композиции 75% древесной массы и 25%
сульфитной небеленой целлюлозы, а при скорости 610 м/мин —
бумага из 100% древесной массы. Однако бумага, изготовлен-
ная на этих машинах, имеет обе стороны, соприкасавшиеся
с сеткой, т. е. обе поверхности могут иметь маркировку от се-
ток. Несмотря на это, уже предварительный опыт эксплуата-
ции в Канаде первой промышленной установки сеточного. сто-
ла вертиформа показал, что качество газетной бумаги заметно
улучшилось по сравнению с качеством той же бумаги, изго-
товляемой на машинах с обычным горизонтальным сеточным
столом. Отсутствует разносторонность бумаги, более равномер-
ными оказались показатели прочности бумаги в машинном
и в поперечном направлениях, а показатели сопротивления
раздиранию в машинном и в поперечном направлениях бумаги
оказались одинаковыми. Процесс формования бумаги практи-
чески не зависит от скорости машины, и эксплуатация верти-
кального сеточного стола проще и дешевле, чем обычной се-
точной части. В период пуска имели место некоторые трудно-
сти, но их преодолели быстрее, чем при освоении обычных
сеточных столов. Производственная площадь для размещения
установки вертиформа составила лишь 40% от занимаемой
обычным сеточным столом.
В связи с указанными преимуществами в настоящее время
в Канаде, Японии, Англии и США эксплуатируется значитель-
ное количество бумагоделательных машин с сеточной частью
типа вертиформа шириной 2,75—8 м. Они вырабатывают обыч-
ную газетную бумагу, газетную бумагу для офсетной печати,
мешочную бумагу, разные виды бумаги для печати и письма,
бумагу-основу для гофрирования, оберточную и др. с массой
1 м2 9—275 г, работая на скоростях до 1000 м/мин с перспек-
тивой перехода в будущем на скорости до 1500 м/мин. На од-
ной из бумагоделательных машин вертиформа вырабатывают
сравнительно тонкие виды документной и офсетной бумаги
с массой 1 м2 16—74 г с использованием для этой цели беле-
ной сульфатной целлюлозы из древесины твердых и мягких
пород. Качество изготовляемых видов бумаги (печатные свой-
ства, просвет и др.) улучшилось. Склонность бумаги к скручи-
ванию заметно снизилась. На базе конструкции вертиформа
разработаны формующие устройства вертиплай и вертибоард,
предназначенные для выработки многослойных видов бумаги
и картона.
Как свидетельствует П. М. Шаффрат, при одинаковых ус-
ловиях ширины, скорости машин и вида вырабатываемой бума-
ги на привод сетки в случае машин вертиформа расходуется
электроэнергии на 25% меньше, нежели при обычных столо-
вых бумагоделательных машинах. Расход же энергии вакуум-
насосами оказывается в сравнимых условиях ниже (примерно
на 23%), а скорость сушки выше, что позволяет у машин вер-
тиформа уменьшить общую сушильную поверхность. Более ин-
тенсивную скорость сушки бумаги, полученной отливом на ма-
шине вертиформа, автор объясняет получением в этом случае
более однородной структуры листа с большим количеством
микропор и более плотным прилеганием бумаги к поверхности
сушильных цилиндров.
Особенностью отлива бумаги на машине вертиформа (как,
впрочем, отлива и на других сходных двухсеточных машинах)
является получение бумажного полотна, в котором мелкие во-
локна и частицы наполнителя располагаются у поверхности по-
лотна, а более крупные волокна — в середине. Таким образом,
эти машины позволяют изготовлять полностью симметричное
по структуре полотно бумаги.
Стоимость сеточной части машины вертиформа по сравне-
нию с обычным сеточным столом зависит от ширины сетки.
Для сетки шириной 5100 мм и более она равна или ниже стои-
мости стандартной сеточной части, а для ширины менее 5100 мм
стоимость установки вертиформа возрастает на 10%.
На предприятии «Бей Комо» (Канада) на бумагоделатель-
ной машине шириной 6,65 м, вырабатывающей газетную бума-
гу, была смонтирована и пущена в эксплуатацию установка
двухсеточного формующего устройства Бел-Бей
взамен обычного сеточного стола. Это устройство отличается
тем, что формование бумажного полотна идет между сетками,
совершающими криволинейное движение. Обезвоживание мас-
сы в значительной степени обусловливается величиной центро-
бежной силы, которая возникает в начале зоны формования
и регулируется изменением радиуса кривизны формующего
башмака, покрытого для снижения износа сетки карбидом воль-
фрама. Новое формующее устройство по площади составляет
примерно 50% от площади ранее применявшегося на машине
сеточного стола. После пуска была достигнута скорость
868 м/мин.
Вырабатываемая на машине газетная бумага отличается
однородностью структуры, повышенной прочностью в попереч-
ном направлении и пониженной склонностью к пылению. Все
это позволило повысить скорость при перемотке рулонов с 1500
до 2100 м/мин. Количество обрывов при потребительском ис-
пользовании бумаги в типографиях сократилось в среднем
с 1,5 до 1,3 на каждые 100 рулонов.
Вскоре в Канаде была установлена и пущена в эксплуата-
цию бумагоделательная машина шириной 9,8 м с формующим
устройством Бел-Бей, рассчитанная на выпуск 200 тыс. т в год
газетной бумаги при рабочей скорости 914 м/мин. Эта машина
является одной из самых широких и быстроходных в мире бу-
магоделательных машин.
В дальнейшем формующее устройство Бел-Бей было модер-
низировано (рис. 33). Его особенностью стала подача массы
Рис. 33. Схема формующего устройства Бел-Бей:
1 — напорный ящик Конверфло; 2 — опорный башмак; 3 — гауч-вал; 4 — вакуум-
пересасывающее устройство; 5 — шаберы
Рис. 34. Формующее устройство паприформер
из напорного ящика Конверфло в зазор между двумя сетка-
ми вертикально снизу вверх. Это позволило сократить общую
высоту машины, упростить ее конструкцию и улучшить усло-
вия обслуживания. С применением этого устройства, получив-
шего распространение под названием Бел-Бей II, оказалось
возможным вырабатывать при высокой скорости машины раз-
личные виды бумаги, включая высокозольную бумагу для
офсетной печати. В Японии на одной бумагоделательной маши-
не с формуюшей частью Бел-Бей II была достигнута при вы-
работке газетной бумаги максимальная скорость 1180 м/мин.
Процесс формования бумажного полотна с использованием
конструкции Бел-Бей II идет при «стекании» массы между сет-
ками, благодаря чему происходит равномерное распределение
волокон по толщине бумажного полотна. Потребление электро-
энергии формующей частью машины снижается по сравнению
с соответствующей частью обычной столовой машины на
30—40%.
Другой модификацией двухсеточного формующего устрой-
ства является папр и фермер (рис. 34). На этой установке
масса поступает в зазор между двумя сетками и полотно бу-
маги отливается на формующем валу. Регулировать процесс
можно путем изменения вакуума в камерах формующего вала
и натяжением сеток. Готовое полотно снимается с нижней сет-
ки после прохождения гауч-вала с помощью пересасывающего
устройства, скомбинированного с первым прессом. Все сетко-
ведущие валики расположены внутри сеток. Отсутствуют реги-
стровые валики, отсасывающие ящики, дефлекторы и другие
устройства, способствующие износу сеток. Поэтому па промыш-
ленных установках потребляемая приводом мощность значи-
тельно меньше мощности привода сеточной части обычной кон-
струкции.
К числу достоинств нового формующего устройства относят
также низкую концентрацию волокон в оборотной воде. Объ-
ясняют это явление отсутствием обезвоживающих элементов,
вызывающих пульсацию сеток.
На опытной установке паприформер газетная бумага изго-
товлялась при скорости 1200 м/мин и имела значительно мень-
шую разносторонность, чем обычная газетная бумага. Предпо-
лагается, что дальнейшее повышение скорости не вызовет ка-
ких-либо осложнений. Предполагается также возможным ис-
пользование формующего устройства паприформер для обез-
воживания целлюлозной папки.
На рис. 35 приведена схема одной из известных модифика-
ций двухсеточного формующего устройства дуоформер. Обе
сетки синтетические и, судя по литературным данным [217], при
выработке газетной бумаги на скорости 950—1050 м/мин срок
службы верхней сетки — 6 мес, нижней — 5. Верхняя сетка
приводится в движение через двухкамерный формующий вал,
нижняя —через отсасывающий трехкамерный гауч-вал. Смена
сетки продолжается всего лишь 2 ч. Колебания массы 1 м2 из-
готовляемой газетной бумаги по ширине бумажного полотна
составляют ±3,1%. В первой камере формующего вала под-
держивается вакуум всего лишь 3,9—9,8 кПа, во второй —
14,7—24,5 кПа. Вакуум в камерах гауч-вала находится в пре-
делах 23,5—58,8 кПа. В прессовую часть бумажное полотно по-
ступает с сухостью 18—20%. Формующее устройство характе-
ризуется низким расходом мощности, потребляемой приводом.
Известно, что на машинах с формующим устройством
дуоформер при хорошем формовании бумажного полотна была
достигнута скорость: 1200 м/мин при выработке газетной бума-
ги, 1000 м/мин — основы для мелования с массой не ниже
38 г/м2 и бумаги для телефонных справочных книг при массе
42 г/м2, 800 м/мин при выработке писчих и печатных видов бу-
маги с массой 40—150 г/м2 без содержания древесной массы,
700 м/мин — основы для гофрирования, до 400 м/мин — при вы-
работке жиронепроницаемых видов бумаги и до 1800 м/мин
при выработке тонкой бумаги с массой 14 г/м2.
Рис. 35. Формующее устройство дуоформер:
1 — пересасывающий вал; 2 — подсеточный желоб; 3 — пересасывающий ящик; 4 —
гауч-вал; 5 — дефлектор; 6 — напорный ящик; 7 — верхняя сетка; 8 — нижняя сетка;
9 — формующий вал
Сравнивая между собой целесообразность применения пло-
скосеточных и двухсеточных формующих устройств, как свиде-
тельствует Штарк [217], при скорости работы примерно до
300 м/мин следует отдать предпочтение плоскосеточным уст-
ройствам. В условиях работы бумагоделательных машин при
скорости от 300 до 800 м/мин для того, чтобы сделать оконча-
тельный выбор, нужно учитывать возможность обеспечения
специальных показателей качества изготовляемой продукции
и стоимость одежды машины, причем в отдельных случаях
преимущества оказываются на стороне двухсеточных формую-
щих устройств. При скорости выше 800 м/мин двухсеточные
формующие устройства имеют безусловные преимущества, как
обеспечивающие более высокое качество вырабатываемой бу-
маги, меньшие расходы на сетки, легкость обслуживания
и меньшую занимаемую площадь.
Ведутся работы в области изучения теории формования полотна меж-
ду двумя сетками бумагоделательной машины, и уже предложена матема-
тическая модель процесса обезвоживания бумажной массы на подобного
рода установках.
Двухсеточные формующие установки получат широкое рас-
пространение, в особенности при выработке газетной бумаги на
современных быстроходных бумагоделательных машинах.
Дальнейший опыт промышленной эксплуатации этих устано-
вок даст возможность выявить, какой из них и в каких случа-
ях следует отдать предпочтение. По-видимому, эти установки
будет целесообразно применять только в условиях высокой ско-
рости бумагоделательных машин, когда необходимо быстрое
обезвоживание и для получения надлежащих свойств и струк-
туры листа нельзя применять ни трясочные устройства, ни ров-
нители.
Вакуум-формующее устройство аркуформа финская
фирма «Тампелла» рекомендует в первую очередь для выра-
ботки многослойного картона и бумаги-основы для гофрирова-
ния. Оно может быть также использовано для замены вторич-
ного напорного ящика на пло-
скосеточной бумагоделательной
машине при выработке покров-
ного слоя картона крафт-лайнер.
Бумажная масса на установке
аркуформа сначала частично
обезвоживается на отсасываю-
щем валу, снабженном четырьмя
вакуум-камерами, а затем двух-
стороннее обезвоживание про-
должается между валом и пло-
ской сеткой. Дальнейшее обез-
воживание полотна перед пода-
чей его в прессовую часть проис-
ходит на отсасывающих ящи-
ках той же плоской сетки
(рис. 36). Наилучшие условия
для формования бумажного по-
лотна достигаются тогда, когда
отношение скорости поступле-
ния массы на отсасывающий вал
к скорости этого вала составля-
ет 1,2. Устройство рассчитано Р“С- 36. Схема формующего уст-
на работу при скорости до ройства аркуформа
600 м/мин. Формующее устрой-
ство аркуформа занимает значительно меньшую площадь, чем
сеточный стол обычной плоскосеточной части бумагоделатель-
ной машины, и стоимость его значительно меньше.
Особым преимуществом машин вакуумного формования
является возможность изготовления при высокой скорости ма-
шины многослойной продукции, отличающейся повышенными
показателями механической прочности и сопротивления рас-
слаиванию. На сконструированной в Японии машине ультра-
фор мер (рис. 37) на каждом цилиндре слой массой 60 г/м2
может быть получен при скорости 300 м/мин, а слой массой
140 г/м2 — при скорости 80 м/мин . Возможно использование
массы со степенью помола 20—60° ШР.
Японская фирма «Кабаяси» выпускает ультраформеры четырех разновид-
ностей: обычный ультраформер, рассчитанный на максимальную скорость
работы до 200 м/мин, суперультраформер и ультра-С-формер — для работы
при скорости до 500 м/мин и ультратвинформер — для работы при скорости
до 700 м/мин.
Рис. 37. Схема быстроходной бумаго- и картоноделательной машины ультра-
формер:
а — сеточный цилиндр ультраформер; б — картоноделательная машина с шестью
цилиндрами ультраформер; 1 — напорный ящик; 2 — грудной вал; 3 — отсасываю-
щий ящик; 4 — правительный валик; 5 — сетка; 6 — гауч-вал; 7 — подсеточная ван-
на; 8 — цилиндр; 9 — сукно; 10 — формующий валик; 11 — гидропланки
При изготовлении заменителей ткани (нетканых материа-
лов) обычные столовые бумагоделательные машины почти не
применяются главным образом из-за опасения хлопьеобразова-
ния, к которому имеют склонность используемые при этом
длинные волокна. Из обычных конструкций бумагоделательных
машин при выработке нетканых материалов предпочтение от-
дают цилиндровым машинам. Рекомендуется применение для
этой цели машин вакуум-формующего типа— ротоформе-
р о в. На экспериментальной машине этого типа были проведе-
ны опыты изготовления нетканых материалов из волокон цел-
люлозы и вискозы с использованием в качестве связующего ак-
риловых соединений. Испытывались текстильные свойства по-
лучаемого полотна в зависимости от его композиции, длины
и толщины вискозных волокон, вида целлюлозы и степени ее
помола, модификации связующего и способа его введения. Ис-
следовалось также влияние таких факторов, как каландриро-
вание, тиснение и дополнительная обработка полотна неткано-
го материала после отверждения в нем связующего. Перемен-
ные факторы, способствующие повышению вялости и драпируе-
мости материала, вызывают снижение показателей механиче-
ской прочности. К таким факторам следует отнести: повышен-
ное содержание в композиции вискозных волокон, их малую
толщину и длину, применение вместо хвойной целлюлозы лист-
венной, низкую степень помола волокон целлюлозы, малое со-
держание связующего, специфические свойства связующего,
введение его в массу, а не путем пропитки материала, ограни-
ченную степень каландрирования и тиснения.
В некоторых странах (например, в ФРГ и др.) хорошо себя
зарекомендовала для выработки нетканых материалов машина
гидроформер. На этих машинах можно отливать бумагу
п нетканые материалы весом от менее 6 г/м2 до 2000 г/м2 при
использовании волокон длиной до 30 мм. При изготовлении бу-
маги степень помола массы составляет 30° ШР и в исключи-
тельном случае может достигать 50° ШР.
Устройство гидроформера ясно из рис. 38, на котором пред-
ставлена схема изготовления на этой машине относительно тол-
стых нетканых материалов. Как видно из схемы, волокнистая
масса из гидроразбивателя непрерывным потоком поступает
Рис. 38. Схема установки для изготовления толстых нетканых материалов
мокрым способом:
1 — гидроразбиватель; 2 — метальные бассейны; 3 — гидроформер; 4 — отсасываю-
щие ящики; 5 — устройство для нанесения связующего вещества; 6 — воздушная су-
шилка
Рис. 39. Схема бумагоделательной машины перпформер фирмы КМВ
в ментальные бассейны (предпочтительно вертикального типа),
в которых концентрация массы выравнивается. Затем масса по-
ступает на наклонную сетку гидроформера в условиях интен-
сивного турбулентного движения. Под сеткой установлено не-
сколько отсасывающих ящиков, вода из которых поступает
в^замкнутый цикл использования. На полотно, образованное на
наклонной сетке гидроформера, наносится связующее вещество,
после чего полотно подвергается сушке горячим воздухом. В не-
которых случаях осуществляют модификации приведенной на
рис. 38 схемы. При этом стараются не применять центробежных
насосов, вентилей и другого оборудования, способствующего
хлопьеобразованию; включают в схему энтштпппер; добавляют
связующее в массу в виде латексов или связующих волокон;
для форсирования сушильного процесса используют под боль-
шим сушильным цилиндром колпак скоростной сушки и осу-
ществляют прижим полотна к цилиндру сушильной сеткой.
Ф. Е. Вейсхун описывает опыт изготовления нетканых ма-
териалов на гидроформере фирмы «Фойт». При скорости
40 м/мин выпускался материал с массой 12, 15 и 18 г/м2 из
композиции 80% вискозных волокон и 20% сульфитной цел-
люлозы. В качестве связующего использовался синтетический
латекс в количестве 35% к массе волокон.
В работе Л. Готшинга с сотрудниками описываются экспе-
рименты по выработке нетканых материалов на новой опытной
бумагоделательной машине, имеющей ширину 500 мм, наклон-
ную сетку и работающую при скорости до 200 м/мин. При опы-
тах применялась композиция: 50% волокон целлюлозы и 50%
синтетических волокон из перлона. В результате проведенных
экспериментов установлена целесообразность использования на-
клонного сеточного стола при выработке нетканых материалов
и применения при этом для отлива полотна весьма низкой кон-
центрации массы.
Представляет интерес первая промышленная установка пе-
ри ф о р м е р, разработанная шведской фирмой КМВ и пущен-
ная в эксплуатацию на одной из бумажных фабрик в Голлан-
дии. При относительно небольшой ширине (1,3 м) машина рас-
считана на рабочую скорость 750 м/мин для выработки тонкой
бумаги массой 20 г/м2 санитарно-гигиенического назначения.
Бумага вырабатывается из массы следующей композиции: 45%
беленой сульфатной целлюлозы, 45% беленой сульфитной цел-
люлозы и 10% небеленой древесной массы. Схема установки
периформер показана на рис. 39. Бумажная масса с концент-
рацией 0,15—0,3% вытекает из выпускной насадки напорного
ящика 1 в зазор между горячей поверхностью сушильного ци-
линдра 8 диаметром 3,2 м и сеткой 2 из фосфористой бронзы.
Скорость истечения массы регулируется напором, создаваемым
смесительным насосом. Небольшой перепад давления на сетке
обеспечивает высокое удержание мелких волокон. Сетка
с внешней стороны имеет два обрезиненных шабера.
Массу подают на горячую поверхность цилиндра. Во избе-
жание охлаждения этой поверхности массу предварительно по-
догревают до 70—80° С, для чего установлен теплообменник,
в котором осуществляется подогрев оборотной воды конденса-
том. Прессовая часть машины, как и сеточная, компактно рас-
положена вокруг бумагосушильного цилиндра, который одно-
временно служит в качестве сушильной части машины. В прес-
совую часть, состоящую из двух прессов 3 и 5 с подкладными
сетками бис сукномойками 4, бумажное полотно входит с су-
хостью 6—8%. Сухость полотна после первого пресса состав-
ляет 22—32%, а после второго — 40—44% • В дальнейшем обез-
воживание бумажного полотна осуществляется на сушильном
цилиндре под закрытым колпаком 7 скоростной сушки, схва-
тывающим поверхность цилиндра на дуге 175°. Крепирование
снимаемой с поверхности цилиндра бумаги осуществляется
обычным образом с помощью шабера 9.
По имеющимся сведениям на 1 т вырабатываемой бумаги
расходуется 2,4—2,9 т пара, 30 м3 воды и 1—1,3 т газа на по-
догрев воздуха в колпаке скоростной сушки. Указанные удель-
ные нормы расходов предполагается в дальнейшем снизить.
Благодаря отсутствию растяжения бумажного полотна меж-
ду формующей, прессовой и сушильной частями машины, а так-
же вследствие соответствующей регулировки скорости подачи
массы относительно скорости машины можно на машине пери-
формер вырабатывать бумагу с практической одинаковой ме-
ханической прочностью полотна в его машинном и в попереч-
ном направлениях. Не исключена возможность изготовления
бумаги даже с соотношением прочности в машинном направ-
лении к прочности в поперечном направлении 0,8 : 1.
В дальнейшем фирма КМВ усовершенствовала периформер,
заменив в нем обычную сетку на двухсеточное формующее уст-
ройство, с которым выпускаются периформеры двух марок:
LW — для изготовления санитарно-бытовых видов бумаги
и MW — для выработки газетной, некоторых видов бумаги для
печати и жиронепроницаемых видов бумаги. На одной из ма-
шин марки LW с шириной сетки 5550 мм достигнута рекордная
рабочая скорость — 2000 м/мин.
1.6. ПРЕССОВАНИЕ
1.6.1. Основные положения
При прессовании под воздействием давления верхнего вала
на нижний и, в меньшей степени, вакуума в камере отсасыва-
ющего вала происходит дальнейшее после сеточного стола обез-
воживание бумажного полотна и его уплотнение. Под влиянием
этого бумажное полотно от пресса к прессу становится все бо-
лее сухим и более прочным.
Если изготовляется прочная с плотной структурой или вы-
сокопрозрачная бумага, бумажное полотно обычно прессуют
в мощной прессовой части машины, оснащенной несколькими
прессами с применением повышающегося от пресса к прессу
удельного давления.
Для выглаживания более шероховатой сеточной стороны бу-
мажного полотна применяют так называемый обратный
пресс. Его применение особенно необходимо в тех случаях,
когда требуется обеспечить по возможности одинаковые печат-
ные свойства обеих сторон бумажного полотна, так как давно
уже установлено, что для уменьшения разносторонности бума-
ги необходимо не только симметричное по сторонам листа обез-
воживание полотна при отливе, но и симметричное его прессо-
вание. В обратном прессе выглаживается та сторона бумаги,
которая непосредственно соприкасается с его валом и не ле-
жит на прессовом сукне. Поэтому в прямом прессе всегда вы-
глаживается верхняя сторона бумаги, а сеточная — прилегает
к сукну. Для выглаживания сеточной стороны бумаги перед
обратным прессом необходимо бумаговедущими валиками изме-
нить направление движения бумаги, с тем чтобы в обратный
пресс бумажное полотно входило перевернутым, т. е. чтобы
в непосредственный контакт с верхним прессовым валом всту-
пала сеточная сторона бумаги, а верхняя ее сторона прилегала
к прессовому сукну. Такое изменение направления бумаги обыч-
но усложняет ее заправку в пресс, особенно при большой ско-
рости работы бумагоделательной машины. Поэтому на совре-
менных быстроходных бумагоделательных машинах отказались
от применения обратного пресса, работающего по описанному
принципу. Такой обратный пресс сохранился в настоящее вре-
мя на машинах малой и средней скорости. Обычно он устанав-
ливается последним по ходу машины, с тем чтобы входящее
в него бумажное полотно обладало наибольшей прочностью,
а при заправке возникало минимальное количество обрывов.
Только в тех случаях, когда на машине устанавливается сгла-
живающий (офсетный) пресс, т. е. пресс без поддер-
живающего бумагу сукна, в котором обе стороны бумаги непос-
редственно соприкасаются с валами пресса, именно сглажива-
ющий пресс (а не обратный) устанавливают на машине послед-
ним во избежание большого количества обрывов бумаги. Сгла-
живающий пресс применяют на машинах при выработке бума-
ги с высокой машинной гладкостью: некоторых видов бумаги
для печати и документной, основы для фотоподложки, а также
картографической.
Для быстроходной бумагоделательной машины была пред-
ложена оригинальная конструкция обратного пресса, которая
получила практическое применение. Эта конструкция может
быть использована и на тихоходных машинах.
Принцип действия пресса основан на том, что бумага за-
правляется в пресс обычным образом (как в прямой пресс),
а сам пресс является «перевернутым», т. е. в сукно заключен
не нижний, а верхний прессовый вал и само сукно вместе с сук-
номойкой расположены над прессом, а не под ним, как это
имеет место в обычных прямых прессах. Обратный пресс ново-
го типа нет необходимости устанавливать последним. Он не-
редко успешно работает и в качестве первого пресса.
Важным условием обеспечения эффективной работы прес-
совой части бумагоделательной машины является соответствие
надлежащих сукон и бомбировки прессовых валов максималь-
ному давлению прессования.
Твердость резинового покрытия прессовых валов оказывает
влияние на эффективность отжима воды. При этом с увеличе-
нием твердости покрытий валов растет сухость отжимаемого
в прессе бумажного полотна. Установка вала с чрезмерно мяг-
ким резиновым покрытием может привести к повышенным об-
рывам бумажного полотна на машине и ухудшению качества
бумаги вследствие повышенного отделения (выщипывания) во-
локон с поверхности бумажного полотна. Это явление может
произойти из-за некоторого смещения мягкой поверхности ре-
зиновой облицовки при трении между верхним валом и бумаж-
ным полотном. Очевидно, что на качестве бумаги сказывается
в большей степени трение между верхним валом и бумажным
полотном, нежели нижним валом и прессовым сукном.
Величина вакуума в камерах отсасывающего прессового
вала заметного влияния на интенсивность обезвоживания не
оказывает. С увеличением скорости бумагоделательной маши-
ны количество удаляемой прессами влаги несколько снижает-
ся. Однако этот фактор нельзя признать первостепенным. Зна-
чительно большее влияние на интенсивность обезвоживания
бумажного полотна оказывают величина сухости бумаги до
пресса и давление между валами пресса. Последнее влечет за
собой не только механическое сжатие волокон, но, как было
показано в 1965 г. на симпозиуме в Кембридже, может сопро-
вождаться разрывами волокон, происходящими под влиянием
гидростатического давления удаляемой в прессе воды. На обра-
зующихся при этом новых поверхностях возможно появление
дополнительных связей. Однако с точки зрения влияния на
прочность бумажного полотна фибриллирование волокон в про-
цессе размола имеет большее значение, нежели образование
дополнительных связей при прессовании.
Факторами, в меньшей мере влияющими на количество уда-
ляемой прессами влаги, являются степень помола массы, из
которой изготовлена бумага, содержание воды в сукне перед
прессом, а также натяжение прессового сукна.
1.6.2. Влияние прессования на свойства бумаги
Иногда при высоком удельном давлении в прессе, в осо-
бенности при наличии в жирной массе большого количества
воды, вследствие затрудненного отвода ее из зоны наиболь-
шего давления наблюдается раздавливание («дробление») бу-
мажного полотна. Это явление характеризуется разрушением
структуры бумаги и частыми обрывами полотна в прессовой
части бумагоделательной машины. Как утверждают Е. Гизе
и X. Фритцшинг, можно прогнозировать склонность бумажного
полотна обрываться при его изготовлении на бумагоделатель-
ной машине, исследуя свойства исходной бумажной массы с по-
мощью следующего метода. При соприкосновении бумажной
массы с вращающимся металлическим цилиндром на нем обра-
зуется слой массы. Постепенное понижение ее уровня влечет за
собой при каком-то критическом уровне обрыв слоя. По высо-
те критического уровня массы можно судить о склонности ис-
следуемой массы вызывать при всех прочих равных условиях
обрывы изготовляемого бумажного полотна.
Чем больше воды удаляется при прессовании бумаги в мок-
рой части бумагоделательной машины, тем меньше ее необхо-
димо удалить из бумажного полотна в процессе его сушки. Это
важно не только с экономической точки зрения, так как меха-
нический отжим влаги в прессах обходится значительно дешев-
ле, чем испарение ее при сушке, но и имеет определенное зна-
чение для достижения тех или иных свойств бумажного по-
лотна.
Важным фактором, оказывающим влияние на повышение
сухости бумажного полотна при его выходе из пресса, являет-
ся удельное давление. По мере увеличения сухости
удельное давление может быть повышено без опасения раздав-
ливания полотна. Поэтому на втором прессе применяют боль-
шее удельное давление, чем на первом, а на третьем прессе —
большее давление, чем на втором. Для повышения сухости
бумажного полотна после прессов в последнее время ста-
ли применять повышенное удельное давление при прессо-
вании.
Увеличение удельного давления прессования ведет не толь-
ко к увеличению отжима воды, но и к изменению некоторых
свойств изготовляемой бумаги. Так, с повышением удельного
давления прессования легче снизить толщину и повысить плот-
ность изготовляемой бумаги. Однако после определенной вели-
чины удельного давления дальнейшее его повышение уже не
обеспечивает возможности дальнейшего повышения плотности
бумаги. Если в композиции бумаги содержится древесная мас-
са, то максимально возможная плотность достигается при мень-
шем удельном давлении прессования, нежели в случае изго-
товления бумаги из 100% хвойной целлюлозы.
С повышением удельного давления при прессовании меха-
ническая прочность бумаги из 100% беленой сульфитной цел-
люлозы, выражаемая показателями разрывной длины, сопро-
тивления излому и удлинения до разрыва, повышается; возду-
хопроницаемость бумаги при этом резко снижается, уменьша-
ются также показатели белизны, толщины и непрозрачности бу-
маги. Однако влияние длительности прессования (числа прохо-
дов через зону прессования) на оптические свойства бумаги
более заметно, чем влияние удельного давления.
С увеличением удельного давления при прессовании после
достижения оптимума сопротивление изготовляемой бумаги
разрыву несколько снижается. Это же наблюдается и при по-
вышенной скорости бумагоделательной машины, что, по данным
работы [24], объясняется отрицательным воздействием гидрав-
дических сил, возникающих в мокром бумажном полотне при
его прохождении между валами пресса.
Пропуск бумажного полотна через прессовую часть бумаго-
делательной машины оказывает существенное влияние на мно-
гие свойства бумаги: не только повышаются сухость и сопро-
тивление бумаги разрыву, но также возрастает ее гладкость,
снижаются показатели пухлости и, как указано выше, непроз-
рачности бумаги. При этом непрозрачность бумаги из хвойной
целлюлозы, а также и впитывающая способность уменьшаются
в значительно большей! степени, чем у бумаги с содержанием
древесной массы. Поэтому высокие удельные давления в прес-
сах при выработке газетной бумаги способствуют существен-
ному росту сухости бумажного полотна перед его поступлени-
ем в сушильную часть бумагоделательной машины при сравни-
тельно небольшом снижении величины показателя непрозрач-
ности. Это очень важно, так как рост сухости полотна газетной
бумаги перед сушильной частью машины влечет за собой соот-
ветствующее снижение расхода пара на сушку и приводит
к уменьшению прилипания полотна к поверхности первых су-
шильных цилиндров, а следовательно, и сохранению его по-
верхностной прочности.
Высокие удельные давления прессования при выработке
пергамина и конденсаторной бумаги с ростом сухости бумаж-
ного полотна способствуют существенному возрастанию его
прозрачности. Увеличение удельного давления прессования при
условии не превышения порога раздавливания бумажного по-
лотна неизменно приводит к повышению величин показателя
сопротивления бумаги продавливанию.
Применительно к выработке различных видов бумаги для
печати желательно, чтобы уплотнение бумажного полотна
в прессовой части бумагоделательной машины способствовало
бы возрастанию сухости, механической прочности и гладкости
бумаги при одновременном сохранении по возможности на до-
статочно высоком уровне величины показателей пухлости и не-
прозрачности. Эти противоречивые требования, судя по данным
С. Шиля, лучше всего обеспечиваются при замене обычных
прессов прессами с подкладной сеткой. Так, замена на одной
из бумагоделательных машин трех обычных прессов двумя
прессами с подкладной сеткой при выработке бумаги-основы
Для мелования способствовала как повышению сухости (на 5%)
и скорости бумагоделательной машины, так и одновременно
значительному увеличению пухлости изготовляемой бумаги.
В некоторых случаях повышение пухлости бумаги при сохране-
нии остальных нормируемых показателей позволяет существен-
но уменьшить массу 1 м2 бумаги и соответственно сократить
расход полуфабрикатов.
С. Шиль указывает, что пухлость бумаги из 100% древес-
ной целлюлозы, характеризуемая удельным объемом 1,7 см3/г,
является критической. Снижение прессованием этого предела
пухлости бумаги ведет к резкому изменению свойств бумаги,
и в частности показателей ее механической прочности и непроз-
рачности. Это явление объясняется тем, что при повышенном
уплотнении бумажного полотна между волокнами целлюлозы
образуются прочные связи, для возникновения которых необ-
ходимо тесное сближение волокон. Такое сближение происхо-
дит при уплотнении, соответствующем удельному объему сухой
бумаги 1,7 см3/г. Автор утверждает, что указанное критическое
значение пухлости остается почти постоянным независимо от
вида целлюлозы и степени ее помола.
По мере повышения величины относительной сухости бума-
ги после прессовой части машины вплоть до 40% степень про-
клейки бумаги возрастает за счет создания при этом более
плотной структуры листа и меньшего разрыхления этой струк-
туры выделяющимися при сушке парами воды. При достиже-
нии относительной сухости бумажного полотна свыше 40% на-
блюдается уже снижение степени проклейки изготовляемой бу-
маги, по-видимому, вследствие удаления при таком интенсив-
ном прессовании вместе с отжимаемой водой и проклеивающих
веществ.
Эти положения подтверждаются экспериментальными дан-
ными А. Г. Махонина, который пришел к выводу, что оптималь-
ная проклейка бумаги наблюдается при относительной сухости
бумажного полотна перед сушильной частью 40—43%. На по-
нижение степени проклейки бумаги больше влияет снижение
относительной сухости бумажного полотна от указанного опти-
мума (т. е. увеличение его влажности), чем повышение сухости
бумаги выше 40%. Неблагоприятное влияние на степень про-
клейки бумаги повышенной влажности полотна перед сушиль-
ной частью машины может быть устранено путем осторожного
удаления в первой стадии процесса сушки избытка влаги при
пониженной температуре поверхности бумагосушильных ци-
линдров.
Бумага из 100% волокон беленой сульфатной хвойной цел-
люлозы обладает существенно более низкими печатными свой-
ствами по сравнению с бумагой из 100% волокон беленой суль-
фитной хвойной целлюлозы.
Наблюдения Н. Е. Новикова показали, что при всех прочих
равных условиях легче обезвоживается в прессовой части бу-
мага с содержанием древесной массы по сравнению с бумагой
из целлюлозы. Бумага массой 1 м2 200—300 г обнаруживает
после прессования наиболее высокую относительную сухость.
Выше и ниже этих пределов степень обезвоживания бумаж-
ного полотна в прессовой части машины несколько снижается.
Это подтверждается практическими данными С. Н. Иванова,
отметившего, что при повышенной массе 1 м2 бумаги сказыва-
ется заметное увеличение сопротивления волокнистого слоя
фильтрации, а при пониженной массе 1 м2 бумаги — неравно-
мерность давления решетки сукна на относительно слабо сжи-
маемую тонкую бумагу. В данном случае против пор сукна
в бумаге остаются более влажные участки. С. Н. Иванов при-
водит сведения и числовые данные, свидетельствующие о том,
что с увеличением давления при прессовании и степени помо-
ла массы, из которой изготовлена бумага, возрастают силы свя-
зи между волокнами, увеличиваются показатели разрывной
длины, объемной массы, сопротивлений продавливанию и из-
лому с одновременным уменьшением показателей воздухопро-
ницаемости и толщины бумаги.
Натяжение бумажного полотна в машинном направлении
при прохождении прессовой части бумагоделательной машины
способствует увеличению анизотропности структуры бумаги
с более ярко выраженной продольной ориентацией волокон. Это
повышает прочность бумаги на разрыв преимущественно в ма-
шинном ее направлении. Удлинение бумаги до разрыва (рас-
тяжимость) в машинном направлении снижается, а в попереч-
ном — увеличивается.
Чем меньше расстояние, которое проходит бумажное полот-
но, не поддерживаемое сукном, между прессами, тем в боль-
шей степени обеспечивается безобрывная работа бумагодела-
тельной машины. Обрывы бумажного полотна при поступле-
нии его в прессовую часть машины чаще всего происходят
из-за чрезмерной влажности полотна после сеточного стола (на-
пример, это может быть при труднообезвоживаемой массе по-
вышенной степени помола), излишнего натяжения бумажного
полотна на участке между сеточным столом и первым прессом
(при неправильно выбранном угле схода полотна с сетки или
при значительном различии в скоростях сетки и сукна первого
пресса), а также при низкой влагопрочности бумажного по-
лотна.
Одним из факторов, способствующих усилению обезвожива-
ния бумажного полотна в прессовой части бумагоделательной
машины, является повышение его температуры. Это приводит
к снижению вязкости и поверхностного натяжения воды. Так,
при повышении температуры с 26 до 48° вязкость снижается
с 0,97 до 0,54 мПа-с, а поверхностное натяжение уменьшается
с 71,9 до 68,7 мН/м.
Температуру бумажного полотна, поступающего в прессо-
вую часть машины, повышают за счет более полного использо-
вания оборотной воды, подогрева бумажной массы при ее по-
ступлении на сетку бумагоделательной машины, облучения
полотна перед прессами инфракрасными лучами и других ме-
роприятий. Однако следует помнить, что повышение темпера-
туры бумажного полотна связано и с возможностью возникно-
вения отрицательных явлений: слизеобразования, усиления смо-
ляных затруднений, увеличения коррозии сетки и различных
частей бумагоделательной машины и пр. Как указывает Р. В.
Сулатиски, при температуре выше 48° С прессовое сукно в зна-
чительной мере теряет свою работоспособность.
При использовании горячего пресса уплотняемый волокни-
стый материал подвергается одновременно давлению и повы-
шенной температуре. При этом размягчаются и пластифициру-
ются компоненты волокнистого материала, особенно содержа-
щего древесную массу или целлюлозу повышенного выхода.
Сжимаемость материала увеличивается, улучшаются условия
для его уплотнения, повышается число контактов между волок-
нами и вследствие этого происходит упрочнение прессуемого
полотна. Плоский горячий многоплиточный пресс получил ши-
рокое применение в производстве картона и волокнистых плит.
1.6.3. Интенсификация процесса прессования бумаги
Механизм удаления влаги в прессе до сравнительно недав-
него времени был неясным. Очевидным было лишь то, что при
проходе через зону прессования в зазоре между верхним и ниж-
ним валами пресса влага выжимается из бумажного полотна
и впитывается сукном. При выходе же бумажного полотна из
зоны прессования возможно себе представить два взаимно про-
тивоположных хода течения процесса: либо дальнейшее впиты-
вание влаги сукном из бумажного полотна, либо всасывание
бумагой влаги из сукна. Таким образом, в общем виде конеч-
ное содержание влаги в бумажном полотне после его прессо-
вания может быть выражено формулой
U7K = + W2,
где IFK — конечное содержание влаги в бумажном полотне;
Wi — содержание влаги в бумажном полотне в результате ме-
ханического воздействия на него в зоне прессования; W2 —
количество влаги, перемещаемой под действием капилляр-
ных сил.
В зависимости от направления действия капиллярных сил,
т. е. от того, переходит ли вода из бумаги в сукно или из сукна
в бумагу, нужно ставить перед W2 знак минус или плюс. Ранее
считалось, что при выходе из зазора между верхним и нижним
валами пресса бумага продолжает отдавать влагу сукну. Одна-
ко тщательно проведенными исследованиями установлено, что
после прессования и при нахождении бумаги на сукне послед-
нее отдает влагу бумаге, которая при этом повышает свою
влажность (теория Вальстрома). Таким образом,
Ц7К = 1Г. + 1Г2.
Действительно, капилляры бумаги являются более тонкими,
чем поры сукна. Поэтому капиллярное всасывающее действие
направлено от сукна к бумаге.
Это обратное всасывающее действие бумажным полотном
влаги из сукна особенно велико при выработке бумаги из мас-
сы жирного помола, поскольку в этом случае капилляры осо-
бенно тонки. Вальстром установил, что на бумагоделательной
машине при скорости 400 м/мин сухость полотна газетной бу-
маги в середине зоны прессования на втором прессе составля-
ла 39%. а после пресса снижалась до 35%.
Очевидно, что если бы на рассматриваемом участке пути
бумаги, выходящей из пресса, сукно воспринимало бы влагу
из бумажного полотна, то при всех прочих равных условиях
процесса влагоотдачи тонкие листы бумаги должны были бы
быть после прессования более сухими, чем толстые. Если же
сукно отдает влагу бумаге, то должно происходить обратное
явление и толстые листы бумаги после прессования и нахож-
дения на сукне при всех прочих равных условиях должны ока-
заться более сухими, чем тонкие. Это последнее и наблюдает-
ся на самом деле.
Установлено, что
где К — коэффициент водопоглощения бумагой влаги из сукна;
S — площадь, по которой происходит процесс водопоглощения;
q — масса 1 м2 бумаги.
С увеличением скорости бумагоделательной машины увели-
чиваются и потоки воды, проходящие через сукно при прессо-
вании бумаги. Поэтому сукно должно быть достаточно пори-
стым, чтобы легко отводить отжимаемую воду без опасения
раздавливания бумажного полотна. Применение высокого
удельного давления при прессовании, а также отсасывающих
валов облегчает отвод воды.
Для сокращения площади зоны прессования и повышения
благодаря этому давлению на каждый квадратный сантиметр
площади зоны прессования в последнее время наметилась тен-
денция к увеличению твердости облицовки прессовых валов.
Одновременно стали практиковать на втором и третьем прес-
сах замену бронзовой рубашки на рубашку из нержавеющей
стали. Это также способствовало повышению сухости бумаж-
ного полотна перед сушильной частью, так как благодаря боль-
шей жесткости на изгиб стальных рубашек вала оказалось воз-
можным повысить линейное давление между прессовыми ва-
лами.
Эти мероприятия потребовали применения нового вида прес-
совых сукон с повышенными показателями прочности и массы
1 м2, обладающих устойчивым ворсом, хорошей впитывающей
способностью и не вызывающих заметной маркировки бумаги.
Для этой цели вполне себя оправдали иглопробивные сукна,
которые иногда ошибочно называют игольчатыми. У этих су-
кон хорошая впитывающая способность достигается благодаря
вертикальной ориентации волокон, создающей меньшее сопро-
тивление потокам, направленным перпендикулярно к плоскости
сукна. Наличие прочного, хорошо закрепленного ворса, устой-
чивого при длительной работе сукна, способствовало отсутствию
маркировки на бумаге и нормальной работе сукна на всем про-
тяжении срока его службы, который при этом резко увеличил-
ся. Следует добавить, что пробивка сукна иглами обеспечивает
благодаря вертикальному расположению волокон повышенное
сопротивление сукна сжатию, при котором закрываются поры
сукна. С применением иглопробивных сукон удалось избежать
некоторых дефектов бумаги, вызванных отделением от сукна
шерсти на поверхность бумаги. Для эффективной работы прес-
совых сукон следует осуществлять их хорошую промывку водой
из спрысков высокого давления.
В специальной литературе имеются сведения, что введение в спрысковую
воду каких-либо химикатов или моющих средств противопоказано при произ-
водстве конденсаторной бумаги, фотоподложки и бумаги, применяемой для
упаковки и расфасовки пищевых продуктов. Одновременно отмечается, что
во всех других случаях возможность применения химикатов должна быть
объектом специального изучения, при котором следует учитывать тот факт,
что моющие средства и другие химикаты могут оказать отрицательное влия-
ние на очистку и осветление оборотной воды.
Современные высококачественные прессовые сукна не остав-
ляют на бумажном полотне маркировку. Так называемая тене-
вая маркировка возникает на полотне от отверстий отсасываю-
щего вала или желобков прессового вала. Этот вид маркировки
зависит в основном от влажности бумажного полотна и сукна.
Чем меньше влаги содержится в бумажном полотне и в сукне,
тем меньше маркировка.
Проведенные в США исследования процесса обезвоживания
бумажного полотна в зазоре между валами обычного пресса
показали, что прессовые сукна полностью водой не насыщают-
ся и фактически в реальных условиях работы их влажность
составляет 45—50%. В порах сукон всегда, даже при самом
сильном прессовании, присутствует воздух, снижающий эффек-
тивность обезвоживания бумажного полотна. Скорость удале-
ния воздуха из сукна происходит в 2—3 раза быстрее, чем
воды.
Приведенные выше данные отмечают, что прессовые сукна
играют двоякую роль: положительную — в качестве проницае-
мой среды, служащей для отвода воды, отжимаемой прессом,
и отрицательную — поскольку они увлажняют бумагу под дей-
ствием капиллярных сил всасывания на стороне выхода бума-
ги из пресса. Отсюда следует, что необходимо максимально
форсировать процесс отбора сукном влаги и стараться воспре-
пятствовать обратному увлажнению бумаги от сукна после вы-
хода бумажного полотна из пресса.
Для предотвращения обратного всасывания воды бумажным
полотном практикуют на стороне выхода бумаги из пресса
установку бумаговедущего валика, через который заправляют
бумагу, с тем чтобы полотно, пройдя зазор между прессовыми
валами, сразу же выходило из контакта с сукном, благодаря
чему устраняется опасность впитывания бумагой влаги из сук-
на. Замена в свое время нижних сплошных прессовых валов
на отсасывающие дала в условиях большого количества уда-
ляемой воды эффективный результат, так как этим была обес-
печена возможность удаления части воды из сукна через от-
верстия вала. По данным Вальстрома, величина вакуума
в отсасывающей камере вала мало влияет на процесс обезво-
живания бумажного полотна. Большая часть энергии на при-
вод вакуум-насосов расходуется лишь для плотного присасы-
вания бумаги к сукну, что предотвращает образование складок
на полотне при его входе в пресс, и для частичного засасыва-
ния воды в отверстия рубашки и уменьшения повторного заса-
сывания этой воды бумагой из сукна.
Капитальные и эксплуатационные расходы на отсасываю-
щие прессы, как известно, высоки. Поэтому в последнее время
наметилась тенденция отказа от широкого применения отсасы-
вающих прессов с заменой их более совершенными прессами,
сконструированными с учетом теории прессования, разработан-
ной В альстромом.
Хорошие результаты прессования были достигнуты с при-
менением пресса с синтетической сеткой (Fabric Press).
Рис. 40. Схема пресса с синтетической сеткой (Fabric Press):
<г — прямой пресс; б — обратный пресс; I — бумажное полотно; 2 — сукно; 3 —
сетка из синтетических волокон; 4 — шабер; 5 — разгонный валик
Этот пресс (рис. 40) устроен следующим образом: внутри
сукна помещена сетка из синтетического волокна, которая вос-
принимает отжимаемую в прессе воду. Таким образом, отпа-
дает необходимость в наличии отсасывающего вала и в созда-
нии вакуума. Для удаления влаги из сетки пользуются отса-
сывающим ящиком, устанавливаемым снаружи сетки. В этом
прессе можно использовать толстые сукна, благодаря чему уст-
раняется маркировка от сукна на бумажном полотне. Имеют-
ся сведения, что на машине, вырабатывающей офсетную бумагу
с массой 70—150 г/м2 при скорости 200—300 м/мин, подобный
пресс, установленный на месте второго пресса, повышал сухость
бумажного полотна с 39 до 44 % • По тем же данным при ско-
рости машины 300 м/мин прессовое сукно на прессе работало
18—26 сут, а синтетическая сетка — 3—6 мес. Fabric Press ре-
комендуется применять в качестве второго и третьего прессов
при относительно высокой скорости работы бумагоделательной
машины.
На рис. 41,а изображен пресс, нижний вал которого обтя-
нут чулком из синтетической сетки. Вода из ячеек сетки уда-
ляется струей воздуха. Судя по литературным данным, обезво-
живающая способность подобных прессов выше, чем обычных
и отсасывающих при выработке всех видов бумаги, кроме тон-
ких. Их можно применять без дробления и маркировки при
более высоких удельных давлениях. Преимущество этих прес-
сов — простота конструкции, что позволяет их использовать при
модернизации бумагоделательных машин практически без ка-
кой-либо реконструкции прессовой части машины.
На рис. 41,6 показан пресс, у которого нижний вал имеет
резиновую облицовку. На ее цилиндрической поверхности име-
ются канавки. Вода в зоне прессования попадает в канавки
и тем самым выводится из этой зоны. Из канавок она удаляет-
ся под действием центробежной силы, а также с помощью ша-
бера.
Рис. 41. Пресс с чулком из синтетической сетки (а) и с рифленым нижним
валом (пресс Venta Nip) (6):
/ — бумага; 2 — сукно; 3 — верхний вал; 4 — чулок из синтетической сетки; 5 —
струя воздуха; 6 — рифленый вал
Этот пресс (Venta Nip) работает весьма эффективно, не вы-
зывая ни раздавливания полотна, ни маркировки на его поверх-
ности даже при давлении в 981 Н на 1 см. Канавки на валу
расположены таким образом, что путь влаги, выжимаемой в ка-
навки, от любой точки вала в зоне сжатия невелик, и значи-
тельно меньше, чем путь, который должна пройти влага, уда-
ляемая в отсасывающем прессе на участках между отверстия-
ми отсасывающего вала. Поэтому исключается возможность
образования градиента давления в плоскости сукна и повреж-
дения или разрушения структуры бумаги, как это может иметь
место не только в обычном прессе с гладкими валами, но
и в прессе с отсасывающим валом.
При сравнительных испытаниях работы обычного пресса
и пресса Venta Nip в условиях выработки обойной бумаги бы-
ли получены результаты, приведенные в табл. 11.
11. Сравнительные данные работы обычного пресса и пресса Venta Nip
Показатель Величина показателен при работе пресса
обычного Venta Nip
Относительная сухость бумаги пе- ред вторым прессом, % 34,9 32,4
То же, после него, % 37,9 43
Повышение сухости бумажного по- лотна на втором прессе, % 3,0 10,6
Финская машиностроительная фирма «Кархула» в разрабо-
танной ею конструкции прессовой части бумагоделательной
машины, предназначенной для выработки конденсаторной
и других тонких видов бумаги, также использует валы типа
Venta Nip из нержавеющей стали на втором и третьем прессах.
Таким образом, даже в случае выработки тончайших видов бу-
маги, по-видимому, нет опасения повреждения бумаги валами
Venta Nip. По сведениям из того же источника сухость бумаги
после прессов машины фирмы «Кархула» достигает 40—
44%.
Получил практическое применение и так называемый пресс
высокой интенсивности —Hi-I (High Intensity Nip Press), изо-
браженный схематично на рис. 42. Эффективность действия
этого пресса основана на резком уменьшении зоны прессова-
ния, в связи с чем соответственно возрастает удельное давле-
ние в прессе на бумажное полотно. Между нижним и верхним
валами пресса находится вспомогательный валик из нержаве-
ющей стали диаметром 100—150 мм, имеющий на своей по-
верхности расположенные по спирали желобки, через которые
отводится вода. Этот пресс во избежание раздавливания чрез-
мерно влажного полотна может быть установлен только в ка-
честве второго или третьего пресса. При этом применяются
только специальные не маркирующие бумагу ворсованные сук-
на с массой 1200 г/м2. Срок службы таких сукон достигает
3—5 нед. Известно применение подобного пресса на машине
шириной 4000 мм при скорости 420 м/мин. На другой машине
Шириной 2500 мм, вырабатывающей оберточную бумагу, заме-
на второго и третьего прессов на прессы высокой интенсивности
позволила повысить сухость бумажного полотна перед сушиль-
ной частью на 5,6% и благодаря этому повысить скорость ма-
шины со 145 до 172 м/мин. Существует мнение, что пресс вы-
сокой интенсивности наиболее пригоден для повышения про-
изводительности старых небольших машин с относительно ма-
ломощными прессами и вряд ли получит распространение на
широких и быстроходных машинах.
Начали применять нижние прессовые валы из пористого
материала (например, из пористой пластической массы).
В этом случае оказывается возможным отказаться от примене-
ния сукна, чем в значительной степени упрощается прессовая
часть бумагоделательной машины. Однако подробные сведения
о работе такого пресса отсутствуют.
Рис. 43. Схема прессовой части бу-
магоделательной машины фирмы
КМВ, оборудованной Uni Press
и прессом с синтетической сеткой:
1 — отсасывающий гауч-вал; 2 — Uni
Press; 3 — вальцовая сукномойка; 4 —
бумага; 5 — сукно; 6 — синтетическая
сетка
Значительный интерес представляет пресс, в котором вода
интенсивно удаляется из бумажного полотна с помощью сук-
на, подвергаемого отжиму в прессе высокого давления. Подоб-
ный пресс особенно хорошо себя зарекомендовал в качестве
последнего пресса машины, выпускающей бумагу из сульфат-
ной целлюлозы.
Сдвоенные прессы имеют ряд существенных преиму-
ществ по сравнению с обычными прессами. Они занимают ма-
ло места, и при модернизации бумагоделательной машины
с установкой сдвоенного пресса появляется возможность обо-
рудования машины дополнительными сушильными цилиндрами
на площади, высвободившейся от замены обычных двух-трех
прессов одним сдвоенным. Ввиду отсутствия участка свободно-
го хода бумажного полотна заметно снижается число обрывов
полотна в прессовой части бумагоделательной машины и повы-
шаются показатели механической прочности изготовляемой бу-
маги. Однако сдвоенные прессы не рекомендуется применять
на машинах при выработке тонкой бумаги для печати из-за
наблюдаемой при этом разносторонности бумаги.
Описанные выше новшества в конструкции прессовой части,
бумагоделательной машины позволили в последнее время, не-
смотря на значительное увеличение скорости работы машин,
резко повысить относительную сухость бумажного полотна,
поступающего на сушку.
Еще сравнительно недавно при выработке газетной бумаги
при скорости 350 м/мин сухость полотна, поступающего на суш-
ку, составляла 28—30%- В настоящее же время при скорости
машины свыше 600—650 м/мин относительная сухость полотна
газетной бумаги достигает 39% и выше.
Шведская фирма КМВ утверждает, что при выработке га-
зетной бумаги из макулатуры на скорости 585 м/мин была
достигнута сухость бумажного полотна перед сушкой в 47%.
Бумагоделательная машина имеет Uni Press (сочетание пере-
сасывающего устройства с прессом) и пресс с синтетической
сеткой. В пересасывающем устройстве фирмы КМВ сукно под-
вергается энергичному обезвоживанию в вальцовой сукномой-
ке. Схема прессовой части указанной бумагоделательной ма-
шины приведена на рис. 43.
При выработке бумаги с повышенной массой 1 м2, а также
из массы жирного помола хорошо себя зарекомендовал пресс
с двумя сукнами (верхним и нижним), каждое из которых про-
пускается через свой отжимный пресс высокого давления. Та-
ким образом, бумага в зоне прессования находится между дву-
мя хорошо отжатыми прессовыми сукнами и эффективно обез-
воживается. Лучше всего для этой цели использовать иглопро-
бивные сукна.
Проведенные испытания показали, что при выработке жиро-
непроницаемой бумаги с массой 40 г/м2 со скоростью 122 м/мин
описанный пресс обеспечивал такое же обезвоживание бумаж-
ного полотна, как три обычных пресса. При повышении массы
вырабатываемой жиронепроницаемой бумаги до 72 г/м2 этот
пресс оказался эффективнее трех обычных прессов.
В результате мокрого прессования существенно изменяется
структура бумажного полотна, значительно выравнивается рас-
пределение наполнителя по сторонам типографской бумаги,,
прошедшей пресс с одним прессовым сукном, соприкасающим-
ся с верхней стороной полотна. Если до прессования разница
в содержании наполнителя на сеточной и верхней сторонах ли-
ста составляла 15%, то после прессования в указанном прессе-
эта разница составляла только 3,9% [57]. Из того же источни-
ка известно, что двухстороннее обезвоживание в прессе с дву-
мя сукнами не дает существенных изменений в распределении
наполнителя по толщине полотна. Поэтому установка прессов
с двумя сукнами наиболее эффективна при прессовании полот-
на бумаги, имеющего примерно одинаковую структуру по сто-
ронам полотна, т. е. такую, которая получается при его фор-
мовании на двухсеточном формующем устройстве. Было уста-
новлено также, что образцы типографской бумаги, прошедшие
между валами пресса с двумя сукнами, независимо от величи-
ны давления при прессовании, имели практически одинаковую
гладкость сеточной и противоположной сторон. Это свидетель-
ствует о том, что прессование бумаги между двумя сукнами
способствует снижению разносторонности бумаги по показате-
лю ее гладкости.
Пресс с двумя сукнами не рекомендуется использовать при
выработке бумаги с небольшой массой 1 м2 из волокон низкой
степени помола (например, при выработке афишной бумаги,
бумаги для спичечных коробок и т. п.). Тем не менее, как со-
общают Ф. Г. Шухман и О. И. Пономарев [167], за последние
годы использование пресса с двумя сукнами существенно уве-
личилось: его стали применять на пресспатах при выработке
целлюлозной папки, а также на бумагоделательных машинах
в качестве первого пресса при изготовлении бумаги для гофри-
рования, газетной, документальной, журнальной и мешочной
(рис. 44). При этом было отмечено увеличение сухости полот-
на после прессования. Ликвидировалась и разносторонность
бумаги, что подтверждается и данными других авторов.
Рис. 44. Современные схемы
прессовых частей с прессами,
оснащенными двумя сукнами:
а — со сдвоенным прессом (для
изготовления картона); б — со
строенным прессом (для изготов-
ления газетной бумаги); в —
с двухвальными прессами (для
изготовления различных видов бу-
маги)
1.7. СУШКА
Материалы, подвергающиеся сушке,
являются в большинстве случаев ка-
пиллярно-пористыми коллоидными
телами.
Пр оф. А. В. Лыков
1.7.1. Основные положения
При обезвоживании бумажного полотна каждый из после-
довательно применяемых на бумагоделательной машине мето-
дов удаления воды (свободное стекание, отсос, прессование или
испарение) должен производить на бумажное полотно такое
максимально допустимое воздействие, которое только может
выдержать структура листа в соответствующем месте машины
и которое не приводит при этом к ухудшению показателей
основных свойств вырабатываемой бумаги.
Если принять за 100% общее количество воды, удаляемой
на бумагоделательной машине, то на сеточном столе из этого
количества обычно удаляется 96—97,5%- На сушильной части
машины удаляется испарением примерно 1,5% воды. Эти 1,5%
на современной сушильной части быстроходной бумагодела-
тельной машины, вырабатывающей газетную бумагу, выража-
ются в виде 250—300 т и более воды в сутки.
Удаление воды испарением обходится относительно дорого.
Считается, что обезвоживание сушкой обходится в 10—12 раз
дороже, чем удаление влаги на прессах, и в 60—70 раз доро-
же, чем удаление воды на сеточном столе бумагоделательной
машины. Отсюда понятно стремление технологов-бумажников
возможно большее количество воды удалять наиболее дешевым
путем, т. е. на сеточном столе. Хотя последний и обеспечивает
удаление основного количества влаги, заключенной в бумаж-
ной массе, из которой образуется лист, тем не менее его воз-
можности все же ограничены и дальнейшее обезвоживание осу-
ществляется в прессовой части машины. Здесь стоимость уда-
ления влаги хотя и выше, чем на сеточном столе, но значи-
тельно ниже, чем в сушильной части машины. Только та влага,
которую методами механического воздействия не удается выде-
лить, удаляется на сушильной части машины испарением. При
этом повышение относительной сухости бумаги перед сушкой
на каждый 1% приводит к экономии расхода пара на сушку
в размере 5%.
Сушильная часть машины — наиболее дорогостоящая и наи-
более металлоемкая по сравнению с другими частями бумаго-
делательной машины. Если принять стоимость всей современ-
ной быстроходной бумагоделательной машины за 100%, то
стоимость сушильной части этой машины составит 48%, в то
время как стоимость сеточного стола всего лишь 11%. Масса
сушильной части современной быстроходной машины составля-
ет 60—68% от массы всей машины, а масса сеточного стола
лишь 4,7—6,6%.
Из приведенных цифр видно, что широко применяемый в на-
стоящее время способ удаления воды из бумажного листа путем
его контактной сушки является дорогостоящим, хотя, как по-
казывают исследования, и наиболее эффективным по сравне-
нию с другими известными методами сушки материалов.
Использование лучистого тепла (радиационной
сушки) в сочетании с контактной сушкой перспективно и уже
применяется для сушки тонких покровных слоев, наносимых на
бумагу, например в производстве мелованной или лакирован-
ной бумаги. Существует мнение, что для сушки латексного по-
крытия ввиду особенностей образования покровного слоя при
различных методах сушки использование инфракрасных лучей
имеет преимущество по сравнению с применением конвектив-
ной сушки. Это мнение основывается на том, что при конвек-
тивной сушке на слое влажного латекса образуется тончайшая
пленка, защемляющая влагу, вследствие чего затрудняется ее
полное удаление. При радиационной же сушке пленкообразова-
ние начинается от подложки и вода вытесняется на поверх-
ность, что по сравнению с конвективной более благоприятно
сказывается как на продолжительности процесса, так и на ка-
честве получаемых покрытий.
В некоторых случаях сочетание радиационной сушки с кон-
тактной обеспечивает возможность существенной интенсифика-
ции сушильного процесса с одновременным повышением произ-
водительности бумагоделательной машины. В качестве высоко-
температурного (1000—1150° С) излучателя тепла наиболее
пригодны кварцевые лампы, обеспечивающие равномерный теп-
ловой поток надлежащей интенсивности. Возможно использо-
вание и газовых излучателей тепла, что, однако, связано с необ-
ходимостью при эксплуатации повышенного внимания обслужи-
вающего персонала и с необходимостью наличия автоматиче-
ской системы зажигания и регулирования работы газовых горе-
лок, а также системы обнаружения утечки газа и своевремен-
ного отключения его поступления. Наиболее рационально излу-
чатели тепла размещать в начале и в конце сушильной части
^бумагоделательной машины.
Считается, что использование лучистого тепла может ока-
заться также экономически выгодным для предварительного
подогрева бумажного полотна перед последним прессом в целях
снижения вязкости заключенной в бумаге влаги и увеличения
в связи с этим степени обезвоживания бумаги на последнем
прессе. Однако в каждом конкретном случае для принятия ка-
ких-либо практических решений в данном направлении необ-
ходимо тщательно учесть экономическую сторону вопроса, имея
при этом в виду описанные выше современные усовершенство-
вания в прессовой части бумагоделательной машины.
Сушка в поле высокой частоты для полной заме-
цы ею контактной сушки бумаги в настоящее время экономи-
чески неэффективна, хотя съем влаги может достигать.
100 кг/м2-ч. Подсчитано, что для удаления испарением 1 т во-
ды в 1 ч способом высокочастотного нагрева требуется мощ-
ность генератора в 1000 кВт. В перспективе высокочастотная
сушка может оказаться эффективной при сушке древесноволок-
нистых плит и толстых картонов, особенно в случаях, когда
после сушки необходимо получить малодеформированный ма-
териал.
Высокочастотную (диэлектрическую) сушку
различают по частоте применяемого поля: микроволно-
вую с частотой 915-—2450 мГц и радиочастотную с ча-
стотой 10—90 мГц.
Высказывается мнение, что сушка в поле высокой частоты
представляет интерес с точки зрения возможности ее исполь-
зования в сочетании с контактной сушкой бумаги. Сущность
этого процесса заключается в том, что в переменном электри-
ческом поле высокой частоты молекулы воды движутся с боль-
шой скоростью. Такое движение вызывает трение, при котором
выделяется тепло. Этого тепла выделяется больше на более
влажном участке бумажного полотна, что приводит к автома-
тическому выравниванию влажности по ширине и по толщине
бумаги. При использовании высокочастотного нагрева непос-
редственно перед сушильной частью машины, как утверждает
Р. Клементс, исключается прилипание полотна к поверхности
сушильных цилиндров и связанное с ним выщипывание воло-
кон. Первые сушильные цилиндры в этом случае работают бо-
лее эффективно, так как служат для испарения влаги, а не
для ее подогрева.
Использование высокочастотного нагрева после клеильного^
пресса способствует интенсификации сушки покровного слоя
и улучшает качество покрытий, в особенности если при нане-
сении покрытий применяются латексы, поливиниловый спирт
и поливинилиденхлорид.
При установке высокочастотного генератора небольшой
мощности в конце сушильной части в месте, где влажность бу-
мажного полотна составляет в среднем 10%. легко после высо-
кочастотного нагрева получить равномерную влажность бума-
ги в 7%. При этом нет необходимости для выравнивания влаж-
ности бумажного полотна, пересушивания его с последующим
доведением до нормальной влажности, как это обычно прак-
тикуют при контактной сушке бумаги.
Для улучшения профиля влажности бумажное полотно перед
высокочастотной сушкой охлаждают.
На предприятии «Роермонд» в Нидерландах под сушильны-
ми цилиндрами бумагоделательной машины шириной 4630 мм,
работающей при скорости 395 м/мин, успешно эксплуатируется
двухкамерное высокочастотное сушильное устройство, в кото-
ром осуществляется досушка бумаги-основы для гофрирования.
В этом устройстве выпаривается около 5% влаги и достигает-
ся экономия 10% пара. Высокочастотное устройство выполня-
ет функцию регулятора влажности полотна, обеспечивая рав-
номерную влажность бумаги в ее поперечном и машинном на-
правлениях при общем повышении влажности на 1% и суще-
ственном сокращении брака.
Отмечается, что по соображениям экономического характера
в ближайшем будущем (до 2000 г.) сушка в поле высокой ча-
стоты, равно как и сушка инфракрасными лучами, получит на
бумагоделательных машинах ограниченное применение. Вместе
с тем метод сушки в поле высокой частоты был успешно при-
менен в Советском Союзе для дезинфекции книг и документов
и для быстрого расщепления на отдельные листы плотно скле-
енных между собой в один блок (как говорят, «сцементирован-
ных») страниц книги или листов документов. Подобное склеи-
вание может быть вызвано самыми различными причинами:
прорастанием в толщу отсыревшей бумаги плесневых грибов,
наличием в композиции бумаги или в ее поверхностном слое
крахмала или желатина, осуществляющих склеивание листов
под влиянием повышенной влажности и давления, и др. Повы-
шенная влажность бумаги может быть вызвана рядом причин:
хранением ее в не приспособленном для этой цели сыром по-
мещении, протечкой крыши, затоплением вследствие наводне-
ния или при тушении пожара и пр.
В практике реставрации книг и документов разъединение описанным об-
разом «сцементированных» в один блок листов бумаги — весьма трудоемкая
и кропотливая операция, требующая большой осторожности при ее прове-
дении. Указанные выше особенности сушки в поле высокой частоты и нали-
чие градиента влажности (блок подвергается перед сушкой равномерному
увлажнению с поверхности) создают условия для интенсивного проникнове-
ния влаги в толщу склеенных листов. При этом ослабляется связь между
листами и одновременно разрыхляется структура всего блока выделяющи-
мися парами влаги. Подобный метод расщепления, осуществляемый в тече-
ние 10—15 мин, позволил успешно и быстро реставрировать некоторые весь-
ма ценные и древние рукописи и книги.
Известен также и другой способ разделения на листы блока из слип-
шихся страниц книги или документов, заключающийся в сушке блока замо-
раживанием с выдерживанием его под вакуумом. Осуществление этой опе-
рации в течение 1,5—2 сут до постоянства массы с последующим медленным
снятием вакуума приводит к вполне удовлетворительному разделению блока
на отдельные листы. Механизм этого явления заключается в разрыхляющем
действии кристаллов льда, занимающих больший объем по сравнению с той
же массой воды. Вместе с тем сушка вымораживанием вследствие высокой
стоимости и неудобств технологического характера не может быть рекомен-
дована в качестве метода производственной сушки бумаги.
По сравнению с микроволновым (сверхвысокочастотным)
способом сушки радиочастотный способ нашел практическое
применение в производственных условиях, главным образом при
сушке картона. Этот метод сушки обычно используется не как
самостоятельный, а для интенсификации контактно-конвектив-
ной сушки и осуществляется в основном для выравнивания про-
филя влажности полотна по его ширине, а также при сушке
поверхностных покрытий [87].
Значительный интерес представляет тепломеханиче-
ский метод сушки бумаги продуванием ее насквозь горя-
чим воздухом, получивший название перколляционной,
или сквозной, сушки. Этот метод применяется при вы-
работке фильтровальной, обойной, салфеточной видов бумаги
и нетканых материалов, а также и в текстильной промышлен-
ности.
Как установлено в работе [26], сушка продуванием высоко-
пористых фильтрующих материалов наиболее рациональна
в зоне высокого их влагосодержания. При этом структурно-
фильтрующие характеристики подобных материалов практиче-
ски не зависят от продолжительности процесса тепломеханиче-
ской сушки и создаются преимущественно на первой стадии
процесса — стадии механического уноса влаги продуваемым
воздухом.
Рассматриваемый процесс сушки состоит из трех стадий, границы между
которыми не четко выражены в быстротечном практическом процессе.
В первой стадии процесса, когда полотно перенасыщено влагой, оно может
рассматриваться как непроницаемая мембрана и при низком давлении воз-
духа он практически через полотно не проходит. При некотором повышен-
ном давлении воздуха начинается его интенсивное прохождение через высу-
шиваемое'бумажное полотно с механическим уносом влаги. Во второй ста-
дии процесса в крупных межволоконных порах уже нет влаги, а вода, со-
держащаяся в каналах волокон и капиллярах между ними, удаляется обра-
зовавшимися внутри полотна воздушными струями. В третьей стадии про-
исходит удаление остатков связанной волокнами влаги. Описываемый метод
сушки помимо существенной интенсификации процесса вполне пригоден при
изготовлении фильтрующих материалов и обеспечивает возможность регу-
лирования в нужном направлении фильтрующих характеристик подобных
материалов.
На новых машинах с использованием указанного метода
сушки салфеточная бумага вырабатывается при скорости
915 м/мин. Предполагается, что скорость 1525 м/мин и даже
выше не будет препятствием для осуществления сушки этого
вида бумаги методом ее продувания. Ожидается, что в буду-
щем метод сушки бумаги продуванием через нее горячего воз-
духа найдет применение при выработке газетной бумаги, осно-
вы для гофрирования, крафт-лайнера, бумаги с содержанием
синтетических волокон, а также для сушки целлюлозы. Приме-
нительно к последней сушку продуванием горячим воздухом
можно осуществлять без предварительного уплотнения целлю-
лозного полотна в прессах. Это исключит опасность образова-
ния в полотне уплотненных сгустков волокон, с трудом распу-
скаемых на отдельные волокна в гидроразбивателях и в раз-
малывающей аппаратуре. При контактной сушке бумаги на
сушильных цилиндрах наблюдается засмоление поверхности ци-
линдров. Этого, судя по данным Е. Т. Бранда, не бывает при
сушке бумажного полотна методом продувания через него го-
рячего воздуха.
Так как продувание горячего воздуха сквозь толщу бумаги
связано с разрыхлением структуры бумажного полотна, следу-
ет иметь в виду, что описываемый метод сушки, по-видимому,
совершенно не пригоден в тех случаях, когда необходима сомк-
нутая структура бумажного полотна, например при выработке
высокопрозрачных, большинства электроизоляционных и дру-
гих подобных видов бумаги.
М. Юдт отмечает следующие преимущества применения сушки бумаги
продуванием через нее горячего воздуха: высокую производительность
с достижением съема воды в зависимости от температуры и скорости про-
хождения воздуха 100—150 кг/м2-ч и выше; отсутствие необходимости от-
вода конденсата; равномерность сушки по ширине полотна; компактность
и относительную дешевизну установки; улучшение качества многих видов
бумаг». Отмечаются и недостатки этого метода сушки: сложна система на-
грева и подачи воздуха!; не всегда удается избежать маркировки на поверх-
ности бумаги; эксплуатационные расходы выше, чем при обычной контакт-
ной сушке; сушильные сетки, поддерживающие бумажное полотно, под вли-
янием высокой температуры сравнительно быстро изнашиваются.
В. Кавка и X. Инжиелевич установили, что при использо-
вании этого метода обезвоживания для выработки мешочной
и газетной видов бумаги могут быть получены значительно
более высокие съемы воды, чем при контактной сушке бумаги.
Повышаются растяжимость и пухлость бумаги при несколько
сниженной величине разрывной длины. При сушке этим мето-
дом бумаги для полотенец существенно повышаются показате-
ли воздухопроницаемости и впитывающей способности. Авторы
рекомендуют использование метода продувки воздуха сквозь
бумажное полотно не только для сушки пористых видов бума-
ги, но и взамен процесса их прессования.
Путем использования сушки просасыванием горячего возду-
ха возможно изготовление санитарно-гигиенических видов бу-
маги повышенной пухлости. При выработке обычных видов
этой бумаги бумажное полотно уплотняется, высушивается
и крепируется на Янки-цилиндре при сухости 42—45%. При
изготовлении же бумаги повышенной пухлости бумажное по-
лотно поступает на цилиндры с просасыванием горячего воз-
духа при сухости 22—27% и выходит с этих цилиндров при
сухости 80%- Именно при этой сухости осуществляется уплот-
нение и крепирование бумаги повышенной пухлости на Янки-
цилиндре или крепирующем валу. Повышенный расход тепла на
сушку бумаги повышенной пухлости в известной степени ком-
пенсируется возможным снижением массы бумаги на 15—20%
при сохранении той же толщины бумаги [242].
М. Л. Гучинг высказывает мнение, что с повышением ско-
рости бумагоделательных машин найдут применение некоторые
новые методы сушки, в частности сушка в псевдоожи-
женном потоке, состоящем из горячего воздуха, в кото-
ром взвешены мелкие твердые частицы. Последние обеспечива-
ют высокую скорость теплопередачи и, следовательно, высокую
скорость сушки. Предположительно этот метод позволит пре-
дотвратить скручивание бумаги, часто наблюдаемое при кон-
тактной ее сушке, когда бумажное полотно поочередно каждой
своей стороной прижимается к горячей поверхности сушильных
цилиндров. Ожидается, что при сушке бумаги в псевдоожижен-
ном слое окажется возможным одновременно осуществлять
и химическую модификацию бумаги благодаря возможности
при этом подвода нужной энергии для заданных химических
реакций.
При сушке бумаги в псевдоожиженном потоке проклейку
бумаги жирными кислотами осуществляют в паровой фазе,
•обеспечивая высокую гидрофобность не только наружной по-
верхности бумаги, но и поверхностей пор и капилляров, вслед-
ствие чего может быть достигнута надлежащая водонепрони-
цаемость бумаги.
При этом методе сушки наблюдается высокий коэффициент
теплопередачи и не обнаруживается маркировка бумажного по-
лотна, особенно при использовании стеклянных шариков. Од-
нако из-за технологических затруднений (трудность уплотнения
сушильной установки в месте ввода полотна бумаги или кар-
тона, повреждения поверхности полотна и др.) этот метод суш-
ки не нашел пока практического применения.
Сушку бумаги в потоке горячего воздуха или газа часто
осуществляют в виде так называемой сушки на воздуш-
ной подушке, которая поддерживает бумажное полотно на
каком-то участке его движения. Этот конвективный метод суш-
ки в камере используется в основном при высушивании нано-
симых на бумагу различных покрытий, т. е. при меловании, ла-
кировании и других операциях поверхностной обработки бума-
ги, с тем чтобы влажный покровный слой не соприкасался с по-
верхностью сушильных цилиндров или бумаговедущих валиков.
Вместе с тем сушку на воздушной подушке применяют также
на бумагоделательной машине при выработке мешочной бума-
ги. С этой целью в обычную сушильную часть бумагоделатель-
ной машины встраивается сушильная камера, в которой на воз-
душной подушке бумажное полотно высушивается, начиная от
относительной сухости в среднем 53 до 85%. Досушивают бу-
магу контактным способом на сушильных цилиндрах. При
подобном методе сушки мешочной бумаги со свободной ее
усадкой получается полотно с повышенной растяжимостью
и с лучшим соотношением разрывной длины в машинном и в по-
перечном направлениях. Указанный метод целесообразно
использовать при его сочетании с микрокрепированием мешоч-
ной бумаги.
Обычно при сушке бумаги на бумагосушильных цилиндрах
волокна, имеющие искривленную форму, выпрямляются под
влиянием натяжения бумажного полотна, что влечет за собой
рост разрывного груза и снижение показателя растяжимости
бумаги. Этому же способствует наличие сушильных сукон, при-
жимающих бумажное полотно к поверхности цилиндров и этим
ограничивающих усадку полотна.
При сушке мешочной бумаги на воздушной подушке раз-
рывной груз бумаги несколько снижается, но существенно воз-
растает величина удлинения бумаги до разрыва (рис. 45).
Отмечается и рост величины показателя сопротивления разди-
ранию. В результате динамическая прочность мешков из такой
бумаги возрастает. Поверхность бумаги приобретает некоторую
шероховатость, что облегчает складирование бумажных меш-
ков в кипы.
Рис. 45. Зависимость разрывного груза и уд-
линения бумаги от условий сушки:
1 — контактная сушка на цилиндрах; 2 — воздуш-
ная сушка в камере
При сушке бумаги на бумагосушильных цилиндрах цент-
ральные рулоны по ширине полотна, особенно на широких ма-
шинах, характеризуются пониженной величиной усадки бумаги
в поперечном ее направлении и соответственно пониженной
величиной удлинения ее до разрыва. При сушке же бумаги на
воздушной подушке в камере достигается однородное качество
высушиваемой бумаги по всей ее ширине.
Рис. 46. Схемы установки сушиль-
ной камеры в сочетании с бумагосу-
шильными цилиндрами:
а — камера установлена в одном этаже
с сушильными цилиндрами; б — камера
установлена в подвальном этаже; / — бу-
магосушильные цилиндры; 2 — сушиль-
ная камера; 3 — досушивающие цилинд-
ры
Сушильная камера может быть установлена перед досуши-
вающими цилиндрами как на одном с ними этаже, так и в ниж-
нем этаже. В последнем случае открывается возможность по-
вышения производительности уже существующих бумагодела-
тельных машин без увеличения длины здания, которое потре-
бовалось бы, если увеличение производительности машины осу-
ществляется за счет установки дополнительных бумагосушиль-
ных цилиндров. На рис. 46 показаны возможные схемы уста-
новки сушильной камеры.
Для сушки целлюлозы иногда применяют метод ее вы-
сушивания в распушенном состоянии. При суш-
ке этим методом небеленой и полубеленой сульфатной целлю-
лозы во избежание образования в пушонке большого количе-
ства узелков pH среды в буферном бассейне целлюлозы дово-
дят до 7 и сушку осуществляют до конечной относительной
сухости целлюлозы 95—96%.
Часто производительность бумагоделательной машины ли-
митируется производительностью ее сушильной части. Поэтому
успешное разрешение вопроса повышения производительности
сушильной части бумагоделательных машин будет способство-
вать наряду с удешевлением процесса сушки увеличению выпу-
ска бумаги на действующем оборудовании.
1.7.2. Влияние сушки на свойства бумаги
Повышение производительности сушильной части машины
может быть достигнуто за счет применения пара повышенного
давления, т. е. за счет повышения температуры поверхности су-
шильных цилиндров. Вместе с тем технолог-бумажник, осуще-
ствляя сушку бумаги, должен помнить, что назначением про-
цесса сушки является не только обезвоживание бумажного ли-
ста. В процессе сушки поверхность бумаги выглаживается
и происходит дальнейшее (после прессов) взаимное сближе-
ние волокон с установлением между ними связей, определяю-
щих основные свойства бумаги (механическую прочность, воз-
духопроницаемость, впитывающую способность и пр.). Кроме
того, при сушке придаются бумажному листу специальные свой-
ства, обусловливаемые режимом и способом сушки: заверша-
ются процессы проклейки, окраски, придания бумаге влаго-
прочности и др. Таким образом, процесс сушки оказывает
непосредственное влияние на свойства изготовляемой бумаги,
что заставляет внимательно относиться к технологическому
режиму сушки при выработке того или иного вида бумаги.
Большое значение имеет изучение влияния температурного
режима сушки на свойства высушиваемой бумаги. Сложность
вопроса заключается в многообразии свойств вырабатываемых
видов бумаги и в обилии переменных факторов, оказывающих
влияние на свойства бумаги при ее сушке (степень прижима
сушильных сукон, степень натяжения бумаги, переменные ус-
ловия температурного режима сушильной поверхности и пр.).
Вопрос осложняется также и тем, что бумага является не про-
сто капиллярно-пористым материалом, а капиллярно-пористым
коллоидным материалом и, следовательно, в процессе ее суш-
ки имеют место и необратимые явления сушки коллоида, в той
или иной мере проявляющиеся в свойствах высушиваемой бу-
маги. Эти изменения свойств бумаги в результате ее сушки
в значительной степени могут быть объяснены установленными
необратимыми изменениями при этом структуры стенки воло-
кон, из которых состоит бумага.
Известное выражение «из травы можно получить сено, а из
сена траву получить нельзя» характеризует необратимость яв-
лений, происходящих в результате сушки растительных воло-
кон. Бумажное полотно также состоит из растительных воло-
кон. Следовательно, и при его сушке тоже имеют место необ-
ратимые явления.
Рассмотрим в отдельности некоторые свойства бумаги и влияние на них
процесса контактной сушки. При контактной сушке бумаги вследствие при-
жима ее сушильными сукнами к горячей и гладкой поверхности сушильных
цилиндров наряду с процессом удаления влаги происходит также выглажи-
вание поверхности листа и последний приобретает известную гл; дкость
Другими словами, сушильные цилиндры оказывают действие утюга. Обычно
на современных бумагоделательных машинах сушильные цилиндры распола-
гают в шахматном порядке и бумажное полотно поперемещню соприкасается
с выглаживающей поверхностью сушильных цилиндров то одной, то другой
стороной. При этом на всех верхних сушильных цилиндрах выглаживается
одна сторона бумаги, а на всех нижних — другая.
При выработке бумаги односторонней гладкости (афишная, спичечная,
бутылочная и др.) юца только одной стороной соприкасается с горячей по-
верхностью большого гладильного' цилиндра, что и обеспечивает гладкость
именно этой стороны бумаги. Вторая поверхность листа при этом способе
сушки остается шероховатой.
При глажении утюгом материала последний смачивают. Это
придает ему лучшую пластичность, благодаря чему материал
легче приобретает необходимую гладкость поверхности. При
сушке бумаги также необходимо, чтобы сухость ее перед гла-
дильным цилиндром не превышала определенного предела, вы-
ше которого ее пластичность уменьшается настолько, что бума-
га перестает хорошо выглаживаться. Таким пределом считает-
ся сухость 60%.
При обычных лабораторных методах определения сухости
бумаги (или ее влажности) размер взятых для сушки образцов
должен быть не менее 0,004 м2 в случае взвешивания на ана-
литических весах и не менее 0,1 м2 — при взвешивании на тех-
нических весах.
Влажная бумага после прессовой части бумагоделательной
машины отличается сравнительно малой механической проч-
ностью. Однако если эту бумагу высушить, прочность ее зна-
чительно возрастает вследствие образования прочных межво-
локонных связей.
Одной пз первых работ, касающихся изучения влияния на
свойства клетчатки температуры и продолжительности ее на-
грева, является работа Н. А. Резцова, опубликованная еще
в 1895 г. В г>той работе показано, что длительное (23 ч) нагре-
ванне бумаги, изготовленной из беленой пеньковой массы, при-
вело к уменьшению ее сопротивления разрыву, и особенно
к уменьшению ее способности удлиняться при разрыве. Чем
выше температура сушки, тем в большей степени выявляется
действие указанного фактора (табл. 12).
12. Изменение показателей механической прочности бумаги
от температуры сушки
Температура сушки, С'С Продолжительность сушки, ч Уменьшение, %
сопротивления разрыву удлинения при разрыве
110 23 6 23
135 23 12 52
143 23 33 70
А. П. Закощиков приводит данные о четко выраженных из-
менениях степени полимеризации хлопковой целлюлозы при на-
греве ее в присутствии воздуха. Об этих изменениях можно
судить по снижению вязкости раствора целлюлозы (табл. 13).
13. Изменение вязкости раствора хлопковой целлюлозы, подвергнутой
термической обработке, с исходной вязкостью 589 мПа-с
Время нагрева, ч Вязкость, мПа • с, 1 % -него раствора целлюлозы при нагреве до температуры, °C
100 120 140 160 180
1 359 302 63 57 16
2 341 237 — 27 8,7
Приведенные выше табличные данные нельзя непосред-
ственно применить к условиям контактной сушки бумаги на
сушильных цилиндрах, осуществляемой в короткий промежуток
времени. Как показали наши наблюдения, время пребывания
бумаги в пределах сушильной части бумагоделательной маши-
ны составляет в большинстве случаев 30 с и только в редких
случаях увеличивается до 2 мин. Время соприкосновения бума-
ги с горячей поверхностью сушильных цилиндров еще меньше
и составляет обычно от 17 с до 1,5 мин.
Для проверки влияния на свойства бумаги ее термической
обработки в условиях, аналогичных контактной сушке, на бу-
магоделательной машине были изготовлены отливки бумаги
различной композиции, которые затем сушились до определен-
ной сухости при разной температуре сушильной поверхности.
Затем отливки подвергались физико-механическим испыта-
ниям.
Результаты влияния термической обработки бумаги на по-
казатель удлинения при разрыве (растяжимость) графически
представлены на рис. 47. Как видно из рисунка, с увеличением
температуры сушки показатель удлинения бумаги при разрыве
снижается. Последующие наблюдения показали, что наиболее
сильно этот показатель снижается у пересушенной бумаги,
в особенности неакклиматизированной.
Температура сушильной
поверхности,°С
Рис. 47. Изменение удлинения бумаги (растяжимости):
/ — из небеленой сульфатной целлюлозы: 2 — из беленой сульфитной целлюлозы;
3 — типа газетной; сушка при различной температуре сушильной поверхности: Сн =
=35%; Ск =93%
Рис. 48. Кинетика усадки бумаги в процессе ее сушки:
I — усадка между волокнами; II — усадка отдельных волокон
Таким образом, в тех случаях, когда требуется максималь-
но сохранить величину показателя удлинения бумаги при раз-
рыве, ее сушку следует осуществлять при относительно низ-
ких температурах сушильной поверхности.
Наши наблюдения показали, что разрывной груз бумаги
относительно мало изменяется в зависимости от температуры
сушильной поверхности. Отмеченное Н. А. Резцовым уменьше-
ние сопротивления разрыву бумаги под влиянием высокой тем-
пературы может быть объяснено продолжительностью (23 ч)
термической обработки бумаги, при которой значительно изме-
няются химические и физические свойства растительных воло-
кон. В условиях же кратковременной сушки бумаги на сушиль-
ной части бумагоделательной машины свойства волокон так
сильно не изменяются. По абсолютной величине показатели раз-
рывного груза у пересушенной и неакклиматизированной бума-
ги оказались наиболее высокими, что можно объяснить повы-
шенной в данном случае сухостью бумаги. Влажность же бума-
ги, как известно, снижает ее сопротивление разрыву.
Вместе с тем с увеличением температуры сушки наблюдает-
ся снижение показателей сопротивления бумаги продавлива-
иию, излому и раздиранию (по Эльмендорфу). При этом бума-
га, высушенная до содержания абс. сухой массы, независимо
от того, была ли она до испытания механических свойств аккли-
матизирована или нет, обнаруживает более низкие по абсо-
лютной величине показатели сопротивления продавливанию по
сравнению с бумагой, высушенной до влажности 8%. Таким
образом, пересушка бумаги снижает показатель сопротивления
бумаги продавливанию. Наиболее высокие показатели сопро-
тивления излому при всех прочих равных условиях у предва-
рительно акклиматизированной бумаги. Поэтому акклиматиза-
цией бумаги можно несколько повысить ее сопротивление изло-
му, сниженное ее пересушкой. Однако оно будет более низким,
чем у акклиматизированной непересушенной бумаги. Это сви-
детельствует о необратимых изменениях некоторых свойств
бумаги в результате ее сушки.
Наши экспериментальные данные свидетельствуют о том,
что впитывающая способность бумаги по К. Клемму и воздухо-
проницаемость ее с увеличением температуры сушильной по-
верхности в общем возрастают. Пересушенная при высоких
температурах сушильной поверхности бумага обнаруживает по
сравнению с непересушенной несколько пониженные показате-
ли впитывающей способности, что объясняется гидрофобизаци-
ей бумаги.
В последующих опытах выявились изменения химических
свойств целлюлозы после ее сушки на сушильном цилиндре при
разной температуре. При этом была использована беленая
сульфитная (вискозная) целлюлоза Светогорского комбината,
доставленная во влажном состоянии. В результате сушки до
95%-ной относительной сухости некоторые ее показатели изме-
нились следующим образом1:
Температура сушки. "С
70
ПО
160
Вязкость 0,796-кого медно-
аммиачного раствора, МПа-с
1417
1409
1285
Степень полимеризации
794
777
730
Приведенные данные свидетельствуют о том, что даже крат-
ковременная сушка целлюлозы контактным способом при по-
вышенной температуре заметно уменьшает вязкость медно-ам-
миачного раствора и степень полимеризации целлюлозы. Цел-
люлоза, высушенная при высокой температуре, неравномерно
смачивается 17,5 % -ным раствором NaOH. Это явление крайне
нежелательно для целлюлозы, направляемой на химическую
Переработку, так как она получается неоднородной.
р * Анализы высушенных отливок целлюлозы выполнены ст. науч сото
с И. Пожитковой.
В производственных условиях температурное воздействие на
целлюлозу более продолжительно: высушенная целлюлоза, на-
ходящаяся в кипах, ввиду плохой теплопроводности долго со-
храняет повышенную температуру. Это еще в большей степени
сказывается на изменении свойств целлюлозы, поступающей
для химической переработки.
В связи с этим интересно отметить, что иногда на пресспа-
тах практикуют эффективное охлаждение высушенной целлю-
лозы струей охлаждающего воздуха, благодаря чему улучшает-
ся качество выпускаемой целлюлозы. Одновременно повышает-
ся и ее белизна за счет удаления струей воздуха следов окиси
железа, образующейся на металлических цилиндрах. Кроме
того, обдувание полотна целлюлозы холодным воздухом на од-
ном из предприятий способствовало повышению производи-
тельности сушки на 3% за счет удаления при этом дополни-
тельного количества воды в виде пограничного слоя пара, уно-
симого потоком воздуха.
Особо важным является также охлаждение мешочной бума-
ги перед ее намоткой на тамбур наката бумагоделательной ма-
шины. Высокая температура бумаги на накате длительно со-
храняется в рулоне и резко снижает динамическую прочность
мешков, изготовленных из такого рулона бумаги. Это подтвер-
дилось опытами, проведенными автором с сотрудниками на
Сегежском комбинате и комбинате «Кехра». Поэтому при выра-
ботке мешочной бумаги необходимо следить за хорошей рабо-
той холодильных цилиндров, а также практиковать охлаждение
барабана наката проточной водой.
При испарении влаги из капилляров структуры бумажного
листа под влиянием силы поверхностного натяжения воды про-
исходит сближение волокон. Это явление, известное из практи-
ки, характеризуется усадкой бумаги. Чем больше усадка,
тем легче получить прочную и сомкнутую структуру бумажно-
го листа. Одновременно с увеличением усадки уменьшаются
диаметр пор бумаги, ее воздухопроницаемость и впитывающая
способность.
При удалении влаги, находящейся в порах и стенках воло-
кон, происходит коллоидно-химический процесс, обратный про-
цессу набухания волокон, который влечет за собой их усадку,
что в свою очередь сказывается на общей усадке бумажного
листа. Очевидно, что усадка бумаги будет больше, если сушка
продолжительнее. При этом силы поверхностного натяжения
воды между отдельными волокнами и силы, вызывающие уп-
лотнение структуры самих волокон, полнее смогут проявить
свое действие.
Следует различать усадку, происходящую вследствие сбли-
жения волокон, и усадку самих волокон. Межволоконная усад-
ка наступает в процессе сушки раньше усадки отдельных во-
локон, и тем раньше, чем выше степень помола волокнистой
массы.
Кинетика усадки, по данным В. Брехта, представлена
на рис. 48. Как видно из графика, межволоконная усадка обра-
зует начальную часть кривой.
В этот период сушки испаряется только капиллярная влага
н наблюдается линейная зависимость между степенью усадки
и ростом сухости бумажного полотна. В дальнейшем имеет
место усадка самих волокон. Она характеризуется круто опу-
скающейся конечной частью кривой.
При выработке разных видов бумаги применяют различные
температурные режимы сушки. Однако независимо от вида
вырабатываемой бумаги температура поверхности сушильных
цилиндров должна изменяться от цилиндра к цилиндру плав-
но, без резких скачков и провалов, которые не приводят ни
к достижению тех или иных показателей качества бумаги, ни
к экономии пара.
При повышенной температуре поверхности сушильных ци-
линдров процесс сушки идет интенсивнее и завершается в бо-
лее короткий промежуток времени, что в свою очередь снижа-
ет усадку бумажного листа. Практика подтверждает это поло-
жение, и обычно при выработке впитывающих пористых видов
бумаги с малой степенью усадки устанавливают повышенные
температуры поверхности сушильных цилиндров и, наоборот,
в случае выработки плотной и сомкнутой бумаги, обнаружива-
ющей повышенную степень усадки, рекомендуется применять
режим сушки, при котором бумага высыхает относитель-
но медленно при умеренной температуре сушильной поверх-
ности.
При этом следует иметь в виду, что с повышением темпе-
ратуры сушки силы поверхностного натяжения воды в капил-
лярах структуры листа ослабевают. Это приводит к уменьше-
нию величины усадки бумаги, происходящей под влиянием
указанных сил.
Однако абсолютная величина температуры поверхности
сушильных цилиндров, по-видимому, имеет второстепенное зна-
чение. Решающим фактором здесь является продолжительность
сушильного процесса.
Так, при сушке бумаги на цилиндрах в камерах под вакуу-
мом продолжительность сушки значительно сокращается (при-
мерно вдвое), несмотря на то, что весь процесс идет при отно-
сительно невысоких температурах греющей поверхности. Из-
вестно, также, что высушиваемая таким образом бумага обна-
руживает при всех прочих равных условиях относительно
небольшую степень усадки, несколько пониженные показатели
механической прочности, повышенные показатели пористости,
мягкости и впитывающей способности, несмотря на то, что по-
верхностное натяжение испаряемой воды возрастает при этом
примерно на 15%.
Jia величину поперечной усадки бумаги на бумагоделатель-
ной машине оказывает влияние конечная влажность высуши-
ваемой бумаги. Наши наблюдения показали, что чем выше ко-
нечная сухость бумажного полотна, тем полнее при всех рав-
ных условиях завершается процесс усадки бумаги и тем боль-
шего значения достигает величина поперечной усадки бумаж-
ного полотна.
Чем жирнее масса, тем больше усадка. В бумажном листе,
состоящем из хорошо фибриллированных волокон, капилляры
структуры листа тоньше, чем в бумаге, изготовленной из сла-
боразработанных волокон. Понятно, что в первом случае бла-
годаря малой сопротивляемости фибриллированных волокон
силе поверхностного натяжения воды в капиллярах поперечная
усадка будет большая, чем во втором случае, т. е. при наличии
грубых, малоразработанных волокон. Очевидно, что процесс
уплотнения самих волоконец в первом случае будет более ин-
тенсивным, чем во втором. Сказанное поясняет, почему бума-
га, содержащая в композиции большое количество грубых
и малоразработанных волокон древесной массы, отличается по-
ниженной степенью поперечной усадки. По этой же причине
толстостенные волокна твердых пород древесины менее
подвержены усадке, чем тонкостенные волокна мягкой
древесины.
Становится также понятным, что наличие в бумаге мине-
рального наполнителя влечет за собой ослабление степени усад-
ки вследствие заполнения промежутков между волокнами и ос-
лабления сил, вызывающих взаимное сближение волокон. По-
этому бумага, содержащая в композиции значительное количе-
ство наполнителя, обнаруживает заметно пониженную механи-
ческую прочность.
Бумага, содержащая наполнитель, как это было подтверж-
дено автором экспериментально, имеет повышенную скорость
сушки. Для объяснения этого явления можно указать, что бу-
мага с наполнителем (если она целиком изготовлена из цел-
люлозы) отличается большей пористостью по сравнению с бу-
магой, в которой наполнитель отсутствует. Очевидно, что повы-
шенная пористость бумаги облегчает процесс испарения. Более
пористая бумага к тому же обладает большой развернутой по-
верхностью. К этому следует добавить, что гигроскопичность са-
мого наполнителя меньше гигроскопичности растительных
волокон.
Усадка бумаги при сушке всегда происходит по всем трем
направлениям листа (по его ширине, толщине и длине). Это
особенно наглядно видно при сушке на воздухе ручных отливок
бумаги. При сушке на бумагоделательной машине усадке по-
лотна в значительной степени препятствует его натяжение меж-
ду сушильными цилиндрами и величина этого натяжения имеет
большое значение для усадки бумаги. Изменением натяжения
бумаги можно в известной степени регулировать степень ее
усадки.
С увеличением натяжения бумажного полотна наблюдается
снижение растяжимости бумаги в продольном направлении
л небольшое ее возрастание в поперечном. Усадка по толщине
полотна возрастает с возрастанием его натяжения. Эти изме-
нения свойств бумаги усиливаются с возрастанием степени по-
мола используемой бумажной массы.
Судя по данным А. Д. Абрамовича и Н. Г. Штольцера, при
свободном высыхании бумаги ее усадка в машинном направ-
лении приблизительно вдвое меньше, чем в поперечном. Это
объясняется тем, что волокна в бумаге в значительной степени
ориентированы в машинном направлении и при набухании диа-
метр волокна увеличивается больше, чем длина. Точно так же
размеры волокон при их сушке уменьшаются больше по их
диаметру, чем по их длине.
Бумага, высушенная на воздухе, оказывается более проч-
ной, чем высушенная на сушильных цилиндрах. Этот факт объ-
ясняется не только влиянием на механическую прочность листа
повышенной температуры и большей скорости сушильного про-
цесса сушки на цилиндрах, но и возникающими на машине
в бумажном листе напряжениями, являющимися следствием
одновременного действия тяги (усилия, вызывающего растяже-
ние бумаги) и усадки листа (усилия, вызывающего сжатие бу-
маги).
При этом усадка влечет за собой повышение показате-
лей механической прочности бумажного листа, натяжение же
бумаги в направлении действия растягивающих усилий снижа-
ет эти показатели.
Усадочные напряжения в бумаге при ее сушке без натяже-
ния определяются главным образом лишь соотношением сил
капиллярной контракции с силами упругоэластического сопро-
тивления структуры. С повышением температуры сушки макси-
мальные усадочные напряжения в бумаге снижаются, что
наряду с другими данными свидетельствует о некоторой термо-
пластичности бумаги. Таким образом, с повышением темпера-
туры и снижением усадочных напряжений ослабляется контрак-
ция структуры и возрастает ее пористость, а также впитываю-
щая способность.
По данным А. М. Рецкер, усадочные напряжения в бумаге
снижаются по мере увеличения количества канифольного клея,
вводимого в бумажную массу, и по мере увеличения зольности
вырабатываемой бумаги.
Вместе с тем эти напряжения в бумаге возрастают пропор-
ционально увеличению степени помола исходной бумажной
массы, а также с увеличением количества вводимой в массу
меламиноформальдегидной смолы.
В работе А. Арлова и Б. Иварсона приведен обзор литера-
турных данных о влиянии натяжения бумаги и сукон при суш-
ке на механическую прочность бумаги. Одновременно приведе-
ны результаты экспериментальных работ авторов. Они пришли
к выводу, что сильное натяжение бумаги в машинном направ-
лении приводит к уменьшению растяжимости бумаги в этом
направлении.
Ф. Адамс и ранее О. Минтон показали, что в тех случаях,
когда при сушке создаются условия, ограничивающие усадку
бумаги, сопротивления бумаги продавливанию, надрыву и из-
гибу снижаются. При этом сопротивление продавливанию бу-
маги, изготовленной из жирной массы, снижается в большей
степени, чем бумаги из массы садкого помола.
Таким образом, вследствие натяжения бумажного полотна
в сушильной части бумагоделательной машины сопротивление
продавливанию бумаги, находящейся на накате, значительно
меньше того значения, которое она приобрела бы в случае суш-
ки со свободной усадкой. Нужно регулировать соотношение
скоростей секций бумагоделательной машины таким образом,
чтобы отсутствовало провисание бумажного полотна, но без
ограничения его усадки, особенно в той зоне сушильной час-
ти, начиная с которой бумага имеет относительную сухость
80%.
Ф. Сутермейстер, сравнивая показатели прочности бумаги
воздушной сушки и той же бумаги, высушенной на сушильном
цилиндре при сильном натяжении сушильного сукна, установил,
что бумага воздушной сушки была на 25—43% прочнее. Авто-
ром еще в 1941 г. было отмечено, что величина поперечной усад-
ки бумаги на бумагоделательной машине, выраженная в про-
центах, в значительной степени зависит и от ширины высуши-
ваемого полотна. На более широких машинах при выработке
одного и того же вида бумаги поперечная усадка бумаги боль-
ше, чем на узких. Эта разница в усадке одного и того же вида
бумаги на широкой и на узкой машине бывает весьма значи-
тельной. Так, при выработке типографской бумаги № 1 на ма-
шине с необрезной шириной бумаги 4600 мм поперечная усад-
ка составляла 7,54%, а при выработке той же бумаги на ма-
шине с необрезной шириной бумаги в 1900 мм — всего лишь
3,55%. При выработке писчей бумаги № 2 на машине, где бу-
мага на накате имела ширину 3770 мм, поперечная усадка
полотна была 2,08%), а на другой машине при ширине 2300 мм —
0,43%. Эта же закономерность наблюдалась и при выработке
других видов бумаги.
По-видимому, на широкой машине труднее создать сильное
и равномерное натяжение сушильных сукон, ограничивающее
поперечную усадку бумажного полотна. К тому же на широ-
ких машинах большей частью применяются хлопчатобумажные
сушильные сукна, а на узких — шерстяные, натяжение которых
практически в несколько раз выше, чем у хлопчатобумажных.
Возможно также, что условия натяжения самого бумажного по-
лотна в сушильной части широкой машины таковы, что при
этом в меньшей степени ограничивается поперечная усадка
бумаги.
Влияние процесса сушки на проклейку бу-
маги характеризуется следующими явлениями. Повышенная
температура сушки в начале сушильной части приводит к ухуд-
шению степени проклейки за счет увеличения при этом ее по-
ристости под влиянием паров воды, разрыхляющих структуру
листа, а также, как указывают С. Н. Иванов и А. Г. Махонин,
миграции и укрупнения клеевых частиц.
Таким образом, для достижения хороших результатов про-
клейки не следует в начале сушильной части применять высо-
кие температуры греющей сушильной поверхности.
Повышенная температура поверхности цилиндров в середи-
не и в конце сушильного процесса благоприятствует проклейке
бумаги, так как способствует гидрофобизации клеевого осадка
на волокнах и гидрофобизации самого волокнистого мате-
риала.
Температура, при которой происходит гидрофобизации клее-
вого осадка при проклейке канифольным клеем, зависит от ви-
да используемого клея. Чем больше в клее содержится свобод-
ной смолы, тем более низкая температура требуется для полу-
чения надлежащего эффекта проклейки бумаги. Поэтому имен-
но высокосмоляной клей дает хорошие результаты проклейки
бумаги при относительно низких температурах поверхности су-
шильных цилиндров, тогда как при использовании бурого клея,
т. е. клея полностью нейтрализованного, в котором свободная
смола отсутствует, требуются наиболее высокие температуры
поверхности сушильных цилиндров. Некоторые авторы темпе-
ратуру, при которой происходит гидрофобизации клеевого осад-
ка, называют температурой «спекания» клеевых частиц. Как
указывают Шюц и Клаудиц, эта температура для свободной
смолы составляет 80—90° С, а смолянокислого алюминия —
130—140° С.
В результате сушки за счет взаимной связи части гидро-
ксильных групп целлюлозных волокон и снижения при этом
активности этих групп повышается гидрофобность целлюлоз-
ных волокон, т. е. повышается гидрофобность бумаги, что по-
ложительным образом сказывается на результатах проклейки.
Многочисленные опыты и наблюдения подтверждают выска-
занное выше положение о том, что увеличение температуры
сушки способствует гидрофобизации бумаги.
Из указанного становится понятным, почему при сушке под
вакуумом, т. е. при низкотемпературной сушке, проходящей
к тому же в короткий промежуток времени, проклеенная обыч-
ным способом бумага обнаруживает чрезвычайно низкую сте-
пень проклейки. Вакуумная сушка практически оказывается
непригодной для сушки бумаги, проклеенной обычным спо-
собом.
На бумагоделательных машинах, оборудованных только од-
ним большим сушильным цилиндром, обычно встречаются за-
труднения при выработке клееной бумаги в связи с тем, что
ее сушка от начала до конца неизбежно происходит при высо-
кой температуре сушильной поверхности, что влечет за собой
разрыхление структуры листа и ухудшение проклейки бумаги.
Поэтому в подобных случаях необходимо, чтобы бумажное по-
лотно поступило на сушильный цилиндр с максимально воз-
можной сухостью. Желательно, чтобы композиция бумаги
содержала легко проклеивающиеся волокнистые материалы (на-
пример, небеленую сульфатную целлюлозу или древесную мас-
су). Радикальным средством, обеспечивающим в данном слу-
чае хорошую проклейку бумаги, является пропуск ее через
клеильный пресс, находящийся вне системы бумагоделательной
машины.
Особое влияние оказывает процесс сушки на влагопроч-
ность бумаги, о чем подробно указано при рассмотрении этого
свойства бумаги.
Значительное влияние процесс сушки ока-
зывает на прозрачность бумаги, что следует иметь
в виду при изготовлении бумаги, отличающейся высокой сте-
пенью прозрачности (чертежная прозрачная, основа для фото-
кальки, основа для диазокальки и др.).
Г. Рошиер с сотрудниками считают, что целлюлозу, исполь-
зуемую для изготовления высокопрозрачной бумаги, не следу-
ет предварительно сушить на сушильных цилиндрах. Жела-
тельно, чтобы целлюлоза поступала на бумажную фабрику
с целлюлозного завода жидким потоком. При использовании
привозной целлюлозы целесообразно получать ее влажной или
с влажностью не ниже 30%.
Несмотря на то, что из целлюлозы нормальной сухости
автор получал как в лабораторных, так и в производственных
условиях бумагу с высокой степенью светопроницаемости, бо-
лее предпочтительна в данном случае целлюлоза, не подвергав-
шаяся сушке. Действительно, сушку целлюлозы следует рас-
сматривать как сушку коллоидного материала, при которой
происходят необратимые процессы, изменяющие физические
свойства целлюлозы. В результате усадки волокон и уплотне-
ния их структуры закрываются мельчайшие поры на поверх-
ности волокна. Оставшиеся в порах пузырьки воздуха трудно
удалить в будущем при размоле целлюлозы. Эластичность во-
локон снижается. Снижается также их способность к набуха-
нию и размолу.
Чем медленнее происходит сушка и чем ниже температура
сушильной поверхности, тем полнее произойдет усадка и тем
в меньшей степени сказывается разрыхляющее структуру ли-
ста действие испаряемой воды. Поэтому желательно, чтобы
бумага поступала на сушку с возможно более высокой началь-
ной сухостью. В производстве высокопрозрачной бумаги весь-
ма эффективно применение полусырого пресса в сушильной
части бумагоделательной машины. Все это и то, что для полу-
чения максимальной светопроницаемости бумаги необходимо,
чтобы температура поверхности наиболее нагретых сушильных
цилиндров не превышала 70° С, подтверждается результатами
опытов автора, проведенных в лабораторных и в производствен-
ных условиях.
Влиянию процесса сушки и термического
старения бумаги на набухание ее волокон
посвящена статья А. М. Лайна и В. Галлея. В ней авторы отме-
чают, что сушка целлюлозы приводит к изменениям свойств
волокон, которые не восстанавливаются даже после продолжи-
тельного увлажнения целлюлозы. В результате проведенных
опытов установлено, что повторные увлажнения и сушки цел-
люлозных (а также вискозных) волокон прогрессивно умень-
шают их способность к набуханию. Таким образом, в резуль-
тате чередующихся процессов увлажнения и сушки волокон
происходят необратимые изменения их свойств и, в частности,
способности к набуханию. Это же подтвердили и наши наблю-
дения, показавшие, кроме того, что чередующиеся процессы
увлажнения и сушки целлюлозных волокон приводят к умень-
шению равновесной влажности бумаги, изготовляемой из таких
волокон, снижению показателей ее механической прочности
и повышению впитывающей способности.
О влиянии предварительной сушки расти-
тельных волокон на свойства изготовляемой
бумаги свидетельствуют данные одного из комбинатов, пока-
завшие, что после пуска целлюлозного завода и подачи на бу-
мажную фабрику целлюлозы жидким потоком прочность и на-
чальная влагопрочность изготовляемой газетной бумаги замет-
но повысились по сравнению с соответствующими показателя-
ми бумаги, изготовлявшейся ранее из привозной высушенной
целлюлозы. При этом резко сократилось число обрывов бу-
мажного полотна в мокрой части бумагоделательной машины.
Бумага из макулатуры или оборотного сухого брака, т. е.
волокон, уже ранее подвергавшихся сушке, отличается не-
сколько меньшими механической прочностью, плотностью
и прозрачностью по сравнению с бумагой той же композиции,
изготовленной из свежих волокон, т. е. не подвергавшихся
сушке. Все это свидетельствует о том, что даже кратковремен-
ная контактная сушка растительных волокон влечет за собой
необратимые изменения их свойств и свойств бумаги, изготов-
ляемой из таких волокон.
Исследовательскую работу по выявлению влияния предва-
рительной сушки целлюлозы на свойства изготовляемой бума-
ги, содержащей в композиции древесную массу, провели Е. Ун-
гер и Ю. Блехшмидт. Они указывают, что при введении в ком-
позицию бумаги целлюлозы, предварительно не высушенной,
легко удается получить необходимые свойства вырабатываемой
бумаги, тогда как с применением сухой привозной целлюлозы
в производстве возникают значительные затруднения, связан-
ные главным образом с повышенными обрывами бумажного по-
лотна как при его изготовлении, так и при переработке или
в типографиях. Однако известно, что при определенных усло-
виях можно успешно применять высушенную целлюлозу в про-
изводстве бумаги, содержащей значительное количество древес-
ной массы, без ухудшения свойств вырабатываемой бумаги.
Поэтому и возникла надобность в проведении исследователь-
ской работы с целью выявления причин наблюдаемых явлений.
Рис. 49. Водоудерживае-
мость влажной 1 и высу-
шенной 2 небеленой суль-
фитной целлюлозой при
различной степени помола
Первоначально оба вида небеле-
ной сульфитной целлюлозы (влаж-
ная и высушенная) были размоло-
ты в мельнице Иокро. При этом
в процессе размола отбирали про-
бы массы, в которых определяли
степень помола и водоудерживае-
мость (рис. 49). Из массы различ-
ной степени помола изготовляли
отливки бумаги, которые испыты-
вали для определения физико-меха-
нических свойств (рис. 50). Как
видно из рис. 49 и 50, влажная цел-
люлоза в процессе ее размола об-
наруживает при одной и той же
степени помола более высокий по-
казатель водоудержания, чем вы-
сушенная целлюлоза, а также со-
ответственно более высокие пока-
затели сопротивлений раздиранию,
разрыву и излому.
При введении последовательно возрастающего процентного
содержания целлюлозы в композицию бумаги, содержащей зна-
чительное количество древесной массы или макулатуры, Е. Ун-
гер и Ю. Блехшмидт наблюдали, что обычно с увеличением со-
держания целлюлозы в композиции бумаги увеличивается и ве-
личина указанных выше показателей ее качества. Однако при
использовании высушенной целлюлозы в тех случаях, когда
в композиции бумаги содержалась древесная масса или маку-
латура с низкими показателями механической прочности, на-
блюдалось, что увеличение процентного содержания целлюлозы
в этой бумаге не увеличивало показателей механической проч-
ности вырабатываемой бумаги.
В результате своей работы они пришли к выводу, что осу-
ществлением небольшого (до 18—25° ШР) осторожного размо-
ла высушенной целлюлозы можно получить те же показатели
бумаги, которые достигаются при использовании в композиции
неразмолотой влажной целлюлозы. При введении предвари-
тельно высушенной целлюлозы в композицию бумаги, содержа-
щей большое количество древесной массы или макулатуры, для
получения высоких показателей готовой бумаги следует обра-
щать особое внимание на то, чтобы соответствующие показате-
ли древесной массы и макулатуры были бы достаточно высо-
кими.
По данным Г. Швейцера и X. Замера [241], использование
предварительно высушенной целлюлозы в производстве бумаги,
не содержащей древесной массы, приводит к лучшему обезво-
живанию бумажного полотна в прессовой части бумагодела-
тельной машины. Благодаря более высокой сухости полотна
перед сушильной частью снижается- ее нагрузка, что дает воз-
Рис. 50. Показатели механической прочности влажной и высушенной небе-
леной сульфитной еловой целлюлозы, подвергнутой размолу в мельнице
Иокро:
---------влажная целлюлоза;---------высушенная целлюлоза
можность повысить скорость машины и, следовательно, ее про-
изводительность. Вместе с тем одновременно наблюдается неко-
торое снижение показателей механической прочности изготов-
ляемой бумаги (разрывной длины, сопротивления продавлива-
нию, удлинения во влажном состоянии и особенно сопротивле-
ния излому). Показатели сопротивления выщипыванию и над-
рыву снижаются незначительно. Отмечается снижение величи-
ны усадки бумаги в результате сушки и увеличение ее непроз-
рачности, пористости и пухлости. Именно поэтому восприятие
воды в клеильном прессе большое, если оно имеется на бума-
годелательной машине.
Для более детального изучения необратимых явлений, про-
исходящих при сушке целлюлозы, автором этой книги прово-
дились опыты адсорбции красителей из растворов об-
разцами отливок целлюлозы, высушенных при различной
температуре сушильной поверхности. Экспери-
ментальную часть этой работы под руководством автора вы-
полняла научный сотрудник ВНИИБа И. Ю. Левдик. Эти опы-
ты позволили выявить характер изменения развернутой поверх-
ности растительных волокон в результате их сушки при
различной температуре. Для этой цели был использован метод,
предложенный Е. Я. Винецкой. Его, однако, пришлось несколь-
ко изменить применительно к условиям проводимых опытов.
Растворителями красителей служили вода, а также этиловый
и метиловый спирты. Последние использовались в связи с тем,
что волокна целлюлозы набухают в них минимально. В опытах
применялись два красителя: фенилтриазобензидин азосалицило-
вой кислоты (краситель Ф) и метиленовый голубой (краси-
тель М). Выбор красителей обусловливался тем, что они хоро-
шо растворяются в воде и указанных спиртах и адсорбируются
на волокнах целлюлозы. Степень адсорбции определялась ко-
лориметрическим методом на приборе ФЭК-М.
Результаты некоторых опытов графически представлены на
рис. 51. Его кривые совершенно четко указывают на линейное
уменьшение адсорбционной способности сульфитной целлюло-
зы (беленой и небеленой) с ростом температуры сушки.
Во всех случаях беленая целлюлоза меньше, чем небеленая,
адсорбирует краситель из одного и того же растворителя. Это
соответствует результатам работы В. И. Юрьева и Г. И. Ску-
рихиной, отметивших, что чем чище образец, чем меньше в нем
инкрустирующих веществ и продуктов распада, тем слабее его
обменно-адсорбционная способность.
Опыты показали, что адсорбция целлюлозой красителя за-
висит от природы растворителя и возрастает при использова-
нии растворителей в следующем порядке: этиловый и метило-
вый спирты, вода. Разную адсорбционную способность образ-
цов в данном случае можно объяснить неодинаковой степенью
набухания волокон целлюлозы в различных растворителях
и различной в связи с этим величиной свободной активной по-
верхности. Очевидно, что такой растворитель, как вода, спо-
собствующая большему набуханию целлюлозы, будет вызывать
более полную адсорбцию красителя.
В сравнимых условиях краситель Ф, длина молекулы кото-
рого равна 2,5—3 нм, адсорбируется целлюлозой в меньшем
количестве, чем краситель М, имеющий молекулу длиной
1,25 нм. Так как размер пор волокна равен 2—4 нм, краси-
тель Ф не всегда может в них проникнуть.
Результаты исследований адсорбции красителя сульфитной
целлюлозой, полученные колориметрическим методом, согласу-
ются с данными спектрофотометрических наблюдений, проведен-
ных нами в некоторых опытах параллельно с первыми с ис-
пользованием спектрофотометра СФ-2м.
Различие в адсорбции красителя отливками целлюлозы, вы-
сушенной при разной температуре, было четко заметно и при
визуальном рассмотрении отливок, окрашенных адсорбирован-
ным красителем.
Рис. 51. Влияние температуры сушки на адсорбцию красителей отливками
сульфитной целлюлозы:
а — адсорбция метиленового голубого из этилового спирта; б — адсорбция фенил-
триазобензидина азосалициловой кислоты из этилового спирта; в — адсорбция мети-
ленового голубого из метилового спирта; г — адсорбция метиленового голубого из
0»01%-ного водного раствора красителя; 1 — небеленая целлюлоза; 2 — беленая цел-
люлоза
Все предыдущие опыты с адсорбцией целлюлозой красите-
лей производились на отливках целлюлозы, и поэтому остава-
лось неясным, изменяется ли адсорбционная способность цел-
люлозной бумаги в результате ее сушки из-за непостоянства
пористости отливки или же эта способность меняется в самих
волокнах, высушенных при различной температуре. Для выяс-
нения этого исследовалась также адсорбция красителя отдель-
ными волокнами. Колориметрические определения и определе-
ния при помощи спектрофотометра показали, что различную
адсорбционную способность отливок целлюлозы, высушенных
при разной температуре, нельзя объяснить только изменением
их пористости в результате процесса сушки. На самом деле
изменяется коллоидно-химическая структура самих волокон
и вследствие этого их адсорбционная способность.
Опыты показали, что оптическая плотность раствора, в ко-
тором протекала адсорбция волокон, высушенных при высокой
температуре, больше, чем плотность раствора, из которого ад-
сорбировался краситель на волокнах, высушенных на воздухе
при комнатной температуре. Очевидно, что чем больше опти-
ческая плотность раствора после адсорбции, тем меньше кра-
ситель адсорбируется на волокнах.
Необратимое изменение структуры и свойств волокон в ре-
зультате их сушки связано с так называемым ороговением
волокон, характеризуемым уменьшением их внутренней поверх-
ности, уплотнением, снижением гидрофильности и понижением
доступности к проникновению реагентов. Чем выше конечная
сухость бумажного полотна после сушки, тем в большей степе-
ни проявляется ороговение. Оно усиливается от применения че-
редующихся циклов увлажнения и сушки бумаги. Отделением
из бумажной массы мелкой фракции волокон можно заметно
снизить явление ороговения волокон в результате их сушки.
Изменение морфологической структуры во-
локон целлюлозы при ее термической обработке наблю-
дали сотрудники Института лесохозяйственных проблем АН
Латвийской ССР В. Н. Сергеева и С. В. Милютина. По их дан-
ным, разрушение стенок древесного волокна (холоцеллюлозы,
целлюлозы) при нагревании происходит ступенчато: в преде-
лах 155—260° С деструктируются в основном гемицеллюлозы
и рыхлые места целлюлозных фибрилл, а в пределах 280—
285° С — целлюлоза вторичного слоя, которая при 300° С пол-
ностью разрушается. Целлюлоза камбиального слоя очень тер-
мостойка: значительная часть ее остается неразрушенной и при
300° С. Последующими работами тех же авторов установлено,
что лигнин, входящий в состав древесных волокон, при нагре-
вании последних в пределах 125—155° С при нормальном дав-
лении в воздушной атмосфере не изменяется. Нагревание тех
же волокон при 175° С вызывает процесс конденсации лигни-
на, который усиливается при дальнейшем повышении темпера-
туры до 240° С. При более жестком нагревании (260—280° С)
волокон, содержащих лигнин, процессы уплотнения сопровож-
даются и другими изменениями в молекуле лигнина, что при-
водит к потере им гидрофильности. Находящаяся в волокнах
древесины целлюлоза после прогревания волокон теряет при-
сущую ей способность к набуханию в результате вероятного
возникновения новых связей первичных продуктов ее расщеп-
ления с лигнином.
Работой Г. Герагиоли с сотрудниками установлено, что из-
менения, вызываемые сушкой, для сульфатной целлюлозы обра-
тимы в большей степени, чем для сульфитной целлюлозы. Фи-
зическую природу происходящих при сушке необратимых
изменений свойств волокон связывают с тем, что вначале при
сушке сжимаются внутренний канал и поры волокон. Трубча-
тая форма волокон переходит в ленточную. Затем к наружной
поверхности волокон прилипают фибриллы и мелкие волокон-
ца. Наконец, десорбируется вода из стенок волокон, что осо-
бенно сказывается на необратимости свойств высушенных рас-
тительных волокон.
Другими работами установлено, что даже при сушке воло-
кон целлюлозы в весьма мягких условиях с добавкой смачива-
телей происходит некоторое уменьшение размера пор высуши-
ваемых волокон. Все же другие методы сушки приводят к необ-
ратимому и почти полному исчезновению пор размером менее
1 нм.
Известно, что оттенок окрашенной бумаги, в осо-
бенности слабоклееной и окрашенной кислотными красителями,
легко может измениться при сушке листа. Изменение оттенка
бумаги очень заметно при чрезмерном повышении температу-
ры сушильной поверхности. Поэтому весьма важно следить за
правильным режимом сушки окрашенных видов бумаги.
На изменении оттенка окрашенной бумаги при сушке осно-
ван предложенный X. Клингельгеффером оптический способ
суждения о распределении влаги по толщине бумажного по-
лотна при различных методах его сушки. По этому способу
в бумажную массу при изготовлении отливок бумаги вводится
хлористый кобальт, который хорошо растворим в воде и окра-
шивает влажную отливку в светло-розовый цвет. При сушке
образцов цвет становится синеватым и при влажности отливки
менее 10% он становится насыщенно-синим, как у ультрамари-
на. Цветовая шкала позволяет судить о влажности бумаги.
С этой целью поперечный срез бумаги рассматривается под
микроскопом. Спектрограмма указывает зоны повышенной ин-
тенсивности окраски, соответствующие зонам наиболее интен-
сивного удаления влаги.
При надлежащем режиме сушки могут быть устранены мно-
гие известные дефекты бумаги (пылимость, наличие электро-
статического заряда, коробление, образование морщин и др.).
Для снижения величины напряжений в бумаге, которые могут
возникнуть в ней в результате резкого охлаждения горячей
поверхности бумаги при ее соприкосновении с холодиль-
ным цилиндром, целесообразно снижать температуру поверх-
ности нескольких сушильных цилиндров, установленных непос-
редственно перед холодильными цилиндрами.
Для получения бумаги нужного качества необходимо конт-
ролировать температурный режим поверхности сушильных
цилиндров, не допуская их перегрева, особенно в начале су-
шильной части, и обеспечивать равномерную температуру ци-
линдров по их ширине. Должно быть обращено внимание на
очистку поверхности цилиндров от засмолений, а также на
исправность работы систем подвода пара и отвода конденсата.
Необходимо следить за работой вентиляционной системы бума-
годелательной машины, так как неодинаковая сухость бумаж-
ного листа по ширине машины иногда может оказаться след-
ствием неисправной вентиляции.
Качество бумаги при сушке связано с кинетикой су-
шильного процесса. Не останавливаясь подробно на работах по
исследованию кинетики контактной сушки бумаги, приведен-
ных в свое время автором, необходимо все же отметить некото-
рые положения, установленные экспериментальными работами.
Несмотря на различие условий контактной сушки бумаги на
цилиндрах и воздушной сушки, имеют место некоторые общие
закономерности в кинетике этих процессов. Так, во время кон-
тактной сушки на сушильных цилиндрах, как и при конвектив-
ной сушке, первый период сушки, осуществляемый при посто-
янной температуре и при прочих постоянных условиях, харак-
теризуется постоянной скоростью сушильного процесса. Период
прогрева бумаги при контактной сушке практически не обна-
руживается. Его можно заметить особенно при сушке толстого
картона. После критической точки и при контактной сушке на-
блюдается период снижения скорости сушильного процесса.
Установлено, что при сушке тонкого листа бумаги физиче-
ский смысл замедления процесса сушки в периоде падающей
скорости сушильного процесса объясняется удалением в этом
периоде связанной волокном влаги. Таким образом, путем ана-
лиза процесса контактной сушки тонкого листа бумаги можно
установить количество связанной волокнами влаги, которое, как
показали эксперименты, составляет 27,8—30%, считая на абс.
сухую массу.
Примерно те же данные были получены нами при исследо-
вании взаимодействия связанной воды с волокнами целлюлозы
методом ядерной магнитной релаксации. Одним из опытов бы-
ло установлено, что влага до 5,1% в древесной и до 3,4%
в хлопковой целлюлозе является прочно связанной и ее с из-
вестным приближением можно считать как адсорбированную
мономолекулярным слоем на развернутой поверхности целлю-
лозных волокон. Молекулы прочносвязанной воды фиксируют-
ся на волокнах, теряя при этом свободу перемещения. Пони-
женное количество прочносвязанной влаги в хлопковой целлю-
дозе по сравнению с древесной, по-видимому, объясняется от-
носительно небольшим объемом аморфных областей, отсут-
ствием гемицеллюлоз и, следовательно, меньшим количеством
активных центров адсорбции. В древесной целлюлозе полимо-
декулярная адсорбция завершается при 14,5%-ной (считая на
абс. сухую массу), а в хлопковой — при 9,5%-ной влажности.
Методом ядерной магнитной релаксации было установлено
[59], что в результате химических обработок целлюлозы, при-
водящих к изменению в технической целлюлозе содержания
гемицеллюлоз и ее структурных изменений, существенно изме-
няется взаимодействие воды с целлюлозой. В мягких условиях
обработки преобладающим является влияние удаления геми-
целлюлоз, что сказывается на уменьшении адсорбции целлюло-
зой молекул воды. В жестких условиях обработки целлюлозы,
несмотря на малое содержание в ней гемицеллюлоз, адсорбция
молекул воды возрастает из-за повышенной доступности к во-
де гидроксильных групп целлюлозы и может приближаться
к величине адсорбции воды исходной целлюлозой.
Метод ядерной магнитной релаксации позволил количествен-
но определить рост содержания прочно связанной воды силами
мономолекулярной адсорбции в процессе размола целлюлозы.
6 Как видно из данных табл. 14, общее количество связанной
целлюлозой воды при этом увеличивается незначительно.
14. Изменение общего количества связанной воды и воды, связанной силами
мономолекулярной адсорбции, в зависимости от степени помола
небеленой сульфатной целлюлозы марки Э-1
Степень помола цел- люлозы, °1ПР Количество связанной воды, % Степень помола цел- люлозы, СШР Количество связанной воды, %
силами моно- молекулярной адсорбции общее силами моно- молекулярной адсорбции общее
27 3,2 27,8 57 5,5 28,7
34 3,9 28,0 63 5,8 29.2
48 5,1 28,5 74 6,0 29,8
Незначительное изменение (в сторону некоторого повыше-
ния) общего количества связанной волокнами воды при повы-
шении степени помола массы соответствует результатам опы-
тов, осуществленных в условиях менее точного способа наблю-
дений (по изменению положения критической точки на кривой,
характеризующей кинетику сушки отливок бумаги). В этих
менее точных опытах вообще не удалось обнаружить сколько-
нибудь заметное изменение количества связанной волокнами
влаги при изменении степени помола беленой сульфитной цел-
люлозы от 18 до 80° ШР.
Данные об общем количестве связанной волокнами влаги
хорошо соответствуют наблюдениям других авторов, осуществ-
ляющих подобного рода определения самыми различными ме-
тодами термогравиметрии (вымораживанием, отжимом при
сильном локализованном давлении и др.)- С повышением тол-
щины бумаги на замедление процесса ее сушки начинает ока-
зывать влияние сопротивление удалению влаги, вызываемое
структурой бумажного листа. Вследствие этого с увеличением
толщины бумаги период постоянной скорости сушки сокраща-
ется.
Л. С. Гуляевым [38] с использованием метода термограви-
метрического анализа было показано, что энергетические затра-
ты на удаление связанной воды превышают на величину 3,5—
4,5 МДж/кг соответствующие энергетические затраты на удале-
ние свободной влаги. Это ранее не учитывалось в соответствую-
щих расчетах при определении расхода тепла на сушку бу-
маги.
С помощью метода ядерной магнитной релаксации нами бы-
ло показано, что независимо от способа сушки (контактная,
конвективная и контактная совместно с сушкой в поле высо-
кой частоты) удаление из бумаги всех видов влаги, за исклю-
чением прочносвязанной, отмечалось одинаковым образом на
соответствующих кривых, характеризующих процесс. Однако
в то время как при конвективной сушке удаление мономолеку-
лярно-связанной влаги начиналось с 6% абс. влажности цел-
люлозы, при контактной эта влага удалялась начиная с 5,2%,
а при комбинированной — с 4,8%. Указанные изменения ад-
сорбционной способности целлюлозы свидетельствуют о внут-
ренних структурных изменениях в целлюлозе, связанных с раз-
личным механизмом тепло- и массопереноса при различных
методах сушки. Поскольку емкость мономолекулярно-адсорби-
рованного слоя прямо пропорциональна удельной поверхности
адсорбента, по-видимому, в условиях контактной и комбиниро-
ванной сушки происходит более значительное уменьшение
удельной поверхности целлюлозы по сравнению с конвектив-
ной сушкой.
Попеременное изменение в направлении движения испаряе-
мой влаги в толще бумажного полотна при сушке его на ци-
линдрах, расположенных в шахматном порядке, приводит к не-
которому замедлению процесса сушки по сравнению с условия-
ми сушки, при которых влага удаляется все время в одном
направлении (янки-цилиндр, расположение цилиндров в одном
ярусе). Это различие в скорости сушки почти не наблюдается
при сушке тонкой бумаги и заметно при сушке папки или кар-
тона.
Пока удаляется вся свободная влага, свойства высушивае-
мых таким образом волокон обратимы после их набухания
в воде. Однако с началом удаления связанной влаги происхо-
дят уже необратимые изменения свойств волокон. При этом
следует иметь в виду, что контактная сушка бумаги на бума-
годелательной машине носит гетерогенный характер: в то вре-
как поверхностный слой, соприкасающийся с горячей су-
шильной поверхностью, уже пересушен, внутренние слои бума-
ги могут при этом содержать еще свободную влагу. Эта гете-
рогенность тем более ярко выражена, чем толще высушивае-
мая бумага.
При одной и той же степени помола массы волокна целлю-
лозы сохнут медленнее, нежели волокна древесной массы. По-
следние, будучи более грубыми, образуют в бумаге капилляры
с большим диаметром. Повышенная
же пористость бумаги облегчает
удаление из нее воды испарением.
К тому же связанная вода удаля-
ется из древесной массы легче, чем
из целлюлозы, благодаря наличию
в древесной массе инкрустирующих
веществ, препятствующих связи
клетчатки с водой. Возможно так-
же, что причиной отмеченной зако-
номерности служит менее прочная
связь лигнина с водой, чем целлю-
лозы с водой.
Рис. 52. Влияние степени
помола массы на скорость
контактной сушки бумаги
Канифольная проклейка не оказывает задерживающего
влияния на скорость сушки. Введение в композицию бумаги
минерального наполнителя приводит к ускорению сушки бу-
маги.
Опыты показали, что в первом периоде сушки разные виды
бумаги, приготовленные из массы различной степени помола,
сохнут примерно с одинаковой скоростью. Во втором периоде
сушки бумага из массы жирного помола сохнет медленнее,
нежели бумага из массы садкого помола. На рис. 52 представ-
лена установленная автором зависимость средней скорости суш-
ки бумаги от степени помола целлюлозы, из которой изготав-
ливалась бумага.
Проведенными нами опытами было показано, что для
сравнения скорости сушки двух образцов бумаги, отличаю-
щихся величиной массы 1 м2 при всех прочих равных условиях
(температура сушильной поверхности, состояние сушильных
сукон, композиция массы и пр.), пригодна эмпирическая фор-
мула
w/wt = («Zi/^)0’238 ,
где w и q — скорость сушки и масса 1 м2 одной бумаги;
<71 — соответственно скорость сушки и масса 1 м2 другой
бумаги.
Если увеличить массу 1 м2 бумаги вдвое (с 65 до 130 г/м2),
У* е. если принять qilq=2, получим: w/wl=2°’23S= 1,18 или
100(а»—щ1)/ш = 100(1,18—1)/1,18=15,3%.
Таким образом, в результате лабораторных исследований
установлено, что увеличение вдвое массы 1 м2 бумаги приводит
к уменьшению скорости сушки на 15,3%. Это достаточно
хорошо согласуется с данными производственных опытов Бак-
стера, при которых в аналогичных условиях наблюдалось
уменьшение скорости сушки на 18,7%. О скорости контактной
сушки бумаги на бумагоделательной машине правильнее су-
дить по съемам воды в 1 ч с 1 м2 сушильной поверхности, а не
по соответствующим съемам бумаги.
Для достаточно полной характеристики работы сушильной
части бумагоделательной машины должны быть выполнены
следующие работы: определить профилограммы влажности бу-
маги перед ее сушкой и перед накатом, измерить расход пара
на сушку и количество конденсата, определить влажность
и скорость воздушных потоков в машинном зале и в «карма-
нах» между сушильными цилиндрами с установлением расхода
воздуха и обследованием условий сушки в «карманах» (влаж-
ность воздуха, температура поверхности сушильных цилиндров
и бумаги), проверить работу сушильных сукон и сукносушите-
лей, определить поперечную усадку и натяжение бумажного
полотна в пределах сушильной части бумагоделательной маши-
ны, а также удельную производительность сушильной части по
количеству испаренной воды в 1 ч с 1 м2 греющей бумагу по-
верхности сушильных цилиндров и выявить влияние темпера-
турного режима сушки бумаги на показатели ее основных
свойств.
Проведенные исследования процесса контактной сушки бу-
маги позволили автору разработать экспресс-метод определе-
ния влажности бумаги, целлюлоз^ и картона, а также кон-
центрации бумажной массы. Метод основан на быстрой кон
тактной сушке образцов при температуре 180—200° с исполь-
зованием для этой цели электросушильной горки. При этом за
короткий срок сушки образцов не успевают произойти столь
глубокие изменения химического состава бумаги, целлюлозы
или картона, которые бы могли отразиться на определении по-
казателя влажности материала. Возможные изменения показа-
телей механической прочности высушиваемого материала
в данном случае не существенны. Для определения влажности
бумаги вместо проведения расчетов применяется планшет-но-
мограмма (ПНФ) специальной конструкции. Предложенный
метод был проверен в ЦНИИБе и принят в качестве стандарт-
ного для определения влажности целлюлозы, бумаги и карто-
на. Указанный метод получил хорошую оценку на предприяти-
ях бумажной промышленности. Пм с успехом также пользуют-
ся на предприятиях асбестовой и текстильной промышлен-
ности.
1.7.3. Интенсификация процесса сушки бумаги
Одним из наиболее эффективных путей интенсификации
процесса сушки является применение пара высокого
давления, т. е. осуществление процесса сушки в условиях
повышенной температуры поверхности сушильных цилиндров.
Этот путь с технологической точки зрения является вполне
реальным и эффективным в тех случаях, когда применение вы-
соких температур поверхности сушильных цилиндров не ухуд-
шает свойств бумаги.
По данным А. Спэлдинга, повышение давления пара в су-
шильных цилиндрах, соответствующее повышению температуры
насыщенного пара от 121 до 153° С, приводит к возрастанию
скорости сушки более чем на 1/3, а увеличение давления, соот-
ветствующего повышению температуры насыщенного пара от
121 до 174° С, более чем на */2.
По данным того же автора и других литературных источни-
ков известно, что применение высоких давлений пара возмож-
но при сушке оберточно-упаковочных видов бумаги из сульфат-
ной целлюлозы, тарного картона, а также в известной мере при
выработке бумаги из беленой сульфатной целлюлозы, при ис-
пользовании которой нельзя применять лишь самые высокие
температуры сушки, так как они способствуют изменению цве-
та бумаги. Вместе с тем А. Спэлдинг отмечает и затруднения,
которые возникают при использовании пара высокого давления
для сушки бумаги. Они связаны в первую очередь с обеспече-
нием надлежащей смазки подшипников сушильных цилинд-
ров в условиях работы их при высокой температуре, а также
с неизбежным сокращением срока службы сушильных
сукон.
Действительно, повышенная температура поверхности су-
шильных цилиндров крайне отрицательно сказывается на хлоп-
чатобумажных сушильных сукнах, вызывая их ослабление, под-
горание и резкое снижение срока службы. Шерстяные сукна
несколько более стойки, однако шерстяное волокно при темпе-
ратуре выше 100° С значительно теряет свою прочность и эла-
стичность. Чем выше температура, тем процесс идет интенсив-
нее; при 110° С шерсть начинает выделять аммиак, а со
120° С — сероводород.
Вредное влияние повышенной температуры па сушильное
сукно особенно сильно действует при обрывах бумажного по-
лотна во время непосредственного соприкосновения сукна с го-
рячей поверхностью сушильных цилиндров.
Высокое давление пара в сушильных цилиндрах практиче-
ски нашло применение преимущественно при выработке тар-
ного картона и на самосъемочных машинах, т. е. когда возмож-
но отсутствие сушильных сукон. Для расширения возможности
использования повышенной температуры сушки первоначально
применяли асбестированные сушильные сукна, а в последнее
время — сукна из термоустойчивых синтетических волокон,
и в частности из терилена.
Способы введения синтетических волокон в композицию
сушильных сукон различны. В некоторых случаях для увеличе-
ния прочности хлопчатобумажной ткани в смеску вводят отно-
сительно небольшое количество синтетических волокон. Неред-
ко заменяют хлопчатобумажные нити на рабочей поверхности
сукна крученой найлоновой или териленовой пряжей. На рабо-
чей поверхности таких сукон хлопчатобумажные нити спирале-
образно обвиты нитями синтетических волокон. Благодаря это-
му срок службы подобных сукон примерно вдвое превышает
срок службы хлопчатобумажных. Кроме того, они имеют
исключительно гладкую поверхность, термо- и кислото-
стойкость, высокие показатели сопротивлений истиранию
и излому.
Возможно также использование сушильных сукон, изготов-
ленных целиком из того или иного вида синтетических волокон.
Эти сукна имеют ворсистую поверхность, напоминают шерстя-
ные и отличаются сроком службы, превышающим в 4—5 раз
срок службы обычных хлопчатобумажных сукон. Из отечествен-
ных синтетических волокон наиболее пригодны для изготовле-
ния термостойких сушильных сукон волокна лавсана.
При высокой температуре сушильной поверхости рекоменду-
ется в качестве радикального средства полная замена сушиль-
ных сукон сетками из пластмассы (найлона). Подобные сетки
устойчивы к высокой температуре, истиранию, гидролитическо-
му воздействию. Они способствуют уменьшению расхода пара
и обеспечивают более равномерную влажность по ширине вы-
рабатываемой бумаги. Их применение с большим сроком служ-
бы возможно при высокой скорости работы бумагоделательной
машины. Срок службы пластмассовых сеток значительно боль-
ше срока службы сушильных сукон.
Пары свободно проходят сквозь ячейки сетки и на сопри-
касающейся с ней стороне бумажного полотна происходит
большое испарительное охлаждение полотна, из-за чего возра-
стает температурный перепад между сторонами бумаги и улуч-
шаются условия теплопередачи.
Эти сетки отличаются высокой воздухопроницаемостью, до-
пускают применение более высокого натяжения и обеспечива-
ют лучшие условия для вентиляции карманов между сушиль-
ными цилиндрами. Сетки увлекают с собой сравнительно сухой
воздух и нагнетают его в карманы, вытесняя влажный воздух
с поверхности бумажного полотна.
Из практики известно, что сушильные сетки позволяют по-
высить скорость бумагоделательных машин на 10—30% и сни-
зить расход пара до 24%. Известны случаи, когда использо-
вание сушильных сеток обеспечивало устойчивое увеличение
производительности бумагоделательной машины на 15%, но
даже при небольшом повышении производительности (на
2__з%) достигаемая экономия только за первый месяц превы-
шает стоимость применяемых сушильных сеток.
Вместе с тем недостатками этого вида одежды сушильной
части машины являются вызываемая сетками маркировка на
бумажном полотне, в особенности отличающемся мягкостью
л' пухлостью, и колебания самого полотна в промежутках
между сушильными цилиндрами. При выработке тонкой бума-
ги при высокой скорости работы бумагоделательной машины
отмечалась вибрация бумажного полотна в сушильной части
под влиянием воздействия воздуха, увлекаемого сеткой при ее
движении. Для уменьшения этого явления рекомендуется в по-
добных случаях применять сетки или сушильные ткани с мень-
шей воздухопроницаемостью, а также соответствующее разме-
щение бумаговедущих валиков. Все же при выработке высоко-
сортных видов бумаги рекомендуется применять не сетки или
легкие сушильные ткани, а обычные сушильные сукна. Однако
применение сушильных тканей многослойной структуры дает
возможность получить повышенную гладкость, что расширило
область использования таких тканей.
Сушильные ткани в настоящее время применяются на мно-
гих бумагоделательных машинах во всех сушильных группах
не только при выработке бумаги из сульфатной целлюлозы, но
также при выработке газетной и офсетной видов бумаги.
Приобрели распространение и сетки, в которых основой слу-
жит найлон, а в качестве утка — металлическая проволока, об-
витая асбестовыми волокнами. Эти сетки успешно используют-
ся при сушке крафт-лайнера, беленых сульфатных видов кар-
тона и бумаги, а также основы для гофрирования. Однако
известно и то, что с применением этих сеток повысилась ворси-
стость бумаги. При скорости машины 600 м/мин и выше и мак-
симальной температуре некоторых сушильных цилиндров 150° С
срок службы описываемых сеток достиг 12—14 мес. На одном
из предприятий, где максимальная температура поверхности
некоторых сушильных цилиндров доходила до 160—171° С,
срок службы, описываемых сеток достигал даже 17 мес. На
группах сушильных цилиндров в середине и в конце сушиль-
ной части при использовании сеток не требовалось установки
Цилиндров, обычно применяемых для сушки сукон (сукносуши-
телей). Высокая стоимость комбинированных сеток с металли-
ческими проволоками ограничивает их широкое распростра-
нение.
В работе Л. Остерберга и С. О. Нориндера приведена ха-
рактеристика основных видов современной одежды сушильной
части бумагоделательных машин. Выбор вида сушильных су-
кон должен осуществляться с учетом требований, предъявляе-
мых к качеству вырабатываемой бумаги. Так, например, при
выработке конденсаторной бумаги рекомендуется применение
чистошерстяных сушильных сукон, так как наличие синтетиче-
ских волокон в композиции сукон, в особенности на стороне
сукна, соприкасающейся с бумагой, способствует возникнове-
нию статического электричества, затрудняющего отделение бу-
маги от сукна. Кроме того, отдельные синтетические волокна,
попавшие на поверхность бумаги, при ее пропуске через супер-
каландр расплавляются, пристают к поверхности валов, что
влечет за собой отверстия в бумаге, обрывы бумажного полот-
на и необходимость частой очистки валов. Тонкое полотно кон-
денсаторной бумаги не должно иметь на своей поверхности от-
печатков (маркировки) структуры сукна. Поэтому совершенно
исключается в данном случае замена сушильного сукна синте-
тической сушильной сеткой. Вместе с тем хорошо зарекомен-
довали себя для выработки конденсаторной бумаги иглопро-
бивные комбинированные сушильные сукна, имеющие синтети-
ческую тканую основу и слой, соприкасающийся с бумагой, из
шерстяных, хорошо закрепленных волокон. Такие сукна целе-
сообразно применять на сушильных цилиндрах первой полови-
ны сушильной части бумагоделательной машины.
На быстроходных бумагоделательных машинах при выра-
ботке газетной бумаги используются сушильные сетки из мно-
гофиламентной ткани, а не моноволоконного строения. Однако
часто на первых сушильных группах быстроходных бумагоде-
лательных машин применяют хлопчатобумажные сукна, упроч-
ненные поверхностным слоем из синтетических волокон, а так-
же комбинированные трехслойные конструкции сеток-сукон
с гладкой сомкнутой поверхностью, обеспечивающие плотный
контакт бумажного полотна с поверхностью сушильных цилинд-
ров, не вызывая при этом сколько-нибудь заметной маркиров-
ки на поверхности бумаги.
При выработке бумаги из макулатуры, содержащей битум
или вызывающей смоляные затруднения, предпочтение отдают
сушильным сеткам, а не сукнам. Сетки легче, чем сукна, под-
даются очистке, которую осуществляют мягкими щетками или
спрысковой водой. Известно о применении в подобных случаях
специальных сеток, к поверхности которых такого рода загряз-
нения не прилипают.
В. М. Клопов считает, что высокое давление пара целесо-
образно в первую очередь применять на быстроходных карто-
ноделательных машинах. Он указывает, что для сушки картона
массой 300 г/м2 при скорости 325 м/мин требуется свыше 100 су-
шильных и 20 сукносушильных цилиндров даже при давлении
пара в 830 кПа, а при обычном давлении в 196 кПа сушиль-
ная часть стала бы еще более громоздкой.
Газетная бумага вырабатывается на наиболее быстроход-
ных бумагоделательных машинах. На первый взгляд, казалось
бы, что именно применительно к этому виду бумаги для умень-
шения громоздкости сушильной части машины следовало бы
использовать пар высокого давления. Однако практически это
не осуществляется, и причиной, по-видимому, является не толь-
ко вредное влияние высокой температуры на сушильные сукна,
до и на газетную бумагу: снижается и без того низкий показа-
тель удлинения при разрыве этого вида бумаги (см. рис. 47),
разрыхляется структура листа, увеличивается пылимость бу-
маги и должна возрасти обрывность бумажного полотна в су-
шильной части бумагоделательной машины.
Существенное увеличение производительности сушильной
части бумагоделательной машины может быть достигнуто за
счет усовершенствования вентиляции. Однако если ограничить-
ся только вдуванием горячего воздуха между цилиндрами
и сукнами, то увеличение производительности сушильной ча-
сти машины обычно не превышает 10%.
За последние годы большой прогресс в интенсификации
сушки был достигнут с использованием у сушильных цилиндров
колпаков скоростной сушки типа Спунера или дру-
гих типов (Гарднера, ЦНИИБуммаш, Экк, Блэк-Клаусон и пр.).
Принцип действия этих устройств основан на том, что обычная
контактная сушка бумаги интенсифицируется благодаря одно-
временному обдуванию бумажного полотна горячим воздухом,
направленным на поверхность высушиваемого материала через
специальные насадки (форсунки) с большой скоростью. Таким
образом, одновременно происходит контактная и конвективная
сушка бумаги.
Свежий воздух подастся вентилятором через калорифер,
камеру давления и форсунки на поверхность бумаги или
картона. Отработанный влажный воздух через отверстия во
внешней обшив_ке колпака вытяжным вентилятором частично
возвращается в калорифер для повторного нагревания и рецир-
куляции и частично удаляется в атмосферу. Для удаления отхо-
дов и осмотра оборудования предусмотрена возможность отво-
да колпака от сушильного цилиндра. Практикуется и сочета-
ние применения колпаков у сушильных цилиндров и сушиль-
ных сеток.
Первоначально колпаки скоростной сушки бумаги устанав-
ливались только при сушке бумаги односторонней гладкости на
янки-машинах. Производительность сушки при этом в несколь-
ко раз возросла. В дальнейшем колпаки стали устанавливать
и на обычных бумагоделательных машинах (этим достигали
повышения производительности более чем на 25%) и на ком-
бинированных машинах с лощильным цилиндром.
Практические данные о работе бумагоделательных машин
при использовании в сушильной части колпаков скоростной
сушки бумаги уже описаны в литературе. Здесь следует лишь
отметить, что подобные колпаки не рекомендуется устанавли-
вать при сушке бумаги повышенной массы 1 м2 и бумаги
с весьма влажным покровным слоем, а также при сушке сла-
бого бумажного полотна, которое может быть порвано струей
горячего воздуха.
В целях интенсификации процесса сушки применяют уста-
новки сукносушителей по методу Финей. Такая установка
сукносушителей практикуется главным образом на первых су-
шильных группах некоторых новых бумагоделательных машин
при выработке газетной бумаги и при использовании в сушиль-
ной части машины сушильных сукон.
Часто применяются сукносушильные валики Маделейна,
служащие для продувки сушильных сукон горячим воздухом,
способствуя интенсификации процесса сушки на 10—15% и уд-
линению срока службы сушильных сукон.
Метод продувки высушиваемого полотна горячим воздухом
оказался практически пригодным не только для просушки су-
шильных сукон, но и для сушки некоторых видов бумаги, в осо-
бенности отличающихся повышенной воздухопроницаемостью.
Практически достигнутая интенсивность сушильного процес-
са при этом превосходит в 5—10 раз среднюю интенсивность
сушки бумаги контактным способом на сушильной части бума-
годелательной машины. Однако сушильная часть машины,
включающая узел сквозной продувки бумажного полотна,
имеет сложную конструкцию, что представляет собой пока еще
серьезное препятствие для широкого промышленного распрост-
ранения тепломеханического способа сушки бумаги.
Одним из условий наиболее эффективной работы сушильной
части бумагоделательной машины является точная регулиров-
ка параметров и подачи воздуха для вентиляции. Это осуще-
ствляется только при использовании полностью закрытого кол-
пака над сушильными цилиндрами, являющегося в настоящее
время неотъемлемой частью современной быстроходной бума-
годелательной машины. Количество воздуха, отсасываемого из
закрытого колпака, значительно меньше количества воздуха,
удаляемого при открытом колпаке. По экспериментальным
данным Б. Следжа, на одной из быстроходных машин общая
производительность всех вентиляторов составляла 1613 м3/мин
при работе с открытым колпаком и 958 м3/мин — при закрытом.
На машинах с закрытым колпаком колебания влажности
бумажного полотна по его ширине могут быть сведены при-
мерно к 3%, в то время как при наличии полузакрытой или
открытой сушильной части колебания влажности значительно
выше и могут в этих условиях считаться хорошими, когда ве-
личина колебаний влажности по ширине машины составляет
8-9%.
Мероприятия по интенсификации работы сушильной части
машины не ограничиваются указанными выше. Для эффектив-
ной работы сушильных цилиндров необходимо следить за тем,
чтобы процесс сушки проходил при максимальном коэффици-
енте теплопередачи от греющего пара к поверхности высуши-
ваемой бумаги. Поэтому цилиндры должны иметь чистую
поверхность изнутри и незасмоленную чистую — снаружи. Уда-
ление конденсата из цилиндров обеспечивается применением
современных усовершенствованных систем подвода пара и от-
вода конденсата. Скопление воздуха внутри цилиндров недопу-
стИМо. Известно, что наличие в паре 10% по объему воздуха
приводит к снижению производительности сушки на 8%.
Р По некоторым литературным данным, введение аминов не-
которых высокомолекулярных веществ в пар с образованием
в нем эмульсии способствует образованию на внутренней по-
верхности сушильных цилиндров гидрофобной пленки, препят-
ствующей образованию пленки конденсата. Это приводит к по-
вышению коэффициента теплопередачи в 3—4 раза, повышению
производительности сушки на 5—10% и снижению на 20% кор-
родирующего действия конденсата на стенки сушильного ци-
линдра.
1.8. ОТДЕЛКА
1.8.1. Основные положения
Под отделкой бумаги подразумеваются операции, осуществ-
ляемые с бумагой после ее сушки. Эти операции начинаются
еще на холодильных цилиндрах бумагоделательной машины.
Здесь бумага обычно охлаждается и увлажняется на 1—2%,
благодаря чему становится более пластичной. Одновременно
возрастает и степень ее удлинения до разрыва. Все это облег-
чает пропуск бумаги через машинный каландр, так как сухая
бумага, и особенно пересушенная, из-за малой растяжимости
и ломкости вблокон часто рвется и плохо выглаживается меж-
ду валами машинного каландра. Снижение сухости бумажного
полотна перед машинным каландром предотвращает скопление
на поверхности бумаги электростатического заряда, возникаю-
щего при трении сухой бумаги о валы каландра, а также при
его намотке в рулоны на накате.
При изготовлении бумаги на бумагоделательной машине
трудно получить высушенную бумагу с равномерной и конди-
ционной влажностью. Часто после сушки наблюдаются в бума-
ге продольные сырые полосы, появление которых может быть
вызвано различными причинами: неравномерностью разлива
массы при ее выходе на сетку машины, дефектами бомбиров-
ки прессовых валов, загрязнением прессовых сукон и пр. Ра-
зумеется, что лучшее, но не всегда легко осуществимое сред-
ство борьбы с этим дефектом — ликвидация причины его воз-
никновения. Однако простейшее средство, к которому обычно
и прибегает обслуживающая бумагоделательную машину брига-
да рабочих,— пересушивание всего бумажного полотна, при
котором высыхают и сырые полосы. Общая пересушка бумаж-
ного полотна повышает его жесткость и хрупкость, пылимость,
снижает величины сопротивления излому и удлинения бумаги
До разрыва, а также возникает при этом электростатический
заряд. Поэтому для ликвидации пересушки бумаги и связан-
ных с ней дефектов практикуют повторное увлажнение бумаги
Перед накатом.
Увлажнение и охлаждение бумажного по-
лотна на охлаждаемых проточной водой холодильных ци-
линдрах, бумаговедущем валике и на цилиндре наката проис-
ходит за счет того, что на соприкасающихся с бумагой холод-
ных поверхностях этих цилиндров и валика конденсируется
влага из окружающего воздуха, которая впитывается бумагой.
Если в дальнейшем бумага пропускается через суперка-
ландр, то ее предварительно увлажняют известными способа-
ми либо на самой бумагоделательной машине перед накатом,
либо на увлажнительном станке. Иногда увлажнение бумаги
осуществляют на перемотно-резательном станке. Практикуют
и увлажнение бумаги (одностороннее или двухстороннее) под-
париванием на самом суперкаландре до пропуска ее между
валами этого каландра.
При увлажнении бумаги основное внимание должно быть
обращено на равномерность восприятия бумагой влаги, для
чего требуется, чтобы в случаях увлажнения каплями воды по-
следние были бы возможно более тонко диспергированы. Это
достигается применением соответствующих насадок распылите-
лей, использованием воздуха для пневматического распыления
воды с достаточно высоким давлением и другими мероприятия-
ми, в числе которых может быть отмечен и электростатический
метод увлажнения. Последний характеризуется тем, что каплям
воды, разбрызгиваемой пневматическим способом, одновремен-
но сообщается отрицательный электростатический заряд, бла-
годаря которому снижается величина поверхностного натяже-
ния на границе фаз капля воды — воздух. Вследствие взаимно-
го отталкивания капель предотвращается их столкновение
и слияние в более крупные капли. Стремясь к положительно-
му полюсу постоянного тока, к которому присоединен бумаго-
ведущий валик, капли воды на большой скорости ударяются
о поверхность бумаги и энергично проникают в ее поры. Недо-
статком электростатического метода увлажнения бумаги явля-
ется необходимость размещения всей установки под сеточным
экраном, снабженным прорезями для входа и выхода бумаги.
Это вызвано наличием высокого напряжения (100 000 В), при-
меняемого для сообщения каплям воды отрицательного элект-
рического заряда.
В последнее время электростатический способ увлажнения
бумаги усовершенствован и получил распространение. Каждой
из сторон бумаги в отдельности сообщается одинаковый по ве-
личине, но противоположный по знаку заряд. Под действием
электрического поля частицы воды падают на поверхность бу-
маги со скоростью, значительно превышающей скорость свобод-
ного падения этих частиц в воздухе под влиянием силы тяже-
сти. Поэтому траектория движения частиц воды почти не
смещается потоком воздуха, увлекаемого движущейся бумагой,
и частицы воды пересекают этот слой воздуха, полностью осаж-
даясь на бумаге. Это позволяет контролировать количество во-
ы наносимой на поверхность бумаги, и регулировать влаж-
ность бумаги регулировкой общего расхода воды на увлажне-
ние и в каждое сопло в отдельности. В увлажненной с двух
сторон бумаге не остается остаточных электрических зарядов,
чему способствует также электропроводность бумаги. Электро-
статический метод увлажнения способствует ее выработке с над-
лежащей плоскостностью, равномерной влажностью и лишен-
ной зарядов статического электричества. Однако этим спосо-
бом нельзя пользоваться в случаях наличия бумаги с легко
разрушаемой и быстро размокаемой при увлажнении поверх-
ностью, например при увлажнении бумаги с покрытием, по-
верхность которой размокает и теряет лоск.
М. Дэлонэ описывает установку мощностью в 100 кВт для
увлажнения бумаги электростатическим способом, успешно ра-
ботающую при скорости до 600 м/мин. Как сообщает указан-
ный автор, проникновение воды при увлажнении клееной бу-
маги в толщу бумажного полотна на глубину только 7% от его
толщины уже достаточно для снятия в бумаге внутренних на-
пряжений, вызывающих нарушение ее плоскостности.
Хорошее и равномерное увлажнение бумаги достигается
также при использовании на бумагоделательной машине ув-
лажнителя Шеллера. Принцип его действия основан на увлаж-
нении бумаги от соприкасающегося с ней влажного от водяных
спрысков сукна. Степень увлажнения бумаги регулируется из-
менением влажности сукна, что в свою очередь достигается
изменением удельного давления между валами вальцовой сук-
номойки, отжимающей избыток влаги из сукна. Чем больше
удельное давление между валами пресса, тем суше сукно и тем
меньшей будет влажность смачиваемой сукном бумаги. Увлаж-
нение бумаги по методу Шеллера осуществляется обычно на
холодильных цилиндрах.
Иногда для придания бумажному полотну мягкости на
ощупь и пластичности при увлажнении бумаги одновременно
осуществляется ее пластификация водными растворами глице-
рина, сорбита, смесью этих пластификаторов или другими пла-
стификаторами. При этом бумагу, пластифицированную хими-
катами-пластификаторами, совсем не обязательно подвергать
каландрированию. Пластифицируют бумагу в тех случаях, ког-
да нужно устранить излишнюю жесткость бумаги на ощупь,
затрудняющую либо дальнейшие операции обработки бумаги,
либо использование ее у потребителей.
Для получения равномерной влажности бумажного полот-
на, перед тем как пропускать его через суперкаландр, в боль-
шинстве случаев целесообразно подвергнуть бумагу отлежке
в специальном помещении, которое ранее называлось «сырил-
кой», где поддерживается повышенная относительная влажность
окружающего воздуха (примерно 75%).
На старых фабриках подобное помещение обычно размеща-
лось в подвальном этаже. Оно не отапливалось и не вентили-
ровалось. Повышенная относительная влажность окружающего
воздуха создавалась либо конденсацией паров влажного и теп-
лого воздуха, поступающего из зала бумагоделательных ма-
шин, либо путем искусственного увлажнения водой пола этого
помещения.
В современных условиях для отлежки бумаги используют
помещения, в которых автоматически поддерживаются конди-
ционные величины температуры и влажности воздуха.
Время кондиционирования бумаги зависит от ее свойств
и назначения, а также от условий кондиционирования. Очевид-
но, что для выравнивания влажности клееной бумаги, в особен-
ности повышенной массы 1 м2, требуется при всех прочих рав-
ных условиях больше времени из-за затрудненного в данном
случае влагообмена, чем для неклееной бумаги.
Наиболее эффективно кондиционирование бумаги в специ-
альных установках, которые могут быть расположены как на
современных скоростных бумагоделательных машинах перед
накатом, так и отдельно, вне бумагоделательной машины.
В этих установках самой различной конструкции бумага под-
вергается воздействию теплого воздуха с температурой 45—
60° С при относительной влажности 80—100%. Расход воды
в установке 3—4% от массы пропускаемой бумаги.
1.8.2. Влияние каландрирования на свойства бумаги
Основная цель каландрирования различных видов
бумаги для письма и печати — получение поверхности бумаги
с нужной степенью гладкости. При каландрировании же пер-
гамина для получения чертежной кальки необходимым являет-
ся в первую очередь получение прозрачной бумаги с плотной
и равномерной структурой при максимальном вытеснении воз-
духа из толщи листа. Каландрированием конденсаторной бума-
ги преследуется цель уменьшения ее толщины и уплотнение ее
структуры. В результате каландрирования всех видов бумаги
выравнивается их толщина, снижается сжимаемость бумаги.
Эффект каландрирования обусловлен воздействием на бумаж-
ное полотно давления и трения в зоне контакта между валами.
При каландрировании область воздействия на полотно бу-
маги между валами каландра может быть разделена на две
зоны, которые переходят одна в другую примерно по централь-
ной линии между валами. В первой зоне поверхность выгла-
живается под действием силы, направленной в основном пер-
пендикулярно поверхности, и при этом выступы на поверхности
бумажного полотна уплотняются до уровня углублений. Во
второй зоне силы сжатия действуют в основном в осевом на-
правлении и волокна при этом сдвигаются, заполняя свобод-
ные пространства между ними.
Вместе с тем каландрирование не является чисто механи-
ческим процессом. При этом процессе перераспределяются свя-
между волокнами. Из практики известно, что в одних слу-
чаях после каландрирования несколько повышается сопротив-
ление бумаги разрыву, в других — наблюдается обратное явле-
ние: в результате каландрирования снижается сопротивление
бумаги разрыву. Это большей частью можно объяснить следу-
ющим образом. При каландрировании чрезмерно сухой или
неравномерно увлажненной бумаги может быть такое перерас-
пределение связей, при котором усиление одних связей за счет
сближения между собой активных групп на поверхности набух-
ших и гибких волокон не компенсируется разрывом других свя-
зей, происшедшим при сдвиге или при раздавливании грубых
и сухих волокон. Отсюда понятно значение равномерного
увлажнения бумаги и последующего перед каландрированием
ее кондиционирования для получения высоких показателей ме-
ханической прочности бумаги. Понятным также становится
наблюдаемое после каландрирования снижение сопротивления
разрыву газетной бумаги, состоящей в основном из грубых во-
локон древесной массы.
Таким образом, условия каландрирования бумаги (ее ком-
позиция, влажность, равномерность распределения влаги и пр.)
определяют влияние процесса каландрирования на ее механи-
ческую прочность. По-видимому, только различием этих усло-
вий процесса можно объяснить противоречия в некоторых дан-
ных различных авторов о влиянии процесса каландрирования
бумаги на ее механическую прочность. Например, в одном из
американских источников сообщается, что с повышением
удельного давления при каландрировании число двойных пере-
гибов бумаги снижалось, тогда как В. Брехт указывает, что
при каландрировании бумаги для конторских книг наблюда-
лось повышение числа двойных перегибов, а также разрывной
длины бумаги с увеличением удельного давления.
Уплотнение бумажного полотна в мокрых прессах значи-
тельно больше сказывается на изменении показателей его ме-
ханической прочности (в частности, сопротивления разрыву),
нежели уплотнение в каландре. Это можно объяснить наличи-
ем в бумажном полотне, проходящем через прессовую часть
машины, большого количества свободной влаги, тогда как при
каландрировании бумаги свободной влаги в ней содержится
сравнительно малое количество. При уплотнении бумажного
полотна свободная влага способствует лучшему переплетению
и связыванию между собой тонких и тончайших фибрилл со-
пряженных волокон. Как указывает Дж. Д’А Кларк, если дав-
ление прикладывается при отсутствии свободной влаги вокруг
набухших волокон, отжим воды из волокон может привести
к разрушению крупных и мелких фибрилл.
С увеличением давления при каландрировании уменьшают-
ся: толщина бумаги, ее пористость, воздухопроницаемость,
сопротивление раздиранию, светонепроницаемость, а также сте-
пень проклейки. Одновременно растут гладкость, лоск бумаги,
13 2675 193
ее плотность и удлинение до разрыва. Сопротивление бумаги
продавливанию при этом практически остается без изменения
На рис. 53, по данным В. Н. Неманихпна и Л. Е. Комаров-
ского, приведены графические зависимости изменения физико-
механических показателей конденсаторной бумаги от величины
линейного давления при каландрировании.
а
1,30-
1,28-
1,2k-
1,20-
1,16 - 3000
8000
i:
0,92 - ^.3000
0,88-^- 2000
—I-----1---1________I___I___I_____i______i
686 980 125k 16951920 2156 2099 2862
P, г Н/п
0,8k - 1000
Рис. 53. Зависимость плотности, разрывной длины и толщины конденсатор-
ной бумаги от линейного давления при каландрировании
Ф. Вульч отмечает, что в том случае, когда в результате
каландрирования наблюдается снижение сопротивления бумаги
разрыву, оно в большей степени снижается в машинном на-
правлении бумаги, чем в поперечном. Вытяжка по длине бу-
мажного полотна в результате его каландрирования, в зависи-
мости от вида бумаги и условий каландрирования, составляет
0,5—1,5%. Увеличение ширины бумажного полотна при этом
составляет примерно 0,2%.
Влага является пластификатором растительных волокон.
Поэтому повышение влажности бумаги увеличивает ее пластич-
ность, благодаря чему она хорошо уплотняется и выглаживает-
ся, проходя между валами каландра. Пропуск через каландр
чрезмерно сухой бумаги влечет за собой частые обрывы бумаж-
ного полотна, к тому же качество каландрированной бумаги
при этом оказывается невысоким: она имеет низкие показате-
ли гладкости, лоска и плотности. Вместе с тем слишком высо-
кая влажность каландрируемой бумаги также неприемлема.
В этом случае возможны обрывы, раздавливание структуры
бумажного полотна, а также потемнение бумаги и появление
на ее поверхности залощенных темных и просвечивающих мест.
Последний дефект особенно резко проявляется тогда, когда
свлажнение бумаги перед каландрированием было неравномер-
ным и на ее поверхность попадали крупные капли разбрызги-
ваемой воды. Степень гладкости, полученная в результате ка-
ландрирования чрезмерно увлажненной бумаги, не является
постоянной и с течением времени уменьшается. Таким обра-
зом, в каждом случае в зависимости от вида каландрируемой
бумаги и условий ее каландрирования существует оптимальная
величина влажности каландрируемой бумаги. При этом следу-
ет иметь в виду, что некоторое количество влаги испарится
в процессе каландрирования на горячих валах каландра.
На первый взгляд кажется странным, для чего бумагу вна-
чале высушивают, а затем вновь перед каландрированием
увлажняют. Казалось бы более рациональным ее не досуши-
вать и сразу же с требуемой влажностью пропускать через ка-
ландр. Однако практически так поступать не удается главным
образом потому, что при этом способе производства трудно
получить равномерную влажность бумаги. Действительно, на
действующих бумагоделательных машинах практически невоз-
можно получить равномерную влажность бумаги, если ее не
пересушивать до содержания 5—6% воды. Только в этих усло-
виях при замедленном удалении с трудом испаряемой влаги
удается в значительной степени выравнить сухость по ширине
и длине изготовляемого бумажного полотна. Необходимость пе-
ресушивания бумаги для выравнивания ее влажности по шири-
не бумажного полотна является причиной повышенного расхо-
да пара и снижения производительности сушильной части ма-
шины. Имеются сведения, что для устранения влажных полос
и выравниванния по ширине картона его влажности приходит-
ся его пересушивать, что влечет за собой нередко снижение
производительности сушки даже на 15—20%.
. Однако при пересушке бумага подвергается некоторой гид-
рофобизации, вследствие чего такая бумага при последующем
увлажнении и каландрировании меньше подвержена раздавли-
ванию и потемнению, что очень важно применительно к бума-
ге из беленой целлюлозы и тряпичных волокон.
Для конденсаторной бумаги, как указывают В. Н. Немани-
хин и Л. Е. Комаровский, вообще оказалось бы невозможным
получение на накате бумагоделательной машины полотна
с влажностью порядка 25%, так как это встретило бы серьез-
ные трудности получения равномерной намотки рулонов подоб-
ной бумаги, а также ее разрезания. Необходимо было бы изы-
скивать меры по предотвращению опасности подсыхания кро-
Мок рулонов.
Для большинства видов бумаги, предназначенных для пись-
ма и печати, эта оптимальная влажность находится в пределах
от 5,5 до 8%. Папиросную бумагу уплотняют при влажности
12%. Влажность конденсаторной бумаги перед пропуском
еРез суперкаландр доводят до 10—13%, если необходимо по-
лучить плотность бумаги 1 г/см3, и до 24—30%> если бумага
должна иметь плотность 1,2 г/см3 и более. Пергамин, пропу-
скаемый через суперкаландр для получения чертежной кальки,
должен иметь влажность порядка 24—28%. Мелованную бума
гу для уплотнения покровного слоя, придания ему гладкости
и выравнивания толщины бумаги пропускают через суперка-
ландр при влажности 4—6%. При влажности ниже 4% сни-
жается гладкость бумаги. Если влажность мелованной бумаги
превышает 7%, то в результате каландрирования на бумаге
наблюдаются «мертвые» складки. Возможно также при этом
размягчение покровного слоя и повышенное выщипывание ча-
стиц пигмента с прилипанием их к поверхности металлических
валов. Мелованную бумагу рекомендуется каландрировать при
скорости не выше 300 м/мин. Однако скорость работы каланд-
ра не оказывает существенного влияния на гладкость каланд-
рируемой бумаги.
Это подтверждается и экспериментальными данными А. Ро-
зена, одновременно указавшего, что при каландрировании су-
хого картона максимальная гладкость его поверхности полу-
чается тогда, когда вытеснены пустоты из картона и из состав-
ляющих его волокон. При этом существует линейная зависи-
мость гладкости картона от его плотности.
Однако при высокой степени каландрирования повышается
обрывность бумаги. Поэтому при пропуске через суперкаландр
различных видов бумаги для письма и печати оптимальной мо-
жет считаться скорость в 600 м/мин, хотя некоторые суперка-
ландры успешно работают при скорости до 760 м/мин. Чем
выше скорость каландрирования, тем более твердыми должны
быть бумажные валы. Однако лоск быстрее повышается при
применении мягких набивных бумажных валов. При каландри-
ровании конденсаторной бумаги скорость работы каландра на-
ходится в пределах 100—250 м/мин в зависимости от толщины
уплотняемой бумаги.
Эффект каландрирования, как показали исследования, за-
висит от температуры валов суперкаландра. При нагревании
бумага лучше разглаживается. Повышая температуру валов
суперкаландра, можно в ряде случаев обойтись меньшим их
числом, снизить удельное давление каландрирования и, глав-
ное, получить прочную бумагу с высокой гладкостью поверх-
ности. Эффект повышения в данном случае механической проч-
ности бумаги после ее пропуска через суперкаландр определя-
ется не только пластификацией волокон, но и размягчением
гемицеллюлоз, которые при этом способны образовывать до-
полнительные междуволоконные связи. Однако температура
валов суперкаландра не должна быть чрезмерной, чтобы не
вызывать пересушки бумаги, а также деформации валов. Опти-
мальная величина температуры каждого из валов каландра
устанавливается опытным путем в зависимости от вида каланд-
рируемой бумаги, ее влажности, скорости работы каландра,
числа захватов бумаги в каландре и от других переменных
Лакторов процесса каландрирования. При увеличении скоро-
сти суперкаландра температура его валов несколько повыша-
ется.
В настоящее время все больше внимания уделяется вопросу
0 необходимом количестве пропусков (захватов) бумаги меж-
ду валами каландра для получения нужного эффекта каланд-
рирования. Опыты, проведенные в этом направлении на Ма-
линской бумажной фабрике, показали, что для нужного уплот-
нения конденсаторной бумаги нет необходимости использовать
двенадцативальные суперкаландры, которые ранее применялись
для этой цели. Вполне достаточно пропускать бумагу через
семивальный суперкаландр (6 захватов бумаги).
Наблюдения Мардона с сотрудниками показали, что при
пропуске газетной бумаги через машинный каландр толщина
ее резко снижается в первых же захватах бумаги. Если уста-
новлены последовательно два машинных каландра, то второй
каландр практически не снижает толщину бумаги при условии,
что давление между валами в нем не превышает максималь-
ного давления между валами первого каландра. Смысл уста-
новки последовательно двух каландров при выработке газет-
ной бумаги, по мнению указанных авторов, заключается в том,
что в первом каландре бумага уплотняется с наиболее замет-
ным уменьшением ее толщины, а во втором, работающем при
более высоком линейном давлении между валами, достигается
увеличение гладкости бумаги. Те же авторы установили, что
лоск (глянец) бумаги увеличивается приблизительно в линей-
ной зависимости при прохождении между каждой парой валов.
Поэтому для достижения высокого лоска бумаги желательно
возможно большее количество захватов бумаги. Повышение со-
держания наполнителя в бумаге способствует увеличению ее
лоска после пропуска через каландр. Так как верхняя сторона
бумаги содержит обычно большее количество наполнителя по
сравнению с нижней (сеточной) стороной, то и лоск верхней
стороны оказывается более высоким, что несколько увеличива-
ет разносторонность бумаги после ее прохождения через ка-
ландр.
Р. Хеллиер нашел, что плотность бумаги резко повышается
после прохождения ее между первым и вторым, а также вто-
рым и третьим валами суперкаландра при давлении до
174,5 кН/м. При дальнейшем повышении линейного давления
и после следующих валов скорость изменения плотности зна-
чительно уменьшается. Если при одном и том же достигнутом
значении плотности бумаги желательно повысить ее лоск, то
следует увеличить число захватов бумаги, одновременно сни-
зив линейное давление между валами каландра. Значительное
Увеличение влажности каландрируемой бумаги способствует
Повышению ее лоска и прозрачности с одновременным умень-
шением белизны бумаги.
На рис. 54, по данным Е. Коле с сотрудниками, представ-
лено изменение толщины мелованной бумаги, а на рис. 55 из-
менение лоска той же бумаги от количества захватов бумаги
в каландре.
Как было установлено В. Брехтом, гладкость при одинако-
вых условиях каландрирования бумаги возрастает в большей
степени у пухлой бумаги, изготовленной из массы садкого по-
мола, нежели у плотной бумаги, изготовленной из коротких
волокон жирного помола. По возрастающей способности повы-
шать гладкость бумаги при каландрировании растительные во
-
—I—।—I—।___l_J
О 2 4 6 8 1D 1Z
Количество захватов
бумаги в каландре
Рис. 54. Изменение тол-
щины мелованной бумаги
в зависимости от количест-
ва ее захватов в каландре
Рис. 55. Изменение лоска
мелованной бумаги в зави-
симости от количества ее
захватов в каландре:
1 — верхняя сторона; 2 — се-
точная сторона
Количество захватов бумаги
в каландре
локна могут быть расположены в следующий ряд: соломенная
целлюлоза, сульфитная еловая целлюлоза, осиновая целлюло-
за, древесная масса, эспарто. Влияние минеральных наполни-
телей на гладкость каландрируемой бумаги различно в зави-
симости от формы их частиц и твердости. По возрастающей
способности повышать гладкость бумаги при каландрировании
минеральные наполнители бумаги могут быть расположены
в ряд: аналин, мел, каолин, бланфикс, асбестин. Крупнозерни
стый ленцин вызывает даже понижение гладкости бумаги в ре-
зультате ее каландрирования. Хотя волокна жирного помола
обеспечивают получение более гладкой бумаги по сравнению
с волокнами садкого помола, тем не менее способность к при
обретению гладкости в результате каландрирования больше
у слабо размолотых волокон.
Наши наблюдения свидетельствуют о том, что при едина
ковой зольности бумага, подвергшаяся перед сушкой менее
интенсивному прессованию, после каландрирования обнаружи-
те
еТ более гладкую поверхность и лучшие печатные свойства
/повышенную оптическую плотность отпечатка).
' Работа А. Р. Зорензона показала, что зависимости измене-
ния толщины и гладкости бумаги от изменения удельного дав-
ления при каландрировании нелинейны и с ростом удельного
давления уменьшение толщины и повышение гладкости бумаги
замедляются. С увеличением числа проходов бумаги между ва-
дами каландра эффективность каландрирования возрастает
даже при сохранении неизменного удельного давления, что
объясняется упругопластическими свойствами бумажного по-
лотна: после каждого прохода упругая деформация сжатия
исчезает, а пластическая сохраняется.
При каландрировании бумаги значительно возрастает ее
гладкость, но при этом все же различается степень гладкости
обеих сторон бумаги. Верхняя ее сторона остается обычно бо-
лее гладкой по сравнению с сеточной (нижней) стороной. При
прохождении через валы каландра гладкость приобретает та
сторона бумаги, которая соприкасается с металлическим валом.
Бумажные валы благодаря своей большей мягкости и упругим
свойствам обеспечивают эластичное давление на бумагу, в ре-
зультате чего достигается равномерная степень ее отделки.
Обычно в суперкаландре чередуются металлические валы
с бумажными, а в середине каландровой батареи устанавлива-
ются один над другим два набивных бумажных вала, пройдя
которые, бумага уже другой своей стороной выглаживается,
соприкасаясь с гладкой поверхностью металлического вала.
Меняя в суперкаландре по его высоте местоположение двух
рядом расположенных бумажных валов, можно регулировать
число захватов бумаги, при которых она той или иной своей
стороной соприкасается с поверхностью металлических валов
суперкаландра. Таким образом, менее гладкую сеточную сто-
рону бумаги можно привести в соприкосновение с металличе-
скими валами каландра большее число раз, чем верхнюю,
и приблизить гладкость этой стороны бумаги к гладкости ее
верхней стороны. Этот метод уменьшения различия в гладкости
обеих сторон листа был применен практически. Очевидно, в су-
перкаландре, где отсутствуют два рядом расположенных бу-
мажных вала, будет все время выглаживаться только одна
сторона бумаги, что обеспечит получение бумаги односторон-
ней гладкости.
При каландрировании различных видов бумаги большое
значение имеет качество набивных бумажных валов суперка-
ландра. В зависимости от назначения каландрируемой бумаги
к этим валам предъявляются различные требования. Так, для
Уплотнения в суперкаландре конденсаторной бумаги набивные
бумажные валы изготовляются с использованием так называе-
мой асболатексной бумаги, содержащей асбест (70—80%)
и тряпичную льняную полумассу (30—20%). В качестве свя-
зующего используется синтетический латекс. Набивку производят
в гидравлическом прессе при удельном давлении 34,3—
49 МПа. Подобные валы отличаются высокой термостойкостью,
твердостью и длительным сроком службы, хотя их шлифуют
чаще, чем валы, набитые шерстяной бумагой, т. е. бумагой,
в композиции которой содержатся волокна шерсти. Такую же
набивку асболатексной бумагой или набивку грубой бумажной
тканью рекомендуется применять при каландрировании тонких
прозрачных видов бумаги. При пропуске же через суперка-
ландр газетной и ей подобных видов бумаги рекомендуется
применять бумажные валы с набивкой шерстяной бумагой,
придающей валам упругость. Еще более высокая степень упру-
гости вала достигается при использовании хлопковой набивки.
Валы с подобной набивкой применяются для каландрирования
мелованной бумаги. Попытки замены хлопчатобумажной на-
бивки валов суперкаландра различными синтетическими мате-
риалами (найлоновый чулок, сегменты из разных полимеров)
не дали положительного результата. Ведутся исследования по
использованию на суперкаландрах валов, покрытых рубашкой
из нетканого материала, полученного методом иглопробивания
и состоящего из акриловых и полиэфирных волокон и пропи-
танного смолой типа эпоксидной. Предварительные опыты сви-
детельствуют о высокой устойчивости подобных валов к мар-
кировке, и даже кромки толстых видов бумаги не оставляют
маркировки на этих валах.
1.8.3. Влияние прочих операций отделки на свойства бумаги
Нужный характер поверхности (степень зернистости и ше-
роховатости) рисовальной и чертежной бумаги достигается
применением на бумагоделательных машинах соответствующих
сукон, отпечаток которых на бумаге (маркировка) придает по-
следней требуемый характер поверхности. Для получения на
бумаге узора, например при изготовлении бумажных скатер-
тей, предварительно увлажненное бумажное полотно пропуска-
ют через тиснильные каландры с узорными валами.
Узор может быть нанесен на поверхность бумаги и методом
печати. За последнее время в этом направлении возможности
полиграфической промышленности обеспечили значительно бо-
лее широкое применение разных видов бумаги с напечатании
ми узорами разнообразной расцветки и формы, чем узорной
бумаги, изготовляемой непосредственно на бумагоделательной
машине.
В некоторых случаях для ’получения на поверхности бумаги
узора ткани бумажные листы перекладываются увлажненными
полотнами льняной ткани или холста различной фактуры. Сто-
па такой бумаги с проложенными для жесткости металлически-
ми листами подвергается давлению в прессе, после чего фак-
тура ткани передается бумаге. Такая узорная бумага, иногда
называемая бумагой Кубла, используется в качестве поч-
«говой, склеечной, форзацной, подложки для наклейки фотогра-
фий и для других целей.
v В зависимости от целевого назначения и требуемых форма-
тов бумаги ее разрезают либо на перемотно-резательных стан-
ках для получения рулонов заданной ширины, либо на само-
резках для получения листов заданного размера, либо, нако-
нец, на бобинорезательных станках для получения нужного фор-
мата бумаги в бобинах. На бобины, например, разрезают кон-
денсаторную бумагу, бумагу для телеграфной ленты, мунд-
штучную.
На перемотно-резательных станках, как и на каландрах,
широко применяются дугообразные разгонные валики Моунт-
Хоуп, служащие для удаления с поверхности бумажного полот-
на морщин и предотвращения образования складок. Они быва-
ют различной конструкции, с регулируемой и нерегулируемой
кривизной. Разгоняя полотно бумаги, такой валик препятству-
ет набеганию после разреза соседних кромок друг на друга,
благодаря чему нарезанные рулоны бумаги легко разъединя-
ются без применения кувалд и деревянных клиньев. Пользова-
ние клиньями совершенно недопустимо, так как это приводит
к порче бумаги с торцов рулона.
Установка валика Моунт-Хоуп на входе перед первым за-
хватом валов суперкаландра способствует тому, что бумага
поступает в суперкаландр в разглаженном и растянутом виде,
вследствие чего брак при каландрировании сводится к мини-
муму. В настоящее время гнутые валики Моунт-Хоуп устанав-
ливаются не только у отделочного оборудования. Помещая их
в прессовой части бумагоделательной машины, увеличивают
срок службы прессовых сукон, а также этим распрямляют
и расширяют бумажное полотно. Разгонные валики успешно
применяются также при их установке до и после клеильного
пресса, для расправления синтетических сеток, а также перед
накатом. В последнем случае установка разгонного валика спо-
собствует улучшению качества и равномерности намотки бума-
ги, в особенности на кромках рулона. При этом одновременно
снижается или полностью ликвидируется волнистость бумаги.
В Европе получила большое распространение бесштанговая
намотка бумаги на перемотно-резательных станках. Преимуще-
ства этой системы заключаются в том, что все рулоны имеют
одинаковую плотность контакта с приводными валами незави-
симо от колебания толщины бумаги, благодаря чему обеспечи-
вается равномерная плотность намотки; торцы рулонов полу-
чаются более ровными, так как рулоны не имеют торцевого
оиения; на рулоны не воздействуют внешние силы, вызываемые
мнением и кривизной штанг. При бесштанговой намотке бума-
Ги практически нет ограничений в скорости перемотно-резатель-
Ного станка, ширине рулонов и по массе 1 м2 перематываемой
Вопрос о достижении на перемотно-резательных станках
равномерной и плотной намотки тонких видов бумаги в руло-
нах, для которых недопустимы высокие натяжения, наиболее
актуален. Наблюдения показали, что при программном регу-
лировании плотность намотки с ростом диаметра рулона изме-
няется меньше, чем при ручном управлении. Ведутся исследо-
вания в области обеспечения надежной работы соответствую-
щих программных устройств, гарантирующих заданную плот-
ность намотки рулонов даже в условиях частых изменений вида
перематываемой бумаги.
Во избежание появления в бумаге различных дефектов,
связанных с неплотной или неравномерной ее намоткой в ру-
лоны, а также для предотвращения в связи с этим затруднений
при переработке бумаги потребителями необходимо контроли-
ровать плотность и равномерность намотки бумаги. Для этой
цели ассоциация ТАППИ рекомендует применять прибор скле-
рометр, используемый обычно при измерении твердости бетона.
Опыты, проведенные в Англии с использованием для разре
зания бумаги электронного луча, показали возможность полу-
чения прорези шириной в 0,02 мм. Скорость резания составля-
ла 10—20 м/с при разрезании как движущегося, так и непод-
вижного бумажного полотна. Получаемый в бумаге с помощью
электронного луча наименьший диаметр отверстий составлял
0,01 мм. При всех этих неплохих показателях отрицательным
является то, что резание электронным лучом необходимо осу-
ществлять в глубоком вакууме. К тому же толщина бумаги
и ее масса 1 м2 должны быть ограничены. По этим причинам
такой метод разрезания бумаги не получил практического при-
менения. Большой интерес для разрезания бумаги представ-
ляет применение лазера, при использовании которого вакуум
не требуется. С помощью лазера в движущемся бумажном по-
лотне могут быть просверлены отверстия с диаметром 0,01 мм
или же получена прорезь такой же ширины.
Луч лазера монохроматичен (одноцветен), когерентен (т.е.
строго упорядочен во времени и пространстве) и устремлен
в одном направлении.
Для разрезания бумаги лучше применять газовый лазер на
углекислом газе. Газовые лазеры имеют широкий спектраль-
ный диапазон излучения и при достаточно высоком коэффици-
енте полезного действия наибольшую мощность в непрерывном
режиме работы.
Применение лазера для разрезания бумаги дает следующие
преимущества: отсутствие контакта между разрезающим ин-
струментом и полотном бумаги, вследствие чего устраняется
опасность износа инструмента и пыления бумаги при ее раз-
резании; улучшение качества обреза с ликвидацией обрывков
волокон на кромках разрезаемого полотна при одновременном
отсутствии обугливания кромок. Тем не менее для разрезания
бумаги лазер не получил еще широкого применения. Возмож-
но, что одна из причин — частичное плавление целлюлозы на
кромках разрезаемого лазером рулона бумаги, что приводит
к ослаблению кромок полотна и их хрупкости.
В настоящее время практически доказана возможность ис-
пользования лазера во многих областях: для сверления алма-
зов, ускорения химических реакций, точного измерения рас-
стояния до небесных светил, лечения некоторых форм поверх-
ностных опухолей человека, проведения многих операций, тре-
бующих ювелирной точности хирурга, и для многих других
целей. Предполагается, что к 2000 г. лазер станет одним из
основных инструментов техники. Применение лазера открыва-
ет новые возможности его использования и в бумажном произ-
водстве: вырезание образцов из движущегося бумажного по-
лотна, разрезание рулонов бумаги, герметизация картонных
коробок, имеющих термоплавкое покрытие, и др. Имеется ука-
зание на возможность применения лазера для обнаружения по-
сторонних примесей в полотне бумаги и анализа металличе-
ских и различных минеральных включений в электроизоляци-
онных видах бумаги, и в частности в конденсаторной бумаге.
Лазер может быть использован также для исследовательских
целей при измерении степени ориентации волокон в готовой бу-
маге и классификации их по размерам в массной суспензии.
Его практически уже применяют для выверки с высокой точ-
ностью различных валов бумагоделательных машин и прямо-
линейности выпускной щели напорного ящика. )
Некоторые возможности использования лазера в целлюлоз-
но-бумажной промышленности рассмотрены в работе [229].
Из новых методов разрезания бумажного полотна заслужи-
вает внимания метод использования для этой цели струи воды
высокого давления. Он был испытан при разрезании газетной
бумаги и даже гофрированного картона. Судя по литератур-
ным данным, этот метод обеспечил высокое качество обреза
без образования при этом отходов и был использован также на
одной картонной фабрике в США для разрезания трубок тол-
щиной до 13 мм, изготовленных из многослойного картона.
При этом для повышения режущего действия струи воды в нее
предварительно вводился полимер (полиэтилен). При разреза-
нии описываемым методом полотна газетной бумаги была до-
стигнута скорость резания 1585 м/мин.
При разрезании на саморезках тонких видов бумаги иног-
да возникают затруднения с перемещением недостаточно жест-
ких листов подобной бумаги на транспортирующих их лентах.
Эти затруднения влекут за собой снижение скорости саморе-
зок. Оригинальный метод борьбы с этими затруднениями раз-
работан в США. Метод основан на использовании при переме-
щении листов электростатических зарядов, благодаря которым
Диеты бумаги плотно пристают к поверхности быстроходных
транспортирующих лент, изготовленных из токопроводящего
Материала. Заряд нужной полярности создается на поверхно-
сти бумаги специальным ионизатором, расположенным под дви-
жущимися разрезанными листами бумаги. В том месте, в ко-
тором необходимо отделить листы бумаги от ленты транспор-
тера, установлен нейтрализатор статического электричества
и подается обдувающий бумагу ионизированный воздух про-
тивоположного заряда. При этом с поверхности бумаги сни-
мается заряд статического электричества и не удерживаемые
им листы бумаги отделяются от ленты быстроходного транспор-
тера и падают на транспортер с малой скоростью движения,
с которого уже легко сталкиваются, образуя кипу.
Все чаще на предприятиях бумажной промышленности ста-
ли применять быстроходные саморезки узкого формата, кото-
рые ранее использовались в основном лишь на предприятиях
полиграфической промышленности. Такие саморезки имеют
некоторые преимущества по сравнению с широкими: они более
гибки в работе и более экономичны в эксплуатации. Кроме
того, три узкие саморезки требуют не больше обслуживающе-
го персонала, чем одна широкая.
В тех случаях, когда разнооттеночность бумаги является
серьезным препятствием для ее использования, рекомендуется
разрезать ее на саморезке из одного рулона, а не из несколь-
ких рулонов одновременно.
Все большее распространение приобретают саморезки с ши-
риной не более 1,5 м, работающие при скорости 300 м/мин
и обеспечивающие точный разрез на листы строго заданного
формата. Эти саморезки оснащаются автоматизированной си-
стемой сортирования с помощью электронных устройств, обо-
рудованных датчиками для обнаружения и отсортировывания
листов с проколами, склейками, складками и другими видами
брака.
При автоматическом сортировании бумаги массового по-
требления одновременно с дефектными листами отделяется
и некоторое количество вполне доброкачественных листов,
в связи с чем требуется повторное, часто вручную, сортирова-
ние. Автоматическое сортирование высокосортных видов бумаги
осуществляется с использованием датчиков сложной системы
и с одновременным просмотром не более двух листов, что обес-
печивает тщательный контроль.
1.9. СУХОЙ СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ БУМАГИ
Принципы, положенные в основу обычного способа изготов-
ления бумаги, приводят к тому, что бумага с относительно
высокими показателями механической прочности отличается
плотной, сомкнутой структурой, сравнительно малой пористо-
стью и небольшой впитывающей способностью. Фильтровальные
и другие виды бумаги, обладающие хорошей впитывающей спо-
собностью, как правило, имеют невысокие показатели механи-
ческой прочности. К этому следует добавить, что вследствие
использования относительно коротких волокон бумага обычной
вЬ1работки отличается сравнительно невысокими показателями
по сопротивлению раздиранию и удлинению до разрыва (рас-
тяжимости). Таким образом, при обычном способе производ-
ства не удается сочетать в бумаге свойства высокой механиче-
ской прочности с высокими показателями пористости и впиты-
вающей способности, т. е. не удается получить бумагу, кото-
рая могла бы служить достаточно полноценным заменителем
ткани.
Встречающиеся при изготовлении подобной бумаги трудно-
сти удалось преодолеть лишь с изобретением в Советском Сою-
зе так называемого сухого метода выработки длинноволок-
нистых видов бумаги.
Длинноволокнистая бумага, полученная сухим методом,
обладает эластичностью, высокой впитывающей способностью
и одновременно высокой механической прочностью. Совокуп-
ность этих свойств и ряд других особенностей резко отличают
ее от обычной бумаги и приближают к тканям. Ценные свой-
ства этой бумаги объясняются особенностями технологическо-
го процесса ее получения, применением волокнистых материа-
лов с длиной волокон 2,5—45 мм, а также использованием раз-
личных проклеивающих веществ, придающих бумаге желатель-
ные свойства. При сухом методе изготовления длинноволокни-
стой бумаги отсутствует процесс размола и связанное с ним
укорочение волокон. Естественная длина волокон полностью
сохраняется и используется для придания бумаге нужных
свойств. Отсутствие в данном случае фибриллирования волокон
не вызывает чрезмерно высокой сомкнутости бумажного листа,
т. е. не снижает впитывающей способности бумаги. Однако для
скрепления между собой длинных и нефибриллированных во-
локон необходимо использовать в относительно больших коли-
чествах адгезивы. В качестве таковых применяют водные раст-
воры крахмала, поливинилового спирта или водные дисперсии
полимеров, например латексов синтетического каучука. При
сушке бумаги наблюдается перемещение связующего из внут-
ренних слоев на поверхность под действием испаряющейся
воды или другого растворителя. Эта миграция связующего при-
водит к неравномерному его распределению в бумаге и, следо-
вательно, к неоднородности структуры и физико-механических
свойств, расслаиванию бумажного полотна и к появлению дру-
гих дефектов бумаги. Перемещение связующего происходит из
глубины капилляров к их открытой части под действием гра-
диента температур. Для борьбы с этим явлением были пред-
ложены различные средства. При выработке длинноволокни-
стой бумаги, в которой связующим служит поливиниловый
спирт, оказалось полезным введение в пропитывающий раствор
буры, каолина, диатомита или мела. Очень хорошие результа-
ты с устранением миграции связующего были получены при до-
бавке к растворам связующих раствора метилцеллюлозы.
Механизм предотвращения миграции связующего при добав-
ке к нему метилцеллюлозы заключается в следующем. Метил-
целлюлоза хорошо растворяется в холодной воде, но не раст-
воряется в горячей. При сушке бумаги, прежде чем начинается
испарение, метилцеллюлоза теряет растворимость в воде и об-
разует студень, который не дает мигрировать связующему к по-
верхности.
Сначала сухим способом были получены длинноволокнистые
виды бумаги, отличающиеся повышенной прочностью в машин-
ном направлении. Такие виды бумаги вырабатываются в на-
стоящее время в промышленном масштабе на бумагоделатель-
ных машинах специальной конструкции. В технологии произ-
водства бумаги сухим способом нашли удачное сочетание обо-
рудование и технологические процессы, применяемые в бумаж-
ной и в текстильной отраслях промышленности (рис. 56).
Рис. 56. Схема бумагоделательной машины для выработки сухим способом
продольно-прочной бумаги
Обычно в качестве исходного волокнистого сырья применя-
ется обезжиренный хлопок, который в виде тонкого прочеса,
получаемого с кардочесальных машин 1, по конвейеру 2 посту-
пает в проклеивающую часть 3 бумагоделательной машины,
где проклеивается крахмальным клейстером или другим видом
связующего. Затем хлопковое полотно отжимается, высушива-
ется в сушильной части 4, уплотняется в каландре 5 и нама-
тывается в рулон на накате 6. Из-за специфических особенно-
стей кардочесальных машин изготовляемая подобным способом
бумага имеет ярко выраженную ориентацию волокон в машин
ном направлении и, следовательно, повышенную прочность на
разрыв в машинном направлении, которая в 6—7 раз превы
шает ее прочность на разрыв в поперечном направлении. По-
добным образом изготовляются основы электроизоляционной
микалентной бумаги и ротаторной пленки. Ранее длинноволок-
нистая бумага изготовлялась в основном в Японии, и сырьем
для нее служили лубяные волокна различных произрастающих
в Японии растений, из которых наиболее широкое применение
получили кодзу, кува, гампи, митсумата и др. Сухим способом
с использованием волокон хлопка удалось получить бумагу,
которая, судя по отзывам потребителей, не уступала по каче-
ству соответствующей японской бумаге.
В период Великой Отечественной войны 1941—1945 гг. по
предложению автора этой книги успешно была испытана в ка-
честве заменителя марлевых бинтов длинноволокнистая про-
дольно-прочная хлопковая бумага, изготовленная сухим спосо-
бом. По отзывам хирургов, бумага оказалась пригодной для
замены марлевых бинтов при фиксации шин и лангет, для
гипсовых повязок и для-накладывания повязок на малопромо-
кающие раны, а также для косынок в условиях внутригоспи-
тальной работы.
Опытное использование прочных в машинном направлении
длинноволокнистых видов бумаги взамен технических тканей
показало, что длинноволокнистая бумага может успешно заме-
нить ткань при изготовлении ледерина, гранитоля, различных
клеенок, а также кальки (взамен полотняной). Однако недо-
статком указанных материалов, изготовленных на основе длин-
новолокнистой бумаги, было резкое различие в показателях
механической прочности в машинном и в поперечном направ-
лениях. Поэтому подобная длинноволокнистая бумага не на-
шла широкого применения взамен указанных технических тка-
ней. Вместе с тем тогда же было установлено, что применение
длинноволокнистой бумаги взамен технических тканей эконо-
мически выгодно, так как стоимость переплетно-обивочных ма-
териалов снижается в 5—6 раз. Экономия получается также за
счет упрощения технологии и сокращения удельных расходов
волокнистых и покровных материалов (хлопка, масла, масти-
ки, лака).
В работе [152] приведены показатели физико-механических
свойств некоторых видов бумаги, прочных в машинном направ-
лении. Для получения различных видов бумаги, обладающих
примерно одинаковой механической прочностью в машинном
и в поперечном направлениях, применяется другой тип бумаго-
делательной машины — машина аэродинамического формова-
ния (рис. 57). От предыдущего типа машины она отличается
своей листообразующей частью, которая позволяет вырабаты-
вать бумагу и картон самого разнообразного назначения из
растительных или минеральных волокон разной длины. С рас-
ката 1 хлопок или другой волокнистый материал поступает на
расчесывающие узлы .2 листообразующей части машины. За-
тем, двигаясь по колосниковой решетке, волокна освобожда-
ются от мелкого сора и коротких волокон, после чего попадают
в приемную камеру 3. Под влиянием вакуума, создаваемого
вентилятором 5 в отсасывающей камере 6, волокна в дезори-
ентированном состоянии оседают на сетке 4, которая проходит
Через клеевую ванну 7. В клеевой ванне волокнистый слой на-
ходится между сеткой 4 и сукном 8. Избыток клея отжимается
между валами 9, а полученная бумага подвергается сушке на
цилиндре 10, сукно которого подсыхает на сукносушителе И.
Далее бумага подвергается каландрированию в каландре 12
и наматывается на накат 13. Содержание связующего вещества
в готовой бумаге в зависимости от ее вида составляет 12—40%.
Рис. 57. Схема бумагоделательной машины для выработки сухим способом
равнопрочных видов бумаги
При выработке на описываемой машине равнопрочной длин-
новолокнистой бумаги возможно применение наполнителей
в виде порошков и мелкой волокнистой крошки. Получение про-
дукции возможно и из смеси различных волокон. В вырабаты-
ваемой бумаге отношение величины сопротивления разрыву
в машинном направлении к величине сопротивления разрыву
в поперечном направлении составляет 1 : 0,9—0,8. В некоторых
случаях прочность в поперечном направлении оказывается да-
же несколько более высокой, чем в машинном.
В Советском Союзе сухим способом были успешно получе-
ны различные равнопрочные длинноволокнистые фильтрующие,
электроизоляционные виды бумаги, теплоизоляционные мате-
риалы с использованием асбестовых, стеклянных и других ви-
дов волокон. Этим способом может быть получена щелочестой-
кая бумага из хлопковых волокон с поливиниловым спиртом
в качестве связующего, реставрационная бумага как прочная
в машинном направлении, так и равнопрочная для укрепления
при реставрации старинных документов и библиотечных мате-
риалов, различные фильтровальные виды бумаги из смеси вис-
козных и синтетических волокон и пр.
Позже сухой способ для изготовления бумажной продук-
ции, обладающей изотропными свойствами, получил примене-
ние и в США. Этим способом изготовляются многослойный
картон с различным видом волокон в каждом слое, фильтро-
вальная и электроизоляционная бумага, твердые плиты, водо-
стойкий картон и др.
Известен опыт изготовления сухим способом картона для
штампованных коробок из бумажной макулатуры.
Изготовляются также легкие нетканые материалы для по-
стельного белья, скатертей и т. д. На одной из установок, име-
ющей две формующие секции, между ними расположено уст-
ройство для подачи армирующего материала — тонкой найло-
цовой сетки с массой не более 5 г/м2.
Машина при скорости 80 м/мин выпускает нетканый мате-
риал с обрезной шириной полотна 1,6 м. Длина машины 48 м.
Машина предназначена для использования волокон целлюлозы
при изготовлении нетканых материалов, но, по сообщению фир-
мы-изготовителя, пригодна также и для использования различ-
ных других волокон (кожи, коротких синтетических волокон,
металлических и пр.), а также минеральных наполнителей (као-
лина и др.).
На полупромышленной установке одного из предприятий
в Англии методом сухого формования в 1978 г. были изготов-
лены картон для складных коробок и основа для гофрирова-
ния при скорости 80 м/мин и обрезной ширине полотна 1,8 м.
Картон сухого формования по сравнению с обычным отличает-
ся повышенной пухлостью. На том же предприятии ведутся
исследования по изготовлению многослойных видов бумаги
и картона с комбинированием слоев, изготовленных мокрым
и сухим способами формования.
Интересные перспективы в изыскании новых путей развития
сухого способа формования бумаги открываются в исследова-
ниях, проводимых в Японском институте целлюлозы и бумаги
(префектура Shizuoka) [223]. Опыты проводятся на двухсеточ-
ной вертикальной формующей установке, в которую целлюлоз-
ные волокна (сухие или смоченные небольшим количеством во-
ды) подаются питателем в пространство между двумя сетка-
ми. Две пары прессовых валов осуществляют уплотнение изго-
товляемой бумаги в процессе ее прохождения между сетками
формующей установки. Выбор двухсеточной установки обуслов-
лен возможностями повышения скорости машины и выпуском
продукции двухсторонней гладкости. Получаемая при этом бу-
мага отличается от обычной повышенными показателями пух-
лости, мягкости и впитывающей способности, но пониженной
механической прочностью.
Схема другой японской опытной установки для формова-
ния бумаги сухим способом представлена на рис. 58. На вра-
щающийся сушильный цилиндр 1 в зоне 2 наносится связую-
щее и в непосредственной близости в зоне 3 напыляются сухие
волокна целлюлозы, избыток которых выдувается вентилято-
ром 4 и вновь используется в производстве. При необходимости
обработки второй стороны бумажного полотна процесс повто-
ряется на участке 5 с помощью связующего или воды с после-
дующим напылением волокон 6 и сушки на цилиндре 7.
Схема формующего устройства одной из канадских фирм
14 2675 209
приведена на рис. 59. Распушенная целлюлоза подается через
входное отверстие 1 в канал 2. Сжатый воздух, служащий для
перемещения волокон с нужной скоростью и разбивки волок-
нистых хлопьев, подается через впускные отверстия 3 и 7. Кон
фигурация канала и требуемая скорость воздуха обеспечивают
отделение диспергированных волокон от неразделенных, воз
Рис. 58. Схема японской опытной
установки для формования бумаги
сухим способом
Рис. 59. Схема формования бумаги
сухим способом (канадский метод)
вращаемых к входному отверстию 1 на повторную циркуля-
цию. Диспергированные же волокна через выпускную трубу 4
попадают на движущуюся сетку 6, на которой равномерно
осаждаются благодаря вакууму, создаваемому в отсасываю-
щем ящике 5.
О применении сухого, а также мокрого способа изготовле-
ния бумаги — заменителя текстиля, бумаги, которую можно
сшивать и склеивать, появилась в последнее время обширная
литература. В некоторых случаях при получении сухим спосо-
бом подобных заменителей ткани используется электростатиче-
ский метод осаждения волокон.
По сообщению Г. Грэга, в США к 1971 г. сухим способом
вырабатывалось 80—85% всех нетканых материалов с исполь
зованием для этой цели в основном вискозных волокон. Эту
величину нельзя считать стабильной, так как все большее раз-
Битие приобретает и мокрый способ изготовления нетканых ма-
териалов, позволяющий вырабатывать нетканые материалы при
большой скорости и с использованием в композиции наряду
с длинными также и относительно коротких волокон. Не уста-
новлено, какому из способов следует отдать предпочтение.
В 1973 г. на конференции в Швейцарии, посвященной нетка-
ным материалам, было отмечено, что трудовые затраты на
1 кг производимой продукции при сухом способе в 2 раза боль-
ше, чем при мокром способе, а капиталовложения при мокром
способе в 6 раз больше, чем при сухом. Отмечалось также, что
возможности использования древесной целлюлозы для произ-
водства нетканых материалов в случае мокрого способа откры-
вают перспективы более широкого использования этого метода.
По-видимому, оба способа имеют перспективы для развития
и будут применяться в зависимости от технических требований,
предъявляемых к изготовляемой ими продукции. При этом
следует отметить существенные преимущества сухого способа:
экономия воды и не загрязнение водоемов.
J.10. ОБЛАГОРАЖИВАНИЕ ПОВЕРХНОСТИ БУМАГИ
1.10.1. Основные положения
Под облагораживанием обычно понимают придание поверх-
ности бумаги свойств, отличающихся от свойств обычной бума-
ги, для повышения ее качества и расширения возможностей
использования бумаги потребителями. Такое общепринятое
определение нельзя, однако, считать точным, так как трудно
провести четкую границу между операциями отделки бумаги
и облагораживания ее поверхности. Действительно, процессы
каландрирования бумаги и тиснения ее поверхности в какой-то
степени являются и процессами облагораживания ее поверх-
ности. Таким образом, разделение процессов отделки бумаги
и облагораживания ее поверхности является условным, что сле-
дует иметь в виду при рассмотрении материала настоящего
раздела.
Облагораживание поверхности бумаги достигается самыми
различными методами: поверхностными пропиткой и проклей-
кой бумаги, нанесением на ее поверхность покровных слоев,
включая мелование и лакирование бумаги, соединением бума-
ги с металлической фольгой, с полимерными пленками или
с Другой бумагой, крепированием или микрокрепированием
и пр.
При склеивании бумаги с металлической фольгой ее по-
верхность должна быть достаточно гладкой для того, чтобы
фольга плотно прилегала к поверхности бумаги без образова-
ния волнистости. Бумага должна обладать при этом опреде-
ленной воздухопроницаемостью, характеризующей ее пори-
стость, которая должна обеспечивать своевременное и надле-
жащее высыхание клея.
Поверхность бумаги облагораживают для различных целей;
улучшения печатных свойств и внешнего вида бумаги, вклю-
чая получение декоративного эффекта, уменьшения водо-, па-
ро-, жиропроницаемости бумаги, длительного сохранения запа-
ха продуктов (чай, кофе и др.), находящихся в бумажной упа-
ковке, предохранения от коррозии завернутых в бумагу метал-
лических изделий, реставрации и консервации старинных доку-
ментов и пр.
При изготовлении декоративной узорной бумаги на бумаго-
делательной машине возможны различные методы производ-
ства. Один из них заключается в том, что в бумажную массу
непосредственно перед отливом бумажного полотна вводятся
в виде добавки искусственные волокна, волокна шерсти или
шелка, стеклянные волокна, окрашенные тряпичные, целлюлоз-
ные волокна или древесная мука.
Как указывает Ж. Вюншман, кроме перечисленных добавок
для выработки узорной бумаги применимы окрашенные и неок-
рашенные волокна джута, а также пергамин в виде мелкой
лапши. Тот же автор отмечает, что при использовании в каче-
стве добавки стеклянных волокон целлюлозная масса для пре-
дотвращения забивания коммуникаций комками этих волокон
должна иметь очень высокую степень помола.
Автор этой книги, устанавливая в самом начале сеточного
стола бумагоделательной машины спрысковые трубы, из кото-
рых поступал на образующееся бумажное полотно раствор кра-
сителя, изготовлял декоративную узорную бумагу. Получалась
так называемая мраморная бумага, узор на которой можно
было изменять путем регулирования скорости подачи красите-
ля, изменения местоположения спрысковых труб и изменением
интенсивности работы трясочного устройства сеточного стола.
Различные методы получения декоративных видов бумаги,
помимо уже упомянутой работы Ж. Вюншмана, подробно опи-
саны с приложением многочисленных образцов в книге А. Вей-
хельта.
Иногда мраморную бумагу получают вынужденно и ее от-
сортировывают как брак. Это бывает в тех случаях, когда на
сетку бумагоделательной машины вместе с бумажной массой
поступают лепестки неразбитой бумажной макулатуры (напри-
мер, влагопрочной) или оборотного бумажного брака.
Для получения декоративной (бархатной) бумаги с поверх-
ностью, имеющей вид плюша, на бумагу-основу обычным об-
разом с помощью валиков наносится клей, которым к ее по-
верхности приклеиваются предварительно нарезанные и боль-
шей частью окрашенные синтетические волокна либо волокна
хлопка или шерсти. Нанос этих волокон осуществляют электро-
статическим способом, при котором электростатически заря-
женные волокна устремляются к бумаге со слоем клея и при-
Влеиваются, находясь в вертикальном положении. Лишние во-
локна сдуваются струей воздуха.
В качестве основы декоративной бумаги с покрытием вор-
сом обычно используют бумагу-основу для мелования или же
писчую бумагу. При имитации бархата ворс на бумаге должен
иметь длину 1,5—3 мм, велюра — 0,5—1 мм и замши — 0,2—
q4 мм. Колебания в длине ворса не должны превышать ±5%.
Для велюрового и бархатного покрытий применяют относитель-
но более грубые (толстые) волокна, чем при изготовлении по-
крытия типа замши.
На бархатном или плюшевом фоне можно получить тисне-
ный рисунок путем пропуска декоративной бумаги через тис-
нильный каландр. Таким же каландром пользуются для полу-
чения тисненых обоев, изготовляемых без предварительного
грунтования.
Обычно один из валов каландра металлический, другой —
эластичный с бумажной набивкой, облицовкой каучуком или
некоторыми полимерными смолами. На металлическом валу
нанесен рельефный рисунок, на эластичном — негативное изо-
бражение рисунка. Валы хорошо прикатаны друг к другу
и снабжены приспособлением, регулирующим степень их при-
жима.
В зависимости от толщины используемой бумаги, скорости
тиснения и удельного давления между тиснильной парой валов
глубина тиснения может составлять от нескольких десятых
миллиметра до 2,5 мм. Мелкий рельеф получают при тиснении
с относительно высокой скоростью. Креповое тиснение осуще-
ствляют, когда оба вала металлические. Процесс тиснения обо-
ев часто совмещают с процессом печати на печатно-тиснильных
машинах. При этом нередко осуществляют горячее тиснение
[127].
С целью придания бумажному полотну некоторой пластич-
ности и получения благодаря этому более четкого рельефного
узора целесообразно при изготовлении бумажных скатертей
подпаривать бумагу перед ее входом в зазор между валами
тиснильного каландра.
Структура бумаги и ее поверхность резко изменяются под
влиянием некоторых химических воздействий. Примерами
этого могут служить получение пергамента как результат дей-
ствия на бумагу-основу серной кислоты или получение фибры
как результат воздействия на бумагу-основу хлористого цинка.
Некоторые виды бумаги с облагороженной поверхностью
как более дешевые и легкие с успехом заменяют стекло и ме-
талл (например, бумажная посуда, тара под молоко и пр.).
Здесь уместно отметить, что следует различать понятия
обРаботка и переработка бумаги (картона).
При обработке бумажной продукции используются про-
цессы с целевым назначением улучшить те или иные свойства
Исходных бумаги или картона без изменения основной области
применения продукции, получаемой в результате этих процес-
сов по сравнению с областью использования исходной про-
дукции.
При переработке же бумаги (картона) применяются
процессы, в результате которых эта продукция превращается
в другую с самостоятельной областью использования, напри-
мер превращение бумаги в тару под молоко, в мешки,
тетради и т. д. или превращение картона в ящики, чемо-
даны и пр.
Часто операции обработки бумаги (например, ее битумини-
рование) сопутствуют операциям переработки (изготовление
мешков из битумированной бумаги) или операция парафини-
рования бумаги сопутствует операциям изготовления бумаж-
ных стаканов или тары под молоко.
Нанесение на поверхность бумаги различных светочувстви-
тельных слоев открывает широкие возможности использования
бумаги для разных методов размножения документации,
и в том числе фотографическим способом.
Одним из примеров облагораживания поверхности бумаги
может служить технология изготовления самокопирующей бу-
маги, позволяющей получать копии без использования обычной
копировальной бумаги. Этот эффект достигается путем нанесе-
ния на одну сторону листа бумаги тонкого слоя микрокапсул,
содержащих в хрупких оболочках бесцветный краситель. Он
окрашивается при раздавливании капсул и контакте с покров-
ным слоем, нанесенным на другую сторону бумаги или на по-
верхность другого листа, находящегося в контакте с первым.
Разные методы получения самокопирующей бумаги, называе-
мой также бескарбонной копировальной бумагой, описаны
М. И. Уэцким.
Бумажные мешки, уложенные в штабель, не должны испы-
тывать заметного скольжения. Особые неприятности вызывает
скольжение наполненных мешков при их транспортировке авто-
транспортом, по железной дороге или в трюме корабля, когда
скольжение усиливается под действием имеющих место вибра-
ционных нагрузок. Точно так же нежелательно скольжение кар-
тонных ящиков, служащих в качестве тары при перевозке раз-
личных товаров.
В целях борьбы с нежелательным скольжением бумажных
мешков и картонных ящиков применялись различные методы.
Покрытие клейким веществом поверхности мешочной бумаги
и тарного картона себя не оправдало, так как при этом наблю-
далось склеивание бумажной тары и частичное ее повреждение.
Шероховатость поверхности бумажной тары снижает ее склон-
ность к скольжению. Однако при этом ухудшается ее внешний
вид, увеличивается расход печатной краски при нанесении на
такую поверхность печати и одновременно ускоряется износ
клише. Если при этом шероховатость поверхности тарного кар-
тона осуществляется механическим путем, то, как показали на-
блюдения Ф. Мегнина, жесткость картонных ящиков снижается
на Ю—15%.
Применение крепирования или гофрирования наружной по-
верхности тары способствует повышению коэффициента трения
и соответствующему снижению опасности скольжения. Однако
в этом случае рекомендуется укладывать тару в определенном
порядке: с продольным направлением в одном ряду и с попе-
речным — в другом.
Известны и другие методы повышения коэффициента трения
между сопряженными поверхностями бумажной или картонной
тары: покрытие поверхности смесью латекса и окиси кремния,
нанесение печати специальной печатной краской и др. Однако
все они не лишены тех или иных недостатков. Смесь латекса
й окиси кремния способствует значительному повышению коэф-
фициента трения, но при этом ухудшается внешний вид тары
и на ее поверхность в этом случае интенсивно оседает слой
пыли. Применение специальных печатных красок дает эффек-
тивный результат лишь в случае, когда печать наносится на
относительно большой поверхности тары.
Наилучшим способом увеличения коэффициента трения
применительно к тарным видам бумаги и картона, как об этом
свидетельствуют различные литературные источники, является
покрытие поверхности бумажной продукции силикагелем, пред-
ставляющим собой гидрат кремниевой кислоты, находящийся
в коллоидном состоянии. По данным Ф. Мегнина, мешочная
бумага с гладкостью по Герлею 25,5 имела коэффициент тре-
ния 0,56. После обработки ее поверхности силикагелем из рас-
чета 0,5 г/м2 коэффициент трения возрос до 0,72. Другой обра-
зец более гладкой мешочной бумаги (59,5 по Герлею) обна-
ружил коэффициент трения 0,4. Покрытие этой бумаги сили-
кагелем из расчета 0,25—0,5 г/м2 привело к повышению коэф-
фициента трения соответственно до 0,64—0,68 и 0,74. Силика-
гель не вызывает проявления липкости покрытых им бумаги
и картона, поверхность которых при этом становится похожей
на поверхность абразивной бумаги тонкой зернистости.
Все указанное выше свидетельствует о том, что вопросы
облагораживания поверхности бумаги весьма обширны и отли-
чаются многосторонностью. Подробное освещение этих вопро-
сов читатель найдет в имеющейся обширной литературе, посвя-
щенной производству разных видов бумаги с облагороженной
поверхностью: мелованных, светочувствительных, гектографиче-
ской, термореактивной, полупроводниковой, копировальной бу-
маги для тары под молоко и молочные продукты, различных
видов упаковочной бумаги, гуммированной, антикоррозионной,
Декоративной, ротаторной пленки, шлифовальной шкурки и др.
При нанесении поверхностных покрытий на бумагу в неко-
торых случаях, особенно при применении контактной сушки
бумаги на бумагосушильных цилиндрах, наблюдается явление
миграции связующего в бумагу-основу, некоторые меры борь-
бы с которой рассматривались ранее. В дополнение к указан-
ному следует отметить, что при контактной сушке бумаги осу-
ществляется односторонний подвод тепла со стороны основы
с испарением влаги в ее поверхностных слоях и движением вла-
ги по капиллярам из поверхностного покрытия в толщу основы,
что и способствует миграции связующего. Для предотвращения
этого явления рекомендуется вместо контактной сушки приме-
нять сушку инфракрасным излучением в сочетании с обдувкой
полотна горячим воздухом. В этом случае поверхность покров-
ного слоя нагревается сильнее бумаги-основы и тепло переда-
ется от покрытия к основе. Рекомендуется для еще большего
замедления миграции связующего наносить покровный слой на
охлажденную основу, а также осуществлять интенсивную обдув-
ку обратной стороны основы после того, как покрытие нагре-
лось до заданной температуры сушки.
Поверхностная проклейка бумаги приобрела
значительное распространение особенно за последнее время.
Это связано с тем, что перевод бумагоделательных машин на
работу с повышенными скоростями вызвал ряд серьезных за-
труднений, обусловленных применением форсированных про-
цессов отлива, прессования и сушки бумаги. Участились слу-
чаи расклейки бумаги, увеличилось различие в свойствах верх-
ней и сеточной сторон проклеенного в массе бумажного листа
из-за неодинаковых степени проклейки и содержания наполни-
теля. Для борьбы с этими затруднениями применяют поверх-
ностную проклейку в клеильном прессе, устанавливаемом либо
в сушильной части бумагоделательной машины, либо вне ма-
шины. В некоторых случаях осуществляют поверхностную про-
клейку бумаги на каландре.
Поверхностная проклейка в клеевой ванне осуществляется
в настоящее время сравнительно редко, главным образом для
облагораживания поверхности высокосортной тряпичной бума-
ги, изготовляемой при невысокой скорости работы бумагодела-
тельной машины. В этом случае из-за более продолжительного
пребывания бумаги в клеевой ванне она забирает примерно на
25% больше клея, чем при ее проходе через клеильный пресс.
Клеильный пресс вне бумагоделательной машины использу-
ется в том случае, когда не вся продукция, изготовляемая бу-
магоделательной машиной, подлежит прохождению через кле-
ильный пресс. Кроме того, на таком прессе легче выполнять
экспериментальные работы, связанные с поверхностной про-
клейкой бумаги.
Проклейка бумаги (картона) с повышенной массой 1 м2
осуществляется на каландре, т. е. когда перед каландрирова-
нием не требуется высушивать полотно после нанесения на него
поверхностной пленки, так как при этом влага поглощается
всей массой полотна и частично испаряется в процессе каланд-
рирования.
Благодаря поверхностной проклейке различия в свойствах
лицевой и сеточной сторон бумажного полотна сведены к ми-
нимуму, что обеспечило качественную многокрасочную печать
на больших скоростях. При этом полностью устраняются такие
дефекты бумаги, как пылимость и выщипывание волокон с по-
верхности листа. Это особенно важно в тех случаях, когда
в композиции бумаги содержится большое количество листвен-
ной целлюлозы или древесной массы, которые обладают повы-
шенной склонностью к пыленню и придают бумаге низкую ис-
ходную влагопрочность. Поверхностная проклейка бумаги
позволяет экономно расходовать проклеивающие материалы
из-за отсутствия промоев, неизбежных при осуществлении про-
клейки в массе.
С применением поверхностной проклейки открылись воз-
можности снижения степени помола бумажной массы, что
в свою очередь позволило повысить скорость бумагоделатель-
ных машин и их производительность. Это представляет особый
интерес в производстве офсетной бумаги, которая в данном
случае может быть изготовлена из более садкой массы. Такая
бумага отличается мягкостью, светонепроницаемостью, пух-
лостью, не скручивается и одновременно имеет прочную сомк-
нутую поверхность.
1.10.2. Поверхностная обработка бумаги в клеильном прессе
Поверхностная проклейка в клеильном прессе применяется
при выработке писчей бумаги, разных видов бумаги для печа-
ти, чертежной, рисовальной, основы для наждачной шкурки,
мешочной и др.
Образующаяся при поверхностной проклейке пленка препят-
ствует проникновению чернил в бумагу, устраняет опасность
повреждения пером волокон на поверхности листа при письме,
предотвращает отрыв волокон от поверхности бумаги при пе-
чатании вязкой краской. Внешний вид бумаги значительно
улучшается, так как обычно отстающие от поверхности листа
тонкие волокна прочно приклеиваются и бумага приобретает
лоск.
Обычно поверхностная обработка бумаги в клеильном прес-
се не исключает проклейки в массе с малым расходом кани-
фольного клея. Эта предварительная проклейка в массе при-
дает бумажному полотну временную влагопрочность, с тем что-
бы^ оно не рвалось при увлажнении в процессе его поверхност-
ной обработки, а также уменьшает глубину проникновения
в бумагу жидких проклеивающих веществ, используемых при
поверхностной ее обработке. Однако при поверхностной обра-
ботке бумаги димерами алкилкетена отпадает надобность в этом
случае проклеивать волокна в массе.
В большинстве случаев для поверхностной проклейки бума-
ги применяют различным образом обработанные крахмалы
Окисленный, ацетилированный, гидроксиэтилированный, обра-
ботанный энзимами) и животный клей. Реже, и в основном
в виде добавок к крахмалу, используют натриевую соль кар-
бокснметилцеллюлозы, поливиниловый спирт, синтетические
смолы, альгинаты, восковые дисперсии, метилцсллюлозу и пр.
Обычно обработка поверхности бумаги крахмалом не при-
дает ей водонепроницаемости, за исключением гидроацетили-
рованных и гидроксиэтилированных крахмалов. Однако во всех
случаях использования крахмала для поверхностной проклей-
ки бумаги последняя приобретает поверхность, обладающую
устойчивостью к коллоидным растворам (чернила для письма)
и к олифе печатной краски. При этом резко повышаются со-
противление бумаги истиранию и прочность связи волокон
между собой. Так как уменьшается глубина проникновения чер-
нил в толщу бумаги, стирать их с ее поверхности намного
легче.
Модифицированные крахмалы применяют для снижения
вязкости крахмального раствора, так каг? крахмальный клей-
стер природного (немодифицированного) крахмала обладает
повышенной вязкостью, затрудняющей его использование при
поверхностной проклейке бумаги в клеильном прессе. Из моди-
фицированных же видов крахмала можно получить крахмаль-
ные растворы более высокой концентрации при меньшей их вяз-
кости. Благодаря этому бумага воспринимает большее количе-
ство крахмала и становится более прочной. Кроме того, можно
осуществлять работу при большей скорости машины и меньшей
величине сушильной поверхности.
Окисленные гипохлоритами крахмалы обеспечивают возмож-
ность получения прочной пленки, хорошо пристающей к по-
верхности бумаги. Широкое распространение получили также
крахмалы, обработанные энзимами (а-амилозой). Эти крахма-
лы дешевле гидроксиэтилированных и гидроксиацетилирован-
ных. При поверхностной проклейке бумаги концентрация мас-
сового содержания высоковязких крахмалов обычно поддержи-
вается в пределах 4—10, а низковязких 6—18%. Применяемые
растворы имеют температуру 50—65° С.
Наличие в покровном слое диальдегидного крахмала спо-
собствует повышению сопротивления покровного слоя трению
во влажном состоянии.
Из различных видов крахмала, применяемых для поверх-
ностного покрытия бумаги, картофельный крахмал в наиболь-
шей степени впитывается в бумагу-основу, значительно увели-
чивает сопротивление продавливанию и выщипыванию, менее
других уменьшает белизну и требует наименьшего количества
энзимов при ферментативной обработке.
Иногда при поверхностной обработке бумаги крахмалом од-
новременно используют восковые или парафиновые дисперсии,
которые применяются как в сочетании с декстрином, латекса-
ми и наполнителями, так и самостоятельно. Такая обработка
дисперсиями применительна к покровной бумаге для гофриро-
ранного картона и плит, пергамина для кальки, различных ви-
дов бумаги для печати, бумаги для упаковки мяса, а также
для упаковки полированных металлических изделий, бумажных
салфеток и шпагата, бумажных тарелок.
При подобной обработке поверхность бумаги или картона
становится неворсистой и гладкой, печатные свойства ее улуч-
шаются, предотвращается появление пятен на оттиске и отме-
ривание печатной краски с печатной поверхности на обратную
сторону следующего листа. Калька становится более прозрач-
ной, бумажные салфетки и шпагат — более эластичными, а бу-
мага для упаковки мяса — более кровенепроницаемой. При за-
вертывании в подобную упаковочную бумагу полированных
металлических изделий меньше опасений, что на их поверхно-
сти появятся царапины. Обработка небольшим количеством
восковых дисперсий бумаги для салфеток несколько снижает
их смачиваемость водой без чрезмерного снижения впитываю-
щей способности. Поверхность бумажных тарелок часто обра-
батывают восковыми дисперсиями с латексом.
Для поверхностной проклейки бумаги применяют и натрие-
вую соль карбоксиметилцеллюлозы (ЫаКМЦ), которая обра-
зует из водного раствора на поверхности бумаги гибкую и проч-
ную пленку. Иногда к раствору NaKMU, добавляют крахмал
или казеин, а для придания пленке водостойкости — карбами-
доформальдегидную смолу. Водостойкость пленки может быть
также повышена, если бумажное полотно с нанесенной пленкой
NaKMIJ, дополнительно обработать раствором сульфата алюми-
ния. При этом образуется не растворимая в воде алюминиевая
соль карбоксиметилцеллюлозы. Известное облагораживание по-
верхности изготовляемой бумаги достигается и при введении
NaKMU в бумажную массу: поверхность бумаги становится
более сомкнутой и гладкой без склонности к пылению и выщи-
пыванию, повышается поверхностная прочность бумаги, что
важно при стирании резинкой штрихов, нанесенных на поверх-
ность.
Считается [106], что для введения NaKMU, в бумажную мас-
су необходимо использовать низкозамещенный продукт со сте-
пенью замещения около 40, а для поверхностной проклейки
степень замещения должна быть 70—75.
Животный клей образует на поверхности бумаги более проч-
ную пленку, чем крахмал. Его часто используют для поверх-
ностного покрытия бумаги из тряпичных волокон. Животный
клей и желатин переводят в раствор после замачивания в воде
при нагревании до 60е С.
Поливиниловый спирт растворяется в воде при температу-
ре 70—90° С. Имеется большое количество разновидностей по-
ливинилового спирта, отличающихся между собой по вязкости.
Обычно пользуются растворами с концентрацией I—3%. В ка-
честве пластификатора часто применяют глицерин. Пленки
Поливинилового спирта не растворяются в органических раство-
рителях и не взаимодействуют с маслами и жирами. Они эла-
стичны, плотны, наносятся без грунтовочного слоя и физиоло-
гически безвредны. Эти пленки практически непроницаемы для
водорода, двуокиси углерода, кислорода и азота. Для повыше-
ния влагопрочности пленок к поливиниловому спирту добавля-
ют карбамидоформальдегидную или меламиноформальдегид-
ную смолу. Поливиниловый спирт применяют для покрытия
документной, карточной, светочувствительной и других видов
бумаги. Калька, покрытая поливиниловым спиртом, становится
более прозрачной, глянцевой, влагопрочной. Она меньше дефор-
мируется и более долговечна.
Метилцеллюлозу растворяют при размешивании в горячей
воде, при остывании раствор также размешивают. Часто для
увеличения гибкости пленки применяют пластификаторы: гли-
церин или сорбит.
Для поверхностной проклейки бумаги используют и натрие-
вую соль альгиновой кислоты (натриевый альгинат). Концент-
рация применяемых растворов находится в пределах 0,25—
0,3%. Это вещество часто употребляют в качестве первона-
чального (грунтующего) покрытия, придающего поверхности
бумаги способность прочно удерживать последующие покрытия.
Однако в ряде случаев натриевый альгинат применяют и для
самостоятельного покрытия бумаги.
Поливиниловый спирт, метилцеллюлоза и карбоксиметил-
целлюлоза дают на бумаге более сомкнутую пленку, нежели
крахмалы и животный клей.
В литературе можно встретить много патентных наимено-
ваний веществ, используемых для поверхностной проклейки
бумаги. Среди них можно назвать, например, квилон, представ-
ляющий собой стеарат хромохлоридного комплекса, образую-
щий на поверхности бумаги гидрофобную пленку. Бумага, по-
крытая с поверхности пленкой квилона, отличается светостой-
костью и долговечностью.
Представляют интерес также две марки соединения байсин-
тол, являющегося сополимером малеиновой кислоты. Марка
байсинтол К35 — катионная дисперсия, добавляемая к крахма-
лу при поверхностной обработке бумаги и придающая при
этом поверхности бумаги гидрофобные свойства. Этот продукт
рекомендуется применять при поверхностной проклейке этике-
точной, писчей и разных видов бумаги для печати. Продукт
указанной марки может быть использован и для проклейки
в массе при pH 5,5 и ниже. Вторая марка продукта байсин-
тол— байсинтол А60 — вещество анионного характера, исполь-
зуемое только в сочетании с крахмалом или карбоксиметил-
целлюлозой при поверхностной проклейке различных видов
писчей бумаги и бумаги для печати, особенно содержащей в ка-
честве наполнителя карбонат кальция. При использовании для
поверхностной проклейки байсинтола А60 рекомендуется пред-
варительно в бумажную массу вводить либо сернокислый алю-
1диний (проклейка в кислой среде), либо алюминат натрия
(проклейка в нейтральной или щелочной среде). При pH 6,5
и совместно поверхностной проклейке бумаги крахмалом или
Карбоксиметилцеллюлозой с байсинтолом А60 можно одновре-
менно с поверхностной проклейкой осуществлять добавку опти-
ческого отбеливателя катионного характера. Введение же опти-
ческого отбеливателя анионного характера при такой проклей-
ке можно осуществлять только добавкой его в массу. Комби-
нированная поверхностная проклейка и окраска бумаги или
картона с применением крахмала и препарата байсинтол, судя
по литературным данным, при окраске картона дает экономию
красителя по сравнению с окрашиванием в массе до 70—80%.
Кроме поверхностной проклейки в клеильном прессе осу-
ществляют и другие виды обработки бумаги, например пласти-
фикацию, поверхностную окраску в любой цвет, пропитку
бумаги биоцидными веществами, веществами, придающими бу-
маге свойства влагопрочности или огнестойкости, а также мело-
вание бумаги.
Для уменьшения склонности бумаги к скручиванию реко-
мендуется обрабатывать ее в клеильном прессе горячей водой
без каких-либо добавок. Не исключается также применение при
поверхностной обработке бумаги веществ, используемых в тек-
стильной промышленности для придания тканям несминаемо-
сти (метазин и др.).
При поверхностной проклейке на поверхность бумаги обыч-
но наносятся водные растворы одного или нескольких связую-
щих с добавками в некоторых случаях оптических отбеливате-
лей и веществ, устраняющих ценообразование.
При нанесении на бумагу покровного мелованного слоя по-
кровная масса состоит из одного или нескольких красителей
(пигментов), связующих, вспомогательных веществ и воды. Ка-
чество мелования бумаги в клеильном прессе обычно значи-
тельно ниже, чем на станках, отдельно устанавливаемых вне
бумагоделательной машины. Поэтому в клеильном прессе или
в других видах установок, используемых для мелования бума-
ги на бумагоделательной машине, покровный слой наносится
при выработке наиболее дешевых массовых разновидностей
мелованной бумаги.
Таким образом, с помощью клеильного пресса бумаге мо-
жет быть придан ряд важных свойств: повышенное сопротив-
ление впитыванию воды или других жидкостей, жиронепрони-
Цаемость, высокие значения основных показателей механиче-
ской прочности, влагопрочность, жесткость или вялость, непро-
зрачность, белизну, гладкость поверхности, ее гидрофильность
или гидрофобность, отсутствие пылимости, электропроводность,
биостойкость, пониженную деформацию при намокании и пр.
В настоящее время клеильные прессы, в которых валы раз-
мещены по отношению друг к другу в одной горизонтальной
Плоскости, ввиду преимуществ (удобства заправки бумаги
и удаления брака, осуществление более равномерного покры-
тия) вытеснили клеильные прессы с вертикальным расположе-
нием валов.
Шведская фирма КМВ разработала конструкцию наклон-
ного клеильного пресса, которую фирма считает наиболее удач-
ной (рис. 60). В этом прессе
Рис. 60. Схема наклонного клеиль-
угол между плоскостью, прохо-
дящей через центры обоих ва-
лов, и горизонтальной плос-
костью составляет примерно
45°, что обеспечивает более
удобную, чем в горизонталь-
ном клеильном прессе, заправ-
ку бумажного полотна из
предварительной сушильной
части через клеильный пресс
в досушивающую часть маши-
ны. Преимуществом новой
конструкции клеильного прес-
са, как указывает фирма КМВ,
ного пресса является также возможность
простой регулировки угла за-
хода бумажного полотна
в пресс. При этом сокращается число обрывов полотна из-за
пониженной нагрузки на него от захватываемого им раствора
клея (так как полотно плотно прилегает к нижнему валу пресса).
1.10.3. Дополнительные сведения о свойствах бумаги,
обработанной синтетическими веществами
При обработке бумаги различными синтетическими вещест-
вами ей придаются свойства устойчивости к воде, кислотам,
щелочам, разным растворителям, а также та или иная степень
газо- и паронепроницаемое™. В табл. 15 приведены сравнимые
данные устойчивости бумаги в разных условиях после обра-
ботки ее синтетическими веществами.
Обрабатывают бумагу синтетическими веществами различ
ными методами: пропиткой, односторонним или двухсторонним
наносом из расплава, а также в виде пленок лака или слоев,
наносимых из дисперсий, подобно слоям, наносимым при ме
ловании бумаги. Возможно также соединение бумаги с плен
кой высокополимерного вещества: полиэтилена, полихлорвини
ла и др. Такой метод широко используется, в частности, для
укрепления и консервации архивных и библиотечных мате-
риалов.
Операция нанесения на бумагу слоя металлической фольги
или пленки полимера, которую можно наносить и из расплава,
в англоязычных странах получила название ламинирова
ния, а в странах, где говорят на немецком языке,— к а ш и -
р о в а н и я. Таким образом, получившие распространение
в мировой практике термины ламинирование и каширование —
15. Свойства бумаги, обработанной различными видами
синтетических веществ (по данным Хенчеля)
— Синтетическое вещество Устойчивость обработанной бумаги
к воде к кисло- там к щело- чам к маслу и жиру к алифа- тическим углеводо- родам к эфиру и кетонам
Ацетат целлюлозы Малая Плохая Плохая От очень хорошей до хо- рошей Хорошая Плохая
Нитрат целлюло- зы Хорошая Умерен- ная Умерен- ная Плохая
Этилцеллюлоза •» Плохая Очень хорошая Хорошая Умерен- ная
Хлорированный каучук Очень хорошая Хорошая Хорошая Очень хорошая Очень хорошая Умерен- ная
Полиэтилен То же Очень хорошая Очень хорошая Умерен- ная Умерен- ная Хорошаг
Полиизобутилен То же То же Малая и
Сополимер изобу- тилена и стирола »> м Умерен- ная »»
Поливинилхлорид »> >» »» Очень хорошая Очень хорошая Плохая
Пластифицирован- ный поливинил- хлорид »> »» От хо- рошей до уме- ренной От хо- рошей до уме- ренной
Сополимер вини- лидеихлорида »э Хорошая Очень хорошая Очень хорошая »»
Сополимер винил- хлорида От очень хорошей до хо- рошей От очень хорошей до хоро- шей »> То же То же »»
Полиамид Малая Плохая Очень хорошая Хорошая Хорошая
синонимы. Соответственно этому машины, на которых совер-
шается подобная операция, называют ламинаторами или каши-
Ровальными машинами.
При нанесении покрытий на упаковочные материалы (бума-
гУ-основу, пергамент, кальку, бумагу с металлической фольгой)
часто пользуются покровной массой, состоящей в основном из
парафина с добавкой (15—40% в композиции) сополимера эти-
лена с винилацетатом. Такое покрытие, наносимое из расплава
при температуре 120—160° С, обеспечивает упаковочному мате-
риалу высокую влагостойкость, хорошую жиро- и газонепро-
ницаемость, а также теплоизолирующую способность. Покрытие
может быть нанесено и поверх печати, что обеспечивает
получение блестящей поверхности при ее интенсивной окраске
Бумагу с подобным покрытием рекомендуется использовать дл$
суперобложек, этикеток и изготовления различной тары под пи-
щевые и другие продукты.
Существуют различные способы предохранения хлеба от преждевре-
менной Ворчи. Проведенные автором опыты показали, что для кратков.ре.
менного хранения хлеба (несколько дней) может быть использована пара-
филированная упаковочная бумага. Герметичность швов упаковки достига-
ется сваркой. Добавление в ванну для парафинирования бумаги 10% ва-
зелина заметно не отражается на ее 'показателях, однако бумага делается
более эластичной. Было/ также установлено, что для более длительной кон-
сервации хлеба (до 30 сут и более) наиболее пригоден пергамин, покрытый
с двух сторон смесью парафина (70%), полиэтилена (20%) и вазелина
(10%)- Такая упаковка хорошо защищает хлеб от высыхания или увлаж-
нения. Под влиянием термического воздействия швы упаковки прочно сва-
риваются, обеспечивая ее герметичность. Известно, что чем больше в по-
кровной смеси содержится полиэтилена, тем лучше обработанная бумага
сопротивляется сгибанию. Такую бумагу с успехом можно /применять для
упаковки, замороженных продуктов. Однако чем больше содержится поли-
этилена в смеси, тем меньше должна быть скорость машины, на которой
обрабатывается бумага. Даже небольшая добавка полиэтилена заставляет
заметно снижать скорость пропиточной машины. /Если /на современной и
быстроходной машине парафинирование бумаги можно осуществлять при
скорости до 300 м/мин, то при добавлении к парафину даже 3—5% поли-
этилена скорость машины приходится снижать до 250 м/мин.
Влияние полиэтилена различной молекулярной массы и па-
рафина на вязкость покровных материалов при различных
температурах по данным из немецкого источника показано на
рис. 61, а, а на рис. 61,6 показано изменение вязкости смеси
полиэтилен — парафин при постоянной температуре (130° С)
в зависимости от процентного содержания в смеси полиэтиле-
на различной молекулярной массы. Так как снижение молеку-
лярной массы полиэтилена, используемого в смеси с парафи-
ном, приводит к значительному снижению вязкости расплавлен-
ной смеси, то предпочтительным для подобных случаев являет-
ся применение низкомолекулярного полиэтилена (с молекуляр-
ной массой 12 000 и ниже). Длительное (на V2 года) хранение
хлеба без черствения и покрытия плесенью обеспечивает слож-
ная упаковка, состоящая из пергамина, с двух сторон обрабо-
танного указанной выше смесью парафина, полиэтилена и ва;
зелина, и из алюминиевой фольги, с двух сторон лакированной
поливинилбутиралевым лаком.
В данном случае основное назначение лакирования не толь-
ко повышение общей непроницаемости упаковки, но и защита
фольги от корродирующего действия органических кислот (Ук"
сусной, муравьиной), образующихся при длительном хранений
хлеба.
В других случаях лакирование осуществляют для повыШе'
ния блеска некоторых видов бумаги для печати. При этом -па{!
наносят после нанесения на поверхность бумаги печати. Иног'
лакируют бумагу для повышения ее водостойкости и проз-
рачности (фотокалька).
" Лакируемая бумага-основа не должна быть чрезмерно по-
петой, так как при этом она будет обладать повышенной впи-
Р ваюшей способностью и после нанесения лака ее поверх-
ность не будет блестящей. Для улавливания органического
растворителя лакировочные машины снабжаются рекупераци-
онными установками.
Температура, °C
б
Полиэтилен
100 90 80 70 60 50 W 30 20 10 О
Парафин
Составсмеси.массовые проценты
Рис. 61. Зависимость вязкости покровной смеси от ее температуры и со-
става:
а — влияние температуры на вязкость парафина и полиэтилена различной молекуляр-
ной массы: 1 — молекулярная масса 21 000; 2—12 000; <3 — 10 000; 4 — 7000; 5 — 1000;
6 — парафин; б — изменение вязкости смеси полиэтилен — парафин в зависимости от
процентного содержания в смеси полиэтилена различной молекулярной массы: обозна-
чения 1—4 те же
По данным Н. Д. Сушковой с сотрудниками [131], поверх-
ностное покрытие бумаги полимерами позволяет успешно ис-
пользовать подобный материал как для упаковки хлеба и кон-
дитерских изделий, так и для упаковки масла, маргарина,
мороженого, кофе, пряностей, изделий машино- и приборо-
строения. Для расфасовки масла и маргарина применяется
пергамин, покрытый горячим расплавом, пигментированным
порошком алюминия, обеспечивающим светонепроницаемость
Упаковки во избежание окисления жирных кислот. Для упаков-
ки мороженого пригодна бумага с тонким покровным слоем
в 6 8 г/м2. Мешочная бумага, используемая в многослойных
ешках, предназначенных для затаривания сыпучих материа-
°в» может иметь покровный слой с массой 8—35 г/м2 в зави-
мости от вида упаковываемого товара и требований к паро-
Роницаемости бумаги. Обои с блестящим и матовым покров-
в зави-
ным слоем из расплава изготавливают обладающими высокой
устойчивостью к истиранию и хорошей водостойкостью.
Исследованием влияния на свойства бумаги некоторых пле-
нок, наносимых на бумагу в виде растворов полимеров, зани-
мался Э. Л. Аким с сотрудниками [22]. В качестве основы дЛя
нанесения покровного слоя использовалась бумага из 100% не-
беленой сульфатной или сульфитной целлюлозы. Наносилась
пленка немодифицированной нитроцеллюлозы, а также нитро-
целлюлозы, модифицированной алкидными смолами. В состав
покровного слоя наряду с пленкообразующими полимерами
входили пигменты и пластификаторы, обеспечивающие приме-
нительно к переплетным материалам требуемые декоративные
свойства и эластичность пленки.
Было установлено, что нанесение на бумагу пленки приво-
дило к повышению на 20—30% сопротивления раздиранию.
Разрывная длина материала снижалась на 17—30%, хотя раз-
рывное усилие незначительно повышалось. Операция последу-
ющего горячего тиснения композиционного материала способ-
ствовала дополнительному повышению сопротивления излому
более чем на 30% при одновременном снижении прочности на
разрыв.
Указанное изменение свойств бумаги при нанесении на нее
пленки определяется в основном свойствами наносимой пленки
и одновременно связано с действием растворителей, проникаю-
щих в структуру бумаги, оказывающих пластифицирующее дей-
ствие на бумагу и ослабляющих межволоконные связи. При
удалении сушкой жидких компонентов покровного слоя эти
связи полностью не восстанавливаются.
В Украинском научно-исследовательском институте изуча-
лось влияние на физико-механические и барьерные свойства
упаковочной бумаги одностороннего нанесения на ее поверх-
ность сополимера винилиденхлорида и винилхлорида в виде
латекса ВХВД-65 [138]. В качестве основы была использована
бумага с массой 1 м2 40 г, изготовленная из небеленой суль-
фатной целлюлозы. Масса покровного слоя составляла
18 и 30 г/м2. Вне зависимости от массы 1 м2 покровного слоя
сопротивление излому бумаги в ее машинном направлении по-
вышалось в 3,3 раза, а сопротивление продавливанию возра-
стало в 1,6 раза. Повышение массы 1 м2 покровного слоя с 18
до 30 г/м2 приводило к уменьшению паропроницаемости компо-
зиционного материала в 2,6 раза.
Введение в латекс дополнительного компонента — эфира
акриловой кислоты по данным той же работы существенно
улучшало показатели физико-механических и барьерных
свойств упаковочной бумаги. При этом было установлено, что
лучшие защитные свойства придают бумаге акрилаты с боль-
шим углеводородным радикалом. Увеличение массы 1 м2 по-
кровного слоя, содержащего латекс и акрилат, от 12 до 20 г
снижало паропроницаемость упаковочной бумаги более чей
5 раз. Замена метилакрилата бутилакрилатом приводила
® снижению паропроницаемости в 12 раз при одновременном
Охранении примерно на одном уровне воздухопроницаемости
бразцов. Одновременно было отмечено повышение сопротивле-
ния излому упаковочной бумаги в машинном направлении в за-
висимости от массы 1 м2 покровного слоя и молекулярной мас-
сы акрилата в 6—7 раз, а в поперечном направлении в 4—5 раз.
С Поверхностную обработку бумаги и бумаги-основы для
мелования иногда осуществляют с использованием катионных
полимеров акриловой кислоты. Такая обработка способствует
существенному увеличению сопротивления бумаги выщипыва-
нию и пылению, повышает восприимчивость офсетной бумаги
к печатной краске. Подобная обработка бумаги, подвергаемой
каландрированию, придает каландрированной бумаге повышен-
ный лоск. Для получения хороших результатов от поверхност-
ной обработки бумаги катионными полимерами акриловой кис-
лоты необходимо последующую сушку бумаги осуществлять
при повышенной температуре.
Наряду с методом нанесения полиэтилена на бумагу из рас-
плава известен также метод нанесения его из водной диспер-
сии. Такой метод дает возможность использовать для нанесе-
ния тонкого слоя полиэтилена обычное меловальное оборудо-
вание. При этом применяются дисперсии с содержанием 50—•
65% абс. сухих веществ при добавке 0,2% поверхностно-актив-
ного вещества. Покрытие на бумаге подвергают действию
инфракрасных нагревателей или обогреву горячим воздухом.
Наблюдения показали, что струя воздуха при температуре
260—370° С должна вдуваться на покрытие при скорости 900—
4500 м/мин. В этом случае два воздушных колпака общей дли-
ной в 9 м способны обеспечить расплавление покрытия толщи-
ной в 25 мкм при скорости 300 м/мин на бумаге из сульфатной
целлюлозы. Для предотвращения уноса порошкообразного по-
лиэтилена при большой скорости вдувания воздуха необходима
добавка к жидкой дисперсии эмульсии бутилового или другого
латекса в количестве 5% по объему. Метод нанесения поли-
этилена из водной дисперсии имеет некоторые преимущества
по сравнению с экструзионным методом, заключающиеся в ос-
новном в том, что отпадает необходимость обрезать кромки бу-
Маги; покрытие не окисляется, так как температура плавления
и сушки дисперсии ниже температуры расплава при экструзи-
онном методе, следовательно, уменьшается опасность выделе-
ния запаха от покрытия. Вместе с тем при нанесении полиэти-
лена из водной дисперсии необходима мощная сушильная часть
зшины для удаления влаги из покровного слоя и значитель-
ьщ расход тепла на сушку. При замене в дисперсии водной
на органическую затраты тепла на сушку сокращаются,
с требуется регенерация жидкой органической фазы диспер-
Экструзионным покрытиям из расплава высокомолекуляр-
вых полимеров (в том числе полиэтилена) присущи следуюцще
особенности:
1) покрытия, осуществленные этим способом, не имеют себе равных 110
прочности, ударной вязкости, сопротивлениям износу и проколу; 2) выс0.
кая влаго- и жиронепроницаемость; 3) высокая термостойкость и исключи,
тельные теплоизоляционные свойства; 4) высокое сопротивление изгибу,
зволяющее успешно использовать подобные покрытия при производстве
картонных ящиков; 5) могут быть получены разнообразные покрытия, обла.
дающие самыми различными свойствами; 6) на полиэтиленовое покрытие
могут быть нанесены различные клеящие вещества, позволяющие осущест-
вить в дальнейшем .нанесение на покрытие печати.
При методе нанесения покрытий из расплавов не требуется
специальных сушильных устройств. Расплав наносится на
предварительно подогретую поверхность бумаги-основы. Проти-
воположная сторона бумаги при этом охлаждается па холо-
дильном цилиндре, что препятствует прохождению расплава на
охлажденную поверхность полотна.
Если на поверхность бумаги требуется нанести относитель-
но толстый слой пленки синтетического вещества, то в интере-
сах придания покрытию эластичности и равномерной толщины
рекомендуется вместо одного толстого слоя нанести последова-
тельно несколько тонких слоев.
Адгезия пленки к бумаге может быть существенно повыше-
на, если их подвергнуть перед взаимным контактом действию
коронного разряда, осуществляющего химические и физические
изменения соприкасающихся поверхностей. Установлено окис-
лительное действие разряда на поверхность целлюлозных ма-
териалов с образованием на этой поверхности в присутствии
кислорода реакционно-активных карбоксильных и карбониль-
ных групп. Поверхность материалов, подвергнутых коронному
разряду, становится более шероховатой. Подобная обработка
позволила не только существенно повысить прочность соедине-
ния синтетической пленки с бумагой, но и значительно повы-
сить скорость машин, осуществляющих такое соединение.
В случаях, когда хотят поверхности бумаги придать повы-
шенную гидрофобность, бумагу покрывают с поверхности крем-
нийорганическими соединениями (силиконами), представляю-
щими осбой полимеры, в которых атомы кремния связаны
между собой через кислород по схеме:
I । । 1.
-Si-O-Si-O-Si-O-Si .
1111
Свободные валентности кремния могут быть насыщены раз-
личными органическими радикалами (чаще всего метильными
и фенильными группами). По своей гидрофобности силиконо-
вые покрытия намного превосходят парафиновые покрытия.
бумагу чаще всего силиконы наносят в виде эмульсий.
Не исключена также возможность обработки поверхности
228
J
бумаги некоторыми кремнийорганическими соединениями, нахо-
дящимися в газовой фазе, с последующей нейтрализацией ам-
миаком образующейся при этом в бумаге соляной кислоты.
Некоторые дополнительные сведения относительно облаго-
паживания поверхности бумаги приведены и ниже при рас-
смотрении свойств газо-, паро-, водо- и маслонепроницаемости
бумаги.
Глава 2
ВЛИЯНИЕ ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ воды
НА СВОЙСТВА ИЗГОТОВЛЯЕМОЙ БУМАГИ
2.1. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ
При производстве бумаги расходуется большое количество
воды. В некоторых развитых странах на долю целлюлозно-бу-
мажной промышленности приходится до 70% промышленного
использования воды. Во всех процессах бумажного производ-
ства, за исключением сухого способа изготовления бумаги, во-
да играет важную роль. Именно в воде происходит набухание
растительных волокон, их размол, процессы наполнения, про-
клейки и окраски. На бумагоделательной машине бумага изго-
тавливается из разбавленной водной суспензии. Перед каланд-
рированием бумагу смачивают водой.
Вода — один из компонентов любого вида бумаги. Ее коли-
чество в бумаге и свойства оказывают влияние на свойства
изготовляемой бумаги.
Вследствие гигроскопичности и в зависимости от своего хи-
мического состава растительные волокна, из которых изготов-
лена бумага, воспринимают из окружающего воздуха то или
иное количество влаги до установления равновесия между па-
раметрами окружающего воздуха и влажностью бумаги. Вели-
чина этой равновесной или гигроскопической влажности бумаги
зависит также и от содержания в ней других компонентов (на-
пример, минерального наполнителя). Чем выше зольность бу-
маги, тем меньше ее гигроскопическая влажность. С уменьшени-
ем относительной влажности окружающего воздуха уменьшает-
ся и влажность бумаги, находящейся в атмосфере окружающе-
го воздуха. Однако в обычных условиях окружающего воздуха
бумага абс. сухой не бывает.
Наименьшей гигроскопической влажностью характеризу-
йся волокна хлопка, наиболее высокой — волокна древесной
массы, содержащие максимальное количество гемицеллюлоз,
активно адсорбирующих водяные пары.
Влияние влаги в бумаге на показатели ее механической
прочности общеизвестно. Бумага, лишенная влаги (абс. сухая),
остоит из жестких, не пластифицированных водой волокон,
поэтому ее сопротивление излому оказывается пониженным,
месте с тем в чрезмерно увлажненной бумаге силы связи
между волокнами настолько ослаблены, что при этом снижа-
ется не только сопротивление излому, но и величина многих
других показателей бумаги (например, сопротивления разрыву
или продавливанию). Таким образом, для каждого вида бума-
ги существует оптимальная величина влажности, при которой
положительное влияние гибкости и пластичности волокон пре-
обладает над отрицательным влиянием снижения величины
межволоконных сил связи. Поэтому у бумаги со слаборазвиты-
ми межволоконными связями даже небольшое увлажнение бу-
маги способствует уменьшению ее сопротивления излому, в то
время как у бумаги с повышенной величиной межволоконных
сил связи умеренное увлажнение влечет за собой повышение ее
сопротивления излому.
В зависимости от вида выпускаемой бумаги расход свежей
воды на 1 т готовой продукции практически колеблется в очень
широких пределах и составляет от нескольких до 1000 м3 и бо-
лее. Даже при выработке одного и того же вида бумаги на
разных предприятиях расход свежей воды весьма различен
и зависит от принятых схем технологического процесса и ис-
пользования оборотной воды, общей культуры производства
и работы установленного оборудования.
Демографы считают, что к 2000 г. население Земли достигнет прибли-
зительно 6 млрд. чел., а к 2100 г. оно пойойдет к цифре 20 млрд. Хватит
ли на Земле чистой и пресной воды, чтобы удовлетворить физиологические
и производственные потребности человека? Разные ученые в своих реко-
мендациях для удовлетворительного решения этой проблемы указывают
разные пути. Некоторые авторы [154] исходят из того, что уже в самом
скором времени .пресной воды не хватит и человечество должно будет
«пить» океан, т. е. со всей остротой встает вопрос опреснения солевой воды
морей и океанов. Это становится тем более актуальным и потому, что, как
предполагают специалисты, к 2000 г. потребление воды во всем мире воз-
растет примерно в 8 раз по ©равнению с потреблением в начале 80-х годов
текущего столетия.
Другие же авторы [35] считают, что человечеству не угрожает недо-
статок воды. Ему грозит нечто худшее — недостаток чистой воды. Поэтому
эти авторы в проблеме обеспечения человечества водой видят основную за-
дачу — очистку сточной воды.
Чистая вода с течением ®ремен|и превращается ® ценный и в некоторых
странах даже в дефицитный продукт. Обсуждаются условия продажи и
транспортировки пресной воды из Швейцарии в ФРГ и Нидерланды [19]-
Всевозрастающая необходимость охраны природы требует
максимально возможного сокращения расхода свежей воды,
разумного ее использования и уменьшения загрязнений водое-
мов стоками различных предприятий, и в том числе предприя-
тий целлюлозно-бумажной промышленности. В связи с этим
представляют интерес сведения о мировых запасах воды, при-
водимые В. Брехтом [177] со ссылкой на данные А. Баумгарт-
нера и Е. Рейхеля. По этим данным в мире из общих запасов
воды 97,4% представляет собой соленая вода морей и океанов
и 2,6% пресная. В свою очередь из мировых запасов пресной
воды наибольшее ее количество сосредоточено в недоступных
практического использования полярных и морских льдах,
также во льдах глетчеров (77,23%) и под землей на глубине
яОО__4000 м (12,35%)- Теоретически возможная к использова-
нию пресная вода — грунтовая на глубине до 800 м (9,86%),
н да пресных озер (0,35%) и рек (0,003%) —составляет всего
лишь Ю,2% всех запасов пресной воды, или 0,27% общих ми-
повых запасов соленой и пресной воды. Несколько отличающие-
ся но близкие к указанным выше цифры опубликованы
К.’ П. Воскресенским [27].
Приведенные цифры дают наглядное представление о том,
как важно экономить и рационально использовать воду в бу-
мажном производстве, и именно широко применяемую, наибо-
лее дефицитную, пресную воду, так как соленая (неопреснен-
ная) вода может лишь практически в весьма ограниченных
количествах применяться в производстве бумаги из-за большо-
го количества растворенных в ней солей.
В среднем в 1 кг морской воды содержится 35 г солей. Из
этого количества 27,2 г составляет хлористый натрий. Все хло-
риды (соединения хлора с натрием и магнием) в морской воде
составляют 88,7% общего содержания солей, в состав которых
входят 44 химических элемента.
Эти соли морской воды образуют слой накипи в коммуни-
кациях и в системах производственного оборудования, вызы-
вают его коррозию, усиливают пенообразование, препятствуют
проведению процессов проклейки и крашения бумаги, осажда-
ются на волокнах при изготовлении бумаги и создают много
других производственных затруднений.
Разумеется, что в производстве таких специальных видов
бумаги, как электроизоляционная, хроматографическая и т. п.,
использование соленой воды совершенно исключается. В силу
указанного актуальной является проблема опреснения наибо-
лее дешевым методом соленой воды, особенно в географиче-
ских пунктах, расположенных на берегах морей и океа-
нов и в условиях отсутствия естественных ресурсов пресной
воды.
Еженедельная газета «За рубежом» [14], ссылаясь на жур-
нал «Штерн» (ФРГ), сообщает, что до 1960 г. опреснительные
установки строились лишь небольшой производительности (до
3 тыс. м3 пресной воды в день). В 1975 г. было пущено в экс-
плуатацию 26 установок, рассчитанных каждая на производи-
тельность 9,3 тыс. м3 воды в день. В 1977 г. одна опреснитель-
ная установка выпускала 14 тыс. м3 пресной воды в день. На-
мечается тенденция дальнейшего роста производственной мощ-
ности опреснительных установок с одновременным удешевле-
нием пока еще высокой стоимости опреснения морской воды.
На предприятиях бумажной промышленности морская вода
ез ее опреснения может быть использована в виде добавки
к пресной в разумном количестве, определяемом в каждом слу-
ае особо в зависимости от местных условий (назначения
воды, ассортимента выпускаемой продукции, учета возможной
коррозии оборудования и пр.).
В некоторых случаях морская вода может быть использо.
вана для снижения цветности стоков целлюлозно-бумажного
производства. Она вводится в стоки в качестве источника ионов
магния. Добавляемая при этом известь взаимодействует с иона-
ми магния, образуя гидроокись магния. После осаждения хлопь-
ев, захватывающих значительное количество органических ве-
ществ, отстой выглядит более прозрачным, чем первоначаль-
ный поток сточной воды. Наблюдения показали, что обычная
обработка стока таким же количеством извести обеспечивает
значительное снижение его цветности.
Морская вода может быть с успехом использована для вар-
ки целлюлозы, так как при этом наличие химикатов в вароч-
ном растворе практически исключает какое-либо влияние са-
мой жесткости морской воды. Это подтверждается практикой
расположенных на морском побережье сульфитцеллюлозных
заводов, успешно использующих для варки целлюлозы мор-
скую воду.
Пресная вода осадков (дождевая, от таяния снега и льда),
как правило, отличается чистотой, но из-за неравномерного
поступления не может служить в качестве постоянного источ-
ника для применения в производстве бумаги. Вместе с тем из-
вестно, что использование в производстве воды, полученной
в результате таяния льда и снега, приводит к ухудшению сте-
пени проклейки бумаги и уменьшению удержания в бумаге на-
полнителя (каолина). При прочих равных условиях частицы
каолина осаждаются в такой воде медленнее, чем в обычной
производственной воде.
Грунтовая вода (вода подземных источников и колодцев)
вследствие фильтрующих свойств слоев земли практически не
содержит механических примесей и отличается чистотой. Ее
температура даже летом не превышает 10—12° С. Однако из-за
относительно малой производительности грунтовых скважин
они практически не могут обеспечить всю потребность совре-
менной бумажной фабрики в производственной воде. Поэтому
обычно грунтовая вода используется в качестве добавляемой
лишь в производстве специальных видов бумаги.
Перед целлюлозно-бумажной промышленностью, как и пе-
ред другими отраслями промышленности, стоят серьезные за-
дачи, связанные не только с надлежащей очисткой газовых
выбросов, но и с очисткой сточных вод. Дело в том, что еше
до сих пор, по данным Института экономики Академии наук
СССР, целлюлозно-бумажная промышленность является одним
из основных загрязнителей окружающей среды, поставляя
в эту среду до 75% всех отходов в виде взвешенных частип-
Перспективными будут те технологические решения, при реа-
лизации которых резко сокращаются выбросы в атмосферу
и в водоемы. Поэтому необходимо в бумажном производстве
кратить расход свежей воды на 1 т готовой продукции с при-
Срнением при этом максимально замкнутых циклов использо-
яния оборотной воды, что одновременно должно привести
6 уменьшению себестоимости изготовляемой бумаги. Кроме
КкоЯомии воды, волокон и наполнителей при замкнутом цикле
применения оборотной воды достигается также лучшее ис-
пользование тепла, что в ряде случаев, например в производ-
стве газетной бумаги, очень важно. Действительно, максималь-
ное использование тепла, заключенного в потоке древесной
пассы, способствует повышению температуры массы, поступа-
ющей на сетку бумагоделательной машины. Это облегчает про-
цесс обезвоживания массы и повышает температуру оборотной
воды, увеличивая тем самым температуру массы, поступающей
на сетку бумагоделательной машины.
Помимо применения замкнутого цикла использования обо-
ротной воды экономия ее в бумажном производстве, так же
как и экономия волокнистых полуфабрикатов и наполнителей,
может быть достигнута за счет осуществления отлива бумаги
из массы высокой концентрации, применения гидропланок вме-
сто регистровых валиков и высокоэффективной улавливающей
аппаратуры, уменьшения и непроизводительных расходов воды
на пеногашение и пр.
При выработке специальных видов бумаги и нетканых ма-
териалов развитие получит сухой способ их изготовления, при
котором полностью отсутствуют стоки в водоемы.
Требования к очистке сточной воды предусматривают в ря-
де случаев не только определенные показатели цветности, про-
зрачности, биологического потребления кислорода, pH, допу-
стимого содержания некоторых ионов, но и показатели, обес-
печивающие жизнедеятельность рыб. Так, например, по канад-
ским нормам [176] стоки заводов древесной массы считаются
для рыб безвредными, если 80% лососевых рыб выживают в те-
чение 96 ч в объеме воды, 65% которой составляют сточные
воды. Повышенные требования к очистке сточных вод и требо-
вания к подготовке свежей воды для выработки некоторых спе-
циальных видов бумаги (электроизоляционной, хроматографи-
ческой и др.) заставляют вкладывать значительные средства
на строительство различного рода водоочистных сооружений.
Доля расходов на их сооружение в настоящее время достига-
ет 30% стоимости строительства новых предприятий целлю-
лозно-бумажной промышленности.
Для сравнения уровня водоиспользования различными пред-
приятиями бумажной промышленности пользуются показателем
Те п е н и водооборота, представляющим собой выражен-
е в процентах отношение количества оборотной и повторно-
Пользуемой воды в системе к общей сумме расхода свежей,
бы°Р0Тн°й 11 повторно-используемой воды. Повторно может
Лол^ использована так называемая условно-чистая вода от хо-
дильных цилиндров и накатов, от холодильников масляных
систем, теплообменников и от другого оборудования, в котором
вода не загрязняется. Идеальным следует считать величину
показателя степени водооборота 98—99%, поскольку 100%-го
показателя достигнуть невозможно из-за необходимости расхо
да свежей воды на восполнение безвозвратных потерь. Если на
некоторых картонных фабриках достигнута степень водооборо-
та более 90%, то на многих целлюлозно-бумажных комбинатах
указанный показатель не превышает еще 70% и это свиде
тельствует о необходимости проведения дальнейших работ, на
правленных на повышение степени водооборота. На примере
производства картона из привозных полуфабрикатов уже осу-
ществлено такое замыкание цикла водоиспользования, при ко-
тором на предприятии отсутствует сток воды в водоем.
При полном замыкании цикла оборотной воды для разбав-
ления массы теоретически требуется лишь такое количество
свежей воды, которое необходимо для восполнения воды, испа
ряемой при сушке бумаги, если при этом не учитывать, что
исходные полуфабрикаты (целлюлоза, древесная масса) всегда
содержат влаги больше, чем готовая бумага. Однако практиче-
ски свежей воды расходуется больше, так как не всегда повтор
но используют воду, отжатую в прессовой части бумагодела-
тельной машины, поскольку в ней содержатся волокна шерсти
от прессовых сукон. Не всегда полностью применяют и оборот
ную воду для спрысков сетки и напорного ящика, для промыв-
ки сукон, а также для различного рода уплотнений и затворов,
так как это связано с необходимостью предварительной очист-
ки воды от находящихся в ней твердых включений. Не упот-
ребляется обычно и вода, содержащаяся в грубых отходах
сортирования бумажной массы от центриклинеров, ввиду ее
крайне малого количества и трудности отделения от загрязне-
ний, удаляемых в сток.
Д. И. Менделеев говорил, что в химии нет отходов, а есть
неиспользованное сырье. При максимально возможном замы-
кании цикла оборотной воды создаются условия для исключе-
ния как отходов, так и неиспользованного сырья. Так, Суоярв-
ская картонная фабрика уже длительное время работает по
максимально замкнутому циклу использования оборотной во-
ды. Расход свежей воды на этой фабрике не превышает
3—3,5 м3/т, а избыточный активный ил очистных сооружений
используется в композиции картона. Возможны и другие спо-
собы утилизации активного ила очистных сооружений: исполь-
зование его в качестве выгорающей добавки при производстве
кирпича, керамзита и других строительных материалов; при-
менение в качестве удобрения под основные сельскохозяйствен-
ные культуры; употребление в качестве белково-витаминной
добавки при кормлении сельскохозяйственных животных, до-
машней птицы, пушного зверя, рыб и т. д. [160].
Повышение замкнутости системы водоиспользования часто
связано с рядом серьезных производственных затруднений-
В потоке могут развиваться микроорганизмы, вызывающие
сдизеобразование, и накапливается большое количество раст-
воренных веществ. Возникают затруднения в процессах кани-
фольной проклейки бумаги и регулирования pH среды, усили-
вается пенообразование. Более заметными становятся явления
коррозии и отложения солей в трубопроводах и на стенках обо-
рудования. В большей степени засоряются сукна и сокращает-
ся срок их службы.
Однако хорошо известны и меры борьбы с указанными за-
труднениями. Для предотвращения или по крайней мере суще-
ственного снижения пено- и слизеобразования необходима тща-
тельная промывка полуфабрикатов, поступающих на бумажную
фабрику. Для повышенного удержания в массе взвешенных
веществ и сокращения их содержания в оборотной воде могут
быть использованы химические добавки — флокулянты (поли-
акриламид, полиэтиленимин и др.). Сочетание биологической
очистки оборотной воды с пропуском ее через ионообменные
фильтры и электродиализные устройства в принципе обеспечи-
вает возможность удаления из оборотной воды органических
и неорганических веществ. Для этой цели могут быть исполь-
зованы процессы дистилляции и фильтрации через осмотиче-
ские перегородки. Все эти методы (за исключением введения
в поток массы флокулянтов) в настоящее время еще очень до-
роги, но, как указывает Р. Д. Изабелл [196], в области их усо-
вершенствования и удешевления в ряде стран ведется интен-
сивная работа, которая стимулируется все повышающейся стои-
мостью свежей воды.
Сокращение потребления на бумажной фабрике свежей во-
ды связано с организацией ее многократного использования
и наиболее полного водооборота. Для экономии свежей воды
и предотвращения засорений водоемов недостаточно очищен-
ными сточными водами осуществляют ряд мероприятий:
1) организуют оборот уплотнителей воды вакуум-насосов; 2) приме-
няют водяные спрыски специальной конструкции с малым расходом воды,
спрыски высокого давления и незасоряющиеся спрыски, снабженные фильт-
ровальной установкой из нескольких трубчатых фильтров, автоматически
поочередно очищаемых обратным течением воды, как только перепад дав-
лений по обе стороны фильтра выйдет за предел заданного уровня [186];
Щ повышают осветление сточной воды путем применения наиболее совер-
шенной улавливающей аппаратуры и использования эффективных флоку-
лянтов; 4) полностью используют без очистки, воды, содержащие значитель-
ные количества волокон и наполнителей, а избыточные оборотные воды под-
ергают внутрицеховой очистке с последующим использованием очищенной
елы на спрыски сетки, промывку оборудования, приготовление .растворов
"Ныикатов, смыв полов; 5) стараются, где это возможно, процессы проклей-
н и окраски в массе заменить соответствующей поверхностной обработкой
Умаси; 6) повторно используют условно-чистую охлаждающую воду и ма-
„агрязненную воду, а также применяют вместо свежей воды очищенную
воду стоков.
В бумажной промышленности важным показателем качест-
а производственной воды является ее жесткость, харак-
теризуемая содержанием в воде солеи кальция и магния
Временная жесткость зависит от наличия в воде би-
карбонатов кальция и магния. Постоянная жесткость
воды определяется наличием прочих кальциевых и магниевых
солей (сульфатов, хлоридов, силикатов и др.). Сумма времен-
ной и постоянной жесткости составляет общую жест-
кость.
Количественно жесткость воды выражают либо содержани-
ем в ее литре миллиграмм-эквивалентов Са и Mg, либо (те-
перь реже) в немецких градусах. При этом 1 мг-экв/л состав-
ляет 2,8 немецких градуса. 1 немецкий градус (°Н) соответ-
ствует содержанию 10 мг СаО в 1 л воды. 1 г MgO эквивален-
тен 1,4 г СаО.
Соли жесткости воды, особенно временной жесткости, спо-
собствуют осаждению смолы на сетке бумагоделательной ма-
шины и на гарнитуре размольного оборудования, что влечет
так называемые смоляные затруднения.
Процесс канифольной проклейки бумаги в значительной сте-
пени определяется жесткостью производственной воды. Ней-
тральный (бурый) клей практически может быть использован
только в мягкой воде, т. е. в воде с минимальной степенью
жесткости. Соли временной и постоянной жесткости производ-
ственной воды вызывают выпадение осадка этого ’клея, если
жесткость воды превышает 2,5—3,2 мг-экв/л. Белый клей бо-
лее устойчив к солям жесткости воды и не коагулирует в воде,
жесткость которой менее 4 мг-экв/л. Из всех видов канифоль-
ного клея наиболее устойчивым является канифольный клей
с высоким содержанием свободной смолы. Однако чрезмерно
жесткая вода, например морская, также не может обеспечить
надлежащую проклейку бумаги этим видом клея.
Нельзя получить хорошую проклейку бумаги ни одним ви-
дом канифольного клея, пользуясь дистиллированной водой,
т. е. водой, лишенной солей жесткости. В такой воде выделя-
ется клеевой осадок с высокой степенью дисперсности частиц,
которые в значительной степени уходят под сетку бумагоде-
лательной машины. Большое количество в производственной
воде дождевой или снеговой (талой) воды также приводит к за-
труднениям в процессе проклейки бумаги.
Наличие в производственной воде гумусовых веществ, попа-
дающих в воду из почвы, отрицательным образом сказывается
на проклейке бумаги из-за снижения гидрофобизирующей спо-
собности клеевых осадков. При этом также снижается белизна
бумаги.
Соли жесткости воды в ряде случаев вызывают затрудне-
ния в процессе окраски бумажной массы. Они могут вызывать
появление слоя накипи на поверхности сушильных цилиндров-
а также образование на поверхности бумаги белых включений,
появляющихся из-за перехода бикарбонатов кальция и магния
I нерастворимое состояние под влиянием повышенной темпера-
в ры производственной воды.
^Отрицательное влияние повышенной температуры производ-
ственной воды в летнее время на проклейку бумаги канифоль-
ным клеем общеизвестно. В этих условиях происходит нежела-
тельный процесс гомокоагуляции клеевых частиц.
2.2. ВИДЫ ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ ВОДЫ
Технологическая схема подготовки воды для ее использо-
вания в производстве бумаги определяется как видом изготов-
ляемой бумаги, так и свойствами исходной воды: составом
растворенных в ней веществ, видом и количеством взвешенных
примесей, цветом, величиной pH.
На бумажных фабриках в качестве свежей производствен-
ной воды применяются следующие ее виды:
1) механически очищенная — вода из водоема, прошедшая грубую
очистку от щепок, мусора и т. и.; 2) фильтрованная, из которой путем
фильтрации частично или полностью удалены мелкодисперсные взвешенные
вещества; 3) коагулированная, из которой с помощью коагулянтов и фло-
кулянтов с последующей фильтрацией удалены частично или полностью гру-
бые и мелкодисперсные вещества, частицы коллоидных размеров и окраши-
вающие примеси; 4) умягченная, из которой с помощью соответствующих
химикатов удалены не только вещества, выделяемые коагуляцией, но час-
тично или полностью удалены также соединения кальция и магния, обуслов-
ливающие жесткость воды; 5) обессоленная, из которой путем специальной
обработки удалены взвешенные и окрашивающие вещества, а также частич-
но или полностью удалены катионы и анионы растворенных в воде приме-
сей; 6) питьевая, удовлетворяющая требованиям соответствующего стандар-
та и пригодная для питья.
При очистке производственной воды следует иметь в виду,
что песочные фильтры и коагуляция очищают воду от всех
взвешенных и окрашивающих веществ, в том числе и от желе-
за, находящегося в воде в виде органических или коллоидных
форм. Если железо находится в воде в виде растворимого за-
кисного бикарбоната, воду необходимо аэрировать для окисле-
ния железа и перевода его в нерастворимое соединение
Fe(OH)3 [54].
Наиболее сложная обработка воды с получением ее в обес-
соленном виде необходима для выработки специальных видов
бумаги, например конденсаторной, при изготовлении которой
наличие в воде некоторых ионов, в особенности катионов нат-
Рия, отрицательным образом сказывается на диэлектрических
свойствах этого вида бумаги. В подобном случае очистка воды
От электролитов осуществляется путем ионного обмена пропу-
Ск°м воды через катионообменные и анионообменные фильтры.
В катионообменных фильтрах катионы из воды удаляются
По схеме
NaCl 4 Н (катион) ~ * Na (катион) НС1.
JTPH Н-катионировании удаляются из воды вначале ионы каль-
я и магния (Са и Mg) и далее все остальные катионы. При
этом понижается pH воды, так как соли заменяются свобод^
ми кислотами.
В анионообменных фильтрах удаление анионов кислот осу
ществляется по схеме
НС1 + ОН (анион) ~ С1 (анион) -|- Н2О.
По классификации, приведенной в книге Б. М. ЗаморуеВа
[55], потребители свежей воды по одинаковым требованиям к ее
свойствам разделены на семь групп:
к I группе потребителей воды относится производство бумаги, картона
и полуфабрикатов для них, к качеству которых не (предъявляют жестких
требований по цвету, сорности и зольности, а именно: производство мешоц.
ной, упаковочной, мануфактурной, шпульной, патронной, для спичечных ко-
робок синей, основы абразивной, основы для гудронирования и гофрирова-
вия, а также картона (для плоских слоев гофрированного картона, серого
макулатурного, переплетного и коробочного, предназначенных под сплощ.
ную оклейку) н т. п.;
ко II группе потребителей воды относится производство белых и свет-
лоокрашенных видов бумаги из небеленой сульфитной или слабо беленой
сульфатной целлюлозы и древесной массы, а именно: газетной, обойной,
мундштучной, обложечной, а также производство небеленой целлюлозы для
этих видов бумаги (и для последующей отбелки, если к целлюлозе после
отбелки не предъявляются требования низкой зольности) и производство
древесной массы для бумаги С низкой белизной и внутренних слоев много-
слойных картонов;
к III группе потребителей воды относится производство бумаги и кар-
тона из беленых полуфабрикатов и белой древесной массы, к которым
предъявляются требования белизны или чистоты тона светлой окраски,
а также низкой сорности, но не обязательна низкая зольность, а именно:
писчей и бумаги для печати № 1 и № 2, чертежной бумаги, этикеточной,
папиросной, основы светочувствительной, санитарно-бытовых видов бумаги,
жиронепроницаемой, белых видов бумаги для расфасовки пищевых продук-
тов и т. п. К этой же группе относится поток массы для покровного слоя
из беленых полуфабрикатов для многослойного картона. Потоки массы для
внутренних слоев картона можно ’вырабатывать, используя воду, удовлетво-
ряющую требования I и II групп. К Ш группе может быть отнесено также
производство беленой целлюлозы, древесной массы и других полуфабрика-
тов для вышеперечисленных видов бумаги;
к IV группе потребителей воды относится производство высокобеленых
видов бумаги, а именно: документной и основы для фотобумаги. К этой
группе относится и производство целлюлозы для этих видов бумаги;
к V группе потребителей воды относится производство тех видов ка-
бельной бумаги, для которых- не нормируется цвет, но нормируются элек-
троизоляционные свойства;
к VI группе потребителей воды относится производство специальных
видов технической бумаги со строго ограниченной зольностью, наприх’еР
фильтровальной беззольной бумаги и высокосортных кабельных и некото-
рых конденсаторных видов бумаги;
к VII группе потребителей воды относится производство конденсатор'
ной бумаги высшего качества. Для выработки такой бумаги требуется вод2'
почти не содержащая растворенных веществ.
Работой [20] показано, что применение деионизированной
воды вместо коагулированной для отлива полотна конденса
торной бумаги приводит к образованию более плотного и РаВ
номерного фильтрационного слоя, что увеличивает средне
удельное сопротивление фильтрации и замедляет обезвожива
238
л Свойства воды применительно к выработке различных видов бумаги
показатель производственной w воды Газетная бумага Высокозольная Средней зольности клее- ная. писчая, белая, цвет- ная, обложечная, для обоев, светочувствитель- ная Низкозольная | Картон коробочный, пе- реплетный, кровельный, бумага оберточная марки Д
слабоклееная, типо- графская № 1 и 2, для глубокой печати клееная, офсетная клееная, основа для диазокальки неклееная, гигиени- ческая
Температура, ° С, 50 30 25 30 30 30 45
ре более Мелкие взвешен- 50 50 50 50 50 50 60
вещества, мг/л, не более
Запах, балл, не более 2,0 0 0 0 0 0 0
Цветность, 0 ПКШ, не более 50 50 50 50 50 50 н/н
Мутность, мг SiOaM, не более 50 40 40 40 40 40 100
Жесткость, общая, мг-экв/л, не бо- 6.5—7.5 6,5-7,5 5,0 5,0-7,0 3,0—5,0 6,5—7,5 6,5—7,5
лее
Общее содержание растворенных ве- ществ, мг/л, не бо- 800 750 750 750 750 750 3000
лее
Солесодержанне, мг/л, не более Содержание ка- •500 500 500 500 500 500 2000
тионов, мг/л, не более:
Fe3++Fe2+ 0,5 0,9 0,2 0,2 0,1 0,1 н/н
Мп4+ 0,1 0,1 0.1 0,05 0,05 0,05 н/н
Са2+ 95 95 70 66 42-70 95 95
Mg2+ Содержание анио- н°в, мг/л, не более: SiO22- 27 27 18 21 11-18 27 27
200 200 200 200 200 200 н/н
50 50 100 50 10 10 н/н
ХПК.мг О/л, не 300 120 120 120 120 120 1000
ркисляемость пер- манганатная, не более болЬ’ МГ °2/л' не 150 80 80 80 80 80 800
30 20 20 20 20 20 70
««тиИных Iе 4 й Н " "Роияь х ВеЩеств Утлрви°?стве бумаг г 1. н/н воде л — не нс ри прои рмирует зводстве ся. 2. Сс картона )держаш не нор ie повер мируется кностно- , а при
и не должно превышать 1 мг/л. 3. Содержание свободной
Работ?; ™ "Ри выработке бумаги не должно быть более 25 мг/л (при вы-
‘игиеническон бумаги до 15 мг/л).
ние бумажной массы. Одновременно наблюдается повыше^
концентрации волокон в подсеточной воде. Замедление обезв^
живания особенно заметно в условиях весьма малых (до 0,3%?
концентраций поступающей на сетку бумажной массы, с ув?
личением степени ее помола и при понижении температур^
массы. Увеличение температуры массы до 40—45° С существен,
но интенсифицирует процесс обезвоживания. При концентрг.
ции обезвоживаемой массы более 0,3% вид подготовки водЬ!
(деионизация и коагуляция) не оказывает влияние на удельцОе
сопротивление фильтрации при отливе бумажного полотна
Численные данные, характеризующие требования каждой грув.'
пы потребителей, приведены в указанном выше литературном
источнике [55].
Более поздние сведения [28] о требованиях к свойствам
производственной воды приведены в табл. 16.
17. Свойства воды применительно к выработке тарного картона
и мешочной бумаги
Показатель производственной воды Числовое значение Показатель производственной воды Числовое значение
Температура, 0 С, не более 45 Общее содержание раст- воренных веществ, мг/л, не более 3500
Крупные взвешенные вещества, мг/л 0 Солесодержание, мг/л, не более 2500
Мелкие взвешенные вещества, мг/л, не бо- лее 50 Содержание катионов, мг/л, не более:
Цветность, ° ПКШ Не норми- руется Са2+ Mg2+ 95 30
Мутность, мг БЮг/л, не более 100 Содержание анионов, мг/л, не более, С1_ 200
Запах, балл, не более 3 Свободный СОг, мг/л, не более 25
рн 6,5—8,5 ХПК, мг О/л, не более 1000
Жесткость общая, мг-экв/л, не более 7 Окисляемость перманга- натная, мг О/л, не более 800
Жесткость карбонат- ная, мг-экв/л, не более 3 EFIKs, мг О2/л, не более 70
Щелочность общая, мг-экв/л, не более 3
В табл. 17 представлены требования к качеству произвол’
ственной воды при выработке тарного картона и мешочной бу
маги из небеленой сульфатной целлюлозы [28].
Сведения о показателях производственной воды для выРа
ботки электроизоляционных видов бумаги приведены в раб°
18. Свойства воды применительно довыработке различных
электроизоляционных видов бумаги
Показатель „роизводственной воды Кабельная бумага на напряжение, кВ, до Конденсатор- ная обычная бумага Бумага для электролити- ческих конден- саторов с ма- лой величиной диэлектриче- ских потерь
35 по
ТеМператУРа’ °C, не более: 35 35 35 35
Запах, балл, не более 3 2 2 2
pH 6,5-7,5 6,5—7,5 6,5—7,5 5,5—7,0
удельная электрическая проводимость См-ом"*, не более }Кесткость, мг-экв/л, не более: н/н н/н н/н 1 - io-6
общая 1,3 0,1 0,01 0
карбонатная 0,3 0,02 0,003 0
Щелочность общая, мг-экв/л, не более Содержание катионов, мг/л, не более: 0,3 0,02 0,003 0
железа 0,1 0,1 0,04 0,04
кальция 18 1,4 0,14 0
магния 5 0,4 0,04 0
марганца 0,05 0,05 0,05 0
натрия и калия н/н н/н н/н 0
меди 0,05 н/н н/н 0
алюминия Содержание анионов, Мг/л, не более: 2,5 1,0 0,5 0
боридов (С1-) 10 1,0 0,3 0
сульфатов (SO?-) 20 15 0,5 0
силикатов (SiO22-) н/н 0,1 0,1 0,02
в°б°Дный СО2, мг/л 10 4 0 0
8° м е 4 а н и я. 1. н/н — не нормируется. 2. Нулевые значения величин
Т°',ввсти СлУчаях свидетельствуют о практическом отсутствии в пределах
анализов.
”Ч5
те [64]. Некоторые дополнительные данные по этому вопр0с
представлены в табл. 18 [28].
В табл. 19 приведены данные, составленные на основан^
анализов производственной воды некоторых предприятий, Bbj
пускающих конденсаторную бумагу [212].
19. Техническая характеристика производственной воды,
предназначенной для выработки различных видов конденсаторной бумаги
Показатель производственной воды Числовые значения показателей воды при выработке бумаги
обычной конденсатор- ной с очень низ- кими ди- электрически- ми потерями с ВЫСОКОЙ электрической Прочностью и средними значениями ди электрических потерь
Внешний вид Чистая, без осадка, взвесей, бес-
цветная и без особого запаха
pH 6,0—8,5 5,5—7,0 6,6—7,5
Содержание СО2, мг/л ~40 ~10 ~10
Содержание SiO2, мг/л, не более 15 0,1 0,25
Потребление КМпО4, мг/л, не бо- лее 10 3,0 3,5
Общая жесткость, °Н 4—10 0 0
Удельная электропроводность, мкСм/см, не более Содержание ионов, мг-экв/л, не бо- лее: 190 2,5 8
одновалентных катионов 0,50 0,015 0,05
многовалентных катионов 2,00 0,01 0,02
одновалентных анионов 1,60 0,05 0,06
многовалентных анионов 1,90 0,05 0,05
А. А. Долгалева показала, что электролиты, растворен-
ные в воде, оказывают влияние как на процесс размола це-"'
люлозы, так и на основные показатели качества конденсатор-
ной бумаги. При этом действие электролитов обусловлено в11
дом и качеством катионов. Влияние анионов электролита ука
занным автором обнаружено не было. Катионы оказыва10^
отрицательное воздействие на процесс размола сульфатно1
целлюлозы: они способствуют снижению степени помола целл10
лозы и направляют процесс размола в сторону механически
укорочения волокон. При этом было установлено, что чем в
ше валентность катионов, тем больше снижается степень в
мола целлюлозы и средняя длина ее волокон. По степени отР
нательного влияния катионов на показатели разрывной ДЛИ
' яеНсаторной бумаги А. А. Долгалсва располагает их в ряд
АН > Са++ > Na+ > NH4".
Сведения об относительном воздействии катионов на пока-
ели электроизоляционных свойств конденсаторной бумаги
Зпиведены в главе 8.
ЯР Соли жесткости воды также оказывают отрицательное
няние на процесс размола и способствуют снижению как сте-
вЛ й Помола, так и средней длины волокон.
Пе Требования ТАППИ к производственной воде при изготов-
ении четырех групп бумаги (высокосортных, из беленой и не-
беленой сульфатной целлюлозы, а также бумаги с содержани-
ем древесной массы) приведены в книге Ю. Гранта. Однако,
как пишет указанный автор, к этим требованиям следует от-
носиться критически, поскольку, например, на ряде предприя-
тий успешно вырабатывают высокосортные виды бумаги, поль-
зуясь при этом более жесткой водой, чем это предусмотрено
нормами ТАППИ; в данном случае жесткость воды и ее ще-
лочность, заключает Ю. Грант, не являются решающими пока-
зателями качества производственной воды. Он также считает,
что в ряде случаев ограничение содержания железа в воде ме-
нее важно, чем его ограничение в исходной целлюлозе. Однако
в особо ответственных случаях, например при выработке кон-
денсаторной бумаги или основы фотобумаги, содержание желе-
за должно быть минимальным не только в целлюлозе, но
и в используемой воде.
Повышенное содержание хлоридов в исходной целлюлозе
вредно при выработке долговечных видов бумаги, так как, осо-
бенно в условиях жаркого и влажного климата, хлориды пони-
жают pH среды, что приводит к снижению показателей меха-
нической прочности и долговечности бумаги. Поэтому при
выработке долговечных видов бумаги содержание хлоридов в бу-
маге не должно превышать 0,05% и значение pH — не ниже 6,0.
^одержание хлоридов при этом в воде не должно превышать
'5 мг/л, считая на С1.
Ю. Грант обращает внимание на необходимость отсутствия
Хл°ра в воде при выработке бумаги с подцветкой красителя-
ми- Свободный хлор присутствует в воде, если в производстве
^пользуется хлорированная питьевая вода. Он предупреждает
г_КЖе ° необходимости минимального содержания в воде мар-
и пЧа’ КОТ°РЬ1Й ие ТОЛ1>ко способствует пожелтению бумаги, но
ортит жиры, упакованные в бумагу.
1719^рЖн10е значение охраны природы 'было известно царю Петру I. 1 июня
Нвцу ' 0,1 издал указ, в котором было -отмечено, что если кто осквернит
говорен и ДРУгие реки отбросами или другими нечистотами, тот будет при-
С трК избиению кнутом или к вечным каторжным работам.
Ренице гением времени указ Петра I был предан забвению и предусмот-
Указа. g ест,Кие .меры наказания перестали применяться к нарушителям
гтздо в настоящее время, когда повсеместное загрязнение рек, озер и морей
ировом масштабе большим стихийным бедствием, законами в раз-
ных странах предусматриваются все более и более суровые требовани
к нормам технических показателей сточных вод и принимаются все бодр4
решительные меры к нарушителям этих норм. Тем не менее известно, йте
некоторые реки с некогда прозрачной водой в настоящее время несут м.-.°
ные воды, содержащие ядовитые химикаты в губительных концентрация'
для живых организмов. *
В колодцы, реки, озера и моря ядовитые вещества иногда попадаю-
с отходами предприятий химической и целлюлозно-бумажной промышленной
ти в виде нефти и нефтепродуктов, разных поверхностно-активных веществ"
В работе [121] справедливо указано, что одной из основных
современных тенденций развития производства (в особенности
целлюлозно-бумажного) является повторное использование во-
ды в технологических процессах, что постепенно стирает грани
между очисткой воды для производственных целей и очисткой
сточных вод.
Очистка отработанной производственной воды осуществля-
ется как во внутрицеховых системах очистки обычно с исполь-
зованием улавливающей аппаратуры отстойного, фильтрацион-
ного или флотационного типа, так и на внецеховых очистных
сооружениях. На внецеховые очистные сооружения, как пра-
вило, поступают смешанные стоки различных производств, под-
вергаемые разной степени очистки.
Первичная или механическая очистка предназначена для
удаления из загрязненных стоков взвешенных частиц. При вто-
ричной или биологической очистке из стоков удаляются легко-
окисляемые вещества. Третичная или глубокая очистка может
осуществляться различными методами и при ее проведении
ставятся различные задачи: обесцвечивание, удаление специ-
фических токсичных веществ, снижение общего содержания
органических веществ или химического потребления кислоро-
да (ХПК).
Как правило, стоки бумажных и картонных фабрик очи-
щать значительно легче, чем стоки целлюлозных заводов. В бу-
мажной промышленности наибольшие сложности представляет
очистка сточной воды, содержащей токсичные вещества цехов,
выпускающих специальные виды бумаги, например ингибиро-
ванную бумагу.
В последнее время на некоторых предприятиях бумажной
промышленности для очистки сточной воды стали применять
установки промышленного масштаба, основанные на прпнШ1’
пах обратного осмоса и ультрафильтрации. Практически было
установлено, что ультрафильтрация дала положительный Ре'
зультат при обработке сульфитных отработанных щелоков
и сточных вод бумажного производства. Обратный осмос Ус'
пешно применяется для очистки сточных вод отбельного неХа
и улучшает очистку сточных вод бумажного производства.
2.3. НЕКОТОРЫЕ МЕТОДЫ ИЗМЕНЕНИЯ СВОЙСТВ
ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ ВОДЫ
Известно, что подогрев воды снижает ее вязкость и этим
ь3уются для повышения скорости обезвоживания массы жир-
й° о помола или ускорения проникновения воды в поры листов
>°маги или целлюлозы при их роспуске в гидроразбивателе.
Набухание волокон лучше происходит в условиях охлажде-
производственной воды, и это способствует ускорению про-
в„сса размола при фибриллировании волокон.
ц Существенное изменение свойств потоков суспензий, содер-
жащих волокна целлюлозы и частицы минерального наполни-
теля, достигается введением в эти потоки небольших добавок
некоторых полимеров (например, полиакриламида). Этим прак-
тически пользуются во многих случаях, и в частности для уве-
личения эффективности работы улавливающей аппаратуры, так
как подобная добавка способствует ускоренному и более пол-
ному осаждению из водной суспензии твердой фазы.
Механизм действия подобных добавок поясняется представ-
лением о получении при этом так называемой скользкой воды,
в которой стальной шарик падает на дно в 2—2,5 раза быст-
рее, чем в обычной воде [76]. Предполагается, что макромоле-
кулы полимерных добавок способствуют образованию ассоциа-
тов молекул воды и разрушению гидратных оболочек вокруг
частиц твердой фазы. Вследствие этого вода делается для этих
частиц как бы более скользкой, ускоряя выпадение их в осадок.
По данным В. А. Авнапова [2], добавки в воду ПАА в коли-
честве 0,01—1% приводят к снижению коэффициента гидрав-
лического трения на 50—80% и текучесть воды при этом уве-
личивается примерно в 2 раза. Механизм повышения текучести
воды указанный автор и некоторые другие связывают с тем,
что, по их мнению, длинные цепочки молекул полимера, на-
правляясь по оси потока жидкости, так ориентируют вокруг
себя молекулы воды, что вновь образованные структуры гасят
тУРбулентные завихрения и уменьшают трение между струями
внутри потока, благодаря чему повышается его текучесть. Это
явление особенно заметно, если в качестве добавляемого в по-
°к полимера используется в минимальных количествах поли-
ЭТиленоксид (ПЭО).
со ипь1ты’ проведенные Н. Г. Костюкевич в Ленинградской ле-
техннческой академии им. С. М. Кирова, показали, что вве-
снцИе В ВОДУ д°бавок полиэлектролитов (ПАА, ПЭИ и ПЭО)
вОз*ает поверхностное натяжение воды на границе вода —
ctbv Х введение этих полимеров в бумажную массу способ-
ИзготТ ускоРению процесса ее обезвоживания (особенно при
в°Дит°ВЛеНИИ бумаги с повышенной массой 1 м2), а также при-
бецц0 К снижению степени помола бумажной массы, что осо-
л,0чен3аМетно на массе жирного помола. Эти сведения, за иск-
Ием влияния ПЭО на свойства волокон в водной диспер-
сии, и ранее были известны из работ других исследователе
Представляет интерес установленный факт, что ускорение цЛ'
цесса обезвоживания бумажной массы достигается с испод
зованием ПЭО при крайне низких концентрациях этого подо'
мера в потоке (0,01—0,02%), т. е. значительно более низких
чем при применении ПАА и ПЭИ.
Особые свойства приобретает вода под воздействием маг
нитного поля. В такой воде увеличивается скорость многих Л1)
мических реакций, ускоряется кристаллизация растворений
веществ, интенсифицируются процессы адсорбции, изменяется
смачивание твердых примесей и выпадение их в осадок [76].
В технике магнитная обработка воды нашла практическое
применение в качестве средства борьбы с накипью в паровьц
и водогрейных котлах, в промышленности строительных мате-
риалов для сокращения при использовании ©магниченной воды
сроков твердения цементов и придания им повышенной проч-
ности и стойкости к агрессивным воздействиям, для осветле-
ния мутной природной воды и промышленных стоков, а также
для других целей.
В производстве бумаги магнитная обработка воды и бумаж-
ной массы не получила пока практического применения, но, по-
видимому, может быть также использована для ускорения
осаждений взвесей из природной воды и воды, направленной
в сток. Опыты показали [52, 53], что под воздействием посто-
янного магнитного поля на бумажную массу в отливках бума-
ги увеличиваются межволоконные силы связи и плотность от-
ливок, возрастают показатели механической прочности бумаги,
особенно сопротивления раздиранию и продавливанию,
и в меньшей степени — сопротивление излому и разрывная
длина.
Природа механизма воздействия магнитного поля на воду
и на растворенные и взвешенные в ней вещества точно не уста-
новлена, и по этому вопросу существуют различные точки зре-
ния [70].
Одни авторы считают, что в магнитном поле разрушаются
содержащиеся в воде коллоидные частицы, остатки которых
служат центрами кристаллизации примесей, что ускоряет их
удаление. При этом некоторые ионы, в частности железа, ин-
тенсифицируют процесс кристаллизации и образующийся при
этом осадок легко осаждается.
Другие авторы полагают, что магнитное поле воздействуй
непосредственно на структуру ассоциатов воды, вызывая Де'
формацию водородных связей и перераспределение молек?
воды во временных ассоциативных образованиях. Это в св°
очередь влечет за собой изменение протекающих в воде Ф113’
ко-химических процессов. t
Наконец, существует мнение, что магнитное поле измени
распределение ионов в воде, оказывая воздействие на степе
их гидратации за счет временной деформации их гидратйЬ
цеК состоящих из молекул воды с несколько измененной
^ясностью [88].
Я R работе [53] исследовалось изменение величины межволо-
bix сил связи в бумаге при различной степени помола ис-
<ОЙ целлюлозы в зависимости от того, обрабатывалась или
бумажная масса магнитным потоком. Оказалось, что наи-
^..щие значения межволоконных сил связи были неизменно
2биаРУжены У образцов бумаги, полученных из массы, обрабо-
°янной магнитным полем.
Та Повышение сил связи между волокнами, увеличение объ-
ой массы получаемых отливок и увеличение показателей их
ееХанической прочности И. В. Жуков и Ю. Г. Бутко [53] свя-
зывают с наблюдавшейся ими ориентацией волокон под влия-
нием магнитного поля.
Эффект повышения оседания каолина из суспензии под
влиянием полиакриламида, как свидетельствует В. И. Минен-
ко [88], можно усилить совместным действием на суспензию
нужного количества полиакриламида и магнитной обработки.
Пример такого воздействия при фильтрации суспензии каоли-
на представлен в табл. 20.
20. Изменение объема фильтрата, мл, в результате магнитной обработки воды
.и добавок ПАА при фильтрации 12%-ной суспензии каолина [88]
Исходная вода Обработанная вода при на- пряженности Исходная вода Обработанная вода при на- пряженности магнитного по- ля 26,4-104 А/м, добавка ПАА, кг на 1 т као- лина
Время от начала опыта, мин без добав- ки >авка ПАА кг на 1 т лина магнитного по- ля 26,4-104 А/м. добавка ПАА, кг на 1 т као- лина Время начала опыта, мин без добав- ки •авка ПАА кг на 1 т лина
оЧ. я Ч© 0,25 0,5 О W си •=(О X 0.25 0,5
10 7 10 10 11 60 21,5 35 35 41
20 9 17 16 18 90 27,3 41,5 42 46
30 12,5 23 22 25,5 120 33 47,5 48 52
40 17 28 27,5 31 150 36 51,5 52 57
50 18,5 31 31 35 180 39 55 55,5 60,5
суспСКОреНИе Фильтрации под влиянием магнитной обработки
Но-ензии объясняют уменьшением количества воды, связан-
в твеРдыми частицами и увеличением относительного ко-
вижн™ Мономерных молекул воды, обладающих большей под-
Ропи.°Стью вследствие разрыва под влиянием поля части водо-
^Ых связе®-
в°Ды °б1Це считается, что всякое изменение физических свойств
в свяч1р°ИСХОДИТ или в связи с изменением ее структуры, или
Нцщи с изменением состояния водородных связей. Послед-
°пределяются показатели диэлектрической постоянной
воды, температуры кипения, поверхностного натяжения, маг-
нитной восприимчивости и некоторые другие. Плотность, теп-
лоемкость, коэффициент преломления и др. зависят от харак-
тера структуры воды [128]. Даже такая аномалия в изменении
свойств воды, как увеличение ее плотности при нагревании от
О до +4° С, объясняется заполнением благодаря тепловому
движению молекулами воды пустот в ее структуре.
Глава 3
ВЛИЯНИЕ ЭЛЕКТРОКИНЕТИЧЕСКОГО ПОТЕНЦИАЛА
НА ПРОЦЕССЫ ПРОИЗВОДСТВА БУМАГИ
И ЕЕ СВОЙСТВА
На свете нет ничего более практич-
ного, чем хорошая теория.
Л. Больцман
Нужно накопить факты, чтобы полу-
чить мысли.
Л. Пастер
Хотя электротехнические свойства целлюлозы давно уже
вызывали определенный интерес ученых разных стран, тем не
менее лишь в последнее время эти свойства привлекают к себе
во всем мире особо пристальное внимание.
Механизм основных процессов бумажного производства,
свойств суспензий растительных волокон и свойств готовой бу-
маги постоянно связывают с наличием на поверхности целлю-
лозы отрицательного потенциала. Электрокинетические свой-
ства целлюлозы неизменно привлекаются для объяснения яв-
лений адсорбции, набухания растительных волокон, хлопьеоб-
разования в их суспензиях, процессов проклейки, наполнения,
крашения, обезвоживания и пр.
Как известно [31], в электрокинетических явлениях устанав-
ливается та взаимосвязь, которая существует между электри-
ческим полем и движением фаз, преимущественно твердой
и жидкой относительно друг друга. При приложении электри-
ческого поля возникает движение фаз по отношению друг
к другу: электроосмос — при движении жидкости по от-
ношению к твердому телу и электрофорез — при движе-
нии твердого тела по отношению к жидкости.
При механическом перемещении фаз соответственно возни-
кает разность потенциалов: потенциал протекания —
при движении жидкости по отношению к твердому телу и по-
тенциал оседания — при движении твердого тела по от-
ношению к жидкости.
Общепризнанные в настоящее время воззрения на электро-
кинетические свойства целлюлозы исходят из представления
о наличии двойного электрического слоя, возникающего на гра-
нице раздела между твердой фазой (целлюлозой) и жидкой
фазой. На рис. 62 [45] видно строение двойного электрического
слоя. На оси абсцисс отложено расстояние от поверхности
твердой фазы вглубь жидкой фазы. Там же указаны величины
соответствующих зарядов. На оси ординат отложено полное
значение величин скачка фазового или термодинамического по-
тенциала фо от поверхности твердой фазы до свободной поверх-
ности жидкой фазы. Кривая на
рис. 62 характеризует прост-
ранственное распределение
электрического потенциала.
Вначале строение двойного
электрического слоя изобра-
жалось весьма упрощенно и
определялось только элект-
рическим взаимодействием
ионов между собой и поверх-
ностным зарядом. Однако в
дальнейшем схема двойного
электрического слоя была
уточнена Штерном, показав-
шим влияние специфической
адсорбции ионов и их разме-
ров. Он расчленяет двойной
слой на две части: внутрен-
потенциа-
двойного
Рис. 62. Распределение
лов и зарядов на модели
слоя
нюю (адсорбированный мономолекулярный слой
ионов)
и внешнюю, в которой адсорбционные силы и конечный размер
ионов не принимаются во внимание. Штерн учитывает, что
ионы не могут приблизиться к поверхности целлюлозы на рас-
стояние меньше d— расстояние размера ионов. Поэтому он
отличает потенциал стенки ф0 от максимального потенциала диф-
фузного слоя фа- Ранее отождествлялись фа и £ (дзэта-потенци-
ал). Однако в свете современных воззрений движение жидкос-
ти непосредственно по поверхности волокон отсутствует и гра-
ница ее скольжения смещена. Точное место границы скольже-
ния пока не установлено, что, разумеется, усложняет теорети-
ческое рассмотрение происходящих явлений, так как электро-
кинетический потенциал (дзэта-потенциал) определяет паде-
ние потенциала от плоскости скольжения до свободного раст-
вора. Однако дзэта-потенциал может быть измерен опытным
пУтем на основе различных электрокинетических наблюдений,
ТогДа как термодинамический потенциал, имеющий строгий фи-
зический смысл, не может быть определен непосредственным
опытом в случае твердой фазы-диэлектрика. Тем не менее су-
ществуют различные способы обработки экспериментальных
Данных, позволяющие, по крайней мере ориентировочно, вы-
I слить значение термрдинамического потенциала ф0 целлю-
л°зных волокон.
Из схемы, представленной на рис. 62, видно, что поверх-
постный заряд и монослой адсорбированных ионов образую^
как бы молекулярный конденсатор. При этом заряд поверхно.
сти os компенсирован суммой зарядов молекулярного кондец.
сатора Ost и внешнего диффузного слоя щ/, а полное падение
потенциала слагается из падения потенциала в диффузной ча-
сти фа и разности потенциалов между обкладками молекуляр-
ного конденсатора (ф0—фа) [45].
Толщина диффузного слоя не является величиной постоян-
ной. Она уменьшается при увеличении концентрации электро,
лита в растворе, что влечет за собой понижение величины дзэ-
та-потенциала. Введение в раствор некоторых ионов (напри-
мер, А1++| ) может не только снизить величину дзэта-потенциа-
ла до нуля, но и сообщить этому потенциалу противоположный
знак заряда (в нашем случае — положительный). Знак термо-
динамического заряда при этом не изменяется. При проникно-
вении в диффузный слой ионов А1+++ прочность гидратной обо-
лочки уменьшается. Это способствует лучшему обезвоживанию
суспензии бумажной массы и уменьшению степени ее помола,
что и было нами показано в совместной работе с Л. В. Лойко.
Оптимальные условия обезвоживания соответствуют дзэта-по-
тенциалу, близкому по величине к нулю. При этом легко про-
исходит сближение части твердой фазы суспензии и относи-
тельно быстрое разделение суспензии на фазы с большей
и меньшей концентрацией твердых частиц.
По данным работы группы авторов [65], коагулирующее
действие ионов алюминия на частицы канифольного клея со-
стоит не в образовании недиссоциированных соединений с кис-
лотными группами смоляных и жирных кислот, а в сжатии
двойного электрического слоя клеевых частиц. Эти же авторы
показали, что величина степени диссоциации резинатов алюми-
ния не меньше величины степени диссоциации исходных кис-
лотных групп.
Так как дзэта-потенциал прямыми методами измерения най-
ти невозможно, его измеряют косвенными, определяя завися-
щие от него величины, скорость перемещения мелких частии
волокон и наполнителей в электрическом поле, потенциал про-
текания, возникающий в волоконной структуре, через которую
протекает жидкость, электроосмотическое давление, относи-
тельный объем при седиментации и т. д.
Придавая большое значение величинам дзэта-потенциала
и поверхностной проводимости для количественной и качест-
венной оценки электроповерхностных свойств многих систем.
О. Н. Григорьев [32] вместе с тем указывает, что вообще элект-
рокинетический потенциал пользуется у некоторых исследова-
телей незаслуженно плохой репутацией, так как они, применяя
величину этого потенциала для характеристики весьма слоя*'
пых систем, не учитывают при этом ряд факторов, оказываю'
щих влияние на дзэта-потенциал в условиях применяемой
тодики. Других исследователей отпугивают некоторые затру3'
250
t виЯ в области теории и методики измерения дзэта-потенциа-
11 и это заставляет их относиться к понятию дзэта-потенциа-
л ’ как к величине, не имеющей реального значения.
Д Природа возникновения отрицательного потенциала на по-
ерхности целлюлозы исследовалась многими авторами, кото-
nbie этому явлению давали различное объяснение. Исследова-
ния в этой области выполнены А. Л. Трухтенковой [139], кото-
на основании изучения литературных данных и анализа
рая - _ _ _
результатов собственных исследований пришла к выводу, что
р образовании на поверхности целлюлозы отрицательного за-
ряда при низких и средних значениях pH играют важную роль
диссоциации карбоксильных групп. Наряду с этим специфиче-
ская адсорбция анионов и катионов, а также ориентированная
адсорбция дипольных молекул растворителя или растворенно-
го вещества также влияют на образование отрицательного за-
ряда на поверхности целлюлозных материалов. В сильноще-
лочной области свой вклад в формирование двойного электри-
ческого слоя может внести и диссоциация гидроксильных групп
целлюлозы [139]. Тем же автором установлено, что с умень-
шением степени упорядоченности целлюлозы отрицательное
значение ее дзэта-потенциала уменьшается. Этот вывод совпа-
дает с результатами наблюдений японских исследователей [197].
По данным В. И. Юрьева и С. С. Позина [171],дзэта-потен-
циал технических небеленых видов целлюлозы имеет более низ-
кое значение, а поверхностная проводимость более высокое
значение, чем соответственно у беленых видов целлюлозы
и хлопка. Так, для небеленой сульфитной целлюлозы значение
дзэта-потенциала по отношению к воде в опытах указанных
авторов составляло —4,0 мВ, для небеленой сульфатной цел-
люлозы— 4,3, а для небеленого хлопка — 21,4 мВ. Для еловой
древесной массы дзэта-потенциал выражался величиной —
6,6 мВ. Приведенные цифры свидетельствуют о том, что наи-
большая величина отрицательного дзэта-потенциала целлюло-
зы не обязательно соответствует наибольшему содержанию
в ней карбоксильных групп и, видимо, на величину дзэта-по-
тенциала оказывает влияние совокупность переменных факто-
ров. Вместе с тем опыты Е. Поппеля [211] показали, что терми-
ческая обработка целлюлозы при 105° С в течение 72 ч, при-
водящая к уменьшению групп СООН и увеличению групп СНО,
вызвала уменьшение отрицательного значения дзэта-потенциа-
ла с —Ю,9 до —8,41 мВ.
Наличие обменной зольности в образцах целлюлозы умень-
ает значение электрокинетического потенциала по отношению
тъ^т?е И К сильн0 разбавленным растворам. По данным рабо-
Во* *^]’ Дзэта-потенциал одного из образцов беленой сульфат-
Целлюлозы из древесины хвойных пород по отношению
^проводной воде составлял —9±3 мВ. Дзэта-потенциал
сТа 5X6 Целлюлозы по отношению к дистиллированной воде со-
т ял 14±2 мВ. В результате проведения диализа целлю-
лозы для ее обеззоливания дзэта-потенциал целлюлозы достцг
величины —28±3 мВ.
В. И. Юрьевым с сотрудниками также отмечается, что отрц.
цательная величина дзэта-потенциала уменьшается с увеличе-
нием жесткости сульфитной небеленой целлюлозы, с повыще.
нием содержания в целлюлозе карбоксильных групп, с увели-
чением степени помола целлюлозы. Во всех случаях поверх-
ностная проводимость увеличивается.
В литературе, однако, можно встретить данные, противоре-
чащие указанным выше. Е. Поппел [211] в качестве примера
подобного противоречия приводит данные Мак Кенци, соглас-
но которым дзэта-потенциал небе-
Рис. 63. Зависимость от pH
среды дзэта-потенциала
целлюлозы:
1 — беленой сульфатной; 2 —
беленой сульфитной; 3 — небе-
леной сульфатной; 4 — небеле-
ной сульфитной
леных видов целлюлозы (основной
сульфатной и еловой сульфитной)
оказался по абсолютной величине
большим, чем соответственно у
тех же видов целлюлозы, подверг-
нутых отбелке. К похожим резуль-
татам пришел и Г. Дсссауер [182],
(рис. 63). Однозначно объяснить
эти результаты затруднительно.
Можно высказать лишь предполо-
жение , что либо имело место су-
щественное различие в методике
определения дзэта-потенциала, ли-
бо существенно различными были
условия изготовления и химиче
ский состав испытанных образцов
целлюлозы.
На величину дзэта-потенциала
целлюлозных волокон оказывают
влияние многочисленные факто-
ры: содержание инкрустирующих веществ, золы и продуктов
распада целлюлозы, степень разработки волокон в результате
их размола, pH равновесного раствора и др. Учесть в отдель-
ности влияние каждого из этих факторов практически невоз-
можно, в особенности при их совместном воздействии, и это
в значительной степени определяет различия в значениях дзэта-
потенциала, указываемых различными исследователями.
Невольно напрашивается аналогия со случаем известного
противоречия данных в литературе по вопросу о том, какая
целлюлоза сильнее набухает: сульфитная или сульфатная. Экс-
периментами было показано, что применение различных мето-
дов определения способности к набуханию образцов целлюло-
зы, а также различия в их получении и в химическом соста-
ве— все это является причиной и различия между собой Ре'
зультатов определений.
В. М. Дробосюк и С. Л. Талмуд [44] подчеркивают, чт
процессы адсорбции, набухания растительных волокон, хлопь6
бразсвания, проклейки, наполнения, крашения, обезвожива-
1Я зависят прежде всего от величины полного потенциала
яИффузн°й части двойного электрического слоя (ф^) и полно-
го заряда единицы поверхности волокон.
Использование же результатов электрокинетнческих изме-
нений для характеристики злектроповерхностных свойств цел-
люлозных волокон и анализа закономерностей процессов бу-
мажного производства возможно лишь в том случае, когда
условия измерений и обработка экспериментальных результа-
тов позволяют однозначно установить, что граница скольжения
при относительном перемещении фаз совпадает с внутренней
границей диффузной части двойного слоя.
Так как требуемые условия измерений в большинстве инте-
ресующих случаев практически нельзя обеспечить, то для ха-
рактеристики злектроповерхностных свойств целлюлозных во-
локон авторы предлагают использовать измерения поверхност-
ной проводимости и рассчитанные из ее значений величины
заряда единицы площади внешней поверхности волокон. Авто-
ры считают, что рассчитанная ими величина заряда поверхно-
сти волокон в отличие от величины заряда, рассчитанной иным
методом, наиболее полно отражает электроповерхностные свой-
ства системы, так как в переносе электрического тока участву-
ют, как они указывают, ионы и той части двойного электриче-
ского слоя, которая остается неподвижной при обычных элект-
рокинетнческих измерениях.
На основании такого представления они пришли к выводу,
что небеленая целлюлоза, содержащая по сравнению с беленой
большее количество карбоксильных групп, отличается более
высокой поверхностной проводимостью, а также обладает боль-
шим зарядом и потенциалом поверхности, который применитель-
но к волокнам небеленой сульфитной целлюлозы отличается от
известных литературных данных для дзэта-потенциала пример-
но на порядок.
Существующие методы измерений поверхностной проводимо-
сти и электрокинетического потенциала с использованием плот-
ных целлюлозных диафрагм по данным указанных авторов не
Учитывают эффект поляризации поверхности и не дают коли-
чественной оценки величины полного заряда и потенциала
Двойного электрического слоя волокон. Авторы считают, что
количественно эффект поляризации может быть учтен при изме-
рениях поверхностной проводимости в разбавленных суспензи-
ях волокон.
В работе [226] отмечается несовершенство существующих
Методов расчета дзэта-потенциала. Применительно к наличию
Дисперсии частиц сферической формы рекомендуется при рас-
ете величины дзэта-потенциала по измерениям электрофорети-
еской подвижности внесение в расчет соответствующей поправ-
> позволяющей повысить точность определения дзэта-потен-
ала. Авторы определяли величины и других потенциалов
и пришли к выводу о необходимости дальнейших исследование
в области теории электрокинетических явлений в коллоидны^
системах, считая, что существующие знания в этой области
недостаточны.
По вопросу о влиянии процесса размола на изменение элею
трокинетического потенциала целлюлозы в специальной техни-
ческой литературе также нет единой точки зрения.
В работах ряда американских авторов со ссылкой на на-
блюдения японского исследователя Канамуру отмечается, что
в процессе размола целлюлозы электрокинетический ее потен-
циал по отношению к дистиллированной воде увеличивается
Как было установлено позже [56], работа Канамуру была не-
правильно интерпретирована.
Наблюдения проф. В. И. Юрьева с сотрудниками [169, 170]
показали уменьшение электрокинетического потенциала целлю-
лозы к дистиллированной воде по мере возрастания степени по-
мола беленой и небеленой сульфитной целлюлозы, а также бе-
леной хлопковой целлюлозы.
Более поздней работой В. М. Заплатиной и В. И. Юрьева
[56] было установлено, что по мере увеличения степени помола
облагороженной вискозной целлюлозы марки БО и сульфит-
ной беленой марки А электрокинетический потенциал указан-
ных видов целлюлозы по отношению к дистиллированной воде
непрерывно снижается (рис. 64), что авторы объясняют возра-
Рис. 64. Изменение электрокинетического потенциала в зависимости от сте-
пени помола целлюлозы:
а — облагороженной вискозной; б — сульфитной беленой
станием в процессе размола волокон их электронейтральнои
гидратации. В опытах с использованием сульфатной небеленои
целлюлозы марки ЭИ-1 В. М. Заплатина и В. И. Юрьев обна
ружили несколько иной характер изменения дзэта-потенциа-ла
в процессе размола этой целлюлозы (рис. 65). На участке сте
пени помола 40—60° ШР, как утверждают авторы, сказываем-
ся влияние глубоко залегающих пентозанов, которые в резуль
тате размола волокон становятся более доступными и появ-ла
ются на границе раздела фаз, изменяя адсорбционную спосо
‘ петь целлюлозы. Таким образом, характер изменения дзэта-
®°тенциала сульфатной небеленой целлюлозы в процессе ее
П°змола является результирующим от влияния двух факторов:
₽ менения электронейтральной гидратации волокон и их ад-
^ппбционной способности, обусловленной переменным содержа-
дием гемицеллюлоз на волокнах.
Рис 65. Изменение электрокинетического
потенциала в зависимости от степени по-
мола сульфатной небеленой целлюлозы
Д 10 20 30 40 50 60
Степень помола, °ШР
Поливалентные катионы сернокислого алюминия (ионы алю-
миния) снижают отрицательный заряд волокон и частиц напол-
нителя, устраняя их отталкивание. При соответствующих зна-
чениях pH среды сернокислый алюминий гидролизуется, обра-
зуя ионный полимер — гидроокись алюминия, который способ-
ствует образованию крупных хлопьев с мостиковыми связями
между частицами.
Для повышения удержания на сетке мелких волокон и ча-
стиц наполнителя вводят в бумажную массу синтетические по-
лимеры катионного или анионного характера, которые также
снижают заряды частиц суспензии и способствуют флокуляции
с образованием мостиковых связей. По сравнению с сернокис-
лым алюминием они (полиэтиленимин, полиакриламид и др.)
более эффективны, менее чувствительны к изменениям pH сре-
ды и в небольшом количестве обеспечивают получение высоких
результатов. При этом рекомендуется контролировать величину
Дзэта-потенциала. При положительном его значении (т. е. при
значительном содержании сернокислого алюминия и низком
значении pH) рекомендуется введение анионных полимеров,
спасаясь, однако, от их избытка, что может вызвать снижение
Удержания частиц наполнителя и мелких волокон. При малом
содержании сернокислого алюминия и более высоком значении
РН целесообразно введение полимеров катионного типа. Наи-
лее эффективна такая добавка, которая приводит к сниже-
но Дзэта-потенциала к нулю или близких к нулю величин.
Следует учитывать, что чем ниже pH, тем более положи-
тельным становится дзэта-потенциал. Если, например, волокна
ужек>т потенциал —20 мВ при pH = 6, то при pH =4 потенциал
йз е составляет —5 мВ [210]. Именно поэтому для достижения
в к Лек1Рической точки расход катионного полиакриламида
кислой среде меньше, чем в щелочной.
Полагают, что чем выше степень замещения у полиакрила-
мида и чем больше его молекулярная масса, тем меньшее ег0
количество необходимо для эффекта флокуляции. Требуемый
расход полиакриламида для получения необходимой флокуля-
ции зависит и от свойств волокон целлюлозы: чем больще
в технической целлюлозе содержится лигносульфонатов и чем
выше в целлюлозе содержание карбоксильных групп, тем боль-
ший расход полиакриламида необходим.
Рис. 66. Степень удержания наполнителя в зависимости от величины дзэта-
потенциала, изменявшегося введением полиакриламида:
а — катионного; б — анионного
Рис. 67. Степень мутности оборотной воды в зависимости от дзэта-потен-
циала, изменяющегося введением катионного полиакриламида
На рис. 66 представлено изменение степени удержания на-
полнителя в бумаге в зависимости от величины дзэта-потен-
циала. Из рис. 66, а видно, что, изменяя дзэта-потенциал до-
бавкой катионного полиакриламида от —13,5 до —8 мВ, мож-
но повысить удержание минерального наполнителя с 80 до 99 % •
При введении анионного полиакриламида (рис. 66,6) в бумаж-
ную массу, в которой волокна имели положительный электро-
кинетический потенциал из-за наличия в массе сернокислого
алюминия, удержание минерального наполнителя (в данном
случае TiO2) повысилось от 72 до 84% при снижении потен-
циала от +17 до +7 мВ. Как видно из приведенных данных,
в обоих случаях снижение абсолютной величины электрокине-
тического потенциала способствовало повышению удержания
минерального наполнителя [201]. Использование больших ко-
личеств полимера не только повышает его расход, но и вредно,
так как может вызвать перезарядку частиц наполнителей и их
отталкивание от волокон целлюлозы, а также адсорбцию мел-
ких частиц наполнителей.
На рис. 67 авторов уже упомянутой работы [201] показано
изменение степени мутности оборотной воды в зависимости от
величины дзэта-потенциала. Видно, что в области, прилегав'
щей к изоэлектрической точке, минимальна мутность оборотной
воды, содержащей помимо мелких волокон частицы наполнит6'
ля и краситель. Это соответствует наиболее высокому удержа'
нию на сетке взвешенных частиц.
В работе [209] отмечается, что хотя установление величины
та-потенциала вблизи нулевого значения и способствует по-
ЛыЦ1ению удержания массы на сетке, ускорению обезвожива-
® я повышению эффективности осветления воды в улавлива-
ющей аппаратуре, улучшению проклейки и интенсивности ок-
пяски бумаги, повышению ее прочности в сухом и во влажном
состояниях, снижению разносторонности и неравномерности
просвета, тем не менее эффективность нулевого дзэта-потен-
циала во многом зависит от того, каким образом он достигнут
л какая основная цель при этом преследуется. Если в первую
очередь нужно повысить удержание массы на сетке, внимание
должно быть сосредоточено на выборе вида и количества до-
бавляемого полиэлектролита. Для упрочнения бумаги исполь-
зуются соответствующие гидрофильные добавки, синтетические
смолы и т. д. Важно также выбрать соответствующие пункты
технологического процесса, в которых должен быть осуществ-
лен контроль величины дзэта-потенциала.
Кроме влияния дзэта-потенциала на процесс производства
бумаги и ее свойства, отмечается [211], что этот показатель
имеет определенное значение при применении средств для борь-
бы с пеной и слизеобразованием, а также должен учитываться
при определении устойчивости бумаги к старению, стабильности
размеров и диэлектрических свойств бумаги. Не следует, одна-
ко, переоценивать значение дзэта-потенциала и считать его ве-
личину однозначно определяющей ход производственных про-
цессов и свойства бумаги. Важно иметь в виду, что в произ-
водстве бумаги оказывают различное влияние многочисленные
другие переменные факторы. Так, например, вряд ли кто либо
в настоящее время сомневается в том, что электрокинетические
явления в системе бумажная масса — проклеивающие вещества
имеют прямое отношение к процессу проклейки бумаги. Однако
было бы неправильным сложный коллоидно-химический про-
цесс проклейки бумаги и достигаемую степень проклейки ха-
рактеризовать только соответствующей величиной дзэта-потен-
Циала.
В соответствующих разделах книги показано, что на степень
проклейки бумаги оказывают существенное влияние вид и хи-
мический состав как исходной целлюлозы, так и проклеиваю-
щего вещества, свойства производственной воды, характер веде-
ния процессов размола, наполнения, отлива, сушки, каландри-
рования и пр.
Многочисленные опыты, проведенные на кафедре целлюлоз-
°'бумажного производства Ленинградской лесотехнической
надемии им. С. М. Кирова показали, что в условиях отсут-
ЛВИя в бумажной массе сильных лигандов, главным образом
х„Ионов органических кислот (например, при использовании
опковой целлюлозы в чистой воде без гумусовых веществ),
ТоМенения в степени проклейки изготовляемой бумаги в какой-
Степени согласуются с изменениями дзэта-потенциала алю-
17 2675
мосмоляного комплекса, целлюлозы и их сочетания, хотя прц
этом отсутствуют строгие количественные соотношения.
При наличии же в массе сильных лигандов (например, прц
использовании целлюлозы, содержащей соли щавелевой и лиг-
носульфоновой кислот, появившихся в процессе варки целлю-
лозы) какой-либо связи между степенью проклейки и величи-
ной соответствующего дзэта-потенциала установить не удалось.
Видимо, в этих условиях существенную роль играет имеющая
место координационная связь указанных лигандов с ионами
алюминия, что приводит к ослаблению степени проклейки бу-
маги и устраняет какую-либо количественную зависимость сте-
пени проклейки от величины дзэта-потенциала алюмосмоляно-
го комплекса, целлюлозы и их сочетания.
Регулирование величины дзэта-потенциала часто осложня-
ется наличием в бумажной массе неионных веществ, адсорби-
руемых волокнами и блокирующих ионную флокуляцию. Эти
вещества, вводимые в ряде случаев для борьбы с пенообразо-
ванием и смоляными затруднениями, рекомендуется вообще не
применять, так как по мнению авторов работы [210] установ-
ление оптимального значения дзэта-потенциала исключит необ-
ходимость в их использовании.
Электроотрицательный потенциал целлюлозных волокон уве-
личивается в случаях наличия в производственной воде гуму-
совых веществ, особенно гуминовой кислоты.
В изоэлектрической точке, в которой электрокинетический
потенциал волокон близок к нулю, наблюдается наиболее ин-
тенсивное хлопьеобразование волокон. По данным О. Хубера,
максимальное хлопьеобразование волокон имеет место при
электрокинетическом потенциале в пределах от +3 до —3 мВ.
В изоэлектрической точке наблюдается также максимальная
коагуляция частиц минерального наполнителя, лучшее удержа-
ние его в бумаге и повышение равномерности просвета выра-
батываемой бумаги. Как указывает Я. Г. Хинчин [156], в изо-
электрической точке, а также при положительном электроки-
нетическом потенциале целлюлозных волокон, степень их набу-
хания в воде достигает нуля.
Растворенные в воде соли уменьшают величину дзэта-по-
тенциала. Нередко в жесткой воде можно наблюдать макси-
мальную интенсивность хлопьеобразования при дзэта-потенциа-
ле +5—J-Ю мВ [188]. В той же работе отмечается, что нали-
чие в бумажной массе канифольного клея и сернокислого алю-
миния приводит к большему увеличению положительного дзэ-
та-потенциала массы, чем добавка сернокислого алюминия без
клея.
В белом канифольном клее стабилизатором частиц свобод-
ной смолы служит резинат натрия. Механизм стабилизации
заключается в том, что вокруг частиц свободной смолы обрЗ'
зуется сольватная оболочка из адсорбируемых молекул резина-
та натрия, которые при диссоциации ориентируются своим смО'
дЯнЫМ остатком, являющимся анионом, к поверхности частиц
свободной смолы, а катионом (ионом натрия) — к воде.
При таком взаимодействии частицы свободной смолы при-
обретают отрицательный заряд, взаимно отталкиваются, что
предотвращает их слипание и образование агломератов. Таким
образом, удается получить стабильную клеевую дисперсию с со-
дерлсанием свободной смолы в белом клее до 40%. Нарушить
стабильность такой дисперсии могут в жесткой производствен-
ной воде соли жесткости воды. Поэтому белый клей не реко-
мендуется использовать при наличии жесткой производствен-
ной воды.
Получить подобным образом устойчивую клеевую диспер-
сию при наличии в ней повышенного содержания свободной
смолы невозможно из-за недостатка при этом резината натрия,
который был бы способен создать вокруг каждой частицы сво-
бодной смолы нужную сольватную оболочку с приданием ча-
стице достаточно высокого электроотрицательного заряда. По-
этому при использовании клея с высоким содержанием свобод-
ной смолы необходимо введение в его состав вещества, которое
могло бы успешно выполнить функции стабилизатора диспер-
сии. Таким веществом чаще всего служит казеинат натрия, ме-
ханизм действия которого сходен с механизмом действия рези-
ната натрия. В клее с высоким содержанием свободной смолы
диссоциированные молекулы казеината натрия входят в соль-
ватную оболочку частиц свободной смолы с ориентацией анио-
на к поверхности частиц свободной смолы и катиона к воде.
Стабилизирующее действие казеината натрия на клеевую дис-
персию весьма сильное и соли жесткости производственной во-
ды в данном случае не способны вызвать коагуляцию клея,
что позволяет его использовать в условиях наличия жесткой
производственной воды. Лишь под действием такого сильного
электролита, каким является сульфат алюминия, происходит
снижение электрокинетического потенциала смоляных частиц
и их коагуляции с осаждением на волокнах.
Описанный механизм действия стабилизаторов клеевых дис-
персий позволяет объяснить и влияние натриевой соли карбо-
ксиметилцеллюлозы (NaKMIJ), применяемой в ряде случаев
одновременно с проклейкой бумаги канифольным клеем. Сним-
ками, выполненными с помощью электронного микроскопа,
было показано, что при использовании NaKMIJ,, вводимой
в размолотую бумажную массу перед введением канифольного
клея, не наблюдается агломерация частиц клея, которые осаж-
даются на волокнах в мелкодиспергированном виде. При этом
Может быть достигнута существенная экономия канифольного
Клея [120].
Распределение волокон в структуре листа, обусловливаю-
щее степень равномерности просвета бумаги, в значительной
степени зависит от степени флокуляции волокон, на которую,
в свою очередь, влияют происходящие в массе электрокинети-
ческие явления. В связи с этим были осуществлены опыты по
выяснению влияния материала сеток на изменение величины
соответствующего дзэта-потенциала [10]. С этой целью была ис-
пользована установка для измерения дзэта-потенциала, кото-
рый определялся методом протекания.
Ячейка установки набивалась размолотой на водопроводной
воде до 30° ШР сульфитной беленой хвойной целлюлозой мар-
ки А-1, через которую пропускался фильтрат. Сетка (металли-
ческая или синтетическая того же номера) устанавливалась на
выходе течения, чем имитировалось движение потока воды
сквозь слой массы и сетку на бумагоделательной машине.
В этом случае величина определяемого дзэта-потенциала при
наличии металлической сетки составляла —0,29 мВ, а при на-
личии синтетической —2,15 мВ. Таким образом, отрицательное
значение дзэта-потенциала было более высоким при наличии
синтетической сетки. Для проверки этого положения металли-
ческую и синтетическую сетки поочередно помещали в разные
места установки.
Во всех без исключения случаях размещения сеток синтети-
ческая сетка способствовала получению, при измерениях более
высокой отрицательной величины определяемого дзэта-потен-
циала по сравнению с металлической сеткой. Дзэта-потенциал
использованной целлюлозы относительно воды также имел от-
рицательное значение. В практических же условиях выработки
бумаги на бумагоделательных машинах обычно в бумажной
массе присутствует сернокислый алюминий, который придает
волокнам целлюлозы положительный электрокинетический по-
тенциал. Поэтому синтетическая сетка по сравнению с метал-
лической должна способствовать большему снижению величины
дзэта-потенциала волокнистой массы, т. е. большему прибли-
жению его к нулевому значению, вблизи которого наблюдается
повышение удержания мелких волокон и частиц наполнителя,
а также повышение равномерности просвета.
Таким образом, фактически объективно наблюдаемое с по-
мощью соответствующей аппаратуры повышение равномерности
просвета бумаги, изготовленной на синтетической сетке, по
сравнению с соответствующей равномерностью просвета бума-
ги, изготовленной на металлической сетке, может быть, вероят-
но, связано с изменением условий электрокинетических явле-
ний, имеющих место в этом случае при отливе бумаги.
В заключение необходимо отметить:
1. Электроповерхностные свойства волокнистых материалов,
проклеивающих и наполняющих веществ не только в значи-
тельной степени влияют на многие свойства готовой бумаги
(степень проклейки, равномерность просвета, влагопрочность,
содержание золы, фракционный состав волокон по их разме-
рам и др.), но и оказывают существенное влияние на техноло-
гические процессы бумажного производства (скорость обезво-
живания бумажного полотна, эффективность работы улавли-
вающвй аппаратуры и т. д.). При этом сами процессы бумаж-
ного производства (размол, проклейка, наполнение и др.)
влияют на изменение величины параметров электроповерхност-
ных свойств (электрокинетический потенциал, величина заряда,
поверхностная проводимость и др.).
2. Из-за большого количества переменных факторов, оказы-
вающих влияние на электроповерхностные свойства раститель-
ных волокон, различий в химическом составе волокон и усло-
вий их обработки, а также из-за разницы в методах измерений
параметров электроповерхностных свойств с установлением при
этом, какие из них являются определяющими, в специальной
литературе приводится много противоречивых данных по всему
комплексу вопросов, связанных с электроповерхностными свой-
ствами компонентов бумаги.
3. Несмотря на противоречивые взгляды, высказываемые
разными исследователями о влиянии на величину дзэта-потен-
циала вида целлюлозы, процесса размола и других переменных
факторов, а. также о воздействии дзэта-потенциала на отдель-
ные свойства бумаги, тем не менее все авторы сходятся во мне-
нии о влиянии изоэлектрического состояния системы (или об-
ласти вблизи этого состояния) на свойства бумаги и процессы
ее изготовления.
4. Контроль и регулирование величины дзэта-потенциала
с его уменьшением почти до нуля, судя по литературным дан-
ным [174], позволяет в ряде случаев сократить расход кани-
фольного клея на величину до 50%, красителей при выработке
окрашенной бумаги более чем на 75%, наполнителей на 10—
30%, повысить pH бумажной массы с 4,3 до 5,6, увеличить
срок службы сукон, снизить концентрацию твердой фазы в во-
де, подаваемой на улавливающую аппаратуру, и несколько уве-
личить скорость бумагоделательной машины. Одновременно при
этом сокращается расход сернокислого алюминия, но необхо-
дим небольшой расход катионного полиэлектролита.
5. На предприятиях бумажной промышленности необходимы
повседневный контроль показателей электроповерхностных
свойств компонентов бумаги и накопление нужных знаний для
сознательного управления процессами бумажного производ-
ства и свойствами изготовляемой бумаги.
О роли дзэта-потенциала в различных процессах производ-
ства бумаги достаточно подробно указано в обзорной работе
И. Мельцера [206], к которой приложен обширный перечень
литературы по рассматриваемому вопросу.
Глава 4
СТРУКТУРНО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА БУМАГИ
4.1. СТРУКТУРА БУМАГИ
«...существуют большие пробелы в
наших знаниях о механизме свойств
бумаги, и немногие исследователи
будут утверждать, что при заполне-
нии этих пробелов можно обойтись
без тщательного изучения в первую
очередь структуры бумажного по-
лотна».
О. Корте, О. Кэлмис
4.1.1. Основные положения
Под структурой композиционного материала, каким являет-
ся бумага, понимается совокупность представлений о располо-
жении и взаимной связи всех составных частей материала.
Применительно к бумаге ее структура определяется особенно-
стями строения, свойств и взаимосвязи структурных элементов:
различных составляющих бумагу волокон, наполнителей, про-
клеивающих и окрашивающих веществ.
Особенностями структуры бумаги являются:
1. Сложный гетерогенный состав элементов структуры, характеризуе-
мый наличием в композиции бумаги как относительно длинных, так и корот-
ких волокон различного происхождения (в основном растительных, реже
синтетических и минеральных), а также наполняющих, проклеивающих и ок-
рашивающих веществ. Растительные волокна, являющиеся основой структу-
ры большинства видов бумаги, отличаются между собой своим строением
и свойствами, определяемыми видом волокнистого сырья и методами его
J обработки.
2. Анизотропное расположение элементов структуры по трем ее взаим-
но перпендикулярным направлениям, характеризуемое различием в ориен-
тации волокон, в расположении их по размерам, а также в распределении
проклеивающих, окрашивающих веществ, 1иаполнителей и включений возду-
ха. Эта анизотропность структуры определяется в основном методами изго-
товлен|ия бумаги и используемым при этом оборудованием. Они в свою оче-
редь оказывают влияние на анизотропию по направлениям бумажного по-
лотна основных свойств бумаги. 'На анизотропию свойств бумаги оказывает
также существенное влияние склонность волокон к хлопьеобразованию.
3. Капиллярно-пористый коллоидный характер структуры обусловливает
такие свойства бумаги, как впитывающую способность, воздухопроницае-
мость, гигроскопичность, деформацию бумаги при изменении ее влажности,
необратимое изменение свойств бумаги в результате ее сушки и др.
4. Наличие сил связи между элементами структуры бумаги, определяю-
щее механическую прочность и другие свойства бумаги.
5. Для большинства структур бумаги характерна разносторонность,
т. е. различие между собой свойств обеих поверхностей бумажного полотна-
(Это обусловлено не только уже упомянутой выше анизотропией в раополо-
жении элементов структуры, но также различием в рельефе поверхностей
бумаги под влиянием того, что обычно одна из поверхностей соприкасается
с сеткой, а другая — с сукном. Соответствующие отпечатки (маркировка)
на поверхности бумаги и определяют различие рельефа обеих поверхностен
бумажного полотна. Сеточная сторона бумаги обычно менее гладкая и бодее
пористая.
I Сложный гетерогенный состав элементов структуры бумаги
й их анизотропное расположение приводят к тому, что, как по-
казал Ф. Штрейт, даже при наличии бумаги с постоянной мас-
сой 1 № (отклонения не более ±2%) возможны колебания
в пределах ее толщины ±5%, разрывной длины ±20%, сопро-
тивления раздиранию ±20%, сопротивления продавлива-
нию ±25%.
Понятие удельный вес к бумаге неприменимо, поскольку
она неоднородна, как неоднородны и волокна, из которых она
изготовлена. И бумага и волокна содержат включения возду-
ха. К тому же в настоящее время в технической литературе
термин вес повсеместно заменяется термином масса и соответ-
ственно удельный вес — плотностью, так как численная величи-
на какой-либо массы на различных широтах земного шара
и в космосе остается постоянной, тогда как вес при этом ме-
няется. Поэтому показателем степени уплотнения или рыхлости
структуры бумаги, не содержащей в композиции минерального
наполнителя, является ее плотность, представляющая собой от-
ношение массы 1 м2 бумаги к ее толщине. Минеральные напол-
нители увеличивают плотность бумаги, хотя при этом и повы-
шают ее пористость. В силу этого абсолютная величина плот-
ности бумаги, содержащей в композиции минеральный напол-
нитель, не дает возможности непосредственно судить о степени
уплотнения или рыхлости ее структуры.
Плотность бумаги во многом определяется гибкостью и пла-
стичностью составляющих ее волокон. Именно эти свойства
способствуют при изготовлении бумаги сближению волокон
и установлению между ними плотного контакта. Фракционный
состав волокон по их длине также оказывает немаловажное
влияние на величину плотности бумаги. Мелкие волокна запол-
няют пространства между длинными, нередко способствуя этим
повышению плотности бумаги.
Очевидно, что все мероприятия, обеспечивающие уплотне-
ние бумаги в процессе ее изготовления и отделки (прессование
при повышенном удельном давлении, пропуск под ровнителем
и через полусухой каландр, машинное каландрирование и об-
работка в суперкаландре), способствуют и повышению плот-
ности бумаги. Как правило, бумага, полученная двухслойным
или многослойным отливом, обладает большей плотностью по
сравнению с такой же бумагой обычного однослойного отлива.
Величину, обратную плотности бумаги, называют ее пух-
лостью, имеющей, таким образом, размерность см3/г или
м /кг. Таким образом, газетная бумага с плотностью 0,6 г/см3
Или 0,6-103 кг/м3 имеет пухлость 1:0,6=1,67 см3/г или
ЬбТ-Ю-з м3/кг.
В трехмерной структуре бумаги большинство волокон рас-
Ределено в направлении, параллельном ее плоскости. Однако
^пределенная часть волокон расположена под некоторым углом
Горизонтальной плоскости. С увеличением степени фибрилли-
рования волокон, толщины и массы 1 м2 бумаги, а также про-
должительности процесса обезвоживания при формовании бу-
мажного полотна количество этих волокон увеличивается, о чем
косвенно можно судить, определяя межслоевую прочность бу-
маги.
Здесь следует отметить, что межслоевая прочность много-
слойного волокнистого материала в значительной степени за-
висит от влажности соединяемых давлением слоев. Если она
достаточно высока и в полотне присутствует свободная влага,
то в условиях применения одного и того же давления при прес-
совании межслоевая прочность оказывается высокой за счет
хорошего взаимопроникновения и последующего скрепления
между собой водородными связями фибрилл сопряженных во-
локон. Прочной межволоконной связи при отсутствии адгези-
вов получить нельзя, если соединяемые слои волокнистого ма-
териала не содержат достаточного количества свободной вла-
ги. Опыты Дж. Д’А Кларка показали, что после сушки отлив-
ки с высокой исходной влажностью (90%) имеют толщину на
20% большую, чем отливки с исходной влажностью 50%, и хо-
тя вследствие пухлости листа меньшее количество поверхно-
стей волокон находится во взаимных контактах, однако повы-
шенная прочность межфибрилльных связей обеспечивает более
высокую межслоевую прочность спрессованных отливок.
Повышение степени помола исходной целлюлозы, как и уве-
личение давления при прессовании бумаги, способствует повы-
шению ее межслоевой прочности. Увеличение же числа элемен-
тарных слоев бумаги (картона), несмотря на повышение при
прочих равных условиях сопротивления бумаги разрыву, при-
водит к уменьшению величины сопротивления расслаиванию
полученного волокнистого материала.
Установлено, что при добавке катионного крахмала к сме-
си волокон целлюлозы и древесной массы прочность на рас-
слаивание изготовляемой бумаги возрастает, причем макси
мальное увеличение прочности наблюдается при осаждении
катионного крахмала на волокнах до добавления сернокислого
алюминия.
4.1.2. Некоторые методы исследования структуры бумаги
Структура бумаги исследовалась различными методами. Ее
пытались моделировать как в виде физических моделей, так
и геометрических (в виде трехмерной сети волокон с учетом
их ориентации и хлопьеобразования). При этом принимались
различные допущения, которые ограничивали возможности при-
менения выведенных математических зависимостей. Тем не ме-
нее П. Рист считает, что современная теория структуры и проч-
ности бумаги должна быть основана на использовании прямых
визуальных методов исследований при близком геометрическом
подобии идеальных волокон модели и реальных волокон бу-
мажного полотна с одновременным тщательным измерением
физических свойств бумаги. По его мнению, только таким об-
разом можно будет установить прямую причинную зависимость
свойств бумаги от ее структуры.
Для суждения об ориентации и фракционировании волокон
по длине, а также о расположении проклеивающих веществ
и наполнителей в поперечных сечениях толщины бумажного
листа пригодным оказался метод расщепления бумажного ли-
ста, описанный Дж. Паркером и В. Мином. Этот метод осно-
ван на пропуске влажного листа и затем последовательно рас-
щепленных и увлажненных его слоев между двумя валами,
соприкасающимися друг с другом, имеющими гладкую полиро-
ванную и сильно охлажденную поверхность. Лист расщепляет-
ся вследствие примерзания обеих поверхностей бумаги (или ее
слоев) к обоим валам. Подобным образом лист газетной бу-
маги может быть расщеплен по толщине на восемь тонких
слоев.
Другой метод расщепления бумаги на отдельные слои,
судя по литературным данным, позволяет лист газетной бумаги
в течение одной минуты расщепить на 10 слоев и более. Метод
основан на том, что лист расщепляемой бумаги и полоска клей-
кой ленты проводятся вместе между двумя валиками. Лист
разделяется в несколько приемов на слои при отделении ленты
от его поверхности. Отмечается хорошая воспроизводимость
при разделении листа бумаги на слои: положение каждого слоя
постоянно с точностью 1—2% толщины листа. Указанный ме-
тод рекомендуется использовать для исследования процесса
проникновения печатной краски в толщу бумаги при нанесе-
нии печати на ее поверхность.
Неоднократно делались попытки изучения структуры бума-
ги различного рода оптическими методами, включая примене-
ние электронного микроскопа. Эти исследования дали возмож-
ность уточнить наши представления о структуре волокон, ха-
рактере их пор (рис. 68) и установить оптически видимые
контакты между волокнами.
Установлено, что если средний размер пор в невыпущенном
волокне составляет примерно 3,5 нм, то после сушки и повтор-
ного смачивания волокон он снижается примерно до 2,5 нм.
Волокна же в результате сушки претерпевают усадку в попе-
речном направлении до 20% и в продольном направле-
нии— 3%.
Применение радиоактивных изотопов в сочетании с метода-
ми электронной микроскопии и фотографирования позволило
выявить неоднородности структуры бумаги, а также располо-
жение проклеивающих веществ на растительных волокнах.
Многими физическими методами определялась средняя пори-
стость бумаги и количественное распределение пор по их диа-
метру.
В монографии Б. П. Ерыхова [48] приведен перечень мно-
гочисленных неразрушающих методов исследования структур
целлюлозно-бумажных и древесных материалов. Там же, ссы-
лаясь на работу Е. Е. Глухова [31], автор пишет: «Есть осно-
вания предполагать, что в будущем наибольшее развитие по-
лучат неразрушающие методы испытания, поскольку разруша-
ющие методы обладают ря-
дом существенных недостат-
ков. Во-первых, процесс раз-
рушения всегда носит локаль-
ный характер, поэтому, ис-
пользуя его для оценки
свойств материала, нельзя от-
носить результаты измерения
ко всей массе испытуемого об-
разца (тем более изделия).
Во-вторых, разрушение всег-
да оценивается конечным ре-
зультатом испытания, и если в
процессе испытания структу-
ра материала изменяется, то
неизвестно, к какому состоя-
нию относить эти результаты:
начальному или конечному. И
наконец, в-третьих, часто важ-
но иметь возможность оценить
свойства материала в изделии,
Рис. 68. Пора на поверхности во- не разрушая его».
локна К сказанному в пользу при-
менения неразрушающих мето-
дов контроля структуры и качества бумажной продукции сле-
дует добавить мнение О. И. Ястребова и Г. А. Кундзича о том,
что разрушение образцов при большинстве лабораторных испы-
таний и невозможность в связи с этим провести повторные
измерения на одних и тех же образцах приводят к серьезным
затруднениям в метрологическом обслуживании контроля. Схо-
димость показаний таких приборов, как разрывные машины,
для измерения сопротивлений материалов продавливанию, над-
рыву, излому, для контроля влагопрочности, гладкости и дру-
гие, определяется по одноразовым измерениям большого коли-
чества образцов бумаги или картона и не позволяет отделить
вариацию прибора от колеблемости соответствующего призна-
ка, присущей самому испытываемому материалу. Поэтому мет-
рологическая сверка таких приборов затруднена, а точность
соответствующих измерений невысокая. Это не позволяет так-
же выявить колебания прочностных и других характеристик
контролируемого полотна бумаги, что в ряде случаев крайне
важно для настройки работы бумагоделательной и картоноде-
лательной машин.
Учитывая объем и назначение книги, нет возможности здесь
останавливаться подробно на изложении многочисленных
неразрушающих методов исследования структуры бумаги. Пе-
речень работ в этом направлении читатель найдет в упомяну-
той выше монографии Б. П. Ерыхова [48], работе О. И. Ястре-
бова и Г. А. Кундзича, а также в книге О. И. Ястребова [173],
посвященной одному из таких неразрушающих методов иссле-
дования структуры бумаги, а именно применению для этой це-
ли техники сверхвысоких частот.
Для исследования структуры бумаги, установления величи-
ны динамического модуля упругости волокон и бумаги, ориен-
тации волокон в бумажном листе, влияния на упругость бумаги
напряжений, возникающих в ней при сушке, для характеристи-
ки величины межволоконных сил связи и во многих других слу-
чаях пользуются методом определения скорости распростране-
ния ультразвука. Этим же методом пользуются для установле-
ния корреляционной зависимости между скоростью распрост-
ранения ультразвука в бумаге и показателями ее механической
прочности. Поскольку измерение скорости распространения
ультразвука также неразрушающий метод испытания, исполь-
зование этого метода весьма перспективно для контроля проч-
ности бумаги в процессе ее изготовления. Следует иметь в ви-
ду, что скорость распространения ультразвука в бумаге увели-
чивается с ростом общей связанной поверхности волокон и при
этом определяется не столько плотностью бумаги, сколько ве-
личиной межволоконных сил связи.
Ценную информацию о структуре бумаги и ее изменениях
в результате процесса старения можно получить, определяя
жесткость бумаги и модуль упругости при изгибе.
В последнее время все большее распространение для суж-
дения о структуре бумаги и ее упругих характеристиках при-
обретает неразрушающий метод свободных крутильных колеба-
ний, с помощью которого определяется инвариантный показа-
тель бумаги —ее низкочастотный динамический модуль сдви-
га, характеризующий количество контактов в единице объема
бумаги [48, 50]. Этот метод обнаружил высокую степень чув-
ствительности при оценке макроструктуры бумаги. Кривая для
Динамического модуля сдвига бумаги при изменении степени
помола исходной бумажной массы изменяется симбатно с соот-
ветствующими кривыми для разрывной длины, разрывного гру-
за и удлинения бумаги до разрыва [51].
При установлении зависимости механической прочности бу-
маги от содержания в ней проклеивающих веществ был обна-
ружен одинаковый характер зависимостей модулей упруго-
СТи и сдвига от содержания в бумаге проклеивающих
веществ [49].
Экспериментально было показано, что неразрушающие ста-
тические и динамические характеристики бумаги—-модули уп-
РУгости при растяжении и изгибе и модуль сдвига — тесно кор-
релируют между собой. Из традиционных параметров, характе-
ризующих прочность бумажного листа, разрывная длина нац.
более тесно, а сопротивление продавливанию несколько меньше
коррелируют с модулями упругости материала [125].
Теперь многое в структуре бумаги стало более ясным, одна-
ко вопрос еще полностью не решен и в этом направлении пред-
стоит большая работа. Весьма перспективным направлением
в этой работе является привлечение методов молодой науки —
физико-химической или структурной механики. Эта наука ис-
следует влияние физико-химических факторов на процессы
образования, деформирования и разрушения твердых тел
и структурированных дисперсных систем различного рода. Ос-
новная задача этой науки, как указывают П. А. Ребиндер
и И. Н. Влодавец,— получение прочных и долговечных мате-
риалов с заданными механическими и физико-химическими
свойствами, определяемыми химической природой вещества,
образующего материал, и его дисперсной структурой.
4.1.3. Образование структуры бумаги
По определению И. Ф. Ефремова, бумажная масса пред-
ставляет собой систему, обладающую обратимой тиксотропно-
коагуляционной структурой. Эта коллоидная структура состо-
ит из микрообъектов (волокон, частиц наполнителя, проклеи-
вающих веществ и др.), взаимодействующих на далеком или
большом (по сравнению с размерами атомов) расстоянии.
При обезвоживании бумажной массы на сетке бумагоде-
лательной машины концентрация ее возрастает. Между волок-
нами устанавливаются коагуляционные контакты и образуется
пространственная структура сырого полотна бумаги, которая
обладает некоторой прочностью, определяемой силами сцепле-
ния между волокнами и не зависящей от прочности самих во-
локон. При малых нагрузках такая структура, как твердое тело,
обнаруживает упругую деформацию. Однако с возрастанием
нагрузки в структуре обнаруживаются тиксотропные свойства,
выражающиеся в том, что структура под действием механиче-
ской силы легко разрушается, но при снятии нагрузки в зна-
чительной степени восстанавливается.
Существующий механизм формования бумажного полотна
ведет к образованию слоистой структуры, и волокна в листе
располагаются главным образом параллельно поверхности и не
переплетаются с волокнами, расположенными в другой плос-
кости. Это было убедительно показано в докладах на симпо-
зиуме, проходившем в Кембридже (1965 г.) и посвященном
вопросам структуры бумаги.
По мере уплотнения бумажного полотна в прессовой части
машины, а затем в сушильной части структура бумажного по-
лотна изменяется: постепенно переходит от коагуляционной
структуры к структуре переплетения, в которой уже могут дей-
ствовать силы ван дер Ваальса и слабые силы трения между
сопряженными поверхностями волокон. Эта структура также
в процессе сушки постепенно переходит в более прочную, адге-
зионную структуру срастания, в которой основными силами
связи между волокнами служат водородные связи, а силы тре-
пля достигают своего максимального значения, особенно при
-использовании для изготовления бумаги волокон с шерохова-
той поверхностью.
Высушенная бумага имеет прочность структуры, определяе-
мую не только прочностью связей между волокнами, но и проч-
ностью самих волокон. Поэтому повышенная прочность сухой
бумаги будет наблюдаться тогда, когда нагрузка распределя-
ется равномерно на все элементы структуры, волокна в которой
должны быть длинными и гибкими, обеспечивающими возмож-
ность перераспределения напряжений в бумаге.
Если прилагаемая к высушенной бумаге сила находится
в пределах, не допускающих необратимого разрушения, то в
бумаге Проявляются высокоэластические свойства, характер-
ные для коагуляционных структур, что свидетельствует о сохра-
нении в какой-то степени в бумаге и после ее сушки свойств
коагуляционной структуры. Об этом свидетельствует и установ-
ленная в работе [142] общность механизмов формирования
структур в суспензии волокон и в бумажном листе, что подтвер-
ждается высокими коэффициентами корреляции между реологи-
ческими параметрами и неравномерностью просвета бумаги.
Свойства бумаги связаны с надмолекулярной структурой
целлюлозы и других полимерных компонентов бумагообразую-
щих волокон, в первую очередь с изменением при получении бу-
маги и ее использовании их физического (или релаксационного)
состояния [3, 4]. В зависимости от температуры высокополи-
мерные вещества могут находиться в стеклообразном, высоко-
эластическом и вязкотекучем состояниях [62, 132].
В стеклообразном состоянии цепи макромолекул
полимеров неподвижны. Колебательное движение около поло-
жения равновесия с частотой примерно 1013—1014 колебаний
в секунду совершают лишь атомы, входящие в состав цепи.
В этом состоянии для полимера характерны небольшие по ве-
личине упругие деформации. Эти деформации обратимы, они
возникают (и исчезают) одновременно с приложением (или
снятием) нагрузки.
В высокоэластическом состоянии существуют
колебательные движения звеньев и отдельных частей макро-
молекул полимера, которые могут перемещаться независимо
От Других частей молекулы. Эти независимые подвижные части
Молекулы называются кинетическими сегментами.
и высокоэластическом состоянии для полимера наряду с упру-
гими деформациями характерны так называемые высокоэлас-
ические деформации. Хотя эти деформации, также как и упру-
Ие> являются обратимыми, но в отличие от упругих они воз-
никают не одновременно с приложением нагрузки, а развива-
ются во времени и соответственно исчезают после снятия на-
грузки не мгновенно, а также в течение какого-то времени.
В вязкотекучем состоянии подвижностью обладает
вся макромолекула в целом. В этом состоянии для полимера
характерны необратимые пластические деформации. Переход
полимера из стеклообразного состояния в высокоэластическое
происходит в интервале температур 10—20° С; средняя темпе-
ратура области перехода из стеклообразного в высокоэластиче-
ское состояние называется температурой стеклования.
Рассмотренные физические (релаксационные) состояния
существуют и у кристаллизующихся и у некристаллпзующих
ся (аморфных) полимеров. Надмолекулярная структура крис
таллизующихся полимеров, к которым относится целлюлоза,
как правило, включает кристаллические и аморфные области.
Соотношение между этими областями характеризуется степенью
кристалличности. При повышении температуры в аморфных об-
ластях кристаллизующихся полимеров, также как в аморфных
полимерах вообще, существует два перехода — в высокоэласти-
ческое состояние (при температуре выше температуры стекло-
вания) и в вязкотекучее (при температуре выше температуры
текучести). Для кристаллических областей наблюдается только
один температурный переход — их плавление. Таким образом,
для кристаллизующихся полимеров при повышении температу-
ры выше температуры стеклования меняется лишь состояние
аморфных областей, а состояние кристаллических областей
вплоть до температуры плавления (кристаллизации) остается
неизменным.
Под влиянием некоторых низкомолекулярных жидкостей
(пластификаторов) температура стеклования полимеров сни-
жается. Для целлюлозы в сухом состоянии температура стекло-
вания составляет 220° С, т. е. лежит выше температуры начала
химического разложения целлюлозы. За счет взаимодействия
с водой температура стеклования целлюлозы снижается ниже
комнатной. В результате мокрая целлюлоза находится в высоко-
эластическом состоянии, а сухая — застеклована. Поэтому при
сушке мокрого бумажного листа происходит застекловывание
целлюлозы. Одновременно под влиянием возникающих при
сушке усадочных напряжений происходит сближение волокон
и фибрилл, а между близко расположенными структурными эле-
ментами листа устанавливаются связи, природа которых опи-
сана ниже. Стянутая структура бумажного полотна фиксируется
за счет стеклования целлюлозы и других полимерных компо-
нентов бумагообразующих волокон (гемицеллюлоз, лигнина),
для которых при сушке происходит аналогичное изменение их
физического состояния. Такая концепция, разработанная в ис-
следованиях Э. Л. Акима [3, 4], подтверждалась в последую
щие годы С. П. Панковым и Э. 3. Файнбергом [102],
Д. А. Горингом [34], Сакурадой. Увеличение содержания влаги
р бумаге за счет сорбции паров воды из воздуха смещает гра-
ницы физических состояний бумагообразующих полимеров, ме-
няет упругопластические свойства бумаги.
физическое состояние бумагообразующих полимеров оказы-
вает определяющее влияние на поведение бумаги в процессах
обработки и переработки, в частности на адгезию различных
покрытий, на кинетику химической модификации бумаги и т. д.
Вид используемой бумагоделательной машины во многом
определяет структуру изготовляемой бумаги. Выше уже отме-
чалось, что в основном при выработке бумаги и картона при-
меняют столовые и цилиндровые машины, причем последние
в основном используются для выработки картона.
В ваннах цилиндровых машин направление движения массы
может либо совпадать с направлением движения сеточного
цилиндра (прямоточный режим), либо быть противо-
положным движению цилиндра (противоточный ре-
жим). В зависимости от режима работы ванны изменяется
характер структуры образующегося волокнистого материала.
При прямоточном режиме работы ванны на верхней стороне
листа не наблюдается заметной ориентации волокон, а содержа-
ние мелких волокон относительно низкое. Точно так же низко
содержание мелких волокон и на нижней стороне листа при
слабо выраженной ориентации структуры. Лишь на некоторой
глубине в толще волокнистого материала ярко выражена ори-
ентация волокон и наблюдается высокое содержание мелочи.
При противоточном режиме работы ванны ориентация волокон
наблюдается во всех поперечных сечениях толщины материала.
При этом содержание мелочи наибольшее на верхней поверх-
ности листа и непрерывно уменьшается по толщине слоя по
мере приближения к сеточной стороне.
Иная структура листа наблюдается в случае его изготовле-
ния на столовой машине. Здесь ярко выражена ориентация
волокон на сеточной стороне листа при низком содержании
мелочи. По мере приближения к верхней стороне листа ориен-
тация становится менее заметной, а содержание мелочи повыша-
ется. Вообще бумажное полотно, изготовленное на цилиндровой
бумагоделательной машине, имеет большую непрозрачность
и меньшую разносторонность по окраске и степени проклейки
по сравнению с полотном, изготовленным на столовой бумаго-
делательной машине. Это объясняется более благоприятными
Условиями отлива бумажного полотна на цилиндровой машине,
так как в этом случае отсутствуют причины, вызывающие уда-
ление в подсеточную воду большого количества мелких волокон,
проклеивающих веществ и наполнителей (действие регистровых
Валиков, вакуум-насосов и пр.). Вместе с тем анизотропия по
Механической прочности в продольном и в поперечном направ-
лениях более выражена у бумаги, изготовленной на цилиндро-
вом машине, по сравнению с бумагой, изготовленной на столо-
вой машине.
При выработке картона на картоноделательных машинах
различного типа в сравнимых условиях могут быть получены
примерно следующие отношения между сопротивлением раз-
рыву картона в продольном направлении к сопротивлению раз-
рыву в поперечном направлении: на цилиндровой машине при
противоточном режиме работы 4:1; на цилиндровой машине
при прямоточном режиме работы 3:1; на машине инверформ
2,2: 1; на столовой машине 2:1.
На машине периформер при выработке тонкой крепирован-
ной бумаги это отношение может составлять 1 : 1 и даже 0,8: 1,
а при выработке длинноволокнистых видов бумаги сухим' спо-
собом в зависимости от используемого оборудования может
быть 6—7 : 1 и 1 : 0,9—0,8.
В отливках бумаги, изготовленных на листоотливной фор-
ме, ориентация волокон во всех сечениях по толщине листа от-
сутствует. Здесь нет машинного и поперечного направлений,
и если прессование и сушка подобных отливок бумаги осущест-
вляются без преимущества в каком-либо направлении натяже-
ния листа, то и показатели механической прочности отливок
бумаги оказываются одинаковыми в обоих направлениях пло-
скости листа. В подобных отливках более всего мелких волокон
сосредоточено в толще листа, несколько ниже середины толщи-
ны слоя.
Бумага, сформованная на машинах между двумя сетками,
отличается одинаковой структурой обеих поверхностей. При
изготовлении бумаги на этих машинах вследствие фильтрации
воды через волокнистую смесь большинство твердых частиц
стремится переместиться с потоком удаляемой жидкости. При
этом самые мелкие частицы улавливаются у поверхности,
а длинные и наиболее прочные волокна будут находиться в се-
редине листа. Это обеспечивает получение бумаги, лишенной
дефекта разносторонности, т. е. обладающей одинаковыми свой-
ствами обеих поверхностей.
При анализе различных свойств бумажного полотна, изго-
товляемого тем или иным способом, следует иметь в виду ука-
занные выше характерные особенности структуры полотна, на
создание которой оказывают влияние все процессы производст-
ва бумаги.
При исследовании структуры бумаги в настоящее время раз-
личают два понятия, характеризуемые английскими терминами
«formation» и «consolidation». Первое понятие относится
к облачности просвета, выражаемой колебаниями оптической
плотности структуры при ее рассмотрении в проходящем свете.
Второе (целостность или связанность материала) характеризу-
ется рядом факторов, и в первую очередь распределением мело-
чи в структуре бумаги, ориентацией волокон, величиной сил
связи между волокнами и пр.
Имеющиеся у технологов возможности изменения структуры
бумаги обеспечивают широкие пределы изменения многих
(свойств бумаги. Так, например, в зависимости от композиции
бумаги, ее плотности, различий в расположении волокон и дру-
гих факторов изменяются деформационные свойства структуры
бумаги при ее сжатии и растяжении с изменением соотношений
обратимых и остаточных деформаций. В зависимости от плот-
ности структуры бумаги, рельефа ее поверхности, вида и харак-
тера помола исходных волокон, наличия или отсутствия
в композиции минеральных наполнителей, окрашивающих
веществ, связующих или других добавок изменяются оптиче-
ские свойства бумаги: прозрачность или непрозрачность,
белизна и пр.
4.1.4. Пористость бумаги
Пористость бумаги — важный показатель, характери-
зующий ее структуру и определяющий многие свойства бумаж-
ного полотна, в первую очередь его воздухопроницаемость,
фильтрующую и впитывающую способность по отношению к во-
де, другим жидкостям, различным растворам, эмульсиям, сус-
пензиям, и в том числе к чернилам и типографским краскам.
Таким образом, пористость бумаги существенно влияет на ее
пригодность к использованию в качестве писчей, фильтрующей,
впитывающей и водонепроницаемой бумаги, бумаги для печа-
ти и многих других видов бумаги.
Пухлость бумаги, называется также ее удельным
объемом и являющаяся, как указано выше, обратной вели-
чиной плотности бумаги, представляет собой функцию объема
пор в бумаге. По данным Дж. В. Хеттона и М. Замковой, этот
показатель взаимосвязан при высокой степени корреляции
с показателями разрывной длины, сопротивлений продавлива-
нию и раздиранию. Они считают, что для оценки важных
свойств бумаги показателем пухлости можно пользоваться вме-
сто показателя степени помола массы. Однако определение тол-
щины бумаги, а следовательно, ее плотности и пухлости за-
труднено, так как при этом не учитывается сжимаемость и ше-
роховатость поверхностей бумаги. Это практически лишает воз-
можности пользоваться показателем пухлости бумаги для коли-
чественного определения механической прочности, не производя
трудоемкой работы по непосредственному замеру этих свойств.
Академик М. М. Дубинин классифицирует в пористых мате-
риалах все поры на три основные группы: макропоры, эф-
фективные радиусы которых превышают 0,15 мкм; объем этих
пор от 0,2 до нескольких см3 в 1 г; удельная поверхность от 0,5
До нескольких м2 на 1 г; переходные поры (или поры
средних размеров) с эффективным радиусом от 0,015 до
и>1 мкм; удельная поверхность этих пор составляет от несколь-
ких до сотен м2 на 1 г; м и к р о п о р ы (наиболее мелкие поры)
с верхним пределом эффективного радиуса 0,0015 мкм и объе-
мом, не превышающим 0,5 см3 в 1 г.
2675 о7о
Пористость бумаги W, %, представляет собой отношение
объема пор V„ к общему объему бумаги V. При этом учитыва-
ется суммарный объем макропор (промежутки между волокна-
ми) и микропор (поры в волокнах)
100 V„,' V.
Ориентировочно пористость может быть вычислена из дан-
ных плотности бумаги (d) и известного значения плотности абс.
сухих растительных волокон (у= 1,5 г/см3)*.
Пусть для газетной бумаги, не содержащей в композиции
минерального наполнителя, непосредственным замером установ-
лено, что плотность образца этой бумаги составляет 0,6 г/см3,
влажность — 8%. Тогда при массе 1 м2 этой бумаги 51 г объем
1 м2 бумаги составит 51/0,6=85 см3. Объем воды в 1 м2 бумаги
при ее влажности 8% будет 51X0,08=4,08 см3. Масса абс.
сухих волокон в 1 м2 бумаги 51—4,08=46,92 г, а объем абс.
сухих волокон 46,92:1,5=31,28 см3.
Объем воздуха в 1 м2 бумаги определяется по разности
85 — (4,08 + 31,28) =49,64 см3. Таким образом, пористость рас-
сматриваемого образца бумаги будет 49,64-100/85=58,4%,
включая и объем пор самих волокон.
Разумеется, что приведенный расчет дает лишь ориентиро-
вочную величину пористости бумаги. Здесь допускается извест-
ная погрешность, поскольку объем воздушносухих волокон бу-
дет отличаться от суммы объемом абс. сухих волокон и находя-
щейся в бумаге влаги. Допускается также и некоторая погреш-
ность в вычислении плотности бумаги, так как при определении
толщины бумажного полотна, как указано выше, не учитывает-
ся сжимаемость и шероховатость поверхностей бумаги.
Объем, %, занимаемый абс. сухими волокнами, можно
определить по плотности абс. сухой бумаги di и плотности
вещества абс. сухих волокон у
V= 100 d,/T.
Как указывают Р. Корн и Ф. Бургшталлер, пористость бу-
маги, %, может быть подсчитана по разности 100—V=
= 100—100c?i/y= 100(1—dt/y). Очевидно, и в этом методе рас-
чета имеется известная погрешность, так как объем пор в абс.
сухой бумаге будет отличаться от объема пор в воздушно-
сухой бумаге.
С учетом величин плотности, влажности, отмываемой золь-
ности бумаги и потери при прокаливании наполнителя можно
ориентировочно путем расчета определить и пористость бумаги,
* Здесь допускается некоторая неточность, так как плотность абс*,сухо-
го вещества целлюлозы различна в зависимости от вида целлюлозы, степени
делигнификации и пр. По данным А. Нолля, она колеблется для различных
видов целлюлозы в пределах от 1,495 до 1,505 г/см3. Для волокон древеси-
ны, по данным «Справочника бумажника», у=1,56 г/см3.
t держащей в композиции минеральный наполнитель. И в этом
учае принятый метод расчета также позволит получить лишь
[риближенные значения пористости бумаги.
I Р. Уайт и В. Морсо определяли пористость бумаги тремя ме-
тодами: 1) измерением силы капиллярного давления, т. е. силы,
удерживающей жидкость в капилляре; 2) определением сопро-
тивления бумаги проходящему потоку воды; 3) замером потока
воздуха, проходящего через бумагу. Было установлено, что
основным затруднением является сжимаемость бумажного ли-
ста, искажающая результаты замеров. Однако применение пер-
вого из указанных выше методов дает наиболее правильное
представление о распределении в бумаге пор по величине их
диаметра.
Размеры пор в бумаге и в волокнах целлюлозы определя-
ли и другими методами. Так, Ф. С. Мак Найт с сотрудниками
исследовал метод X. Л. Риттера и Л. Дрейка, согласно которо-
му в поры образца, откуда был предварительно удален воздух,
под давлением вводилась ртуть. Кривые зависимости введенно-
го объема ртути от приложенного давления дают возможность
на основании соответствующих уравнений рассчитать с неко-
торым приближением распределение пор по их диаметру. Эти
авторы пользовались также методом С. Пирса, согласно кото-
рому расчет основывается на исследовании изотермы десорб-
ции бензола. Выбор бензола обусловлен отсутствием заметного
набухания целлюлозы в этой жидкости.
Для определения пористости бумаги можно использовать
также метод погружения ее в бензол, свободно проникающий
в поры бумаги, размеры которых больше собственных размеров
его молекул. Метод погружения в бензол заключается во взве-
шивании сухого и пропитанного образцов бумаги. Пористость
по бензолу W6, %, определяется из уравнения
^6 = (mn-m1)100/(Vd6),
где mi, тп — массы сухого и пропитанного образцов бумаги, г;
—'плотность бензола, г/см3.
Контрольные опыты с применением для определения пори-
стости бумаги вместо бензола в тех же условиях этилового
спирта и диоксана показали отклонение результатов испытаний,
составляющее не более 5%. Другие методы определения пори-
стости, например метод проникновения гелия, считающийся
наиболее точным ввиду доступности всех пор бумаги молеку-
лам. инертного газа, практически обнаруживают сходимость
Результатов с данными, полученными при использовании метода
Погружения образцов бумаги в бензол.
Метод ртутной порометрии основан на свойстве ртути не
емачивать многие твердые тела и проникать под давлением
® Их поры. При заполнении объема пор ртутью необходимо
Реодолеть сопротивление силы, численно равной величине про-
изведения периметра поры на поверхностное натяжение и коси-
нус угла смачивания. Связь между внешним давлением и ка-
пиллярным сопротивлением в цилиндрических порах твердого
тела описывается уравнением
P~r- = 2^ra cos 6,
где Р—приложенное внешнее давление, Н; яг2— площадь
сечения поры, м2; 2лг — периметр поры, м; о — поверхностное
натяжение ртути (480-10—3 Н/м); 0 — угол смачивания твердого
тела (бумаги) ртутью (140°).
Из указанного выражения видно, что
Г — 2а COS 6 !Р.
Каждому значению радиуса заполняемых пор соответству-
ет определенное значение равновесного давления. Повышая
давление при вдавливании в поры ртути и измеряя соответст-
вующий объем ртути в порах, можно по полученным численным
данным построить графически зависимость этого объема от
приложенного давления (интегральная кривая) и по ней опре-
делить дифференциальный объем пор для любого интервала
г+Дг с построением дифференциальной кривой. Интегральная
кривая характеризует преимущественно количественную сторо-
ну величины объемов пор бумаги, а дифференциальная — каче-
ственную картину распределения пор по радиусам.
При практическом применении всех описанных выше и мно-
гих других методов определения пористости бумаги делаются
известные допущения, вследствие чего наблюдаются расхожде-
ния в получаемых результатах.
X. Корте указывает, что до сих пор отсутствует строгое чис-
ленное выражение пористости бумажного полотна и приходит-
ся для суждения о порах структуры бумаги прибегать к моде-
лированию. Наиболее часто при этом исходят из понятия эф-
фективного радиуса пор, хотя физически это понятие примени-
тельно к структуре бумаги является фикцией. Такого мнения
придерживается и Б. В. Дерягин. Действительно, бумага прони-
зана сетью пор капиллярных размеров. Однако эти поры не
имеют такой строгой цилиндрической формы, которая рассма-
тривается в качестве классической в трудах по физике капил-
лярных явлений. Поры бумаги — это извилистые капилляры
самой различной формы и различного диаметра, изменяющегося
по длине капилляра. Поэтому, когда мы говорим об эффектив-
ном радиусе пор бумаги, речь идет о какой-то усредненной ве-
личине, соответствующей радиусу такого цилиндрического
капилляра, который обнаруживает ту же величину капилляр-
ного давления.
По данным Е. Л. Бака, наблюдается значительная анизо-
тропность в распределении пор по длине, ширине и толщине
бумажного полотна, а также древесноволокнистых плит. ИспЫ-
[ания впитывающей способности этих материалов под действи-
ем капиллярных сил по отношению к дистиллированной воде,
ррдному раствору поверхностно-активного вещества, минераль-
ному маслу и ксилолу показали, что наибольший эффективный
радиус пор наблюдается в машинном направлении полотна
Н наименьший — в направлении его толщины (1—5% до 30%
оТ эффективного радиуса пор в машинном направлении).
Эффективный радиус пор в поперечном направлении волокни-
стого материала — 60—98% от соответствующего радиуса пор
в машинном направлении.
Дж. П. Кейси указывает, что средний эффективный радиус
пор составляет для мелованной бумаги 0,2 мкм, а для документ-
ной 1,2 мкм. Для промокательной бумаги он находится в пре-
делах от 0,1 до 2 мкм. При этом, однако, этот автор пишет, что
в данном случае под эффективным радиусом пор понимается
эквивалентный радиус поры по длине, равной толщине листа,
через которую мог бы пройти такой же поток воздуха, как через
все поры, приходящиеся на единицу площади бумаги. Очевид-
но, что эта величина не может характеризовать размеры, форму
и распределение пор и пригодна лишь как относительная при
сравнении пористости различных видов бумаги.
В. Брехт и А. Поль, ссылаясь на X. Корте, указывают, что
средний радиус пор большинства видов бумаги составляет
0,5—2 мкм. Исходя из этого, они рекомендуют для быстрого
и равномерного увлажнения бумаги наносить на ее поверхность
частички воды меньшей величины, чем поры бумаги. Получе-
ние таких частичек в виде аэрозоля возможно при распылении
воды сжатым воздухом в поле высокого электрического
напряжения.
X. Корте приводит описание двух методов (ртутного
и диоксанового), применение которых позволяет высказать суж-
дение не только о среднем радиусе пор бумаги, но и о распреде-
лении пор по размерам. Наблюдения указанного автора пока-
зали, что поры в жиронепроницаемой бумаге и в растительном
пергаменте имеют величину порядка 10 4 и 10-5 см.
Средний радиус пор в бумаге также может быть определен
пропусканием через зажатый образец при определенном дав-
лении в единицу времени бензола или керосина. Последний
обладает родственными свойствами с бензолом, но меньшей
токсичностью. Определять максимальный радиус пор можно
продавливанием воздуха через образец, пропитанный одной из
Указанных жидкостей.
X. Корте установил влияние степени помола массы на вели-
чину определяемой пористости образцов бумаги из сульфатной
Йебеленой целлюлозы. Как видно из рис. 69, с увеличением сте-
вии помола бумажной массы возрастает относительное коли-
чество мелких пор, тогда как в бумаге из массы более садкого
Иомола максимум частоты пор сдвигается в сторону пор более
Крупных размеров.
Рис. 69. Распределение размера поп
в образцах бумаги из сульфатц0$
целлюлозы разной степени помола:
I — 87° ШР; 2 — 64° ШР; 3 — 24° 1Цр.
4 — смесь 24 и 87° ШР
Рис. 70. Интегральные кривые по-
ристости образцов бумаги:
1 — неклееной, высушенной при темпе-
ратуре 70° С; 2 — неклееной, высушен-
ной при температуре 130° С
Рис. 71. Дифференциальные кривые
распределения пор в образцах бу-
маги:
Г — неклееной, высушенной при темпе-
ратуре 70° С; 2' — неклееной, высушен-
ной при температуре 130° С
Это согласуется с данными работы С. С. Чечунова
(ЦНИИБ), экспериментально показавшего при использовании
метода ртутной порометрии, что при прочих равных условиях
снижение величины плотности бумаги приводит к смещению
максимума распределения размеров пор бумаги в сторону
больших размеров. Им было отмечено, что относительная
влажность окружающего воздуха оказывает влияние на хараК'
тер распределения размеров пор в различных видах бумаги Д-ЧЯ
печати. При относительной влажности воздуха около 50% на-
блюдаемая кривая распределения размеров пор в бумаге обна-
руживает наиболее плавный переход от мелких пор к крупным-
Рис. 72. Интегральные кривые пористости образцов бумаги:
1 — клееной, высушенной при температуре 70° С; 2 — клееной, высушенной при тем-
пературе 130° С
Рис. 73. Дифференциальные кривые распределения пор в образцах бумаги:
Г — клееной, высушенной при температуре 70° С; 2" — клееной, высушенной при тем-
пературе 130° С
Колебания относительной влажности окружающего воздуха до
5% в этом случае практически не сказываются на максимуме
функции распределения пор по их размерам. Это наблюдение
С. С. Чечунова в дополнение к указанному выше свидетельству-
ет о том, что в печатном процессе относительная влажность
окружающего воздуха, близкая к 50%, является оптимальной.
Использованный нами метод ртутной порометрии позволил
Установить влияние температуры сушки на характеристику по-
ристой структуры образцов клееной и неклееной бумаги, имею-
щей основные размеры пор в макропористой области.
На рис. 70 и 71 приведены соответственно интегральные
и Дифференциальные структурные кривые для неклееных образ-
цов бумаги из беленой сульфатной целлюлозы, высушенных
При разной температуре.
На рис. 72 и 73 приведены аналогичные кривые для таких
*е образцов бумаги, но проклееных в массе белым канифоль-
Ь1М клеем при расходе канифоли 2% к массе волокон.
Из рассмотрения кривых видно, что повышение температу-
РЫ сушки влечет за собой рост общего объема пор неклееных
I клееных образцов бумаги. Канифольная проклейка в массе
вызывает рост общего объема пор, что объясняет ранее заме,
ченный Я. Г. Хинчиным факт увеличения воздухопроницаемо,
сти образцов клееной бумаги. При повышении температур^
сушки как у клееных, так и у неклееных образцов бумаги воз.
пикают более крупные поры.
21. Влияние температуры сушки неклееной бумаги
на ее структурные свойства
Температура сушки, °C Радиус пор, мкм Пористость, % Воздухопронц, цаемость, мл/мин
максимальный средний по бензолу вычисленная
50 10,9 0,69 33,0 64,5 223
70 12,7 0,76 35,8 64,7 248
90 12,9 0,96 42,3 64,5 261
ПО 13,9 1,09 47,0 64,5 270
130 13,7 1,10 50,1 64,5 275
В табл. 21 приведены экспериментальные данные работы
М. Р. Кагана, выполненной под руководством автора этой кни-
ги. Данные этой таблицы характеризуют влияние температуры
сушки неклееной бумаги из беленой сульфитной целлюлозы на
величину ее пористости. Одновременно приведены значения
воздухопроницаемости, среднего и максимального размеров
пор.
Из табл. 21 видно, что с ростом температуры сушки наблю-
дается существенное возрастание пористости бумаги, опреде-
лявшейся методом погружения в бензол. Увеличивались значе-
ния среднего и максимального радиусов пор, одновременно
увеличивалась и воздухопроницаемость бумаги. Описанный
выше расчетный метод определения пористости бумаги вследст-
вие указанных ранее неточностей определения толщины
и плотности образцов оказался нечувствительным к обнаруже-
нию влияния температуры сушки на пористость образцов.
В табл. 22 приведены результаты аналогичных опытов
с образцами бумаги, проклеенной различным количеством кани-
фольного клея.
Из данных табл. 22 видно, что проклейка в массе способст-
вует увеличению максимальных размеров пор бумаги, а также
ее воздухопроницаемости и пористости по бензолу. Таким об-
разом, показано как методом ртутной порометрии, так и опре-
делением пористости бумаги по бензолу, что при повышении
температуры сушки разрыхляется структура неклееных и клее-
ных образцов бумаги с одновременным снижением степени про*
клейки бумаги. Полученные численные данные подтверждают
целесообразность применения форсированного высокотемпер^'
турного режима сушки при выработке бумаги с повышенной
22. Влияние температуры сушки клееной бумаги на ее структурные
свойства
Серия образка Температура сушки, °C Расход клея, % канифоли Степень про- клейки, мм Радиус пор, мкм Пористость, % X X о 1= л о н ХОХ >>о X м s-5. О га
макси- мальный средний по бензо- лу вычислен- ная
1 50 1,5 1,5 19,4 0,53 52,0 64,0 264
2 50 2,0 1,5 22,1 0,54 54,0 64,1 340
3 70 1,5 1,4 19,6 0,54 53,5 64,0 274
4 70 2,0 1,5 22,1 0,77 55,1 64,0 375
5 90 1,5 1,25 20,4 0,60 55,0 64,0 270
6 90 2,0 1,30 23,0 0,92 56,7 64,1 360
7 ПО 1,5 0,75 20,9 0,65 58,2 63,9 285
8 ПО 2,0 0,70. 25,5 0,92 59,4 63,8 370
9 130 1,5 0,25 21,1 0,68 61,7 64,0 290
10 130 2,0 0,25 35,5 0,94 62,9 63,9 370
пористостью и умеренного режима сушки при выработке бума-
ги с плотной сомкнутой структурой листа.
Исследуя влияние различных факторов на пористость бума-
ги, М. Р. Каган пришел к выводу, что наибольшее влияние ока-
зывает степень помола бумажной массы, из которой изготовле-
на бумага. С увеличением степени помола массы резко снижа-
ются общая пористость изготовляемой бумаги, размер пор
и воздухопроницаемость. Одновременно существенно возраста-
ют удельная поверхность и содержание мелких пор в структуре
бумаги. В порядке снижения .интенсивности воздействия на
объем пор бумаги переменные факторы могут быть располо-
жены в следующий ряд: вид и содержание наполнителя, дози-
ровка канифольного клея и температура контактной сушки.
По данным того же автора увеличение массы 1 м2 бумаги
(при постоянной плотности) приводит к образованию несколько
более рыхлой структуры бумаги с примерно качественно оди-
наковым спектром пор. Поскольку определение величины плот-
ности бумаги связано с указанными выше неточностями, полу-
чаемое постоянство этой величины фактически не может свиде-
тельствовать о неизменности пористой структуры бумаги.
“Месте с тем повышение плотности бумаги прессованием или
Каландрированием в условиях постоянной массы ее 1 м2 при-
водит к значительному уменьшению объемов и размеров пор
бумаги.
При изготовлении бумаги из неразмолотых волокон целлю-
°зы наибольшую общую пористость с содержанием крупных
аКропор, по данным М. Р. Кагана, обнаружила сульфатная
целлюлоза из хвойных пород древесины. По степени уменьще
ния пористости изготовляемой бумаги из неразмолотых волоц(|'
образцы бумаги располагаются в следующем порядке: из Bo.qJ1
кон хлопка, сульфитной еловой и сульфатной осиновой вцдОв
целлюлозы. С увеличением степени облагораживания каждОг
вида целлюлозы наблюдается увеличение объема пор бумаги
изготовляемой из такой целлюлозы. Этот рост пористости про’
исходит в основном за счет роста объемов крупных макропор
4.1.5. Связь фильтрующей способности бумаги
с ее пористостью
К многочисленным фильтрующим видам бумаги и картона
предъявляются в зависимости от назначения самые разнооб-
разные требования, в соответствии с которыми их изготовляют
из различных волокнистых материалов по различному техно-
логическому режиму.
В случаях, когда необходимо задержать на фильтре лишь
грубодисперсную фазу среды, подлежащей фильтрации, приме-
няют фильтрующий материал с порами, через которые не могли
бы пройти механически задерживаемые фильтром частицы.
Если же необходимо задержать на фильтре мелкодисперсную
фазу, например частицы коллоидных размеров, нельзя ограни-
читься только механическим удержанием, и эти мелкие части-
цы должны быть задержаны на материале фильтра адсорбцией.
Таким образом, наблюдается аналогия с механизмом удержания
в бумажном полотне крупных и мелких частиц минерального
наполнителя.
Фильтры из бумаги и картона используются для фильтрации
различных суспензий, аэрозолей и для отделения твердой фазы
от газообразной. В том случае, когда фильтрующий материал
применяется для работы в жидкой среде, ему часто известными
методами придают свойство влагопрочности.
В технике фильтры на бумажной основе применяются для
фильтрации различных технических масел, вин, жидкого топли-
ва, химических и биологических препаратов, для отделения
пыли от воздуха, твердой фазы от газообразной в автомобиль-
ных фильтрах и пр.
Для фильтрации жидкостей, содержащих взвешенные части-
цы, применяются фильтркартоны, обычно изготовляемые из
сульфатной целлюлозы садкого помола с добавкой хлопковых
волокон.
При фильтрации воздуха или газов обычно стараются сочС’
тать большую производительность фильтра, что определяете
повышенной степенью его воздухопроницаемости, с высокой сте
пенью задержания частиц, подлежащих отделению. ^а1<1<|
фильтры также изготавливают из сульфатной целлюл°3
и хлопка, к которым добавляют небольшое количество асбест
вых волокон.
| пля получения фильтра с норами возможно меньшего диа-
Т ра рекомендуется использовать тонкие волокна. В некото-
случае для эт°й цели применяются волокна манильской
ньки. Наилучшие результаты при изготовлении фильтров дает
применение тончайших стеклянных волокон с диаметром менее
3 мкМ‘ . ,
разумеется, что фильтры, предназначенные для фильтрации
продуктов питания, не должны содержать опасных для здоровья
веществ.
Особые требования предъявляются к бумаге для аналити-
ческих фильтров. Используемый для их изготовления волокни-
стый материал должен отличаться повышенной чистотой, мини-
мальной зольностью и содержание в нем а-целлюлозы должно
превышать 90%.
Независимо от назначения фильтрующего материала жела-
тельно, чтобы он отличался однородностью структуры, имел
малое сопротивление при требуемой скорости протекания
фильтруемого продукта и максимальную емкость по отношению
к задерживаемым частицам.
Как установлено в работе Ц. Зильвермана, зависимость со-
противления бумажного фильтра от скорости протекания фильт-
руемого продукта через фильтрующий слой носит линейный
характер, причем наклон прямой определяется видом фильтру-
ющей бумаги.
Чтобы определить эксплуатационную пригодность фильтру-
ющей бумаги для той или иной цели фильтрации, необходимо
располагать следующими основными величинами: аэро- или
гидродинамическим сопротивлением, общей пористостью, сте-
пенью уплотнения, размерами пор бумаги, степенью дисперсно-
сти и фракционным составом подлежащих отделению частиц,
а также кинетическими параметрами течения фильтруемого
продукта. Кроме указанных величин желательно знать харак-
тер строения пор и их распределение в бумаге по размерам.
Ценную информацию в этой области может дать применение
описанного выше метода ртутной порометрии.
Одной из наиболее важных характеристик фильтрующей
бумаги является тонкость фильтрации, выражаемая размером,
Мкм> наиболее крупных частиц, которые пропускает данный
материал. Обычно различают абсолютную и номинальную тон-
кость фильтрации, понимая под абсолютной тонкостью фильт-
рации размер самых больших частиц, прошедших через фильтр,
под номинальной — размер самых больших частиц, количест-
которых не превышает 2% общего количества частиц после
*' льтра. Исходя из физического смысла этих понятий, можно
Ная\ГаТЬ’ что тонкость фильтрации (абсолютная и номиналь-
ру ' зависит в основном от максимального размера пор фильт-
бУм1Цего материала. Существует мнение, что размер пор
фцла>К110Г0 фильтра не оказывает решающего влияния на его
ЬтРующую способность. Подобное мнение основывается
на том положении, что многие фильтрующие материалы имеют
в своей структуре поры, превышающие по размеру улавливае-
мые частицы. Это дает основание некоторым исследователя^
считать, что частицы удерживаются фильтром прежде всего
в результате их столкновений с волокнами фильтра. С этой
точки зрения для улавливания частиц целесообразно, чтобы
бумажный слой имел повышенную толщину и состоял из значп-
тельного количества мелких волокон. При этом фильтруемый
продукт, проходя через слой фильтра, должен часто менять
направление своего движения.
X. Грин и В. Лейн, ссылаясь на опыты других исследовате-
лей, указывают, что наибольшей задерживающей способностью
и сроком службы обладают фильтрующие материалы с повы-
шенной толщиной. В. А. Уэйт и Р. Т. Лукас, исследуя свойства
бумажных фильтрующих материалов из стеклянных волокон,
пришли к выводу, что эффективность фильтрующей бумаги
прямо пропорциональна удельной поверхности волокон.
А. В. Канарский установил, что при фильтрации медицинских
и биологических сред эффективность фильтрации во многом
определяется удельной поверхностью фильтра, а также вели-
чиной и знаком его дзэта-потенциала.
X. Корте, изучая кривые распределения пор по размерам
в образцах фильтрующих видов бумаги различного назначения,
наблюдал смещение максимума распределения в сторону более
крупных пор у образцов с меньшей плотностью. Он нашел, что
если на оси абсцисс отложить логарифмы средних радиусов
пор, а на оси ординат логарифмы плотности фильтрующих ви-
дов бумаги, то между этими величинами наблюдается линей-
ная зависимость. Линейной также предполагается зависимость
среднего диаметра пор от диаметра волокон фильтрующей
бумаги.
23. Свойства фильтрующей бумаги пяти марок
Сопротивление Впитываемость си С-
Разрывной излому, ЧИСЛО
Е г
X S груз X 9,8 Н в направлении двойных гибов пере- в на- ся о а я X
Масса 1 ма, г правлении s S •Е о S *
.с о X ,
3 машин- попе- машин- попе- ч о 0J о ч X
о ном речном ном речном а Е X о о о СО S 5=
81,4 147 8,7 4,2 556 264 16 1,9 63 37
80,4 189 4,85 1,93 — — 1,7 4,5 1158 7.8
81,5 186 4,23 2,42 119 29 2,7 3,9 1258 9,8
81,1 193 3,9 1,75 22 2 1,8 5,1 1323 П,5
78,6 194 2,97 1,58 9 8 1,5 5,1 1654 13,0
В табл. 23 приведена,
довательского института
по данным Украинского научно-иссле"
целлюлозно-бумажной промышлеН'
ости, характеристика свойств фильтрующей бумаги пяти
[арок.
Как видно из таблицы, с увеличением среднего диаметра
top механическая прочность образцов уменьшается, а впитыва-
ющая способность возрастает. Особенно резко с'увеличением
диаметра пор сокращается число двойных перегибов бумаги.
В зависимости от марки фильтрующей бумаги средний диаметр
ее пор может колебаться в широких пределах (в рассматривае-
мых образцах — от 3,7 до 13 мкм).
Во Всесоюзном научно-исследовательском институте бумаж-
ной промышленности (ВНИИБ) установлено, что изготовление
фильтрующей бумаги с плотностью более 0,5 г/см3 приводит
к значительному ухудшению эффективности процесса фильтра-
ции, так как при этом резко увеличивается гидравлическое
сопротивление при незначительном улучшении тонкости фильт-
рации.
В некоторых случаях, например для очистки воздуха от
пыли, фильтрующий волокнистый материал изготовляют двух-
слойным. Наружный слой фильтра вырабатывают с низкой
плотностью для обеспечения большой пылеемкости на единицу
поверхности материала, а внутренний имеет более плотную
структуру и обеспечивает необходимую степень очистки воздуха.
4.1.6. Удельная поверхность бумаги
Удельная поверхность бумаги — это суммарная
площадь поверхности единицы ее массы или объема. Таким
образом, размерность этой величины — м2/г или м2/см3. Так же
как и пористость бумаги, удельная ее поверхность характери-
зует структуру бумажного полотна и оказывает влияние на его
свойства.
Обычно общая поверхность пористых тел подразделяется на
внешнюю и внутреннюю. К внешней поверхности бумаги
следует отнести наружную поверхность волокон, частиц напол-
нителя, клеевого осадка и прочих компонентов бумаги с учетом
пустот между этими компонентами. Внутренняя поверх-
ность бумаги включает внутриволоконные, в том числе тупи-
ковые, поры, а также субмикроскопические извилистые поры
всех компонентов бумажного листа.
Многими исследователями подчеркивалась роль внешней
Удельной поверхности в формировании важнейших свойств
бумаги: пористости и воздухопроницаемости (А. Робертсон
® С. Мезон), сопротивлений разрыву, продавливанию и излому
V-. Я. Винецкая), сопротивления продавливанию (Б. Браунинг
8 П. Бекер), непрозрачности и отражения света (С. Персане),
аДсорбции типографских красок (Л. А. Козаровицкий).
1 Отмечается и роль внутренней поверхности, в частности ее
"Сияние на гибкость и пластичность волокон (Н. П. Перекаль-
сКий, В. Ф. Филатенков).
Большинство авторов единодушны во мнении, что основные
процессы бумажного производства (размол, проклейка, напол.
нение и др.) оказывают влияние на изменение внешней удель-
ной поверхности бумаги. Впрочем, нельзя отрицать влияния
процессов бумажного производства на изменение и внутренней
поверхности волокон, из которых состоит бумага. Например
при сушке бумаги наблюдается не только межволоконная усад-
ка, но и усадка самих волокон, при которой часть их пор за-
крывается и сокращается внутренняя поверхность волокон. Вну-
тренняя поверхность волокон может изменяться и в результате
их набухания.
Значительный интерес представляет использование для
определения внешней удельной поверхности бумаги так назы-
ваемых фильтрационных методов, основанных на фильтрации
через бумагу воздуха под давлением (метод Козени— Карма-
на— Товарова) и при разрежении (метод Дерягина). Эти мето-
ды лишены недостатков большинства адсорбционных методов,
при которых на результаты наблюдений оказывает влияние
набухание волокон в процессе анализа. Вместе с тем они про-
сты и пригодны для экспресс-анализов, хотя и не позволяют
получить абсолютную величину внешней удельной поверхности
бумаги. Определяемая этими методами поверхность бумаги
является той частью всей внешней удельной поверхности, кото-
рая доступна и проникновению фильтруемого газа (воздуха).
24. Изменение пористости, воздухопроницаемости и внешней удельной
поверхности образцов бумаги из беленой сульфитной целлюлозы
размолотой до различной степени помола
Л © X О) св Удельная поверхность образцов бу- а. ’ШР л о X CJ св Удельная поверхность образцов бу- маги, м2/г
маги м2/г
Степень помола, СШР Л S X © 6 1 *7 х“ о Ж с Е S я о 6 1 *7 х’
Q X С Е Воздухопр мл/мин по Козени Карману - варову X к ш 1=1 о Е Степень п © X о Е Воздухопр мл/мин по Козени Карману - варову X к Ф и с Е
11 62,2 4200 1,48 1,98 42 45,6 322 1,93 2,45
20 53,1 1940 1,54 2,29 51 38,9 95 2,47 3,57
32 49,0 428 1,90 2,39 60 33,7 55 2,64 4,24
В табл. 24 приведены данные М. Р. Кагана по определению
изменения удельной поверхности образцов бумаги из беленой
сульфитной целлюлозы, размолотой до различной степени помо-
ла. Условия изготовления образцов бумаги во всех случая-4
были строго одинаковыми. Внешняя удельная поверхность опре"
делилась методами Козени — Кармана — Товарова и Б. В. Деря-
гина, описанными в упомянутой работе М. Р. Кагана. Порй'
ость образцов определялась по бензолу, а их воздухопрони-
1емость — на стандартном приборе ВП-2.
М. Р. Каган отдает предпочтение методу Б. В. Дерягина,
зобенно при исследовании образцов бумаги из целлюлозы,
Еазмолотой до высокой степени помола, т. е. при исследовании
образцов бумаги, имеющих преимущественно поры малого
радиуса.
Данные, отличающиеся по абсолютной величине, но сходные
по характеру изменения величины удельной поверхности отли-
вок бумаги в результате размола исходной целлюлозы, были
получены нами [146]. Определялась удельная поверхность
целлюлозы 5УД, м2/г, по заполнению ее монослоем адсорбиро-
ванной воды.
Очевидно, что 5уд = /г05Нзо, где — число моноадсорби-
рованных молекул воды в 1 г адсорбента, г-1, и 5нго — эф-
фективная площадь сечения адсорбированной молекулы воды,
равная 10,5- 10~20, м2. Величина п0 = Жм/рн,о, где WM — вла-
госодержание при мономолекулярной адсорбции, г'г, и рн2о—
масса одной молекулы воды, равная 30 • 10-24, г.
Таким образом, 5уд= Жм ^ню/рню — Жм • 10,5 10~20/(30Х
у 10-24) = 3500 Ж,,.
Для определения 5УД оказывается необходимым знать лишь
величину 1КМ, устанавливаемую достаточно точно методом
ядерной магнитной релаксации. Результаты расчета удельной
поверхности небеленой сульфатной целлюлозы марки Э-1 при
различной степени ее помола приведены в табл. 25.
25. Взаимосвязь удельной поверхности целлюлозы
марки Э-1 со степенью ее помола
Степень по- мола, °ШР Влагосодер- жание для мо- номолекуляр- ного СЛОЯ, % Удельная поверхность, ма/г Степень по- мола, СШР Влагосодер- жание для мо- номолекуляр- ного слоя, % Удельная поверхность, м2/г
27 3,15 110,25 57 5,47 191,4
34 3,9 136,50 63 5,80 203,0
48 5,1 178,50 74 5,96 207.6
В работе М. Р. Кагана приведен обзор данных по определе-
нию разными методами удельной поверхности различных
Волокнистых материалов. Ниже по данным этого обзора при-
водятся лишь некоторые сведения.
Е. Я. Винецкая методом адсорбции красителей исследовала
зависимость развития внешней удельной поверхности сульфит-
ной и сульфатной целлюлозы от степени их помола. Она нашла,
что величина удельной поверхности сульфатной целлюлозы
несколько превышает соответствующую величину сульфитной
и изменяется в процессе размола в среднем с 2,5 до 6,7 м2/г.
По данным Кларка, определявшего удельную поверхность
целлюлозы методом покрытия ее пленкой коллоидного серебра
удельная поверхность неразмолотой сульфатной и сульфитной
целлюлозы составляет соответственно 0,64 и 1,2 м2/г. При раз-
моле указанные величины возрастают до 3,04-3,1 м2/г.
В. И. Юрьев и С. С. Позин, используя метод ионного обме-
на, пришли к выводу, что в набухшем состоянии удельная по-
верхность волокон целлюлозы составляет 129—226 м2/г.
А. П. Онохин определял удельную поверхность различных
полуфабрикатов по величинам сорбции ими паров воды.
По данным этого автора, удельная поверхность древесной
массы составляет 199—226 м2/г, сульфатной целлюлозы
161—189 м2/г и сульфитной целлюлозы 177—185 м2/г.
Для определения удельной поверхности волокнистых матери-
алов использовались кроме упомянутых выше и другие методы
исследования: микроскопический, адсорбции газов (например,
азота), термодинамический (по измерению теплот смачивания
исследуемых веществ), оптический (по определению коэффици-
ента рассеивания света, проходящего через исследуемый мате-
риал) и др. Несмотря на большое количество используемых
методов, получаемые результаты часто значительно различают-
ся между собой. В некоторых случаях, как отмечает Р. Эмер-
тон, удельная поверхность, определяемая различными метода-
ми, даже для одинаковых материалов может отличаться на
несколько порядков.
Различия в величинах удельной поверхности объясняются
в первую очередь спецификой методов, определяющей возмож-
ность использования того или иного метода для установления
с требуемой точностью величины удельной поверхности. Дейст-
вительно, используя методы адсорбции для определения удель-
ной поверхности бумаги, получают различные результаты в за-
висимости от степени доступности макро- и микропор бумаги
к проникновению в них разных адсорбируемых целлюлозой
веществ. При этом следует иметь в виду соотношение размеров
молекул адсорбируемых веществ с размерами пор в структуре
самой бумаги и в составляющих эту структуру волокнах. Нуж-
но учитывать и различие в удельной поверхности бумаги
в сухом и в набухшем состояниях волокон, а также возмож-
ность избирательной адсорбции некоторыми активными груп-
пами целлюлозы используемого для адсорбции вещества (на-
пример, красителя).
Все эти обстоятельства, а также специфические погрешности
каждого метода определения удельной поверхности свидетель-
ствуют о необходимости осторожного сравнения между собой
результатов наблюдений, осуществленных с использованием
различных методов исследования. Поэтому выбор метода каж-
дый раз должен определяться не только его простотой и Д0'
ступн0СТЬЮ к использованию> и0 и физическим смыслом той
поверхности, величину которой желательно определить. Таким
образом, применяемые методы определения удельной поверхно-
сти бумаги не являются универсальными.
Иногда при определении удельной поверхности волокнистого
материала пользуются понятием водная поверхность в качестве
физической характеристики площади активных центров целлю-
лозы, занимаемой прочно связанными сорбированными молеку-
лами воды, обладающими большой энергией дегидратации,
результаты определений этой поверхности методами БЭТ, ЯМР
и термогравиметрическим вплоть до абсолютной влажности
целлюлозы 27—29% хорошо совпадают между собой [147].
Использование метода термоанализа, получающего все боль-
шее применение для суждения об изменении свойств полиме-
ров под влиянием термических воздействий, применительно
к различным видам бумаги дает ценную информацию для суж-
дения о сравнительной стабильности разных видов бумаги,
а также для определения кинетических параметров процесса
их деструкции. Считается, что погрешность определений этим
методом не превышает 1%. При проведении пиролиза исследуе-
мых материалов записываются: кривая снижения величины
массы образца в зависимости от изменения температуры
(ТГ-кривая), дифференциально-термогравиметрическая кривая
(ДТГ), выражающая зависимость производной по температуре
от функции изменения массы и дифференциальная кривая из-
менения температуры (ДТА).
Часто важным является не абсолютная величина получае-
мой удельной поверхности бумаги, а характер изменения этой
величины при изменении режимов технологических процессов
бумажного производства. Это открывает возможности осущест-
вления наблюдений не каким-либо одним определенным мето-
дом, а использование с соблюдением равных условий разнооб-
разных методов определения удельной поверхности.
4.1.7. Просвет бумаги
Просвет бумаги характеризует степень однородности ее
структуры, т. е. степень равномерности распределения в ней по-
докон. О просвете судят по наблюдению бумаги в проходящем
свете. При этом бумага просвечивает, и можно легко наблю-
Дать, насколько она оптически однородна. Облачность бумаги.
• е- наличие в ней светлых и темных мест, свидетельствует
и недостаточно равномерном расположении в бумаге волокон
св^5Равномерной ее толщине. Бумага с сильно облачным про-
про °М KPa$He неоднородна. Ее тонкие места являются менее
Во Чными, они оказывают меньшее сопротивление прохождению
Кд к** чернил, типографской краски. Вследствие этого и печать
облачной бумаге, в особенности иллюстрационная, оказы-
19>*75 OQO
вается низкого качества из-за неравномерности восприятия
бумагой типографской краски.
Чем толще бумага, тем легче изготовить ее с равномерным
просветом и тем труднее заметить неравномерность просвета
О просвете картона вообще не говорят, и его в проходящем
свете не рассматривают.
Бумага, неравномерная по просвету, а следовательно, и по
толщине, отличается повышенной склонностью к короблению
поверхности. Нанесение покрытий на поверхность такой бумаги
(мелование, лакирование, парафинирование и пр.) связано
с производственными затруднениями и влечет за собой появле-
ние брака. Каландрирование бумаги облачного просвета также
связано с повышенным образованием брака. При пропуске
бумаги облачного просвета через машинный каландр отчетливо
выделяются на ее поверхности залощенные пятна, возникающие
вследствие повышенного уплотнения утолщенных мест бумаж-
ного полотна.
Облачная бумага обычно имеет и неравномерную влажность.
Для выравнивания влажности бумаги в этих случаях прихо-
дится ее пересушивать, а это в свою очередь влечет за собой
появление у бумаги многих дефектов (пылимость, электриза-
ция статическим электричеством). Кроме того, сильнооблачная
бумага выглядит пятнистой и обнаруживает пониженное значе-
ние показателя белизны.
Чем неоднороднее структура листа, тем неравномернее
окрашивается бумага с поверхности. Образуется разнотоповая
облачность. При этом интенсивнее окрашиваются более толстые
участки бумажного полотна и менее интенсивно — тонкие.
Рис. 74. Взаимосвязь между показателями не-
равномерности просвета S, мВ, и воздухопро-
ницаемостью В, мл/мин, для бумаги KOH-U-6
(масса 7 г/м2)
Изучением влияния однородности просвета бумаги на ее
свойства занимались многие исследователи, работами который
установлено, что помимо влияния этого фактора на основные
показатели механической прочности структурная неоднороД'
ность бумаги, о которой судят по ее просвету, оказывает влиЯ'
ние на воздухопроницаемость, впитывающую способность
электроизоляционные свойства и многие другие свойства бумаги-
290
На рис. 74, по данным Г. Э. Финкельштейна, показано влия-
цие неравномерности просвета конденсаторной бумаги на ее
воздухопроницаемость.
Как ни важен однородный просвет бумаги для печати, тем
не менее одна лишь характеристика просвета бумаги не дает
возможности полностью оценить ее печатные свойства, так как
Е позволяет численно оценить такие важные печатные свойст-
ва бумаги, как ее сжимаемость, растяжимость, гладкость
и впитывающую способность.
П. Рист справедливо замечает, что однородный лист можно
получить только из упорядоченной однородной суспензии. Одна-
до наилучшие методы получения такого листа пока еще неиз-
вестны. Поэтому большей частью приходится применять раз-
бавленные суспензии с использованием в них коротких воло-
кон, с тем чтобы свести к минимуму прочность структурной сет-
ки волокон в суспензии и обеспечить относительно свободное их
движение в менее заполненные части формуемого бумажного
полотна.
Авторы работы [142] считают, что предложенные ими комп-
лексные критерии, объединяющие значения длины волокон, во-
доудсржания и электрокинетического потенциала, имеют тес-
ную коррелирующую зависимость с уровнем просвета бумаж-
ного листа. Между тем факторы в процессе изготовления бума-
ги, оказывающие влияние на характер ее просвета, многочис-
ленны. В первую очередь к ним следует отнести род и харак-
тер помола используемой волокнистой массы, наличие или
отсутствие в массе наполняющих и проклеивающих веществ,
величину концентрации массы, поступающей на сетку бумагоде-
лательной машины, и постоянство этой концентрации, скорость
поступления массы на сетку относительно скорости самой сет-
ки, условия тряски на сеточном столе, температуру бумажной
массы при ее поступлении на сетку, pH среды при отливе
бумаги, конструктивные особенности сеточного стола бумаго-
делательной машины и многие другие.
За последнее время все больше делается попыток охарактеризовать
просвет бумаги при помощи приборов. В некоторых ив них роль глаза вы-
полняют фотоэлементы. Сущность оптических методов, часто используемых
Для характеристики просвета бумаги, заключается в фиксировании фото-
Иетрических колебаний светопроницаемости бумаги. Недостаток этих мето-
Дов в том, что численные величины определений зависят пе только от рас-
положения волокон в бумаге, но и от красящих компонентов, которые из-за
“Лравномерного расположения в бумаге могут внести некоторую погреш-
Ость в результате измерений. Такая же погрешность отмечается при опре-
Д^внии облачности бумаги в ультрафиолетовом свете. Использование рент-
^®®овских лучей для характеристики проавета бумаги практически ие нашло
Рименения. Однако метод использования 0-лучей для этой цели себя оправ-
«вает. В некоторых случаях просвет бумаги численно выражают коэффи.-
вНтом облачности или расстоянием между скоплениями волокон. Ж. Дайкс
Иу ечает, что при выработке газетной бумаги на современных быстроход-
бумагоделательных машинах 'надлежит контролировать и регулировать
т*“Рактер просвета бумаги путем измерений светопрохождения, что позво-
т ©удить о распределении хлопьев волокон в бумажном полотне.
Г. Э. Финкельштейн аналитически показал правомочность
суждения о структурной неоднородности бумаги (неравномер-
ности распределения массы по площади листа) по неравномер.
ности просвета (неравномерности светопроницаемости). Этим
была обоснована практическая пригодность оптического метода
для контроля структуры бумаги. Ф. Е. Глобус на большом коли-
честве экспериментальных данных подтвердил это положение.
Им же была предложена одна из возможных схем аппаратуры
для количественного контроля просвета бумаги.
По данным Р. Э. Рейзиньша, при неоднородной структуре
бумаги, о чем свидетельствует ее неравномерный просвет, сни-
жаются показатели механической прочности бумаги—разрыв-
ной длины на 40%, а сопротивлений излому и надрыву
в 2—2,5 раза.
4.1.8. Структура поверхности
Структура поверхности бумаги — важный фактор, определя-
ющий многие свойства бумаги, и в первую очередь ее печат-
ные свойства. Именно поэтому основные представления
о структуре поверхности бумаги, ее гладкости, микро- и макро-
неровностях рассматриваются в этой книге одновременно с пе-
чатными свойствами бумаги. Методы придания поверхности
бумаги определенной степени зернистости и шероховатости,
а также методы нанесения па поверхность бумаги узоров опи-
саны при рассмотрении вопросов отделки бумаги, а методы из-
менения многих других свойств поверхности бумаги —в разделе
«Облагораживание поверхности бумаги».
Свойства бумаги, а также ее поверхность существенно изме-
няются при крепировании и микрокрепировании бумаги. Эти
операции способствуют значительному увеличению показателя
удлинения бумаги до разрыва и повышению динамической
прочности мешков, изготовленных из крепированной или мик-
рокрепированной бумаги.
Ниже рассматривается вопрос о таких поверхностных струк-
турах бумаги, при которых у одной и той же бумаги одна по-
верхность шероховатая, а другая имеет повышенную гладкость.
Подобного рода бумага называется бумагой односторон-
ней гладкости.
Многие виды бумаги различного назначения (афишная, бу-
тылочная, спичечная, галошная, туалетная и др., а также неко-
торые виды упаковочной и мешочной бумаг) изготовляются
с односторонней гладкостью. Такую бумагу вырабатывают как
на машинах открытого типа с предварительной сушильной
частью, после которой следует большой цилиндр с гладильный
прессом, так и на самосъемочных бумагоделательных машинах,
называемых Янки-машинами. Односторонней гладкости изготов-
ляется и картон с белым покровным слоем. Наиболее тонка”
кумага односторонней гладкости, как правило, вырабатывается
ла самосъемочных Янки-машинах.
Эффект придания бумаге с одной ее стороны высокой глад-
кости и лоска достигается за счет того, что влажное бумажное
полотно прессуется и одновременно выглаживается, находясь
р контакте с высокоотполированной горячей поверхностью бу-
цагосушильного цилиндра достаточно большого диаметра. На
показатели гладкости и лоска различных видов бумаги одно-
сторонней гладкости влияют следующие основные факторы:
сухость полотна перед лощильным цилиндром, величина линей-
ного давления в гладильном прессе, температура поверхности
лощильного цилиндра, масса 1 м2 изготовляемой бумаги, сте-
пень ее проклейки, степень помола и род волокон, из которых
изготовлена бумага.
Влияние всех этих факторов изучалось В. Брехтом с сотруд-
никами на специально построенной экспериментальной установ-
ке. В результате проведенных опытов, а также на основании
известных литературных данных может считаться установлен-
ным следующее:
1. Оптимальная величина сухости бумажного полотна перед
гладильным прессом на открытой бумагоделательной машине
составляет около 60%, на самосъемочной машине обычно
30-35%.
2. Как показали опыты, по мере увеличения линейного дав-
ления в гладильном прессе от 5,59 до 16,18 кН-м показатель
гладкости бумаги растет вначале быстро, а затем с замедлени-
ем. При этом чем выше степень проклейки бумаги канифоль-
ным клеем, тем выше и гладкость бумаги. Увеличение давления
в гладильном прессе при наличии слабоклееной бумаги мало-
заметно сказывается на показателе лоска бумаги, а при хоро-
шо клееной бумаге (3% канифольного клея к массе волокон)
лоск резко увеличивается с увеличением линейного давления
в гладильном прессе и достигает максимума при давлении
в 12,75—13,73 кН • м. Однако с увеличением линейного давления
в гладильном прессе несколько снижается степень проклейки
изготовляемой бумаги.
3. Наиболее высокие показатели гладкости и лоска бумаги
получаются при температуре поверхности лощильного цилинд-
ра в 100—110° С. Дальнейшее повышение температуры поверх-
ности лощильного цилиндра снижает как показатели гладкости
и лоска бумаги за счет отдувания бумажного полотна от су-
чильной поверхности, так и степень проклейки бумаги. Послед-
нее В. Брехт с сотрудниками объясняет превышением темпера-
УРы спекания частиц канифольного клея. Автор этой книги,
Днако, считает, что на снижение степени проклейки бумаги,
^сушенной в условиях чрезмерно высокой температуры, оказы-
ет влияние быстрое превращение удаляемой влаги в большое
оличество пара, разрыхляющего структуру листа. Бумага при
°м становится пористой и легко проницаемой для воды
и чернил, что и объясняет снижение показателя степени ее про.
клейки. Поэтому степень проклейки бумаги односторонней
гладкости оказывается выше при сушке в условиях более уме-
ренной температуры.
4. Высокий лоск односторонне гладкой бумаги легче полу,
чать при изготовлении бумаги с малой массой 1 м2, чем бума-
ги, имеющей большую массу 1 м2. Гладкость бумаги, имеющей
массу 60—80 г/м2, при всех прочих равных условиях оказыва-
ется более высокой, нежели у бумаги большей массы 1 м2,
и большей, чем у тонкой бумаги (40 г/м2). У последней пока-
затель гладкости оказывается пониженным вследствие специ-
фических особенностей измерения гладкости тонких листов
бумаги на некоторых приборах, а также из-за более сильного
влияния в этом случае маркировки от сукна.
5. Гладкость бумаги увеличивается по мере увеличения сте-
пени помола волокнистой массы, из которой изготовлена бума-
га. Однако показатель лоска односторонне гладкой бумаги, из-
готовленной из волокон беленой еловой сульфитной целлюлозы,
оказывается наибольшим при степени помола волокнистой мас-
сы около 25° ШР. Разумеется, что степень проклейки бумаги
односторонней гладкости будет увеличиваться по мере увели-
чения степени помола используемой массы.
6. Вид волокон больше влияет на показатель лоска бумаги,
чем на показатель ее гладкости, хотя изменения этих показа-
телей обычно имеют одинаковое направление. Более высокие
показатели лоска и гладкости при прочих равных условиях обна-
руживает небеленая древесная целлюлоза по сравнению с беле-
ной и хвойная целлюлоза по сравнению с целлюлозой из лист-
венных пород древесины. Применение буковой полуцеллюлозы
дает возможность получить более высокий лоск односторонне
гладкой бумаги, чем использование для этой цели беленой
буковой целлюлозы. Казалось бы, что и гладкость бумаги в пер-
вом случае должна быть более высокой. Однако наличие в полу-
целлюлозе щепочек, костры и грубых обрывков волокон способ-
ствует получению менее гладкой бумаги, нежели из буковой
беленой целлюлозы.
По данным Ф. Петерсона, лоск односторонне гладких видов
бумаги снижается с увеличением содержания в волокнах геми-
целлюлоз и растет с увеличением содержания лигнина. Это,
по-видимому, справедливо для одного и того же вида целлюло-
зы, что было подтверждено экспериментально В. Брехтом
с сотрудниками на образцах небеленой еловой сульфитной
целлюлозы. Однако при сопоставлении образцов бумаги из
еловой холоцеллюлозы (содержащей мало лигнина и почти все
гемицеллюлозы древесины) с образцами бумаги из беленой
целлюлозы линта (содержащей почти чистую клетчатку без
гемицеллюлоз) оказалось, что лоск первых образцов в 10 раз
превышал лоск образцов из беленого линта. Точно так же глаД'
кость первых образцов была более высокой, чем вторых.
4.2. МЕХАНИЧЕСКАЯ ПРОЧНОСТЬ БУМАГИ
Растительная клетчатка — сталь бу-
дущего.
К. А. Тимирязев
4.2.1. Основные положения
Механическая прочность бумаги обычно характеризуется
теми значениями напряжений, которые приводят к нарушению
ее целостности и необратимому изменению структуры. Дефор-
мационные же свойства бумаги проявляются в условиях сохра-
нения ее целостности, когда изменяются только (обратимые
или необратимые) форма и размеры испытуемого образца без
его разрушения. Именно поэтому прочностные и деформацион-
ные свойства бумаги рассматриваются в виде связанных между
собой разделов одной и той же главы настоящей книги. Дей-
ствительно, для получения более полного представления о меха-
нической прочности бумаги необходимо учитывать всю совокуп-
ность ее упругопластических свойств. Вместе с тем для лучшего
суждения об этих свойствах и способах их изменения (напри-
мер, пластификации бумаги) нужно предварительно рассмот-
реть факторы, определяющие механическую прочность бумаги.
Механическая прочность — одно из основных и важных
свойств большинства видов бумаги. Повышенные требования
механической прочности предъявляются к таким видам бумаги,
как мешочная, шпагатная, оберточная и т. п., что объясняется
потребительскими условиями использования подобного рода
бумаги. Это, однако, не значит, что к другим видам бумаги,
например к газетной, не следует предъявлять требований
к показателям механической прочности. Стандарт предусматри-
вает и для этого вида бумаги определенные требования меха-
нической прочности на разрыв. Они определяются возможностью
выработки на современных быстроходных бумагоделательных
машинах газетной бумаги без обрывов с последующим успеш-
ным пропуском ее через быстроходные перемотно-резательные
станки и типографские ротационные машины.
Прочность бумаги в зависимости от природы воздействую-
щей на бумагу силы выражают различными показателями, ха-
рактеризующими сопротивления бумаги разрыву, излому, про-
давливанию, надрыву, ударной нагрузке и пр. Нередко более
правильную оценку свойств бумаги в условиях практического
применения можно получить, пользуясь показателем удлинения
Умаги до разрыва (растяжимость). В потребительских услови-
ях бумага обычно подвергается меньшей по величине нагрузке,
Чем величина ее разрывного груза. Поэтому характеристика
сведения бумаги до разрыва часто является более важной,
ем фиксация абсолютной величины ее сопротивления разрыву.
т Прочность бумаги, состоящей из нескольких компонентов,
•РУДно предсказать заранее. Однако большей частью показате-
ли сопротивлений бумаги разрыву, продавливанию и излому
близки по величине соответствующим показателям наиболее
прочного из компонентов массы. Число переменных фак-
торов, оказывающих влияние на прочность
бумаги, весьма велико.
Перечисляя эти факторы, Дж. Стрейчен упоминает проч-
ность и длину исходных волокон, степень и характер перепле-
тения волокон между собой, степень фибриллирования или из-
менения внешней поверхности волокон, степень уплотнения ли-
ста, равномерность его отлива, наличие в бумаге веществ нево-
локнистого характера, которые способствуют либо увеличению
либо уменьшению прочности бумажного полотна.
3. Гаррисон, дополняя Дж. Стрейчена, отмечает влияние на
прочность бумаги таких переменных факторов, как гибкость
и эластичность волокон, наличие или отсутствие в бумажной
массе целлюлозной слизи, а также показателя, выражающего
отношение длины волокна к его диаметру.
Н. П. Перекальский и В. Ф. Филатенков большое значение
придают влиянию на механическую прочность бумаги гидро-
фильных добавок, вводимых в бумажную массу при ее размоле.
На механическую прочность бумаги влияют даже условия
хранения массы, из которой изготовляется бумага. Как показал
К. Кинцнер, с повышением температуры хранения массы в пре-
делах от 5 до 95° С снижается величина показателей механиче-
ской прочности при одновременном увеличении степени помола
массы, что связано со значительными изменениями в структуре
целллозных волокон. В естественных условиях хранения массы
наиболее заметное снижение разрывной длины изготовляемой
бумаги наблюдается в течение первых двух недель после изго-
товления целлюлозы. Затем темп снижения разрывной длины
замедляется. При всех прочих равных условиях хранение мас-
сы с концентрацией 6% приводит к значительно большей поте-
ре механической прочности бумаги, чем ее хранение при 37%
сухости. Целлюлоза из волокон полисульфидной варки имела
большую разрывную длину, чем сульфатная целлюлоза. Одна-
ко при хранении волокна полисульфидной целлюлозы в боль-
шей степени снижают свою механическую прочность, чем во-
локна сульфатной целлюлозы. При хранении суспензий волокон
целлюлозы уже через несколько дней появляется неприятный
запах из-за образования в массе органических кислот и кислых
соединений, которые снижают после двух недель хранения мас-
сы pH суспензии с 7,5—8 до 5—6. Добавка в суспензию вос-
станавливающих веществ (сульфита и бисульфита натрия) ока-
зывает буферное действие, как и добавки карбонатов кальция
и натрия, а также бикарбоната натрия. В результате действий
этих добавок величина сопротивления бумаги разрыву пР,!
растяжении стабилизируется.
В работах последнего времени большое внимание при рас'
смотрении факторов, определяющих прочность бумаги, удел”'
еТСя также переменным факторам, оказывающим влияние па
характер распределения связей и напряжений в бумажном
полотне. Эти факторы связаны как со свойствами самих воло-
кон, так и с процессами изготовления бумаги на бумагодела-
тельной машине.
Приведенный перечень далеко не исчерпывает всех перемен-
ных факторов, в той или иной степени влияющих на прочность
бумажного полотна. Действительно, почти на каждой ступени
технологического процесса производства бумаги (например, при
проклейке, наполнении, отливе, сушке, каландрировании) мы
сталкиваемся с многочисленными факторами, оказывающими
влияние на прочность бумажного полотна.
Все эти факторы могут быть разбиты на две основные груп-
пы: переменные факторы, определяемые исходным волокнистым
материалом, и факторы, определяемые технологическим процес-
сом изготовления бумаги. Разумеется, что эту классификацию
нельзя считать строгой, так как нередко обе группы факторов
тесно переплетаются между собой и разграничить влияние каж-
дого отдельного фактора трудно.
Для упрощения вопроса и облегчения анализа влияния от-
дельных переменных факторов ранее предложено было услов-
но понимать под исходным волокнистым материалом, или, вер-
нее, полуфабрикатом, волокнистую массу, поступающую на
бумажную фабрику. При таком условном определении из рас-
смотрения исключаются все переменные факторы, влияющие на
прочность бумаги и действующие в полуфабрикатных цехах:
режима варки, отбелки, дефибрирования и пр.
В действительности каждый из этих факторов в свою оче-
редь определяется комплексом многочисленных переменных
факторов. Например, в зависимости от продолжительности про-
цесса варки целлюлозы, от крепости варочной кислоты и ее
состава, температурного режима варки получается та или иная
прочность целлюлозы и, следовательно, прочность бумаги, изго-
товленной из этой целлюлозы.
Прочность беленой целлюлозы зависит от количества
израсходованного для отбелки реагента и его природы (хлорная
известь, хлор, двуокись хлора, перекись водорода и пр.), темпе-
ратуры процесса отбелки, pH среды, продолжительности про-
цесса и других факторов.
Установлено, что даже способ рубки древесины в щепу ока-
зывает существенное влияние на физико-механические показа-
тели целлюлозы, полученной в результате варки щепы.
Условия хранения щепы перед ее варкой также оказывают
^Маловажное влияние на показатели прочности и другие свой-
Ва получаемой целлюлозы, которые в свою очередь сказыва-
Ся па свойствах бумаги, изготовляемой из этой целлюлозы.
Ри хранении щепы в больших кучах температура щепы внутри
УЧи может значительно возрасти. Реальной может быть темпе-
тУра щепы внутри кучи 65° С. Проведенные наблюдения
В. С. Фейстом с сотрудниками показали, что хранение щепы из
осины и дугласовой пихты при указанной температуре в тече-
ние 6 мес приводит к увеличению в 3—5 раз количества в щепе
экстрактивных веществ, растворимых в воде, спирте и бензоле.
Белизна получаемой целлюлозы резко снизилась. Общий выход
целлюлозы при одной и той же степени ее жесткости (по пер-
манганатному числу) понизился с 55 до 38% применительно
к щепе из осины и с 45,5 до 31,5% для щепы из пихты. Показа-
тели механической прочности целлюлозы (сопротивления раз-
диранию, продавливанию и др.) понизились на 10—35%. Про-
веденные наблюдения дали основание сделать вывод, что при
температуре 65° С или выше щепу нельзя хранить более
1—2 мес, хотя благодаря высокой температуре внутри куч щепа
глубоко не промерзает даже при температуре воздуха до
—25° С. По данным М. А. Аттикова и К. Д. Бахтадзе [9], за
первые два месяца хранения щепы в кучах прочностные свойства
изготовляемой сульфатной целлюлозы снизились в среднем на
3%, а после четырех месяцев — на 6%. Сопротивление раздира-
нию целлюлозы после четырех месяцев хранения щепы в кучах
уменьшилось на 10—20%. Несмотря на отрицательное влияние
подобного метода хранения щепы, при котором снижаются по-
казатели механической прочности изготовляемой целлюлозы,
этот метод получил распространение из-за ряда его преиму-
ществ по сравнению с аналогичным методом хранения кругло-
го лесоматериала в кучах на открытом воздухе. При кучевом
хранении щепы капиталовложения и эксплуатационные расходы
снижаются примерно на 25—30'%. Щепа при открытом храпе-
нии имеет более равномерное влагосодержание, позволяет
шире применять пневматический транспорт и другие средства
комплексной механизации, благодаря чему отсыпку щепы
в кучи и их разработку можно максимально автоматизиро-
вать.
Хотя принятое нами ограничение числа переменных факто-
ров, оказывающих влияние на прочность бумаги, в значитель-
ной степени упрощает рассмотрение вопроса о прочности бума-
ги, тем не менее и в пределах бумажной фабрики, даже в пре-
делах только бумагоделательной машины действует большое
число факторов, оказывающих влияние на прочность бумажно-
го листа (отношение величины скорости массы, поступающей на
машину, к скорости сетки, режим работы трясочного механизма
сетки, величина удельного давления при прессовании и калан-
дрировании бумаги, степень натяжения бумажного полотна
в отдельных секциях машины, температурный режим сушки,
степень натяжения сушильных сукон и др.).
Даже состав солей жесткости производственной воды ока-
зывает влияние на показатели механической прочности бума-
ги, изготовляемой с использованием этой воды. Так, например,
Г. И. Чижов показал, что сульфат-анион, входящий в состав
солей постоянной жесткости воды, в кислой и нейтральной сре"
,пах и в присутствии солей алюминия, часто используемых
р производстве бумаги, оказывает отрицательное воздействие
йа показатели ее механической прочности.
Из сказанного можно сделать вывод, что прочность бумаги,
прежде всего зависит: 1) от сил сцепления волокон между
собой в готовой бумаге и площади поверхности, на которой дей-
ствуют эти силы; 2) от прочности самих волокон, их гибкости
н размеров; 3) от расположения волокон в бумаге, имея в виду
их ориентацию, плотность укладки и пр.
Расположение волокон в бумаге в свою очередь влияет на
поверхность их взаимного соприкосновения и, следовательно,
на общую величину сил связи между волокнами. Кроме того,
с изменением ориентации волокон в бумаге одновременно из-
меняется относительное влияние на прочность бумаги преды-
дущих двух факторов. Тем не менее расположение волокон
в бумаге можно считать самостоятельным важным фактором,
определяющим прочность бумаги. Именно от него в первую
очередь зависит соотношение прочности бумаги в различных ее
направлениях, а также другие основные свойства (деформация
При намокании и при последующем высыхании, впитывающая
способность и пр.).
Все другие многочисленные факторы, оказывающие влияние
на прочность готовой бумаги, в конечном счете проявляют свое
действие через указанные основные факторы. Например, отно-
шение скорости массы, поступающей на сетку, к скорости сет-
ки или режим работы трясочного механизма бумагоделательной
машины влияет на расположение волокон в бумаге и именно
через этот фактор на прочность бумаги. Величина удельного
давления при прессовании и каландрировании бумаги сказыва-
ется как на взаимном расположении волокон, так и на величи-
не сил сцепления их между собой. Изменение степени натяже-
ния бумажного полотна в отдельных секциях машины или сте-
пени натяжения сушильных сукон, а также введение в бумаж-
ную массу гидрофильных добавок приводят к изменению вели-
чины сил сцепления между волокнами. Все это.дает основание
считать приведенные выше факторы основными, от которых
в первую очередь зависит прочность бумаги.
Показатели прочности бумаги (сопротивления разрыву, из-
лому, раздиранию и др.) в разной степени зависят от факторов,
на них влияющих. Например, сопротивление бумаги разрыву
в большей степени зависит от сил сцепления между волокнами
и прочности самих волокон, чем от их длины. Это может быть
Подтверждено хотя бы тем, что волокна хвойной и лиственной
видов целлюлозы при разной их длине позволяют получить об-
Ризцы бумаги с примерно одинаковым сопротивлением разрыву,
«противление бумаги излому больше зависит от длины воло-
°Н, их гибкости и прочности, нежели от сил связи между во-
ь кнами. На показатель сопротивления бумаги раздиранию
значительной степени оказывают влияние длина и прочность
составляющих бумагу волокон, чем величина сил связи между
этими волокнами.
Существующие методы определения величины разных пока-
зателей механической прочности бумаги и других ее физиче-
ских свойств обладают различной точностью. Поэтому, если
хотят все испытания свойств бумаги осуществлять с одинако-
вой точностью, при которой предел рассеивания значений от
среднего составляет примерно ±4,5%, необходимо, как указы-
вают В. Брехт и Л. Кёрнер, при 10 единичных определениях
разрывного груза осуществлять приблизительно 20 определений
сопротивления продавливанию, 30 определений воздухопрони-
цаемости бумаги, 40 определений ее удлинения до разрыва
и 200 определений числа двойных перегибов.
В данном разделе книги рассматриваются вопросы, связан-
ные с сопротивлением бумаги механическим воздействиям.
Однако разрушение бумаги может происходить и под влиянием
других факторов, например воздействия у-лучей. В этом направ-
лении интересные опыты были проведены X. Сорантином
и А. Бордоном. В качестве объекта исследования были взяты
образцы оберточной бумаги с массой в 40 и 70 г/м2, изготовлен-
ные из натронной целлюлозы, которые облучали от источника
Со60. Установлено, что все показатели механической прочности
бумаги (сопротивления разрыву, излому, продавливанию и раз-
диранию, а также удлинение до разрыва) с течением времени
облучения непрерывно снижались. При облучении в течение
80 ч бумага разрушалась полностью.
Вопросы разрушения бумаги под влиянием комплекса фак-
торов, определяющих ее старение, рассмотрены ниже.
4.2.2. Прочность растительных волокон и их длина
О прочности растительных волокон можно косвенно судить
по так называемой нулевой разрывной длине, т. е. разрывной
длине бумаги, полученной в результате определения этого пока-
зателя при нулевом расстоянии между зажимами разрывной
машины. Это давно известное положение подтверждается полу-
ченными корреляционными зависимостями.
В книге проф. С. А. Фотиева приведены следующие данные,
характеризующие абсолютные значения прочности на разрыв
различных видов растительных волокон. Волокна хлопка вы-
держивают усилие до 412 МПа, льна — до 745, пеньки — до
814, хвойной сульфитной целлюлозы — до 520 МПа. Интересно
отметить, что абсолютная прочность на разрыв чугуна состав-
ляет всего лишь до 314 МПа, сварочного железа — до 392 и ста-
ли (в зависимости от содержания в ней углерода и режима
термической обработки) 490—1961 МПа. Таким образом, рас-
тительные волокна обладают весьма высокой механической
прочностью, не уступающей в большинстве случаев прочности
металла.
Если прочность на разрыв растительных волокон и некото-
рых металлов выразить в единицах, принятых в бумажной про-
мышленности (км разрывной длины), то разрывная длина во-
локон хлопка достигает 28 км, сульфитной целлюлозы — 46,
льна — 52, пеньки — 55, а манильской пеньки — 79 км, в то
время как максимальная разрывная длина чугуна составляет
4,4 км, сварочного железа — 5,1 и стали — 25,4 км.
Как видно из указанного, растительные волокна являются
прекрасным строительным материалом для изготовления бума-
ги. Возникают вопросы, почему лист бумаги, изготовленный из
растительных волокон, значительно менее прочен, чем металл,
и почему прочность бумаги намного ниже прочности тех воло-
кон, из которых бумага изготовлена?
Прочность бумажного листа зависит не только от прочности
исходных волокон, но и, как было указано выше, от прочности
связи между этими волокнами. Полоска бумаги, укрепленная
в зажимах разрывной машины, при испытании разрывается по
слабому месту. Этим слабым местом в большинстве случаев
являются не сами волокна, а связи между ними. При этом
наблюдается вытаскивание волокон из толщи листа, или, вер-
нее, растаскивание их по обе стороны от места разрыва. Волок-
на скользят одно относительно другого, рвутся связи между
ними, и только часть волокон в поперечном сечении разорван-
ной полоски бумаги претерпевает разрыв.
Чем прочнее межволоконные силы связи, тем относительно
большее количество волокон, находящихся в напряженном со-
стоянии, окажется разорванным в плоскости разрыва полоски
бумаги. Именно этим объясняется тот факт, что при испытании
бумаги на разрыв с увеличением степени помола бумажной
массы возрастает количество разорванных волокон в бумаге,
изготовленной из этой массы. Дело в том, что в результате
процесса размола растительных волокон силы связи между
ними в готовой бумаге увеличиваются, а прочность самих воло-
кон, определяемая по нулевой разрывной длине, снижается.
По данным ван ден Аккера, при изучении плоскости разры-
ва отливок бумаги, изготовленных из неразмолотых волокон,
разрыв наблюдался примерно только у '/3 всех волокон, так
как возникающие при этом напряжения нарушают в основном
относительно слабые силы связи. В плоскости же разрыва от-
ливок бумаги, изготовленных из размолотой целлюлозы, число
Разорванных волокон достигло 3/4 общего количества волокон,
находившихся в поперечном сечении испытуемой полоски бума-
ги. Это свидетельствует о том, что при испытании бумаги на
Разрыв с увеличением межволоконных связей возрастает роль
влияния на прочность бумаги прочности самих волокон, из
которых она изготовлена. При этом следует учитывать, что чем
оольше на волокнах трещин, тем вероятнее разрыв волокон
йз'3а возникающих у этих трещин перенапряжений, величина
которых может превысить среднее напряжение в бумаге. Этим
обстоятельством Т. Хелле объясняет факт относительно боль-
шего разрыва в бумаге волокон сульфитной целлюлозы по
сравнению с разрывом при всех прочих равных условиях воло-
кон сульфатной целлюлозы.
Для одного и того же вида неразмолотой целлюлозы сниже-
ние ее выхода, связанное с уменьшением количества жестких
волокон, как правило, приводит к тому, что при этом наблю-
дается относительное повышение числа разрушенных волокон
в плоскости разрыва испытуемой полоски.
Исскусственное ослабление в бумаге межволоконных связей
введением в нее некоторых смачивателей неизменно приводит
при определении сопротивления бумаги разрыву к уменьшению
количества разорванных при этом волокон.
Как указывают И. Бергман и И. Реннель, механизм разры-
ва бумаги, подвергаемой натяжению, легче понять, если пред-
ставить, что этот процесс происходит в две стадии. В первой
стадии идет медленное разрушение межволоконных связей без
разрыва волокон, а во второй — быстрый разрыв волокон и свя-
зей вдоль конечной зоны разрушения структуры бумаги. Опти-
ческими методами исследований было показано, что при испы-
тании бумаги на разрыв с нагрузкой ниже предельной (т. е.
ниже той, которая вызывает разрыв полоски бумаги) увеличи-
вается коэффициент рассеяния света, он не изменяется и после
снятия нагрузки с образца бумаги. Это свидетельствует о ча-
стичном разрыве межволоконных связей и об уменьшении
поэтому в первой стадии разрушения бумаги ее связанной
поверхности.
При определении сопротивления бумаги излому разрыв во-
локон, вероятно, происходит даже до конечного разрыва бума-
ги, чем объясняется высокая чувствительность этого показателя
к прочности волокна. Впрочем, как экспериментально показали
И. Бергман и И. Реннель, и другие основные показатели меха-
нической прочности бумаги (особенно сопротивление раздира-
нию) зависят от прочности исходных волокон. Значительное
ослабление прочности волокон заметно сказывается на сниже-
нии величины показателей сопротивлений продавливанию
и разрыву, а также на снижении величин удлинения при разры-
ве и разрывной длины.
Ван ден Аккер и его сотрудники показали, что при испыта-
нии бумаги на раздирание большее (примерно на 33%) коли-
чество волокон оказывается разорванным, нежели при испыта-
нии той же бумаги на разрыв.
Существует мнение, что сопротивление бумаги раздиранию
пропорционально средневзвешенной длине составляющих бума-
гу волокон I, взятой в степени 1,5, т. е. пропорционально / >
тогда как сопротивление продавливанию пропорционально
а разрывная длина — /°-5.
Длина волокон оказывает наибольшее влияние на показа-
тель сопротивления бумаги раздиранию. Этот показатель ока-
бывает существенное влияние также на упругопластические
Двойства бумаги. При этом характер кривой зависимости на-
пряжение— удлинение существенно изменяется от изменения
длины волокон, из которых изготовлена бумага.
Количество контактов между волокнами (или связей между
ними) зависит от общей длины волокнистого материала в лис-
те, ширины волокон и их гибкости и не зависит от длины от-
дельных волокон. Таким образом, рубка волокон, сопровождае-
мая их укорочением, теоретически не уменьшает общего числа
контактов волокон в листе, а лишь сокращает число контактов
одного волокна. Поэтому снижение прочности бумаги, вызван-
ное поперечной рубкой волокон, является следствием не умень-
шения общей площади связей в листе, а обусловлено сокраще-
нием площади связей отдельного волокна. При испытании
бумаги на разрыв такие укороченные и нефибриллированные
волокна легче растаскиваются по обе стороны от места раз-
рыва.
Вместе с тем бумажный лист, изготовленный обычным обра-
зом, должен состоять из гетерогенных волокон, т. е. в нем
должно быть некоторое количество мелких волокон, заполняю-
щих пространства между длинными, что придает бумаге боль-
шую однородность. В однородной бумаге, содержащей в компо-
зиции наряду с длинными волокнами хорошо разработанные
мелкие, наблюдается известное повышение величины общей
площади, на которой между волокнами устанавливаются связи,
что и проявляется в повышении механической прочности такой
бумаги. Указанное подтверждается упомянутыми выше опыта-
ми Ф. Вульча и Р. Шмута, которые показали, что бумага из
размолотой целлюлозы, не фракционированной по величине
волокон, обладает большей механической прочностью по сопро-
тивлениям разрыву и продавливанию, а также большей плот-
ностью по сравнению с бумагой, изготовленной из отдельных
фракций той же размолотой целлюлозы.
Опыты П. X. Ласкеева также показали, что разрывная дли-
на и сопротивление продавливанию отливок из исходной дре-
весной массы выше, чем соответствующие показатели отливок,
приготовленных из отдельных фракций древесной массы, разде-
ленных по величине волокон. Мелкие фракции древесной массы
обладают большими величинами удельной поверхности и напря-
жения сдвига, но малой средней длиной волокон. Крупные же
Фракции древесной массы, наоборот, пониженными величинами
Удельной поверхности и напряжения сдвига, но повышенной
средней длиной волокон. Поэтому сочетание тех и других фрак-
ций волокон в исходной древесной массе обеспечивает более
высокую механическую прочность отливок из этой массы, чем
°тливок, изготовленных из отдельных фракций волокон той же
Древесной массы.
Если приготовить искусственно древесную массу путем сме-
ения отдельных ее фракций в оптимальном соотношении, то
можно получить даже более высокие показатели разрывной
длины и сопротивления продавливанию отливок, чем соответст,
венно у отливок из исходной древесной массы. Лишь показа-
тель сопротивления раздиранию, зависящий в основном От
величины среднего размера волокон, оказывается наиболее
высоким у отливок, изготовленных из волокон самой крупной
фракции.
Примерно к такому же выводу приходит В. Брехт с сотруд.
никами, показавший, что с увеличением содержания в древес-
ной массе длинноволокнистой фракции увеличивается сопро-
тивление отливок раздиранию, а также и излому.
Отличающиеся выводы мы находим в работе, проведенной
в Норвегии. По данным этой работы сопротивление раздиранию
возрастало по мере увеличения длинноволокнистой фракции от
О до 70%. При увеличении содержания длинноволокнистой
фракции от 70 до 100% показатели сопротивления раздиранию
заметно снижались. Максимальное сопротивление излому на-
блюдалось при содержании в древесной массе 50—60% длин-
новолокнистой фракции. Разрывная длина и сопротивление про-
давливанию практически не изменялись в том случае, когда
содержание длинноволокнистой фракции находилось в преде-
лах от 0 до 40%. Эти показатели заметно снижались при изго-
товлении отливок из 100% длинноволокнистой фракции.
Длина волокон в готовой бумаге не является величиной по-
стоянной даже для какого-либо определенного вида бумаги. Это
связано с воздействием большого количества переменных фак-
торов, оказывающих влияние на изменение фракционного со-
става по длине волокон исходного полуфабриката (вид древе-
сины, ее возраст, количественное соотношение различных пород
древесины, использованных для варки целлюлозы, и др.) и от
факторов обработки полуфабрикатов и отлива бумаги (степень
помола и характер режима размола, толщина бумаги, скорость
машины, номер машинной сетки, применение флокулирующих
добавок, степень использования оборотной воды и др.). При
этом средневзвешенная длина волокон в мешочной бумаге
обычно изменяется в пределах 1,8—2,2 мм, в конденсаторной —
0,5—0,9, в бумаге для печати № 1 — 1,2—-1,7, № 2 — 1,0—1,5,
№ 3 — 0,9—1,4 и в газетной — 0,9—1,2 мм.
Средняя степень полимеризации целлюлозы и фракционный
состав по степени полимеризации являются важными показа-
телями, характеризующими прочность растительных волокон.
Хлопковое волокно, имеющее степень полимеризации менее 200,
механической прочностью не обладает и рассыпается в поро-
шок. По мере увеличения степени полимеризации хлопковых
волокон до 700 прочность их увеличивается. Дальнейшее
увеличение степени полимеризации не сопровождается замет-
ным повышением прочности хлопковых волокон. Однако чеМ
выше степень полимеризации исходных хлопковых волокон, те^
больше потенциальный запас прочности бумаги, изготовленноН
й3 этих волокон, и тем долговечнее она без существенного
Уменьшения показателей ее механической прочности.
7 Белл, ссылаясь на Марка, указывает, что последний теоре-
тически подсчитал временное сопротивление на разрыв целлю-
лозных волокон, исходя из энергии, требующейся для разрыва
сВязей первичной и вторичной валентностей. По этим подсчетам
дрочиость первичных связей должна составлять около 7845 МПа,
для вторичных— 1961 МПа. С допуском на случайную ориента-
цию это дает среднюю разрывную длину в 47 000 м, что более
чем в 3 раза выше разрывной длины наиболее прочных видов
бумаги в машинном направлении.
Таким образом, переходя от прочности волокон к прочности
бумажного листа, мы видим, что природная прочность волокон
далеко не используется. Это объясняется тем, что на механиче-
скую прочность бумажного листа оказывает влияние не только
средняя прочность исходных волокон, но и прочность их связи
между собой, а также наличие волокон с повреждениями в ви-
де трещин, неоднородностей структуры и пр., вследствие кото-
рых могут возникать опасные местные перенапряжения, пре-
восходящие средние напряжения в бумажном полотне.
К этому следует добавить, что далеко не все волокна в бу-
маге имеют строго прямую форму. Некоторые волокна обнару-
живают скручиваемость, которая может быть как в плоскости
листа, так и вне ее. Вследствие этого при растяжении листа под
нагрузкой такие закрученные волокна вначале выпрямляются,
а затем уже начинают воспринимать нагрузку при деформации
•вплоть до разрыва. Таким образом, в начальный период нагру-
жения не все волокна в плоскости разрыва образца испытыва-
ют разрывающее их усилие, которое поэтому приходится на
меньшее число волокон, что приводит к уменьшению сопротив-
ления бумаги разрыву. Вместе с тем возрастает удлинение
бумаги до разрыва. Волокна, прошедшие через курлатор-маши-
ну, в которой они подвергаются интенсивному скручиванию,
образуют высокорастяжимую бумагу, но с пониженной механи-
ческой прочностью.
4.2.3. Теория связи волокон в бумаге
«...Какую пищу нашему уму дает
созерцание сил сцепления! Как много
явлений открывается здесь. Именно
эти силы обеспечивают прочность
всего того, что сооружаем мы на
земле...»
М. Фарадей «О различных
силах природы.»
течение длительного времени считали, что волокна в бу-
Wkhom листе связаны между собой исключительно силами
»ния, возникающими между сопряженными поверхностями
волокон. Сторонники этого взгляда на природу сил связи воло.
кон в бумаге полагали, таким образом, что только механиче-
ские силы определяют прочность бумажного листа. В соответ,
ствии с этим Вурстер писал, что волокна в бумаге можно упо.
добить ветвям живой изгороди, которые из-за взаимного
перепутывания и возникающих при этом сил трения образуют
прочную связь. Разрывая бумагу или проходя сквозь живую
изгородь, человек должен преодолеть в обоих случаях силы, ко-
торые, по мнению Вурстера, являются одинаковыми по своей
природе и отличаются лишь по величине.
Аналогичного взгляда придерживался также в своих перво-
начальных работах английский химик-исследователь Дж. Стрей-
чен, который считал, что силы, действующие при связи двух
хорошо размолотых и фибриллированных волокон, подобны по
своей физической сущности силам, обеспечивающим прочную
свя.зь двух взаимно спрессованных щеток, волосы которых
плотно сомкнуты между собой.
Нельзя отрицать, что для разрыва бумаги необходимо пре-
одолеть силы механического трения между отдельными волок-
нами. Эти силы, несомненно, существуют. Однако для боль-
шинства видов бумаги они играют второстепенную роль и при-
обретают известное значение в бумаге, изготовленной в основ-
ном из грубых, шероховатых волокон, например из волокон
древесной массы.
В практике бумажного производства нашел широкое рас-
пространение термин «свойлачиваемость», под которым обычно
понимается способность волокон образовывать прочный и сом-
кнутый лист.
Начало применения этого понятия в бумажном производ-
стве, по-видимому, относится к отдаленному времени, когда
предшественником обычной бумаги служил войлокообразный
листовой материал.
Как известно, шерстяные волокна войлока прочно связаны
между собой. Эта связь обусловлена строением волокон шерсти
и зависит от перегибов, свойственных волосу, и от наличия на
его поверхности микроскопических чешуек, зазубрин или шеро-
ховатостей. При уваливании войлока завитки одних волос-
ков скрещиваются с завитками других. Извилистость воло-
кон обусловливает упругость войлока, а шероховатость"
прочность.
Таким образом, в войлочном производстве под термином
«свойлачиваемость» понимается способность волокон скреплять-
ся между собой под влиянием чисто физических сил, оказы-
вающих подобное воздействие из-за специфических свойств ж11'
вотного волоса. Нельзя получить прочный войлок целиком И?
растительных волокон. Точно так же нельзя получить прочны”
бумажный лист из одних только волокон шерсти, пользуясь пР11
этом обычными в бумажном производстве методами размок3
и отлива.
Е Проф. Л. П. Жеребов указывает, что в бумажном производ-
стве термин «свойлачивание» можно понимать лишь в смысле
разнообразного во всех направлениях положения волокон в тол-
*де бумажного листа. Здесь нет соединения волокон по типу
^щемления, каким соединяются между собой животные волок-
на при образовании войлока, так как растительные волокна
гладки и не имеют чешуйчатых конусообразных выступов,
характерных для волокон животного происхождения. Исходя из
изложенного, понятие «свойлачивание волокон» нельзя считать
удачным для объяснения сил, обусловливающих прочность бу-
мажного полотна.
Вопрос о природе сил связи волокон в бумаге не может
быть рассмотрен вне зависимости от анализа всего комплекса
представлений, связанных с понятием структуры бумажного
диета.
Ф. Ф. Бобров определяет бумагу как «дисперсную монолит-
ную систему, состоящую из длинноволокнистой твердой среды
и мелковолоконной твердой же заполняющей фазы. Таким об-
разом, мы имеем здесь нечто подобное железобетону, где арма-
турой является железо, а промежутки заполнены цементом
и щебнем»1. Это определение нельзя признать удачным, так как
нельзя механически проводить аналогию между бумагой и же-
лезобетоном— двумя совершенно различными материалами, от-
личающимися по своему строению и свойствам. Нельзя игнори-
ровать тот факт, что бумага является капиллярно-пористым
коллоидным материалом. При рассмотрении строения бумаги
нельзя также обойти факторы, связанные с хорошо известными
из физики поверхностными явлениями. Пористость структуры
бумаги, специфический характер пор и гигроскопичность об-
условливают особые свойства этого материала, находящиеся
в тесной зависимости от капиллярных явлений.
По определению Ф. Ф. Боброва, бумага должна состоять из
длинноволокнистой среды и мелковолоконной фазы. Хотя в ком-
позиции большинства видов бумаги содержатся волокна раз-
личной длины, тем не менее можно привести в качестве при-
мера как бумагу, целиком состоящую из длинных волокон и от-
личающуюся повышенной прочностью (бумага типа японской),
так и бумагу, изготовленную целиком из относительно корот-
ких волокон (например, из древесной массы).
Кроме чисто физических представлений о природе сил свя-
зи волокон между собой в бумажном листе существовали и раз-
личные другие, ныне отвергнутые, воззрения.
Рядом исследований показано, что химическое соединение
между водой и целлюлозой существует, но не доказано обра-
зование стехиометрических гидратов. Количество воды, при-
соединяемой целлюлозой, является лишь частью того количе-
1 Бобров Ф. Ф. Из выступлений в прениях,— В кн.: Вопросы рациона-
ации целлюлозно-бумажного производства. Л., 1934, с. 68—72.
ства, которое должно было бы присоединиться, если бы вСе
гидроксильные группы вступили в реакцию. Это свидетельст,
вует о том, что в реакцию вступают определенные гидроксил^,
ные группы, вероятно, только те, которые оказываются
доступными. Вместе с тем доказано, что значительная часть
воды поглощается целлюлозой и не за счет химического присо-
единения, а за счет чисто физических (капиллярных) сил
и находится в межмицеллярных пространствах. Это подтвер'
ждается опытами Шеппарда, показавшего, что даже полностью
ацетилированная целлюлоза жадно впитывает воду. Уставов,
лено также, что молекулы воды не проникают внутрь мицелл.
Об этом свидетельствует неизменность рентгенограммы при
полном набухании целлюлозы. Внутримицеллярное набухание
наблюдается только тогда, когда волокна обрабатываются
такими веществами, как сильные кислоты или щелочи, а также
при эфирообразовании.
При изготовлении растительного пергамента вследствие
кратковременной обработки бумаги концентрированным раст-
вором серной кислоты волокна переводятся в состояние высо-
кой степени набухания. Такие набухшие волокна при удалении
серной кислоты тесно связываются между собой, образуя более
гомогенную целлюлозную массу, чем обычная бумага. Подоб-
ное сцепление молекул и сильно набухших волокон способству-
ет повышению связей между волокнами и тем самым прочно-
сти пергамента на разрыв.
Для повышения сил связи между волокнами при изготовле-
нии обычной бумаги также требуется активация поверхностных
молекул в волокнах и увеличение наружной (развернутой) по-
верхности.
Известно, что при размоле целлюлозы со слизеобразовани-
ем происходит сильное расщепление волокон в продольном на-
правлении на отдельные группы молекул. Этот процесс сопро-
вождается одновременно механической деструкцией с уменьше-
нием длины молекул. Бумага (пленка), приготовленная из
такой ослизненной целлюлозной массы, обнаруживает после вы-
сыхания довольно значительную механическую прочность, не-
смотря на уменьшение средней длины волокон.
Американские исследователи Эллис и Басс еще в 1943 г.
экспериментально доказали существование водородных связей,
представляющих собой особого вида вторичные валентности-
Эксперимент был основан на изучении спектра поглощения ин-
фракрасных лучей. Этот спектр отражает каждое изменение
в колебаниях водородных атомов при присоединении их к дрУ'
гим атомам структуры. Известно, что молекула нативной ц&я'
люлозы состоит из глюкозных остатков, связанных меЖД)
собой согласно схеме, на которой изображены два серединнЫ*
звена:
снон снон
-сн
сн-о-сн
СН О
I
СН2ОН
сн2он
I
СН о
снон снон
Каждый глюкозный остаток имеет три гидроксильные груп-
пы (ОН), которыми, собственно, и определяется гидрофильный
характер целлюлозы, т. е. хорошее смачивание целлюлозы во-
дой и ее набухание в воде.
Бумага отливается из растительных волокон, находящихся
в суспендированном состоянии в водной среде. Поэтому актив-
ные гидроксильные группы на поверхности волокон должны
быть сольватированы молекулами воды, которые схематично
можно обозначить в виде диполей“_+. При сближении мокрых
волокон под сильным давлением между сольватированными ак-
тивными группами на поверхностях соседних молекул могут
образовываться через диполи различные мостиковые связи,
например водяной мостик по схеме, представленной на рис. 75.
н>н
°\2
но- Ч н'
о--Н
-°ч 'Н
-но
-но
но-
НДЭ-
-О-'н
но-
-°\
но-
-О<
н
,-Н^
чн
-нАх
"Н
-но
-Н"0-
•н -НО
-н-
'И
но
но-
-Н"°~
-н
-но
л
Ч₽Ис. 75. Схема мостиковых межволоконных связей через диполи воды:
1 — диполи воды; 2 — первое волокно; 3 — второе волокно
йс- 76. Схема мостиковых связей между параллельными целлюлозными
цепями:
Q
параллельные целлюлозные цепи, соединенные боковой связью через водородные
истики в сухих волокнах; б — параллельные целлюлозные цепи, соединенные моле-
кулами воды через водные мостики во влажном волокне
В процессе сушки влажной бумаги вода постепенно удаляет-
® и волокна будут приближаться друг к другу с возрастанием
взаимодействия между активными группами. Как видно из
приведенной схемы, можно полагать, что при высыхании в пер.
вую очередь удалится средняя молекула воды, а крайние моде,
кулы соответственно приблизятся и вновь свяжут активны^
группы первого и второго волокон. Таким постепенным приблц.
жением при удалении сольватационной воды активные группу
настолько сблизятся между собой, что смогут вступить в сферу
непосредственного взаимодействия.
Сближению волокон между собой при удалении сушкой
воды, находящейся в капиллярах (порах) листа, способствуют
силы поверхностного натяжения воды, вызывающие усадку
бумаги. При этом отдельные цепочки целлюлозы вступают меж-
ду собой в тесный контакт с образованием мостиковой водо-
родной связи за счет взаимодействия друг с другом соседних
гидроксильных групп. Водяной мостик при этом заменяется
водородным по схеме, представленной на рис. 76.
Чем полнее при сушке удаляется влага, тем в большей сте-
пени используются силы взаимодействия тех активных групп,
которые вследствие своего пространственного расположения
могут приблизиться друг к другу.
Описанная схема позволяет объяснить многие свойства бу-
маги. Например, снижение механической прочности бумажного
листа при его увлажнении связано с тем, что вода раздвигает
волокна, вызывает их набухание, рвутся прочные водородные
мостики и волокна оказываются связанными непрочными водя-
ными мостиками. К тому же вода, как смазка, уменьшает вза-
имное трение волокон, что способствует разрушению структуры
испытуемой на разрыв полоски бумаги.
Увеличение прочности бумажного листа при его уплотнении
связано с тем, что при этом создаются благоприятные условия
для установления наиболее тесного взаимного контакта между
отдельными волокнами.
Становится понятным положительное влияние фибриллиро-
вания волокон на механическую прочность бумаги. Очевидно,
что силам поверхностного натяжения воды в капиллярах бу-
мажного листа легче сдвинуть и сблизить между собой тонкие
фибриллы, чем исходные нефибриллированные волокна. Этим
в первую очередь и объясняется повышенная усадка и плотная
структура бумаги, состоящей из фибриллированных волокон.
Подсчитывая величину силы сжатия волокон при усадке,
Кэмпбелл указывает, что при наличии целых волокон с диамет-
ром в 0,003 см эта сила составит примерно 588 кПа. При фиб-
риллах диаметром 2 -10 4 см давление становится равным
3727 кПа, а при фибриллах с диаметром 2-10-5 см давление
составит уже 17 060 кПа.
Таким образом, фибриллирование волокон в процессе их раз-
мола представляется важным не только для того, чтобы содей'
ствовать лучшему механическому перепутыванию между собой
волокон или фибрилл, но и для создания под влиянием cii-fl
поверхностного натяжения более сомкнутого, а следовательно-
I более прочного листа. При этом нужно иметь в виду, что
благодаря фибриллированию увеличивается развернутая по-
верхность волокон, на которой появляются ранее скрытые
„ толще гидроксильные группы. Именно по этим группам и осу-
ществляются водородные связи между волокнами. В результате
фибриллирования увеличивается число контактов между во-
локнами, что способствует упрочнению бумажного полотна.
Теория водородной связи применительно к структуре бу-
мажного листа позволяет также объяснить многие свойства
бумаги, в том числе увеличение или уменьшение механической
прочности ее, от введения в композицию бумаги различного
рода проклеивающих веществ, наполнителей и растворимых
в воде гемицеллюлоз.
Начиная с 1933—1934 гг., т. е. еще задолго до .работ Эллиса и Басса,
Котрэлл, Хипчин и др. высказывали гипотезу о существовании связей по
полярным гидроксильным группам поверхности микрофибрилл целлюлозы
пороли .воды при образовании этих связей. В 1940—4941 гг. Я. Г. Хинчин
сделал первую попытку на основании новой теории связи между волокнами
объяснить многие явления, происходящие в процессах производства бумаги.
В первые послевоенные годы (1946—11948 гг.) вопросы связи волокон в бу-
мажном листе привлекли к себе внимание в Советском Союзе нескольких
исследователей, проводивших работы примерно в один и тот же промежу-
ток времени (С. Н. Иванов, А. И. Меос, Д. М. Фляте и несколько позже
К. В. Брейтвейт). С. Н. Иванов экспериментально определил величину сил
связи в готовой бумаге и установил факторы, оказывающие влияние на эти
связи. Им же выскаваны многие важные соображения о влиянии природы
сил связи на некоторые свойства бумаги.
Автор этой книги уже на протяжении многих лет исходит
из положений теории о водородной связи между макромолеку-
лами цепей целлюлозы. Именно на основании этой теории,
пользующейся в настоящее время уже всеобщим признанием,
можно объяснить основные свойства бумаги.
Спектроскопические наблюдения X. Корте и X. Шашека
в сочетании с опытами по дейтерированию целлюлозы при ее
обработке тяжелой водой позволяли вычислить среднюю вели-
чину энергии водородной связи в бумаге. Эта энергия оказалась
равной 18,84 кДж/моль. Непосредственные наблюдения с ис-
пользованием электронного микроскопа (рис. 77) позволяют
наглядно видеть, насколько тесны контакты между волокнами
в бумаге. Эти наблюдения свидетельствуют о реальных возмож-
ностях установления между волокнами водородных связей.
Ч. Ска лиски и Я- Гебртова изучали природу межволоконных
связей в бумаге методом обработки ее различными полярными
н неполярными жидкостями. В результате своей работы они
Врищди к выводу о существенной роли водородных связей
в образовании структуры и прочностных свойств бумаги.
Данные, приведенные в работе О. Кэлмиса и С. Эккерта
0 расчете площади связи между волокнами с использованием
Ври этом сочетании оптических и химических методов исследо-
ания, свидетельствуют о том, что в оптически наблюдаемом
к°Нтакте существуют именно водородные связи.
Наряду с последними, по-видимому, участвуют и действую,
щие между макромолекулами целлюлозы силы ван де'
Ваальса, возникающие на расстоянии 0,28—0,5 нм. Однак^
энергия сил связи ван дер Ваальса значительно ниже энергии
водородной связи и сами по себе они не могут обеспечить проц,
ность бумаги. В общей энергии разрыва бумаги доля действие
этих сил не превышает 4—5% У прочных видов бумаги и лищь
у слабых видов бумаги с малоразвитыми водородными связя.
ми она может достигнуть 20—25%.
Рис. 77. Связи между волокнами по фибриллам, наблюдаемые под элект-
ронным микроскопом
Впервые четкое определение водородной связи было дано
сравнительно недавно Дж. Пиментелом и О. Мак-Клеманом.
Они указывают, что водородная связь существует, если установ-
лен факт образования связи и в этой новой связи особое уча-
стие принимает атом водорода, уже связанный с другим
атомом.
Судя по многочисленным литературным данным, водородные
связи принимают участие и в механизме склеивания материа-
лов, и в частности бумаги. Указывается, что водородные связи
составляют, по-видимому, какую-то часть механизма адгезии
растительными волокнами синтетических полимеров. Предпо-
лагается, что водородные связи принимают участие в процес-
сах окраски бумаги, а также нанесения на ее поверхность цвет-
ной печати.
Силы связи между волокнами характеризуются не тольК°
водородными связями, образующимися на расстояний
0,24—0,27 нм, и силами ван дер Ваальса. Определенную роль
играют и чисто механические силы сцепления за счет шерохо-
ватости сопряженных поверхностей (силы трения).
Т Что прочнее — целлюлоза или древесная масса? На этот
«опрос чаще всего отвечают: разумеется, целлюлоза, имеющая
^дее длинные и более гибкие волокна. Такой однозначный от-
вет далеко не всегда является правильным. Как известно, дре-
весная масса, используемая для изготовления газетной бумаги,
0леет разрывную длину примерно 3000 м. Между тем ручная
отливка из неразмолотой целлюлозы только в отдельных слу-
чаях имеет такую разрывную длину, и в первую очередь при
условии, что целлюлоза предварительно не высушивалась. По
данным наблюдений Е. Унгера, образцы древесной массы, имев-
шей степень помола 71° ШР, обладали разрывной длиной
в 2400 м, тогда как отливки бумаги из предварительно высу-
шенной небеленой сульфитной целлюлозы, размолотой до
19°ШР, только 2100 м. Наши наблюдения над различными об-
разцами неразмолотой беленой сульфитной целлюлозы показа-
ли, что некоторые из них, подвергшиеся предварительной сушке
после разбивки листов на волокна и изготовления из этих воло-
кон отливок, обнаружили в результате испытаний отливок раз-
рывную длину, в несколько раз меньшую разрывной длины
отливок древесной массы.
Дело в том, что в отливке древесной массы сильно развиты
благодаря шероховатости волокон силы трения, которые
и обеспечивают достаточно высокий показатель разрывной дли-
ны. В отливке же из неразмолотых целлюлозных волокон силы
трения незначительны, а силы водородной связи не получили
еще своего развития, так как волокна не размолоты и имеют
относительно небольшую наружную поверхность. На этой
поверхности мало гидроксильных групп, по которым проходят
водородные связи. Да и усадка отливки из неразмолотых воло-
кон при сушке невелика. Следовательно, отливка получается
недостаточно плотной, что также способствует получению невы-
соких показателей механической прочности.
Однако если целлюлозу осторожно размолоть без сущест-
венного укорочения волокон и обеспечить хорошее их фибрил-
лирование, то отливка из такой размолотой целлюлозы окажет-
ся значительно прочнее отливки из древесной массы благо-
даря хорошему развитию водородных связей и плотной струк-
туре.
По данным из японских источников, в отливках бумаги из
Размолотой целлюлозы водородная связь обеспечивает пример-
Но 75% всех связей между волокнами. В отливках же бумаги
Из неразмолотой целлюлозы на долю сил трения между сопря-
женными поверхностями волокон приходится около 80% суммы
Всех связей.
В. Брехт с сотрудниками указывает, что в отливке из нераз-
м°лотой целлюлозы примерно 20% общей поверхности волоков
^ходится в зонах контакта с другими волокнами. С ростом же
степени помола целлюлозы вследствие процесса фибриллиро-
ания волокон и уплотнения структуры листа доля общей по-
I
313
верхности, участвующей в межволоконных связях, может воз.
расти до 90%.
Силы связи между волокнами можно увеличить введение^
соответствующих связующих в бумажную массу или в готовую
бумагу путем ее поверхностного покрытия или пропитки. Таки-
ми связующими могут быть, например, животный клей, крах-
мал, карбоксиметилцеллюлоза, поливиниловый спирт, некото-
рые синтетические смолы и латексы. С другой стороны, пара.
финирование бумаги, пропитка ее маслом, введение в композц.
цию обычных (немодифицированных) минеральных наполните-
лей ослабляют связи между волокнами.
Даже механизм сорбции волокнами красителей в зависимо-
сти от природы красителя может быть различным: способст-
вующим усилению или ослаблению связи между волокнами или
не оказывающим влияния на прочность этой связи.
Л. С. Нордман, а также Д. X. Пэж, П. А. Тидеман и М. Хунт
показали, что удельная прочность связей между волокнами
целлюлозы возрастает в линейной зависимости от содержания
в целлюлозе пентозанов (рис. 78). При этом абсолютная вели-
Рис. 78. Межволоконная прочность связей
в зависимости от содержания в целлюлозе
пентозанов:
I — хвойная целлюлоза; 2— лиственная целлюлозе
чина удельной прочности связей между волокнами целлюлозы
из хвойных пород древесины соответственно выше, чем между
волокнами целлюлозы из лиственных пород древесины-
В результате размола волокон целлюлозы величина удельной
прочности связей практически не изменяется, а увеличение
прочности изготовляемой бумаги определяется лишь увеличе-
нием в структуре бумаги числа контактов между волокнами,
т. е. числа связей между ними.
Значительно повысить показатели механической прочности
бумаги можно введением в бумажную массу синтетически'
волокон при использовании соответствующих связующих. Так'
И. Г. Кулёв сообщает, что добавление к целлюлозе 25% найп0'
новых волокон с полиамидным связующим повышает ее сопР°
тнвление разрыву в 3,5 раза, а сопротивление излому в 42 р33^
Бумага, изготовленная из одних только волокон найлона и пр°
иеенная синтетической смолой, имела по сравнению с чисто
Целлюлозной бумагой 14-кратное сопротивление разрыву
Й 75-кратное сопротивление излому. Увеличение прочности бу-
маги при введении в ее композицию синтетических волокон свя-
ано с применением связующих, повышающих силы сцепления
леЖДУ волокнами, а также с использованием при этом более
длинных и более прочных волокон.
Упрочнение бумаги может быть достигнуто введением в ее
композицию термоплавких синтетических волокон, например
волокон поливинилового спирта. При сушке бумаги в сушиль-
ной части бумагоделательной машины эти волокна плавятся
и образуют дополнительные межволоконные связи. Такой же
эффект может быть достигнут в результате пропитки бумаги
раствором упрочняющего полимера. Наблюдения показали, что
лучшее взаимодействие целлюлозных волокон с волокнами
поливинилового спирта происходит тогда, когда бумажное по-
лотно, содержащее эти волокна, отжато в прессовой части до
сухости 40%, а сушка его происходит при температуре сушиль-
ной поверхности до 90° С. В этих условиях хорошо набухшие
поливинилспиртовые волокна легко растворяются, а затем
в процессе сушки по мере удаления воды возникают прочные
водородные связи между волокнами целлюлозы к поливинило-
вым спиртам.
Описанная выше природа различных сил связи между во-
локнами в бумаге достаточно точно установлена и сомнений не
вызывает. В литературе можно встретить и некоторые другие
сведения о природе сил связи между волокнами. Однако эти
сведения пока не обоснованы точными наблюдениями и поэтому
здесь не приводятся.
4.2.4. Сопротивление разрыву
В бумажной промышленности принято сопротивление бума-
ги разрыву характеризовать не только показателем разрывного
гРУза, но и разрывной длиной бумаги. Этот условный показа-
тель выражает в километрах (метрах) длину полоски бумаги,
пРи которой она порвется под влиянием силы собственной
тяжести, будучи подвешена за один конец. Из самого опреде-
ления этого понятия видны его условность и несовершенство.
Днако этот показатель прочности бумаги другим пока не за-
менен и является общепринятым в практике мировой бумаж-
°и промышленности.
Обычная бумага, изготовленная на бумагоделательной
Яшине, отличается различными показателями прочности
Машинном и в поперечном направлениях листа. Сопротивле-
в е бумаги разрыву больше в машинном направлении, т. е.
„^правлении движения бумаги на бумагоделательной маши-
г ’ объясняется преимущественной ориентацией волокон
°вой бумаги в указанном направлении. Таким образом,
и разрывная длина бумаги в машинном направлении обычц0
значительно выше, чем в поперечном.
Нельзя поэтому одобрить показатель так называемой сред
ней разрывной длины бумаги, представляющий собой средне
арифметическое из разрывной длины бумаги в машинное
и в поперечном направлениях. Этот усредненный показатель
физический смысл которого является неопределенным, иска>ка’
ет характеристику истинной прочности бумаги.
Действительно, можно получить одну и ту же среднюю
разрывную длину бумаги как при большом, так и при малом
различии между собой показателей разрывной длины бумаги
в машинном и в поперечном направлениях. Очевидно, что хотя
средняя разрывная длина бумаги в указанных обоих случаях
может быть одинаковой, фактическая же характеристика
прочности бумаги одного и того же направления листа будет
различной.
По этой же причине автор считает методически неправиль-
ным пользоваться и другими так называемыми средними пока-
зателями (например, для разрывного груза, сопротивления из-
лому, удлинения бумаги при разрыве и пр.).
Связь между сопротивлением бумаги разрыву и ориентаци-
ей волокон в бумаге представлена в работе [93]. Сопоставле-
ние данных, полученных расчетом по выведенной авторами
формуле, с соответствующими экспериментальными данными
обнаруживает отклонения примерно на 10%.
Автором этой книги экспериментально было установлено,
что с повышением плотности бумаги, не содержащей в компо-
зиции наполнителя, разрывная длина ее при всех прочих рав-
ных условиях возрастает в линейной зависимости
X = Kd,
где X — разрывная длина, км; К — постоянный коэффициент
для данного рода массы; d—-плотность бумаги, г/см3.
Эта закономерность установлена как на различной бумаге
однослойного, так и на различной бумаге двухслойного отлива
(рис. 79).
Одновременно было установлено, что удельная разрывная
нагрузка Pi пропорциональна квадрату плотности.
Полученные нами зависимости, хорошо согласуются с дан'
ными Кларка, также установившего, что разрывная длина на-
ходится в линейной зависимости от плотности бумаги. Так
в опытах Кларка использовалась бумага однослойного отлива-
а в наших — как однослойного, так и двухслойного, моЖН°
заключить, что слоистость структуры бумаги не оказывав
влияния на установленную функциональную зависимость.
Все чаще можно встретить возражения по поводу оцеН^
механической прочности бумаги по ее разрывной длине. ГаЬ’
например, Л. Е. Комаровский считает, что этот показатель нс
316
статочно характеризует механическую прочность бумаги
точки зрения ее использования потребителями и является
с щЬ относительной характеристикой свойств бумаги. Он пи-
еТ что недостатки показателя разрывной длины особенно
^обходимо учитывать при сравнительной оценке конденсатор-
ной бумаги, уплотненной в разной степени. Так, если два образ-
уя конденсаторной бумаги имеют одинаковую прочность, рав-
толщину и выдерживают одинаковую разрывную нагрузку,
то для бумаги с большой плотностью получается меньший
показатель разрывной длины, что иногда приводит к необос-
Рис. 79. Зависимость разрывной длины
от плотности бумаги:
1, 2, 3, 4 -— серии отливок бумаги, отличаю-
щиеся между собой степенью помола бу-
мажной массы
кованной отбраковке бумаги,
ния по назначению для этого
хотя с точки зрения использова-
не имеется оснований. Конденса-
торная бумага с пониженными значениями действительной
прочности при малой величине плотности получает завышен-
ную оценку по показателю разрывной длины. Произведенный
Л. Е. Комаровским расчет показал, что четырехмикронная кон-
денсаторная бумага с пониженной плотностью ,'может ока-
заться выпущенной с меньшей на 15% фактической прочностью
по сравнению с бумагой, имеющей увеличенную плотность,
Которая в таких условиях будет отбракована. Располагая ука-
занными в документах технического контроля данными о зна-
нии разрывной длины бумаги, потребитель, которому
Иубходимо иметь представление о том, какое усилие она мо-
выдержать при переработке, должен заняться расчетами,
чХ)бы вернуться к величине разрывной нагрузки. Таким обра-
9, пользуясь показателем разрывной длины, заключает
ЯВ. Комаровский, мы уходим от параметра (разрывная на-
г₽Узка бумаги.— Д. Ф.), непосредственно характеризующего ее
**аническую прочность. В. А. Гуляницкий также считает, что
оценки сопротивления бумаги разрыву целесообразно поль-
®ться показателем предела прочности при растяжении.
К сказанному следует добавить, что разрывную Длинъ
бумаги определяют расчетом, исходя из экспериментальна
получаемых величин разрывной нагрузки. Однако из-за упруГо,
пластических свойств бумаги для одного и того же ее вида
разрывная нагрузка оказывается различной в зависимости От
времени действия груза на бумагу. Поэтому и разрывная дда.
на бумаги также будет различной. Таким образом, оба эТа
показателя механической прочности бумаги являются условны,
ми, соответствующими условно принятой заранее постоянно^
скорости проведения испытаний,
Е. Унгер также считает, что значение показателя разрыв,
ной длины переоценивается, и полагает, что показатель сопро-
тивления раздиранию лучше характеризует прочность бумаги
в практических условиях.
4.2.5. Сопротивление излому
Показатель сопротивления бумаги излому — один из суще-
ственных показателей, характеризующих механическую проч-
ность бумаги. Он зависит от длины волокон, из которых обра-
зована бумага, их прочности, гибкости и сил связи между во-
локнами. Поэтому наиболее высоким сопротивлением излому
отличается бумага, состоящая из длинных, прочных, гибких
и прочно связанных между собой волокон. Такой бумагой явля-
ется гибкая бумага, изготовленная из некоторых синтетических
прочных и длинных волокон, отличающихся гибкостью и образу-
ющих между собой в бумажном листе прочные связи. Имеются
сведения о том, что некоторые виды бумаги из синтетических
волокон обнаруживают число двойных перегибов, достигающее
нескольких миллионов.
Показатель сопротивления излому в большей степени зави-
сит от длины волокон, чем показатель разрывного груза бума-
ги. Поэтому в основном для бумаги из хвойной целлюлозы
максимальное сопротивление излому наблюдается при степени
помола 50—60° ШР, т. е. при более низкой, чем максимум для
сопротивления бумаги разрыву.
В связи с тем, что на сопротивление бумаги излому сущест-
венное влияние оказывает гибкость волокон, очевидно, что на
этот показатель механической прочности бумаги будут оказы-
вать влияние такие факторы, как их строение, толщина
и влажность.
Из тряпичных волокон льняные наиболее пригодны для из-
готовления бумаги, отличающейся высоким сопротивлением
излому. Хотя хлопковые волокна сами по себе отличаются вы-
соким сопротивлением разрыву, тем не менее бумага из эти4
волокон не обнаруживает высокого сопротивления излоМУ-
Особенно слабая бумага по сопротивлению излому получаете*1
из старого хлопчатобумажного тряпья. Невысокие показате^11
бумаги по сопротивлению излому обнаруживаются и при liC'
льзовании линта для изготовления бумаги, а также листвен-
' я и облагороженной хвойной целлюлозы. Волокна сульфат-
дрй хвойной целлюлозы, как правило, дают возможность полу-
цнть бумагу более прочную по сопротивлению излому, чем
«олокна сульфитной хвойной целлюлозы. Повышенное сопро-
тивление излому бумаги из хлопковых волокон можно получить
в случае изготовления из этих волокон бумаги так называемым
сухим способом, при котором обеспечивается возможность изго-
товления бумаги из исключительно длинных хлопковых
волокон.
М. Г. Бланк показала, что полимерные добавки (поливини-
ловый спирт, поливинилацетатная эмульсия, метилополиамид,
метилцеллюлоза и др.), введенные в бумагу, способствуют ин-
тенсивному росту прочности по сопротивлению излому в бумаге
из хлопковых волокон и оказывают сравнительно малое упроч-
няющее действие на бумагу из сульфитных, сульфатных
и льняных волокон. Наличие в бумаге компонентов, обусловли-
вающих образование межволоконных связей (гемицеллюлозы,
синтетические термопластичные волокна) или повышение степе-
ни помола бумажной массы, приводит к снижению эффекта
упрочнения под влиянием пропитки растворами полимеров.
Прочность бумаги, содержащей наполняющие и проклеивающие
вещества в присутствии полимеров, возрастает незначительно;
при этом лучшие результаты у бумаги, содержащей в компози-
ции наполнитель. Было установлено, что у большинства видов
бумаги поливиниловый спирт обеспечивает максимальное по
сравнению с другими полимерами упрочняющее действие.
26. Сопротивление излому образцов бумаги, изготовленных
из различных волокнистых материалов (Д. М. Фляте,
Н. А. Афончиков)
Состав бумаги по виду волокон (100%) Показатели массы Масса 1 м2 бумаги, г Число двойных пере- гибов бумаги в на- правлении
степень помола, °ШР средняя длина волокон, мм попереч- ном машинном
Целлюлоза беленая:
еловая сульфитная 50 1,05 80 55 157
сосновая сульфатная ^асса беленая: 50 1,0 86 57 197
Хлопковая 51. 1,0 83 30 57
льняная 80 1,15 81 632 802
В табл. 26 приведены данные сопротивления излому образ-
в бумаги, изготовленных из различных волокнистых материа-
в в сравнимых условиях. Средняя длина волокон находилась
в пределах 1,0—1,15 мм, масса 1 м2 бумаги составляла 80—86 г
При размоле беленой льняной полумассы заданную длину i!G'
локон удалось получить лишь при степени помола массы
78—80° ШР. При размоле массы других трех видов волокни.
стых полуфабрикатов указанная средняя длина волокон была
получена при степени помола 50—51° ШР.
Введение лиственной целлюлозы в композицию бумаги
в качестве добавки к хвойной значительно снижает сопротивле-
ние бумаги излому. Это снижение тем больше, чем короче, ме-
нее гибки и слабее волокна лиственной целлюлозы. Поэтому
введение в композицию бумаги целлюлозы из осины вызывает
большее снижение сопротивления бумаги излому, чем целлю-
лозы из березы, обладающей относительно более длинными
гибкими и прочными волокнами, а добавка лиственной сульфит-
ной целлюлозы резче сказывается на снижении сопротивления
излому, чем добавка сульфатной целлюлозы той же породы
древесины.
Наличие в композиции бумаги или картона коротких и жест-
ких волокон древесной массы приводит к резкому снижению
сопротивления этих материалов излому.
Вообще повышение жесткости волокнистых материалов, со-
провождаемое увеличением их хрупкости, снижает их сопротив-
ление излому. Это можно наблюдать, например, при чрезмер-
ном повышении степени помола мас-
сы, когда одновременно на показа-
тель сопротивления излому в отри-
цательном направлении действуют
два фактора: повышение хрупкости
материала и снижение средней дли-
ны волокон.
При значительном увеличении тол-
щины и массы 1 м2 бумаги (картона)
также наблюдается резкое снижение
сопротивления указанных материа-
лов излому, что связано с повыше-
нием в данном случае жесткости и
возникновением больших растяги-
вающих напряжений при изломе в по-
верхностном слое толстого материала
Зависимость сопротивления излому от
массы 1 м2 и степени помола сульфитной целлюлозы (по дан-
ным Р. Корна и Ф. Бургшталлера) представлена на рис. 80.
Из рисунка видно, что вначале (при небольшом увеличении
массы 1 м2 бумаги) сопротивление ее излому растет, а затем,
достигнув максимума, начинает снижаться. Положение макси-
мума для разных видов бумаги различно и зависит от многих
причин, в первую очередь от композиции бумаги и степени
помола массы, из которой бумага изготовлена. Чем выше сте-
пень помола массы и меньше средняя длина волокон, тем быст-
Рис. 80. Зависимость
сопротивления излому
от массы 1 м2 бумаги
и степени помола суль-
фитной целлюлозы
по сравнению с тонким.
’ее достигается максимум и тем скорее при увеличении массы
j м2 бумаги сказывается отрицательное влияние увеличения
жесткости материала на его сопротивление излому.
По данным С. Е. Брендона, при всех прочих равных услови-
ях в пределах массы 1 м2 бумаги от 45 до 90 г наблюдается
прямая линейная зависимость между сопротивлением излому
и массой 1 м2 бумаги.
В связи с тем, что сопротивление бумаги излому в значи-
тельной степени снижается по мере уменьшения гибкости воло-
кон, именно этот показатель является наиболее чувствительным
для определения устойчивости бумаги к старению — процессу,
при котором волокна теряют первоначальную гибкость и на-
блюдается их хрупкость.
Чрезмерное уплотнение картона при его прессовании или же
(что сказывается в большей степени) повышение плотности
волокнистого материала путем введения в его композицию ми-
нерального наполнителя ведет к снижению сопротивления
излому. Отрицательное влияние минерального наполнителя на
сопротивление бумаги излому объясняется ослаблением при
этом сил связи между волокнами, а также перетиранием воло-
кон о твердые и неровные поверхности частиц наполнителя.
Изменение сопротивления излому различных видов бумаги при
введении в композицию минеральных наполнителей показано
в табл. 27.
27. Изменение сопротивления излому различных видов бумаги
при введении в композицию минеральных наполнителей
(Д. М. Фляте, Н. А. Афончиков)
Вид и количество Минерального напол- нителя, введенного в композицию бумаги, % Сопротивление изло- му, число двойные перегибов в направ- лении Вид и количество минерального напол- нителя, введенного в композицию бумаги, % Сопротивление изло- му, число двойных перегибов в направ- лении
машинном попереч- ном машинном попереч- ном
Бумага из сульфитной 100% беленой целлюлозы Бумага из 100% беленой хлопковой целлюлозы
0 157 55 0 57 30
Каолина 25 62 35 Каолина 25 5 4
Мела 40 36 23 Мела 40 5 2
Бумага из 100% беленой сульфатной целлюлозы Бумага из 100% беленой льняной целлюлозы
0 197 57 0 802 632
Каолина 25 144 55 Каолина 25 196 58
Меда 40 118 48 Мела 40 48 20
и Примечание. Данные о показателях бумажной массы, из которой
Готовлены образцы бумаги, приведены выше в табл. 26.
21 2675 321
Представляет интерес вопрос о влиянии относительной
влажности окружающего воздуха (а следовательно, и влажно,
сти бумаги) на показатель сопротивления ее излому.
С увлажнением бумаги силы связи между волокнами умень-
шаются, а гибкость бумаги (вследствие набухания волокон)
увеличивается. Таким образом, эти факторы влияют на сопро.
тивление бумаги излому в противоположных направлениях
Именно этим и объясняется хорошо известный факт, что изме-
нение относительной влажности окружающего воздуха не в оди-
наковом направлении влияет на различные виды бумаги
В. Даль, а также Р. Корн и Ф. Бургшталлер показали, что уве-
личение относительной влажности окружающего воздуха спо-
собствует увеличению сопротивления излому у прочной бумаги
и снижению этого показателя механической прочности у сла-
бой бумаги (например, промокательной).
Прочная бумага при повышении относительной влажности
окружающего воздуха наряду с увеличением гибкости волокон
сохраняет достаточно высокую величину сил связи между
ними, и результирующая этих влияний способствует росту чис-
ла двойных перегибов бумаги. Разумеется, что при выдержива-
нии такой первоначально прочной бумаги в воде, т. е. в услови-
ях, когда силы связи между волокнами почти полностью разру-
шены, она не сможет обнаружить заметное сопротивление
излому.
Относительная Влажность Воздуха, %
Рис. 81. Влияние относительной влаж-
ности воздуха на сопротивление изло-
му образцов бумаги промышленного
изготовления:
/ — бумага для глубокой печати; 2 — элект-
ролитическая; 3 — пергамин чертежный; 4 —
основа для парафинирования; 5 — монотип-
ная; 6 — чертежная прозрачная
В бумаге, которая в обычных условиях относительной влаж-
ности окружающего воздуха имеет слаборазвитые силы связи
(промокательная, фильтровальная, для электролитических кон-
денсаторов, основы для пергамента и фибры и т. п.), эти связи
настолько уменьшаются при повышении относительной влажно-
сти окружающего воздуха, что положительное влияние роста
гибкости волокон и бумаги в целом уже не может преобладать
над отрицательным влиянием малой величины сил связи междУ
волокнами и в результате число двойных перегибов заметно пр*
этом уменьшается. Таким образом, упруговязкие свойства бума'
ги наиболее ярко проявляются при ее испытаниях на излом.
Более детально рассматриваемый вопрос был исследован
С. Н. Ивановым и Л. Н. Лаптевым. В табл. 28 приведены
Ьднным этих авторов результаты испытаний на излом ручных
EjiHBOK разных видов бумаги, которые выдерживались в усло-
виях различной относительной влажности окружающего возду-
а На рис. 81 показано влияние относительной влажности
окружающего воздуха на сопротивление излому некоторых об-
разцов бумаги промышленного изготовления.
28. Влияние относительной влажности воздуха
на сопротивление излому образцов бумаги лабораторного изготовления
Целлюлоза Л - а « CJ Ч к <=> о. о со Сопротивление излому при относительной влажности воздуха, %
5 15 35 65 85 95
у- Сульфитная: небеленая 15 3 3 2,5 2 1 1
25 28 25 19 18 — 12
35 24 33 34 78 54 14
50 59 105 212 255 201 143
К беленая 15 2,5 2 2 1 1 1
25 25 28 43 40 27 9
35 34 28 51 49 35 21
50 123 195 190 266 ПО 76
Сульфатная: небеленая 15 17 17 13 11 5 2
25 350 430 980 1090 700 330
35 200 365 565 1140 2040 3015
50 490 620 650 1350 5640 7540
Хлопковая: К беленая 25 18 68 53 46 24 10
35 350 192 307 132 46 23
50 336 308 380 320 253 66
Упомянутые выше авторы установили, что критическая ве-
личина сил связи между волокнами составляет 490—588 кПа
8 Дальнейшее снижение ее с повышением относительной влаж-
ности окружающего воздуха вызывает уменьшение показателя
сопротивления бумаги излому.
Работами научно-исследовательского института целлюлозно-
бумажной промышленности Финляндии было показано сильное
влияние влажности окружающего воздуха на сопротивление
бумаги излому. По данным этого института, при испытании бу-
маги в условиях повышенной сухости окружающего воздуха
Число двойных перегибов может оказаться в 5 раз более низ-
ким, а при испытании в условиях повышенной влажности
в 8 раз более высоким по сравнению с результатом испытаний
той же бумаги в стандартных условиях. Эти данные свидетель-
ствуют о необходимости особо строго соблюдать стандартные
условия при испытании сопротивления бумаги излому.
4.2.6. Сопротивление продавливанию
Этот показатель качества бумаги нельзя отнести к числу
основных. Он и предусматривается по действующим стандар-
там для сравнительно ограниченного количества видов бумаги.
Однако и этот небольшой перечень видов бумаги мог бы быть
по мнению автора, сокращен и ограничен в основном некоторы-
ми видами упаковочно-оберточной бумаги, для которых в от-
дельных случаях должен быть предусмотрен также показатель
сопротивления продавливанию во влажном состоянии.
Даже для мешочной бумаги сомнительна целесообразность
регламентации показателя сопротивления продавливанию. Дей-
ствительно, лист мешочной бумаги имеет столь большой запас
сопротивления продавливанию, что практически не наблюдает-
ся случаев разрыва мешков (и тем более многослойных) под
влиянием статической нагрузки — массы содержимого мешка,
например 50 кг цемента. При эксплуатации бумажные мешки
рвутся под влиянием не статических, а динамических нагру-
зок— удары при падении мешка или (что сказывается в мень-
шей степени) под длительным влиянием вибрационных нагру-
зок наполненных мешков при их перевозке.
Работы многих исследователей, в том числе С. Ирмана
и X. Якобсена, Е. Мак Ки и В. Витсита, Ф. Штенитцера, а так-
же наши наблюдения показали, что показа*гель сопротивления
продавливанию мешочной бумаги не характеризует степень
устойчивости бумажных мешков к динамическим воздействиям.
Сопротивление же бумаги разрыву и ее удлинение до разрыва
оказывают существенное влияние на динамическую прочность
бумажных мешков. По-видимому, важным является также по-
казатель сопротивления бумаги раздиранию. Было показано,
что при всех прочих равных условиях из бумаги с повышенным
сопротивлением продавливанию получались в некоторых слу-
чаях мешки даже с пониженной динамической прочностью.
Из финского источника известно, что для характеристики
поведения бумаги в динамических условиях ее использования
(это в первую очередь относится к мешочной и к разным упа-
ковочным видам бумаги) лучшие результаты были получены
при испытании бумаги на прокалывание, а не на продавлива-
ние.
В настоящее время может считаться установленным, что
сопротивление продавливанию является сложной функцией со-
противления разрыву и удлинения бумаги до разрыва. В связи
с этим было предложено несколько эмпирических формул, ха-
рактеризующих с большой точностью зависимость указанны*
Ьедичин для разных видов бумаги (работы Ф. Штенитцера,
f также В. Воллмера).
ф. Штенитцер считает, что при всех прочих равных условиях
-противление бумаги продавливанию повышается с повышени-
ел абсолютных значений показателей ее разрывного груза
я удлинения при разрыве и когда отношение удлинения бумаги
-в машинном направлении к ее удлинению в поперечном направ-
лении приближается к единице. Соблюдение этих условий свя-
зано с выбором надлежащего вида целлюлозы, режимов ее
размола и изготовления бумаги на бумагоделательной машине,
з - также с введением в бумажную массу соответствующих
добавок.
Иногда по направлению основной линии разрыва при испы-
тании бумаги на сопротивление продавливанию можно судить
о соотношении между удлинением в машинном и в поперечном
направлениях. Например, когда удлинение бумаги в машинном
направлении до разрыва значительно меньше, чем в попереч-
ном, основная линия разрыва бумаги при ее испытании на со-
противление продавливанию проходит обычно в направлении,
перпендикулярном к машинному. При значительном превыше-
нии удлинения бумаги в машинном направлении по сравнению
с ее удлинением в поперечном направлении (например, при
обычном крепировании бумаги) основная линия разрыва прохо-
дит большей частью параллельно машинному направлению
бумаги. При близком к единице отношении удлинения бумаги
в машинном направлении к ее удлинению в поперечном направ-
лении нет строгой закономерности в направлении основной ли-
нии разрыва, наблюдаемой при испытании бумаги на сопротив-
ление продавливанию.
Рассматриваемый показатель механической прочности
бумаги определяют в основном при помощи аппарата типа
Мюллена. Аналогично тому, как с увеличением скорости при-
ложения нагрузки возрастают показания сопротивления бумаги
разрыву, так же с увеличением скорости приложения нагрузки
возрастает и показатель сопротивления продавливанию. Поэто-
му при определении сопротивления бумаги продавлива-
нию следует выдерживать постоянную скорость приложения
нагрузки.
Различают абсолютное сопротивление продав-
ливанию— непосредственный результат определения и от-
носительное сопротивлению продавливанию—
Результат сопротивления продавливанию, приведенный прямой
пропорцией к массе 100 г/м2.
В некоторых случаях пользуются величиной коэффици-
ента (фактора) продавливания, который определяют
Для разных видов бумаги, незначительно отличающихся друг от
ДРУга массой 1 м2. Коэффициент продавливания является част-
ям от деления абсолютного сопротивления продавливанию на
ассУ 1 м2 бумаги.
Д. Кейси указывает, что величина сопротивления продавли-
ванию зависит от длины волокон, из которых изготовлена бу.
мага, а также от силы связи между ними. Бумага, изготовлен,
ная из длинных волокон, как правило, отличается большей ве.
личиной сопротивления продавливанию. С увеличением степени
помола бумажной массы в бумаге, как известно, растут силы
связи между волокнами. Одновременно увеличивается и сопро.
тивление продавливанию. Однако чрезмерно высокая степень
помола массы ведет к снижению сопротивления продавлива-
нию, что связано уже с заметным укорочением волокон и сни-
жением степени удлинения бумаги до разрыва.
С увлажнением бумаги ее разрывной груз уменьшается из-
за ослабления межволоконных сил связи, увеличения одновре-
менно удлинения бумаги. Таким образом, для получения макси-
мального значения сопротивления продавливанию должна быть
оптимальная влажность бумаги, при которой нет сильного ос-
лабления межволоконных связей и одновременно наблюдается
достаточно высокая степень удлинения бумаги. Такая влаж-
ность бумаги равна примерно 8—9%.
По данным Медиссоновской лаборатории, изменения влаж-
ности бумаги сравнительно мало отражаются на изменении
показателя сопротивления продавливанию — значительно мень-
ше, чем при этом изменяются другие показатели механической
прочности бумаги. По тем же данным, при изменении относи-
тельной влажности окружающего воздуха с 0 до 90% сопротив-
ление продавливанию изменяется на величину всего лишь
10—12%. По данным Л. Нордмана, сопротивление продавлива-
нию бумаги и картона достигает максимума при относительной
влажности окружающего воздуха в пределах 50—70 %
Изменения температуры окружающего воздуха в пределах
от 10 до 35° С при всех прочих равных условиях не сказыва-
ются заметно на показателе сопротивления бумаги продавли-
ванию. При испытании бумаги (картона) на сопротивление
продавливанию наибольшие напряжения возникают в наруж-
ном слое. Поэтому при изготовлении многослойных видов бума-
ки (картона) в тех случаях, когда желательно иметь
повышенное сопротивление продавливанию, рекомендуется
наружные слои изготовлять из длинноволокнистой бумажной
массы.
При поверхностном покрытии бумаги растворами различных
видов крахмала П. Ф. Золхеймом отмечена почти прямая про-
порциональность между сопротивлением бумаги продавливанию
и количеством крахмала, нанесенного на бумагу. X. Швальбе
указывает, что при введении в бумажную массу полиакрилами-
да сопротивление продавливанию изготовляемой бумаги может
быть увеличено на 65% В сравнимых условиях использование
для этой цели манногалактана обеспечивает увеличение сопро-
тивления продавливанию на 28%, а введение модифицирован-
ного крахмала —на 22%. Имеются сведения, что в некоторых
кдучаях сопротивление бумаги (картона) продавливанию мож-
jjo повысить, установив на сеточном столе гидропланки с одно-
временным повышением скорости бумагоделательной машины.
4.2.7. Сопротивления надрыву и раздиранию
Среди показателей, характеризующих механическую проч-
ность бумаги, сопротивления надрыву и раздиранию имеют не-
маловажное значение. В практических условиях применения
разных видов бумаги обрывы бумажного полотна в значитель-
ной степени определяются недостаточно высокой величиной ука-
занных показателей. Однако эти показатели в практике отече-
ственной бумажной промышленности почему-то не получили
большого распространения и обычно не предусматриваются на-
шими стандартами.
Это можно объяснить существующей еще до сих пор пута-
ницей в определении понятий сопротивления надрыву и разди-
ранию и в численном их выражении, а также недостаточной
осведомленностью о переменных факторах, от которых зависит
величина указанных показателей. Действительно, еще в 1938 г.
в одном из французских журналов появилась статья, в которой
была приведена сводка применяемых в различных странах раз-
ных методов численного выражения одного только показателя
сопротивления бумаги раздиранию.
Сопротивление надрыву характеризуется силой,
которую необходимо приложить к бумаге для получения раз-
рыва ее целой кромки. Этот показатель является особенно важ-
ным для таких видов бумаги и изделий из нее, где прочная
и твердая кромка является одним из первостепенных требова-
ний, например для бумажных денег, игральных карт или пер-
форированных карт для счетных машин.
Сопротивление раздиранию характеризуется си-
лой, вызывающей у полученного надрыва кромки дальнейший
разрыв до определенной его длины. Увеличение этого показа-
теля у бумаги не находится в прямой линейной зависимости от
повышения ее сопротивлений разрыву и продавливанию. Более
того, рыхлая (пухлая) бумага, обладающая невысоким показа-
телем сопротивления разрыву, обнаруживает более высокое
сопротивление раздиранию, чем плотная и прочная на разрыв
бумага с сомкнутой структурой поверхности. Например, фильт-
ровальная бумага имеет по сравнению с бумажной калькой
более высокий показатель сопротивления раздиранию.
Абсолютное сопротивление раздиранию листа
бумаги Ra, определяемое на аппарате Эльмендорфа, соответст-
вует показаниям этого прибора в граммах R при условии, что
В аппарат вложено одновременно 16 листов бумаги. Если взять
Число листов, равное п, то для определения величины абсолют-
ного сопротивления бумаги раздиранию в граммах нужно по-
множить полученный результат на поправочный коэффициен
16/и
Относительное сопротивление раздирани^
листа бумаги Ro определяет собой то сопротивление, котор0е
оказывает лист испытуемой бумаги, если масса 1 м2 этой бума,
ги равна 100 г. Исходя из предпосылки, что сопротивление ра3.
диранию пропорционально массе 1 м2 бумаги (что в действу
тельности не совсем правильно), можно получить величину от.
носительного сопротивления раздиранию листа бумаги умноже-
нием величины абсолютного сопротивления раздиранию на
коэффициент 100/#, где q — масса 1 м2 бумаги, г. Таким обра-
зом
/?о = Ra \0tyq = R - 16/га 100/#.
Площадь раздирания в м2 — термин, характеризую-
щий отношение величины абсолютного сопротивления раздира-
нию листа в граммах к массе 1 м2 этого листа в граммах. Из
приведенных выше соотношений видно, что величину относи-
тельного сопротивления раздиранию можно получить умноже-
нием на 100 числа, выражающего площадь раздирания.
О том, что сопротивления раздиранию и надрыву для одного
и того же материала не идентичны, может служить пример:
целлофан обладает высокой прочностью на надрыв, но низким
сопротивлением раздиранию. Аналогично показателям абсолют-
ного и относительного сопротивлений раздиранию и площади
раздирания, определяемым при предварительном надрезе кром-
ки испытуемой бумаги, существуют показатели абсолютного
и относительного сопротивлений надрыву и площади надрыва,
определяемые соответственно при испытании бумаги без пред-
варительного надреза кромки листа.
Влияние переменных факторов на сопротивление бумаги
надрыву менее исследовано по сравнению с влиянием различ-
ных факторов на ее сопротивление раздиранию. Сопротивление
бумаги надрыву под влиянием переменных факторов более сле-
дует закономерностям изменения других показателей механи-
ческой прочности (например, сопротивлений разрыву и продав-
ливанию), чем сопротивление раздиранию. Это, по-видимому,
объясняется тем, что на большинство показателей механиче-
ской прочности бумаги оказывают существенное влияние силы
связи между волокнами, имеющие также значение и для созда-
ния прочной кромки бумаги, тогда как сопротивление бумаги
раздиранию лишь в минимальной степени зависит от сил связи
между волокнами.
На показатель сопротивления бумаги раздиранию оказывЗ'
ют влияние условия сушки бумаги. Этот показатель возрастает
в условиях сушки, не ограничивающей усадку бумажного
лотна. Если желательно получить бумагу с высоким сопротИВ'
328
ением раздиранию, не следует сильно натягивать сушильные
в зоне СУШКИ> соответствующей сухости бумаги в преде-
аХ 60—85%. Так как и растяжимость бумаги находится
Л прямой зависимости от степени усадки бумажного полотна,
®02КН° считать, что по показателю сопротивления бумаги раз-
диранию можно в какой-то степени судить и о растяжимости
бумаги. Поэтому некоторые авторы считают, что сопротивление
бумаги раздиранию является более важным показателем бума-
гИ1 нежели сопротивление ее надрыву. Однако вряд ли с этим
можно согласиться, так как в некоторых случаях важна именно
прочность ненадрезанной кромки листа.
Так как усадка бумажного полотна на его кромках больше,
Чем в середине, то и сопротивление раздиранию, а также растя-
жимость бумаги у краев бумажного полотна обычно выше.
Сопротивление раздиранию обычно будет больше у той бума-
ги, которая изготовлена из относительно более длинных воло-
кон. Если бумага изготовляется из смеси волокон различной
длины, то ее сопротивление раздиранию можно повысить, уве-
личивая длину добавляемых волокон. Однако, как отмечает
Л. Стокман, волокна сульфитной целлюлозы слабее волокон
сульфатной и большей частью они не выдергиваются целиком,
а разрываются. Поэтому длина волокон этой целлюлозы не
оказывает заметного влияния на сопротивление раздиранию из-
готовляемой бумаги.
Бумага из неразмолотых тряпичных волокон, или, вернее,
из волокон тряпичной полумассы, обнаруживает относительно
высокий показатель сопротивления раздиранию. Массный раз-
мол тряпичных волокон, неизбежно сопутствуемый укорочением
волокон, способствует в ходе процесса интенсивному снижению
сопротивления раздиранию. Из тряпичных видов бумаги высо-
кое сопротивление раздиранию обнаруживает бумага из льня-
ных волокон. Использование для изготовления бумаги волокон
ношеного хлопчатобумажного тряпья, а также линта приводит
к получению бумаги с низким сопротивлением раздиранию. Тем
не менее волокна даже из совершенно изношенного хлопчатобу-
мажного тряпья позволяют получить бумагу с более высоким
сопротивлением раздиранию, чем у бумаги из волокон облаго-
роженной целлюлозы.
Бумага, изготовленная из целлюлозы осенней древесины,
Ри всех прочих равных условиях обнаруживает большее со-
ставление раздиранию, чем бумага, изготовленная из целлю-
Озы весенней древесины. X. В. Гиртц и Т. Хелле объясняют
тем, что волокна осенней древесины имеют более толстые
-Ики и оказывают большее сопротивление при испытании
г^аги на раздирание.
Hafj СОкие показатели сопротивлений надрыву и раздиранию
цЗГ(^Юда1°тся у различных видов длинноволокнистой бумаги,
Ня Товляемой сухим способом, при котором применяют волок-
онной от 2,5 до 45 мм.
Все факторы, способствующие росту пухлости бумаги (уве.
личение толщины используемых волокон, применение минераль-
ного наполнителя в композиции бумаги и пр.), увеличивают со-
противление раздиранию с одновременным уменьшением сопро-
тивления бумаги разрыву. Увеличение же плотности бумаги
в результате фибриллирования при размоле используемых воло-
кон способствует уменьшению сопротивления раздиранию и ро-
сту сопротивления бумаги разрыву. Такой же результат дости-
гается при введении в композицию бумаги крахмала или
других гидрофильных добавок, снижающих пористость бумаги
и усиливающих межволоконные связи, а также при уплотнении
бумаги в суперкаландре. Наши наблюдения показали, что вве-
дение в бумагу карбамидоформальдегидной смолы также сни-
жает ее сопротивление раздиранию, хотя сопротивление ее раз-
рыву при этом повышается.
По мере размола бумажной массы показатель разрывной
длины изготовляемой бумаги растет, а показатель сопротивле-
ния раздиранию, как правило, после небольшого начального
подъема непрерывно снижается1. Это дало основание некоторым
авторам считать, что в определенном интервале степени помола
бумажной массы и при правильном ведении процесса размола
произведение из показателей разрывной длины и сопротивле-
ния раздиранию является величиной постоянной. Таким обра-
зом, по мнению этих авторов, величина указанного произведе-
ния дает возможность судить о качестве бумажной массы.
Уменьшение этой величины свидетельствует о перемоле массы
и чрезмерной рубке волокон. А. Вннчакевич, ссылаясь на на-
блюдения Фанселова, указывает, что произведение величин раз-
рывной длины и сопротивления раздиранию более или менее
стабильно в пределах степени помола от 20 до 52° ШР для
большинства видов целлюлозы, за исключением массы с высо-
ким содержанием а-целлюлозы, коротковолокнистой массы, лег-
ко растворимой в щелочи, и пересушенной целлюлозы.
X. Маконнен считает, что сопротивление бумаги раздиранию
зависит от содержания в исходной целлюлозе галактана:
с увеличением его количества сопротивление раздиранию бума-
ги возрастает. Относительное же увеличение в целлюлозе глю-
команнана снижает сопротивление бумаги раздиранию.
Снижение величины относительной влажности окружающего
воздуха, а следовательно, и влажности бумаги снижает не
только растяжимость бумаги, но и сопротивление бумаги раз-
диранию. Оптимальная влажность бумаги приблизительно
20%. Использование пластификаторов бумаги (глицерина, сор-
бита и др.) приводит к повышению влажности бумаги и к росту
ее показателя сопротивления раздиранию.
1 Если для изготовления бумаги используется целлюлоза, которая ранее
не высушивалась, то в процессе ее размола обычно не наблюдается началь-
ный период подъема сопротивления раздиранию и этот показатель выраба-
тываемой бумаги по мере размола целлюлозы непрерывно снижается.
По данным Л. Нордмана, сопротивление бумаги раздира-
ло увеличивается с повышением относительной влажности
зздуха в пределах 25—85%. При относительной влажности
—рздуха 85% этот показатель на 40—60% выше, чем при отно-
сительной влажности 65%. Введение некоторых добавок в бу-
мажную массу (например, манногалактана) либо повышает
сопротивления разрыву и продавливанию изготовляемой бума-
ги, либо при сохранении неизменными указанных показателей
механической прочности позволяет снизить степень помола
массы. Во втором случае средняя длина волокон в бумаге ока-
зывается большей, что способствует повышению показателя
сопротивления раздиранию. Таким образом, некоторыми добав-
ками в поток бумажной массы можно повысить показатель со-
противления раздиранию за счет использования для изготовле-
ния бумаги более длинноволокнистой массы с несколько мень-
шей степенью помола.
I При добавке веществ, придающих бумаге повышенную жест-
кость из-за приобретаемой при этом волокнами хрупкости, сни-
жается показатель сопротивления бумаги раздиранию, хотя
одновременно могут увеличиваться сопротивления бумаги раз-
рыву и продавливанию. •
I Тщательно вытесняя воду из бумаги спиртом и бензином,
можно повысить сопротивление ее раздиранию, которое дости-
гает максимума в этом случае при степени помола используе-
мых растительных волокон до 50° ШР. Сопротивления бумаги
раздиранию и надрыву увеличиваются с увеличением ее массы
1 м2. Сопротивление раздиранию в машинном направлении
обычно меньше, чем в поперечном. Испытанием на раздирание
бумаги, состоящей из нескольких слоев, учитывается сопротив-
ление, оказываемое раздиранию одновременно всеми слоями
бумаги. Бумага с микрокрепированной поверхностью имеет
повышенные показатели растяжимости и сопротивления разди-
ранию при несколько пониженном сопротивлении разрыву.
Физический смысл явлений, происходящих при раздирании
бумаги, в книге Д. Кейси объяснен согласно теории ван ден
Аккера следующим образом. Работа, совершаемая при разди-
рании бумаги, складывается из работы, затрачиваемой на вытя-
гивание волокон, и работы, затрачиваемой на их разрезание.
При испытании бумаги из неразмолотых волокон сопротивле-
ние раздиранию в основном обусловлено работой по преодоле-
нию трения между волокнами при вытягивании их из бумаги.
Практически никакого разрыва (разрезания) волокон не про-
исходит, и так как общая площадь контакта между волокнами
Невелика, то сопротивления трению и раздиранию незначитель-
Ны. После небольшого размола связь между волокнами увели-
чивается и сопротивление раздиранию становится больше из-
39 увеличения трения при вытягивании волокон из бумаги. Это,
&Дйако, не всегда обнаруживается у предварительно высушен-
°и целлюлозы. При высокой степени помола волокна уже не
скользят легко друг по другу и, следовательно, увеличивается
число волокон, разрывающихся при растяжении. Энергия,
трачиваемая на разрезание волокон, как считает ван денАккср
значительно меньше, чем расходуемая на их вытягивание
листа. Поэтому сопротивление листа раздиранию уменьшается
так как сила раздирания при этом концентрируется
небольшой площади.
Это объяснение требует уточнения, так как в зависимости
от степени разработки волокон или введения в бумажную мас-
су различных добавок возможны разные соотношения между
межволоконными силами связи и сопротивлением самих водо.
кон разрыву.
Действительно, как было показано С. Н. Ивановым
и И. Г. Лещенко, существует оптимальное значение величины
сил связи между волокнами, которое обеспечивает максималь-
ное сопротивление раздиранию. Это значение при длинново-
локнистой хвойной целлюлозе составляет всего лишь
490—588 кПа, т. е. в 3—4 раза оно меньше максимально
достижимого в результате соответствующего размола волокон.
Если силы связи меньше этой величины, то волокна оказыва-
ются слабо закрепленными в толще листа и при испытании бу-
маги на сопротивление раздиранию относительно легко
вытаскиваются, не разрываясь. Значительное же превышение
указанной величины при уплотнении бумаги ведет к тому, что
большее количество волокон в зоне разрушения бумаги рвется,
а меньшее вытаскивается с разрывом связей. При уплотнении
бумажного полотна уменьшается площадь, на которой дейст-
вует усилие раздирания и вместе с этим уменьшается величина
сопротивления раздиранию. Разрыхление же структуры бумаги
(уменьшение плотности) уменьшает силы связи между волок-
нами и, если при этом их величина окажется не ниже опти-
мальной, -одновременно с увеличением зоны разрыва увеличи-
вается и сопротивление раздиранию.
Сопротивление раздиранию отливок бумаги из древесной
массы меньше, чем из сульфитной целлюлозы. Однако, как
показали наблюдения С. Р. Парсонса, добавка древесной массы
к размолотой сульфитной целлюлозе способствовала некоторо-
му повышению сопротивления раздиранию, по-видимому, за
счет повышения пористости бумаги. Этого не наблюдалось при
использовании в бумаге неразмолотой сульфитной целлюлозы,
имеющей относительно большую среднюю длину волокон и по-
этому повышенное сопротивление раздиранию, которое снижа-
лось от добавки в композицию древесной массы.
При использовании высушенной целлюлозы хвойных пороД
древесины максимальное сопротивление бумаги раздиранию
обычно достигается при помоле целлюлозы в пределах от 18 Д°
25° ШР (см. рис. 6). Для коротких же волокон лиственной ие-п'
люлозы максимальное сопротивление раздиранию соответствуй
более высокой степени помола (до 50 и даже 60°ШР). Таки5’
бразом, сопротивление бумаги раздиранию в первую очередь
'зависит от структуры бумажного полотна (масса 1 м2, плот-
ность, ориентация волокон), а также от длины и прочности
волокон, из которых изготовлена бумага. Величина межволо-
конных сил связи в данном случае имеет второстепенное зна-
чение: для получения максимального сопротивления раздира-
нию се оптимальное значение находится в пределах сравнитель-
но небольших значений, которые необходимо увеличивать при
наличии относительно коротких волокон (например, волокон
лиственной целлюлозы).
При введении в композицию бумаги лиственной целлюлозы
в качестве добавки к хвойной наблюдается снижение показате-
ля сопротивления раздиранию, однако в меньшей степени, чем
это можно было бы ожидать, из-за снижения при этом средней
длины волокон. Это объясняется действующими в противопо-
ложных направлениях факторами: уменьшение средней длины
волокон при введении в композицию бумаги лиственной целлю-
лозы ведет к снижению сопротивления раздиранию, а обычно
наблюдаемое при этом некоторое повышение пухлости бумаги
благоприятствует повышению сопротивления раздиранию. При
небольшом количестве лиственной целлюлозы в композиции
бумаги ее сопротивление раздиранию снижается незначитель-
но, но по мере повышения содержания лиственной целлюлозы
показатель сопротивления бумаги раздиранию все заметнее
снижается.
4.2.8. Сопротивление истиранию
Для некоторых видов бумаги и картона показатель сопро-
тивления поверхности этих материалов истиранию служит од-
ним из основных критериев, определяющих потребительские
свойства материала. Это относится к чертежно-рисовальным
видам бумаги, основе абразивной бумаги, стелечному картону
и к другим видам бумажной продукции.
Чертежно-рисовальные виды бумаги и некоторые разновид-
ности картографической бумаги, обладающие достаточно высо-
ким сопротивлением истиранию, допускают без излишнего по-
вреждения поверхности возможность удаления написанного,
нарисованного или напечатанного путем подчистки резинкой,
лезвием бритвы или ножа. Одновременно подобная бумага с хо-
рошей поверхностной прочностью на истирание должна сохра-
нять удовлетворительный внешний вид после повторного нане-
сения текста или рисунка на стертом месте.
Известны различные приборы для количественной оценки
сопротивления бумаги истиранию. В большинстве случаев все
ни основаны на принципе истирания абразивным материалом
Ли резинкой в заданных условиях поверхности образца бума-
и определении количества истертого материала путем
Вешивания образца до и после его опытного истирания. Чем
меньше количество истертого материала, тем большее сопро.
тивление истиранию обнаруживает исследуемая бумага или
картон.
Опытным путем были установлены условия проведения ис-
пытаний, обеспечивающие хорошую воспроизводимость резуль-
татов определений сопротивления бумаги истиранию. Оказа-
лось, что чертежная бумага машинного изготовления обнару.
живает большее сопротивление истиранию в машинном направ-
лении, чем в поперечном. Из разновидностей чертежной бумаги,
выпускаемых в Советском Союзе, наибольЩее сопротивление
истиранию обнаруживает чертежная бумага марки Б ручного
черпания.
Исследованием факторов, оказывающих влияние на сопро-
тивление бумаги истиранию, занималась 3. М. Боброва под ру.
ководством автора. Ссылаясь на данные из немецкого источни-
ка, она пишет, что наибольшим сопротивлением истиранию об-
ладает бумага из соломенной целлюлозы, а наименьшим — бу-
мага из сульфитной буковой целлюлозы. Сопротивления исти-
ранию бумаги из хвойных сульфитной и сульфатной видов
целлюлозы занимают промежуточное место и при всех прочих
равных условиях примерно одинаковы.
Экспериментальные данные 3. М. Бобровой свидетельствуют
о том, что сопротивление поверхности бумаги истиранию воз-
растает с увеличением степени помола исходных волокон. Это
связано с имеющим место уплотнением образцов и повышением
сил связи между волокнами, непрерывно растущих в резуль-
тате размола.
Как и следовало ожидать, плотность отливок, их разрыв-
ная длина и сопротивление продавливанию при этом повыша-
ются, а воздухопроницаемость бумаги и средневзвешенная дли-
на волокон уменьшаются. При степени помола массы примерно
80° ШР отмечено небольшое снижение сопротивления продав-
ливанию и разрывной длины бумаги вследствие значительного
укорочения волокон.
Наиболее высокое сопротивление истиранию обнаружила
хлопковая бумага, наименьшее — бумага из осиновой сульфат-
ной целлюлозы, а бумага из беленой сульфитной целлюлозы
занимает промежуточное место.
Сопротивление бумаги истиранию можно повысить путем
введения в бумажную массу некоторых добавок, например
крахмала и его модификаций, NaKMIJ, синтетических смол,
и особенно меламиноформальдегидной смолы. Весьма эффеК'
тивно поверхностное покрытие бумаги с использованием ука'
занных веществ, а также раствора желатина.
Опыты 3. М. Бобровой показали, что с увеличением давле'
ния мокрого прессования увеличивается плотность бумаг1’
и одновременно ее сопротивление истиранию. С повышение*’
температуры сушки сопротивление бумаги истиранию снижает
ся (табл. 29). Это может быть связано с разрыхлением стрУк'
334
Еуры бумаги выделяющимися парами воды, о чем свидетельст-
вует рост воздухопроницаемости бумаги при повышении темпе-
ратуры ее сушки.
29. Влияние температуры сушки бумаги на ее сопротивление
истиранию и воздухопроницаемость
Темпера- тура суш- ки, ь Истираемость, мг/12 см3 Воздухопрони- цаемость, мл Темпера- тура суш- ки, °C Истираемость, мг/12 см3 Воздухопрони- цаемость, мл
20 314 29 120 382 46
80 358 33 140 485 58
100 364 41
При увеличении относительной влажности окружающего
воздуха сопротивление поверхности истиранию снижается, что,
по-видимому, связано с уменьшением величины межволоконных
сил связи и некоторым разрыхлением структуры листа вслед-
ствие набухания и деформации волокон.
Попытка установления зависимости сопротивления образцов
бумаги истиранию от ее структурных свойств и свойств исход-
ной бумажной массы путем составления соответствующих урав-
нений регрессии и вычисления коэффициентов парной корреляции
показала, что истираемость бумаги находится в тесной корре-
ляционной связи с водоудерживающей способностью исходной
волокнистой массы (коэффициенты корреляции для двух серий
опытов —0,89; —0,9), с воздухопроницаемостью бумаги (коэф-
фициенты корреляции 0,84; 0,8) и с межволоконными силами
связи (коэффициенты корреляции —0,79; —0,87).
Прочность волокон на разрыв не оказывает заметного влия-
ния на сопротивление бумаги истиранию. Вместе с тем повы-
шение степени гидратации массы при размоле, уплотнение
структуры листа, характеризуемое понижением значения пока-
зателя его воздухопроницаемости, а также увеличение сил свя-
зи между волокнами способствуют повышению сопротивления
бумаги истиранию.
Бумаге с весьма низким сопротивлением истиранию сопут-
ствуют дефекты, именуемые пылимостью и выщипыванием
Участков поверхностного слоя.
4.2.9. Влагопрочность
Бдагопрочность, или прочность бумаги, находящейся во
д а>Кн°м состоянии, является важным свойством не только спе-
цоальных видов бумаги, которые при их потребительском ис-
дЛьзовании или переработке подвергаются увлажнению и не
л>кны при этом рваться. Известная прочность во влажном
состоянии должна быть у любого вида бумаги, и особенно
у бумаги, изготовляемой на быстроходных бумагоделательных
машинах.
Больше всего обрывов бумажного полотна в процессе его
изготовления на бумагоделательной машине наблюдается при
переходе бумаги с сетки на первое прессовое сукно. В этом ме-
сте еще не уплотненное и сильно увлажненное бумажное полот-
но является наименее прочным и, не поддерживаемое сеткой
или сукном, слабо сопротивляется действию натяжения, что
и служит причиной обрывов. Это в основном относится К обыч-
но вырабатываемой на быстроходных бумагоделательных маши-
нах газетной бумаге, не отличающейся высокими показателями
механической прочности и растяжимости из-за большого содер-
жания в композиции волокон древесной массы. Во влажном
состоянии полотно газетной бумаги еще более ослабляется, так
как вода уменьшает силы трения между волокнами древесной
массы.
Прочность газетной бумаги во влажном состоянии возра-
стает при увеличении содержания целлюлозы в ее композиции.
Так, по экспериментальным данным Дж. Мак Келлама, с уве-
личением содержания целлюлозы в композиции газетной бума-
ги от 9,1 до 23,1% прочность этой бумаги при содержании в ней
20% сухого вещества (начальная влагопрочность)1 возрастает
на 18%. Антонсен на основании своих опытов, проведенных при
25% содержания сухого вещества, пришел к выводу, что добав-
ка 10% целлюлозы к древесной массе повышает начальную
влагопрочность бумажного полотна на 25%- Он же указывает,
что повышение сухости полотна из древесной массы на 5%
в пределах 20—30% приводит к увеличению начальной влаге-
прочности полотна на 20%, а повышение степени помола дре-
весной массы на 10° ШР увеличивает начальную прочность по-
лотна во влажном состоянии на 20%• Из того же источника
известно, что при искусственном введении в композицию дре-
весной массы длинноволокнистой фракции этой массы и про-
ведении опытов при постоянной сухости полотна не достигается
повышения его влагопрочности, как это имеет место при добав-
ке волокон целлюлозы. Однако при такой добавке длинново-
локнистой фракции древесная масса становится более садкой,
а полотно менее влажным, и именно это способствует некото-
рому возрастанию начальной прочности полотна во влажном
состоянии.
Возрастание скорости бумагоделательной машины вызывает
необходимость увеличивать содержание целлюлозы в компози-
ции газетной бумаги. При этом введение целлюлозы в компо-
зицию газетной бумаги в большей степени сказывается на уве'
1 Терминами начальная или естественная влагопрочность бумаги обычН
отличают ее влагопрочность от влагопрочности, достигаемой искусственный
путем при введении синтетических смол или других веществ.
Кцчении ее начальной влагопрочности, чем прочности на раз-
Кыв в сухом состоянии. Вообще сопротивление газетной бумаги
разрыву (ее разрывная длина) является для этого вида бумаги
второстепенным показателем, который за рубежом в ряде слу-
чаев не нормируется. Кроме возрастания начальной влагопроч-
рости, введение целлюлозы в композицию газетной бумаги по-
вышает растяжимость и сопротивление надрыву бумаги.
Одновременно повышаются сопротивления бумаги излому
L продавливанию. Многочисленные данные свидетельствуют
о том, что целлюлоза, предварительно не высушенная, в боль-
шей степени обеспечивает повышение начальной влагопрочно-
сти газетной бумаги, чем привозная, предварительно высушен-
ная целлюлоза. Особенно заметно возрастание начальной вла-
гопрочности газетной бумаги, в композицию которой введена
полубеленая сульфатная целлюлоза.
Д. Кейси, ссылаясь на В. Брехта, указывает, что смесь
длинных и коротких волокон в композиции бумаги обеспечива-
ет получение более высоких показателей влагопрочности в пре-
делах прессовой части бумагоделательной машины, чем только
наличие одних'длинных или одних коротких волокон. Присутст-
вие в композиции бумаги значительного количества волокон
лиственной целлюлозы заметно уменьшает показатели началь-
ной влагопрочности.
Чем выше сухость бумажного полотна после гауч-вала, тем
плотнее волокна прилегают друг к другу. При этом увеличива-
ются силы их взаимного сцепления, а следовательно, возрастает
влагопрочность бумажного полотна. Как показал А. Роберт-
сон, повышение сухости бумажного полотна его прессованием •
во влажном состоянии заметно повышает влагопрочность
бумаги.
Во избежание обрывов бумажного полотна между сеткой
и сукном первого пресса на бумагоделательных машинах, рабо-
тающих со скоростью свыше 450—500 м/мин, устанавливают
пересасывающее устройство. Эти же устройства успешно при-
меняют и на бумагоделательных машинах, вырабатывающих
тончайшие виды бумаги, так как влажное и к тому же тонкое
полотно бумаги может легко оборваться даже при невысокой
скорости работы бумагоделательной машины.
Относительная сухость бумажного полотна после гауч-вала
составляет около 20% и поэтому начальную (исходную) влаго-
йрочность волокнистых материалов обычно тоже определяют
ври их сухости в 20%. Проведенные в Финляндии опыты с ис-
Вользованием небеленой сульфитной целлюлозы, полученной
Вутем варки на кальциевом основании, показали, что в преде-
Лах выхода целлюлозы 48—61% наблюдается рост влагопроч-
Вости по мере снижения показателей жесткости и выхода цел-
ЛЙЛОЗЫ.
бумаги судят по степени сохранения ею во
первоначальной своей прочности, т. е. той
О влагопрочности
важном состоянии
прочности, которую она имела до увлажнения, находясь в воз-
душно-сухом состоянии. Таким образом, мерой влагопрочностц
обычно считают выраженное в процентах отношение разрывно-
го груза влажной бумаги к разрывному грузу той же бумаги,
находящейся в воздушно-сухом состоянии. Иногда отношение
разрывных грузов заменяют отношением соответствующих со-
противлений продавливанию.
Однако в практических условиях часто важнее о влаго.проч-
ности судить не по относительному снижению показателей ме-
ханической прочности бумаги после увлажнения, а по абсолют-
ной величине этих показателей влажной бумаги.
Влагопрочность принято определять увлажнением бумаги
путем полного погружения в воду комнатной температуры на
срок не менее 2 ч для неклееной бумаги и 24 ч для клееной до
полного ее насыщения водой. Затем бумагу вынимают из ван-
ны, слегка обезвоживают с поверхности фильтровальной бума-
гой и сырые образцы подвергают испытаниям на прочность при
разрыве и сопротивление продавливанию. Таким образом испы-
тывают и сухие образцы той же бумаги, предварительно
в течение суток акклиматизированные в нормальных условиях
температуры и влажности окружающего воздуха. По получен-
ным данным подсчитывают влагопрочность бумаги.
Влагопрочность бумаги типа фильтровальной лабораторной
практически равна нулю, так как при определении разрывного
груза этой бумаги, находящейся во влажном состоянии, она не
выдерживает натяжения в разрывной машине и легко распол-
зается. Влагопрочность большинства обычных видов бумаги
находится в пределах от 3 до 10% и редко достигает 14%. Ис-
кусственными методами при выработке специальных видов
бумаги и картона можно добиться получения влагопрочности,
доходящей до 60%.
Проклейка бумаги канифольным клеем придает ей лишь
временную влагопрочность. После того как бумага полностью
промокнет и вода проникнет через все преграды, которые со-
здали частицы канифольного клея, такая бумага по своей вла-
гопрочности не будет отличаться от неклееной.
Бумага с минеральным наполнителем в композиции обычно
менее влагопрочна по сравнению с бумагой, в которой мине-
ральный наполнитель отсутствует. Наполнитель, как уже ука-
зывалось, обычно увеличивает пористость бумаги, а следова-
тельно, облегчает воде проникновение во все пространства меж-
ду волокнами, вследствие чего влагопрочность бумаги уменьша-
ется.
Начальная влагопрочность в значительной степени зависит
от вида, длины и гибкости волокон, из которых состоит бумага,
а также от содержания в ней мелкой фракции.
Прочность обычной бумаги во влажном состоянии относи-
тельно невелика, если сухость бумаги не превышает 35—40 % •
Дальнейшее повышение сухости бумаги приводит к существеН-
;му возрастанию ее механической прочности по показателю
противления разрыву.
Влагопрочность бумаги зависит от природы той жидкости,
«ля которой определяется прочность бумаги во влажном со-
сТоянии. Полярные жидкости, например вода, способствуют
ддбуханию. В органических жидкостях целлюлоза слабо набу-
хает. Степень набухания зависит от полярности и молекулярной
уассы этих жидкостей. Чем ниже молекулярная масса и выше
полярность жидкости, тем больше набухание и меньше влаго-
прочность намокшей бумаги. Г. Броугтон и Р. Ванг отмечают,
что чем выше диэлектрическая постоянная жидкости, в кото-
рую погружена бумага, тем ниже прочность этой бумаги во
влажном состоянии.
Область возможного применения различных
видов бумаги и картона, которым искусственно придано свой-
ство влагопрочности, весьма обширна. Так, влагопрочные виды
бумаги и картона используются в тех случаях, когда на них
могут воздействовать атмосферные осадки, влага от завертыва-
емых в бумажную упаковку влажных продуктов, удаляемая
обтиранием влага или влага, в среде которой бумага (или кар-
тон) применяется или подвергается обработке.
Указанное относится к картографической бумаге, предназначенной для
печати морских или полевых карт, мешочной и кулечной видам бумаги, пред-
назначенным соответственно для мешков и кульков иод влажные продукты,
некоторым видам оберточной бумаги (для [упаковки мяса, рыбы и т. п.),
к основе для искусственной кожи, бумаге для полотенец, салфеток, скатер-
тей, пеленок, бинтов, к афишной бумаге, обтирочной бумаге, используемой
в гаромышленности, а также для обтирания ветровых стекол, к фотоподлож-
ке, бумаге для моющихся обоев, денежной бумаге, к некоторым видам де-
коративной и этикеточной бумаги, различным видам пропиточной бумаги,
различным видам фильтровальной бумаги и картона, к прокладочному кар-
тону, прядильной бумаге, картону для различных ящиков и контейнеров,
перевозимых на открытых автомашинах .или платформах, а также предна-
значенных для перевозки влажных или гигроскопических продуктов. В пе-
риод последней мировой войны на вла1гопрочной бумаге печатались листов-
ки, которые сбрасывались в море, и волны морского прибоя в целости
приносили их на побережье. В настоящее время известно применение влаго-
Орочной бумаги для изготовления дешевых купальцых костюмов, зонтов
и шляп.
В .пористую влагопрочную бумагу, напоминающую по внешнему виду
Шелковку, упаковывают небольшое количество чая. К пакетику прикреплена
витка, с помощью которой его погружают в кипяток. Пористость такой упа-
ковки не мешает чаю настаиваться, причем размеры пор бумаги таковы, что
Т^РДЫе элементы чая из пакетика в кипяток не попадают. Влагопрочность
сУмаги
предотвращает опасность разрыва ее в кипятке. Такие бумажные
Иветики в основном предназначены для туристов.
Б. Стенберг указывает на целесообразность использования
Влагопрочного пергамина для изготовления чертежной кальки,
рк как подобный пергамин со значительно меньшим количест-
°м обрывов проходит через суперкаландр.
Приведенный далеко не полный перечень возможного ис-
°Льзования влагопрочных видов бумаги и картона свидетель-
ствует о широких перспективах дальнейшего применения вла.
гопрочной бумажной продукции.
Для придания бумажной продукции влагопрочности приме,
няются различные средства. Уже давно известно, что растц.
тельный пергамент, полученный обработкой бумаги-основы
серной кислотой, представляет собой бумагу прочную во вла^.
ном состоянии. Объясняется это тем, что благодаря пергамен,
тации бумага становится непроницаемой для воды, которая не
может разрушить связи, образовавшиеся между волокнами
в результате их обработки серной кислотой.
Известны и другие методы одновременного придания бума-
ге влагопрочности и водонепроницаемости за счет покрытия
поверхности бумаги влагостойким лаком, плен-
ками пластических масс или металлической
фольгой. Все эти методы оказались, однако, относительно
дорогими и малопроизводительными, к тому же одновременно
с приданием бумаге влагопрочности они не всегда в желатель-
ном направлении изменяют основные свойства исходной бума-
ги: ее впитывающую способность, мягкость, гибкость и пр.
Поэтому эти методы имеют ограниченную область применения.
Например, растительный пергамент в основном используется
как жиронепроницаемый материал (для упаковки масла и дру-
гих подобных продуктов). При стерилизации паром ваты или
марлевых бинтов, завернутых в пакеты из пергамента, свойст-
во влагопрочности обеспечивается его высокой паро- и водоне-
проницаемостью, благодаря чему надежно сохраняется целост-
ность пакетов и стерильность их содержимого.
Двухстороннее лакирование бумаги производят не только
в полиграфии для придания бумаге повышенного блеска, но
и при изготовлении фотокальки. Эта операция, осуществляемая
нитролаком на высокопрозрачной бумаге, предотвращает де-
формацию и ослабление бумаги при ее обработке и фотораст-
ворах.
Покрытие бумаги пленками пластической массы или скреп-
ление ее с металлической фольгой используется для придания
бумаге непроницаемости к воде и другим жидкостям, в ряде
случаев для придания паро- и газонепроницаемости, а также
для сохранения запаха продукта, упаковываемого в бумажную
тару с указанными покрытиями. Эти методы применяются
в основном при изготовлении некоторых видов бумажной тары
(мешков, коробок, пакетов под молоко, упаковки светочувстви-
тельных фотографических материалов, а также упаковки ДДЯ
кофе, чая и других продуктов). Применяется этот метод и пр11
реставрации ветхих документов, скрепляемых двухсторонним
покрытием пленками пластических масс (полиэтилена, ацетиД'
целлюлозы и др.). Достигаемый в указанных случаях эффект
влагопрочности связан с приданием бумаге стойкого свойства
непроницаемости для воды.
Метод придания бумажной продукции влагопрочности 3&
• чет сообщения ей водонепроницаемости был удачно осущест-
влен при изготовлении бумажной тары из гофрированного кар-
тона [133]. Для изготовления такого влагопрочного картона
был использован состав, содержащий 70% парафина, 20% сопо-
димера этилена с винилацетатом и 10% эфира канифоли. Этот
состав выполняет одновременно роль гидрофобизатора и клея-
щего средства для образования термосклеивания влагопрочного
соединения слоев гофрированного картона. При этом обеспечи-
вается высокая жесткость картона, сохраняемая в условиях
повышенной влажности окружающей среды. Тара из подобного
гидрофобного и влагопрочного картона оказалась вполне при-
годной для упаковки, хранения и транспортирования продукции
во влажных климатических условиях.
Для придания бумаге влагопрочности наибольшее распро-
странение в мировой практике получили методы с использова-
нием в композиции бумаги карбамид о- или мелам и н о -
формальдегидной смолы. Исходными продуктами для
их получения являются соответственно карбамид — CO(NH2)2
и меламин—(CNNH2)3. Последний представляет собой амид
циануровой кислоты. Реакции взаимодействия этих веществ
с формальдегидом идут по следующим схемам:
NH2
О=С<^ +2НСНО
NH2
nh2
сч
N
|| | +ЗНСНО
H2N-C4 z£-NH2 H
N
NHCH2OH
O = C<^
NHCH2OH
диметилолмочевина
NHCH2OH
/4
N N
‘ II I
2chnc jcnhch2oh
триметилол мел амин
Продукты, полученные в результате взаимодействия моче-
вины или меламина с формальдегидом, поступают на бумаж-
ную фабрику для использования в производстве влагопрочных
видов бумаги.
КарбамиДоформальдегидная смола легко растворима в воде
И поэтому ее применение проще, чем меламиноформальдегид-
ной смолы, которую растворяют в слабом (1,5%-ном) растворе
соляной кислоты при температуре около 30° С.
Исследованием свойств карбамиде- и меламиноформальде-
ГиДных смол занимались под руководством автора Е. П. Елки-
На> Е. А. Смирнова и П. Г. Секачёв. Было установлено, что
Неионные карбамидоформальдегидные смолы при введении их
бумажную массу не обеспечивают эффективное придание вла-
гопрочности изготовляемой бумаге. Путем введения в процессе
синтеза смолы соответствующих модификаторов карбамидофор.
мальдегидной смоле могут быть приданы катионные или аниоц.
ные свойства. Хорошие результаты были получены для изготов.
ления катионной карбамидоформальдегидной смолы при ис-
пользовании в качестве модификатора этилендиамина и солц
этилендиамина, а при изготовлении анионной карбамидофор.
мальдегидной смолы — бисульфита натрия. При этом катион-
ная смола обеспечивала высокие показатели влагопрочности
изготовляемой бумаги в условиях использования различных
волокнистых материалов. Анионная же смола, требующая при-
менения сернокислого алюминия для своего осаждения на во-
локнах, обеспечивала лучшие результаты при использовании
для изготовления бумаги волокон небеленой целлюлозы, осо-
бенно сульфатной. Было показано, что вводимые при синтезе
смолы модификаторы вступают в химическую связь со смолой
по ее метилольным группам. Вопросы регулирования свойств
модифицированных карбамидоформальдегидных смол рассмот-
рены в работе [63].
Все три вида синтетических смол (меламиновая, анионная
и катионная карбамидоформальдегидные) способствуют неко-
торому увеличению жесткости бумаги. В большей степени это-
му способствует меламиноформальдегидная смола. Введение
этой смолы снижает также в большей степени впитывающую
способность бумаги.
Указанные три вида смол способствуют проклейке бумаги
канифольным клеем, увеличению сопротивлений разрыву, про-
давливанию и удлинению до разрыва во влажном состоянии
бумаги. При малой дозировке смолы увеличивается и сопро-
тивление бумаги излому. Однако с увеличением содержания
смолы в бумажной массе возрастает жесткость бумаги, что
приводит к снижению ее сопротивления излому.
Сопротивление бумаги раздиранию с увеличением расхода
смол непрерывно уменьшается, причем большее влияние на этот
показатель оказывает меламиноформальдегидная смола. Сни-
жение величины сопротивления бумаги раздиранию связано
с одновременным ростом межволоконных сил связи и жестко-
сти бумаги при изгибе.
Степень удержания смолы на волокнах определяется как
видом использованной синтетической смолы, так и видом волок-
нистого материала (табл. 30).
Установлено, что с увеличением расхода карбамидофор-
мальдегидных смол до 5—6% удержание их в бумаге уменьша-
ется. Дальнейшее увеличение расхода смол практически не
сказывается на показателе их удержания. Абсолютное же коли-
чество смолы в бумаге непрерывно растет с увеличением добав-
ляемого в массу ее количества.
Независимо от вида синтетической смолы и вида используе-
мого волокнистого полуфабриката, наибольшему удержанию
342
30. Влияние вида используемого волокнистого материала
на удержание синтетических смол, введенных
в количестве 5% от массы абс. сухих волокон (Е. А. Смирнова)
Целлюлоза Удержание смолы, %
катионной карбамидофор- мальдегидной анионной кар- бамидофор- мальдегидной \ еламинофор- мальдегидной
Сульфитная беленая 53,4 19,4 66,4
Сульфатная небеленая 66,6 57,2 73,5
смолы в бумаге соответствует, как показали наблюдения
Е. А. Смирновой, наибольшее снижение отрицательной величи-
ны электрокинетического потенциала целлюлозных волокон.
При поверхностной обработке бумаги в клеильном прессе
карбамидоформальдегидной смолой не существенно, является
ли она анионной (например, марки «Уформит-467»), катионной
или неионной (например, марки «Уформит-414»). Бумага долж-
на поглотить около 50% раствора по отношению к массе ее
в сухом состоянии. Если в бумагу пропиткой вводится 5%
и более смолы к массе волокон, то повышается жесткость бу-
маги на ощупь. Этот дефект можно устранить за счет некото-
рого снижения влагопрочности бумаги путем введения пласти-
фикаторов. Повышение показателя влагопрочности бумаги
может быть достигнуто при покрытии ее смесью растворов
крахмала (или карбоксиметилцеллюлозы) и карбамидофор-
мальдегидной смолы.
Обычно карбамидоформальдегидные смолы, применяемые
Для поверхностной обработки, являются относительно высоко-
полимеризованными, хотя и водорастворимыми. Поскольку
Длина молекулы смолы довольно большая, проникновение ее
в структуру бумаги затруднено и большая часть смолы остает-
ся на поверхности бумаги с образованием гладкой и твердой
пленки. При использовании смолы в сочетании с крахмалом
она применяется в количестве 10—20% к массе твердых ве-
ществ крахмала. Кроме введения в бумажную массу для
Поверхностной обработки бумаги, карбамидоформальдегидные
смолы применяют также и в качестве связующего при мелова-
нии бумаги.
Хорошие результаты придания бумаге влагопрочности
и снижения ее деформации при увлажнении были получены при
Использовании отечественной карбамидоформальдегидной смо-
марки МКС-10П. Карбамидоформальдегидную смолу при-
меняют обычно при выработке влагопрочных видов бумаги
Путем введения ее в бумажную массу. При использовании кар-
*нмидоформальдегидной смолы для изготовления бумажных
Полотенец рекомендуют с целью повышения их впитывающей
способности обрабатывать уже готовую влагопрочную бумагу
растворами некоторых поверхностно-активных веществ, чТо
повышает интенсивность смачивания бумаги водой.
Солянокислый раствор меламиноформальдегидной смолы
по мере его вызревания, которое практически длится 12 ч1, ц3
молекулярного превращается в коллоидный с голубоватым опа-
лесцирующим оттенком. Вязкость раствора при этом увеличи-
вается и размер частиц достигает 10—20 нм. Такой раствор
с концентрацией смолы 10—42% уже пригоден к употребле-
нию. Он вводится в бумажную массу в зависимости от требуе-
мой степени влагопрочности бумаги в количестве от 1 до 5%
сухой смолы к массе сухих волокон. Наблюдения показали, что
наиболее целесообразно вводить раствор смолы в напорный
ящик бумагоделательной машины.
По своей природе меламиноформальдегидная смола являет-
ся катионной. Ее частицы несут на себе положительный элек-
трический заряд, что и обусловливает их адсорбцию на находя-
щихся в воде отрицательно заряженных волокнах целлюлозы.
Таким образом, вводить в бумажную массу сернокислый алю-
миний для осаждения частиц меламиновой смолы на раститель-
ные волокна не требуется.
При длительном хранении раствор меламиноформальдегид-
ной смолы густеет и его нужно использовать до того, как он
превратится в гель, непригодный для изготовления влагопроч-
ных видов бумаги. На скорость превращения коллоидного
раствора смолы в гель оказывают влияние в первую очередь
температура и концентрация раствора, а также pH среды. Геле-
образование характеризуется значительным увеличением раз-
мера частиц смолы и вязкости раствора, уменьшением стабиль-
ности раствора, потерей поверхностной активности и уменьше-
нием величины заряда частиц. Д. Кейси отмечает, что необхо-
димое разбавление водой коллоидного раствора меламинофор-
мальдегидной смолы сводит к минимуму тенденцию к гелеоб-
разованию и смоляные коллоиды сохраняются в течение ряда
лет без желатинизации и без потери своей эффективности.
Технологический процесс изготовления влагопрочных видов
бумаги на бумагоделательной машине в основном ничем не от-
личается от' соответствующего процесса изготовления обычной
бумаги, за исключением режимов сушки бумаги и переработки
сухого бумажного брака. При сушке влагопрочной бумаги под
влиянием температуры поверхности сушильных цилиндров
происходит процесс поликонденсации находящихся в бумаге ис-
кусственных смол, переходящих при этом в водонерастворимое
состояние с образованием между растительными волокнами
связей, которые вода уже не может полностью разрушить. Этим
1 Нужное время для вызревания раствора смолы зависит от вида смоли
и специфических условий ее использования. При этом происходит конден-
сация мономеров с образованием полимеров, содержащих, как свидетельст-
вует М. Энке, до 20 мономерных единиц.
' объясняется придание бумаге свойства влагопрочности. Для
гОго чтобы поликонденсация смолы возможно полнее произо-
шла во время пребывания бумаги на сушильной части бумаго-
делательной машины, необходимо поддерживать в середине
Л в конце сушильной части повышенную температуру поверх-
ности сушильных цилиндров (до 115—120°С). При этом исполь-
зование карбамидоформальдегидной смолы для завершения
процесса поликонденсации смолы требует иногда более высо-
кой температуры сушки, чем применение меламиноформальде-
гиднои смолы.
Используя для выработки влагопрочной бумаги меламино-
формальдегидную смолу, автор наблюдал некоторое повышение
влагопрочности бумаги, хранившейся в рулоне при комнатной
температуре. По-видимому, полностью не произошла поликон-
денсация смолы в течение того времени, когда бумага прохо-
дила сушильную часть бумагоделательной машины, и этот про-
цесс медленно продолжался во время хранения рулона бумаги.
Испытания периодически отбираемых проб бумаги показали, что
в течение нескольких месяцев хранения бумаги наблюдался
некоторый рост ее влагопрочности, в дальнейшем этого изме-
нения не наблюдалось.
При выработке влагопрочной бумаги должны быть обеспе-
чены хорошие условия вентиляции как в сушильной части бу-
магоделательной машины, так и над баком, в котором раство-
ряется меламиноформальдегидная смола. Этим обеспечивается
удаление свободного формальдегида, наличие которого вызы-
вает у обслуживающего персонала раздражение слизистой обо-
лочки дыхательных путей и слезоточение.
До сих пор остается не вполне ясен характер связей, обра-
зуемых при сушке между карбамидоформальдегидной (или ме-
ламиноформальдегидной) смолой и растительными волокнами.
Некоторые исследователи считают, что эти связи носят хими-
ческий характер по гидроксильным группам целлюлозных це-
пей. Указывается также, что эти смолы образуют с клетчаткой
водостойкие метиленовые мостики. Отмечается и химическая
связь смол с гемицеллюлозами, поскольку удаление гемицеллю-
лоз из волокнистого материала способствует снижению эффек-
та влагопрочности бумаги при введении в массу указанных
смол.
Работа других исследователей показала, что карбамидофор-
мальдегидная смола не может вступать в химическую связь
с Углеводной частью целлюлозы. Вместе с тем не отрицается,
То присутствие небольших количеств реакционноспособных
карбоксильных или альдегидных групп может вызвать образо-
ание случайных химических связей между смолой и волок-
нами.
также мнение, что меламиноформальдегидная
чисто физическую связь между волокнами цел-
•ЗЫ, не увеличивая при этом прочности самих волокон,
Существует
•Па образует
а лишь создавая водостойкие связи («сварку») в местах коц-
такта сопряженных поверхностей волокон, покрытых тонкой
пленкой смолы. Это мнение было основано на опытах с приме-
нением оптических методов исследований в сочетании с физико-
механическими и химическими испытаниями. В настоящее вре-
мя этот взгляд, однако,' встречает серьезные возражения
X. Швальбе сообщает, что меламиноформальдегидная смола не
образовывает сплошной пленки на волокнах, так как наблю-
дения С. Лэндеса, Линке, Дж. Диксона с сотрудниками и дру.
гих исследователей, проведенные с использованием электрон-
ного микроскопа, показали отсутствие сплошной пленки смолы
на волокнах. Во всех случаях были обнаружены лишь на по-
верхности фибрилл отдельные включения смолы размером
в 10—20 нм. Это же было подтверждено Е. П. Елкиной в рабо-
те, выполненной под руководством автора.
Судя по данным Ж. В. Свенсона, не исключена частичная
диффузия смолы в стенки волокон. Такая диффузия может
происходить в результате теплового броуновского движения
молекул адгезива в субстрат. Повышение температуры увеличи-
вает скорость диффузии, а повышение времени ее воздействия
приводит к усилению эффекта диффузии адгезива. Согласно
диффузионной теории адгезии диффузия адгезива в виде длин-
ноцепных молекул в субстрат всего, лишь на несколько десяти-
тысячных долей микрометра способствует их прочному соеди-
нению. Возможно, именно этим объясняются многие свойства
влагопрочной бумаги, содержащей в композиции меламинофор-
мальдегидную смолу (повышение прочности бумаги в сухом
состоянии, трудности переработки сухого брака и др.).
Автором книги совместно с Б. Б. Гутманом был в свое вре-
мя проведен значительный объем работ по созданию технологи-
ческого режима и освоению производства в Советском Союзе
различных видов влагопрочной бумаги с использованием для
этой цели меламиноформальдегидной смолы. Были получены
хорошие результаты при изготовлении упаковочной, картогра-
фической, бумаги для полотенец и других видов влагопрочной
бумаги. Одна из таких работ, проведенных в условиях Ленин-
градской бумажной фабрики № 2,. показала высокое качество
влагопрочной бумаги-основы для пергамента, которая совер-
шенно не обрывалась при прохождении через пергаментную
машину. Другая работа по изготовлению в промышленных Ус'
ловиях и испытанию в лабораторных и в потребительских
условиях опытных партий стелечного картона показала, что при
введении в композицию этого картона меламиноформальдегиД'
ной смолы резко увеличивается сопротивление истиранию этого
вида картона.
Б. Б. Гутман провел работу по освоению производства вл0'
гопрочной бумаги для наждачной шкурки. Эта бумага обнарУ'
жила высокие показатели влагопрочности и сопротивления
истиранию во влажном состоянии.
. работы автора этой книги показали целесообразность вве-
дения меламиноформальдегидной смолы в композиции бумаги-
основы фотоподложки для уменьшения деформации этого вида
бумаги и ликвидации опасности образования пузырей при по-
гружении бумаги в фотографические растворы.
Таким образом, проведенные работы показали, что прида-
ние бумаге влагопрочности путем введения в бумажную массу
меламиноформальдегидной смолы сопровождается не только
увеличением основных показателей механической прочности
воздушно-сухой бумаги, но и изменением некоторых других ее
свойств. При этом наблюдается уменьшение сопротивления раз-
диранию и деформации бумаги при намокании, а также повы-
шение ее поверхностной прочности, т. е. увеличение сопротив-
ления истиранию (особенно во влажном состоянии) и сниже-
ние склонности к пылению. Последнее обеспечивает улучшение
печатных свойств бумаги. В соответствующих разделах этой
книги рассмотрены некоторые из указанных выше свойств, при-
обретаемых бумагой одновременно с влагопрочностью. Предпо-
ложение автора о том, что при изготовлении многослойных
волокнистых материалов применение меламиноформальдегидной
смолы будет способствовать повышению связи между слоями,
из которых состоят бумага или картон, вследствие чего умень-
шится опасность расслаивания этих материалов, было провере-
но на кафедре целлюлозно-бумажного производства Ленинград-
ской лесотехнической академии им. С. М. Кирова аспирантом
кафедры Г. Крафтом1. Установлено, что введение в композицию
многослойного картона из беленой сульфитной целлюлозы
(33°ШР) 2% меламиноформальдегидной смолы к массе воло-
кон способствовало повышению межслоевой прочности картона
на 5% и прочности на разрыв при растяжении на 19%. При той
же дозировке смолы в композиции многослойного картона из
беленой древесной массы (73° ШР) межслоевая прочность кар-
тона повысилась на 42%, а прочность на разрыв — на 18%.
Было отмечено также благоприятное влияние наличия
в композиции бумаги меламиноформальдегидной смолы на со-
противление бумаги старению и ее биостойкость. Для поверх-
ностной обработки бумаги применяются специальные марки
метилированной меламиноформальдегидной смолы, имеющей
вид вязкого бесцветного сиропа, полностью растворимого в воде.
Для отверждения этих марок смол не требуется столь высокая
Температура, как у смол, используемых введением в бумажную
**ассу, и нё требуется столь высокая кислотность среды.
иви наносятся на поверхность бумаги вместе с обычно приме-
няемыми проклеивающими веществами (крахмал и его моди-
фикации, ИаКМЦ и др.), не ухудшая при этом реологические
Войства наносимых суспензий.
Кроме указанных формальдегидных смол для придания бу-
1 Работа выполнена под руководством проф. Г. А. Тольского.
маге влагопрочности применяют также диальдегиднога
лакто манановые смолы. Действие этих смол, повыща
ющих прочность бумаги в сухом и во влажном состояниях, Ос
новано на блокировании при этом гидроксильных групп в мо-
лекуле целлюлозы и образовании карбонильных групп. Заметно
повышается прочность бумаги в воздушно-сухом и во влажном
состояниях уже при расходе диальдегидной смолы всего лищь
1 % к массе волокон. Опыты показали, что с увеличением степе-
ни помола целлюлозы отмечался рост влагопрочности изготов-
ляемой бумаги, что связано с увеличением числа активных гид.
роксильных групп на развернутой поверхности волокон.
Оптимальное значение pH среды при использовании диаль-
дегидных смол около 4,5. В этих условиях отмечается и одно-
временное повышение удержания минеральных наполнителей.
Диальдегидная смола не вызывает изменения гидрофильных
свойств бумаги и поэтому пригодна для изготовления впитыва-
ющих влагопрочных видов бумаги.
Действие в производстве влагопрочной бумаги диальдегид-
ного крахмала, получаемого путем окисления кукурузного
крахмала иодной кислотой, основано на том же принципе, что
и действие диальдегидных смол. В зависимости от режима при-
готовления диальдегидный крахмал может быть анионным или
катионным. В первом случае при использовании диальдегидно-
го крахмала необходимо применять для его осаждения квасцы
или сернокислый алюминий. Во втором случае (гидразонкати-
онные производные диальдегидного крахмала) не требуется
каких-либо дополнительных химикатов для осаждения частиц
крахмала на волокна. Наилучшие условия pH среды при при-
менении диальдегидного крахмала около 4,5. Судя по данным
Г. Е. Хамерштранда, основными преимуществами применения
диальдегидного крахмала для придания бумаге влагопрочности
являются простота приготовления дисперсий диальдегидного
крахмала, устойчивость его растворов при хранении, легкость
повторного использования бумажного брака, а также значитель-
ное повышение показателей сопротивлений разрыву и продав-
ливанию у бумаги, находящейся в воздушно-сухом и во влаж-
ном состояниях. Максимальное повторное использование оборот-
ной воды при изготовлении бумаги благоприятствует повыше-
нию ее влагопрочности за счет лучшего удержания волокнами
диальдегидного крахмала.
В зависимости от требований, предъявляемых к бумаге, ка-
тионный .диальдегидный крахмал рекомендуется вводить в бу-
мажную массу в количестве 0,5—4% к массе волокон. Целесо-
образно также использовать этот продукт и для поверхностного
покрытия бумаги. При этом значительно повышается прочность
бумаги на разрыв и продавливание, а влагопрочность достиг2'
ет 25%.
В тех случаях, когда бумага подвергается кратковременной
действию влаги, для придания ей влагопрочности может бы1'1’
Ьрользован глиоксаль (С2Н2О2), образующий с гидроксиль-
группами целлюлозы полуацетальные связи по схеме:
«--ОН
о
к
s-—ОН
к
и
S--ОН
н н
I I
О=С-С=О
ОН-----*
со
: -«2°
ОН— а с—>
R +н,о
П • 2
Ci
ОН-----И
«-—ОН ОН— *
° V V °
и II t-
S — о-с-с-о--s
« 1 I 5
2 он он «
И--ОН ОН— И
Полуацетальные связи глиоксаля с целлюлозой быстро воз-
никают при высушивании и легко разрушаются, когда бумага
вновь делается влажной. Имеются сведения, что уже спустя
Ю с после погружения бумаги в воду ее влагопрочность резко
снижается, а после 5 мин вымачивания влагопрочность бумаги
уменьшается примерно в 2 раза. Если это является дефектом
бумаги с точки зрения стабильности ее влагопрочности при дли-
тельном пребывании в воде, то с точки зрения легкости пере-
работки оборотного брака это обстоятельство следует признать
преимуществом.
Так как глиоксаль практически не изменяет впитывающую
способность бумаги, его рекомендуют применять, так же как
и диальдегидные смолы, при выработке впитывающих, санитар-
ных, косметических и других тонких влагопрочных видов
бумаги.
Одним из важных преимуществ технологии изготовления бу-
маги с использованием глиоксаля для придания ей влагопроч-
ности по сравнению с технологией изготовления влагопрочной
бумаги с применением карбамиде- или меламиноформальдегид-
ной смолы является то, что влагопрочность бумаги не зависит
от температуры сушки. У такой бумаги, высушенной при ком-
натной температуре или при 100—150° С, влагопрочность одина-
кова и находится в пределах 30—40%. Наилучшие условия ак-
тивной кислотности среды при обработке глиоксалем соответ-
ствуют pH-б. Бумага, обработанная глиоксалем в количестве
к массе волокон, сохраняет стабильность белизны в стан-
дартных условиях искусственного термического старения при
температуре 105° С.
В бумажную массу глиоксаль вводить не рекомендуется,
Так как его реакция с гидроксильными группами целлюлозы
1₽°текает так же, как и с гидроксильными группами воды.
1оэтому в присутствии большого количества воды глиоксаль
Реагирует не с целлюлозой, а с водой. Таким образом, лучшим
^особом использования глиоксаля для выработки влагопроч-
* видов бумаги является способ пропитки готовой бумаги.
г Повысить влагопрочность бумаги при ее пропитке раствором
°ксаля возможно путем введения в раствор катализаторов.
Дее Этом одновременно влагопрочность бумаги становится бо-
г стабильной и значительно менее снижается с увеличением
времени соприкосновения бумаги с водой. Считают [192], цТо
при введении катализаторов наблюдается образование ацеталь-
ных связей, которые прочнее полуацетальных и более стабиль-
ны при намокании бумаги.
Паши наблюдения показали [21], что в качестве катализа-
тора эффективно использовать щавелевую кислоту, вводимую
в раствор глиоксаля в количестве 2% к массе абс. сухого гли-
оксаля. Возможно также применение борной кислоты и серно-
кислого алюминия. Добавка катализаторов незначительно
увеличивает жесткость бумаги. Щавелевая и борная кислоты не
влияют на впитывающую способность бумаги, пропитанной
глиоксалем. Однако добавка сернокислого алюминия снижает
ее, что ограничивает возможности использования этого катали-
затора в растворе глиоксаля при выработке впитывающих ви-
дов бумаги санитарно-гигиенического назначения. Глиоксаль не
токсичен, хотя из литературных источников известно, что неко-
торые люди имеют повышенную чувствительность кожи к этому
веществу.
Влагопрочность бумаги может быть увеличена введением
в ее композицию неопренового латекса. Судя по дан-
ным С. X. Гельберта, это единственный из используемых
в настоящее время латексов, придающий бумаге влагопроч-
ность, хотя многие применяющиеся в бумажной промышленно-
сти латексы повышают прочность бумаги, находящейся в воз-
душно-сухом состоянии.
Наилучшие результаты обнаружил неопреновый латекс, из-
вестный под торговой маркой «Неопрен-450», являющийся
сополимером хлоропрена и акрилонитрила. Этот латекс придает
бумаге повышенную гибкость, стойкость к воде и маслу, а так-
же термостойкость. Одновременно он повышает показатели ме-
ханической прочности и влагопрочности бумаги. Латекс либо
вводится в бумажную массу после ее размола, либо применя-
ется для пропитки готовой бумаги, проходящей через ванну
с латексом, избыток которого удаляется в прессе. Оборудова-
ние для пропитки бумаги обычно размещается во второй поло-
вине сушильной части бумагоделательной машины.
Для стабилизации активных свойств латекса в бумагу вме-
сте с ним вводится окись цинка (примерно 5 частей на
100 частей сухого неопрена), а также антиокислитель. Коагу
ляцию латекса с равномерным осаждением его частиц на волок-
нах осуществляют с помощью слабого раствора сернокислого
алюминия, вводимого до достижения pH среды 5.
При пропитке бумаги латексом к последнему добавляются
аммиачные соли, которые при сушке волокнистого материал0
(бумаги или картона) под влиянием повышенной температур1’1
диссоциируют, вызывая одновременно коагуляцию части0
латекса на волокнах.
Для получения бумаги и картона с высокими показателям’1
влагопрочности и стабильности размеров предложено использ0
350
вать полиметилен-полифинилизоцианат, наноси-
мый в водной эмульсии в виде стабильной пены на поверхность
бумажного или картонного полотна в процессе его изготовле-
ния на бумагоделательной (картоноделательной) машине.
Подобная обработка дала хорошие результаты при выработке
обойной бумаги, а также гофрированного картона, предназна-
ченного для изготовления водонепроницаемой тары.
Для предотвращения слипания готовой продукции наряду
с указанным веществом вводится 2—15% эмульгатора и 10%
глицерина, если бумага изготовляется из беленой целлюлозы,
и 30% глицерина к массе полиизоцианата, если бумажная
продукция изготовляется из небеленой сульфатной целлюлозы.
Для повышения pH среды к раствору полиизоцианата добав-
ляют соду, известь или карбонат кальция с доведением pH сре-
ды до 5—7. Отмечается, что подобная обработка способствует
также повышению разрывной длины и сопротивления излому
бумаги в сухом состоянии.
Одним из известных в настоящее время способов придания
бумаге влагопрочности является обработка ее двуокисью
азота в газообразном или жидком виде. Однако этот способ
промышленного применения не получил, так как одновременно
с приданием бумаге влагопрочности наблюдалось значительное
снижение ее основных показателей механической прочности
в воздушно-сухом состоянии, и в первую очередь числа двойных
перегибов, а также сопротивления надрыву. Особенно сильное
снижение показателей механической прочности бумаги наблю-
далось в случае обработки ее в газовой среде.
Придание бумаге влагопрочности путем ее обработки дву-
окисью азота объясняют пергаментирующим действием па бума-
гу NO2, при котором одновременно наблюдаются значительная
усадка бумаги и рост ее показателя растяжимости. Эффект
придания влагопрочности наступает быстрее в случае обработ-
ки бумаги в жидкой среде.
Рис. 82. Ход кривых напряжение —
^формация бумаги из беленой суль-
фитной целлюлозы до и после обра-
’*°тки газообразной двуокисью азота:
"-необработанный образец; 2 — после 10 ч;
3 — после 25 ч; 4 — после 50 ч
На рис. 82 показан ход изменения прочностной характери-
Ики бумаги в результате ее обработки газообразной дву-
TtnCbI° а30та- Из графика видно, что с увеличением продолжи-
льности обработки бумаги из беленой сульфитной целлюлозы
наблюдается уменьшение разрывного усилия с одновременны^
ростом растяжимости бумаги. Нетрудно видеть, что работа раз.
рыва бумаги характеризуется площадью, ограниченной кривой
осью абсцисс и ординатной точки кривой, соответствующей ра3’
рыву бумаги. С увеличением продолжительности обработки
бумаги двуокисью азота увеличивается и работа, которую не-
обходимо затратить для разрыва бумаги.
В ряде случаев несколько повысить влагопрочность бумаги
или картона можно путем их термообработки («закал-
ки») в течение некоторого времени при повышенной температу-
ре (170—200°С). Особенно повышается при этом влагопроч-
ность волокнистых материалов, если в них введен сульфат алю-
миния в количестве 0,5—1% к массе волокон.
Сущность явления, как его объясняют Е. Бак и Л. Клинга,
заключается в том, что при термообработке в результате хими-
ческих реакций возрастают поперечные связи в целлюлозе
и, как полагают, это гемиацетальные связи между целлюлозой
и гемицеллюлозой, сопровождаемые образованием карбониль-
ных групп. В летучих продуктах, образующихся в результате
термообработки волокнистых материалов, были обнаружены
формальдегид и фурфурол, являющиеся, по-видимому, следст-
вием разложения гемицеллюлоз и лигнина. Реакции, приводя-
щие к образованию связей, катализируются действием солей
поливалентных металлов (например, алюминия), а также водо-
родным ионом. Весьма существенным в данном случае является
и то обстоятельство, что присутствующая в растительных клет-
ках смола плавится и становится более гидрофобной, повышая
гидрофобность волокон. Кроме того, свободные смолы и жир-
ные кислоты реагируют с солями алюминия, образуя влаго-
стойкие мыла. Однако чрезмерно длительная термообработка
может снизить влагопрочность бумаги или картона, так как
при этом смолы окисляются и улетучиваются, что приводит
к снижению гидрофобности волокон. При длительной термиче-
ской обработке волокнистых материалов сказывается действие
реакций гидролитического разложения целлюлозы, что ведет
к разрыву связей. Эти реакции сопровождаются снижением pH
водной вытяжки, увеличением количества веществ, экстраги-
руемых водой, и понижением степени полимеризации целлюло-
зы. Реакции гидролитического разложения эндотермичны
(т. е. сопровождаются поглощением тепла), а реакции, ведУ'
щие к образованию связей, экзотермичны (т. е. сопровождают-
ся выделением тепла). Таким образом, с повышением в течение
длительного времени температуры обработки выше определен-
ного предела равновесие этих реакций сдвигается в сторону
разрыва связей, что и приводит к уменьшению механической
прочности бумаги и картона.
Если бумага или картон содержат в композиции меламиНО'
формальдегидную смолу, то термообработка способствует бо-
лее полному протеканию реакции поликонденсации смолы. Эт°
-едет к возрастанию показателей прочности и влагопрочности
Идокнистых материалов.
® Исследованием влияния длительной термической обработки
влагопрочность бумаги занимался Е. Хехлер, который вы-
держивал отливки бумаги различного состава по виду волокон
течение 7 сут при 120° С. Затем термообработанные и не под-
вергнутые термообработке отливки погружали на 5 мин вводу,
оПределяли их разрывной груз, после чего вычисляли разрыв-
ную длину. Результаты наблюдений Е. Хехлера приведены
в табл. 31.
Из данных табл. 31 видно, что во всех случаях термообра-
ботка значительно увеличила разрывную длину отливок во
влажном состоянии. Самые большие по абсолютной величине
значения разрывной длины образцов бумаги во влажном со-
стоянии были достигнуты после термообработки отливок из
небеленой еловой сульфитной целлюлозы, которые и без пред-
варительной термообработки обладают высокой разрывной дли-
ной во влажном состоянии. Наиболее высокое относительное
увеличение прочности во влажном состоянии (графа 6) отмеча-
ется для отливок из небеленой древесной массы, в которых
более полно сохранены содержащиеся в древесине лигнин
и гемицеллюлозы. Именно за счет этих компонентов можно объ-
яснить образование между волокнами после их термообработки
связей, достаточно устойчивых в условиях нахождения отливок
во влажном состоянии.
Последующие наблюдения Е. Хехлера [193] показали, что
влагопрочность бумаги (разрывная длина во влажном состоя-
нии), достигнутая путем термообработки, может быть сущест-
венно повышена за счет сочетания термообработки бумаги
с предварительным введением в исходную волокнистую массу
перед ее размолом соединений алюминия (алюмината или суль-
фата алюминия).
Увеличение количества добавляемых соединений алюминия
(до 10—15%) и температуры обработки (до 140° С) повышает
разрывную длину бумаги во влажном состоянии. Время термо-
обработки в опытах Е. Хехлера составляло 2—8 ч. По мере
Увеличения дозировки соединений алюминия зольность бумаги
повышается, но величина удержания их в бумаге снижается.
Эффект повышения разрывной длины бумаги во влажном со-
стоянии Е. Хехлер объясняет не только имеющим место орого-
вением поверхности волокон, но и дальнейшей дегидратацией
скоагулированного на волокнах геля соединений алюминия при
Резком снижении склонности волокон к набуханию.
Механизм возникновения свойства влагопрочности в термо-
сработанной бумаге, содержащей соединения алюминия, изу-
’Элся В. В. Хованским [157]. С помощью термогравиметрии
□СК-спектроскопии он показал, что влагопрочность бумаги при
Том определяется не каталитическим действием ионов алюми-
1,51 при высокой температуре на образование гемиацетальных
31. Влияние термообработки на влагопрочность и разрывную длину
находящихся во влажном состоянии отливок бумаги
различного состава по виду волокон
Волокна, из которых изго- товлены отлив- ки бумаги Степень помола, °ШР Размол волокон Разрывная длина от- ливок во влажном состоянии, м Увеличение прочности 5:4 Разрывная длина от- ливок в су- хом состоя- нии, м Относительная влагопрочность ОТЛИВОК, о5
без термо- обработки подвергнутых термообра- ботке без термо- обработки 1 подвергнутых термообработ-1 ке без термо- обработки 4:8 подвергнутых термообработ-/ ке 5:8 1
1 2 3 4 5 6 7 8 9 1(1
Древесная 42,2 Неразмо- 30 550 18,3 1 520 1 760 1,9 31,3
масса лотые
небеленая 53,5 Размоло- 40 660 16,5 2310 2 260 1,7 29,2
58,5 тые 40 700 17,5 2 400 2 380 1,7 29,4
62,5 »» 40 750 18,7 2 510 2410 1,6 31,1
Еловая 14,0 Неразмо- 240 1920 8,0 6 660 6900 3,6 27,8
сульфитная 23,5 лотые 2100
целлюлоза Размоло- 300 7,0 8 650 8 350 3,5 35,1
небеленая тые
28,5 >» 300 2350 7,8 10 000 9 380 3,0 25,0
37,0 >» 310 2550 8,2 '0 720 10000 2,9 25,5
47,5 » 320 2610 8,2 11 000 10 450 2,9 25,0
61,0 >» 370 2660 7,2 11 030 9 880 3,3 26,9
76,0 >» 370 2700 7,3 11 100 9300 3,3 29,0
Буковая 14,0 Неразмо- 10 130 13,0 830 970 1,2 13,4
сульфитная 25,5 лотые 500 0,9 11,8
целлюлоза Размоло- 35 14,3 4 100 4 230
беленая тые
36,5 >» 50 640 12,8 5 050 5 250 1,0 12,2
43,5 »» 60 700 11,7 5 620 5 510 1,1 12,7
53,5 » 70 760 10,9 6210 6 060 1,1 12,5
66,0 70 780 И,1 6100 5990 1,1 13,0
Березовая 15,0 Неразмо- 10 240 24,0 2 960 ЗОЮ 0,3 «,0
сульфатная целлюлоза 20,5 лотые Размоло- 30 740 24,6 8090 8 250 0,4 9,0
беленая 25,5 тые 40 800 20,0 8 650 8 720 0,5 9,2
38,5 70 930 13,3 9 440 8 930 0,7 10,4
50,0 80 990 12,4 9 700 8 970 0,8 11,0
72,0 »» НО ИЗО 10,3 9 430 8 440 1,2 13,4
Вязей, а принципиальным изменением характера этих связей
£ч за термической дегидратации гидроокиси алюминия, в ре-
зультате чего эти связи становятся более прочными и не раз-
рушаемыми водой.
. Установлено, что введением в бумажную массу алюмината
натрия из расчета 2,5—5% (считая на А120з) к массе волокон
• последующей пятиминутной термообработкой готовой бумаги
при температуре 200° С можно существенно увеличить влаго-
прочность изготовляемой бумаги. Подобная термообработка
бумаги при отсутствии в бумажной массе алюмината натрия
хотя и влечет за собой некоторое увеличение ее влагопрочности,
но значительно более низкое, чем в случае введения в массу
алюмината натрия. Подобный метод придания бумаге влаго-
Йрочности может оказаться в некоторых случаях конкуренто-
способным по сравнению с другими методами и практически
приемлемым в производственных условиях при наличии воз-
можностей надлежащего осуществления термообработки бума-
ги (использование способа продувания бумажного полотна
горячим воздухом, применение колпаков скоростной сушки или
термозакалочных камер и пр.).
Способ получения влагопрочной бумаги с помощью соеди-
нений алюминия в сочетании с термообработкой и отливом
в слабощелочной среде рекомендован к применению при произ-
водстве бумаги, изготовляемой из массы садкого помола, в ча-
стности фильтровальной для очистки воздуха [158]. Это свя-
зано с тем, что доля участия координационных связей типа
волокно — комплекс алюминия — волокно в формировании проч-
ности бумаги в сухом и во влажном состояниях увеличивается
по мере снижения степени помола массы [161]. Увеличение
прочности бумаги за счет повышения расхода добавки в массу
алюмината натрия от 0 до 15%, считая на А12О3, и изменение
pH при отливе от 4,5 до 9,5 не ведет к ухудшению основных
фильтрующих свойств материала — пористости и воздухопрони-
цаемости. Эти закономерности объясняются тем, что ассоциаты
полимеризованной гидроокиси имеют сравнительно крупные
размеры и могут связывать волокна на значительно большем
Расстоянии, чем это необходимо для возникновения водород-
ных сил связи.
Дж. Кейси сообщает о возможности изготовления влаго-
Орочных видов бумаги с применением кремнийорганических
соединений, полиэтиленимина, животного клея с задубливани-
ем формальдегидом, а также формальдегида (при высокой
температуре и кислотности). Все эти способы при выработке
Влагопрочных видов бумаги по тем или иным причинам не по-
лучили распространения. Кремнийорганические соединения при-
меняются в основном не столько с целью придания влагопроч-
°сти, сколько для придания бумаге или картону гидрофобно-
И и водонепроницаемости. Использование формальдегида свя-
ано с необходимостью создания в бумаге сильнокислой среды,
что приводит к хрупкости и ускоренному старению бумагу
В противоположность этому Б. Марек указывает, что обработ’
ка формальдегидом не увеличивает ломкость бумаги. Она так.
же не снижает впитывающую способность бумаги и одновре.
менно способствует повышению стабильности ее размеров. Од.
нако разрывная длина бумаги в сухом и во влажном состояла,
ях оказывается при этой обработке значительно более низкой
чем при использовании меламиноформальдегидной смолу
(табл. 32).
32. Сравнение показателей разрывной длины бумаги,
полученной после обработки в массе формальдегидом
(3% к массе волокон) и меламиноформальдегидной смолой
(3% к массе волокон)
Отработка бумажной массы Разрывная длина, м
в сухом состоянии во влажном состоянии
Формальдегидом 2400 1200
Меламиноформальдегидной смолой 4190 1460
Из работ В. К. Елецкой, Ф. И. Корчемкина и А. И. Боброва
известно, что устойчивая влагопрочность может быть придана
бумаге методом частичного ацетилирования при одновремен-
ном сохранении ее упругопластических свойств.
Для изготовления влагопрочных видов бумаги представляет
интерес применение в их композиции смол, полимеризу-
ющихся в слабощелочной или нейтральной
среде. Использование подобных смол при изготовлении бума-
ги типа салфеточной дает возможность без уменьшения впи-
тывающей способности бумаги по отношению к воде получить
одновременно высокую степень влагопрочности.
Одной из таких смол является поли-р-аспарагиновая смола
катионного типа, хорошо растворяющаяся в воде и затем из
водного раствора легко осаждаемая на растительных волокнах.
Эта смола, судя по литературным данным, обнаруживает высо-
кую эффективность действия даже в условиях введения ее
в массу в малых количествах (примерно 1% к массе волокон)-
Дальнейшее увеличение количества вводимой в массу смолы
не дает существенного увеличения влагопрочности бумаги. Ука-
занная смола способствует увеличению удержания в бумаге
минерального наполнителя и мелких волокон (мельштофа)-
повышению степени проклейки бумаги в случае применения
канифольного клея, уменьшению склонности бумаги к выщипы-
ванию с ее поверхности отдельных волоконец, т. е. повышений
прочности поверхностного слоя бумаги.
Судя по данным румынских авторов, при изготовлении вла-
Ьпрочных ВИДОВ бумаги для печати весьма пригодной оказа-
ть полиамидо-полиамино-эпихлоргидринная
^цола (ППЭ). Эта смола одновременно придает бумаге мно-
го ценных свойств: повышение удержания минеральных напол-
нителей и мелких волокон, стабильность размеров, повышенные
показатели механической прочности, и особенно сопротивления
Отделению волокон с поверхности бумаги (при введении в мас-
су из неразмолотой и непроклеенной целлюлозы 1% ППЭ этот
показатель увеличивается в 2 раза), устойчивость к старению
в случае использования в качестве наполнителя карбоната
Кальция и проклейки в нейтральной среде, хорошую способность
к восприятию печатной краски (при оптимальной добавке
в данном случае 0,35—0,5% смолы).
Переработка сухого брака влагопрочной бумаги, изготов-
ленной с применением смолы описанного типа, может быть осу-
ществлена после воздействия на бумажный брак гипохлорита
или хлора. На рис. 83 показана зависимость влияния pH среды
на влагопрочность образцов бумаги, обработанных в массе раз-
личными синтетическими смолами.
Рис. 83. Влагопрочность образцов бу-
маги, обработанных в массе различ-
ными синтетическими смолами в
зависимости от pH среды:
/— смола, используемая в щелочной сре-
де; 2 — карб амидоформ альдегидная смола;
3 — меламиноформальдегидная смола
Обработка мокрого брака влагопрочной бумаги, т. е. брака,
не прошедшего сушильную часть бумагоделательной машины,
обычно не представляет каких-либо затруднений, так как он
легко распускается на отдельные волокна.
Сухой брак влагопрочной бумаги требует специальной об-
работки, потому что обычными методами влагопрочную бумагу
Можно разбить лишь на отдельные мелкие кусочки (лепестки),
но не удается распустить на отдельные волокна. Если такие
Мелкие кусочки попадут в общий поток массы, поступающей
Иа бумагоделательную машину, то в результате получится бу-
мага с отчетливо видимыми на ее поверхности лепестками вла-
гопрочного брака (так называемая мраморная бумага).
Разбивка сухого влагопрочного брака зависит от метода
придания влагопрочности и представляет большую или мень-
сложность. Так, бумага, полученная в результате обра-
ти волокон меламиноформальдегидной смолой, распускает-
я на волокна значительно труднее, чем влагопрочная бумага,
полученная в результате воздействия на волокна карбамиде,
формальдегидной смолы.
По степени влагопрочности сухой брак и бумажную макула-
туру делят, по данным К. Клауса, на 4 класса, как это указано
в табл. 33.
33. Различие по степени влагопрочности сухого брака
и бумажной макулатуры
Степень влагопрочности бумаги Относительная влагопрочность по методу Брехта (время намокания — 30 мин; темпе- ратура 20° С) Содержание смол, %
карбамидо- формальде- гидной меламино- формальде- гидной
Невлагопрочная 15 — —
Слабовлагопрочная 15—25 До 3 До 1,5
Средневлагопрочная 25—35 4—5 2—2,5
Высоковлагопрочная 35 6—8 3—4
Из того же источника известно, что существует три способа
переработки влагопрочного брака и бумажной макулатуры:
механический, теплохимический и термический. Первые два
способа рекомендуется применять для переработки слабо-
и средневлагопрочной бумаги сразу же после сушки, т. е. для
переработки брака с бумагоделательной машины без его вы-
держивания. При механическом способе переработки удельное
потребление энергии составляет 80—120 кВт-ч на 1 т бумаги,
при теплохимическом—100—150 кВт-ч на 1 т бумаги. Терми-
ческий метод переработки заключается в обработке бумаги
при высокой концентрации (25—35%), давлении 294—392 кПа
и температуре 140—150° С в специально предназначенных для
этой цели установках. Различные технологические схемы пере-
работки влагопрочной бумаги и соответствующее оборудование
подробно описаны К. Клаусом, который сообщает и о методах
переработки макулатуры, битумированной и покрытой плен-
ками.
Как указывает Белл, сухой брак влагопрочной крепирован-
ной бумаги, предназначенной для изготовления полотенец, об-
рабатывают в ролле при pH 4—5 и температуре 82—93° С в при-
сутствии раствора серной кислоты. Чтобы в результате такой
обработки не снизить степень белизны волокнистой массы,
в раствор добавляют фосфат. Во избежание снижения белизны
вырабатываемой бумаги рекомендуется после разбивки брака
в волокнистую массу сразу же использовать ее для выработки
бумаги.
Дж. К. Бартел приводит обзор способов переработки сухого
брака влагопрочной бумаги более чем на 100 предприятиях
США, выпускающих влагопрочную бумагу. При этом для рос-
пуска влагопрочной бумаги на волокна применяется самая раз-
нообразная аппаратура (роллы, гидроразбиватели, варочные
котлы и др.).
Один из распространенных способов переработки брака вла-
гопрочной бумаги заключается в применении для этой цели
'роллов периодического действия. Бумажный брак загружается
в ролл из расчета создания в нем массы возможно более густой
^.концентрации (7—10%). В ролл подается пар высокого давле-
ния в промежуток между горкой и ролльным барабаном. Тем-
пература массы в ролле доводится до 75—100° С. Одновремен-
но в ролл вводят квасцы в количестве примерно 10% массы
загруженного волокна для создания pH 4—5. Оборот ролла
в зависимости от степени влагопрочности перерабатываемой
бумаги составляет от 1 до 4 ч.
В ряде случаев обработка влагопрочного бумажного брака
осуществляется в тряпковарочных котлах в течение 30—60 мин
с подачей в котел пара. Большей частью при использовании
тряпковарочных котлов квасцы для роспуска влагопрочного
бумажного брака не применяют.
По данным Ф. Вульча, переработку отходов влагопрочной
бумаги можно ускорить без опасения повреждения волокон сле-
дующими методами: варкой отходов с 0,5%-ным раствором
A12(SO4)3; обработкой их хлорсодержащим отбельным щелоком
или смачивателями; пропариванием без давления для разру-
шения формальдегида, являющегося компонентом конденсации
некоторых синтетических смол, используемых в производстве
влагопрочных видов бумаги.
К. Энгель рекомендует перерабатывать влагопрочный обо-
ротный брак сразу же, не накапливая его, так как при дли-
тельном выдерживании этого брака влагопрочность его увели-
чивается, что затрудняет переработку. Этот автор предлагает
для роспуска на волокна влагопрочного брака, полученного
в результате использования меламиноформальдегидной смолы,
применять кислую среду с pH 4,5—3,5 при температуре пример-
но 80° С. Такая среда создается добавкой к отходам влагопроч-
ной бумаги сернокислого алюминия в количестве 1—2% при
подаче острого пара, расход которого при этом составляет при-
мерно 1 кг на 1 кг влагопрочной бумаги. Оборудование для
роспуска брака (или влагопрочной макулатуры) во избежание
коррозии должно быть изготовлено из кислотоупорного мате-
риала.
W Бумага, содержащая вискозу, распускается в горячем раст-
воре Са(МОз)2. Макулатура, у которой влагопрочность была
Достигнута путем использования диальдегидных смол или
| Казеина, задубленного формалином, распускается на волокна
в Щелочной среде.
4.3. ДЕФОРМАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА БУМАГИ
4.3.1. Основные положения об упругопластических
свойствах бумаги
/
Упругость и пластичность — противоположные свойства.
Упругость — свойство тел, подвергнутых деформации, после
прекращения действия напряжений, вызвавших эту деформа-
цию, возвращаться в первоначальное (недеформированное) со-
стояние, т. е. восстанавливать свою форму и объем. Таким
образом, упругость представляет собой способность тела испы-
тывать обратимые деформации. Идеально упругое твердое тело
при приложении нагрузки в соответствии с законом Гука мгно-
венно деформируется на величину прямо пропорциональную на-
грузке и при снятии нагрузки возвращается к первоначальному
размеру. Максимальное напряжение, выдерживаемое телом, при
котором оно еще может возвратиться к своей первоначальной
форме, называется пределом упругости.
Пластичность — свойство твердых тел, некоторых высо-
ковязких жидкостей и дисперсных систем принимать под дав-
лением любую форму, не подвергаясь при этом разрушению,
и в дальнейшем неопределенно долго сохранять эту форму пос-
ле прекращения действия напряжений. Пластичные тела, та-
ким образом, обладают свойством испытывать остаточные
деформации.
Общеизвестно, что твердые тела являются упругими лишь
при малых нагрузках. С возрастанием нагрузки эти тела начи-
нают испытывать неупругие, пластические деформации, кото-
рые в классической теории пластичности рассматриваются как
не зависящие от времени. В тех случаях, когда проявляет себя
явление ползучести, т. е. обнаруживается пластическая дефор-
мация, нарастающая во времени, они уподобляются идеально
вязкой жидкости, для которой в соответствии с законом Ньюто-
на напряжение прямо пропорционально скорости деформации
и не зависит от абсолютной величины деформации.
Бумага не идеально упругое и не идеально вязкое тело.
В ней проявляются как упругие, так и вязкопластические свой-
ства, называемые реологическими и изучаемые сравни-
тельно молодой наукой реологией. Эта наука устанавливает
связь между напряжениями и деформациями с учетом фактора
времени, тогда как в классических теориях упругости и пла-
стичности фактор времени не учитывается.
Для математического описания свойств бумаги как упруго-
вязкого физического тела прибегают к методам механического
моделирования. В таких моделях упругий элемент, подчиняю-
щийся закону Гука, представляют в виде пружины, а вязкий
элемент, следующий закону вязкости Ньютона,— в виде поршня,
двигающегося в цилиндре с вязкой жидкостью. Однако урав-
нения, основанные на простых механических моделях Максвел-
La (последовательно соединенные упругий и вязкий элементы)
л Кельвина — Фойгта (параллельно соединенные упругие и вяз-
кие элементы), не дают возможности количественно описать
поведение бумаги при возникновении в ней деформации от при-
ложенной нагрузки. Использование более сложных механиче-
ских моделей с сочетанием нескольких упругих и вязких эле-
ментов, а также с применением пластического элемента в виде
площадки с сухим трением также пока не дало необходимой
информации для количественного описания процесса деформа-
ции бумаги. Вместе с тем использование указанных механиче-
ских моделей часто практикуется для качественной характери-
стики процесса.
ZfZZZZZZZ
Название
Элемента
Обозначение
элемента
Основная зависи-
мость нагрузка-
десрормации
Вязкий
б^е е
Упругий.
Сухого трения
<5=Const е
Рис. 84. Механические модели для характеристики деформации бумажного
полотна:
°—нагрузка; е — деформация; ^—показатель вязкости; Ч. Ч. Ч. Ч — температуры;
Е — модуль упругости
На рис. 84 изображены, по данным X. Бартеля и Р. Клей-
Верта, некоторые из многочисленных механических моделей,
предлагавшихся различными авторами для характеристики де-
формаций бумажного полотна. Эти модели состоят из различ-
ного параллельного или последовательного сочетания элемен-
Тов> характеризующих упругость (пружина), вязкость (пор-
шень) и сухое трение (элемент Сен-Венана).
В некоторых случаях в зависимости от назначения бумаги ей
ТаРаются придать либо упругость, либо пластичность. Напрн-
еР» повышенной упругостью должны отличаться некоторые
виды бумаги для набивки каландровых валов, а также некото-
рые виды бумажной и картонной тары. Наблюдения автора
показали, что введение в бумажную массу меламиноформаль-
дегидной смолы придает изготовляемой бумаге упругие свойст-
ва (несминаемость). Бумага-основа для тиснения должна отли-
чаться пластичностью, с тем чтобы рельеф тиснения устойчиво
сохранялся на ее поверхности. Это относится и к материалу
подлежащему фальцеванию. Повышенной пластичностью долж-
на отличаться также бумага, служащая для изготовления книг
для слепых. Таким образом, в пластичном теле сочетаются при-
знаки, на первый взгляд исключающие друг друга: мягкость
и вялость, когда мы хотим придать телу форму, а также твер.
дость и жесткость, когда требуется, чтобы приданная телу фор-
ма сохранилась.
Упругие свойства растительных волокон обнаруживают свое
действие не только в готовой сухой бумаге, но также во влаж-
ном листе бумаги и даже в суспензии волокон. Эти упругие
свойства проявляются в стремлении волокон выпрямляться пос-
ле действия приложенной силы, вызывающей деформацию. Вы-
прямление отдельного волокна сдерживается другими. Таким
образом, чем больше контактов между волокнами, тем, очевид-
но, прочнее структура, образованная из волокон (лист бумаги,
суспензия).
Работа, проведенная под руководством проф. Н. Я. Солеч-
ника В. П. Аликиным, показала, что из шести исследованных
видов волокон наибольшей упругостью обладают волокна хлоп-
ка и наибольшей пластичностью — волокна соломенной целлю-
лозы. Волокна сульфатной и сульфитной древесных видов цел-
люлозы имеют промежуточные значения упругих свойств, при-
чем сульфатные волокна более упруги, чем сульфитные,
а небеленые волокна более упруги, чем те же волокна, подверг-
нутые отбелке.
Влажное бумажное полотно в начале сеточного стола бума-
годелательной машины представляет собой коагуляционную
структуру, которая под действием небольшой нагрузки дефор-
мируется упруго. С повышением нагрузки такая структура об-
наруживает тиксотропные свойства: она легко разрушается под
влиянием механических воздействий, но в значительной мере
восстанавливается по мере снятия этих воздействий, проявляя
высокую эластичность, т. е. деформацию упругого последейст-
вия, которая связана с ориентацией волокон в направлении их
сдвига и не зависит от деформируемости самих волокон.
Сухую бумагу можно считать структурой с отчетливо выр3'
женными прочностными свойствами. Пока увеличение нагру3'
ки происходит лишь в пределах, не допускающих необратимо6
разрушение, в бумаге проявляются высокоэластические свой-
ства.
Как отмечают Н. Ф. Зотова-Спановская и В. П. Гончаров3,
общая деформация бумаги под влиянием приложенной к в6”
Ljjibi складывается из упругой деформации, характеризуемой
изменением межмолекулярных расстояний в структуре бумаги,
а также отдельных волокон; замедленно-упругой, или эластиче-
ской, деформации, называемой также деформацией упругого
Иследействия, при которой изменяется конфигурация макромо-
лекул, составляющих волокна, и расстояние между взаимно
связанными молекулами на поверхности волокон, а также кон-
фигурация волокон в целом; пластической деформации, при ко-
торой необратимо смещаются волокна с нарушением молеку-
лярных связей между сопряженными поверхностями.
I Если на полоску бумаги воздействовать все возрастающей
силой и затем построить график зависимости удлинения бума-
ги от величины нагрузки, то в
ведет себя как упругое тело
и согласно закону Гука на-
чальный участок кривой бу-
дет прямолинейным, подобно
тому как это наблюдается при
испытании металлов. После
прекращения действия даль-
нейшего удлинения растяну-
тая полоска бумаги восстано-
вит свои первоначальные
свойства и сожмется до удли-
нения, равного нулю. Упру-
гая деформация возникает и
исчезает мгновенно при при-
ложении и снятии нагрузки.
В последующем проявляются
пластические свойства бумаги
первый период времени бумага
Рис. 85. Зависимость удлинения бу-
маги от величины нагрузки
и вследствие ее текучести пря-
молинейная зависимость между нагрузкой и деформацией пе-
реходит в криволинейную. На рис. 85 графически представлена
такая зависимость, по данным О. Андерссона с сотрудниками,
для образца бумаги при постоянной скорости удлинения
0,003 мм/с. Точка, являющаяся границей между первоначаль-
ным прямолинейным и криволинейным участками графика, ха-
рактеризует предел упругости образца бумаги. Этой точке на
Оси абсцисс соответствует деформация удлинения при
пределе упругости, а на оси ординат — нагрузка при пределе
Упругости.
Нагрузка, превышающая предел упругости, влечет за собой
Появление эластической деформации, постепенно нарастающей
и полностью исчезающей при снятии нагрузки. Дальнейшее по-
вышение величины нагрузки приводит уже к появлению пла-
стической деформации. Как видно из рисунка, криволинейный
Участок графической зависимости в дальнейшем переходит
прямолинейный, который может быть продолжен до
разрыва бумаги, т. е. до точки, характеризующей пре-
*ел ее прочности.
—'JBb в
Цемента
С точки зрения современной кинетической концепции проч-
ности твердых тел С. Н. Журкова понятие о пределе прочности
тела следует рассматривать не как твердо установленную кри-
тическую точку-константу твердого тела. Наблюдения показы-
вают, что величина предела прочности закономерно зависит от
времени и температуры. Длительное воздействие на тело меха-
нического напряжения понижает предел прочности, а кратко-
временное нагружение — повышает.
Действительно, при испытании прочности бумаги на разрыв
важным фактором является продолжительность приложения
нагрузки. Установлено, что чем быстрее разрывается полоска
бумаги, тем больше ее разрывной груз.
Разрыв бумаги может наблюдаться и при малой величине
разрывного груза, если нагрузка длительно прикладывается
к бумаге. Д. Кейси, ссылаясь на наблюдения X. Ф. Рэйнса, пи-
шет, что определенный на разрывной машине в течение 4 с раз-
рывной груз одного вида бумаги составлял 98 Н. Однако при
приложении нагрузки в 88,3 Н полоска той же бумаги обры-
валась через 11 мин. Под воздействием груза в 78,5 Н полоска
обрывалась через 14 ч, а в 39,2 Н — только через 220 сут. Ре-
зультаты указанных наблюдений связаны с известным явлением
усталости материала и проявлением в данном случае текучести.
В. Брехт и Л. Гетшинг на основании экспериментальных
данных пришли к выводу, что с ростом скорости деформации v
от 0,05 см/мин до 1,5 м/с разрывной груз Р увеличивается по
экспоненциальному закону согласно эмпирической формуле
Р = bva,
где а и b — константы. Для всех видов мешочной бумаги (в том
числе и микрокрепированной) показатель а измеряется лишь
в пределах 0,040—0,045, а коэффициент b равен величине раз-
рывного груза при скорости деформирования 1 см/мин.
Позднее Д. М. Фляте и Г. В. Прохоров [233], основываясь
на кинетической теории прочности материалов акад. С. Н. Жур-
кова, установили, что зависимость разрывного груза бумаги от
скорости ее деформирования от 0,045 мм/мин до 1 м/мин выра-
жается формулой
Р= ф а2 In v,
где и az — константы.
Справедливость выведенной зависимости была подтвержде-
на результатами испытаний различных образцов мешочной бу-
маги при высоком коэффициенте корреляции (0,97—1,0) между
расчетными и опытными данными для полосок мешочной бума-
ги, вырезанных в машинном и в поперечном направлениях.
Для различных твердых тел кристаллического, аморфного
и гетерогенного строения с различным типом межатомных свя-
зей существует одна и та же закономерность зависимости проч-
ности тела от времени т действия нагрузки и абсолютной тем-
,_ратуры Т. При фиксированной температуре долговечность
Испытанных образцов под нагрузкой экспоненциально увеличи-
вается при уменьшении растягивающего напряжения о. В полу-
(огарифмических координатах logr=/(o) измеренные значения
долговечности под нагрузкой при заданной температуре хорошо
вкладываются на прямые (рис. 86).
рис. 86. Долговечность различных
гетерогенных материалов под на-
Ерузкой при комнатной температуре:
/ — бумага; 2 — древесина (11 волокнам);
3 — цемент; 4 — стеклопластик
При этом -г = т0е"°_тз//<7’ (/< — постоянная Больцмана;
е — основание натуральных логарифмов; то, «о, у — постоянные
коэффициенты, материальные константы твердого тела). Для
твердых тел, по данным С. Н. Журкова, т0= 10~13 с.
При постоянной температуре приведенное выше выражение
преобразуется в более простое:
т: = Ае~“о, где Л = т0еадА'7’, a a. = ^jKT.
Лишь при очень высокой температуре, весьма длительном
времени испытания и малых нагрузках наблюдается отступле-
ние от экспоненциальной зависимости.
Как практический, так и теоретический интерес представля-
ет величина отношения упругой части деформации бумаги под
влиянием приложенной к ней силы ко всей деформации бума-
ги под действием силы. Это соотношение зависит от многих
факторов, в первую очередь от свойств волокнистых компонен-
тов бумаги, наполняющих и проклеивающих веществ, характера
помола волокон, их ориентации в готовой бумаге и пр., а также
от величины и времени приложения силы к бумаге и от влаж-
ности последней. Тем не менее В. Брехт с сотрудниками счи-
тает, что для любой бумаги и любого направления нагружения
справедливо правило: при деформации до 0,2% бумага являет-
ся упругим материалом, при деформации от 0,5 до 2,5% пла-
стическая деформация примерно равна эластической, а даль-
нейшее увеличение общей деформации идет за счет нарастания
только пластической компоненты, так как эластическая дефор-
мация увеличивается незначительно. Те же авторы пишут, что
«ели пластические деформации недопустимы, то нагрузка на
сУмагу не должна превышать 20% от разрывного груза.
В упругой области деформация бумаги происходит лишь за
«Чет изменения формы и размеров величины волокон между
онами их контактов. Разрывов межволоконных связей при
том не наблюдается. Это подтверждается наблюдениями свето-
рассеяния образцов бумаги, подвергаемых нагрузке и помещен-
ных над черной подкладкой. С началом разрыва межволокон,
ных связей площадь контактных участков уменьшается и, сле-
довательно, величина светорассеяния увеличивается. В упругой
же области величина светорассеяния практически остается
постоянной. Таким образом, с помощью оптических наблюдений
можно судить о природе деформаций, происходящих в бумаге
под действием на нее нагрузки.
Упругие и пластические свойства бумаги зависят и от ее
плотности. Бумага с повышенной плотностью, как правило, от-
личается большей упругостью по сравнению с рыхлой бумагой.
В пухлой бумаге больше проявляются пластические свойства
ввиду облегченной в этом случае возможности относительного
сдвига волокон и сохранения ими формы, искусственно придан-
ной тиснением.
X. Ф. Рэйнс указывает, что при испытании газетной бумаги
на сжатие кривые нагрузка — деформация подобно соответст-
вующим кривым при испытании на растяжение также обнару-
живают три участка для деформации: упругую, замедленно
упругую и пластическую (необратимую).
При увлажнении бумага теряет свои упругие свойства. Вода
ее пластифицирует. Возрастает способность бумаги удлиняться
до разрыва под действием растягивающей ее силы, склонность
к хрупкости резко снижается. Здесь уместно отметить, что тело
называется хрупким, если предел его прочности лежит до пре-
дела упругости, и притом в области малых деформаций. При-
мером может служить стекло, которое испытывает только
упругие деформации вплоть до своего разрушения. У пластич-
ных тел (например, воск, глина) предел прочности лежит зна-
чительно дальше предела упругости, причем последний насту-
пает обычно уже при весьма малых деформациях.
Одновременно с потерей упругих свойств (снижение предела
упругости) увлажнение бумаги влечет за собой и снижение пре-
дела ее прочности. Так, по данным Н. Ф. Зотовой-Спановской
и В. П. Гончаровой, если бумага в сухом состоянии в попереч-
ном своем направлении имела предел прочности 38,2 МПа, то
после увлажнения предел прочности стал 24,5 МПа. Предел
упругости при этом уменьшился с 15,7 до 1,96 МПа. В машин-
ном направлении бумажного листа предел прочности той же
бумаги в результате ее увлажнения уменьшился с 97,1 до
63,7 МПа, а предел упругости соответственно с 22,6 до 11,8 МПа.
Как отмечают эти авторы, пластификация бумаги для печа-
ти увлажнением влечет за собой рост деформаций, из которых
положительной является сглаживание микронеровностей по-
верхности и отрицательной — изменение линейных размеров
листа бумаги. Таким образом, увеличение пластической дефор-
мации бумаги для печати должно быть ограничено пределами
изменений линейных размеров бумаги под давлением в соответ-
ствии с требованиями к совмещению рисунка на печатной фор-
Il
»це и оттисках. Для бумаги с грубым микрорельефом поверх-
ности пластификация ее увлажнением является особенно эф-
фективным средством улучшения ее печатных свойств. Преиму-
ществом этого способа является полная обратимость процесса,
обеспечивающего восстановление структуры при десорбции
влаги, а также возможность снижения давления при печати.
Это давление при печати вызывает деформацию бумаги по
ее толщине h. При этом также наблюдаются упругая, эластиче-
ская и пластическая виды деформации.
Обычно при изменении толщины деформируемого тела вели-
чину деформации в относят либо к конечной толщине hK, либо
к первоначальной h0, пользуясь при этом соотношениями:
= (fio — Д<)/Лк и е2 = (h0 — Лк)//г0 или = [(Ао — Ак) 100% ]/hK
и s2 = 1(Ло — hK) 100%]/7zo.
Подобный метод расчета, как показал А. Б. Израелит, при-
водит к грубым ошибкам, особенно в случаях больших дефор-
маций. Этот автор считает более правильным рассчитывать пол-
ную деформацию как сумму элементарных деформаций, которые
в свою очередь определяются исходя из выражения
de = dh[h,
где h — текущие значения толщины деформируемого тела
в данный момент времени.
Очевидно, что в этом случае
ек йк
е = Jde = = In hK — In /г0 — In (Ак/А0).
E0 Йо
Такая деформация называется логарифмической и может
быть обозначена вл
ел = 1п(/гк//г0).
Аналогичным образом может быть определена и деформа-
ция бумаги при растяжении. Наши наблюдения над деформи-
рованием бумаги для печати показали, что при небольших на-
грузках все применяемые методы расчета деформации дают
близкое совпадение результатов. С увеличением нагрузок
наблюдается все большее расхождение в абсолютной величине
получаемых результатов. При этом логарифмическая деформа-
ция по своим значениям занимает промежуточное место между
значениями деформации ei и е2. Логарифмическая деформация
По сравнению с деформациями В] и е2 в соответствии с физиче-
ским смыслом и полученными экспериментальными данными
Дает более четкое представление о деформационных процессах,
Происходящих при сжатии и растяжении бумаги.
Известно, что к деформационным свойствам бумаги для пс,
чати на различных стадиях ее обработки предъявляют разные
иногда противоречивые требования. Так, деформации, возника’
ющие в бумагопроводящей системе и в зоне контакта
с печатной формой, должны быть обратимыми, так как чрез,
мерная пластичность бумаги может привести к недопустимым
графическим и цветовым искажениям на оттиске и к образова-
нию большого оборотного рельефа (натиска). В то же время
при фальцовке, прессовании и круглении необходимы значи-
тельные по величине остаточные деформации, обеспечивающие
получение монолитного компактного книжного блока.
Были проведены исследования переменных факторов, ока-
зывающих влияние на деформации бумаги при ее сжатии и рас-
тяжении. Испытывались различные виды бумаги с массой 1 м2
70 г. Кинетика сжатия образцов бумаги снималась на верти-
кальном оптическом длиномере ИЗВ-2 при нагрузке 4748 кПа,
соответствующей среднему напряжению, действующему на
бумагу при высоком способе печати. Кинетика растяжения изу-
чалась на приборе для определения жесткости ЖБ-2 при сред-
ней нагрузке на образец 6800 кПа. Отсчеты как при сжатии, так
и при растяжении снимались при нагрузке и разгрузке образ
на через 1 мин до полного прекращения деформации образца.
В результате выполненной работы было установлено:
1. При одной и той же степени помола волокон целлюлозы способность
бумаги к сжатию снижается с уменьшением ее пористости. На сжимаемость
бумаги влияют упругопластические свойства волокон, из которых состоит
бумага. Это влияние усиливается с увеличением степени помола исходных
волокоц. Повышение степени помола оказывает значительное влияние на
снижение показателей деформации бумаги при ее растяжении. Влияние вида
используемых волокон на деформацию бумаги при ее растяжении не столь
существенно. Снижение длины волокон, уплотнение бумаги и увеличение сил
связи .между волокнами приводят к уменьшению деформации при растяже-
нии. Увеличение гибкости волокон с повышением степени их помола способ-
ствует повышению деформации при растяжении. Абсолютная величина де-
формации при растяжении является результирующей от влияния указанных
факторов. На рис. 87 в качестве примера представлена кинетика сжатия
образцов бумаги из сульфитной беленой целлюлозы при степени помола
массы 19 и 30° ШР.
2. С увеличением содержания наполнителя в образцах бумаги наблю-
дается рост суммарной деформации бумаги как при сжатии, так и. при рае-
тяжении. Однако суммарная деформация при сжатии увеличивается за счет
интенсивного роста остаточной деформации, а при растяжении — за счет
роста как остаточной, так обратимой деформации. При сжатии остаточная
деформация значительно превосходит обратимую деформацию и постепенно
увеличивается (в среднем от 75 до 85%) при использовании любого из на'
полнителей (каолина, бланфикса, талька) с ростом содержания золы от 2
до 40%. При растяжении же остаточная деформация при содержании напол-
нителя около 2% незначительна (8—10%), но интенсивно растет (Д°
43—47%) с увеличением зольности образцов до 40%- По абсолютной вели-
чине деформация при сжатии практически на 2 порядка выше, чем 11Р’1
растяжении, несмотря на преобладание величины напряжения при ра<"гЯ'
женин опытных образцов бумага На деформацию при сжатии больШ0
влияние оказывает пористость бумаги, которая интенсивно снижается 1ТР
действии нагрузки на образец, вызывая тем самым сильное уменьшение тоЛ
щины бумаги и рост суммарной деформации. Деформация при растяже1111
£ост
0,4-
0,3
0,1
о
Se
0,4
0,2
£о6р
40
л ь
0,3
О 10 20 30
3 о
Рис. 87. Кинетика сжатия образцов
бумаги из сульфитной беленой цел-
люлозы при степени помола массы
19 и 30° ШР:
•с — время опыта (через 8 мин снятие на-
грузки) ; «э > 6у > еобр, еост — деформации
эластическая, упругая, обратимая, оста-
точная; Ее — суммарная деформация
Рис. 88. Влияние вида и количест-
ва наполнителя:
слева — на сжимаемость бумаги; справа —
на растяжимость бумаги; 1 — каолин; 2 —
бланфикс; 3 — тальк; еост> еобрдеформа-
ции остаточная, обратимая: Ее —суммар-
ная деформация
н
складывается из суммы деформаций, полученных в результате распрямления
«Крученных волокон, деформации связей и отдельных волокон. Вид напол-
Вйтеля (каолин, бланфикс, тальк) оказывает незначительное влияние на де-
формационные свойства бумаги. Увеличение же содержания наполнителя
«т 2 до 40% вызывает значительное изменение этих свойств как при сжатии,
*ак и цри растяжении. На рис. 88 представлено влияние вида и количества
“Вполнителя на сжимаемость и растяжимость бумаги.
_ 3. Добавка в композицию бумаги к сульфитной беленой целлюлозе
««Лой древесной массы существенно увеличивает пухлость листа бумаги
Вызывает значительное увеличение суммарной деформации и ее составляю-
JJ*1* при сжатии: и растяжении. Добавка сульфатных (хвойной и листвен-
видов целлюлозы приводит к снижению деформационных свойств бума-
ги при сжатии и растяжении, что, по-видимому, определяется основной
ролью в этом случае упругопластических свойств самих волокон. Введение
в композицию бумаги хлопковой целлюлозы незначительно снижает дефор.
мационные свойства бумаги при сжатии, хотя величина плотности бумаги
несколько снижается, а воздухопроницаемость ее увеличивается. Очевидно
в данном случае на сжимаемость бумаги влияют факторы, действующие
в противоположных направлениях: рост воздухопроницаемости (пористости)
вызывает (увеличение ее деформаций при сжатии, а введение в 'композицию
бумаги волокон, которые оказывают большее сопротивление сжатию, чеу
волокна сульфитной беленой целлюлозы, способствует снижению деформации
бумаги при сжатии. Введение .волокон хлопковой целлюлозы в композицию
бумаги, содержащей беленную сульфитную целлюлозу, 'приводит к росту
деформаций при растяжении. Это связано как с повышением пухлости бума-,
ги, что облегчает сдвиг волокон друг относительно друга, так и с повышен,
ной гибкостью хлопковых волокон. На рис. 89 показана кинетика сжатия
Рис. 89. Кинетика сжатия об-
разцов бумаги с различным
содержанием сульфитной не-
беленой целлюлозы и белой
древесной массы:
/ — 100% сульфитной целлюлозы;
2 — 80% сульфитной целлюлозы и
20% древесной массы; 3 — 50%
сульфитной целлюлозы и _50% дре-
весной массы; 4 — 25% сульфит-
ной целлюлозы и 75% древесной
массы; т — продолжительность опы-
та (через 8 мин снятие нагрузки);
еэ, Еу, Еобр, Еост — деформации
эластическая, упругая, обратимая,
остаточная; я= — суммарная де-
формация
образцов бумаги с различным содержанием сульфитной небеленой целлю-
лозы и белой древесной массы. На рис. 90 видно влиян|ие добавки белой
древесной массы к сульфитной небеленой целлюлозе на растяжимость образ-
цов бумаги.
4. По степени снижения способности к деформированию при сжатии
виды бумаги могут быть расположены в ряд: газетная, типографская № 3,
№ 2, № 1 и типографская А одностороннего мелования. Снижение содер-
жания в композиции бумаги древесной массы и пухлости бумаги приводит
к снижению абсолютных величин упругопластической (обратимой) и оста-
точной деформаций. Наличие же мелованного слоя у типографской мело„-
ванной бумаги вызывает не только значительное уменьшение суммарной
деформации, но и приводит к резкому снижению величины остаточной
деформации. На рис. 91 представлена зависимость суммарной деформации
при сжатии и ее составляющих от величины нагрузки для различных видов
бумаги.
На упруговязкие свойства бумаги существенное влияние
оказывает явление релаксации, т. е. ослабление со време-
нем напряжений в бумаге после устранения деформирующих
усилий. Б широком смысле слова релаксационными процесса-
ми, как известно, называются протекающие во времени процес-
сы перехода из неравновесного состояния в состояние равнове-
сия. Таким образом, при оценке деформационных свойств бума-
ги фактор времени воздействия силы, деформирующей бумагу,
£
0,004
0,003
0,002
0,001
О
Содержание древесной массы, %
100 80 60 40 20 О
Содержание сульфитной целлюлозы, 7О
Рис. 90. Влияние добавки белой
древесной массы к сульфитной
небеленой хвойной целлюлозе на
растяжимость бумаги:
Еэ —суммарная деформация; еобр,
®ост — деформации обратимая, оста-
точная
Рис. 91. Зависимость суммарной
деформации 2е и ее составляю-
щих (еОбр и 8ост) от величины
нагрузки о для бумаги:
/ — газетной; 2 — типографской № 3;
5 —типографской № 2; 4 — типограф-
ской № 1; 5 — типографской А одно-
стороннего мелования
и времени, необходимого для проявления релаксации, играет
значительную роль. Если воздействие деформирующей силы
продолжалось достаточно долго, то вследствие происходящей
релаксации напряжений упругие и замедленно упругие дефор-
мации переходят в необратимые пластические, что приводит
к увеличению остаточной деформации. Например, бумага, дли-
тельно находившаяся в рулоне, после размотки сохраняет кри-
визну. Степень кривизны бумаги находится в зависимости от
Радиуса ее изгиба в рулоне: кривизна тем больше, чем ближе
бумага к поверхности гильзы, на которую она была намотана.
°тр затруднение, связанное с отсутствием плоскостности бума-
ги, практически встречается при изготовлении перфокарт, кото-
рые для устранения окручиваемости специально перегибают
8 сторону, противоположную кривизне.
Вопросами исследования реологических свойств бумаги (явление тем,
чести, остаточные деформации) занимались многие исследователи-
X. Ф. Рэйнс, В. Врехт и Д. Потман, Ж. Кемпбелл, Б. Стенберг, Б. Ивам
сон, О. Андерсон, А. X. Ниссон и др. Материалы этих работ в основной
обобщены в книгах X. Ф. Рэйнса, а также А. Д. Шустова, частично
в книгах Д. Кейси и В. П. Аликина, в которых читатель найдет подробные
сведения по этому вопросу.
Здесь следует отметить, что реологические свойства в основ-
ном изучаются путем анализа зависимости нагрузка (усилие) -L
деформация (удлинение). Значительное влияние на эту зависи-
мость оказывает анизотропия расположения волокон в листе
бумаги, что видно из рассмотрения данных Б. Стенберга, пред-
ставленных на рис. 92.
Рис. 92. Зависимость между усилием и деформацией полосок бумаги, вы-
резанных в различных направлениях (машинное направление 90°)
Рис. 93. Зависимость удлинения от нагрузки. Пунктиром показана релак-
сация напряжения при снятии нагрузки
На рис. 93 показана пунктиром релаксация напряжений
в бумаге при снятии нагрузки. При возобновлении действия
нагрузки кривая принимает свое первоначальное направление.
В. Брехт и Д. Потман указывают, что если этот второй отрезок
кривой с момента возобновления нагрузки рассматривать как
результат самостоятельного испытания, то напрашивается вы-
вод, что бумага в результате первоначальной нагрузки стала
трудно поддаваться растяжению и необходимо более сильное
натяжение, чтобы бумага удлинилась на ту величину, на кото-
рую она удлинялась раньше. Следовательно, способность бума-
ги удлиняться снизилась. Процесс, который обусловливает это
явление, Б. Стенберг назвал механическим кондиционирова-
нием.
На рис. 94 показано подобное многократное механическое
кондиционирование. Из рисунка видно, что кривые удлинений,
ответствующие увеличивающемуся и уменьшающемуся уси-
[ЯМ, между собой не совпадают, т. е. наблюдается явление
[^стерезиса.
На рис. 95, по данным Д. Кейси, показано, что при увлажне-
ний водой бумага в значительной степени теряет свои упругие
свойства и способность ее к удлинению при этом возрастает.
Реологические свойства бумаги в значительной степени опре-
деляются специфическими условиями изготовления бумаги на
бумагоделательной машине (ориентация волокон, натяжение
при сушке бумажного полотна и сушильных сукон).
Рис. 94. Зависимость между усилием и деформацией бумаги при чередова-
нии нагрузки на бумагу и устранении приложенной силы. Образец бумаги
из беленой сульфатной целлюлозы вырезан под углом 45° к машинному на-
правлению
Как показал В. Брехт, при наличии слабого натяжения бу-
маги и туго натянутых сукон, ограничивающих поперечную
усадку бумаги, достигается (в случае изотропного расположе-
ния волокон) относительно небольшая способность бумаги уд-
линяться в мокром состоянии и сравнительно большая меха-
ническая прочность при максимальной изотропии показателей.
При сильном натяжении бумаги в ее машинном направлении
и слабо натянутых сукнах достигается (в случае расположения
волокон в машинном направлении) повышенная механическая
прочность в машинном направлении при минимальной склон-
ности ее удлиняться в мокром состоянии в том же направлении.
При увеличении (до определенного предела) натяжения
бумаги в машинном направлении во время ее сушки наблюда-
йся увеличение разрывного груза и уменьшение растяжимости
в Машинном направлении листа, а также уменьшение разрывно-
г° груза при увеличении показателя относительного удлинения
6 Поперечном направлении бумаги. При этом действие натяже-
^ЙИя более сказывается на показателях бумаги в ее машинном
направлении, чем на соответствующих ее показателях в попе,
речном направлении.
В последнее время упругим свойствам бумаги уделяется все
больше внимания. Предсказание безобрывности полотна газет,
ной бумаги У. Уллуман рекомендует делать не на основании
его сопротивления разрыву, а на основании показателей упру,
гих свойств этого вида бумаги, и в частности модуля упругости
Для контроля качества газетной бумаги рекомендуется приме-
Рис. 95. Зависимость между усилием и деформацией бумаги при различ-
ной относительной влажности окружающего воздуха
нять новый прибор для измерения толщины бумаги при раз-
личном давлении. Этот прибор позволяет судить о сжимаемо-
сти бумаги, ее релаксационных свойствах и определять модуль
упругости после сжатия.
Все накопленные наукой данные свидетельствуют о том, что
реологические свойства бумаги зависят от ее структурных осо-
бенностей. Однако неоднородность строения бумаги не позво-
ляет описать ее поведение на молекулярном уровне, как это
делается, например, для однородных синтетических материалов,
свойства которых определяются методами физики твердого те-
ла, исходя из степени упорядоченности и длины молекулярный
цепей.
4.3.2. Удлинение бумаги до разрыва (растяжимость)
I Удлинение бумаги до разрыва, или ее растяжимость, харак-
теризует способность бумаги растягиваться под нагрузкой без
разрыва. При практическом применении бумага обычно подвер-
нется меньшей по величине нагрузке, чем величина ее разрыв-
ного груза. Поэтому дать характеристику бумаги до разрыва
более важно, чем просто регламентировать ее сопротивление
разрыву. К тому же при практическом применении бумаги
показатель относительного ее удлинения до разрыва, выражен-
ный в процентах, лучше характеризует прочностные свойства
бумаги, чем численные значения ее сопротивления разрыву, вы-
раженные в единицах разрывного груза или разрывной длины.
Иногда бумага, слабая по сопротивлению на разрыв, но обла-
дающая высокой степенью удлинения в практических условиях
оказывается лучшей (например, крепированная бумага для бин-
тов), чем более прочная на разрыв, но менее растягивающаяся.
Часто ошибочно считают, что снизить обрывность бумаги,
например газетной, при перемотке рулонов или при практиче-
ском использовании рулонов бумаги в типографиях можно, уве-
личив ее разрывную длину (или разрывной груз) в машинном
направлении. На самом деле можно наблюдать сокращение
числа обрывов газетной бумаги в тех случаях, когда влажность
бумаги увеличена, т. е. когда ее разрывная длина не только не
повышена, но даже снижена. Однако при этом повышенными
оказываются показатели удлинения бумаги до разрыва и со-
противления ее раздиранию. Повышенная растяжимость бума-
ги способствует перераспределению напряжений и препятствует
их опасной концентрации в отдельных местах, а увеличенное
сопротивление раздиранию препятствует распространению мел-
ких трещин. Это же было установлено нашими наблюдениями
за использованием парафинированной этикеточной бумаги для
автоматической завертки конфет. Подобное же указание позд-
нее опубликовано в статье Ж. Р. Паркера.
Способность бумаги растягиваться особо важна для упако-
вочной бумаги, мешочной, бумаги и картона для производства
Штампованных изделий (например, бумажных стаканов), пара-
финированной бумаги для автоматической завертки конфет
и др.
Отмечено, что и для газетной бумаги в целях повышения ее
эксплуатационных качеств желательно проявление в ней «теку-
чести» (ползучести), т. е. свойств повышенного удлинения даже
пРи небольшой нагрузке. И по этой причине газетную бумагу не
следует пересушивать, так как надлежащая влажность этой
бумаги обеспечивает ее надлежащую растяжимость.
- На показатель относительного удлинения бумаги оказыва-
1°т значительное влияние длина волокон, из которых изготовле-
|1а бумага, их гибкость, а также силы связи между волокнами,
практика показывает, что наибольшей способностью удлиняться
отличаются длинноволокнистые виды бумаги. При определение
результирующей влияния других двух факторов (гибкость вод0.
кон и силы связи между ними) следует учитывать, что они
действуют не строго в одном и том же направлении. Например
увлажнение бумаги способствует увеличению гибкости воло’
кон, но одновременно уменьшаются силы связи между ними
Если это уменьшение не превзойдет определенного предела, То
оно положительным образом скажется на относительном удли-
нении бумаги, так как при этом облегчается подвижность
и скольжение волокон в системе бумажного листа с устранени-
ем их жесткого закрепления и связанной с этим хрупкости
Известно, что сухая и тем более пересушенная бумага отлича-
ется пониженной способностью удлиняться до разрыва. Однако
чрезмерное увлажнение бумаги уже отрицательным образом
скажется на показателе относительного удлинения бумаги д0
разрыва, так как силы связи между волокнами станут настоль-
ко слабыми, что бумага не сможет противостоять приложенной
к ней растягивающей силе: сразу же произойдет разрыв без
заметного удлинения испытуемой полоски бумаги.
Как указывает К. Энгель, наибольшая способность растяги-
ваться отмечена у бумаги с влажностью 25%. Однако, по-види-
мому, в зависимости от вида и структуры бумаги, а также от
природы волокон, из которых она изготовлена, возможны откло-
нения от этой величины влажности и оптимальные ее значения,
соответствующие максимальному удлинению бумаги, могут
в каждом отдельном случае различаться между собой.
В. Брехт отметил, что влажное полотно бумаги после сеточ-
ного стола имеет показатель удлинения, в 3—4 раза превышаю-
щий соответствующий показатель той же бумаги в сухом со-
стоянии при сопротивлении разрыву 1/100—1/20 от соответст-
вующего сопротивления разрыву сухой бумаги.
Уменьшение относительной влажности окружающего воздуха
влечет за собой соответствующее понижение влажности бума-
34. Влияние относительной влажности окружающего воздуха
на относительное удлинение и сопротивление раздиранию мешочной бумаги
Относи- тельная влажность воздуха, % Относительное удлинение, %, в направлении Сопротив- ление раздира- нию, % Относи- тельная влажность воздуха, % Относительное удлинение, %, в направлении Сопротив- ление раздира- нию, %
машин- ном попе- речном машин- ном попе- речном
65 100 100 100 35 65,0 65,0 81,0
55 85,0 85,5 90,5 25 54,5 56,0 74,5
45 75,0 75,5 85,3 15 43,0 47,5 70,0
Примечание. За 100% принимаются значения показателей при тем-
пературе 21° С и относительной влажности окружающего воздуха 65%-
IL находящейся в атмосфере этого воздуха, а это снижает по-
Ж’затель удлинения бумаги. Одновременно снижается также
Сказатель сопротивления бумаги раздиранию (табл. 34).
Г Величина удлинения бумаги, находящейся под воздействи-
растягивающего груза, зависит от времени, в течение кото-
^)ГО приложена нагрузка. С увеличением времени воздействия
^стягивающего груза наблюдается большая величина удлине-
ния бумаги.
Т Так как размол в дисковом рафинере при высокой концент-
Ьции целлюлозы способствует фибриллированию волокон при
Максимальном сохранении их длины, этим обеспечивается
И получение высокого показателя удлинения бумаги до разры-
ли, что существенно при выработке мешочной бумаги.
Т Одновременно с удлинением полоски бумаги при ее разрыве
наблюдается уменьшение ее ширины, т. е. уменьшение ее раз-
дера в направлении перпендикулярном действию нагрузки. Это
уменьшение ширины испытуемой полоски бумаги ДЬ связано
с коэффициентом Пуассона К, равным отношению hb/ha, где
Да — величина удлинения бумаги в направлении действия на-
грузки. Как указывает В. Брехт с сотрудниками, при ДЬ=0,6%
и-Да=2% К=0,6/2=0,3.
L Величина Д6 обычно не превышает 1,5% и это уменьшение
ширины испытуемой полоски бумаги частично обратимо. Для
бумаги машинной выработки коэффициент Пуассона бумаги
в машинном направлении всегда больше, чем в поперечном
направлении (табл. 35).
35. Значения коэффициента Пуассона для различных видов бумаги
Бумага Масса, г/м3 Коэффициент Пуассона в направлении бумаги Бумага Масса, г/м2 Коэффициент Пуассона в направлении бумаги
машин- ном попе- речном машин- ном попе- речном
Для иллюстра- ционной печати 65 0,45 0,10 Калька 60 0,27 0,135
Писчая 66 0,40 0,14 Мешочная 72 0,23 0,11
Газетная 58 0,31 0,15 Целлофан 32 0,33 0,33
Экспериментально установлено, что для отливок из древес-
н°й массы ДЬ возрастает при увеличении Да независимо от
массы 1 м2 бумаги и содержания наполнителя. К и ДЬ умень-
шаются с повышением степени помола бумажной массы и пони-
жением влажности бумаги, а также в условиях, когда при суш-
Ке бумаги была ограничена ее усадка.
В значительной степени растяжимость бумаги зависит от
ехнологпческого режима ее изготовления на бумагоделатель-
°и машине и от конструктивных особенностей машины. Для
повышения способности бумаги растягиваться до разрыва необ.
ходимо принять меры, ограничивающие вытяжку бумажного
полотна при его изготовлении на бумагоделательной машице
Скорость отдельных узлов бумагоделательной машины не долж.
на иметь чрезмерно большого различия. Поэтому для регулц.
рования натяжения бумажного полотна в пределах сушильной
части машины иногда ее разбивают на большое количество
приводных секций. Усадка бумажного полотна при его сущКе
должна быть по возможности наиболее полной. Это достигается
медленной сушкой бумаги при относительно невысокой темпе-
ратуре сушильной поверхности. Растяжимость бумаги в машин-
ном направлении можно повысить сочетанием слабого натяже-
ния бумажного полотна и сильного натяжения сушильных
сукон, а в поперечном, наоборот, требуется сильное натяжение
бумажного полотна и слабое натяжение сушильных сукон.
Вытяжка бумажного полотна в пределах бумагоделательной
машины уменьшается с применением вакуум-пересасывающего
устройства, сдвоенного мокрого пресса или при максимальном
сближении прессов.
Из вспомогательных веществ, вводимых в бумажную массу,
благоприятное влияние на увеличение показателя относитель-
ного удлинения бумаги оказывают латексы, карбамидные и ме-
ламиновые смолы, крахмал, карбоксиметилцеллюлоза, маннога-
лактаны и пластификаторы.
Резко повышается растяжимость бумаги при ее крепирова-
нии и микрокрепировании. Крепирование бумаги осуществляют
на бумагоделательной машине при помощи шабера, установ-
ленного на лощильном цилиндре, а также на специальных ма-
шинах с крепирующим цилиндром.
При обычном крепировании бумаги ее растяжимость увели-
чивается в машинном направлении. В некоторых случаях при-
меняют двойное крепирование, которое повышает растяжимость
бумаги как в машинном, так и в поперечном направлениях.
Установкой шабера под углом 45° к направлению бумажного
полотна можно получить крепирование по диагонали.
На качество крепа бумаги кроме состояния оборудования
оказывают влияние многочисленные факторы: качество массы
и степень ее помола, влажность и равномерность влажности
крепируемой бумаги, масса ее 1 м2 и др. Затрудняют крепиро-
вание коротковолокнистая масса, жирный помол массы и повы-
шенная величина массы 1 м2 крепируемой бумаги. Важно, что-
бы полотно прилегало к поверхности крепирующего цилиндр3
плотно по всей ширине. Неравномерная влажность полотна,
а также колебания его массы 1 м2 вызывают и неравномерности
крепа. В результате крепирования значительно снижается про4'
ность бумаги на разрыв, компенсируемая повышением растяЖИ'
мости бумаги. По некоторым данным прочность на разрь10
крепированной бумаги относится к соответствующей прочности
бумаги-основы как 1 :2,5.
11. Крепированную бумагу применяют в основном для декора-
Крных и санитарно-гигиенических целей, а также в качестве
Жаковочного материала. Используют крепированную бумагу
Кр качестве электроизоляционной для изолирования различных
Жпов в силовых масляных трансформаторах. Она плотно обле-
зет все неровности конфигурации изолирующих узлов, обеспе-
Евая отсутствие воздушных прослоек и равномерность силово-
поля, что приводит к надежной работе и долговечности
Изоляции.
» Исследованием факторов, определяющих наилучшие условия
Жепирования шабером электроизоляционной бумаги из небе-
леной сульфатной электроизоляционной целлюлозы, занимался
К И. Новиков [150, 151]. Установлена целесообразность пред-
ларительного перед размолом набухания исходной целлюлозы
в воде на протяжении 2—3 ч. Размол целлюлозы должен осуще-
ствляться в условиях сравнительно высокой концентрации массы
йвегкого расчеса волокон с получением длинноволокнистой мас-
сы при преимущественном фибриллировании волокон и при
максимально возможном сохранении показателя средней длины
волокон. Установлены преимущества крепирования бумажного
полотна непосредственно на бумагоделательной машине в про-
цессе его изготовления по сравнению с крепированием готовой
бумаги на отдельных крепировальных установках.
В целях достижения высоких показателей механической
и электрической прочности крепированной бумаги рекоменду-
ется в прессовой части бумагоделательной машины поддержи-
вать повышенное давление при прессовании и максимальную
сухость бумажного полотна перед его сушкой. Сухость бумаж-
ного полотна перед крепированием может находиться в преде-
лах 60—80%. Температура поверхности сушильного цилиндра
не должна превышать 100° С. Хорошие результаты крепирова-
ния достигаются при угле наклона шабера к касательной
поверхности крепирующего цилиндра 30—35° и высоте рабочей
кромки шабера 0,3—0,4 мм.
Поверхностная обработка бумажного полотна непосредствен-
но перед его крепированием паром с температурой 170—190° С
способствует улучшению качества получаемого крепа и пока-
зателей механической и электрической прочности бумаги.
В процессе крепирования происходит разрыхление структу-
ры бумажного полотна. Микроскопические исследования показа-
Ли> что нижние складки крепа значительно больше разруша-
^ся, чем верхние, так как их образование происходит под не-
посредственным действием шабера, в то время как верхние
Кладки крепа образуются в результате обычного изгиба участ-
а бумажного полотна, оторванного шабером от крепирующей
оверхности. В результате поверхностной обработки бумаги
ром повышается пластичность полотна и оно меньше разру-
а«тся при крепировании.
г Экспериментально было показано, что с повышением массы
1 м2 крепируемой бумаги наблюдается закономерное укруд.
нение размеров крепа при снижении числа крепировальных ли-
ний на единицу длины образца. Аналогичное влияние на про.
цесс крепирования оказывает и увеличение высоты крепирую,
щей кромки шабера. При крепировании влажной бумаги обра.
зуются более частые и мелкие складки крепа: при увеличении
сухости бумажного полотна наблюдается уменьшение числа
складок крепа на единицу длины крепируемого образца с уве-
личением шага крепирования и размеров получаемого крепа.
Увеличение растяжимости бумаги может быть достигнуто
микрокрепированием —операцией, обычно осуществляемой
в сушильной части бумагоделательной машины. За границей
распространен метод микрокрепирования Клупак. На одной из
фабрик в Швеции этим методом вырабатывается бумага на
бумагоделательной машине шириной 7360 мм при скорости
750 м/мин. Сущность метода заключается в следующем.
В сушильной части бумагоделательной машины размещается
устройство (рис. 96), состоящее из толстого резинового беско-
Рис. 96. Схема установки Клупак для микрокрепирования бумаги:
/ — бумагосушильные цилиндры третьей сушильной группы машины; 2 — бумагонатяж-
ные валики; 3 — бумаговедущие валики; 4 — натяжной валик резинового полотна;
бесконечное резиновое полотно; 6 — ведущие валики резинового полотна; 7 — напраВ'
ляющий валик; 8 — прижимной валик; 9 — водяные спрыски; 10 — сушильный цилиндр
с хромированной поверхностью; 11 — бумажное полотно
печного полотна, ведомого валиками, снабженного правильным
валиком, натяжным валиком и прижимным валиком, а также
сушильного цилиндра с хромированной поверхностью. Бумаж-
ное полотно под резиновой лентой и при входе под прижимной
валик вытягивается и затем принудительно получает усадкУ-
вследствие чего на его поверхности образуется микрокреж
трудно различимый невооруженным глазом.
Помимо ленточного устройства Клупак для микрокрепир0'
вания бумаги в зарубежной практике получило распростране-
ние двухвальное устройство Экспанда (рис. 97), напоминают6®
обычный мокрый пресс. Обогреваемый металлический вал вра-
щается с большей скоростью, чем обрезиненный. Из-за разно-
сти скоростей движения полотна бумаги на различных участ-
ках его прохождения между валами на бумаге образуются
микроскладки. Устройства Экспанда устанавливаются на бума-
годелательной машине между сушильными цилиндрами в месте,
гДе сухость бумажного полотна составляет 65—70%.
Рис. 97. Двухвальное устройство Экспанда для микрокрепирования бумаги:
/ — сменная очищающая щетка; 2 — обрезиненный вал; 3 — подача охлаждающей во-
ды; 4 — бумажное полотно; 5 — бумагосушильные цилиндры; 6 — бумаговедущие ва-
лики; 7 — шабер; 8 — подача пара; 9 — краевые охлаждающие спрыски; 10 — обогре-
ваемый металлический вал; 11 — разгонный валик
В Советском Союзе вопросами теории микрокрепирования
и практической разработки метода микрокрепирования зани-
мался С. Р. Фарбер и позже Е. А. Кузнецов. На их опытных
установках были получены различные виды микрокрепирован-
ной бумаги. При некотором снижении разрывного груза бумаги
йикрокрепирование способствует значительному увеличению ее
растяжимости. Наблюдениями установлено, что наиболее высо-
кую корреляцию с ударной прочностью бумажного мешка обна-
руживает работа, которую нужно совершить для разрыва бума-
ги при ее деформировании. Эта работа графически характери-
зуется площадью, ограниченной осью абсцисс, на которой отло-
жен показатель удлинения бумаги, и экспериментальной кривой
зависимости удлинения от нагрузки (на оси ординат отложен
Соответствующий разрывной груз бумаги).
Микрокрепированная бумага характеризуется большей пло-
щадью, а следовательно, и большей динамической прочностью
1РИС. 98). Испытание бумажных мешков на сбрасывание также
выявило преимущество микрокрепированной бумаги по сравне,
нию с обычной.
Кроме изготовления мешочной бумаги, метод микрокрепи-
рования можно применять и при изготовлении других видОв
бумаги, для которых важным является показатель относитель-
ного удлинения бумаги, например бумаги-заменителя марли
в корешках книг, некоторых марок бумаги-основы для пара.
финирования и битумирования и даже, как указывает
X. Л. Хемрик, для газетной бумаги.
Рис. 98. Зависимость удлинения бумаги от разрывного
груза:
1 — обычной мешочной; 2 — микрокрепированной
У микрокрепированной бумаги с большим количеством во-
локон, подвергнутых продольному сжатию, с ростом показате-
ля относительного удлинения отмечается также повышенное
сопротивление надрыву, снижение жесткости и повышенная
пластическая деформация.
К. Крингстад и К- Эллефсен установили, что пергаментация
серной кислотой способствует повышению показателя относи-
тельного удлинения бумаги. При этом растяжимость бумаги из
сульфатной целлюлозы возрастает более, чем растяжимость бу-
маги из сульфитной целлюлозы.
При обработке бумаги двуокисью азота (в газообразной
или в жидкой среде) также отмечается рост растяжимости
бумаги. Предполагается, что кислота, образующаяся из дву-
окиси азота и воды, вызывает эффект пергаментации волокон,
аналогичный действию серной кислоты.
4.3.3. Жесткость
Под жесткостью материалов обычно понимается их сопро-
тивляемость деформациям, возникающим в них под действием
внешних сил и нагрузок. Это определение, принятое в курсе
сопротивления материалов для сооружений и механизмов в от-
дельных их частях или в целом виде, полностью применимо
к листу бумаги или картона, а также к изделиям из них: ко-
робкам, чемоданам, гильзам, бумажной посуде и пр.
Лист бумаги, лежащий на двух опорах и обнаруживают»11
при этом незначительную стрелу прогиба, может считаться
жестким. В противоположность этому бумага в аналогичны*
условиях и при том же расстоянии между опорами, обнаруЖ1*'
’ваюшая значительный прогиб, не может считаться жесткой
• в ее называют вялой. Не следует, однако, смешивать указан-
ное выше определение жесткости с кажущейся жесткостью или
жесткостью на ощупь, о которой судят по совокупности воспри-
ятий звонкости при перелистывании, ощущения твердости
И прочим субъективно воспринимаемым признакам. Нередко
понятию «жесткий» противопоставляют понятие «мягкий», на-
пример жесткий и мягкий вагоны, жесткая и мягкая вода, жест-
кая и мягкая целлюлоза. Однако, исходя из применяемых
*в курсе сопротивлений материалов методов их исследований,
понятию «мягкий» противоположно не «жесткий», а «твердый».
Так и судят о материалах, подвергаемых испытанию, например,
методами Бринеля, Шора, Мартенса и др. Поэтому примени-
тельно к потребительским свойствам бумаги противопоставлять
мягкой бумаге жесткую не следует.
Когда говорят о жесткой и мягкой целлюлозе, имеют
в виду различную степень их провара при варке, т. е. различ-
ную степень делигнификации. При этом известно, что из более
делигнифицированной целлюлозы при прочих равных условиях
можно получить более мягкую бумагу. Этим и руководствуют-
ся при выработке различных видов бумаги санитарно-гигиени-
ческого назначения. Как показали Е. А. Хойецян и Б. Г. Милов,
свойство мягкости вырабатываемой бумаги улучшается по мере
перехода от использования сульфатной целлюлозы через би-
сульфитную к сульфитной.
| Иногда пишут, что в результате применения в бумаге мине-
рального наполнителя, а также в результате каландрирования
увеличивается ее мягкость. Это нельзя признать правильным,
так как в обоих случаях снижается сжимаемость бумаги под
действием нагрузок, т. е. повышается твердость бумагу, а не
мягкость. Одновременно при этом обычно снижается жесткость
или повышается вялость бумаги.
С увеличением межволоконных сил связи в бумаге жест-
кость ее в большинстве случаев повышается и, наоборот, ослаб-
ление межволоконных сил связи уменьшает жесткость. Дейст-
вительно, при увлажнении бумаги водой, а также при введении
Пластификаторов и ослаблении при этом межволоконных сил
(связи жесткость бумаги снижается. Введение в бумажную мас-
}У крахмала, карбоксиметилцеллюлозы, жидкого стекла и дру-
гих веществ, увеличивающих силы связи между волокнами,
Вовышает жесткость бумаги. Одновременно наблюдается и уве-
ичение модуля упругости бумаги.
Как указывает Кемпбелл, жесткость бумаги при растяже-
нии в результате размола используемой бумажной массы быст-
Ж1 возрастает, а затем остается практически постоянной, при-
мерно в 2 раза большей, чем в случае применения неразмоло-
•ой целлюлозы. По мнению Кемпбелла, мокрое прессование
{^сколько увеличивает силы связи между волокнами и несколь-
Ь повышает жесткость бумаги при растяжении, что заметно
при использовании неразмолотой или слаборазмолотой целлю-
лозы. Сухое прессование бумаги не увеличивает силы связи
между волокнами и поэтому не оказывает практически влияния
на жесткость при растяжении. Если относительная влажность
окружающего воздуха уменьшается с 95 до 65%, то силы свя-
зи между волокнами заметно возрастают и это приводит
к повышению жесткости бумаги при растяжении. Дальнейшее
снижение влажности до 5% хотя и приводит к дальнейшему
увеличению сил связи, но заметно не отражается на величине
жесткости бумаги при растяжении. Наличие в бумаге волокон
извилистой формы, чему способствует свободная усадка воло-
кон, приводит к уменьшению жесткости бумаги при растяже-
нии. Вместе с тем повышение натяжения бумажного полотна
еще до его сушки способствует увеличению жесткости бумаги
при растяжении. Кемпбелл также считает, что при всех прочих
равных условиях величина длины волокон заметно не влияет
на жесткость бумаги при растяжении.
Из сказанного выше видно, что введение в композицию
бумаги минерального наполнителя, приводящее к увеличению
вялости бумаги (снижению ее жесткости), происходит за счет
снижения величины сил связи между волокнами. Это положе-
ние, однако, справедливо при сравнении образцов бумаги
с постоянной величиной массы 1 м2, т. е. таких образцов, в ко-
торых количество волокнистого материала уменьшается
в зависимости от содержания наполнителя (зольности).
При сравнении образцов бумаги с переменной массой 1 м2,
т. е. таких образцов, в которых количество волокнистого мате-
риала остается постоянным, а содержание наполнителя (золь-
ность) изменяется, наблюдается по мере увеличения содержа-
ния в бумаге наполнителя повышение ее жесткости на изгиб,
несмотря на снижение при этом величины межволоконных сил
связи. В данном случае увеличение жесткости бумаги связано
с увеличением ее толщины. Гипс, как более грубодисперсный на-
полнитель, приводит к более сильному повышению жесткости
на изгиб, чем каолин.
Что касается снижения жесткости бумаги в результате
каландрирования, то здесь, по-видимому, решающим фактором
является снижение толщины бумаги, хотя силы связи между
волокнами могут при этом процессе иногда и возрастать.
Из курса сопротивления материалов известно, что жесткость
материала характеризуется произведением модуля его упруго-
сти Е на момент инерции 7. Последний для листового материа-
ла пропорционален его толщине в третьей степени. Очевидно,
что при одной и той же массе 1 м2 рыхлая бумага будет иметь
большую толщину, а следовательно, и больший момент инеР'
ции. Поэтому даже при некотором снижении величины моду-т]Я
упругости материала могут повыситься как жесткость самого
материала, так и изготовляемой из него тары. Это подтвер'
ждается результатами проведенных автором промышленных вН'
саботок жесткой коробочной бумаги однослойного и двухслой-
ного отлива и испытаний ее у потребителей в системе пищевой
лромышленности. При улучшении качества бумаги одновремен-
до отпала необходимость уплотнения ее пропуском через cvnep-
каландр (поверхность бумаги лучше выглаживать на лощиль-
ном цилиндре). Оказалась возможной замена в композиции
коробочной бумаги значительного количества целлюлозы более
дешевым полуфабрикатом — белой древесной массой.
На одном из предприятий Голландии в композиции внутрен-
дего слоя картона при сочетании с товарной древесной массой
дз хвойной древесины была использована в количестве 40%
древесная масса, полученная трехступенчатым рафинировани-
ем щепы из древесины тополя. При этом был получен картон,
который по сравнению с картоном из 100%-ной хвойной древес-
дой массы отличался повышенной пухлостью и более
высокой жесткостью даже при меньшей величине массы 1 м2
полотна.
Так как с увеличением массы 1 м2 бумаги увеличивается ее
толщина, очевидно, что одновременно повысится ее жесткость.
Это подтверждается наблюдениями, которые показали, что
с увеличением массы 1 м2 бумаги в пределах 75—240 г жест-
кость бумаги увеличивается в линейной зависимости. С повы-
шением степени помола бумажной массы до 75° ШР при посто-
янной массе 1 м2 уменьшается жесткость бумаги за счет умень-
шения ее толщины, хотя при этом и наблюдается тенденция
к увеличению модуля упругости бумаги в начальном периоде
размола. С повышением удельного давления при мокром прес-
совании бумаги снижается показатель ее жесткости при изгибе
вместе со снижением толщины бумаги. При этом одновременно
увеличиваются межволоконные силы связи и модуль упругости
бумаги из сульфитных видов целлюлозы при сравнительно ма-
лом изменении модуля упругости бумаги из сульфатных.
Увеличение плотности бумаги, не содержащей в композиции
минерального наполнителя, без снижения ее толщины повыша-
ет жесткость бумаги за счет увеличения межволоконных сил
©вязи. Данные корреляционного анализа испытаний отливок
вумаги, выполненного Р. М. Келлогом и Ф. Ф. Вангаардом, по-
казали, что колебания модуля упругости бумаги на 89% зави-
• т от плотности бумаги и жесткости волокон в продольном
вправлении.
t Данные корреляционного анализа, выполненного В. И. Кома-
Р'-вым, в условиях отсутствия факторов, избирательно действу-
ющих на те или иные показатели механической прочности
•Умаги, свидетельствуют, что модуль упругости связан с сопро-
тивлениями излому и разрыву прямо пропорциональной, а с со-
Ютивлснием раздиранию обратно пропорциональной зависи-
мостью.
! Абсолютную величину модуля упругости бумаги можно оп-
г Делять различными методами, которые могут быть статически-
ми и динамическими. Эти методы основаны на известных реще,
ниях задач теории упругости, связывающих усилия, приложен,
ные к испытуемому образцу, с возникающими деформациями
В случае истинно упругого материала значения, полученные
разными методами, должны совпадать. Для не вполне упруг!1х
материалов, к которым относится бумага, наблюдается сущее?,
венное различие в величине измеряемого разными методами
модуля упругости, так как суммарная деформация образца
может включать значительные остаточные деформации. Быд0
установлено [71], что при определении значений модуля упру,
гости, ближе всего отвечающих истинным, образцы бумаги
должны быть возможно более изотропными, в них должны со-
здаваться минимально возможные деформации, а ширина испы-
туемых образцов должна быть достаточно большой, чтобы
нивелировать разброс опытных точек из-за неравномерностей
в возникающих напряжениях и мозаичности материала.
Изменение структуры бумаги крепированием или другим
методом либо повышает жесткость бумаги, либо увеличивает ее
вялость в зависимости от того, каким образом ведется процесс.
Если он ослабляет силы связи между волокнами, то жесткость
бумаги снижается и, наоборот, с увеличением межволоконных
сил связи жесткость бумаги повышается. Так, если нарушать
структуру бумаги, подвергая ее в сухом виде крепированию или
пропуску между рифлеными валами, то бумага становится бо-
лее вялой. При этом чем более будет измята бумага, нарушена
ее структура и ослаблены связи между волокнами, тем в боль-
шей степени снизится жесткость бумаги. При крепировании
бумаги во влажном состоянии и с добавлением раствора крах-
мала полученная бумага будет отличаться повышенной
жесткостью.
Для получения жесткого крепа бумажное полотно на спе-
циальных машинах перед крепированием пропускают через ван-
ну с 5—10%-ным раствором крахмала. Затем бумага при сухо-
сти 45% поступает на крепирующий цилиндр, к поверхности
которого ее прижимает прижимный валик. Шабер снимает по-
лотно при его сухости приблизительно 80%.
Из указанного следует, что уменьшение сил связи между
волокнами снижает жесткость бумаги (видимо, за счет умень-
шения модуля упругости. Е). Вместе с тем повышение рыхлости
бумаги, сопровождаемое увеличением ее толщины при одновре-
менно некотором неизбежном уменьшении сил связи между
волокнами, может привести к увеличению жесткости бумаги (за
счет увеличения момента инерции I). Таким образом, для Д°'
стижения максимальной жесткости бумаги (т. е. произведения
Е1) должно быть оптимальное соотношение между пределом
увеличения ее рыхлости и пределом возможного уменьшения
межволоконных сил связи. Другими словами, при постоянно’1
массе 1 м2 бумаги для получения максимальной жесткост11
желательно максимальное увеличение толщины бумаги (з2
,ет снижения ее плотности) при одновременном минимальном
щжении сил связи между волокнами.
Эти положения, ранее высказанные автором на основании
.еретического анализа и своих практических данных, впослед-
ствии нашли себе полное подтверждение в наблюдениях
К. в. Килипенко и Н. Е. Трухтенковой. С применением других
методов испытаний они установили, что при выработке пачеч-
кой бумаги наилучшие результаты формования пачек — на ав-
томатах, а наиболее высокая жесткость пачек была получена
е использованием бумаги машинной гладкости, имеющей плот-
ность 0,54—0,57 г/см3. Бумага, уплотненная в суперкаландре до
плотности 0,62—0,64 г/см3, обнаружила худшие свойства за счет
уменьшения ее толщины и, следовательно, уменьшения момента
инерции. Бумага с плотностью ниже 0,5 г/см3 также обнаружи-
ла пониженную жесткость и другие недостатки за счет чрезмер-
ного уменьшения в такой рыхлой бумаге сил связи между во-
локнами и снижения величины модуля упругости. Указанные
авторы подтвердили и выводы автора этой книги о влиянии
наполнителя на жесткость бумаги. Ими с учетом требуемой
жесткости и печатных свойств были рекомендованы нормы со-
держания наполнителя в пачечной бумаге различного назначе-
ния.
Каландрирование бумаги или картона, как указано выше,
снижает жесткость этих материалов. Считается, что при калан-
дрировании сухого картона жесткость его изменяется обратно
пропорционально квадрату плотности. При каландрировании
увлажненного картона за счет образования дополнительных
связей жесткость его изменяется менее резко, а именно обратно
пропорционально плотности.
Для некоторых видов бумаги (салфеточной, полотенечной,
шелковки, нотной, пергамента, чертежной прозрачной и др.)
повышенная жесткость является дефектом. Для других видов
бумаги (коробочной, карточной и пр.), а также для многих ви-
дов картона она весьма желательна. Так, к числу основных
требований, предъявляемых к картону для складных коробок,
относится требование надлежащей жесткости этого картона
в машинном и в поперечном направлениях. Формы заготовок
Для коробок, а также направление разрезания этих заготовок
определяются соответственно с соотношением жесткости карто-
на в машинном и в поперечном направлениях.
Определяющим фактором жесткости многослойного картона
является жестокость его наружных слоев, для изготовления кото-
рых должна использоваться масса с волокнами, обладающими
Наиболее высоким модулем упругости. Основное назначение
сРедних слоев—увеличение момента инерции картона. Совер-
шенно необходима повышенная жесткость у гофрированного
Партона. Для ее достижения нужен надлежащий выбор исход-
°го волокнистого материала, а также связующего (жидкое
текло обеспечивает более высокую жесткость картона, нежели
крахмал). Кроме того, жесткость гофрированного картона оц.
ределяется его конструкцией (число слоев, высота и шаг гофр)
Бумагу-основу для гофрирования часто изготовляют щ
полуцеллюлозы, вырабатываемой из древесины лиственных по-
род по моносульфитному методу. Однако подобная масса це
обеспечивает достаточно высокой влагопрочности бумажного
полотна и поэтому при выработке бумаги наблюдаются обрывы
полотна в мокрой части машины. Во избежание этого рекомен-
дуются два пути: либо варить целлюлозу из смеси лиственных
пород с хвойными, либо добавлять к лиственной полуцеллюло-
зе хвойную сульфатную целлюлозу высокого выхода. В обоих
случаях в результате получается более длинноволокнистая мас-
са, обеспечивающая повышенные показатели жесткости бумаги
при изгибе и ее влагопрочности.
Хорошие результаты при выработке бумаги для гофрируе-
мого слоя картона были получены также при использовании
в композиции массы этой бумаги макулатуры, содержащей до-
статочно длинные волокна. Иногда при выработке этой бумаги
применяют соломенную или тростниковую целлюлозу.
Работой И. И. Генева показана возможность значительного
увеличения показателя жесткости бумаги-основы для гофриро-
вания путем поверхностной обработки бумаги некоторыми
химикатами (силикатом натрия, модифицированными крахма-
лами, лигносульфонатами и др.). Повышение жесткости бума-
ги, характеризуемой сопротивлением плоскостному сжатию по
Конкору, путем ее поверхностной обработки — важное направ-
ление в улучшении качества бумаги-основы для гофрирования,
одновременно открывающее перспективу снижения массы 1 м2
этого вида бумаги.
Для определения жесткости и модуля упругости бумаги,
картона и тому подобных материалов автором с сотрудниками
УкрНИИБа разработана конструкция прибора ЖБЙ-1. Этот
прибор был изготовлен в УкрНЙИБе и с его помощью удалось
выявить влияние ряда технологических факторов на жесткость
бумаги при изгибе. Кроме уже указанного выше, было установ-
лено, что из испытанных видов полуфабрикатов наибольшую
жесткость бумаге обеспечивала сульфатная беленая листвен-
ная целлюлоза.
Результаты последующих опытов показали, что при увели-
чении в бумажной массе количества лиственной целлюлозы
жесткость бумаги при изгибе возрастает. Наблюдениями уста-
новлено, что с повышением в бумаге содержания белого кани-
фольного клея жесткость ее при изгибе несколько уменьшается.
Жесткость бумаги при изгибе с введением пластификатора
(глицерина) уменьшается. При этом уменьшаются величины
межволоконных сил связи и модуля упругости. Момент инер-
ции поперечного сечения практически остается постоянным. Сле-
дует отметить, что величина межволоконных сил связи в этом
случае уменьшается гораздо больше (около 75—64%), чем не'
ичина модуля упругости (примерно 14—30%) у бумаги, изго-
товленной из сульфатной небеленой и сульфитной беленой цел-
люлозы соответственно. Поэтому при введении пластификатора
1цижение модуля упругости, а равно и жесткости бумаги при
изгибе в большей степени зависит от уменьшения величины
дежволоконных сил связи. Если и наблюдается изменение ве-
личины модуля упругости отдельных волокон при пластифика-
ции бумаги глицерином, то влияние этого фактора имеет второ-
степенное значение, так как в противном случае величина моду-
[ля упругости образцов должна была бы больше уменьшаться,
Цем величина межволоконных сил связи.
При изготовлении некоторых видов бумаги и картона иногда
в бумажную массу вводят различного рода латексы. Их влия-
ние на жесткость волокнистого материала зависит от вида ла-
текса и волокнистого материала. Наблюдения показали, что
хлоропреновый латекс марки Л-7 почти не изменяет жесткость
волокнистого материала из беленой сульфатной целлюлозы
и снижает ее у волокнистого материала из беленой сульфитной
Лллюлозы.
Бутадиенстирольные латексы, обозначаемые в СССР общим
индексом СКС, получают эмульсионной сополимеризацией
бутадиена со стиролом. Влияние этих латексов на жесткость
волокнистого материала определяется в первую очередь содер-
жанием в латексе стирола. Повышенное содержание стирола
в латексе приводит к получению водонепроницаемого, жесткого
и прочного волокнистого материала. Латекс с пониженным
содержанием стирола, будучи введен в волокнистый материал,
проявляет себя как эластомер: наряду с водонепроницаемостью
он придает волокнистому материалу эластичность при относи-
тельно невысоких показателях механической прочности. Рабо-
той Астраханского филиала ВНИИБа установлено, что приме-
нительно к выработке водонепроницаемого картона наилучшие
показатели механической прочности, жесткости и водонепро-
ницаемости были получены при использовании в композиции
этого картона латекса марки СКС-75к, т. е. содержащего 75%
стирола.
Жесткость бумаги зависит и от жесткости волокон, из кото-
рых она изготовлена. Эта зависимость в тонкой бумаге, как
(утверждает ван ден Аккер, должна быть более отчетливо выра-
жена, чем в толстой бумаге (или картоне), для которой в боль-
шей степени оказывает влияние на жесткость величина межво-
локонных сил связи.
Р. Рейзинь экспериментально показал, что жесткость воло-
кон в больших пределах изменяется в зависимости от их влаж-
ности. Им же показано, что величины площадей межволоконных
Контактов в волокнистых материалах зависят от жесткости сте-
Нок волокон, т. е. от способности волокон сплющиваться. Волок-
-Нистый материал становится более монолитным, если он изго-
1т°влен нз волокон, которые легко поддаются внешнему давле-
нию и образуют в результате этого большую площадь взаим-
ных контактов. Очевидно, и это подтверждается практикой, что
жесткие волокна, например волокна древесной массы, образу-
ют пористую бумагу.
Чтобы определить влияние жесткости при изгибе исходных
волокон на жесткость изготовляемой бумаги, В. И. Комаров
и Н. А. Дьяков под руководством автора провели серию опы-
тов, при которых были использованы волокна сульфатных
небеленых видов целлюлозы, содержащие различные количест-
ва лигнина.
Жесткость волокон при изгибе определялась по методу
Самуэльсона. Было установлено, что с увеличением содержания
в волокнах лигнина их жесткость при изгибе возрастает в ли-
нейной зависимости. Повышение температуры сушки волокон
значительно увеличивает их жесткость. Установлен линейный
характер зависимости жесткости бумаги при изгибе от жест-
кости отдельных волокон. С увеличением жесткости при изгибе
отдельных волокон возрастает как модуль упругости изготов-
ленной из них бумаги, так и момент инерции поперечного сече-
ния образцов.
Опытами В. И. Комарова с использованием различных фрак-
ций древесной массы установлено, что наибольшей жесткостью
при изгибе обладают образцы бумаги, изготовленные из грубо-
дисперсной первой фракции. Они характеризуются значитель-
ной величиной момента инерции поперечного сечения, которая
обусловливает в данном случае большую жесткость при изгибе.
С использованием мелкой фракции древесной массы возрастают
величины модуля упругости бумаги и межволоконных сил
связи.
На жесткость бумаги при изгибе оказывает также влияние
ориентация волокон в бумаге. Увеличение ориентации волокон
в машинном направлении приводит к значительному возраста-
нию жесткости при изгибе именно в этом направлении. Во всех
случаях жесткость бумаги при изгибе при деформации образ-
ца на верхнюю сторону была большей по сравнению с дефор-
мированием на сеточную сторону. Это важно учитывать при
изготовлении тары из бумаги.
Жесткость волокон и бумаги придает ей свойство хрупкости.
Поэтому такая бумага, несмотря даже на высокое сопротивле-
ние разрыву, может иметь пониженные показатели сопротивле-
ния излому и раздиранию.
4.3.4. Пластификация бумаги
Для улучшения потребительских свойств некоторые виды
бумаги необходимо пластифицировать. При этом бумага дела-
ется пластичной и теряется ощущение ее жесткости. Она не
только «не гремит» при переворачивании листов, но даже стано-
вится бесшумной при перелистывании. На плоской поверхности
। пластифицированная бумага не скручивается. Одновременно
пластификация способствует повышению показателей сопротив-
ления бумаги излому и ее удлинения до разрыва. Сопротивле-
I ние же бумаги разрыву, как правило, заметно снижается.
Пластификации подвергают пергамин, чертежную прозрач-
Г; ную бумагу, подпергамент, пергамент, бумагу для декалькома-
нии, диаграммную для самопишущих приборов, бумагу-основу
для фотокальки, парафинирования, салфеток, скатертей, поло-
тенец, носовых платков и др.
Парафинированную бумагу, например, применяют для за-
I вертывания конфет с целью предохранения их от действия вла-
ги окружающего воздуха. В связи с переходом от ручного спо-
соба завертывания конфет к автоматизированному машинному
I потребовалась бумага повышенного качества. Однако примене-
I ние на бумажных фабриках полуфабрикатов с более высокими
показателями механической прочности, осуществление размола
с повышением степени помола бумажной массы и другие меро-
приятия, способствовавшие существенному увеличению разрыв-
ной длины бумаги, практически не позволили разрешить про-
блему борьбы с браком при автоматическом завертывании
конфет в парафинированную бумагу.
Наблюдения показали, что в данном случае показателями
пригодности бумаги являются не показатели ее разрывного гру-
за или разрывной длины, а показатели удлинения бумаги и ее
сопротивления раздиранию. Эффективное средство, повышаю-
щее удлинение бумаги,— ее пластификация соответствующим
увлажнением с добавкой пластификатора.
Для этой цели рекомендуется использовать 5—15%-ный
раствор сорбита нормальной температуры или подогретый до
30° С. Полезной оказалась также одновременная пластифика-
ция наносимого на бумагу парафинового покрытия. В этих ус-
ловиях бумага успешно использовалась по своему назначению,
хотя она и отличалась несколько меньшими, чем ранее, пока-
зателями разрывного груза и разрывной длины.
В качестве пластификаторов бумаги обычно применяют
водные растворы глицерина, сорбита, маннита или гликолей,
иногда с добавкой сахарного сиропа. В некоторых случаях ис-
пользуют смеси пластификаторов, например смесь водных раст-
воров глицерина и сорбита. Для пластификации пергамента
часто применяют водный раствор поваренной соли. Так как вве-
дение большинства пластификаторов в бумажную массу свя-
зано с потерями в результате промоев, то обычно пластифици-
РУЮт готовую бумагу поверхностной обработкой пластифици-
рующими веществами.
Самый дешевый способ пластификации бумаги — повышение
ее влажности. Однако практически очень трудно получить
и постоянно поддерживать в бумаге нужную степень влажно-
Сти> так как она меняется в зависимости от относительной
важности окружающего воздуха. Поэтому когда требуется
долговременное смягчение бумаги, необходимо вводить в ее
структуру гигроскопический, по возможности нелетучий, пла-
стификатор.
Механизм пластификации бумаги водой в основном заклю-
чается в набухании волокон, которые становятся при этом бо-
лее гибкими. Силы трения между сопряженными поверхностя-
ми волокон снижаются, так как вода служит своеобразной
смазкой. Жесткие и прочные водородные связи между цепями
целлюлозы заменяются менее прочными и более гибкими водя-
ными мостиками, что и обусловливает снижение прочности
бумаги на разрыв с одновременным повышением ее сопротив-
ления излому и относительного удлинения до разрыва.
П. Незеркат указывает, что хотя пластификаторы уже давно
применяются в бумажной промышленности, тем не менее точ-
ный механизм смягчения ими бумаги еще хорошо не установ-
лен. Проведенные им опыты показали, что эффект пластифика-
ции бумаги глицерином и карбамидом объясняется не только
гигроскопическим характером этих пластификаторов, о чем
свидетельствует тот факт, что в условиях одного и того же вла-
госодержания пластифицированные листы бумаги оказались
менее жесткими по сравнению с непластифицированными.
В результате произведенных исследований, П. Незеркат пришел
к выводу, что жесткость плотного листа бумаги почти всегда
определяется прочностью связи между волокнами и эффект
действия пластификаторов сводится к ослаблению межволокон-
ных сил связи.
Как указывает Дж. X. Янг, наличие глицерина (С3Н8О3)
в бумаге увеличивает содержание влаги на количество, прибли-
зительно равное добавляемому глицерину. Наиболее заметный
эффект от введения глицерина наблюдается при низкой отно-
сительной влажности окружающего воздуха. Именно в этих
условиях глицерин, а не адсорбированная им вода смягчает
бумагу. Поглощенная глицерином вода лишь повышает его
смягчающие свойства.
Для пластификации бумаги глицерин, являющийся трех-
атомным спиртом, вводится обычно в пределах от 3 до 20%
к массе бумаги. Однако это не крайние границы. Известно,
например, что пергамент пластифицирует при расходе глицери-
на 2,5%, хотя введение его менее 3% считается неэффектив-
ным. Некоторые виды пергамента содержат глицерин в количе-
стве ЗО°/о- Из литературных источников известно также, что
в бумаге-основе тары под молоко содержание глицерина не
превышает 5%, а в бумаге, предназначенной для упаковки по-
рошков с высокой влажностью,— 16%. Пергамин пластифи-
цируется в клеильном прессе 10%-ным водным раствором гли-
церина. Иногда рекомендуют обрабатывать бумагу глицерином
в две стадии: сначала в сушильной части машины вводится
4%, а затем перед каландрированием на суперкаландре — 8%-
Благодаря своей гигроскопичности глицерин ускоряет впи-
тывание воды бумагой. Так, бумага, не содержащая глицерина,
поглощает каплю воды за 109 с, а та же бумага с содержанием
3% глицерина — за 70 с.
Г. Леффингвел и В. А. Лессер указывают на возможность
применения глицерина для пластификации бумаги и различных
наносимых на бумагу покровных слоев, например при пласти-
фикации упаковочных видов бумаги, предназначенных для за-
вертывания пищевых продуктов, чему способствует абсолютная
безвредность глицерина и отсутствие запаха. Они рекомендуют
использовать глицерин также при одновременной обработке
бумаги составами, придающими ей огнестойкость. Известно, что
и в производстве влагопрочных видов бумаги, в композиции
которых имеются карбамидо- и меламнноформальдегидные
смолы, применяется глицерин для снижения жесткости этих ви-
дов бумаги. Для увеличения жиронепроницаемости некоторых
упаковочных видов бумаги их обрабатывают 1%-ным раство-
ром альгината, в который введено 5% глицерина.
Рис. 99. Влияние пластификаторов на скручиваемость образцов прозрачной
бумаги из 100% беленой сульфитной целлюлозы с 6% крахмала:
I — бумага без пластификатора; 2 — в бумажную массу добавлено 1.5% техниче-
ской глюкозы к массе волокон; 3 — бумага во влажном состоянии пропущена через
раствор глицерина
Проведенные автором опыты искусственного старения
высокопрозрачной бумаги-основы для фотокальки, изготовлен-
ной из 100% беленой сульфитной целлюлозы и с содержанием
6% крахмала от массы волокон, показали, что пропитка бума-
ги в целях ее пластификации 10%-ным раствором глицерина
способствовала заметному повышению устойчивости бумаги
к искусственному старению как под кварцевой лампой (4 ч),
так и в термостате (12 ч при температуре 130°С). Этими же
°пытами было установлено, что в результате пластификации
Разрывная длина бумаги снизилась, а показатели удлинения
бумаги до разрыва и сопротивления излому повысились
(табл. 36). Повысилась также и прозрачность бумаги.
О снижении склонности бумаги скручиваться под действием
Пластификаторов можно судить по рис. 99, на котором пред-
ставлен внешний вид бумаги-основы для фотокальки без пла-
стификатора, с добавкой в бумажную массу 1,5% к массе
36. Основные показатели физико-механических свойств
образцов бумаги-основы для фотокальки (пластифицированных
и непластифицированных) до и после искусственного старения
Показатель
Разрывная длина, м:
до искусственного ста-
рения
после искусственного
старения:
под кварцевой лампой
в термостате
Удлинение при разры-
ве, %:
до искусственного ста-
рения
после искусственного
старения:
Образцы
бумаги
8220
7940
7770
4330
4350
4350
5,0 8,1
Показатель
под кварцевой лам-
пой
в термостате
Сопротивление излому
(число двойных пере-
гибов):
до искусственного
старения
после искусствен-
ного старения:
под кварцевой лампой
в термостате
Образцы
бумаги
7,3
6,0
ИЮ 1430
640 1190
420 1500
волокон технической глюкозы и бумаги, обработанной с поверх-
ности раствором глицерина.
Сорбит-спирт состава СбНнОб, получаемый при гидрогени-
зации глюкозы, бесцветен, не имеет запаха, нетоксичен и мо-
жет быть использован при пластификации различных видов
бумаги, применяемых для упаковки пищевых продуктов. Мно-
гие авторы рекомендуют бумагу-основу для парафинирования
пластифицировать 5—15%-ным водным раствором сорбита.
После парафинирования такую бумагу можно применять для
завертки конфет. Сорбит используется в качестве пластифика-
тора не только в производстве бумаги, но и для пластифика-
ции целлофана, линолеума. По сравнению с глицерином сорбит
более стоек к изменениям влажности окружающего воздуха. Он
поглощает меньше влаги и соответственно меньше ее теряет
в сухом воздухе, чем глицерин и другие пластификаторы.
Поэтому и бумага, обработанная сорбитом, более стойка
к изменениям относительной влажности окружающего воздуха
и может храниться более длительное время. При пластифика-
ции бумаги летучим смягчителем потери пластификатора
в процессе сушки могут достигать 30%. При использовании сор-
бита такой опасности нет, так как он практически нелетуч-
Сорбит хорошо смешивается с глицерином, гликолями и ДРУ'
гими пластификаторами, что позволяет применять их совместно-
Так, для пластификации бумаги рекомендуются следуют1*6
рецепты (в частях по массе): 55 сорбита, 15 глицерина и 30 во-
„и или 60 сорбита, 10 гликоля и 30 воды. Преимущество сорби-
та в том, что, смягчая бумагу, он не делает ее липкой.
При покрытии бумаги пленками лака для придания пленке
большей гибкости и повышения ее сопротивления излому мно-
гие пластификаторы вводятся в качестве добавки к пленкооб-
разующему веществу в количестве 10—25% в зависимости от
предъявляемых к пленке требований, вида пленкообразующего
вещества и вида пластификатора.
Действие пластификаторов в подобных случаях обычно объ-
ясняют тем, что они раздвигают макромолекулы пленкообра-
зующих веществ, облегчают их скольжение относительно друг
друга и этим способствуют повышению пластичности материа-
ла. Если пластификатор способен растворять пленкообразую-
щее вещество, то при этом ослабляются прочностные свойства
пленки при одновременном повышении ее пластичности. Пла-
стификаторы, не растворяющие пленкообразующее вещество,
проникают чисто механически только в ослабленные места, где
расстояние между частицами повышено, и осуществляют, таким
образом, лишь ограниченную пластификацию. Установлено, что
их добавка к пластификаторам, растворяющим пленкообразую-
щее вещество, во многих случаях усиливает пластификацию
материала при относительно небольшом снижении механиче-
ской прочности пленки.
При выборе пластификатора необходимо учитывать его
летучесть, токсичность, стойкость по отношению к растворите-
лям и жирам, запах, совместимость пластификатора с пленко-
образующим, а также его свойства при низких и повышенных
температурах. Для пластификации наносимых на бумагу пле-
нок часто используют дибутилфталат, трикрезилфосфат, бутил-
гликолят, касторовое масло и др.
Дибутилфталат—бесцветная, нерастворимая в воде жид-
кость, получаемая путем воздействия фталевого ангидрида на
бутиловый спирт. Растворяется в органических растворителях
И маслах.
Трикрезилфосфат — жидкость с желтоватым оттенком, полу-
чаемая нагреванием крезола с хлористым соединением фосфора.
Серьезный недостаток этого пластификатора — низкая свето-
стойкость, из-за которой пленки с этим пластификатором жел-
теют на свету.
Касторовое масло —почти нелетучий пластификатор, часто
применяемый в смеси с дибутилфталатом.
Ализариновое масло является продуктом сульфирования
Касторового масла серной кислотой. Кроме пластифицирующе-
действия этот продукт отличается свойствами хорошего
Эмульгатора и смачивателя.
В некоторых случаях оказывается целесообразным вводить
Пластификатор в клей при склеивании между собой листов
Умаги. Пластификатор при этом способствует снижению жест-
37. Сопротивление излому трех видов бумаги,
склеенных с равнопрочной длинноволокнистой бумагой раствором
окисленного крахмала с пластификатором и без него
Наименование бумаги-основы, склеенной с длинно- волокнистой равнопрочной бумагой Число двойных перегибов образцов бумаги, склеенных раствором окисленного крахмала
без пластифи- катора с пластифика- тором
Писчая № 1 80 296
Бумага-основа пергамента марки Б 355 1348
Газетная 13 33
кости склеенной бумаги, что в первую очередь сказывается на
повышении ее сопротивления излому.
В табл. 37 приведены результаты опытов автора по опреде-
лению сопротивления излому образцов различных видов бума-
ги, склеенных для их укрепления с длинноволокнистой равно-
прочной хлопковой бумагой, изготовленной сухим способом.
Склеивание осуществлялось раствором окисленного крахмала
14%-ной концентрации и таким же раствором окисленного
крахмала с добавлением глицерина (0,5 мл на 1 г сухого веще-
ства клея).
Как видно из данных таблицы, введение в клей пластифика-
тора способствовало в данном случае увеличению сопротивле-
ния излому склеенных образцов бумаги в 2,5—3,8 раза.
4.3.5. Деформация бумаги при увлажнении и остаточная
Увеличение размеров увлажненного листа бумаги по его
ширине и длине, выраженное в процентах по отношению к пер-
воначальным размерам сухого листа, носит название линей-
ной деформации при увлажнении.
Сокращение размеров увлажненного листа бумаги при вы-
сушивании, выраженное в процентах по отношению к перво-
начальным размерам сухого листа, называется линейной дефор-
мацией при высыхании. Линейная деформация бумаги вслед-
ствие ее высушивания и последующего кондиционирования но-
сит название остаточной линейной деформации
бумаги.
При высушивании влажный лист бумаги значительно сокра-
щается в размерах, которые оказываются при этом меньшими
даже по сравнению с первоначальными размерами этого лис-
та в сухом состоянии. При намокании в воде или вследствие
повышения влажности окружающего воздуха размеры листа
бумаги увеличиваются не только по его длине и ширине, во
и по толщине.
Значения деформации бумаги при намокании и остаточной
являются важными показателями для многих видов бумаги
(литографской, офсетной, диаграммной, картографической, ос-
новы фотоподложки, бумаги с водяным знаком и др.). Высо-
кие значения показателей деформации бумаги приводят к не-
совмещению контуров красок при литоофсетной печати. Из-за
повышенной деформации картографической бумаги может на-
блюдаться при многоцветной печати географических карт нало-
жение контуров цветных границ одного государства на грани-
цы другого или даже полное поглощение границ маленьких го-
сударств государственными границами соседних стран.
Наряду с необходимостью совмещения красок при изготов-
лении географических карт следует иметь в виду и сохранение
их масштабности, что также зависит от величины остаточной
деформации бумаги после ее высушивания.
Повышенная деформация бумаги-основы фотографической
приводит к возникновению в бумаге местных напряжений, про-
являющихся в неравномерной усадке бумажного полотна и об-
разовании пузырей в готовой фотобумаге при проявлении фо-
тоотпечатков.
При реставрации старинных документов или книг применяют
различные виды реставрационной бумаги, упрочняющие старую
и ветхую бумагу. Реставрационная бумага также должна отли-
чаться пониженной степенью деформации при намокании и ос-
таточной. Если реставрационная бумага не отвечает этим тре-
бованиям, в реставрируемом документе могут возникнуть на-
пряжения, приводящие к одностороннему скручиванию бумаги,
а иногда и к волнистости или короблению поверхности.
Физический смысл явлений, происходящих при деформации,
следует искать в самой природе бумаги как капиллярно-по-
ристом коллоидном материале.
При увлажнении растительные волокна, из которых состо-
ит бумага, набухают и увеличиваются в размерах, что сказы-
вается в той или иной мере на изменении размеров бумажного
листа.
Наименьшую деформацию при намокании обнаруживают
пористые виды бумаги и наибольшую — виды бумаги с сомк-
нутой структурой, изготовленные из массы жирного помола.
В пористой бумаге увеличение размеров волокон вследствие их
набухания заметным образом не сказывается на изменении ли-
нейных размеров листа бумаги. В плотной бумаге с сомкнутой
структурой увеличение размеров волокон при их набухании не-
избежно деформирует бумагу, а нередко приводит и к коробле-
нию ее поверхности. Отсюда понятно, что наполнитель и кани-
фольная проклейка бумаги, повышающие ее пористость, приво-
дят к уменьшению деформации бумаги; крахмальная же про-
клейка, повышающая сомкнутость бумаги, влечет за собой уве-
личение деформации после ее увлажнения. Кроме того, кани-
фольная проклейка бумаги задерживает проникновение влаги
в толщу листа, т. е. задерживает набухание волокон и, следо
вательно, проявление деформации бумаги.
Чем больше гидрофобность проклеивающего вещества, тем
меньше деформация после увлажнения бумаги, проклеенной
этим веществом. Например, бумага, проклеенная парафиновым
клеем, обладает меньшей деформацией, чем бумага, проклеен-
ная канифольным клеем. Сернокислый алюминий создает в бу-
маге кислую среду, ограничивающую степень набуханий расти-
тельных волокон. Поэтому действие сернокислого алюминия не-
сколько снижает деформацию бумаги после ее увлажнения
Еще больше снижается деформация от совместного действия
канифольного клея и сернокислого алюминия.
Введение в бумажную массу жидкого стекла, имеющего ще-
лочную реакцию, способствует набуханию волокон и, следо-
вательно, увеличивает деформацию бумаги при увлажнении.
Поверхностная проклейка бумаги животным клеем пример-
но в 2 раза увеличивает деформацию бумаги. При введении
в животный клей пластификатора (например, глицерина в ко-
личестве не менее 10% массы желатина) деформация бумаги
снижается. Одновременно возрастает сопротивление бумаги
излому.
Деформация бумаги возникает не только в результате ее по-
гружения в воду. Она возникает и при изменении влажности
окружающей среды. Вследствие гигроскопических свойств воло-
кон и благодаря капиллярной структуре бумажного листа по
следний легко реагирует на изменение относительной влажнос-
ти окружающего воздуха. Повышение влажности окружающего
воздуха повышает влажность бумажного листа, а снижение
влажности окружающего воздуха неизбежно приводит и к со
ответствующему снижению влажности бумаги. Эти изменения
влажности растительных волокон, из которых состоит бумага,
отражаются на степени их набухания и изменении их размеров,
а следовательно, и на изменении размеров бумаги.
Таким образом, казалось бы, что кривые изменения дефор-
мации бумаги в зависимости от изменения относительной влаж-
ности окружающего воздуха должны строго воспроизводить
форму соответствующих кривых адсорбции и десорбции бума
гой влаги — кривых, подробно рассматриваемых в главе 5 этой
книги. На самом деле, по словам В. Брехта, не всегда
получается полное совпадение форм соответствующих кривых.
В. Брехт это объясняет проявлением противодействия усадке
тех напряжений, которые имеют место при сушке бумаги на бу-
магоделательной машине.
Н. Ф. Зотова-Спановская также считает, что известная про-
порциональность между количеством сорбированной влаги и де-
формацией бумаги наблюдается лишь в условиях статики, т. е.
в случаях достижения равновесного состояния с окружающей
средой. На промежуточной стадии может быть отмечен эффект
сдвига пропорциональности между количеством поглощенной
влаги и степенью изменения линейных размеров бумаги.
Н- Ф. Зотова-Спановская назвала ее кинетическим сдвигом про-
порциональности в соответствии с разницей в кинетике проте-
кания тесно связанных между собой процессов изменения вла-
госодержания бумаги, ее механической прочности и деформа-
ции линейных размеров. Опережающая скорость развития
процессов изменения прочности и линейных размеров по отно-
шению к скорости достижения равновесной влажности опреде-
ляет кинетический сдвиг пропорциональности при сорбции и де-
сорбции бумагой атмосферной влаги. Это явление, помимо
теоретического интереса, открывает перспективы установления
[ разумных сроков акклиматизации и кондиционирования бума-
ги в печатных цехах и лабораториях при испытании свойств
бумаги. Не отрицая участия в механизме изменения линейных
размеров бумаги набухания волокон (что ощутимо в случае
значительного поглощения влаги волокнами), преимуществен-
ную роль в деформации бумаги под влиянием изменения влаж-
ности указанный автор отводит расклинивающему давлению
моно- и полимолекулярных слоев сорбированной влаги, а так-
же сопутствующему ему процессу релаксации напряжений
в структуре бумаги, приводящему к смещению волокон.
А. А. Копыльцов [72] на большом экспериментальном мате-
риале показал, что деформация бумаги в результате ее увлаж-
нения является следствием увеличения размеров волокон, вхо-
дящих в структуру бумаги. Это увеличение размеров волокон,
связанных в структуре бумаги, существенно меньше увеличе-
ния размеров таких же, но не связанных между собой, отдель-
ных волокон. Абсолютное увеличение размеров волокон в струк-
туре бумаги, передаваемое всей структуре, зависит от структур-
ных характеристик бумаги, и в первую очередь от ее пористос-
ти, которая в данном случае может характеризоваться возду-
хопроницаемостью бумаги.
Образование остаточной деформации указанный автор свя-
зывает с тем, что при контактной сушке бумаги по мере ее вы-
сыхания возрастают как силы, вызывающие усадку волокон
и бумаги, так и силы упругого сопротивления структуры, что
приводит к возникновению в бумаге внутренних напряжений,
фиксируемых при стекловании целлюлозы. При этом скорость
стеклования превышает скорость перемещения волокон в по-
ложение с минимумом свободной энергии. В результате полу-
чается неуравновешенная структура бумаги с «замороженны-
ми» (неотрелаксированными) внутренними напряжениями, про-
являющими свое действие в виде остаточной деформации.
Структура бумаги становится уравновешенной при полной ре-
лаксации внутренних напряжений, что наблюдается в результа-
те нескольких (примерно пяти) циклов увлажнение — высуши-
вание. Остаточная деформация в этом случае становится рав-
ной нулю.
Наблюдения Р. М. Броугтона показывают, что величина
объемного набухания листа является почти линейной функцией
его влажности. Однако при намокании волокна значительно
больше увеличиваются его размеры по диаметру, чем в длину.
Поэтому, а также вследствие преимущественной ориентации
волокон в машинном направлении бумажного полотна в этом
направлении деформация бумаги меньше, а в поперечном —
больше. Отсюда следует, что чем равномернее в бумаге распо-
ложены волокна, тем меньше должна быть разница в степени
деформации бумаги в машинном и в поперечном направле-
ниях. Это позволило автору этой книги сделать предположе-
ние, что равнопрочная длинноволокнистая бумага, имеющая
равномерное расположение волокон в продольном и в попереч-
ном направлениях, должна обнаружить и малую степень де-
формации.
38. Степень деформации различных видов бумаги,
используемых при реставрации книг и документов
Бумага Степень деформации, %
при увлажнении в направлении остаточная в направлении
машинном попереч- ном машинном попереч- ном
Основа микалентной +0,15 +3,1 -0,15 -1,85
Типа конденсаторной! Равнопрочная: +0,25 + 4,7 -0,3 —2,3
с крахмальной проклейкой +0,05 +0,45 -0,3 -0,2
с проклейкой поли- виниловым спиртом +0,05 +0,15 -0,2 0
Высказанное предположение полностью подтвердилось на
практике (табл. 38). Пониженная деформация подобной бума-
ги с проклейкой поливиниловым спиртом оказалась одним из
существенных ее преимуществ по сравнению с другими видами
бумаги, применяемыми в практике реставрации документов.
В процессе литоофсетной печати важно, чтобы бумага пос-
ле увлажнения имела минимальную деформацию по длине лис-
та, так как деформацию по его ширине можно в какой-то степе-
ни корректировать на офсетной машине. Между тем абсолют-
ные значения деформации бумаги в машинном ее направле-
нии всегда меньше, чем в поперечном. Поэтому необходимо раз-
резать бумагу таким образом, чтобы длина листа на офсетной
машине совпадала с машинным направлением выработки бу-
маги.
Влияние на деформацию бумаги проклеивающих веществ
и наполнителей было в лабораторных условиях исследовано
Е. М. Беркманом (табл. 39). Из данных табл. 39 видно, что
39. Деформация бумаги в зависимости от проклеивающих
и наполняющих веществ (лабораторные отливки)
Наименование Количество добавленных к массе проклеивающих или наполняющих веществ от массы волокон, % Деформация, % Наименование а СТ S а 2 к 1 веществ от массы волокон, % Деформация, %
при увлажнении - остаточная х о S Е и Х CJ S 5 « s ю X о S «а о 2 и « н и О Е CJ <и а * = а |= 3 S 2 а 3 Й ст Е С S Е ч к 3* э <3
Без проклейки и наполнителя Крахмальный клейстер 1 Высокосмоляной клей2 Меламинофор- мальдегидная смола Каолин Жидкое стекло 2 3 4 5 6 1 2 3 4 2 3 4 5 6 10 20 30 35 1 2 3 5 + 2,49 + 2,55 + 2,54 + 2,59 + 2,57 + 2,63 + 2,25 + 2,21 + 2,21 + 2,20 + 2,37 + 2,31 + 2,21 + 2,00 + 2,00 + 2,47 + 2,40 + 2,36 + 2,37 + 2,54 + 2,64 + 2,64 + 2,76 -0,76 —0,92 -0,93 -0,94 -1,00 —0,97 -0,63 —0,65 — 0,61 -0,63 -0,68 -0,53 —0,53 -0,53 -0,47 —0,67 -0,56 —0,54 —0,53 —0,64 - 0,64 - 0,62 -0,61 Высокосмоляной клей Жидкое стекло Сернокислый алюминий Каолин Высокосмоляной клей Крахмальный клейстер Сернокислый алюминий Каолин Высокосмоляной клей Меламинофор- мальдегидная смола Сернокислый алюминий Каолин 3 3 3 30 3 3 3 30 3 3 3 30 + 2,26 + 1,88 + 1,64 — —- — 0,54 0,38 0,24
1 В пересчете на сухой крахмал.
в 2 Во всех случаях применения высокосмоляного клея добавлялся сер-
кислый алюминий в количестве 3% от массы волокон.
если в бумагу введено вещество (например, крахмал), вызьь
вающее повышенную усадку, то при этом следует ожидать уве.
личения деформации бумаги при увлажнении из-за уменьше-
ния ее пористости.
Бумага деформируется не только из-за набухания волокон
но и в результате проникновения в промежутки между волок-
нами воды, которая раздвигает их. Поэтому, если волокна свя-
заны между собой влагопрочными связями, следует ожидать
снижения деформации бумаги.
Теоретическое рассмотрение вопроса о деформации бумаги
при ее увлажнении и результаты опытов позволили в свое вре-
мя автору рекомендовать для снижения величины этого пока-
зателя и устранения дефекта образования пузырей при намо-
кании фотографических видов бумаги придание фотоподложке
влагопрочности введением в ее композицию меламиноформаль-
дегидной смолы. Как показала практика, это способствовало
значительному улучшению качества фотоподложки.
Последующие опыты показали, что замена в композиции
картографической бумаги меламиноформальдегидной смолы на
катионную карбамидоформальдегидную (марки МКС-10П)
способствовала не только удешевлению бумаги, но также сни-
жению ее линейной деформации при увлажнении и получению
бумаги с несколько более высокой степенью белизны.
Поверхностная обработка бумаги в клеильном прессе со-
четанием растворов карбамидоформальдегидной смолы
и NaKMU (или крахмала) также способствовала снижению
линейной деформации бумаги при увлажнении, увеличению вла-
гопрочности бумаги и белизны благодаря введению в пропиты-
вающий состав оптического отбеливателя [74].
Из практики известно, что повышение жирности помола бу-
мажной массы влечет увеличение деформации бумаги, выраба-
тываемой из нее. С. И. Иванов указывает, что зависимость
деформации бумаги после увлажнения от степени помола ис-
ходной целлюлозы носит линейный характер и деформация уве-
личивается соответственно увеличению степени помола целлю-
лозы. Действительно, чем жирнее помол бумажной массы, тем
больше усадка изготовляемой бумаги и тем более плотным
и сомкнутым оказывается вырабатываемое бумажное полотно,
обнаруживающее вследствие этого повышенную деформацию
бумаги при ее увлажнении.
На одной из бумажных фабрик при изготовлении бумаги
с массой 70 г/м2 было отмечено, что повышение степени помола
волокнистой массы с 63 до 72° ШР при всех прочих равных Ус"
ловиях увеличивало линейную деформацию бумаги после
увлажнения с 3,41 до 4,26%.
Наши наблюдения показали, что края бумажного полотна
на бумагоделательной машине обнаруживают большую дефоР'
мацию при намокании, чем середина. Это подтверждается даН'
ными С. Н. Иванова, отметившего, что поперечная усадка <’У'
402
'лаги не одинакова по ширине полотна и обычно повышается от
середины к краям, поскольку бумага ведет себя как типич-
коллоид, обнаруживая большую усадку по краям, чем
в середине.
Предположение С. Н. Иванова является правильным и мо-
^ет быть обосновано. Доказательством может служить факт
практического использования указанного свойства бумаги в тех
случаях, когда (например, при выработке мешочной бумаги)
хотят увеличить общую поперечную усадку полотна, увеличить
его сомкнутость и растяжимость. С этой целью бумажное по-
лотно разрезают водяным ножом на сеточном столе бумаго-
делательной машины и через сушильную часть пропускают, та-
ким образом, два (или более) узких полотна, благодаря чему
в большей степени проявляется краевой эффект повышенной
усадки бумажного полотна. Так, на Красногорском эксперимен-
тальном целлюлозно-бумажном комбинате при выработке одно-
го из видов высокопрозрачной бумаги из массы жирного по-
мола поперечная усадка бумажного полотна на машине со-
ставляла 8,73%- После того как полотно было разрезано спры-
сками на сеточном столе, общая его усадка после прохожде-
ния сушильной части машины повысилась до 13,66%.
Большая деформация бумаги при увлажнении на кромках
по сравнению с серединой, возможно, связана также с неоди-
наковым натяжением сушильных сукон, кромки. которых обыч-
но менее натянуты, чем середина. Это способствует большей
усадке полотна по краям, чем в середине. А большая усадка
влечет за собой большее уплотнение полотна и, следовательно,
большую его деформацию при увлажнении.
Возможно, что большей усадке бумаги по краям способству-
ет также более высокая температура крышек бумагосушильных
цилиндров по сравнению с температурой рубашки цилиндра
в его середине. Этим объясняется и обычно наблюдаемая не-
сколько повышенная сухость кромок бумаги.
Бумага деформируется не только при полном намокании бу-
мажного полотна, но и при изменении его влажности в зави-
симости от изменения влажности окружающего воздуха.
И в этом случае деформация бумаги на краях бумажного по-
лотна оказывается большей, чем в середине, что видно из дан-
ных В. Брехта и Р. Банка (рис. 100).
Большое различие в степени усадки бумаги в середине и на
кромках бумажного полотна может быть устранено при ис-
пользовании на бумагоделательной машине натяжных валиков
Моунт-Хоуп в прессовой части и перед сушильной частью ма-
шины. Применение этих валиков с регулируемым прогибом да-
,®т возможность уменьшить усадку бумажного полотна и повы-
сить стабильность размеров бумаги при изменении влажности
Окружающего воздуха. Одним из опытов было установлено, что
При отсутствии натяжных валиков наблюдалось отношение
Степени усадки кромок полотна бумаги к усадке его середины
4:1. После того как на машине были установлены валики Мо_
унт-Хоуп с постоянной величиной прогиба, обнаружено сниже-
ние этого соотношения до 2:1.
Когда бумажное полотно при его сушке достигает влажное-
ти приблизительно 30%, скорость сушки заметно уменьшается.
В этих условиях уже нет смысла устанавливать натяжные ва-
лики, ограничивающие поперечную усадку бумаги.
g 0,1-
I J I______________1_________I
Край Середина Край
Ширина полотна на машине
Рис. 100. Изменение удлинения в поперечном
направлении различных видов бумаги по ши-
рине полотна на бумагоделательной машине
при увлажнении бумаги от воздуха, относи-
тельная влажность которого повышалась
с 45 до 83%:
1 — мешочная бумага 72 г/м2 с почти неограничива-
емой усадкой; 2 — писчая бумага 70 г/м2 без со-
держания древесной массы; 3 — упаковочная бума-
га односторонней гладкости 54 г/м2
В. А. Чилсон отмечает, что установка валиков, ограничиваю-
щих усадку бумаги в зоне влажности бумажного полотна
60—80%, способствует значительному повышению устойчивос-
40. Величина деформации некоторых видов бумаги
Бумага Деформация, %
при увлажнении в направлении остаточная в направлении
машинном попереч- ном машинном попереч- ном
Л итогр а фическ а я: хорошая 0 +0,50 -0,25 -0,50
плохая +0,25 + 2,00 -0,25 -0,12
Картографическая +0,75 + 1,00 -0,50 -0,50
Фильтровальная 0 +0,50 -0,25 -0,25
Пергамент + 1,00 + 7,00 -1,75 -2,00
>ти размеров бумаги (т. е. снижению ее деформации) и увели-
чению пористости.
Данные табл. 40 также подтверждают высказанный выше
рзгляд о том, что пористая бумага (например, фильтровальная)
обладает значительно меньшей деформацией, чем плотная
с сомкнутой поверхностью (например, пергамент).
При выработке одного и того же вида бумаги также отме-
чается, что с повышением плотности бумаги деформация ее
при увлажнении увеличивается. Это подтверждается данными
табл. 41, полученными на, основании лабораторных анализов
картографической бумаги марки А, 160 г/м2, изготовленной на
одной из бумажных фабрик.
Как указывает Е. М. Беркман, разница между остаточны-
ми деформациями по ширине и длине листа гораздо меньше,
чем разница между деформациями при увлажнении в тех же
направлениях. Это же видно и из данных, приведенных
в табл. 41.
41. Зависимость деформации картографической бумаги
от ее плотности
Плотность бумаги, г/см3 Деформация, %
при увлажнении в направлении остаточная в направлении
машинном попереч- ном машинном попереч- ном
0,91—0,92 + 0,20 + 2,01 -0,13 -0,31
0,93—0,94 — + 2,1 -0,1 -0,28
0,96—0,97 + 0,27 + 2,13 -0,08 -0,21
Из практики известно, что степень деформации бумаги за-
висит от рода волокон, из которых она изготовляется: малая
Деформация проявляется у тряпичных видов бумаги, а боль-
шая— у бумаги из древесной целлюлозы. Небеленая целлюло-
за по сравнению с беленой больше склонна к деформации. По-
следняя зависит от склонностей соответствующих волокон
к набуханию, что определяется химическим составом волокон,
и в первую очередь наличием в их составе гемицеллюлоз, об-
ладающих повышенной склонностью к набуханию в воде. Тря-
иичные волокна обладают малым содержанием гемицеллюлоз.
Поэтому они меньше набухают и меньше способствуют дефор-
мации бумаги, состоящей из таких волокон.
Очевидно, что бумага с хорошей стабильностью размеров
Получится в том случае, если для ее изготовления будут исполь-
зованы волокна, отличающиеся низкими показателями гигро-
скопичности и набухаемости.
Наименьшую деформацию обнаруживает бумага, изготов.
ленная из волокон эспарто, обладающих минимальной склон-
ностью к набуханию и не подверженных при размоле фибрид.
лированию. Волокна соломенной целлюлозы, имеющие высокое
содержание гемицеллюлоз, образуют плотный, сомкнутый лист
бумаги с высокой степенью деформации при увлажнении.
Е. М. Беркман отмечает большое влияние степени натяже-
ния сушильных сукон на деформацию бумаги (табл. 42). По
мере увеличения натяжения сушильных сукон при сушке бума-
ги деформация ее при увлажнении уменьшается, а остаточная
деформация увеличивается.
42. Зависимость деформации бумаги при сушке
от степени натяжения сушильных сукон
Натяжения сушильных сукон Усадка бумаги на сушиль- ной части по ширине, % Деформация, %
при увлажнении в направлении остаточная в направлении
машинном попереч- ном машинном попереч- ном
Типографская бумага № 1
Слабое Сильное 3,39 3,12 + 0,28 +0,18 + 2,14 +2,06 -0,60 -0,65 -0,79 -0,94
Основа для мелования
Слабое 4,05 + 0,31 +3,10 -0,60 +0,54
Среднее — + 0,28 +2,87 -0,68 -0,60
Сильное 3,41 +0,20 + 2,73 -0,68 -0,80
Светочувствительная
Слабое 4,87 + 0,54 + 3,28 —0,48 -0,34
Сильное 4,45 + 0,52 + 3,11 -0,57 -0,50
Интересны и другие наблюдения Е. М. Беркмана, показав-
шие, что при последовательно чередующихся увлажнении и вы-
сушивании одного и того же образца бумаги после каждого
цикла деформация уменьшается, в результате структура бума-
ги уплотняется и сумма деформаций (без учета знака минус)
возрастает при каждом последующем увлажнении и высуш11'
вании бумаги. Это означает, что деформация при увлажнении
при каждом последующем увлажнении и высушивании возрас-
тает немного больше, чем уменьшается остаточная деформация-
При циклических замерах деформации одной и то же бу-
маги величина необратимой деформации, как утверждает
SP. Броугтон, в первую очередь зависит от величины первона-
чальной деформации и меньше от влажности бумаги.
Выше уже было отмечено, что при многокрасочной печати
деформаЦия бумаги может привести к несовпадению контуров
красок. Это особенно наблюдается в случаях, когда между
отдельными прогонами был продолжительный перерыв. Для
предотвращения нежелательных последствий этого явления пер-
вый прогон бумаги осуществляют по воде, после чего размеры
листа бумаги в какой-то мере стабилизируются.
Деформацию бумаги можно значительно снизить при вве-
дении в ее композицию стеклянных или синтетических воло-
кон. Это оправдало себя при выработке картографической бу-
маги и других видов бумаги для печати, а также бумаги-осно-
вы для фотоподложки.
Известен и искусственный метод устранения заметной де-
формации бумаги при ее увлажнении. Этот метод заключается
в том, что между двумя слоями бумаги приклеивается метал-
лическая фольга, являющаяся каркасом, препятствующим де-
формации бумаги. Такая трехслойная бумага была успешно ис-
пользована в качестве картографической [73].
Другой искусственный метод повышения стабильности раз-
меров бумаги при изменении ее влажности заключается в обра-
ботке бумаги формальдегидом в почти безводной среде. При
этом бумага становится влагопрочной, снижается способность
ее волокон к набуханию, понижая деформацию бумаги при из-
менении ее влажности.
Ж. Тонгрен показал, что добавка в бумажную массу 20%
формальдегида к массе волокон снижает деформацию бумаги
примерно на 50%. Однако при этом существенно снижается бе-
лизна бумаги. По другим данным хорошие результаты дает
также добавка в массу неопренового латекса в количестве свы-
ше 20% к массе волокон, а также пластификаторов.
4.3.6. Основные свойства мешочной бумаги
Этот вид бумаги предназначен для изготовления мешков
различного назначения. По незнанию некоторые считают, что
Мешочную бумагу можно отнести к относительно не сложным
видам упаковочной бумаги, отличающейся в основном лишь
Достаточно высокой механической прочностью. Исходя из это-
го представления, требования к качеству мешочной бумаги ста-
раются охарактеризовать прежде всего совокупностью высоких
Во абсолютной величине показателей механической прочности
(сопротивления разрыву, продавливанию и др.), обычно опре-
деляемых в статических условиях испытаний.
I Однако ни один из таких показателей, ни их совокупность
(как много бы их ни входило в совокупность) не являются
Днозначным критерием для характеристики потребительских
евойств мешочной бумаги в готовом изделии — в бумажном
мешке. На самом деле мешок разрывается не потому, что це
выдерживает массы затариваемого продукта, а потому, что оц
не выдерживает динамических нагрузок: ударов при падении
мешка или длительной вибрации при транспортировке.
Так как ни один из статически определяемых показателей
механической прочности не характеризует поведения бумаги
в динамических условиях ее практического применения и отсут-
ствуют пока еще достаточно надежные и проверенные методы
определения динамических свойств мешочной бумаги, практи-
куют отбор от каждой партии определенного количества меш-
ков, которые в стандартных условиях в затаренном виде под-
вергают разрыву, сбрасывая их с определенной высоты на пред-
усмотренную стандартом поверхность. Количество подобных
сбросов до разрыва мешка характеризует его динамическую
прочность и, следовательно, соответствующее свойство исход-
ной мешочной бумаги. Не говоря уже о трудоемкости такого
метода испытаний (хотя делались многочисленные попытки его
механизации), следует отметить, что подобные испытания свя-
заны с большим расходом мешков и бумаги, которая использу-
ется для их изготовления.
Было бы неправильным требовать применительно к мешоч-
ной бумаге повышенных по абсолютной величине всех показа-
телей механической прочности, определяемых в статических
условиях. В ряде случаев такое требование было бы не только
излишним, но и вредным, так как привело бы к отбраковке
значительного количества, быть может, вполне пригодной бу-
маги.
Из обычно применяемых показателей механической проч-
ности бумаги некоторые (например, удлинение до разрыва) в
большей степени коррелируются с показателем числа ударов
мешка до его разрыва, чем это наблюдается при анализе дру-
гих показателей (например, сопротивления разрыву).
Повышение величины показателя удлинения бумаги до раз-
рыва крепированием (или микрокрепированием) бумаги хотя
и связано обычно с некоторым уменьшением сопротивления раз-
рыву, тем не менее способствует повышению динамической проч-
ности изготовляемых мешков и дает возможность сократить
число слоев бумаги в мешке.
В этой связи очевидно, что умеренная влажность бумаги,
способствующая повышению показателя удлинения бумаги Д°
разрыва, одновременно способствует и увеличению числа сбро-
сов мешка до разрыва. С другой стороны, сухая, и особенно
пересушенная, бумага плохо сопротивляется динамическим на-
грузкам и мешки, изготовленные из такой бумаги, выдержи-
вают небольшое количество ударов до разрыва.
Автор уже отмечал, что загрузка бумажного мешка цемен-
том при повышенной его температуре приводит не только
к временному пересушиванию бумаги и снижению величины по-
казателя динамической прочности мешка, но и к необратимому
1трицательному изменению этого показателя даже после охла-
ждения содержимого мешка и бумаги, из которой он изготов-
ген. Поэтому для предотвращения подобных отрицательных
свойств мешочной бумаги и изготовляемых мешков необходи-
мо не пересушивать бумагу в процессе ее изготовления, прак-
тиковать применение при этом двухстороннего увлажнения
В охлаждения бумаги на холодильных цилиндрах и на тамбуре
наката, а потребителям бумажных мешков загружать их це-
ментом при невысокой его температуре (желательно не выше
30° С).
43. Изменение показателей механической прочности сульфатной бумаги
в результате ее сушки при 70° С в течение 1 ч
Образец бумаги Разрывной груз X 9,8 Н Разрывная длина, м Удлинение, % Число двойных перегибов Сопротивление продавливанию X 98 кПа Сопротивление надрыву по Брехт-Имсету Уменьшение ра- боты динамичес- кого разрыва, %
Исходный, акклиматизиро- ванный После сушки 11,1 13,2 9 020 10 730 4,5 2,8 3616 359 3,9 3,8 169 98 —28
В табл. 43 приведены данные из немецкого источника, сви-
детельствующие о том, что даже нагрев всего лишь до 70° С
резко уменьшает динамическую прочность бумаги, ее сопротив-
ления излому и надрыву, а также удлинение при разрыве.
I Мировой практикой изготовления мешочной бумаги и меш-
ков установлена в подавляющем большинстве случаев масса
1 м2 мешочной бумаги 70—80 г. Для дублирования (склеива-
ния) используется также бумага односторонней гладкости
с массой 1 м2 45—50 г, а для наружных слоев мешка в отдель-
ных случаях мешочная бумага с массой 1 м2 90 г и редко выше.
Однако в настоящее время выявилась тенденция к увели-
чению массы 1 м2 бумаги при одновременном сокращении чис-
44. Показатели качества мешков двух видов
Мешок Масса стенки бумажного мешка, г/м2 Относительные показатели качества
работа при рас- тяжении сопротив- ление раздира- нию порис- тость
урехслойный из стандартной бумаги с Массой 1 м2 70 г 210 1 1 1
Двухслойный из полурастяжимой вумаги с массой 1 м2 90 г 180 1,2 1 1,8
ла слоев в мешке. В табл. 44, по данным Б. Нордина [207]
приведены сравнительные данные показателей качества мещ’
ков из стандартной бумаги с массой 1 м2 70 г и из так назы-
ваемой полурастяжнмой мешочной бумаги с массой 1 м2 90 г
Полурастяжимая бумага имеет удлинение до разрыва в ма-
шинном направлении 5% и в поперечном направлении 8%.
Показателю высокой пористости бумаги уделяется большое
внимание, так как такие материалы, как цемент и известь, за-
гружают с большим избытком воздуха.
Обычно мешочная бумага изготовляется из прочной небе-
леной сульфатной целлюлозы нормального выхода (48%), ко-
торая в свою очередь вырабатывается из древесины преимуще-
ственно хвойных пород. По наблюдениям Н. Д. Сушковой [129],
нежелательно применение для изготовления мешочной бумаги
сульфатной целлюлозы, полученной совместной варкой хвойных
и лиственных пород древесины даже в случае, когда листвен-
ные породы древесины используются в количестве всего лишь
5—10%. Вместе с тем, ссылаясь на опыт Скандинавских стран,
тот же автор указывает о возможности введения в композицию
мешочной бумаги до 20% целлюлозы из березы, но при обя-
зательном условии раздельной варки разных пород и значи-
тельном запасе прочности сосновой целлюлозы.
Многократные попытки повысить рентабельность производ-
ства мешков за счет использования для выработки мешочной
бумаги целлюлозы повышенного выхода (до 52—54%) хотя
и обеспечили возможность получения по многим показателям
прочной мешочной бумаги, однако потребительские свойства
мешков при этом снижались, снижался и показатель сопротив-
ления бумаги раздиранию.
Для получения мешков одинаковой динамической прочности
оказалось возможным использовать бумагу с массой 1 м2 70 г,
полученную из целлюлозы нормального выхода, тогда как при
изготовлении бумаги из целлюлозы указанного выше повышен-
ного выхода нужно применять подобную бумагу с массой 1 м2
80 г [130].
Г. Н. Абакина и Н. Е. Трухтенкова [1] показали, что повы-
шение выхода сульфатной целлюлозы, сопровождаемое увели-
чением в ней содержания лигнина с 6,3 до 10,4%, приводит
в одинаковых условиях размола к снижению динамической
прочности изготовляемой бумаги примерно в 2 раза. Последняя
характеризовалась показателем удельной энергии деформации
и прочностью моделей бумажных мешков. Авторы утверждают,
что проведенное ими изменение условий размола целлюлозы,
содержащей 10,4% лигнина, не обеспечивало повышение дина-
мической прочности бумаги до уровня, наблюдаемого у бума'
ги, которая вырабатывалась из целлюлозы с содержание*1
6,3% лигнина. Однако, по данным шведских авторов [199], про'
водивших свои наблюдения в лабораторных условиях, отрй'
цательное влияние на свойства мешков целлюлозы повышенно'
го выхода может быть снижено за счет ведения процесса раз-
глола целлюлозы при концентрации 30% и осуществлении суш-
ки бумаги без ее натяжения. При этом расход энергии на раз-
мол жесткой целлюлозы в 2—3 раза выше, чем при размоле
Целлюлозы нормального выхода. Из приведенных данных вид-
но, что при выработке мешочной бумаги предпочтительнее
пользоваться целлюлозой нормального выхода.
По данным уже упомянутой выше работы [1], при сравнении
между собой образцов целлюлозы разной степени провара не
обнаружена связь между водоудерживающей способностью
массы и динамической прочностью изготовляемой бумаги. Одна-
ко для целлюлозы одного вида и при одной и той же степени
помола установлено, что чем выше водоудерживающая спо-
собность массы, тем более высокую динамическую прочность
обнаруживает бумага, изготовленная из такой массы.
Как сообщает Н. Д. Сушкова [129], мешочная бумага
обычно изготовляется с плотностью 0,5—0,6 г/см3 и имеет сте-
пень проклейки 1,5—2,0 мм (по штриховому методу определе-
ния). Основные показатели физико-механических свойств ме-
шочной бумаги различной массы 1 м2 представлены по данным
того же автора ниже.
Масса 1 м2, г............................
Разрывное усилие Х9,8 Н в направлении:
машинном...........................
поперечном ........................
Удлинение, %, в направлении:
машинном............................
оперечном...............................
противление раздиранию Х9,8 мН в на-
евши
ашинном ...............................
оперечном..............................
ротивление излому (нисло двойных пере-
гибов) в направлении:
шинном...............................
поперечном..............................
ротивление продавливанию Х0.098 МПа
хопроницаемость, мл/мин.............
68—75
7,5—10,5
3,5—5,5
2,2—3,3
3,3—6,5
80—110
90—120
2500—5500
1500—3000
2,2—3,0
200—600
76—82
8,5—11,5
3,5—6,0
2,0—3,0
3,0—6,0
90—120
100—140
3000—4500
1000—2500
2,4—3,4
200—850
Наблюдения в производственных условиях С. С. Легоцко-
Го и Л. Н. Лаптева с сотрудниками [110] показали, что для
Размола сульфатной целлюлозы, используемой в производстве
**ешочной бумаги, целесообразно применять дисковые мельницы,
°снащенные керамической гарнитурой. При этом в массе умень-
шается содержание мелкой фракции волокон, а изготовляемая
оумага обнаруживает повышенное сопротивление раздиранию
и, что особенно важно для мешочной бумаги, повышенную дц_
намическую прочность при некотором снижении показателя
разрушающего усилия. Потребляемая мощность первой сту-
пенью размола снизилась при этом на 14%.
В результате работы, проводившейся Т. Лоббином [202] ца
экспериментальной и производственной бумагоделательных ма-
шинах, установлено, что существенное влияние на показатели
механической прочности и воздухопроницаемости мешочной бу-
маги оказывает изменение даже в узких пределах разности
скорости потока бумажной массы, поступающего на сетку ма-
шины, и скорости самой сетки. При этом скорость потока бу-
мажной массы определяется, исходя из напора массы и без
учета потерь вследствие сопротивлений движению потока. Важ-
ное значение, по мнению того же автора, имеет величина на-
тяжения бумажного полотна на участке от последнего пресса
до первой группы сушильных цилиндров.
Для обеспечения высокой растяжимости мешочной бумаги
ее необходимо сушить в условиях, при которых не ограничива-
ется натяжением полотна его усадка. Такие условия могут
быть созданы на определенном участке сушильного процесса,
когда мешочная бумага высушивается не контактным спосо-
бом на бумагосушильных цилиндрах, а конвективным в су-
шильной камере, подвергаясь обдуванию горячим воздухом.
Лучшие условия прохождения мешочной бумаги через камеру
создаются на участке ее сушки от относительной ее сухости
60% до сухости 85%, т. е. в тех пределах ее сухости, при ко-
торых в основном и происходит усадка бумаги. На реконстру-
ируемых действующих бумагоделательных машинах подобная
камера, без необходимости увеличения длины помещения бу-
магоделательной машины, может быть установлена в подваль-
ном этаже. Установка подобной камеры способствует сущест-
венному улучшению качества мешочной бумаги (см. рис. 51).
При воздействии на бумагу ударной (мгновенной) нагруз-
ки большое значение приобретают инерция испытываемой бу-
маги и ее упруговязкие свойства. Возникающие в бумаге на-
пряжения и вызванная ими деформация распространяются по-
добно удару волны, и усилие в образце бумаги распределяется
неравномерно. Поэтому разрыв бумаги происходит не по одно-
му (и не обязательно наиболее слабому) месту. Это в первую
очередь относится к мешкам из бумаги, для которой динами-
ческая прочность (устойчивость к ударным нагрузкам) более
важна, чем какие-либо показатели статической прочности.
Когда речь идет о мгновенной нагрузке, следует иметь в ви-
ду, что при падении бумажного мешка разрыв его происходит
обычно через 0,001—0,002 с после соприкосновения падающего
мешка с полом. Если нагрузка распределяется равномерно на
все элементы структуры бумаги, то последняя обнаруживает
повышенную устойчивость и к ударной нагрузке. Повышение
способности волокон, а также в целом структуры бумаги уД-'Н1'
пяться способствует более равномерному распределению уси-
лий, возникающих в бумаге при ударной нагрузке, и предот-
вращению чрезмерной, губительной для целостности бумаги
концентрации подобных усилий. Именно этим объясняется по-
вышенная динамическая устойчивость мешков из крепирован-
ной и микрокрепированной бумаги, обладающей высокими
показателями удлинения до разрыва. Полный разрыв бумаги
происходит тогда, когда ее структура не в состоянии перерас-
пределить возникшие в ней напряжения, что приводит к кон-
центрации усилий и разрыву связей элементов структуры. По-
этому чем выше скорость релаксации напряжений в мешочной
бумаге, тем выше качество этого вида бумаги. Считается, что
высокая скорость релаксации и слабое сопротивление разрыву
для мешочной бумаги практически лучше, чем высокое значе-
ние сопротивления разрыву при относительно низкой скорости
релаксации.
Исследованиями К. Г. Эдвардса и Л. Эдмундса установле-
но, что наиболее высокая скорость релаксации напряжений
в мешочной бумаге и наилучшие результаты динамической
прочности бумажных мешков достигаются тогда, когда произ-
ведение показателя удлинения до разрыва мешочной бумаги
на ее сопротивление разрыву имеет высокое абсолютное значе-
ние, к тому же примерно одинаковое в машинном и в попереч-
ном направлениях бумажного полотна. Для достижения этого
рекомендуется изготовлять мешочную бумагу с преимуществен-
ной ориентацией волокон в машинном направлении при срав-
нительно высокой степени помола целлюлозы и в условиях,
обеспечивающих максимальную усадку бумажного полотна
в процессе его сушки. Эти условия создаются снижением на-
тяжения бумажного полотна в зоне наибольшей его усадки,
уменьшением натяжения сушильных сукон в этой же зоне или,
что лучше, снятием сушильных сукон с установкой над цилин-
драми без сукон колпаков скоростной сушки<-благодаря ко-
торым обеспечивается интенсивная сушка бумаги при неограни-
ченной сукном усадке полотна.
Ввиду множества факторов, оказывающих влияние на
Устойчивость бумажных мешков к ударным нагрузкам, вопрос
этот следует считать сложным и в настоящее время далеко не
Полностью ясным. На динамическую прочность бумажных меш-
ков оказывают влияние масса 1 м2 и показатели физико-меха-
Нических свойств бумаги, из которой они изготовлены, число
слоев этой бумаги в мешке, размеры мешков (в частности, со-
отношение длины к ширине мешка) и их конструкция (от-
крытые, закрытые), прочность шва, насыпная высота материа-
ла в мешке, вид затариваемого продукта, наличие воздуха
в мешке, условия падения мешка (плашмя, на торец, высота
Падения, характер поверхности, на которую падает мешок)
11 Многое другое.
( Масса 1 м2 бумаги и число слоев в мешке определяются ха-
рактером затариваемого продукта и условиями транспортиров-
ки. Уменьшение числа слоев можно частично компенсировать
увеличением массы 1 м2 бумаги, однако чрезмерное повышение
массы 1 м2 бумаги может отрицательно отразиться на изготов-
лении таких деталей мешка, как фальц, клапан в закрытом
мешке, швы и пр. Чем больше число слоев бумаги в мешке,
тем относительно меньше разрывов наблюдается по телу мешка
и больше по его шву. При сбрасывании мешков плашмя отно-
шение длины к ширине мешка из гладкой бумаги должно быть
не менее 1,3, а из крепированной бумаги —1,0—1,3. Незасы-
панное продуктом пространство в мешке должно составлять по
длине 10—15% общей длины мешка. Рекомендуется порошко-
образные продукты, в особенности с высокой плотностью, за-
сыпать в более прочные мешки, чем продукты в виде гранул.
Рекомендуется также во избежание повышенного количества
разрывов мешков при их падении на днище (торец) по оконча-
нии' засыпки материала в мешок удалять из него избыток воз-
духа в закрытых мешках с клапаном вакуумированием, в от-
крытых оставлением мешка в течение некоторого времени от-
крытым перед его закрыванием. Наблюдениями установлено,
что при падении мешков плашмя разрыв происходит ближе
к краям мешков и распространяется к центру. При падении же
на торец — направление разрыва сверху вниз.
Крепирование и мНкрокрепирование бумаги обеспечивает по-
вышение динамической прочности бумажных мешков. Однако
в практике производства бумажных мешков по соображениям
экономического характера получило большое распространение
использование микрокрепированной бумаги, поверхность кото-
рой к тому же обеспечивает возможность нанесения на нее пе-
чати.
Подробные сведения о микрокрепировании бумаги приведе- ны в работе [135].
Бумага . . обычная микрокре- пированная
Масса 1 м2, г 70 71
Плотность, г/см3 Разрушающее усилие, Н, в направлении: 0,60 0,64
машинном 84,28 71,54
поперечном . 40,20 46,10
Удлинение, %, в направлении:
машинном 2,9 8,3
поперечном 5,8 6,2
Сопротивление раздиранию, Н, в направле- нии:
машинном 0,84 0,79
поперечном 0,88 0,98
г Сопротивление излому, число двойных пере-
гибов в направлении:
машинном .............................
поперечном..............
Сопротивление продавливанию, МПа
Воздухопроницаемость, мл/мин
Свойства микрокрепированной
2700 3300
1700 2000
0,24 0,28
290 350
аги и мешков из нее
в сравнении со свойствами обычной бумаги и обычных бумаж-
ных мешков [135] приведены в табл. 45.
45. Сравнительная характеристика мешков из обычной
и микрокрепированной бумаги
Затариваемый продукт Мешки из бумаги обычной Мешки из бумаги микрокре- пированной Экономия бумаги, %
число ! слоев масса слоя, г/м8 суммарная масса, г/м2 число слоев масса слоя, г/м2 суммарная масса, г/м2
Цемент 3 80 240 2 90 180 25
» 4 80 320 • 3 90 270 16
»» 5 75 375 3 90 270 28
Сахар 4 80 320 3 90 270 16
Е. А. Кузнецов экспериментально установил, что эффект
мйкрокрепирования зависит от влажности бумаги, ее массы
1 м2, характера помола исходной массы и параметров работы
микрокрепирующего устройства (температуры поверхности
обогреваемого вала (цилиндра), скорости работы установки
и др.) в зависимости от выбранного метода микрокрепирова-
ния.
Еще большее повышение удлинения бумаги до разрыва,
в особенности в поперечном направлении, может быть достиг-
нуто, если' после установки для микрокрепирования мешочную
бумагу пропустить через сушильную камеру, в которой она
высушивается горячим воздухом без ограничения ее усадки.
Это было практически доказано на бумажной фабрике фирмы
«Рангейм» в Норвегии. На бумагоделательной машине шири-
ной 4,45 м, работающей при скорости до 450 м/мин, имеется
8 середине сушильной части установка для микрокрепирова-
Ния. В подвальном помещении была смонтирована сушильная
Камера типа «Флект», через которую пропускается полотно ме-
лочной бумаги, поддерживаемое воздухом. Бумага проходит че-
Рез камеру 4 раза при длине каждого прохода 16 м. Темпера-
тура воздуха, подаваемого в камеру, около 150° С. Было отме-
нено, что одновременно со значительным повышением удлине-
, 415
ния бумаги до разрыва в поперечном направлении несколько
повысился этот показатель и в машинном направлении, а так-
же показатель сопротивления бумаги раздиранию.
В Норвегии же разработан способ получения мешочной бу-
маги, обладающей повышенной способностью растягиваться
в обоих направлениях. Способ заключается в том, что бумагу
погружают в жидкий аммиак при нормальном атмосферном
давлении и затем дают поглощенному аммиаку испариться.
В результате такой обработки усадка бумаги в машинном на-
правлении достигает 4—5% и в поперечном — 6—7%. Если та-
кую обработку бумаги осуществлять последовательно несколь-
ко раз, наблюдается дальнейшее увеличение усадки бумаги, до
тех пор пока площадь бумажного полотна не сократится на
величину до 25% от первоначальной. Однако и однократная
обработка бумаги приводит к увеличению ее растяжимости
примерно вдвое. При этом сопротивление бумаги разрыву поч-
ти не снижается, а показатели сопротивлений продавливанию,
надрыву и изгибу заметно возрастают. Бумага становится более
мягкой, а ее поверхность слегка шероховатой, что препятству-
ет скольжению заполненных продуктами мешков из этой бумаги-
В результате действия аммиака волокна, из которых изго-
товлена бумага, значительно набухают. Увеличивается их диа-
метр с одновременным укорачиванием волокон в их продоль-
ном направлении. После испарения аммиака происходит усад-
ка волокон в поперечном направлении, а сокращенная ранее
длина волокон сохраняется. Вследствие этого происходит усад-
ка бумаги в целом.
На рис. 101 и 102 показана поверхность обычной мешочной
бумаги и той же бумаги, четырехкратно обработанной жидким
аммиаком. Как видно из рисунков, обработка бумаги аммиа-
ком привела к значительному скручиванию и искривлению во-
локон, что и явилось причиной повышенной растяжимости та-
кой бумаги.
Благодаря значительному набуханию обработанных амми-
аком волокон они приобретают мягкость и легко поддаются
взаимному сближению при уплотнении бумаги в прессе. Это
и обусловливает сохранение бумагой после обработки доста-
точно высокого сопротивления разрыву, хотя, казалось бы,
прочность бумаги на разрыв должна резко снизиться, так как
поверхностное натяжение жидкого аммиака примерно в 2 раза
меньше поверхностного натяжения воды, силы поверхностного
натяжения которой в капиллярах бумажного полотна, как
указывалось выше, играют существенную роль в сближении
волокон при испарении воды.
Наблюдения показали, что степень усадки значительно сни-
жается в случае присутствия в жидком аммиаке более 10% во-
ды. Когда содержание воды достигает 50%, усадка полностью
прекращается. Нет сведений, однако, о промышленном исполь-
зовании описанного метода выработки мешочной бумаги.
Обычно о прочности бумажных мешков судят по числу
бросов с определенной высоты наполненных продуктами меш-
ов до их разрыва. Эта трудоемкая операция связана к тому
се с порчей значительного количества мешков. Г. В. Прохоров
своей диссертационной работе показал, что о динамической
рочности бумажных мешков можно судить, пользуясь разра-
Рис. 101. Внешний вид поверхности мешочной бумаги
*ис. 102. Внешний вид поверхности мешочной бумаги, подвергнутой четы-
рехкратной обработке жидким аммиаком
отанными этим автором формулами и результатами испытаний
сходной мешочной бумаги с определением ее работы на раз-
ыв и усталостной прочности.
Глава 5
КАПИЛЛЯРНЫЕ И ГИГРОСКОПИЧЕСКИЕ
СВОЙСТВА БУМАГИ
5.1. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Если бумагу поместить в атмосферу воздуха с высокой от-
осительной влажностью, то вследствие гигроскопичности
высокой адсорбционной способности к влаге бумага сама ув-
ажняется. При этом благодаря расклинивающему действию
проникающих в поры бумаги молекулярных слоев воды ослаб-
ляются межволоконные связи. При последующем высыхании бу-
маги в атмосфере сухого воздуха под влиянием сил капилляр-
ной контракции восстанавливаются прочные связи между во-
локнами в новых контактных точках. Абсолютно сухая бумага
^следствие хрупкости пересушенных волокон отличается срав-
нительно невысокими показателями механической прочности
{Особенно по сопротивлению излому). С повышением влагосо-
Ьержания волокна приобретают гибкость и прочность бумаги по
ее основным показателям при этом повышается. Эта зависи-
мость справедлива, однако, до какого-то оптимального значе-
ния влажности, превышение которого уже отрицательно сказы-
вается на показателях механической прочности из-за ослабле-
ния межволоконных связей. Очевидно, что оптимальное влаго-
содержание будет зависеть от показателя механической
прочности. Так, обычно максимальное сопротивление излому
достигается при более высокой влажности бумаги, чем макси
мальные значения многих других показателей механической
прочности.
При постоянной температуре окружающего воздуха темпе-
ратура бумаги равна температуре окружающего воздуха
и влажность бумаги в силу ее гигроскопичности приходит в со-
ответствие с влажностью окружающего воздуха. Это равновес-
ное содержание влаги в бумаге одинаково во всем ее объеме
и не изменяется, пока бумага находится в данных атмосфер
ных условиях.
Графическая зависимость между равновесным влагосодер-
жанием бумаги и относительной влажностью окружающего воз-
духа носит название изотермы сорбции в случае, если
бумага в процессе установления равновесия воспринимала вла-
гу из окружающего воздуха, и изотермы десорбции —
если она отдавала влагу окружающему воздуху.
Изотермы сорбции и десорбции бумаги, как и других капил-
лярно-пористых коллоидных материалов, совпадают только
в двух точках: при относительной влажности окружающего
воздуха ф=0 и ф—1. При всех других промежуточных значе-
ниях эти изотермы не совпадают. Природа этого сорбционного
гистерезиса до сих пор точно не установлена.
А. В. Лыков, ссылаясь на опытные данные М. Ф. Казанского
по испарению разных жидкостей (вода, спирт) из пористых
сорбентов (кварцевый песок, активированный уголь, силикагель
различной степени пористости), указывает, что в общем случае
изотерма сорбции влаги материалом имеет следующие харак-
терные участки:
1. Первоначальный участок, приблизительно соответствующий интервалу
<р от 0 до 0,1, на протяжении которого кривая имеет выпуклость, обращен-
ную к оси. влагосодержания, характерную для мономолекулярной адсорбции.
На этом участке поглощение жидкости сопровождается значительным выде-
лением тепла.
2. Основной участок кривой (от <р=0,1 до q>=0,0), на котором изо-
терма обращена выпуклостью к оси влажности воздуха, что характерно для
полимолекулярной адсорбции. Поглощение жидкости также сопровождается
выделением тепла, но в значительно меньшем количестве, чем в первом
случае.
3. Участок изотермы, соответствующий высокой относительной влажнос-
ти окружающего воздуха (от ф=0,9 до Ф=1). На этом участке жидкость
поглощается без выделения тепла и является в основном капиллярной.
Дальнейшее поглощение жидкости сверх максимального
гигроскопического влагосодержания происходит путем непосред-
ственного соприкосновения материала (бумаги) с жидкостью-
рис. ЮЗ. Сорбция паров воды суль-
фитной целлюлозой при 20° С:
I__мономолекулярная адсорбция; 2 — по-
лимолекулярная адсорбция; 3 — капил-
лярная сорбция; 4 — десорбция; 5 — ад-
сорбция
Область Влажного
Рис. 104. Схема классификации со-
стояния материала с точки зрения
процесса сушки
Область гигроскопического состояния материала состояния материала
В. Брехт также различает три участка на изотерме сорб-
ции, однако для сорбции воды сульфитной целлюлозой преде-
лы этих участков оцениваются им по-иному (рис. 103).
Как видно из рисунка, равновесная влажность бумаги зави-
сит от того, было ли достигнуто равновесное состояние адсорб-
цией или десорбцией влаги. Приведенные данные Д. Кейси
° равновесном содержании влаги в стандартной газетной бу-
маге при различных значениях относительной влажности окру-
жающего воздуха приведены ниже.
Относительная влажность
воздуха, % .
Содержание влаги, %:
при адсорбции . . .
при десорбции . . .
10 20 30 40 50 69 70 80
— — 6,5 7,2 8,0 9,0 10,5 12,2
2,8 4,9 6,5 7,9 9,2 10,4 11,5 12,7
На рис. 103, а также из данных Д. Кейси, видно, что равно-
весная влажность бумаги, полученная в результате адсорбции
влаги, ниже, чем полученная при процессе десорбции.
Десорбция — процесс обратный сорбции. А. В. Лыков рас-
сматривает этот процесс как частный вид сушки материала
в пределах его гигроскопической влажности, что наглядно вид-
но на рис. 104.
Явления сорбции и десорбции оказывают влияни'е на основ-
ные свойства бумаги, в том числе и па показатели ее меха
нической прочности. Влияни'е изменений влажности окружаю-
щего воздуха на показатели свойств бумаги описано в соответ
ствующих разделах книги, в которых эти свойства рассматри-
ваются.
В научно-исследовательском институте целлюлозно-бумаж-
ной промышленности Финляндии было установлено различие
во влиянии относительной влажности окружающего воздуха на
жесткость бумаги при изгибе в зависимости от того, происхо-
дит ли процесс в сторону сорбции или десорбции влаги. Если
принять значение жесткости бумаги при относительной влаж-
ности воздуха 65% за 100%, то повышение относительной влаж
ности воздуха от 30 до 88% соответствует уменьшению жест-
кости при изгибе от 108 до 80%. Вместе с тем снижение относи
тельной влажности воздуха в тех же пределах (т. е. от 88 до
30%) приводит к возрастанию жесткости бумаги при изгибе
на большую величину (с 80 до 125%). Таким образом, при де-
сорбции влаги значение жесткости бумаги выше, что связано
по-видимому, с необратимым увеличением толщины (и, следо-
вательно, момента инерции) бумаги в результате ее увлажне
ния. Точно так же и показатель сопротивления бумаги продав-
ливанию оказывается по абсолютной величине более вы
соким в том случае, когда к равновесному значению влаж
ности бумага приближается в результате процесса десорб
ции.
Гигроскопичность целлюлозы определяется не только нали-
чием в ее молекулах гидроксильных групп, но и субмикроскопи
ческими капиллярами в структуре волокон. При этом величи-
на равновесной влажности бумаги в первую очередь зависит
от ее композиции по виду волокнистого материала, а также
количеству и виду минерального наполнителя. При одной и той
же влажности окружающего воздуха равновесная влажность
бумаги возрастает при увеличении в композиции бумаги дре-
весной массы и уменьшается с увеличением содержания мине-
рального наполнителя. Равновесная влажность различных ви-
46. Равновесная влажность различных видов бумаги и каолина
— Каолин и бумага Степень про- клейки, мм Плотность бу- маги, г/см3 Зольность, % Равновесная влажность бумаги, %, при относительной влажности воздуха, %
40 55 65 75 85
Каолин фильтровальная — — — 0,79 0,95 1,05 1,20 1,25
— 0,50 — 5,9 6,8 7,8 8,4 11,0
Электролитическая — 0,48 — 7,05 8,33 9,25 10,15 12,75
Газетная — 0,56 5,0 7,8 8,6 9,05 10,4 12,2
Словарная А 0.25 0.8 21,0 4,6 5,3 6,0 6.5 8,6
Типографская 0,25 0,64 14,0 6,4 7.0 8,1 8,7 10,5
Перфокарточная 0,50 0,91 — 6,8 7,55 8,3 9.3 11,3
Для глубокой печати 0,50 1,09 20,6 4,9 5,75 6,25 6.7 8,5
Спичечная: «индиго» 0,75 0,68 3,5 7,3 8,0 9.1 10,5 12,0
этикеточная 0,75 0,75 4,0 6,2 7,3 8,2 8,6 П.1
Обложечная: 160 г/м2 0,75 0,80 8,0 7,6 8,9 10,0 10,8 12,5
тетрадная 1,00 0,96 8,8 5,8 6,8 7,3 7,9 10,2
Крафт-бумага для 1,00 0,58 — 7,1 8,3 9.2 9,9 12,6
гофры Пергамин 1,00 0,71 — 6,27 8,33 9,12 9,6 12,4
Пачечная 1,25 0,58 8,0 7,6 8,7 9,6 10,2 12,2
Тетрадная № 2 1.25 0,80 8,7 6,6 7.4 8.3 9,0 10,8
Обойная 1.50 — 6,0 7,0 7.8 8,9 9,7 11.2
Писчая № 1 1,75 0,96 6,51 6,0 6,8 7,7 8,3 10,7
Карточная для поч- 2,00 0,74 6,1 6,3 7,4 8,5 9,6 П.О
товых переводов Шпульная 2,00 0,85 4,0 6,3 7.9 9,1 10,1 12.1
Обложечная 120 г/м2 2,00 0,'85 10,0 5,8 6,9 7,8 8,5 9,6
Рисовальная 2,00 0,62 8.0 6,0 6.7 7,6 8,2 9,7
Картографическая 2,00 0,96 5,0 5,7 6.7 7,3 8,0 10,1
Литографская № 1 2,00 0,77 8,9 6,1 6,8 7,5 8,3 9,9
Тетрадная № 1 2,00 0,87 7,4 5,8 6,8 7,8 8,1 10,2
Папиросная — 0,63 — 7,2 7.8 8,9 9,3 11,5
Конденсаторная — 1,30 — 8,2 9.3 10,2 11,0 14,3
Кабельная — 0,70 1.0 7,02 8,2 9,4 9,9 12,8
Пергамент расти- тельный — 0,80 — 8,1 8.9 9,4 11,0 12,4
дов бумаги, по данным ВНИИБа, и каолина (/=24°С), по дан-
ным А. В. Лыкова, приведена в табл. 46.
Из данных табл. 46 видно, что растительные волокна значи-
тельно гигроскопичнее, чем каолин. Этим и объясняется умень-
шение равновесной влажности бумаги при увеличении ее золь-
ности. Из растительных волокон древесная масса при всех
прочих равных условиях имеет наиболее высокие значения рав-
новесной влажности и соответственно этому высокую равновес-
ную влажность обнаруживает газетная бумага, в составе кото-
рой древесная масса является основным компонентом. Это бы-
ло в свое время нами установлено и учтено при разработке про-
екта стандарта на газетную бумагу. Высокие гигроскопические
свойства газетной бумаги объясняются не только ее пористой
структурой, но также высоким содержанием в древесной мас-
се гемицеллюлоз, обладающих повышенной способностью
к сорбции водяных паров. Отсутствие гемицеллюлоз в расти-
тельных волокнах или их незначительное количество приводит
к резкому снижению величины равновесной влажности подоб-
ных волокон. В этом легко убедиться на примере хлопка, обна-
руживающего наиболее низкое равновесное влагосодержание.
По этбй же причине равновесное влагосодержание бумаги из
сульфатной целлюлозы, содержащей большее количество устой-
чивых пентозанов, при всех прочих равных условиях должно
быть выше, чем у бумаги из сульфитной целлюлозы, а у небе-
леных видов целлюлозы выше, чем у соответствующих бе-
леных.
47. Равновесная влажность разных видов бумаги
(по данным X. Бахманна)
Бумага Масса 1 м2, г Равновесная влажность, %, при относи- тельной влажности воздуха, %
20 35 45 55 65 75
Газетная 50 6,5 7,5 8,2 8,7 9,3 10,0
Для глубокой печати Офсетная лощеная: 65 6,0 7,2 7,7 8,3 8,7 9,2
с 25% древесной массы 80 5,2 5,7 6,3 6,5 7,3 7,9
без древесной массы 80 5,0 5,6 6,0 6,7 7,0 7,5
Перфокарточная с тряпичной полумассой 100 3,5 4,1 5,0 5,4 5,7 6,2
Офсетная с поверхностной проклейкой без древесной мас- сы Мелованная: 80 4,7 5,2 5,8 6,3 6,7 7,3
без древесной массы 120 3,8 4,5 5,2 5,5 5,8 6,5
с древесной массой 120 4,1 4,8 5,5 5,9 6,3 6,9
Некоторые дополнительные данные о равновесной влаж-
ности различных видов бумаги приводит X. Бахманн. Как вид-
но из табл. 47, значения равновесной влажности для газетной
бумаги мало отличаются от соответствующих значений, приве-
денных в табл. 46. Однако применительно к бумаге для глубо-
кой печати это различие в приведенных данных значительно,
что объясняется, по-видимому, различием в массе 1 м2, а так-
же композиции по виду волокон и содержанию минерального
наполнителя испытывавшихся образцов этого вида бумаги.
Как указывает В. Брехт, канифольная проклейка бумаги
незначительно влияет на величину ее равновесной влажности.
Вместе с тем при низкой относительной влажности окру-
жающего воздуха и, следовательно, при соответственно более
низкой равновесной влажности бумаги чернила быстрее высы-
хают на ее поверхности и менее глубоко проникают в толщу
листа бумаги. Наблюдения показывают, что с увеличением от-
носительной влажности воздуха с 30 до 60% показатель сте-
пени проклейки, выражаемый по штриховому методу опреде-
ления, непрерывно снижается, а с понижением в тех же пре-
делах относительной влажности воздуха величина этого пока-
зателя повышается.
Что касается влияния степени помола волокнистой массы
на величину равновесной влажности изготовляемой бумаги, то
установлено, что она несколько повышается с увеличением сте-
пени помола. Это может быть связано с тем, что при увеличе-
нии степени помола массы развертывается наружная поверх-
ность волокон и увеличивается адсорбция влаги на этой поверх-
ности. Возможно, что при высокой относительной влажности
окружающего воздуха играет роль и усиление в этом случае
действия капиллярных сил.
Гигроскопичность целлюлозы может быть несколько повы-
шена в результате ее частичного ацетилирования, т. е. путем
замещения в макромолекуле целлюлозы небольшого количест-
ва гидроксильных групп ацетильными. При этом среднее рас-
стояние между макромолекулами увеличивается, что приводит
к разрыву водородных связей и высвобождению некоторого
количества ранее взаимно блокированных водородной связью
гидроксильных групп, способных связывать воду. Это и явля-
ется причиной повышения гигроскопичности целлюлозы, хотя
введенные ацетильные группы, как известно, значительно менее
гидрофильны, чем гидроксильные. При дальнейшем же повы-
шении степени ацетилирования, как и следует ожидать, гидро-
скопичность целлюлозы снижается.
В. Кэмпбелл с сотрудниками на основании проведенных экс-
периментов пришел к выводу, что различие в величинах рав-
новесной влажности волокон размолотой и неразмолотой цел-
люлозы весьма мало и составляет максимально 7%. В более
Поздних работах отмечалось, что увеличение равновесной влаж-
ности даже при значительном увеличении степени помола мас-
сы не превышает 0,3—1% при 65%-ной относительной влаж-
ности окружающего воздуха. Однако при высокой относитель-
ной влажности окружающего воздуха это различие было боль-
шим.
Б. П. Осанов указывает, что наименьшая равновесная влаж-
ность характерна для мелованной бумаги. Он же отмечает, что
чем выше гладкость бумаги, тем ниже ее равновесная влаж-
ность, полагая, что каландрирование бумаги вызывает такие
изменения в ее капиллярной структуре, при которых проник-
новение влаги в поры оказывается затруднительным.
Представляет интерес вопрос о скорости протекания процес-
сов сорбции влаги. В. Брехт, вопреки мнению других авторов,
считающих, что скорость адсорбции выше, чем десорбции, при-
шел к выводу, что в сравнимых условиях, т. е. при одинаковом
градиенте относительной влажности окружающего воздуха,
скорости адсорбции и десорбции одинаковы. При этом скорость
адсорбции (или соответственно десорбции) весьма велика, а за-
тем по мере приближения к равновесному состоянию она умень-
шается (рис. 105). Существует мнение, что известное влияние
Рис. 105. Скорость адсорбции влаги
при изменении относительной влаж-
ности воздуха в пределах от 35 до
65%:
1 — газетная; 2 — оберточная (сульфат-
ная; 3 — документная; 4 — фильтроваль-
ная; 5 — промокательная
на интенсивность процессов сорбции и десорбции бумагой вла-
ги оказывает также степень отделки ее поверхности (гладкость,
лоск).
Вследствие набухания волокон и в результате поглощения
ими влаги из атмосферы изменяются размеры волокон и по-
лотна бумаги. При циклических изменениях влажности окружа-
ющего воздуха выравниваются деформации удлинения и
усадки бумаги, что и приводит к равновесию при снятии оста-
точных напряжений, возникающих при сушке бумаги на бумаго-
делательной машине. Колебания влажности бумаги существен-
но отражаются на ее структуре: изменение усадочных напря-
жений приводит к изменению формы и внешнего вида поверх-
ности. Пористость и механические свойства всей структуры бу-
маги (при данной атмосферной влажности), а также и гигро-
скопичность ее с определенной гидрофильностью составляющих
веществ, как справедливо отмечают М. С. Остриков и А. М.
Рецкер, зависят от степени дисперсности, взаимной ориентации,
распределения микромолекул и от действия взаимно связанных
с этим молекулярно-поверхностных сил.
Ю. Грант, ссылаясь на С. Смита, указывает, что последо-
вательное увлажнение и подсушивание бумаги из 100% суль-
фитной целлюлозы в значительной мере снижает усадку бу-
маги.
Количество циклов увлажнение — под-
сушивание
1
2 3 4
0,55 0,30 0,16
Усадка............................... 1,80
В. Брехт и А. Поль описывают опыты Ларока и Рэне, кото-
рые приводили 30 последовательных циклов увлажнения и суш-
ки бумаги «плюр» влажным и сухим воздухом. В результате
была устранена большая часть напряжений, возникающих при
сушке бумажного полотна на бумагоделательной машине. Пос-
ле 20 циклов (продолжительностью по 4 ч каждый) установилось
равновесие между степенью растяжимости и усадкой, которое
не изменилось при продолжении циклов увлажнения и сушки.
При периодическом чередовании циклов увлажнения бума-
ги воздухом с повышенной влажностью и термообработки ее
при высокой температуре (170—200° С) можно быстрее и пол-
нее снять напряжения в бумаге, возникающие из-за усадки при
обычной сушке; в конечном счете величина усадки бумаги
уменьшается. Таким образом, чередующимися циклами термо-
обработки бумаги (картона) с циклами кондиционирования
можно в значительной мере изменить свойства волокнистых
материалов. Опыты показали, что термообработка влияет на
свойства волокнистых материалов тем больше, чем выше масса
1 м2 этого материала. Его размеры изменяются больше по тол-
щине и ширине, меньше в машинном направлении.
При неравномерном распределении влаги в бумажном по-
лотне в процессе сушки возникают неравномерные напряже-
ния, которые проявляются в виде волнистой поверхности бума-
ги. Циклическая обработка бумаги влажным и сухим воздухом,
как показали В. Брехт и А. Поль, еще больше увеличивает
величину и неравномерность этих напряжений, в результате
которых усиливается волнистость поверхности.
Для изучения влияния цикличной обработки бумаги после-
довательно осуществляемыми процессами увлажнения и сушки
волокон на изменение равновесной влажности изготовляемой
бумаги автором книги были проведены следующие опыты. Из
беленой сульфитной целлюлозы Сясьского комбината, достав-
ленной во влажном состоянии и не высушенной на пресспате,
после его размола были изготовлены отливки бумаги с массой
65 г/м2. Чтобы исключить побочные влияния на результаты опы-
тов, наполнители и проклеивающие вещества в бумажную мас-
су не вводили. Отливки сушили на электросушильной плитке
при температуре 90, 100 и 160° С, а затем определяли физико-
механические свойства. Некоторую долю изготовленных отли-
вок распускали в волокнистую массу, из которой в определен-
ных условиях вновь изготовлялись отливки.
Часть вторичных отливок испытывали, а некоторое их ко-
личество вновь превращали в волокнистую массу, из которой
изготовляли уже третичные отливки.
О понижении равновесной влажности отливок бумаги, по-
лученной из волокон, которые подвергались чередующимся
процессам увлажнения и сушки, можно судить по данным
табл. 48.
48. Изменение равновесной влажности отливок бумаги,
полученной в результате переотливки
Серия отливок Равновесная влаж- ность, %, отливок при t = 20° и <р = 65% Серия отливок Равновесная влаж- ность, %, отливок при t = 20° и <Р = 65%
первичных вторичных третичных первичных вторичных третичных
I 7,82 7,69 7,23 III 7,35 7,28 7,24
II 7,40 7,32 6,94 IV 7,83 7,68' 6,92
Примечание. Серии отливок
отличались между собой температур-
ными условиями их сушки.
5.2. АККЛИМАТИЗАЦИЯ И КОНДИЦИОНИРОВАНИЕ БУМАГИ
На накате бумагоделательной машины бумага, как прави-
ло, имеет пониженную влажность и сохраняет те напряжения,
которые возникли в ней в процессе сушки. Для снятия этих
напряжений и повышения влажности бумаги соответственно
влажности окружающего воздуха ее выдерживают в атмосфере
воздуха, имеющего соответствующие параметры относительной
влажности и температуры.
Выдерживать бумагу в соответствующих условиях необхо-
димо не только в специальных помещениях бумажной фабри-
ки, но и перед ее непосредственным использованием для нане-
сения печати на предприятиях полиграфической промышлен-
ности или при переработке на бумажные мешки.
Иногда рулоны бумаги в зимнее время со двора поступают
непосредственно в печатный цех, что недопустимо. При этом
425
на холодной поверхности бумаги конденсируется влага подоб-
но тому, как она конденсируется и вызывает запотевание очков
у человека, вошедшего с мороза в теплое помещение. Конден-
сация влаги на поверхности бумажного полотна часто вызывает
коробление поверхности и одностороннее скручивание бумаги,
вследствие чего приходится срезать некоторое количество бу-
маги с поверхности рулона и направлять эту срезанную бумагу
в брак.
Ю. Грант сообщает, что в Англии оптимальной для печати
считается влажность бумаги 8%. Она достигается выдержива-
нием бумаги в помещении, где относительная влажность воз-
духа на 6% выше влажности воздуха в печатном цехе. Бума-
га неклееная и слабоклееная приходит в равновесие с относи-
тельной влажностью окружающего воздуха скорее, чем бумага
с высокой степенью проклейки. Листы бумаги, прошедшей ак-
климатизацию, не склонны к скручиванию. Они плоско лежат
и не имеют волнистости кромок. Такие листы хорошо захваты-
ваются присосами автоматического самонаклада и без затруд-
нения проходят печатную машину.
Различают понятия акклиматизация бумаги и кондициони-
рование ее. Акклиматизация бумаги — это процесс до-
статочно длительного выдерживания ее в атмосфере помеще-
ния, в котором предполагается использование бумаги для пе-
чати или других целей. Акклиматизация бумаги может быть
также осуществлена обдувкой ее воздухом того цеха, в кото-
ром предполагается использование бумаги. Кондициониро-
вание бу маг и заключается в том, что бумаге придают влаж-
ность, требуемую условиями ее использования (например, ус-
ловиями печати). При этом влагосодержание бумаги может от-
личаться от равновесного. Например, при литоофсетной печа-
ти считается, что влажность бумаги должна быть примерно на
0,5% выше равновесного содержания влаги. Это достигается
обработкой бумаги в климатизационных камерах воздухом
с относительной влажностью на 5—8% выше, чем относительная
влажность воздуха в помещении печатного цеха.
Климатизация печатных цехов, т. е. кондиционирование ат-
мосферы помещения поддерживанием в нем постоянства отно-
сительной влажности и температуры, весьма желательна, так
как способствует значительному сокращению брака из-за де-
формации бумаги и несовпадения контуров красок. Однако на-
илучшими условиями использования бумаги для печати будут
такие, при которых осуществляется климатизация печатного
Чеха с одновременным кондиционированием бумаги в установ-
ках ^различного рода для листовой и ролевой бумаги, использу-
емой обычно в полиграфической промышленности.
Акклиматизация или кондиционирование бумаги на бумаж-
Нь,х фабриках имеет смысл лишь при условии последующего
применения водопаронепроницаемой упаковки ее, так как
в противном случае во время транспортировки и хранения
бумаги на складе эффект от ее климатической обработки све-
дется к нулю.
Хотя температура воздуха при акклиматизации бумаги
меньше влияет на показатели ее физико-механических свойств,
чем относительная влажность окружающего воздуха, тем не
менее влиянием температурного фактора при хранении и испы-
тании бумаги пренебрегать нельзя. По данным Р. Корна
и Ф. Бургшталлера, повышение температуры воздуха от 10 до
35° С при постоянстве его относительной влажности (<р = 65%)
способствовало заметному повышению сопротивления бумаги
разрыву и снижению сопротивления излому, а также удлине-
ния бумаги до разрыва.
Относительная влажность окружающего воздуха и его тем-
пература существенным образом влияют на влагосодержание
бумаги, что в свою очередь заметным образом сказывается на
свойствах бумаги, и в том числе на показателях ее механи-
ческой прочности и деформации линейных размеров. Поэтому
все основные показатели качества бумаги следует определять
в строго стандартных условиях относительной влажности и тем-
пературы окружающего воздуха.-Однако в регламентировании
величины этих параметров нет единообразия. В Европе стан-
дартными условиями для испытания свойств бумаги преимуще-
ственно являются относительная влажность воздуха 65% и тем-
пература его 20° С. В США и в некоторых других странах в ка-
честве стандартных принята относительная влажность окружа-
ющего воздуха 50%, при его температуре 23° С (нормы
ТАППИ).
Как уже отмечалось автором в печати, для различных ви-
дов документальной бумаги и бумаги для печати предпочти-
тельным является проведение их испытаний и предварительное
выдерживание их в атмосфере воздуха с относительной влаж-
ностью 50%, чем 65%. Основанием к этому служат следующие
соображения:
1) по относительной влажности, воздуха условия обычного хранения
бумаги и ее практического использования в полиграфии ближе к 50%, чем
к 65%; 2) большинство физико-технических свойств бумаги изменяется
меньше при относительной влажности воздуха в пределах 50%; 3) при от-
носительной влажности воздуха 65% заметно -нарушение степени отделки
бумаги.
Все эти соображения отмечает и Кларк. Кроме того, он счи-
тает, что при относительной влажности воздуха 65% наблюда-
ется уже коррозия стали, из которой изготовлены приборы и ин-
струменты, служащие для проведения испытаний бумаги. Бу-
мага обнаруживает значительно большую деформацию, чем
в условиях относительной влажности воздуха 50%.
О. Янсон экспериментально показал, что печатные свойства
у бумаги, выдержанной при относительной влажности 50%,
выше по сравнению со свойствами бумаги, выдержанной при
относительной влажности воздуха 65%.
П. Тюлер и А. Рамаз дают объективную сводку всех поло-
жений относительно влияния климатических условий выдержи-
вания бумаги на ее свойства. Они отмечают также, что в ус-
ловиях выдерживания бумаги при относительной влажности
воздуха 50% по сравнению с выдерживанием бумаги при отно-
сительной влажности воздуха 65% повышается жесткость
бумаги и ее состояние приближается к состоянию на на-
кате бумагоделательной машины. Обслуживающий персонал
лучше переносит относительную влажность окружающего воз-
духа 50%, чем 65%. Однако себестоимость выдерживания бу-
маги в условиях 50% -ной отно-
сительной влажности воздуха
несколько выше по сравнению
с условиями относительной влаж-
ности воздуха 65%. Для различ-
ных видов упаковочных материа-
лов (бумага, картон), используе-
мых при хранении или охлажде-
нии упакованных продуктов, вы-
держивание этих материалов и
их испытание при относительной
влажности воздуха 65% более
предпочтительно.
Таким образом, климатиче-
ские условия хранения и испыта-
ния бумаги должны находиться
в зависимости от вида и назна-
чения бумаги.
Наши наблюдения над бу-
магой из небеленой сульфатной
целлюлозы показали, что ее со-
противление излому снизилось
с 1569 двойных перегибов при
+20° С до 364 после пребыва-
Влажность бумаги, %
Рис. 106. Зависимость удлинения
бумаги в ее поперечном направ-
лении до разрыва от температу-
ры хранения:
1 — некаландрированная мешочная;
2 — газетная; 3 — каландированная
типографская
ния той же бумаги в течение суток при температуре —25° С.
Удлинение до разрыва при этом снизилось с 2,1 до 1,9%. Из-
менение показателей механической прочности бумаги после
воздействия на нее низкой температуры в первую очередь за-
висит от влажности бумаги и окружающего воздуха, а также
от абсолютной величины температуры и ее постоянства. При
выдерживании бумаги в условиях низкой температуры во из-
бежание значительного снижения ее прочности необходимо,
чтобы влажность бумаги и окружающего воздуха была бы не-
высокой.
На рис. 106, по данным Л. Нордмана, показано изменение
относительного удлинения до разрыва в поперечном направле-
нии трех видов бумаги в зависимости от температуры их хра-
нения.
В сентябре 1972 г. подкомитет Международной организации
по стандартизации (/SO) принял решение рекомендовать по
климатическим условиям испытаний бумаги три возможных со-
четания условий температуры и относительной влажности окру-
жающего воздуха: /=23±ГС и <р=50±2%; /=20±1°С
и ср=65±2%; /=27±1°С и <р=65±2%. При испытании раз-
личных видов бумаги для печати было решено отдать предпо-
чтение первому сочетанию условий акклиматизации и испыта-
ний бумаги.
5.3. ВПИТЫВАЮЩАЯ СПОСОБНОСТЬ
Многие виды бумаги должны отличаться повышенной впи-
тывающей способностью по отношению к различным жидкос-
тям. В первую очередь это относится к фильтровальной бума-
ге разнообразного назначения, промокательной, основам для
пергамента и фибры, а также ко многим санитарно-гигиениче-
ским видам бумаги (косметическая, алигнин, для бинтов, салфе-
ток, пеленок, полотенец и пр.).
Способность бумаги впитывать жидкость зависит как от
свойств впитываемой жидкости, так и от свойств бумаги, кото-
рая эту жидкость впитывает. Большое значение при этом име-
ет взаимная связь свойств жидкости и бумаги. Так, гидрофиль-
ные жидкости хорошо смачивают бумагу, обладающую ярко
выраженными гидрофильными свойствами, и скатываются, не
проникая в толщу листа, с гидрофобизированной поверхности
бумаги. Иллюстрацией к указанному является интенсивное про-
никновение воды сквозь толщу обычной фильтровальной бумаги
и скатывание ее с поверхности той же фильтровальной бумаги,
гидрофобизированной кремнийорганическими соединениями.
Проклейка бумаги канифольным клеем затрудняет впиты-
вание воды. Однако типографскую краску на олифе клееная
бумага воспринимает легко, так как бумага при этом олео-
фильна.
Парафинирование бумаги в еще большей степени, чем при-
менение канифольного клея, затрудняет прохождение воды че-
рез такую бумагу.
Ускорить прохождение воды в толщу обычной бумаги в ря-
де случаев можно обработкой ее поверхностно-активными веще-
ствами, облегчающими смачивание водой поверхности бумаги.
Эти вещества можно вводить как в пропитывающий гидро-
фильный состав, так и на поверхность бумаги. Нами было по-
казано [12], что предварительное активирование бумаги поверх-
ностно-активными веществами с последующей ее обработкой
после высушивания раствором упрочняющего бумагу полимера
(поливиниловый спирт) обеспечивает значительно большее упро-
чение бумаги, чем непосредственная обработка бумаги тем же
полимером без предварительного ее активирования. Наблюде-
ния показали, что лучшие результаты достигаются в случае,
когда используется раствор полимера в горячем виде. При по-
добном упрочении бумаги повышаются межволоконные связи.
Упрочнения самих волокон не происходит. Применение горячего
раствора полимера и предварительной обработки бумаги по-
верхностно-активным веществом облегчает впитывание в бу-
магу раствора полимера и тем повышает доступность бумаги
к установлению многочисленных упрочняющих связей.
На скорость впитывания влияет и вязкость жидкости, про-
никающей в бумагу. Очевидно, что чем выше вязкость этой
жидкости, тем труднее она впитывается в поры бумаги. Повы-
шение температуры жидкости ведет к снижению ее вязкости
и облегчает проникновение жидкости в бумагу.
На впитывающую способность бумаги влияет направление
преимущественного распространения жидкости, которое опре-
деляется расположением волокон. Впитывающая способность
бумаги в направлении параллельном ее поверхности всегда
выше, чем в направлении перпендикулярном поверхности,
а в машинном направлении бумажного полотна она выше, чем
в поперечном, что определяется преимущественной ориентаци-
ей волокон в машинном направлении.
Впитывание воды бумагой с ее сеточной стороны обычно вы-
ше, чем с противоположной, что объясняется большими порис-
тостью и гидрофильностью этой стороны бумаги из-за удале-
ния мелких волокон и проклеивающих веществ под действием
вакуума под сеткой. Этим же объясняется, как правило, мень-
шая степень проклейки клееной бумаги с сеточной ее стороны.
Следует различать так называемую капиллярную впиты-
ваемость бумаги, или впитываемость по Клемму, определяе-
мую высотой подъема жидкости по капиллярам в вертикально
установленной полоске бумаги, которая касается одним своим
концом поверхности впитываемой жидкости, и впитываемость
при полном погружении бумаги в жидкость, определяемую по
привесу жидкости к исходной бумаге. Скорость впитывания бу-
магой жидкости может быть определена также по времени про-
никновения жидкости на противоположную сторону листа. Это
время может быть точно определено при использовании порош-
ка сухого индикатора. На этом основан один из методов
суждения о степени проклейки бумаги.
Трудно разграничить механизм впитываемое™ бумагой жид-
кости, когда она наносится на одну из поверхностей бумаги, от
механизма капиллярной впитываемое™. При нанесении жид-
кости на поверхность бумаги происходит не только ее движение
в толщу листа, но и в зависимости от степени гидрофильности
(гидрофобности) бумаги распространение жидкости в большей
или в меньшей степени по поверхности и при этом в значитель-
ной мере действует механизм капиллярной впитываемое™.
Нужно иметь в виду и одновременно имеющее место движение
Жидкости как по межволоконным, так и внутриволоконным
путям.
В зависимости от назначения бумаги и преимущественного
Механизма проникновения жидкости в нее следует для прове-
дения испытаний выбирать тот или иной метод определения
впитывающей способности бумаги.
Работой, выполненной в Центральном научно-исследователь-
ском институте бумаги, было показано, что повышение массы
1 м2 бумаги санитарно-гигиенического назначения при сохра-
нении постоянства помола исходной массы приводит к незна-
чительному изменению впитывающей способности бумаги по
капиллярному подъему и к существенному снижению ее впиты-
вающей способности, определяемой методом полного погруже-
ния. Было также установлено, что повышение степени помола
исходной массы при сохранении постоянной массы 1 м2 бумаги
в большей степени влияет на уменьшение впитывающей спо-
собности бумаги при ее полном погружении, чем на впитывае-
мость по капиллярному подъему.
Из основных свойств жидкости, оказывающих влияние на
ее способность впитываться в бумагу, кроме уже упомянутых
выше, следует отметить также способность ее вызывать набу-
хание волокон и, следовательно, изменять капиллярную струк-
туру листа, а также наличие (или отсутствие) в жидкости рас-
творенных или суспендированных веществ, оказывающих влия-
ние на скорость движения жидкости по капиллярам бумажно-
го листа. Ограничить набухание волокон бумаги возможно
введением в пропитывающий состав жидкостей, снижающих
набухание растительных волокон, например бензола, толуола
и др. Имеет значение и pH жидкости, поскольку от этого по-
казателя в известной степени зависит склонность волокон к на-
буханию и другие специфические условия взаимодействия жид-
кости с бумагой. Так как условия смачиваемости бумаги жид-
костью на поверхности бумаги и в ее толще бывают различны-
ми, то оказывается различной и впитывающая способность бу-
маги на ее поверхности и в толще.
Проникновение воды в бумагу может быть межволоконным
и внутриволоконным. Скорость межволоконного проникнове-
ния подчиняется законам капиллярной физики. Скорость внут-
риволоконной диффузии зависит от числа контактов между во-
локнами; чем больше этих контактов за счет увеличения сте-
пени помола массы, а также уплотнения бумаги при прессова-
нии и каландрировании, тем интенсивнее впитывание жидкости
по внутриволоконным путям.
Наличие в бумаге минерального наполнителя способствует
увеличению впитывающей способности вследствие увеличения
межволоконного впитывания за счет повышения размеров пор
в бумаге.
В неклееной или слабоклееной бумаге при краевом угле сма-
чивания бумаги 6 менее 90° (при 6 = 90° cos 6 = 0), а также при
неравномерном распределении частиц гидрофильного клеевого
осадка в бумаге возможно движение влаги по смешанному ме-
ханизму: межволоконному и внутриволбконному. Важными
факторами, оказывающими влияние на впитывающую способ-
ность и время промокания клееной бумаги, являются размер ее
дор и свойства впитывающей жидкости.
Для неклееных видов бумаги время проникновения жидкос-
ти на противоположную сторону листа настолько мало, что
практически трудно разграничить эти два вида проникновения
влаги. В клееной бумаге с проклейкой гидрофобным клеем внут-
риволоконная диффузия, как свидетельствуют эксперименты
И. Верхоефа с сотрудниками, может осуществляться примерно
в 10000 раз быстрее, чем через капилляры, проникновению во-
ды в которые препятствуют гидрофобные частицы проклеиваю-
щего вещества. Добавление в воду раствора щелочи облегчает
диффузию влаги в толщу бумажного листа, так как щелочь
способствует набуханию волокон и, следовательно, внутриволо-
конному проникновению влаги. Кроме того, щелочь вступает
в реакцию нейтрализации со свободной смолой канифольного
клея, благодаря чему создаются условия, способствующие меж-
волоконному проникновению влаги. Именно поэтому добавле-
ние в воду щелочного раствора способствует также увеличению
высоты капиллярного поднятия влаги в полосках бумаги, верти-
кально подвешенных над поверхностью влаги и касающихся
этой поверхности.
Ниже в качестве иллюстрации к высказанным выше теоре-
тическим положениям приводятся результаты эксперименталь-
ных исследований, выполненных В. Е. Гурьяновым. Один из
наименее промокаемых видов бумаги — основа фотобумаги, по-
скольку она в условиях потребительского применения должна
без промокания выдерживать обработку в щелочном растворе
проявителя. Применительно к этому виду бумаги были изго-
товлены из беленой сульфитной целлюлозы марки «Фото», раз-
молотой до 30° ШР, отливки бумаги с массой 100 г/м2. Для
обеспечения высокой степени гидрофобности клеевого осадка
применялась в качестве проклеивающего вещества парафино-
вая дисперсия.
На рис. 107 представлены результаты испытаний отливок
бумаги, где изменение впитывающей способности бумаги на-
блюдается при увеличении расхода парафина приблизительно
До 2% к массе абс. сухих волокон. Дальнейшее увеличение рас-
хода парафина не сопровождается заметным снижением впи-
тывающей способности бумаги, но время ее промокания при
этом увеличивается. Межволоконные поры остаются незапол-
ненными жидкостью и время промокания бумаги 10%-ным
Раствором соды удается определить только с помощью индика-
тора. Таким образом, при расходе парафина более 2% движе-
ние раствора соды в бумаге осуществляется только по внут-
Риволоконному механизму. Повышение времени промокания бу-
маги с увеличением расхода парафина можно объяснить как
Увеличением степени проклейки внутренних путей движения
Влаги по волокнам, так и увеличением сопротивления перехо-
ду влаги от одного волокна к другому.
Рис. 107. Зависимость впитывающей
способности бумаги (а) и времени
ее промокания (б) от расхода пара-
фина, использованного для проклей-
ки бумаги
°ШР
Е,
БО
§£.<50
&\40
°ШР
— !=
~54 3 2
g о
20304050 БО^
°ШР
а
^во,
5^5Р|-У93 2/
СО
gZ-40,
§§30
2030405060
°ШР
б
Рис. 108. Влияние степени помола
целлюлозы марки «Фото» на впи-
тывающую способность бумаги при
расходе парафина:
а — 2% к абс. сухой массе; б — 3% к
абс. сухой массе. Время обработки,
мин.: 7 — 1; 2 — 2; 3 — 5; 4—10; 5 — 20
Для исследования влияния степени помола массы на внут-
риволоконное впитывание влаги были изготовлены отливки бу-
маги из массы различной степени помола с содержанием
2 и 3% парафина к массе абс. сухих волокон.
Изменение степени помола массы оказывает влияние, как из-
вестно, не только на увеличение площади контакта между во-
локнами. Одновременно изменяются удельная поверхность во
локон, пористость бумаги, распределение клея и клеевого осад-
ка на поверхности волокон и их влагопроводящих путей. Изме-
няются также степень удержания клея бумажной массой и ряд
свойств бумаги.
На рис. 108 показано изменение впитывающей способности
бумаги из массы разной степени помола за различное время
ее погружения в дистиллированную воду и в раствор соды. Кри-
вые 1—5 соответствуют впитываемостн в течение 1, 2, 5, 10
и 20 мин.
Из рисунка видно, что с увеличением времени пребывания
бумаги в жидкости количество впитанной жидкости неизменно
возрастает. Впитываемость бумагой раствора соды неизменно
выше, чем воды. С увеличением степени помола массы впиты-
ваемость бумагой воды непрерывно повышается, а впитывае-
мость 10%-ного раствора соды вначале несколько снижается,
а затем возрастает. Повышение гидрофобности бумаги введе-
нием в бумажную массу повышенного количества парафина
(3% к массе волокон) влечет за собой уменьшение количества
впитываемой жидкости.
%
1
20 30 40 50 60°ШР
юо
80
60
40
20
Рис. 109. Влияние изменения степени помола целлюлозы марки «Фото» на
время промокания бумаги, проклеенной парафиновой дисперсией при рас-
ходе парафина 3% U) и 2% (2) к массе абс. сухих волокон
- Рис. ПО. Изменение содержания парафина в бумаге в зависимости от сте-
пени помола целлюлозы при расходе парафина 3% (0 и 2% (2) к массе
абс. сухих волокон
Из рис. 109 видно, что с увеличением степени помола мас-
сы время промокания бумаги 10%-ным раствором соды сни-
жается. Абсолютная величина времени промокания бумаги,
как и следовало ожидать, выше у более гидрофобизированной
бумаги. Очевидно, что с увеличением степени помола массы
развернутая поверхность волокон увеличивается и пЛощадь
контактов между ними возрастает, облегчается переход от од-
ного волокна к другому и время промокания бумаги вследст-
вие этого уменьшается. Количество же впитанной бумагой жид-
кости при этом возрастает. Некоторое снижение впитывающей
способности бумагой 10%-ного раствора соды соответственно
начальной области процесса размола исходной массы можно
объяснить преобладающим влиянием в этом случае повышен-
ного удержания парафина на волокнах вплоть до степени по-
мола массы 40° ШР (рис. НО) и обнаружением при этом по-
вышении краевого угла смачивания поверхности бумаги
(табл. 49).
Наблюдаемое снижение величины угла смачивания бумаги
Жидкостью при высокой степени помола массы можно объяс-
нить интенсивным в этом случае движением жидкости
по внутриволоконным влагопроводящим путям, благодаря че-
му угол смачивания самих волокон заметно снижается. При
Уменьшении угла смачиваемости поверхности бумаги 10%-ным
раствором соды до величины менее 90° и вследствие заметного
49. Изменение угла смачивания поверхности бумаги
через 30 с после нанесения капли
Смачивающая бумагу Угол смачивания поверхности бумаги при степени помола исходной массы, °ШР
жидкость 20 30 40 50 60
Расход парафина — 2%
Вода 108 111 112 115 107
10%-ный раствор соды 91 98 99 98 80
Расход парафина — 3%
Вода 112 116 118 116 116
10%-ный раствор соды 88 105 108 102 98
снижения пористости бумаги при высокой степени помола мас-
сы возможно изменение механизма процесса впитывания бума-
гой жидкости с прохождением ее не только по внутриволокон-
ным путям, но и путем капиллярного всасывания по межволо-
конным порам. В рассматриваемом случае вода проникает в бу-
магу только по механизму внутриволоконного прохождения.
При таком механизме прохождения влаги время промокания
бумаги зависит от длины пути прохождения жидкости от од-
ного волокна к другому. Длина пути и количество контактов
между волокнами при одной и той же степени помола волокон
должны соответствовать массе 1 м2 бумаги, а не ее толщине.
Наблюдения показали, что с повышением массы бумаги, про-
клеенной парафиновой дисперсией, от 100 г/м2 время промока-
ния такой бумаги в 10%-ном растворе соды прямо пропорци-
онально квадрату массы 1 м2 бумаги.
Время, необходимое для полной пропитки бумаги водой при
погружении ее в воду, различно в зависимости от вида бумаги.
В. Брехт исследовал 16 видов бумаги, отличавшихся друг от
друга композицией, проклейкой, массой 1 м2, толщиной и плот-
ностью. Некоторые из этих видов бумаги при погружении в во-
ду полностью насыщались водой уже через 1 с, для других
требовалось весьма длительное время. Так, бумага-основа для
искусственной кожи полностью пропитывалась водой только че-
рез 100 ч после погружения в воду (табл. 50).
Р. Корн и Ф. Бургшталлер, ссылаясь на опыты Нолля
и Прейса, приводят данные о времени проникновения воды че-
рез различные промышленные образцы бумаги. Испытания про-
водились методом плавающей коробочки (табл. 51).
Многие упаковочные виды бумаги и картона при изготовле-
нии различных видов тары подвергаются изгибу на тот или
иной угол. В месте сгиба нарушается первоначальная структу-
50. Время для полного насыщения при погружении в воду
различных видов бумаги, влагосодержание
через 5 с и при полном насыщении бумаги водой
Бумага Масса 1 м2, г Толщина, мм Плотность, г/см3 Влагосодержание образца, % Время для полно- го насы- щения водой
после 5 с пребывания в воде при пол- ном насы- щении во- дой
Без проклейки
фильтровальная 68 0,177 0,384 47,6 47,6 1 с
Желтая бумага из соломенной массы 92 0,186 0,494 53,5 53,5 1 с
Промокательная 220 0,402 0,298 65,8 65,8 1 с
Волокнистая ос- нова искусствен- ной кожи 140 1,062 0,396 69,2 69,2 1 с
С частичной канифольной проклейкой
Пергамин 36 0,023
Прядильная 43 0,054
Мешочная 76 0,11
Для иллюстраци- онной печати 97 0,078
1,565 33,7 41,7 ~ 15 мин
0,796 34,6 34,6 ~ 5 с
0,691 32,2 47,0 ~ 1 ч
1,243 21,7 35,8 1 ч
С полной канифольной проклейкой
Звонкая почтовая 60 0,068 0,883 25,6 34 1 ч
Писчая высшего качества 65 0,070 0,929 25,6 35,4 30 мин
Писчая 94 0,091 1,033 18,3 32 5 ч
Литографская 350 0,334 1,047 12,6 34 8 ч
С разными добавками
Тропическая 40 0,054 0,741 9,1 36,0 10 ч
Битумированная 82 0,109 0,752 8,0 30,7 1,5 ч
Для дорожного строительства 210 0,310 0,677 11,0 37 5 ч
Основа для ис- кусственной кожи 726 1,198 0.606 9,7 60 100 ч
51. Время проникновения воды сквозь различные
промышленные виды бумаги
Бумага Масса 1 м2 бумаги, г Время проникновения воды, с
на сеточ- ную сто- рону на верх- нюю сто- рону среднее
Прядильная 26 4 6 5
36 8 8 8
П 41 11 12 11,5
Бумага для кости печати машинной глад- 43 8 8 8
То же 71 36 37 36,5
» 73 33 35 34
Упаковочная каландрированная 84 38 43 40,5
То же 174 68 130 99
Упаковочная кости односторонней глад- 37 19 21 20
ра волокнистого материала, где он становится более рыхлым
и способным легче пропускать воду. Поэтому в ряде случаев во-
локнистые материалы (бумага, картон) необходимо испыты-
вать на водопроницаемость в условиях их сгибания, близких
к практическим условиям. Из указанного очевидно, что нару-
шение структуры бумажного листа его крепированием или тис-
нением также способствует повышению впитывающей способ-
ности бумаги.
В плотную бумагу с сомкнутой поверхностью жидкость про-
никает труднее, чем в пухлый и пористый бумажный лист.
Так как пухлость — величина обратная плотности, очевид-
но, что повышенная впитывающая способность наблюдается
у бумаги с малой величиной плотности.
Впитываемость бумагой воды будет больше в том случае,
если бумага изготовляется из целлюлозы с повышенным содер-
жанием а-целлюлозы и пониженным содержанием гемицеллю-
лоз. При этом целлюлоза будет иметь сравнительно высокую
степень полимеризации.
Исследования Е. Н. Бабич показали, что режим отбелки
сульфатной целлюлозы оказывает заметное влияние на впиты-
вающую способность бумаги, изготовленной из этой целлюло-
зы. Независимо от способа обработки целлюлозы (хлорирова-
ние или гипохлоритная отбелка), вначале впитывающая спо-
собность бумаги повышается, а затем она снижается после до-
стижения оптимального значения степени делигнификации цел-
люлозы по перманганатному числу (различного при хлориро-
вании и гипохлоритной обработке). Названный автор считает,
»что для выработки бумаги с высокой впитывающей способностью
целесообразнее применять способ обработки целлюлозы хло-
ром. В этом случае при одном и том же расходе активного хло-
г ра достигается более высокая впитывающая способность бума-
ги при относительно более низкой продолжительности процесса
। размола целлюлозы. Однако каких-либо рекомендаций относи-
тельно использования при выработке целлюлозы для впитыва-
ющих видов бумаги современных методов многоступенчатой
отбелки с применением двуокиси хлора указанный автор не
дает.
Вопрос о технологическом режиме отбелки целлюлозы для
впитывающих видов бумаги нельзя считать окончательно ре-
шенным. Как отмечалось на конференции в Мангейме (ФРГ),
посвященной волокнистым материалам для разных видов бу-
маги при отбелке целлюлозы, для впитывающих видов бумаги
должно быть сохранено максимальное количество содержаще-
if гося в целлюлозе после варки лигнина, минимальное количест-
во гемицеллюлоз и достигнута максимальная средняя степень
полимеризации целлюлозы. Эти требования исключают приме-
нение обычных способов отбелки. Вместе с тем Е. А. Хойецян
получила сульфитную еловую целлюлозу, вполне пригодную
для изготовления различных видов бумаги санитарно-бытового
назначения и сообщающую бумаге высокую впитывающую спо-
собность с применением отбелки по схеме: хлорирование, ще-
лочение, отбелка двуокисью хлора, щелочение, добелка дву-
окисью хлора, кисловка сернистой кислотой. Вследствие мягких
условий отбелки вязкость целлюлозы сохранялась сравнитель-
но высокая.
Хорошие результаты при выработке впитывающих видов
бумаги дает применение в композиции бумаги облагороженной
целлюлозы.
По имеющимся сведениям, на предприятии «Мобиле» (США,
штат Алабама) с применением непрерывнодействующей уста-
новки Камюр изготовляют целлюлозу из опилок, рекомендуе-
мую к использованию при выработке впитывающих видов
бумаги.
Иногда на бумажные фабрики с целлюлозных заводов по-
ступает влажная целлюлоза в виде валиков. Эта целлюлоза
не высушивалась и при относительно высокой влажности после
прессовой части пресспата была намотана в валики. В зимнее
время валики подобной целлюлозы смерзаются и на бумаж-
ной фабрике их очень трудно превратить в волокнистую мас-
су. Иногда эти смерзшиеся валики целлюлозы приходится пред-
варительно распиливать. Какие же свойства бумаге придает
подобная целлюлоза после оттаивания? Вода, как известно,
отличается характерной аномалией: после замерзания объем
ее увеличивается. Всем известно, что бутылка, наполненная во-
дой, на морозе может разорваться под действием напряжений,
возникающих от расширения содержимого бутылки. Аналогич-
ным образом частично разрываются и разрыхляются волокна от
действия кристалликов льда в микропорах клеточных стенок.
Н. И. Никитин и Н. И. Кленкова показали, что при заморажи-
вании влажной целлюлозы наблюдается уменьшение степени ее
полимеризации. Бумага, полученная из волокон подобной цел-
люлозы, отличается при относительно невысокой механической
прочности пухлостью и повышенной впитывающей способностью.
Опыты, выполненные в Центральном научно-исследователь-
ском институте бумажной промышленности (ЦНИИБ), показа-
ли, что волокна целлюлозы с влагосодержанием 90%, заморо-
женные при минус 5° С, будучи размолоты до 19° ШР, были
использованы для изготовления отливок бумаги, которые по
сравнению с отливками, полученными в аналогичных услови-
ях из незамороженных волокон той же целлюлозы, обнаружили
увеличение мягкости на 10%, впитывающей способности на
13%, пухлости на 3% при уменьшении разрывной длины на
26%.
При использовании метода ядерной магнитной релаксации
мы показали, что низкотемпературное (—21° С) воздействие
на влажную беленую целлюлозу не переводит прочносвязанную
воду до 9,2% в льдоподобное состояние. По-видимому, измене-
ние структуры адсорбированной воды является кинетическим
препятствием для ее кристаллизации. С увеличением влагосо-
держания, превышающего значения полимолекулярной адсорб-
ции (16%, считая к абс. сухой массе), наблюдается кристал-
лизация некоторой части связанной воды. Установлено также,
что процесс замораживания влажной целлюлозы вызывает воз-
растание макропористости образца при уменьшении его микро-
пористости. Этот эффект может быть связан с увеличением
объема кристаллизующейся влаги и с действием расклиниваю-
щего давления со стороны весьма тонкой жидкой молекуляр-
ной пленки воды, образующейся на границе волокно—волокно.
При выработке впитывающих видов бумаги целесообразно
использовать замороженную целлюлозу или ситцевую тряпич-
ную полумассу. Целесообразной также является, как известно,
добавка в композицию бумаги лиственной целлюлозы, повыша-
ющей пухлость бумаги и способствующей увеличению ее впи-
тывающей способности. В некоторых случаях в композицию от-
дельных видов промокательной бумаги вводится белая древес-
ная масса, предпочтительнее из осиновой древесины, и иногда—
минеральный наполнитель.
Режим размола целлюлозы для изготовления впитывающих
видов бумаги должен обеспечить минимальное фибриллирова-
ние волокон, т. е. должен осуществляться при сравнительно вы-
соком удельном давлении и низкой концентрации массы. Уплот-
нение бумаги на бумагоделательной машине должно быть ми-
нимальным, а сушка — интенсивной при повышенной темпера-
туре поверхности первых сушильных цилиндров. Пересушива-
ние бумаги, однако, не рекомендуется, так как это приводит
f к некоторой ее гидрофобизации, что затрудняет последующее
смачивание ее водой. По этой же причине искусственное тер-
мическое старение бумаги приводит к существенному сниже-
нию ее впитывающей способности, определяемой методом ка-
пиллярного подъема. Впитываемость бумаги, определяемая
методом ее полного погружения, также снижается, но в значи-
тельно меньшей степени.
Используя воздушно-сухую бумагу из хлопка, а также хлоп-
ковую бумагу с содержанием поливинилспиртовых волокон,
М. Г. Бланк установила зависимость капиллярной впитываемо-
сти этих видов бумаги от времени воздействия на них темпера-
туры 102±2°С. Оказалось, что вначале впитывающая способ-
ность снижается, достигает минимума, а затем при длительном
воздействии указанной температуры повышается. Автор этих
наблюдений находит объяснение полученным результатам в том,
что в первом периоде нагревания межволоконные связи усили-
ваются и бумага становится более плотной, а во втором перио-
де они разрушаются.
Так как целлюлоза для впитывающих видов бумаги долж-
на быть только слегка подмолота, а сушка ее вызывает необ-
ратимые изменения, в результате которых затрудняется роспуск
листов целлюлозы на волокна и последующий размол этих во-
локон, желательно, чтобы на бумажную фабрику, если она не
находится в системе комбината, целлюлоза поступала в слабо
высушенном состоянии. По той же причине, т. е. с целью облег-
чения роспуска целлюлозы на волокна и последующего размо-
ла их, часто предпочитают получить целлюлозу высушенной не
на сушильных цилиндрах, а в распушенном состоянии.
Для придания впитывающим видам бумаги повышенной
пористости Р. Уолсер и Р. Свенсон рекомендуют осуществлять
сушку таких видов бумаги (полотенечной, фильтровальной
и т. п) путем пропуска горячего воздуха через высушиваемое
полотно. Они указывают, что этот метод сушки был ими про-
верен как в лабораторных, так и в производственных условиях.
Вследствие контакта воздуха с водой, находящейся внутри
структуры листа, отмечалась высокая скорость сушильного про-
цесса, которая характеризовалась весьма высоким съемом
воды в час с 1 м2 сушильной поверхности. Этот метод сушки
Может применяться самостоятельно или в сочетании с обыч-
ным методом сушки, используемым на бумагоделательных ма-
шинах.
При продувании воздуха сквозь полотно целесообразно вмес-
то сушильных сукон пользоваться сетками. При этом в случае
применения бронзовой сетки температура продуваемого возду-
ха может достигать 210° С, а синтетических—180° С. Если все
Же применяются сушильные сукна, то они должны отличаться
Повышенной воздухопроницаемостью (пористостью). Место
расположения в сушильной части бумагоделательной машины.
Установки для пропуска воздуха сквозь бумажное полотно сле-
дует выбирать с учетом, чтобы сушильная сетка не вызывала
бы заметной маркировки на поверхности бумаги. В случае, ес-
ли необходимо повысить производительность сушки без суще-
ственного изменения структуры вырабатываемой бумаги, про-
дувание воздуха сквозь бумажное полотно следует осуществ-
лять в конце сушильной части бумагоделательной машины.
Глава 6
ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА БУМАГИ
Цвета происходят от света, для того
должно прежде рассмотреть его при-
чину, натуру и свойства вообще; по-
том оных происхождение исследо-
вать.
М. Ломоносов
6.1. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ
В настоящем разделе книги не предполагается подроб-
но излагать общепринятую в настоящее время теорию рассея-
ния света Гуревича, Кубелки и Мунка, подробно описанную
в специальной литературе по вопросам оптики. Однако посколь-
ку доказано, что, пользуясь положениями этой теории, можно
управлять оптическими свойствами бумаги, автор приводит
в книге только те положения этой теории и те расчетные фор-
мулы, которые имеют важное прикладное значение для опре-
деления этих свойств бумаги и их изменения в желаемом
направлении. Описание приборов и соответствующих методов
определения оптических свойств бумаги здесь не приводится,
учитывая объем и характер настоящей книги. Эти сведения чи-
татели найдут в работах [79, 214]. На основании собственного
опыта автора, работ его учеников и литературных данных в на-
стоящем разделе рассматриваются некоторые оптические свой-
ства бумаги (светопроницаемость, прозрачность, белизна),
а также возможности выявления на бумаге невидимых рисунков
и текстов. Одновременно приводятся общие сведения о цвет-
ности бумаги, дополняющие данные, изложенные в разделе
«Крашение».
Ранее уже речь шла об измерении неравномерности просве-
та бумаги как оптическом методе суждения о ее структуре.
Гладкость и лоск бумаги рассматриваются в основном наряду
с другими свойствами бумаги, называемыми печатными. Отдель-
но излагается односторонняя гладкость бумаги.
При прохождении луча света из среды с показателем пре-
ломления П1 в оптически более плотную среду с показателем
преломления n2(n2>tii) имеет место отклонение в направлении
светового луча, как показано на рис. 111. При этом часть све-
товой энергии, падающей на входную поверхность тела (бума-
ги), отражается от этой поверхности, часть поглощается (аб-
сорбируется) телом и часть ее проникает через выходную по-
верхность тела.
Если принять, что 10— энергия света, падающего на вход-
ную поверхность бумаги, Ц — энергия света, проникающего че-
рез выходную поверхность бумаги, 12 — энергия света, отра-
женного от входной поверхности бумаги, /3 — энергия света, по-
глощенного бумагой, тогда получим
4+ 4 +4 = 4- (I)
Разделим обе части выражения (1) на 4
4/4+ 4/4+ 4/4=1- (2)
Отношение 1\!1о=Т — светопроницаемость бумаги;
отношение I2/I0=S — светорассеяние бумаги; 13/10—К—
светопоглощение бумаги.
Таким образом, 7+5+4=1 (3). Значения величин Т, S и
4 часто выражают в процентах. В этом случае
TI + S1 + /<1 = 100%.
(4)
Для получения максимального значения какого-либо одного
из слагаемых (например, светопроницаемости бумаги) нужно,
чтобы остальные слагаемые (для данного примера светорассея-
ние и светопоглощение) были
Следовательно, если лучи
света проходят через бумагу
без поглощения и рассеяния,
то бумага идеально светопро-
ницаема и бесцветна. При
полном светопоглощении бу-
мага не будет светопроницае-
мой и будет выглядеть черной.
Очевидно, что при полном све-
торассеянии бумага также не
будет пропускать через себя
свет и будет выглядеть белой.
Сказанное иллюстрируется
численными данными коэффи-
циентов светорассеяния и све-
топроницаемости различными
материалами (табл. 52).
минимальными.
Рис. 111. Схема распределения
энергии света, падающего на вход-
ную поверхность тела
К большинству видов бумаги, используемых для письма
и печати, предъявляется требование непроницаемости к свето-
вым лучам с тем, чтобы текст, написанный или напечатанный
на одной стороне листа, не просвечивал на другую сторону. Это
требование особенно важно для тонкой бумаги, которую труд-
нее изготовить светонепроницаемой. Из предыдущего видно,
Что такая бумага в противоположность прозрачной должна об-
52. Коэффициенты отражения и пропускания света
Материал Коэффициент
светорассеяния светопроница- емости
Стекло:
прозрачное толщиной 3 мм 0,06—0,10 0,85—0,92
матовое 0.08—0,20 0,70—0,90
Бумага абажурная 0,20—0,50 0,20—0,60
Текстиль абажурный 0,35—0,40 0,15—0,30
Окись магния матовая 0,98—0,99 —
Черный бархат 0,02—0,04 —
ладать возможно более высокими показателями светорассеяния
и светопоглощения.
При этом более важным является показатель светорассея-
ния, так как для обычных видов бумаги падающий свет погло-
щается бумагой только на 15—30%, а рассеивается на 60—
80%. Количество зеркально отраженного света не превышает
обычно 5—10%. Величина светорассеяния зависит как от угла
падения света на бумагу, так и от ее светопреломляющей спо-
собности. Упрощенно соотношение между энергией света, отра-
женного на границе двух сред /2, и энергией падающего непо-
ляризованного света /0 выражается уравнением
/2//0 = (п2 - пх)21(п2 + л,)2, (5)
где «1 и п2 — показатели преломления обеих сред.
Таким образом, светорассеяние будет тем больше, чем боль-
ше разность показателей преломления этих двух сред.
На непрозрачность окрашенной бумаги существенное влия-
ние оказывает цвет красителя, которым окрашена бумага. Наи-
более эффективны черные, фиолетовые и синие красители, за-
тем зеленые и красные, а далее оранжевые и желтые. Послед-
ние менее других указанных способствуют увеличению непро-
зрачности бумаги. Если абсолютно черный краситель погло-
щает весь спектр видимых лучей, то абсолютно белый харак-
теризуется тем, что его коэффициент светорассеяния не зави-
сит от длины волны падающего на него света в видимой части
спектра.
Природа цветности бумаги или другого физического тела
заключается в избирательном поглощении телом световых волн
определенной длины. Наибольшую длину волны (625—759 нм)
в видимом спектре имеет красный цвет, наименьшую (393—
450 нм) — фиолетовый.
Если краситель или окрашенная им бумага поглощает осо-
бенно сильно определенные составляющие спектра видимого
света и отражают остальные составляющие (дополнительный
цвет), то краситель и бумага выглядят цветными. Таким обра-
зом, то, что человек ощущает в качестве цвета предмета, всегда
является не поглощенной, а отраженной предметом частью ви-
димого света.
Полная характеристика цвета складывается из его яркости
и цветности. Наблюдаются два различных по своей природе
вида контрастов (различий) от восприятия человеческим гла-
зом излучений от двух предметов. Если эти излучения одина-
ковы по своему спектральному составу, но различны по мощ-
ности, то один из предметов будет казаться светлее, а другой
.темнее. Наблюдаемый в этом случае контраст называется ко-
личественным, или яркостным, к о н т р а ст о м. При
увеличении мощности более слабого излучения можно добить-
ся исчезновения яркостного контраста. Качественным
(цветовым) контрастом называется различие восприя-
тий, получаемое в результате наблюдения человеческим глазом
даже одинаковых по мощности излучений от двух предметов,
но различных по спектральному составу.
Восприятие качественного контраста зависит от цветочувст-
вительности зрительного аппарата. Цветослепой глаз видит
окружающие предметы как совокупность светлых и темных пя-
тен. При неполном развитии цветового зрения (дальтонизме)
человек не может отличить красный цвет от зеленого. Вместе
с тем цветочувствительный глаз воспринимает многообразие
цветовых контрастов.
На адсорбцию целлюлозой красителя влияет ряд факторов,
среди которых важную роль играет вид целлюлозы и род ад-
сорбируемого красителя.
Проведенные нами опыты показали, что на величину адсорб-
ции красителя оказывает большое влияние также температура
сушки целлюлозы, если она предварительно высушивалась. Бы-
ло установлено, что чем выше температура сушки целлюлозы,
тем меньше красителя способна адсорбировать целлюлоза.
В предварительных опытах была исследована кинетика ад-
сорбции метиленового голубого красителя из 0,01% его раст-
вора в этиловом спирте сульфатной беленой и небеленой вида-
ми целлюлозы, высушенными при температуре 50° С. Установ-
лено, что при длительной адсорбции (в течение 20—30 мин)
адсорбционная способность небеленой сульфатной целлюлозы
примерно в 2 раза выше, чем беленой. При меньшей продол-
жительности адсорбции (до 3 мин) беленая сульфатная цел-
люлоза адсорбирует краситель с большей скоростью (в первую
Минуту примерно столько, сколько небеленая сульфатная цел-
люлоза за 2 мин).
В 1930 г. проф. М. М. Гуревич, а в 1931 г. П. Кубелка
и Ф. Мунк установили основные положения теории рассеяния
света, нашедшей в дальнейшем признание, распространение
и широкое применение в науке и практике. Толчком к приме-
нению теории Гуревича — Кубелки — Мунка (ГКМ) для иссле-
дования оптических свойств целлюлозы и бумаги явились ре-
зультаты работы Ф. А. Стила [219], разработавшего формулы
и графики, значительно упрощающие применение этой теории
в обычных технических задачах. Дальнейшее упрощение рас-
четных формул применительно к рассмотрению оптических
свойств бумаги было сделано ван ден Аккером [225].
Оптические свойства бумаги и целлюлозы с привлечением
теории рассеяния света рассматривали, кроме указанных вы-
ше исследователей, Н. Гиртц [189], Д. Б. Джадд, А. С. Стениус
и др. В результате всех этих работ первоначально выведенные
уравнения авторами теории рассеяния света в значительной
степени модернизированы и представлены в наиболее удобном
виде при практическом их использовании для суждения об оп-
тических свойствах бумаги. Более подробно по этому вопросу
читатели могут ознакомиться в работах Д. Кейси, В. В. Лапи-
на и Д. А. Даниловой [83], Г. Шмидта [214], а такжеА. Л. Ку
рицкого и Г. А. Кундзича [79]. Применительно к оптическим
свойствам прозрачных видов бумаги теория рассеивания света
была удачно использована О. Д. Оксенюк [98].
Основные показатели бумаги, которые входят в принятые
в настоящее время формулы, это коэффициенты светорассеяния
S и светопоглощения К. Если величина коэффициента S ха-
рактеризуется главным образом структурой бумаги, то величи-
на коэффициента К определяется в основном ее химической
природой. Отсюда понятно, что операции размола исходных во
локон и прессования бумажного полотна, влияющие на ее
структуру, существенно влияют на величину коэффициента 5,
тогда как при этом коэффициент К практически остается по-
стоянным, потому что химическая природа бумаги не изме-
няется.
Применительно к бумаге оказалось удобным пользоваться
удельными коэффициентами светорассеяния s и светопоглоще-
ния k, учитывающими массу единицы поверхности бумаги.
Безразмерный коэффициент светорассеяния S связан
с удельным коэффициентом светорассеяния s, см2/г, выражени-
ем S = s-qt (6), где <?i— масса бумаги, г/см2. Аналогично этом”
с соответственно теми же размерностями K=k-qx (7).
Вид исходного волокнистого материала и его количествен-
ное содержание в бумаге оказывают существенное влияние иа
величину удельного коэффициента поглощения. На рис. 112 по-
казано, по данным Б. Нормана и X. Норстрема [208], как по-
вышение содержания в бумаге древесной массы за счет сниже-
ния содержания беленой целлюлозы приводит к снижению
величины удельного коэффициента поглощения. Определения
коэффициента k производились при длине волны света 330 нм-
На рис. 113, по данным тех же авторов, представлены из-
менения удельного коэффициента поглощения применительно
к разным волокнистым материалам и определениям, произво-
дившихся при различной длине волны света.
Из рис. ИЗ видно, что небеленая сульфатная целлюлоза,
^обладая относительно высоким коэффициентом удельного свето-
поглощения в области длинных волн, по мере уменьшения дли-
ны волны обнаруживает существенное и равномерное повыше-
ние этого показателя. Древесная масса при длине волны менее
/<ззо,сМ2/г K,wz/<?
1 10 100
Содержание древесной массы, %
ЧОО 500 600 700
Длина волны,нм
Рис. 112. Зависимость коэффициента k^0 от содержания древесной массы
в бумаге из смеси древесной массы и беленой целлюлозы
Рис. 113. Зависимость коэффициента k различных полуфабрикатов производ-
ства бумаги при разной длине волны света:
I — небеленая сульфатная целлюлоза; 2 — древесная масса; 3 — бисульфитная ело-
вая полуцеллюлоза; 4 — беленая сульфатная целлюлоза
500 нм обнаруживает резкое повышение удельного коэффици-
ента поглощения, который при длине волны 400 нм достигает
уровня, соответствующего сульфатной небеленой целлюлозе.
При высоких значениях длины волны удельное светопоглоще-
ние древесной массой невелико. Высокое значение коэффици-
ента k в ультрафиолетовой области спектра Б. Норман
и X. Норстрем объясняют наличием в древесной массе лигнина,
который в указанной области исследований отличается боль-
шим светопоглощением. Значения коэффициента k у бисуль-
фитной еловой целлюлозы в области волн 700—500 нм мало от-
личаются от таковых у древесной массы. В области же более
коротких волн графическое изображение значений коэффици-
ента k проявляется в виде более пологой кривой, чем соответ-
ственно у древесной массы. Это указанные авторы объясняют
меньшим содержанием лигнина у бисульфитной еловой целлю-
лозы, чем у древесной массы. К тому же ионы бисульфита, вза-
имодействуя с лигнином, блокируют хромофорные двойные свя-
447
Степень помола, °ШР
Рис. 114. Зависимость
удельного коэффициента
рассеяния s от степени по-
мола массы. Бумага из
целлюлозы:
1 — хлопковой; 2 — сульфат-
ной беленой хвойной
ди, которые сильно поглощают свет в коротковолновой облас-
ти спектра. Беленая сульфатная целлюлоза имеет низкий ко-
эффициент светопоглощения во всем исследованном диапазоне
волн.
Наблюдения И. Феллеги с сотрудниками показали, что ко-
эффициент абсорбции света лигнином (светопоглощение) в суль-
фитной целлюлозе высокого выхода в 3—4 раза больше, чем
в древесной массе. Установлено
также влияние pH среды при фор-
мовании бумажного листа на ко-
эффициент абсорбции света волок-
нистой массой. При pH 4—5 коэф-
фициент абсорбции света наиболее
низкий, а степень белизны волок-
нистой суспензии наивысшая. Для
древесной массы изменение степени
белизны в зависимости от величины
pH незначительно.
На рис. 114, по данным О. Д. Ок-
сенюк [98], показана зависимость
удельного коэффициента рассеяния
света бумагой от степени помола
исходной массы из сульфатной (2)
и хлопковой (1) видов целлюлозы.
Из рисунка видно, что с увеличени-
ем степени помола исходных воло-
кон наблюдается снижение величи-
ны з за счет увеличения сил связи
между волокнами и уменьшения
при этом общей площади поверхно-
сти бумаги.
Отражательная способность бумаги, обозначаемая Roc, ха-
рактеризует степень отражения света от слоя бумаги бесконеч-
ной толщины и при длине волны света 457 нм характеризует
белизну бумаги.
Указанные выше величины связаны между собой следующи-
ми уравнениями:
я.-1+4-1/(4)!+24, (в)
k 0-Яоо)2
$ 2/?»
(9)
Если обозначить через 7?0 отражательную способность еди-
ничного листа бумаги, находящегося на черной подкладке, то
значения величин s и k определяются из выражений:
10‘ . ! —рс^оо
Ях ’ 1-Д1
(10)
k= 10‘ ’-Яо/?оо
291 ’ (1 +-/?,) Ш '
Прозрачность бумаги X определяется из формулы
X = 100 (/?„ —/?0)//?тс. (12)
При исследовании свойств бумаги, состоящей из различных
волокнистых полуфабрикатов и содержащей в композиции ми-
неральный наполнитель, удельные коэффициенты рассеяния
и поглощения света могут быть рассчитаны с помощью следую-
щих зависимостей:
S = SjZj + s2z2 + s3z3 ... (13)
k = 4~ k2z2 + k3z3 -j- ..., (14)
где Si, s2, s3 ... k2, k3— соответственно удельные коэффици-
енты светорассеяния и светопоглощения компонентами бума-
ги; zb z2, z3— доля соответствующего компонента в бумаге.
Для бумаги, содержащей целлюлозу и минеральный напол-
нитель, удельный коэффициент светорассеяния s может быть
определен по уравнению (13), в котором Si—удельный коэф-
фициент светорассеяния исходной целлюлозы и s2 — удельный
коэффициент светорассеяния наполнителя. Соответственно Zi—
доля содержания целлюлозы в бумаге, a z2= 1—zx — доля со-
держания в ней наполнителя. Таким образом,
s = s1z1 + s2(l — zj (15)
Величина k определяется аналогично из уравнения (14)
k = Л121 + /г2(1 — zt). (16)
Считается, однако, что точные результаты по формулам
(15) и (16) могут быть получены при содержании наполнителя
в бумаге не более 5—10% от массы целлюлозы. Значения 7?<х>
могут быть получены из уравнения (8).
I Теория рассеяния света ГКМ может быть использована для
прогнозирования оптических свойств мелованной бумаги [218],
а также окрашенных и прозрачных видов бумаги.
Расчетные данные, полученные по указанным выше форму-
лам, достаточно хорошо совпадают с результатами непосред-
ственных измерений. При этом погрешность определений не пре-
вышает 1—5%. Отклонения вычисленных от измеренных ве-
личин могут несколько возрастать с уменьшением массы 1 м2
бумаги.
6.2. СВЕТОПРОНИЦАЕМОСТЬ И ПРОЗРАЧНОСТЬ
Бумага состоит из прозрачных воло-
кон, и если она представляется нам
белой и непрозрачной, то это проис-
ходит по той же причине, по кото
рой нам кажется белым и непро-
зрачным толченое стекло. Промасли-
те белую бумагу, заполните все по-
ры между частицами бумаги мас-
лом так, чтобы преломление и отра
женив происходило только на по-
верхностях и бумага сделается та-
кой же прозрачной, как стекло.
Герберт Уэллс,
«Человек-невидимка»
В бумажной промышленности при рассмотрении оптических
свойств бумаги условно различают понятия светопроницаемость
и прозрачность. Светопроницаемость бумаги понимает
ся как способность ее пропускать падающий свет. Определяет-
ся светопроницаемость бумаги в проходящем свете (рис. 115, а)
Прозрачностью бумаги
источник света: 2 — бумага;
подложка; 4 — отраженный
от подложки
Рис. 1,15. Схема:
а — светопроницаемости бумаги:
б — прозрачности бумаги; 1 —
з —
луч
называется степень видимости че-
рез бумагу знаков и рисунков,
нанесенных на подложке. Опре-
деляется прозрачность бумаги в
отраженном свете (рис. 115,6).
Хотя методы определения
светопроницаемости и прозрачно
сти принципиально различаются,
тем не менее наиболее светопро
ницаемая бумага будет и наибо-
лее прозрачной. Это дает осно-
вание условно именовать бума
ту, отличающуюся высокой сте-
пенью светопроницаемости и
прозрачности, одним термином
высокопрозрачная бума
г а.
Светопроницаемость бумаги
При меловании бумаги
зависит от вида использованных
полуфабрикатов, степени их по-
мола, наличия в композиции бу-
маги наполняющих и окрашива-
ющих веществ, а также от ха-
рактера поверхности бумаги-
повышается ее непрозрачность, которая
возрастает с увеличением толщины покровного слоя.
Существенным является состав и способ нанесения на бу-
магу покровного слоя. Обычно этот слой содержит на
100 мае. ч. пигмента 12—15 частей связующих веществ и кон-
центрация сухого остатка в покровной массе иногда превыша-
ет 65%. Однако получают все большее распространение дис-
персии, в которых пигмент либо совсем не применяется, либо
используется в малых количествах. А. Надельман указывает,
что после сушки бумаги с нанесенным слоем подобной диспер-
сии на ее поверхности остается тонкий слой покрытия, состоя-
щего из частиц субмикроскопических размеров, интенсивно от-
ражающих падающий свет и этим повышающих непрозрачность
и белизну бумаги. Эффект от действия такого покрытия объяс-
няется тем, что светорассеяние увеличивается с уменьшением
размера частиц и проходит через максимум, когда размер час-
тиц составляет около половины длины световой волны. Извест-
ны и другие покрытия с малым содержанием пигментов или
без них, так называемые пузырьковые (bubble coating), отли-
чающиеся тем, что на поверхности бумаги образуется тонкий
покровный слой, в толще которого имеются пузырьки воздуха
размером в 0,5—1 мкм. Такие покрытия обладают высокой сте-
пенью рассеяния света, отражаемого многочисленными поверх-
ностями раздела воздух — вещество покровного слоя. Все эти
покровные смеси представляют собой дисперсии летучих орга-
нических растворителей в водной среде и содержат только свя-
зующее либо связующее с небольшим количеством пигмента.
Растительная клетчатка сама по себе бесцветна и прозрач-
на. Растительные волокна непрозрачны, так как содержат
лигнин, смолу и другие вещества, придающие непрозрачность
и имеющие оттенки от белого до темно-коричневого. Осторож-
ной отбелкой можно уменьшить величину светопоглощения,
а следовательно, при неизменной величине светорассеяния уве-
личить долю светопроницаемости. Если отбелка ведется с чрез-
мерной интенсивностью, в дальнейшем могут возникнуть за-
труднения с размолом, направленным на фибриллирование во-
локон, а также в связи с их ослаблением.
Наименее прозрачны волокна древесной массы, содержащие
почти полностью все компоненты исходной древесины. Поэто-
му введение древесной массы в композицию бумаги способ-
ствует снижению ее показателей прозрачности и светопрони-
цаемости. Из различных видов целлюлозы наибольшей непро-
зрачностью отличается целлюлоза на эспарто, затем из дре-
весины лиственных пород, хвойных пород и, наконец, из соло-
мы. Хлопковые волокна придают бумаге большую непрозрач-
ность, чем льняные или конопляные волокна. Добавка в ком-
позицию бумаги к хвойной целлюлозе некоторого количества
лиственной целлюлозы (особенно сульфатной из древесины бу-
ка) повышает непрозрачность бумаги.
Наличие в бумаге красителя приводит к возрастанию свето-
поглощения, в связи в чем уменьшается светопроницаемость бу-
маги. При выработке тонких видов бумаги для печати весьма
важно обеспечить непрозрачность такой бумаги. Как показали
Г. А. Кундзич и Н. В. Игнатьев [78], это может быть достигну-
то подцветкой бумаги некоторыми красителями, придающими
бумаге хорошие оптические и эстетические характеристики.
В практике бумажного производства для придания бумаге
непрозрачности обычно вводят в бумажную массу минеральные
наполнители, которые с точки зрения оптики повышают опти-
ческую неоднородность среды. Чем больше различие в коэф-
фициентах преломления лучей у минерального наполнителя
и целлюлозных волокон, из которых изготовлена бумага, тем
более высоким оказывается эффект непрозрачности в основном
из-за повышения светорассеяния. Хотя светопоглощение при
этом также несколько повышается, но обычно в значительно
меньшей степени, чем светорассеяние.
В табл. 53 приведены сведения о коэффициентах преломле-
ния лучей целлюлозой, разными минеральными наполнителям^
и некоторыми веществами, вводимыми часто в композицию бу-
маги.
53. Коэффициенты преломления лучей света
Вещество Коэффициент преломления лучей '
Воздух 1,000
Вода 1,333
Глицерин 1,474
Парафин 1,430
Крахмал 1,530
Целлюлоза 1,530
Гипс 1,530
Масло (минеральное, льняное) 1,480— 1,540
Вещество Коэффициент преломления лучей
Тальк 1,550
Каолин 1,560
Мел 1,560
Сернокислый барий 1,650
Окись цинка 2,010
Сернокислый цинк 2,370
Двуокись титана 2,550
Из данных таблицы следует, что наибольшую непрозрач-
ность бумаге, состоящей из волокон целлюлозы, придает дву-
окись титана при использовании ее в качестве минерального
наполнителя или в покровном слое бумаги. Несмотря на вы-
сокую светопроницаемость воздуха, пузырек его в бумаге на-
рушает оптическую однородность среды и бумага становится
менее светопроницаемой. Точно так же пузырек воздуха в окон-
ном стекле делает стекло в этом месте непрозрачным.
Чем выше плотность бумаги и чем больше вытеснен из ее
толщи воздух, тем прозрачнее оказывается бумажный лист.
Именно на этом основана технология изготовления прозрач-
ной чертежной кальки, получаемой уплотнением пергамина
в суперкаландре. С этой целью для пластификации пергамина
и обеспечения возможности его хорошего уплотнения в супер-
каландре с достижением максимально возможной плотности
й светопроницаемости пергамин предварительно увлажняют
с доведением его влажности до 24—28%.
При применении бумаги в качестве датчика для измерения
контактных давлений в пресс закладывают одновременно
с прессуемым изделием лист бумаги, на котором после сжатия
остаются отпечатки в виде прозрачных участков. Затем опре-
деляют светопроницаемость этих участков и по кривой давле-
ние— светопроницаемость, построенной для той же бумаги при
известных значениях давления, находят усилие сжатия. В ука-
занных условиях применения бумага предварительно не увлаж-
няется. Как показали наблюдения [66], наименьшую светопро-
ницаемость после сжатия в прессе обнаруживает бумага, влаж-
ность которой находится в равновесии с 65—70%-ной относи-
тельной влажностью воздуха. Факторами, влияющими на све-
топроницаемость бумаги, используемой в качестве датчика дав-
лений, являются влажность бумаги, давление и температура
прессования. Продолжительность прессования в пределах
30—900 с практически не влияет на повышение светопроницае-
мости бумаги. Показано, что бумага может применяться в ка-
честве датчика при температуре 160—170° С и продолжитель-
ности воздействия давления и температуры до 10 мин. При
бумага должна обладать весьма равномерным просветом и
са ее 1 м2 не должна превышать 80—100 г.
Значительно возрастает прозрачность бумаги, если ее
питать маслом или керосином, имеющими коэффициент
этом
мас-
про-
пре-
ломления лучей, близкий к коэффициенту преломления лучей
целлюлозой. При этом вследствие вытеснения из бумаги воз-
духа создается оптически однородная среда. На этом принципе
пропитки основан способ получения некоторых видов прозрач-
ной бумаги (абажурной и др.). Очевидно, однако, что проч-
ность бумаги после подобной пропитки снижается из-за ослаб-
ления сил связи между волокнами (табл. 54).
Как видно из табл. 53, целлюлоза, крахмал и гипс имеют
один и тот же коэффициент преломления лучей. Казалось бы,
на первый взгляд, что гипс и крахмал вместе с целлюлозой со-
здают оптически однородную среду. На самом деле это не сов-
сем так. Гипс, как и другие минеральные наполнители бумаги,
повышает ее пористость, а вместе с тем и повышает содержа-
ние в бумаге воздуха, чем создает оптическую неоднородность
среды. Поэтому прозрачность бумаги он не повышает. Однако
если бумагу, содержащую гипс, пропитать веществом, имею-
щим близкий к целлюлозе коэффициент преломления лучей, то
это вещество, вытеснив из бумаги воздух при заполнении ее
ПоР, создает оптически однородную прозрачную среду. Поэто-
МУ для сохранения белизны и непрозрачности бумаги после
Парафинирования или после пропитки синтетическими смолами
(при изготовлении слоистых пластиков) не рекомендуется в бу-
маге-основе использовать гипс в качестве минерального напол-
54. Изменение свойств бумаги в результате
пропитки ее минеральным маслом
Величина показателей Величина показателей
Показатель ДО пропитки после пропитки Показатель до пропитки после пропитки
Масса 1 м2, г Толщина, мм Плотность, г/см3 Разрывная длина, м, в направлении: 36,0 0,05 0,72 42,6 0,06 0,71 Сопротивление излому, число двойных переги- бов, в направ- лении: машинном 22 16
машинном 5470 4640 поперечном 13 8
поперечном 3390 2410 Сопротивление продавливанию, кПа 68,6 67,7
Прозрачность, отн. ед. 6 10
Светопроницае- мость по Клем- му, отн. ед. 32 56
нителя. В данном случае наилучший эффект получается при
использовании двуокиси титана.
В отличие от гипса применение крахмала в композиции
бумаги, также имеющего с целлюлозой одинаковый коэффици-
ент преломления лучей, повышает прозрачность бумаги. Крах-
мал равномерно распределяется в бумажной массе, что способ-
ствует получению прочной бумаги с сомкнутой структурой.
Усадка при сушке такой бумаги повышается, в ней меньше со-
держится воздуха и прозрачность бумаги оказывается повы-
шенной. Именно поэтому, а также для повышения прочности
поверхности бумаги и ее структуры крахмал вводят в компо-
зицию некоторых высокопрозрачных видов бумаги. Для этой
же цели может быть использована натриевая соль карбокси-
метилцеллюлозы.
При выработке высокопрозрачных видов бумаги не реко-
мендуется доводить размол волокнистого материала до слизе-
образования. Хотя слизь склеивает волокна и повышает сомк-
нутость листа, тем не менее ее присутствие нежелательно, так
как слизь обычно образуется в бумажной массе сгустками, ко-
торые влекут за собой оптическую неоднородность бумаги
и возникновение в ней местных напряжений, проявляющихся
при сушке в виде коробления поверхности.
Размол растительных волокон, особенно сопровождаемый
их фибриллированием, повышает светопроницаемость бумаги,
изготовленной из этих волокон. Ниже приведены данные (в %)
Е. Лейдла, иллюстрирующие влияние размола различных воло-
кон до 50° ШР на непрозрачность изготовляемой бумаги; за
100% принята непрозрачность неразмолотой натронной целлю-
лозы из эспарто.
Натронная целлюлоза из эс-
парто:
неразмолотая .............. 100
размолотая ...... 95
Сульфатная целлюлоза из бере-
зы:
неразмолотая ............... 85
размолотая . ..........84
Сульфатная целлюлоза из
хвойной древесины:
неразмолотая . . . . 84
размолотая 78
Соломенная целлюлоза (различная):
неразмолотая . . . . 82—86
размолотая . 69—73
При выработке высокопрозрачных видов бумаги, как пока-
зали наши наблюдения, наряду с длинными хорошо фибрилли-
рованными волокнами должно присутствовать в массе некото-
рое количество мелких волокон. При таком полидисперсном со-
ставе волокнистой массы получается наиболее компактная
структура листа, при которой мелкие волокна заполняют про-
межутки между длинными.
Оптимальный фракционный состав по длине волокон при
выработке высокопрозрачных видов бумаги оказывается раз-
личным в зависимости от того, из какого волокнистого мате-
риала изготовлена бумага. С использованием для изготовления
прозрачной бумаги беленой сульфитной целлюлозы из сосны
содержание мелких волокон может быть значительно более вы-
соким, как показала И. В. Рыжих, по сравнению с использова-
нием для той же цели беленой сульфитной целлюлозы из ели.
Видимо, в данном случае сказываются микроструктурные осо-
бенности волокон сравниваемых полуфа.брикатов, обусловлен-
ные различным видом исходной древесины, а не различием
в химизме их варки.
Рис. 116. Зависимость прозрачности
бумаги X от степени помола исход-
ной целлюлозы:
* — беленой сульфатной хвойной; 2 —
хлопковой
На рис. 116, по данным О. Д. Оксенюк, показана зависи-
мость прозрачности бумаги от степени помола исходной цел-
люлозы. Из рисунка видно, что увеличение степени помола
целлюлозы приводит к увеличению прозрачности изготовляе-
мой бумаги. Сульфатная целлюлоза по сравнению с хлопковой
обеспечивает создание более сомкнутой структуры бумаги,
благодаря чему и прозрачность бумаги из сульфатной беленой
целлюлозы существенно выше, чем из хлопковой.
О влиянии режимов прессования и сушки ручных отливок
бумаги на ее светопроницаемость, приведенную к бумаге мас-
сой 85 г/м2, можно судить по следующим данным, отн. ед.:
Трехкратное прессование. Сушка при температуре 100° С 27,5
Трехкратное прессование. Сушка при постепенном повышении
температуры от 45 до 100° С................................... 29,0
Трехкратное прессование. Дополнительное прессование в про-
цессе сушки (полусухой пресс). Сушка при температу-
ре 100° С .................................................... 29,7
Трехкратное прессование. Дополнительное прессование в процес-
се сушки (полусухой пресс). Сушка постепенная при тем-
пературе от 45 до 100° С...................................... 32,0
Приведенные данные показывают целесообразность исполь-
зования при выработке прозрачных видов бумаги полусухого
пресса, именуемого также полусухим каландром, и постепенной
сушки бумаги. Целлюлоза, используемая для изготовления
прозрачных видов бумаги, должна быть получена в результате
варки при умеренных температурах и при осторожной отбелке.
С повышением контактов между волокнами величина свето
рассеяния уменьшается, так как уменьшается внутренняя удель-
ная поверхность бумаги, способная рассеивать свет. Именно по-
этому размол бумажной массы, преимущественно направлен-
ный на фибриллирование волокон, прессование бумаги на бу-
магоделательной машине и другие процессы, способствующие
уплотнению бумаги и увеличению межволоконных связей,
уменьшают долю светорассеяния.
Светорассеяние увеличивается с повышением степени шеро-
ховатости поверхности бумажного листа: чем более шерохова-
та поверхность бумаги, тем менее бумага прозрачна. Марки-
ровка поверхности бумаги от сетки и сукон увеличивает шеро-
ховатость бумаги и, следовательно, уменьшает ее прозрачность.
Поэтому при выработке высокопрозрачных видов бумаги ре-
комендуется использовать одежду машины, не вызывающую
заметной маркировки на поверхности бумаги.
Покрытие поверхности бумаги лаком хотя и резко увеличи-
вает гладкость бумаги, тем не менее не всегда способствует
повышению ее прозрачности. Лакированная бумага будет про-
зрачной в том случае, если коэффициент преломления лучей
лаком имеет примерно ту же величину, что и целлюлозой.
При этом лак должен быть надлежащей вязкости, позволяю-
щей ему проникнуть в поры бумаги, вытеснив при этом воздух.
Для повышения прозрачности бумаги могут быть использова-
ры, например, нитроцеллюлозный, а также поливинилбутирале-
вый лаки.
На рис. 117 изображен образец прозрачной бумаги, сфо-
тографированный на черной подложке. Нижняя часть листа
подвергалась сильному локализованному уплотнению. В ре-
зультате она стала более прозрачной (на фотографии более
темная). В верхней части фотографии белые точки, являющие-
ся изображениями пузырьков невытесненного воздуха. В пра-
вом нижнем углу фотографии изображена поверхность листа,
Рис. 117. Прозрачная бумага, сфотографированная на черной подложке
подвергнутого сильному уплотнению и покрытого с обеих сто-
рон пленками нитролака. Из рисунка видно, что прозрачность
листа и однородность его структуры при такой обработке еще
более возрастают.
С увеличением толщины бумаги возрастает светопоглоще-
ние, вследствие чего прозрачность бумаги снижается. Условно
считают, что в интервале небольших изменений массы бумаги
светопроницаемость ее обратно пропорциональна массе 1 м2
бумаги. По данным Г. Э. Финкельштейна [144], в условиях не-
больших изменений массы 1 м2 бумаги светопроницаемость ее
находится в экспоненциальной зависимости от массы ее 1 м2.
Многие виды бумаги должны быть непрозрачными. Возмож-
но большей непрозрачностью должна отличаться бумага, слу-
жащая для упаковки фотографических материалов, а также
бумага, используемая при изготовлении штор для затемнения
помещений. Ограниченной непрозрачностью должны отличать-
ся, как указано выше, разные виды бумаги для письма и пе-
чати.
Наибольшая непрозрачность бумаги достигается в том слу-
чае, когда в качестве наполнителя используется сажа или гра-
фит, а окраска бумаги осуществляется красителем черного цве-
та (например, нигрозином). Выше были рассмотрены факторы,
определяющие светопроницаемость бумаги. Рассмотрение этих
факторов позволит читателю самостоятельно сделать правиль-
ные выводы о том, какие меры должны быть предусмотрены как
при выработке высоко прозрачных видов бумаги, так и при из-
готовлении широкого ассортимента бумаги для письма и печа-
ти с целью достижения в этом случае нужной степени непро-
зрачности бумаги.
Непросвечиваемость газетной бумаги и факторы, на нее
влияющие, изучали О. Антонсен и В. Лорос. Ими установлено,
что непрозрачность газетной бумаги тем выше, чем больше
в ней содержится древесной массы и чем меньше целлюлозы,
так как древесная масса имеет значительно больший коэффици-
ент светорассеяния, чем целлюлоза. Замена части небеленой
сульфитной целлюлозы полубеленой сульфатной повышает сте-
пень непрозрачности газетной бумаги.
При исследовании оптических свойств различных фракций
древесной массы, полученных на приборе Хурума (мелкие во-
локна, средние и длинные волокна), установлено, что наиболь-
шую непрозрачность бумаге придают мелкие волокна (мель-
штоф). Длинные волокна обнаруживают наиболее низкий по-
казатель светорассеяния.
Ниже приведен относительный показатель светорассеяния
и фракционный состав древесной массы по длине волокон.
Фракция:
длинноволокнистая................................................327
средневолокнистая. . ............................ ... 494
Смесь средневолокнистой фракции и. мельштофа................... 828
Мельштоф ... 1260
Нефракционированная древесная масса из осины .... .... 695
На рис. 118 показана установленная указанными авторами
зависимость непросвечиваемости печатного текста от массы 1 м2
газетной бумаги при различном содержании в ней целлюлозы.
Как видно из графика, найденные точки располагаются при-
близительно на прямых параллельных между собой линиях.
При этом верхняя линия, характеризующая максимальную не-
просвечиваемость текста через бумагу, соответствует мини-
мальному содержанию целлюлозы в композиции газетной бу-
маги.
Наблюдениями установлено, что для газетной бумаги увели-
чение давления между валами прессов мокрой части бумагоде-
458
Рис. 118. Зависимость непросвечиваемости печатного текста от массы 1 м2
газетной бумаги при различном содержании в ней целлюлозы, %:
I — 10; 2 — 15; 3 — 20; 4 — 25
Рис. 119. Зависимость белизны бумаги R<x> от степени помола целлюлозы:
1 — хлопковой; 2 — беленой сульфатной
дательной машины лишь незначительно повышает светопрони-
цаемость бумаги. Это повышение становится заметным при из-
готовлении бумаги из 100% сульфитной целлюлозы.
Анализ образцов газетной бумаги, взятых до и после ка-
ландрирования с пяти различных бумагоделательных машин,
показал, что нормальное каландрирование незначительно влия-
ет на изменение показателя светопроницаемости бумаги.
6.3. БЕЛИЗНА И ЕЕ СТАБИЛЬНОСТЬ
6.3.1. Методы повышения белизны бумаги
Для многочисленных видов бумаги (для печати и письма,
чертежной, рисовальной, фотографической) белизна является
важным показателем качества, поскольку текст, чертеж или
рисунок, напечатанные, выполненные рейсфедером, пером,
кистью или фотографическим способом, в зависимости от бе-
лизны бумаги в большей или в меньшей степени контрастиру-
ют с поверхностью бумажного листа. Это во многом определя-
ет потребительскую ценность бумаги.
Белизну бумаги определяет степень белизны волокон, из
которых она состоит, а также содержание различных минераль-
ных наполнителей, проклеивающих и окрашивающих веществ.
По данным С. Н. Иванова, белизна по фотометру волокон
белой древесной массы составляет 55—65%, а небеленой суль-
фитной целлюлозы 50—65%. Поэтому для повышения белизны
бумаги из этих волокнистых материалов введением в их ком-
позицию минерального наполнителя последний должен иметь
белизну не ниже 70—75%- Так как беленая сульфатная цел-
люлоза имеет белизну 80—90%, то для ее повышения напол-
нитель должен иметь белизну не менее 85—90%. Более высо-
кой белизной (90—95%) отличаются хлопковые беленые во-
локна. В этом случае используемый минеральный наполнитель
должен иметь белизну не менее 92%. При прочих равных усло-
виях уменьшение размеров частиц белого наполнителя способ-
ствует большему повышению белизны бумаги.
Немалое влияние на белизну изготовляемой бумаги оказы-
вает качество используемой производственной воды — ее окрас-
ка, определяемая наличием тех или иных примесей, находя-
щихся в растворе или во взвешенном состоянии. Все техноло-
гические факторы, способствующие повышению прозрачности
бумаги (высокая степень помола волокнистой массы, значи-
тельное уплотнение бумаги в прессах и при каландрировании),
одновременно снижают белизну бумажного полотна. К этому же
ведет пересушивание бумаги, сопровождаемое ее пожелтением.
На рис. 119, по данным О. Д. Оксенюк [98], показано сниже-
ние степени белизны бумаги с увеличением степени помола ис-
ходной целлюлозы. По сравнению с беленой сульфатной целлю-
лозой хлопковая целлюлоза придает бумаге относительно более
высокую белизну на различных стадиях процесса размола
массы.
Существенное повышение белизны бумаги достигается ее ме-
лованием — нанесением на поверхность бумаги покровного
слоя, содержащего пигмент высокой степени белизны. Такая
бумага широко применяется в полиграфии.
Для повышения видимой белизны бумаги иногда применя-
II! ют оптически отбеливающие кр а сит ел и. Это бес-
III цветные или слабоокрашенные вещества, действие которых ос-
новано на их способности к флуоресценции. Они поглощают
энергию невидимой ультрафиолетовой части спектра, которую
преобразуют в основном в виде флуоресценции — излучения ви-
димого света сине-фиолетового и до зелено-синего оттенка.
Меньшая часть поглощенной световой энергии превращает-
ся в энергию тепловую. Желтый оттенок целлюлозы компенси-
руется синим светом флуоресценции оптического отбеливателя
и поэтому бумага, в которой присутствует оптический отбели-
ватель, кажется при дневном свете светлее по сравнению с бу-
магой, изготовленной из хорошо отбеленной обычным способом
целлюлозы.
Осветляющее действие оптического отбеливателя не следу-
ет смешивать с действием синего красителя, применяемого для
подцветки бумаги, или с действием вводимых в бумагу белых
пигментов. При введении в бумажную массу синего красителя
(например, ультрамарина) им поглощаются длинные волны
желтого и красного света, вследствие чего желтизна в извест-
ной степени компенсируется. При недостаточном количестве та-
кого красителя желтизна целлюлозы остается. Если увеличить
дозировку подцвечивающего красителя, бумага приобретает
зеленый, синий или серый оттенок. Яркость при этом снижает-
ся, так как заметно снижается величина отраженной части све-
товой энергии. Таким образом, применением подцвечивающих
красителей нельзя добиться получения бумаги с высокой
и устойчиво поддерживаемой степенью белизны.
При введении в бумажную массу белых пигментов (дву-
окись титана, сернистый цинк, карбонат кальция, сульфат ба-
рия и др.) с белизной, превышающей белизну волокнистых
компонентов бумаги, заметно повышается белизна бумаги за
счет разбавления желтого оттенка, который полностью при
этом все же не устраняется. Белизна бумаги увеличивается тем
больше, чем больше в ней содержится белого пигмента. Одна-
ко количество вводимых в бумажную массу пигментов ограни-
чивают как из экономических целей, так и из опасений появ-
ления разносторонности бумаги по оттенку, а также снижения
механической прочности и пр.
Каолин, применяемый обычно в качестве наполнителя, име-
ет белизну, уступающую белизне указанных выше наполните-
лей. Его белизну можно значительно повысить отбелкой, но, по
данным Д. А. Даниловой, это небольшое повышение белизны
бумаги приводит к ее существенному удорожанию. Поэтому
для бумаги повышенной белизны применение беленого каолина
нецелесообразно. Однако, как отмечает тот же автор, низкая
белизна природных каолинов еще не свидетельствует об их
непригодности для использования в качестве наполнителя бу-
маги. Следует при этом руководствоваться не общим содержа-
нием в каолине соединений железа, снижающих его белизну,
а способностью этих соединений железа подвергаться отбелке.
При этом легкорастворимые соединения железа удаляются
и белизна природного каолина существенно повышается, что
позволяет некондиционные каолины перевести в сорта высших
категорий для использования их при меловании бумаги.
При изготовлении окрашенных видов бумаги цветовые ха-
рактеристики каолина, использованного в качестве наполните-
ля, заметно влияют на цвет вырабатываемой бумаги, что может
быть причиной разноцветицы.
6.3.2. Оптическое отбеливание бумаги
Применение оптических отбеливателей имеет преимущество
По сравнению со многими другими способами повышения белиз-
ны бумаги, так как не оказывает отрицательного влияния на
основные свойства бумаги. Они используются в весьма малых
Количествах и при этом придают бумаге столь высокую степень
нидимой белизны, которую не может обеспечить ни химическая
отбелка волокнистых полуфабрикатов, ни использование бе-
Лых пигментов, не говоря уже о красителях для подцветки бу-
маги. Вместе с тем оптические отбеливатели не всегда приме-
нимы. Так, их нецелесообразно применять в композиции бума-
ги, содержащей более 20% небеленой целлюлозы или древес-
ной массы. Эти полуфабрикаты сами активно поглощают ультра
фиолетовые лучи, что в значительной степени препятствует
действию оптических отбеливателей. Чем желтее используемые
материалы и минеральные наполнители, тем меньше эффект
от действия оптических отбеливателей. Использование карба
мидоформальдегидной смолы в композиции бумаги в меньшей
степени снижает действие оптического отбеливателя, чем ис-
пользование меламиноформальдегидной смолы.
Род минерального наполнителя также имеет определенное
значение. По возрастанию способности поглощать ультрафио-
летовые лучи наполнители могут быть расположены в следую
щий ряд: тальк и сульфат бария, каолин, сульфид цинка, дву-
окись титана (особенно вида рутил). По данным фирмы
И. Р. Гейги (Швейцария), при введении в бумажную массу
10% двуокиси титана к массе абс. сухих волокон вряд ли име
ет смысл применять оптические отбеливатели, так как в этих
условиях теряется до 80% от эффекта их действия.
На проклеенных канифольным клеем видах бумаги эффект
оптической отбелки менее заметен, чем на неклееных. Влияние
оптических отбеливателей при низком значении pH среды обыч
но меньше, чем при высокой. Л. Плачек указывает, что в зави
симости от вида бумаги и условий ее хранения время действия
оптических отбеливателей ограничено сроком от двух месяцев
до двух лет. Наши наблюдения с использованием в производст
венных условиях оптического отбеливателя марки «Релюкс В»
это не подтверждают. Опытные образцы бумаги, в композиции
которых присутствовал такой оптический отбеливатель, даже
после тридцатисуточного термического искусственного, старе-
ния, осуществленного в Лаборатории консервации и реставра
ции документов Академии наук СССР, имели более высокую
степень видимой белизны по сравнению с аналогичными образ-
цами, отличающимися только отсутствием в композиции опта
ческого отбеливателя. Указанное свидетельствует о возможнос-
ти использования подходящего оптического отбеливателя
в композиции документной бумаги, для которой желательно
долговременное сохранение белизны. Это подтверждается так-
же рассмотрением соответствующих образцов бумаги, прило-
женных к статье А. Зпгриста, опубликованной еще в 1954 г
Установлено также, что оптические отбеливатели могут быть
успешно использованы и при реставрации старинных доку
ментов.
На рис. 120 наглядно показан, по данным А. Зигриста, опти-
ческий эффект от воздействия солнечного света на бумагу из
беленой сульфитной целлюлозы без каких-либо добавок, с до
бавками синего красителя (для подцветки бумаги) и оптиче
ского отбеливателя. Как видно на рис. 120, а, площадь А ха-
пактеризует потерю яркости из-за поглощения бумагой части
световой энергии преимущественно в области коротких волн.
Ца 'рис. 120, б показан оптический эффект от воздействия сол-
нечного света на лист бумаги, в композицию которого введен
синий краситель. Последний поглощает главным образом жел-
тую часть спектра. Эта часть световой энергии превращается
н тепловую, а яркость отраженного света уменьшается, что
воспринимается глазом как серый оттенок (площадь В).
Оптический эффект от влияния добавки оптического отбели-
вателя показан на рис. 120, в. Из рисунка видно, что в данном
случае наряду с частичным поглощением сине-фиолетовой ви-
димой части спектра происходит видимое голубое свечение
с одновременным отражением лучей видимой части спектра.
Поглощенная часть лучей компенсируется флуоресценцией (пло-
щадь С) и бумага кажется белой. Очевидно, что чем больше
излучаемая голубая флуоресценция оптического отбеливателя,
тем эффективнее его действие. В пояснение к рис. 120 следует
сказать, что ультрафиолетовые лучи имеют наиболее короткую
длину волны (до 400 нм), а инфракрасные лучи — наибольшую
длину волны (более 750 нм). Физиологическая восприимчивость
человеческого глаза в диапазоне видимого спектра различна
для каждого цвета. Глаз может воспринимать лучи в пределах
длин волн от 380 нм до примерно 780 нм. Наилучшая воспри-
имчивость глаза для длин волн около 550 нм, т. е. в области
желтого и зеленого цветов.
Оптические отбеливатели можно вводить в бумагу различ-
ными способами: в бумажную массу, в клеильном прессе бума-
годелательной машины или вместе с покровным слоем при ис-
пользовании специального оборудования для мелования бумаги.
Оптические отбеливатели могут быть использованы и в про-
цессе отбелки целлюлозы.
Как указывалось ранее, в целях повышения механической
прочности бумаги, содержащей большое количество минераль-
ного наполнителя, рекомендуется предварительная обработка
наполнителя водным раствором катионоактивного соединения.
Швейцарская фирма «Сандоз» рекомендует эту обработку осу-
ществлять в нейтральной или слабощелочной среде в смесите-
ле или в шаровой мельнице при тщательном перемешивании
наполнителя с 2—3-%ным водным раствором катионоактивного
соединения в соотношении 1:1. Таким образом, количество ка-
тионоактивного соединения при этом не должно превышать
3% от массы наполнителя с тем, чтобы избыток этого вещест-
ва отрицательно не отразился бы на действии оптического от-
беливателя, который может быть введен в обработанную опи-
санным образом суспензию наполнителя.
Очевидно, что способы нанесения оптических отбеливателей
иа поверхность бумаги экономически наиболее выгодны, так
как в этом случае нет потерь с промоями, да и нет необходи-
мости иметь оптический отбеливатель в толще бумаги, посколь-
ку важной является белизна ее поверхности. Поэтому оптиче-
ский отбеливатель следует таким образом наносить на поверх-
ность бумаги, чтобы он в возможно меньшем количестве про-
никал в ее толщу.
Д. А. Даниловой установлено, что каолин высокой степени
белизны даже при значительном содержании в нем соедине-
ний железа может успешно применяться для наполнения опти-
чески отбеленной бумаги без предварительной химической
обработки (отбелки). Низкосортный каолин можно подвергать
отбелке, причем с целью получения более высокой степени белиз-
ны и снижения удельных норм расхода оптического отбелива-
теля каолин следует отбеливать в присутствии комплексообра-
зователя (трилона Б).
Каолин, загрязненный органическими примесями, использо-
вать для наполнения оптически отбеленной бумаги нецелесо-
образно ввиду значительного поглощения им ультрафиолете
вых лучей.
Многочисленные оптические отбеливатели, применяемые
в бумажной промышленности, различаются по своему строению
и химической природе (эскулин, умбелиферон, производные ку-
марина, дпароил и др.). Существует большое число торговых
марок оптических отбеливателей — это с различными индекса
ми бланкофоры, ленкофоры, ультрафоры, тинопали, увитексы
и пр.
Отечественная химическая промышленность изготовляет оп-
тический отбеливающий краситель под наименованием прямой
белый, являющийся продуктом конденсации диаминостилбев-
дисульфокислоты с фенплзоцианатом.
Расход оптических отбеливателей при их введении в бумаж
ную массу (вводить следует до добавления сернокислого алю-
миния и после введения наполнителей) или при отбелке цел-
люлозы не превышает 0,1—0,2% к абс. сухой массе всей ком-
позиции. При поверхностной обработке бумаги оптический от-
беливатель используется в значительно меньшем количестве,
а при введении его в покровную меловальную суспензию рас-
ход оптического отбеливателя составляет всего 0,1—0,15%
к абс. сухой массе компонентов. При таком расходе оптическо
го отбеливателя, как сообщает В. И. Мудрик, степень белизны
мелованной бумаги с покровным слоем из 100% каолина была
выше степени белизны мелованной бумаги с покровным слоем
из 50% каолина и 50% бланфикса, изготовленной без добав
ления оптически отбеливающих красителей. По данным Л. Пла-
чека, расход оптических отбеливателей для повышения белиз-
ны бумаги находится в пределах от 0,005 до 0,15% к массе бу-
маги в зависимости от ее композиции, вида оптического отбе
ливателя и метода его введения в бумагу. Им же указано, что
оптические отбеливатели по своему оттенку различаются на
голубоватые, красноватые и зеленоватые. Первые из них наи-
лучшим образом компенсируют желтый оттенок волокон и на
полнителя. Белизна таким образом осветленной бумаги имеет
холодный тон. Красноватые оптические отбеливатели придают
осветленной бумаге теплый тон.
Оптические отбеливатели применяются для повышения
белизны различных видов бумаги для письма и печати. Благода-
пя контрасту между белизной бумаги и цветом печатной крас-
ки или чернил текст, нанесенный на подобную бумагу, выгля-
дит особенно четким и приятным для глаза. Хорошие резуль-
таты дает применение оптических отбеливателей для повыше-
ния белизны основы фотоподложки, картографической бумаги,
основы для парафинирования, полотенечной, основы для сло-
истых пластиков и многих других видов бумаги. Целесообраз-
ным является введение оптических отбеливателей в белый по-
кровный слой коробочного картона. Рекомендуется также вве-
дение оптических отбеливателей в композицию белой оберточ-
ной бумаги для упаковки пищевых продуктов, портящихся под
влиянием ультрафиолетовых лучей. Оптические отбеливатели
применяются также и в производстве пергамента, который ста-
новится светлее, повышается его непроницаемость для ультра-
фиолетовых лучей, что предотвращает пожелтение масла, за-
вернутого в такой пакет.
Обычные приборы, служащие для определения белизны бу-
маги, непригодны для измерения флуоресцентного свечения бу-
маги, содержащей оптический отбеливатель, так как источни-
ки света этих приборов излучают мало лучей в ультрафиоле-
товой области. Поэтому белизну бумаги, содержащей оптиче-
ский отбеливатель, называют видимой, подразумевая при этом
визуальное восприятие ее человеческим глазом при дневном
освещении бумаги. Для количественной характеристики белиз-
ны этой бумаги пользуются лейкометром — прибором, в кото-
ром в качестве источника света наряду с обычной лампой на-
каливания имеется ртутная лампа, обладающая достаточно
мощным ультрафиолетовым излучением. Обычная лампа нака-
ливания используется при определении белизны бумаги, не со-
держащей оптических отбеливателей; ртутная лампа дает воз-
можность определить белизну бумаги, содержащей оптический
отбеливатель.
Для экспрессного определения количества оптического от-
беливателя в бумаге может быть использован спектрофотомет-
рический метод. Продолжительность анализа по этому методу
не более 1 ч.
Работа, проведенная в Украинском научно-исследователь-
ском институте бумажной промышленности, показала, что ха-
рактер изменения белизны бумаги, имеющей небольшую све-
топроницаемость (до 10—15%), аналогичен изменению коэф-
фициента отражения ею света при наличии черной подложки.
Поэтому по данному показателю можно непрерывно контроли-
ровать степень белизны бумаги.
6.3.3. Стабильность белизны
Пожелтение бумаги — это термин, которым условно
называют снижение ее белизны от воздействия световых лучей
или повышенной температуры. Установлено, что пожелтение
бумаги под влиянием света вызвано действием ультрафиолето-
вых лучей с длиной волны в основном менее 360 нм. Однако на
бумагу оказывают влияние и лучи с длиной волны до 500 нм.
От светового разрушения бумага может быть защищена хране-
нием ее в помещении без окон или с окнами, покрытыми плот-
ными шторами.
Для защиты бумаги от действия света можно также приме-
нять защитные пленки или стекла, задерживающие прохожде-
ние ультрафиолетовых лучей.
Бумага может желтеть и без света при температуре окру-
жающего воздуха, когда целлюлоза плохо промыта и на по-
верхности бумаги из такой целлюлозы выступают растворимые
в воде окрашенные вещества. Описан случай, когда одна из
партий бумаги, хранившаяся в затемненном складе, обнаружи-
ла по замерам белизну 67,7%. После экстрагирования водой из
бумаги желтого окрашивающего вещества белизна ее повыси-
лась до 73,6%.
Пожелтение целлюлозы может также наблюдаться при воз-
действии на целлюлозу некоторых химикатов, вызывающих
деструкцию целлюлозы. Например, перебеленная целлюлоза об-
наруживает после термического старения значительное сниже-
ние белизны.
Как было показано выше, на основании положений теории
рассеяния света установлено, что степень белизны бумаги
находится в математической зависимости лишь от отношения
удельного коэффициента поглощения света (абсорбции) k
к удельному коэффициенту рассеяния s. Если определить отно-
шение k/s до и после пожелтения бумаги, то значение склон-
ности бумаги к пожелтению, по X. В. Гиртцу [189], может быть
выражено числом PC (past color)
РС= ICO [(6,/sJ — (&2/s2)], (17)
где kt/si — отношение удельного коэффициента поглощения
к удельному коэффициенту рассеяния после пожелтения, кото-
рое осуществляют искусственным путем в стандартных услови-
ях под действием ультрафиолетовых лучей или в термостате
под действием повышенной температуры; k2[s2 — отношение
удельного коэффициента поглощения к удельному коэффициен-
ту рассеяния до пожелтения.
Измерив белизну бумаги до и после пожелтения, мож-
но по указанному в разделе 6.1 выражению (9) jk[s^
= (1—7?оо)2/2^оо/, определить соответственно отношения &i/Si
fa/sz, что позволяет по уравнению (17) определить число PC.
По данным X. В. Гиртца, основной причиной пожелтения
беленой целлюлозы в результате ее ускоренного старения при
нагреве до 120е С в течение 16 ч является разложение углевод-
ных продуктов, образующихся при отбелке. Пожелтение в боль-
шей степени наблюдается у жестких беленых видов сульфитной
целлюлозы. Мягкие беленые виды сульфитной целлюлозы, так
как и беленые виды сульфатной целлюлозы, желтеют срав-
нительно редко.
Если фракционированием из жесткой сульфитной целлюло-
зы удалить наиболее поврежденные мелкие волокна, содержа-
щие низкомолекулярную фракцию, большую часть смолистых
веществ и вещества, способствующие образованию при размо-
ле слизи, то склонность целлюлозы к пожелтению заметно сни-
жается.
Этому в известной степени способствует и щелочная обра-
ботка целлюлозы, при которой удаляются образующиеся при
отбелке продукты деградации целлюлозы, полное удаление
которых одной лишь промывкой целлюлозы водой невозможно.
Пожелтение целлюлозы заметно усиливается, если после отбел-
ки ее подкисляют.
Ш. Хернади на основании данных В. Д. Гаррисона,и К. Р.
Калкинса пишет, что целлюлоза, отбеленная приz высокой
температуре, проявляет пониженную склонность к пожел-
тению. Тот же автор, ссылаясь на других' исследователей,
указывает на зависимость пожелтения целлюлозы от остаточ-
ного содержания в ней химикатов после процессов варки и от-
белки, причем результаты термического старения целлюлозы
зависят в основном от режима отбелки, а светового — от режи-
ма варки.
Для получения высокой и стабильной во времени белизны
сульфатной целлюлозы целесообразно осуществлять ее отбел-
ку в пять ступеней по схеме: хлор — щелочь — гипохлорит —
Двуокись хлора—-перекись водорода.
X. Ступинска, ссылаясь на финских исследователей, указы-
вает, что склонность бумаги к пожелтению в значительной сте-
пени определяется родом химикатов, которые использовались
в последней ступени отбелки целлюлозы, примененной для из-
готовления бумаги.
Эти химикаты могут быть расположены в следующий ряд
последовательного увеличения их воздействия на целлюлозу
с целью обеспечения минимальной ее склонности к пожелтению
в процессе старения: боргидрит натрия — хлорит натрия — пе-
рекись водорода — двуокись хлора.
Действие ультрафиолетовых лучей в среде углекислого га-
за, по-видимому, связано с образованием свободных радикалов
кислорода в результате фотохимической реакции и восстанов-
ления при этом СО2 до СО.
Известно, что содержащийся в воздухе углекислый газ пра^,
тически не влияет на пожелтение целлюлозы независимо От
того, в сухом или во влажном состоянии она находится.
Вообще, чем больше влажность образца бумаги, подвергае-
мой старению, тем в большей степени снижается белизна ее
после старения.
Это подтверждается приведенными ниже данными Р. Ревей
полученными в результате опытов старения бумаги при темпе-
ратуре 120° С в течение 24 ч (до старения белизна всех образ-
цов бумаги была равна 83%).
Влажность бумаги, % . ..............Сухая 4 24 44
Белизна после старения, % . . 81,1 79 67 59,5
Как показали опыты, пожелтение целлюлозы от термическо-
го воздействия и воздействия ультрафиолетовых лучей обычно
сопровождается изменением ее химических свойств: уменьшени-
ем вязкости в медно-аммиачном растворе и степени полимери-
зации, увеличением медного числа и растворимости в раство-
рах едкого натра. Между этой растворимостью и наличием
в целлюлозе карбонильных групп >С = О установлена опреде-
ленная связь: с уменьшением количества карбонильных групп
растворимость целлюлозы в горячих растворах едкого натра
снижается.
Окислением карбонильных групп в карбоксильные дей-
ствием хлоритов в кислой среде можно увеличить стабили-
зацию белизны целлюлозы, а восстановлением этих групп
в первичные спиртовые группы почти полностью удается избе-
жать пожелтения целлюлозы. В результате этих обработок
уменьшается образование уроновых кислот при гидролизе, ко-
торые в присутствии влаги оказывают особое влияние на склон-
ность целлюлозы к пожелтению.
Увеличения стабилизации белизны целлюлозы можно добить-
ся, как указывают Л. М. Маррачини и Т. Н. Клейнерт, дейст-
вием на целлюлозу боргидрида натрия (NaBH<) в слегка ще-
лочной среде. Отмечается также, что еще лучший результат
может быть получен при экстрагировании целлюлозы ацетоном.
X. Фридмен пишет, что повышение белизны целлюлозы со
стабилизацией этого показателя при хранении целлюлозы и од-
новременным сглаживанием колебаний белизны можно достиг-
нуть введением раствора перекиси водорода на поверхность
целлюлозного полотна. Раствор перекиси водорода, забуферен-
ный небольшим количеством фосфата натрия, разбрызгивает-
ся из форсунок под давлением 176,5 кПа по всей ширине цел-
люлозного полотна. Расход 50%-ной перекиси водорода в за-
висимости от исходной и желаемой степени белизны целлюло-
зы составляет 0,2—0,6%. Спрысковое устройство устанавливают
после последнего пресса непосредственно перед входом целлю-
«озы в сушильную часть. Опрыскивается только верхняя сторо-
на целлюлозного полотна, так как вводимый раствор пропиты-
вает полотно.
При последующей упаковке листов и сжатии их в упаковоч-
ном прессе в кипы верхние и нижние стороны листов приходят
в тесный контакт, что приводит к равномерной пропитке листов
целлюлозы раствором перекиси водорода.
Исследования, проведенные в Финляндии, показали, что
спрессованная в кипах еще теплая беленая целлюлоза при ее
хранении заметно снижает свою белизну. За первые 2—4 неде-
ля хранения белизна снижается особенно резко и затем остает-
ся примерно на одном и том же уровне.
Это явление связывается с длительным воздействием на цел-
люлозу тепла, вследствие малой теплопроводности высушенной
целлюлозы. Поэтому рекомендуется целлюлозу перед упаков-
кой охлаждать. К такому же выводу приходит Ф. Вульч с со-
трудниками. Он считает температуру одним из важных
факторов, который влияет на склонность целлюлозы к по-
желтению. На рис. 121 приведены кривые изменения темпе-
Рис. 121. Кривые изменения температу-
ры целлюлозы в кипах при работе:
/ — без холодильного цилиндра; 2 —с холо-
дильным цилиндром
ратуры целлюлозы в кипах при работе с холодильным цилинд-
ром и без него.
Другой причиной пожелтения целлюлозы, как указывают те
же авторы, является наличие в ней следов тяжелых металлов,
в первую очередь железа и меди, образующих с карбонильны-
ми группами беленой целлюлозы неустойчивые комплексы, ко-
торые каталитически ускоряют ход окисления при отбелке. Для
Уничтожения этого каталитического действия тяжелых метал-
лов рекомендуется обрабатывать целлюлозу натриевой солью
этилендиаминотетрауксусной кислоты (трилон Б). Эта соль свя-
зывает следы тяжелых металлов таким образом, что они мо-
гут быть вымыты или, оставаясь в целлюлозе, не вызывают ее
Пожелтения. Кроме трилона Б можно применять и полифосфа-
Гы (тринатрий- или тетранатрийфосфаты). Наконец, удале-
ние следов тяжелых металлов возможно с помощью ионооб-
Мена.
Клемм отмечает, что пожелтение бумаги, не содержащей
в композиции древесную массу, зависит от наличия в ней орга
нических соединений железа, являющихся неустойчивы^
к действию солнечного света.
Р. Ноэтлихс указывает, что при обдувании на пресспате су.
шильных цилиндров воздухом с их поверхности удаляются
окислы железа, что способствует повышению белизны выраба-
тываемой целлюлозы.
А. Надельман подчеркивает, что во избежание пожелтения
бумаги при ее хранении необходимо тщательно контролировать
качество сернокислого алюминия, применяемого в производен
ве бумаги.
Он не должен содержать железа совсем или содержать его
в самом минимальном количестве. Особое внимание надо обра-
щать на чистоту используемой оборотной воды.
Для суждения об устойчивости белизны бумаги указанный
автор рекомендует применять метод определения изменения
белизны бумаги в результате ее нагрева в течение 4 ч при
105° С.
При изготовлении долговечных видов бумаги, заметно не
изменяющих своей белизны при естественных условиях старе-
ния, недопустимо применение воды, имеющей окраску от раст-
воренных в ней находящихся в коллоидном состоянии гумусо-
вых веществ, которые легко адсорбируются на поверхности рас-
тительных волокон, снижая их белизну.
Многие авторы связывают пожелтение бумаги с химиче-
скими изменениями, происходящими с течением времени с ка-
нифолью, которая применяется для проклейки бумаги. При
этом некоторые из них объясняют пожелтение бумаги окисле-
нием канифоли, другие на основании наблюдений пожелтения
бумаги в атмосфере азота не связывают это явление с окисли-
тельными процессами.
Как известно, для придания бумаге различных свойств (на-
пример, блестящей поверхности, непроницаемости по отноше-
нию к воде, жиру, воздуху, пару и др.) ее покрывают пленка-
ми различных полимеров. Под действием тепла и света неред-
ко некоторые из этих покровных материалов желтеют. Стойки-
ми являются пленки из полиэтилена. Очень сильно изменяют
свой цвет пленки поливинилиденхлорида, которые при длитель-
ном воздействии света приобретают окраску от желтой до ко-
ричневой. Эта окраска становится особенно заметной на белой
бумажной основе.
В. X. Репсон и Ж- С. Корби в работе, при проведении ко-
торой в целлюлозу вводились с целью моделирования различ-
ные органические вещества, установили, что наличие в волок-
нистых материалах комбинации карбонильной, карбоксильной
и гидроксильной групп приводит во всех условиях к интенсив-
ному пожелтению.
Гемицеллюлозы вызывают пожелтение бумаги лишь в том
лучае, если они окислены (т. е. при наличии в них групп уро-
£овых кислот) и гидролизованы.
0 Окисление гипохлоритом, не являющееся избирательным,
приводит К/ появлению в целлюлозной молекуле кетониых, аль-
дегидных ц карбоксильных групп. При гидролизе такой цел-
\долозы могут образовываться уроновые кислоты с числом ато-
лов углерода от трех до шести. Полное окисление альдегидных
групп в карбоксильные значительно уменьшает пожелтение,
а частичное окисление, наоборот, сильно его увеличивает. Та-
кая частично окисленная целлюлоза в продуктах гидролиза
содержит альдегидные, гидроксильные и карбоксильные
группы.
Целлюлоза, окисленная двуокисью азота, содержит и кар-
бонильные группы и карбоксилы у шестого атома углерода
и поэтому сильно желтеет. Имеется указание на прямую за-
висимость между пожелтением и содержанием у-целлюлозы.
Ш. Хернади [155] установил связь между степенью пожелте-
ния целлюлозы (PC) и содержанием в ней альдегидных групп.
Эта зависимость математически выражена следующей форму-
лой: РС=а(СОН) +Ь(а и b — константы; содержание групп
СОН, %).
Для одного из образцов подвергнутой испытаниям беленой
сульфатной целлюлозы константы в уравнении имели следующие
значения: а = 15,46; Ь — —0,2319. Между содержанием в целлю-
лозе СООН-групп и степенью ее пожелтения автору четкой за-
висимости получить не удалось.
О. А. Каустинен и Н. Д. Джейн экспериментально показа-
ли, что при относительно низких значениях медного числа
(в пределах 1—5) пожелтение целлюлозы находилось в непо-
средственной зависимости от содержания в ней у-целлюлозы.
Увеличение медного числа (от 10 до 40) оказывает небольшое
влияние на зависимость степени пожелтения целлюлозы от со-
держания в ней у-целлюлозы.
Бумага, содержащая в своей композиции большое количест-
во древесной массы, наиболее подвержена пожелтению, как,
например, газетная, которая даже при сравнительно непродол-
жительной экспозиции лучами солнечного света быстро желте-
ет. Это пожелтение связывается с окислением лигнина и с на-
личием веществ, экстрагируемых ацетоном. В практике автора
встретился случай чрезвычайно быстрого изменения цвета боль-
шой партии газетной бумаги еще до поступления ее к потреби-
телям. При исследовании причины этого явления оказалось, что
Для подцветки бумаги применялся весьма несветостойкий кра-
еитель.
Уменьшения пожелтения бумаги, содержащей в композиции
Древесную массу, можно достичь отбелкой древесной массы пе-
рекисью водорода. При этом разрушаются лишь вещества, окра-
шивающие волокна древесной массы, без заметной деструкции
самих волокон.
При изучении влияния ионов металлов на устойчивость цВе_
та древесной массы было установлено, что ионы железа вызыва.
ют значительное снижение белизны древесной массы. Hojnj
меди также вредным образом сказываются на изменении белц3.
ны древесной массы, подвергаемой сушке и воздействию ульт.
рафиолетовых лучей, но не влияют на белизну этого продукта
при его сушке во влажной атмосфере или при комнатной тем-
пературе. На белизну древесной массы ионы алюминия оказы-
вают незначительное влияние, ионы никеля вообще не влияют
а ионы кальция влияют даже благотворно.
В своем обзоре литературы М. И. Чудаков [162] указывает
что под действием так называемого синглетного кислорода на
лигнин образуются хинонные продукты, придающие желтую
окраску древесной массе и целлюлозе. Синглетный кислород
образуется в небольшом количестве в атмосфере, особенно
в атмосфере крупных городов, загрязненной компонентами ав-
томобильных газов, а также в атмосфере вблизи целлюлозных
и химических заводов. Содержащиеся в атмосфере газовые вы-
бросы целлюлозных (сульфиды, меркаптаны) и химических за-
водов (сульфоксиды, амины, фосфины и др.) служат сенсиби-
лизаторами по отношению к молекулярному кислороду, что
способствует образованию синглетного кислорода, повышающе-
го к тому же деструкцию различных полимеров, в том числе
и целлюлозы. В качестве средств предотвращения вредного
действия синглетного кислорода на полуфабрикаты бумажного
производства М. И. Чудаков рекомендует осуществление поис-
ков наиболее эффективных тушителей синглетного кислорода
и разработку методов химической модификации лигнина в рас-
тительной ткани, обеспечивающих надлежащую его стабиль-
ность.
В большинстве случаев пожелтение бумаги под действием
света и тепла связано с реакциями окисления содержащегося
в бумаге лигнина, продуктов деструкции целлюлозы (если та-
ковые имеются в результате чрезмерной отбелки), частиц кани-
фольного клея, а также соединений металлов, имеющихся
в клее и в производственной воде. Наши наблюдения, а также
опыты некоторых исследователей показали, что даже неклееная
бумага, состоящая из хорошо очищенной беленой целлюлозы
(хлопковой и древесной), также под влиянием света желтеет
и снижает свою механическую прочность. Как отмечает
Ф. А. Абади-Момер, независимо от вида волокон под влиянием
света ртутно-кварцевой лампы (действие ультрафиолетовых
лучей) происходит частичное разложение целлюлозы, сопро-
вождаемое пожелтением даже очень чистой целлюлозы и обра-
зованием газообразной фазы, снижением показателей механи-
ческой прочности целлюлозы и уменьшением содержания
а-целлюлозы. Подобная целлюлоза, подвергнутая действию
света, с трудом поддается этерификации. Таким образом, под
действием облучения бумаги ультрафиолетовыми лучами,
I также под действием тепла в целлюлозе происходят серьез-
а е физико-химические изменения.
й Природа воздействия света на бумагу с фото деструкцией
„следней заключается в прямом фотолизе и фотосенсибили-
' ЩдИИ. ® результате прямого фотолиза световые кванты погло-
щаются облучаемыми веществами и могут вызвать разрыв их
химических связей. Основными газами среди продуктов фото-
лиза целлюлозы являются окись углерода, двуокись углерода
и молекулярный водород.
Сообщается [205], что некоторые газы, особенно SO2, H2S
И СО, присутствующие в атмосфере в качестве следов, но об-
наруживающие повышенные концентрации в атмосфере воздуха
вблизи целлюлозных заводов, растворяются в воде или адсор-
бируются на целлюлозе и в сочетании с неорганическими соля-
ми снижают белизну бумаги. Реакции окисления целлюлозы
приводят к образованию СО—, СОН— и (или) СООН-групп,
из которых первые две вызывают пожелтение бумаги, а послед-
няя действует как ионообменник, поглощая из воды различ-
ные ионы: Fe и Си окрашивают бумагу сразу, a Na, Са и Mg
вызывают пожелтение под действием света и нагревания. Из
того же источника известно, что чем выше температура сушки
и ее продолжительность, тем сильнее наблюдается пожелтение
высушиваемой бумаги, особенно при pH более 8,5 и менее 3,5.
Фотосенсибилизация вызывается некоторыми веществами,
присутствующими в бумаге или введенными в нее. Как было
указано выше, к числу сенсибилизирующих веществ в целлю-
лозе следует прежде всего отнести лигнин, являющийся основ-
ной причиной пожелтения целлюлозы. Сенсибилизирующими
веществами являются также находящиеся в бумаге жиры, смо-
лы, проклеивающие вещества, свободный хлор, соляная кисло-
та, некоторые красители, ионы меди, ионы двухвалентного
и трехвалентного железа и др.
Изучая оптические изменения в бумаге в результате ее тер-
мического старения, Д. П. Эрастов установил, что светорассея-
ние понижается главным образом в сине-фиолетовой части
спектра и очень незначительно изменяется в зелено-желтой
и красной его областях. В крайней красной области изменения
ничтожно малы. Такое перераспределение светорассеяния по
спектру приводит к пожелтению бумаги. Наименьшие оптиче-
ские изменения после термического старения наблюдаются
У бумаги, в которую в качестве наполнителя был введен мел.
По-видимому, он выполняет роль буфера, снижающего кислот-
ность среды, обычно усиливающуюся при старении целлюлозы.
Относительному сохранению светорассеяния бумаги способству-
ет содержание в ней каолина, и особенно оптического отбелива-
теля.
На декструкцию волокнистых материалов, подвергнутых
Действию тепла и света при их пожелтении, указывают многие
авторы. Как свидетельствует Е. Я. Перльштейп, об этой дест-
рукции можно судить в числе других показателей по измене,
нию ступенчатой растворимости бумаги в едком натре (а-, р.
у-целлюлозы), на что указывает снижение содержания а-цед!
люлозы; нарастание содержания 0-целлюлозы; периодические
спады содержания у-целлюлозы, наблюдающиеся для различ.
ных волокнистых материалов и дающие основание предпола.
гать частичное разрушение их до газообразных продуктов.
Е. К. Кроллау указывает, что наиболее стойкими к дейст-
вию естественного света являются чисто тряпичные виды бу-
маги. Некоторые образцы такой бумаги, желтые до начала
опыта, в результате световой отбелки заметно светлеют. Было
также установлено, что краситель прямой голубой, используе-
. мый обычно бумажными фабриками для подцветки бумаги, яв-
ляется несветостойким и под действием естественного освеще-
ния, а также ртутно-кварцевой лампы заметно изменяет свой
цвет, придавая бумаге розоватый оттенок. Средством защиты
бумаги от пожелтения и ее быстрого старения может служить
покрытие ее поверхности защитным слоем.
6.4. ВЫЯВЛЕНИЕ НА БУМАГЕ НЕВИДИМЫХ РИСУНКОВ
И ТЕКСТОВ
За последнее время разработаны и усовершенствованы мно-
гие методы выявления на бумаге рисунков и текстов, невиди-
мых при обычном рассматривании бумаги. Применение этих
методов представляет большой практический интерес, так как
позволяет выявить рисунки и прочесть тексты, замазанные
краской или зачеркнутые чернилами. Оказывается возможным
четко различить водяной знак на документе, сплошь покрытом
типографской краской или чернилами. В ряде случаев возмож-
но прочесть текст на остатках сожженной бумаги или восстано-
вить изображение на старой выцветшей фотографии. Все эти
методы являются ценным подспорьем как для ученых или рес-
тавраторов, изучающих или реставрирующих старинные доку-
менты и картины, так и для криминалистов, которые с при-
менением этих методов могут безошибочно обнаружить поддел-
ку в документе.
Методы выявления невидимых рисунков и текстов весьма
разнообразны. Простейшим способом прочтения текста, залито-
го (замазанного) чернилами или краской, является осмотр ли-
цевой или оборотной стороны документа в падающем свете под
разными углами зрения, а также при боковом освещении и ис-
следовании документа на просвет. Если штрихи текста и ве-
щества наслоения отличаются по цветному тону, то пятно осма-
тривают в падающем свете через светофильтр такого же оттен-
ка, что и пятно. Указанные методы не всегда, однако, дают
желаемый результат. Поэтому для более четкого выявления изо-
бражений пользуются методами фотографирования.
Как указывает Д. П. Эрастов, преимущество фотографиче-
х процессов перед обычным зрительным восприятием объяс-
сяется в первую очередь следующими четырьмя факторами:
более широкой спектральной чувствительностью фотослоев, что
позволяет регистрировать изображения не только в видимой
области спектра, но также в ультрафиолетовой, инфракрасной,
области рентгеновских лучей и т. п.; возможностью передать
оптическое изображение с более высоким контрастом, нежели
в действительности; способностью фотослоев аккумулировать
световую энергию (таким образом оказывается возможным по-
лучить изображение при столь низких уровнях освещенности,
при которых глаз уже не в состоянии что-либо конкретно вос-
принимать); возможностью получения видимого объективного
фотографического изображения, пригодного для всестороннего
изучения, обработок, размножения и т. п.
При использовании фотографических процессов могут быть
указаны два пути выявления невидимых изображений. Первый
путь заключается в том, что небольшие значения контраста
между фоном и элементами изображения регистрируются фото-
графически с повышенным контрастом, благодаря чему изо-
бражение становится лучше различимым. Второй путь фото-
графического выявления невидимых изображений заключается
в выборе таких оптических условий, при которых необходимый
контраст достигается на самом документе за счет выделения
спектральной зоны, в которой наблюдается максимальное раз-
личие в яркости изображения. Выбор нужной спектральной зо-
ны достигается спектразональным фотографированием с при-
менением методов фотографирования в ультрафиолетовых, ин-
фракрасных, рентгеновских и других лучах, а также фотогра-
фированием в лучах отраженных, проходящих в свете собст-
венной люминесценции, и т. д. Как отмечает Д. П. Эрастов,
Рис. 123. Фотоснимок штрихов
синих чернил, залитых фиолето-
выми чернилами:
а — без светофильтра; б — со свето-
фильтром КС-17
второй путь фотографического выявления невидимых текстов
и рисунков получил наибольшее распространение в практике
исследования, а также реставрации различных документов
и является перспективным.
Большинство видов обычной бумаги проницаемы для инфра.
красных лучей. Поэтому фотографирование в инфракрасных
лучах изображений, заклеенных бумагой, не пропускающих этих
лучей, позволяет выявить эти изображения (рис. 122). Это
возможно в тех случаях, когда изображение выполнено гра.
фитным или графитно-копировальным карандашом, черной
тушью, чернилами или типографской краской, непроницаемыми
для инфракрасных лучей, или
осуществлено через копироваль-
ную бумагу, а также выполнено
на пишущей машинке с черной
лентой.
На рис. 123 изображены фо-
тоснимки штрихов синих чернил,
залитых фиолетовыми чернила-
ми. Штрихи удалось выявить при
фотографировании с использо-
ванием светофильтра КС-17.
Методами исследования до-
кументов в ультрафиолетовых
лучах пользуются для выявле-
ния текста, вытравленного беля-
щими растворами. Например,
текст, написанный синими чер-
нилами и подвергнутый отбелке
белящими соединениями хлора,
при обычном освещении совер-
шенно невидим. Однако в уль-.
фиолетовых лучах под ртутно-кварцевой лампой он обнаружи-
вает светло-оранжевую флуоресценцию, благодаря которой
становится легко различимым.
В некоторых случаях для выявления вытравленного текста
пользуются методами химической обработки документа. Эти
методы часто основаны на различии в адсорбции использован-
ного химиката бумагой и остатками вещества штрихов текста
(окуривание документа парами йода).
Иногда пользуются цветными реакциями, происходящими,
например, при обработке роданистоводородной кислотой до-
кумента, вытравленный текст на котором был ранее написан
железогалловыми чернилами.
Примером четкого выявления водяного знака на документе
могут служить фотоснимки, на которых показана обычная фо-
тография документа (рис. 124) и фотография этого документа
в р-лучах (рис. 125). Как видно из фотоснимков, при фотогра-
фировании в р-лучах полностью исчезает текст и иллюстра-
Рис. 124 Обычная фотография документа (водяной знак на бумаге слабо
виден)
Рис. 125. Фотография документа, изображенного на рис. 124, в 0-лучах
ция на снимке документа, а контуры водяного знака отчетливо
выступают, так как эти контуры являются наиболее тонкими
местами в бумаге и поэтому наиболее доступными к прохож-
дению 0-лучей. Последние оставляют соответствующий след на
подложенном под документом фотографическом материале (бу-
маге, пленке или стекле со светочувствительным слоем).
На рис. 126 приведена обычная фотография части фрагмен-
тов соженной рукописи. На рис. 127 показана фотография тех
же фрагментов рукописи, полученная при бестеневом освеще-
нии. Как видно, при этом методе фотографирования на рУ'
копией четко виден текст.
Различными фотографическими методами в сочетании с ме'
Годами физико-химического анализа пользуются эксперты-кри-
миналисты для идентификации образцов бумаги.
Сведения об идентификации различных волокон, применяе-
мых в бумажной промышленности, по внешнему виду и микро-
сТруктурным признакам в книге не приводятся, так как они
уже в систематизированном виде опубликованы [43]. Здесь сле-
Рис. 126. Обычная фотография фрагментов сожженной рукописи
Рис. 127. Фотография тех же фрагментов рукописи (рис. 126), полученная
при бестеневом освещении
дует лишь отметить, что идентификация вида волокон извест-
ными методами, особенно микроскопическими, требует опыта
оператора и не всегда дает достаточно точный результат.
Известно, например, ив кциги В. Хагена «Операция Бернхардт», что
в период второй мировой войны руководители нацистской Германии, стре-
мясь вызвать экономический хаос в странах своих противников, проводили
операцию, получившую 'название «операции Бернхардт» и заключавшуюся
в изготовлении фальшивых денежных знаков, которыми намечалось навод-
нить враждебные Германии страны.
Анализом бумаги, «а которой печатались английские фунты, было уста-
новлено, что бумага изготовлялась из льняных волокон. С соблюдением
всевозможных особенностей технологии была изготовлена бумага, которую
Нельзя было отличить от подлинной да обычными анализами, ни под микро-
скопом. Однако под кварцевой лампой хотя оба вида бумаги выглядели
лиловыми, тем не менее на подлинной бумаге тона были светлыми и жи-
выми, а на 'поддельной — блеклыми и грязноватыми. Нужный результат
не был достигнут даже после получения из Турции особого сорта льна, ко-
торым, как было установлено, пользовались английские мастера при изго-
товлении своей денежной бумаги. И все же в конце концов секрет был
Раскрыт: при изготовлении фальшивомонетчиками бумаги из подвергнутого
отбелке бывшего в употреблении тряпья, изготовленного из турецкого льна,
Выла получена бумага, полностью идентичная английской. Фальшивые
банкноты принимались служащими байков без малейшей тени подозрения.
Дело доходило до парадоксов — иногда под подозрение попадали пачди
с настоящими фунтами, которые сдавались в банк вместе с поддельны^),
банкнотами. На все опыты с изготовлением фальшивых банкнот было затра.
чено очень много времени, и к моменту появления английских фунтов, изго^
товленных в Германии, война приобрела уже неблагоприятный для нацистов
поворот.
А. Р. Шляхов указывает, что при идентификации образцов
бумаги пользуются данными о ее толщине, композиции по ви-
ду волокон, степени проклейки, зольности и зольном составе
содержании лигнина, цвете и люминесценции в ультрафиоле-
товых лучах. Однако он отмечает, что научная методика экспер-
тизы идентификации образцов бумаги разработана недоста-
точно.
Из своей практики экспертных заключений по идентифика-
ции образцов бумаги автор этой книги пришел к выводу, что
в ряде случаев более обширные исследования образцов бумаги
с использованием различных физико-химических и оптических
методов анализа дают возможность высказать уверенное за-
ключение. При этом полезно также обращать внимание на мар-
кировку поверхности бумаги от сетки и сукон. Подобные отпе-
чатки на поверхности бумаги становятся значительно более за-
метными при смачивании бумаги водой.
Научные методы выявления на бумаге изображений, невидимых при
обычном рассматривании бумаги, позволили во многих случаях экспертам-
криминалистам раскрыть подлоги или же снять обвинение с невиновных.
С помощью этих же методов неоднократно удавалось объективно уста-
навливать историческую истину: например, прочесть текст на остатках
сожженной рукописи конца XVI или первой половины XVII в., найденной
при раскопках в Псковском кремле; установить владельцев залитых кровью
красноармейских книжек, хранившихся в Волгоградском музее обороны;
четко восстановить угасшие изображения на фотографии 50—60-летней дав-
ности; прочесть ранее .неизвестный текст «Изборника Святослава
1076 г.» и пр.
Глава 7
СВОЙСТВА БУМАГИ, НАЗЫВАЕМЫЕ ПЕЧАТНЫМИ
Бумага, изобретение не менее чудес-
ное, чем книгопечатание, для кото-
рого она служит основой.
Оноре де Бальзак
«...То, что мы живем как люди и мо-
жем оставить честные воспомина-
ния— этим мы обязаны бумаге».
Плиний
7.1. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Печатные свойства бумаги являются понятием до-
вольно неопределенным, так как, во-первых, для различных ви-
дов печати предъявляются различные требования к бумаге
во-вторых, даже при вполне определенном виде печати печат-
ные свойства бумаги не могут быть однозначно выражены ка-
ким-либо показателем. Принято считать, что они характеризу-
ются комплексом показателей, обеспечивающих высокое каче-
ство отпечатков при использовании того или иного вида печати.
Дж. П. Кейси считает, что к числу факторов, определяющих
качество печати, относятся: степень контрастности между запе-
чатанными и незапечатанными участками, отделка запечатан-
ных и незапечатанных участков, однородность сплошных и по-
лутоновых участков, четкость печати и ее просвечиваемость.
Независимо от вида применяемой печати на печатные свой-
ства бумаги оказывают влияние ее однородность, способность
воспринимать печатную краску, белизна, непрозрачность, глад-
кость и плоскостность поверхности, лоск, микрогеометрия по-
верхности, мягкость (сжимаемость), сопротивление пылению
и выщипываемости с поверхности и другие показатели каче-
ства. Имеет значение и упругость бумаги.
Считается [190], что бумага для печати не должна иметь pH
водной вытяжки ниже 4,5, так как повышенная кислотность
среды приводит к ускоренному старению бумаги, замедлению
высыхания печатной краски, явлению коррозии пигмента при
использовании металлизированной краски, а также к порче пе-
чатной формы. Высокое значение pH (9,5 и выше) способству-
ет чрезмерному эмульгированию печатной краски водой, добав-
ляемой для увлажнения бумаги. Как слишком высокое, так
и слишком низкое значение pH приводит к изменению оттенков
высохшей печатной краски.
Показатель удлинения бумаги до разрыва более важен
при использовании бумаги на ротационной печатной машине,
чем на листовой.
При некоторых видах печати важным требованием является
минимальная деформация бумаги или сохранение стабильности
ее размеров при увлажнении и последующем высыхании. Боль-
шинство из этих показателей качества бумаги описаны в кни-
ге отдельно. В настоящем разделе рассматриваются лишь те
специфические печатные свойства бумаги, которые определяют
взаимодействие печатной краски с бумагой и высокое качество
получаемых отпечатков при различных видах печати. Подроб-
ное рассмотрение этого вопроса читатель может найти в книге
А. Козаровицкого.
Чтобы уяснить себе характеристику печатных свойств бума-
ги> необходимо остановиться на специфических особенностях
Различных видов печати. Существует три основных вида печа-
ТИ: высокая, или типографская, плоская (офсетная, литограф-
сКая) и глубокая.
Основные из свойств бумаги, определяющие качество печа-
л на ее поверхности, по-разному оказывают свое влияние
зависимости от вида печати. Это наглядно иллюстрируется
данными Л. Чахирра [180], представленными в табл. 55.
55. Влияние отдельных свойств бумаги на качество
печати различными способами
Показатель бумаги Способ печати
офсетный высокий глубокий
Гладкость X XX XXX
Сжимаемость X XX XXX
Сопротивление выщипыванию XXX XX X
Обозначения: X — не имеет существенного значения; XX — имеет зна-
чение; XXX — имеет решающее значение.
7.1.1. Высокая печать
Высокая печать характеризуется тем, что печатающие
элементы печатной формы значительно возвышаются над про-
бельными. Тонкий слой печатной краски с помощью красочного
валика наносится на печатающие элементы. В процессе печата-
ния бумага при давлении 2942—4903 кПа приводится в кон-
такт с печатной формой и частью краски (примерно половина)
переходит с печатающих элементов на поверхность бумаги сло-
ем толщиной в 2—3 мкм. После впитывания в поры бумаги
слой краски в затвердевшем состоянии возвышается над ее по-
верхностью всего лишь на величину, выражаемую долями
1 мкм. Типографская бумага либо слабо проклеивается, либо
проклейка у этой бумаги совершенно отсутствует.
Так как при этом способе печати контакт между бумагой
и печатающей поверхностью возникает только на выпуклых точ-
ках печатной формы, необходимо, чтобы бумага для обеспече-
ния хороших печатных свойств отличалась высокими показа-
телями гладкости и мягкости, т. е. способностью сжиматься под
действием давления печатного цилиндра. Это позволяет полу-
чить хороший контакт во всех точках соприкосновения печат-
ной формы с бумагой. Поэтому желательно, чтобы типограф-
ская бумага выпускалась глазированной, т. е. обрабатывалась
на суперкаландре. Для типографской бумаги, изготовленной из
100% целлюлозы и предназначенной для иллюстрированных из-
даний, особенно тоновых, это условие крайне необходимо. Для
бумаги же с содержанием древесной массы, наличие которой
в композиции типографской бумаги способствует улучшению
контакта печатной формы с бумагой, возможен выпуск ее ма'
шинной гладкости, особенно если бумага предназначена для
текстовых изданий без иллюстраций. Метод высокой печати
широко применяется для печатания многотиражной книжно-
журнальной полиграфической продукции и пригоден как для
текстовой печати, так и для тоновых иллюстраций.
Известно, что при печатании газет на современных быстро-
ходных ротационных машинах также применяется метод высо-
кой печати. При этом газетная бумага в значительной мере
улучшает свои печатные свойства, если она предварительно бы-
ла пропущена через суперкаландр, что, впрочем, для этого ви-
да не является обязательным.
Среди различных видов бумаги (газетная, типографская
и пр.) Для высокой печати применяют также и мелованную бу-
магу, отличающуюся от немелованной более однородной струк-
турой и высокой гладкостью поверхности. Чем выше линиатура
растра при печати, тем более гладкой должна быть поверх-
ность бумаги. При этом с повышением гладкости бумаги резко
сокращается расход краски для печати.
7.1.2. Плоская печать (офсетная, литографская)
Плоская печать характеризуется тем, что на печатной
форме как печатающие, так и пробельные элементы практиче-
ски расположены в одной плоскости. При этом пробельные
элементы формы смочены водой, а печатающие элементы за-
жирены и поэтому избирательно воспринимают масляную пе-
чатную краску, накатываемую на печатную форму. При офсет-
ной печати краска переходит с печатной формы на бумагу не
непосредственно, а сначала на резиновую рубашку (декель)
офсетного цилиндра и затем уже при давлении 490—686 кПа
на поверхность бумаги. Наносимый на бумагу слой печатной
краски имеет толщину только 1,5—2,0 мкм. Литографская пе-
чать отличается от офсетной тем, что слой краски более гус-
той и с печатающих элементов он передается на бумагу непо-
средственно при давлении 1961—2942 кПа.
Офсетный способ печати имеет ряд преимуществ перед спо-
собом высокой печати: требуется меньшее давление, офсетная
бумага не требует отделки на суперкаландре, меньше расходу-
ется краски и меньше затруднений от статического электриче-
ства. Однако офсетная бумага должна иметь повышенную проч-
ность поверхности, она должна быть клееной и отличаться
повышенной стабильностью размеров при увлажнении и после-
дующем высыхании, для чего среди прочих условий требуется
тщательное кондиционирование бумаги перед печатью.
Дефектами ролевой офсетной бумаги, вызывающими наи-
более серьезные затруднения при печати, по мнению ван Дер-
веера, являются: неплотная намотка рулонов с вытянутыми
кромками полотна, что не обеспечивает равномерного натяже-
ния полотна при размотке рулона, низкая влажность, морщи-
ны на поверхности бумаги, а также бумажная пыль и посто-
ронние куски бумаги, попавшие в рулон. Известно, что, помимо
Указанных дефектов, серьезное влияние на бесперебойность ра-
°ты и качество отпечатков при офсетной, как и при других
видах печати, оказывают колебания массы 1 м2 бумаги, а так-
же наличие в полотне плохих склеек, просвечивающих пятен
и сквозных отверстий.
Офсетный способ печати применяется для многотиражного
печатания художественных репродукций, плакатов, иллюстри-
рованных журналов с художественными тоновыми (в том чис-
ле многокрасочными) иллюстрациями, детских книг и буква-
рей. Особенно хорошо воспроизводятся офсетной печатью аква-
рельные оригиналы. Достаточно хорошо (в отличие от лито-
графской печати) передается офсетом и текст. Поэтому офсет-
ный способ находит все большее применение для печатания
книг, журналов и газет.
Офсетным способом печати пользуются и при изготовле-
нии обоев. При этом в ГДР применяют либо двухслойную бу-
магу-основу с нижним слоем, содержащим до 60% древесной
массы и макулатуры, либо бумагу однослойного отлива. Бума-
га имеет массу 105—150 г/м2. Поверхностную обработку (грун-
товку) обойной бумаги, содержащей древесную массу, целесо-
образно осуществлять непосредственно на бумагоделательной
машине при изготовлении бумаги-основы с наносом поверх-
ностного слоя 20 г/м2, состоящего в основном из минерального
наполнителя (мел, литопон, каолин и др.) и связующего. Крас-
ки при печатании обоев офсетным способом должны отличать-
ся повышенными требованиями к светостойкости и светопро-
ницаемости (127].
Литографский способ печати применяется для малотираж-
ной художественной печати этикеток, плакатов, детских книг
и др.
После каландрирования офсетная бумага имеет такие же
показатели качества, как и литографская. Таким образом, лито-
графская бумага представляет собой каландрированную офсет-
ную бумагу. Это свидетельствует о целесообразности объеди-
нения указанных двух видов бумаги в один под общим наиме-
нованием литоофсетной бумаги с выпуском ее в каландрирован-
ном и некаландрированном видах. Оба вида бумаги должны
отличаться хорошей проклейкой и небольшой деформацией при
увлажнении. Если деформация бумаги вследствие ее увлажне-
ния в процессе печати будет большой, то при наложении после-
дующих красок может произойти несовмещение их контуров,
а следовательно, ухудшение качества печати и образование
значительного количества брака.
Долгое время считалось, что хорошо проклеенная бумага
обладает пониженной впитывающей способностью не только
к воде, но и к масляной краске. Это представление оказалось
неправильным. Канифольная проклейка в массе, придавая бу;
маге определенную степень гидрофобности, не придает ей
олеофобности, а, наоборот, делает бумагу несколько более
олеофильной. Практически же впитывающая способность бума-
ги по отношению к масляной краске не изменяется в зависи-
мости от степени канифольной проклейки в массе. Впитывае-
мость в бумагу масляной краски, применяемой в литоофсетной
печати, при всех прочих равных условиях определяется в основ-
ном пористостью бумаги, а не степенью ее проклейки.
При сильном каландрировании пористость бумаги резко сни-
жается, что ведет к значительному уменьшению впитываемости
краски. Из практики известно, что умеренное давление при ка-
ландрировании, обеспечивающее получение литографской бума-
ги с лоском в пределах 11—13° по Кизеру, дает наилучшие ре-
зультаты в отношении впитывающей способности бумаги к ли-
тоофсетным краскам. В то же время большое давление на бу-
магу в процессе каландрирования, приводящее к получению бу-
маги с лоском 15—47°, сильно ухудшает впитываемость кра-
ски в бумагу и затрудняет осуществление многокрасочной
печати.
Литографская бумага должна отличаться высокой степенью
гладкости при сравнительно небольшом различии в гладкости
верхней и сеточной сторон листа. Между показателями глад-
кости и лоска нет прямого соответствия, хотя оба они повы-
шаются с увеличением давления при каландрировании. Высо-
кая гладкость, полученная в результате большого давления при
каландрировании, резко снижает пористость и впитывающую
способность бумаги и в результате ухудшается качество печа-
ти. Поэтому необходимо, чтобы высокая гладкость литограф-
ской бумаги была достигнута в результате равномерного рас-
пределения волокон (ровный просвет), использования сглажи-
вающего пресса, полусухого каландра и других аналогичных
средств, почти не снижающих впитывающую способность бу-
маги к литоофсетным краскам. Изготовленная при этих усло-
виях бумага, если она каландрирована при среднем или даже
небольшом давлении, приобретает высокую степень гладкости
и сохраняет высокую впитывающую способность.
При пропуске литографской бумаги через суперкаландр це-
лесообразен подогрев двух каландровых валов. В этом случае
необходимо следить за равномерностью распределения темпе-
ратуры по ширине валов. Если подвод пара и отвод конденсата
осуществляется с противоположных сторон каждого вала, же-
лательно для устранения возможных неравномерностей темпе-
ратуры подводить пар в один из обогреваемых валов с привод-
ной стороны каландра и отводить конденсат с противополож-
ной стороны. Подача пара в другой вал и отвод из него
конденсата осуществляются в обратном направлении.
Известно, что для повышения поверхностной прочности ли-
тоофсетных видов бумаги в ее композицию вводят крахмал
в количестве 0,75—1% к массе волокон. Однако в некоторых
случаях это играет отрицательную роль. Например, при лаки-
ровании печатной продукции спиртовыми лаками присутствие
крахмала влечет за собой быстрое впитывание лака в толщу
°Умаги, в результате чего на ее поверхности не образуется не-
обходимой блестящей пленки. Повышенное впитывание лака,
по-видимому, объясняется наличием в крахмале и в спирте
гидроксильных групп. Добавка крахмала способствует и неко-
торому увеличению деформации бумаги при ее увлажнении.
При выработке литоофсетных видов бумаги весьма полезно
применение на бумагоделательной машине клеильного пресса.
В этом случае, т. е. при поверхностной обработке бумаги, воз-
можно снижение степени помола бумажной массы, что способ-
ствует уменьшению деформации бумаги. Одновременно при
этом оказывается возможным вырабатывать бумагу, отличаю-
щуюся мягкостью, светонепроницаемостью, пухлостью, отсутст-
вием склонности скручиваться и прочной сомкнутой поверх-
ностью.
7.1.3. Глубокая печать
При глубокой печати применяется печатная форма,
у которой печатающие элементы расположены ниже уровня
пробельных элементов. Сама печатная форма в виде формного
цилиндра погружена в краску, избыток которой шабером (раке-
лем) снимается с гладких пробельных элементов формы.
В процессе печатания бумага при давлении 1471—1961 кПа
прижимается к форме и впитывает в себя краску, оставшуюся
в углублениях печатающих элементов формы. Краски для глу-
бокой печати должны быть низковязкими, чтобы заполнить
мельчайшие углубления печатающих элементов печатной формы.
Способ глубокой печати предназначен для многотиражных
изданий с большим количеством тоновых иллюстрацией. Осо-
бенно хорошо глубокая печать воспроизводит иллюстрации до-
кументального, фотографического характера. Она широко ис-
пользуется для печати портретов, плакатов, а также изданий,
где иллюстрации занимают больше места, чем текст.
В некоторых случаях способом глубокой печати пользуются
для печати обоев или для нанесения влагостойкого лака на всю
поверхность обоев. Иногда для печати обоев пользуются ком-
бинированными способами печати [127].
Для глубокой печати не всегда требуется бумага столь вы-
сокой гладкости, как для высокой печати. Бумага, однако, дол-
жна быть мягкой и иметь прочную поверхность, с которой нс
должны отделяться отдельные волоконца и частицы наполните
ля. Сравнивая между собой требования к прочности поверхности
бумаги для различных видов печати, М. Шранк отмечает, что
наибольшей прочностью поверхности должна отличаться бума
га для офсетной печати. К ней по этому показателю должна
приближаться бумага для высокой печати и несколько менее
жесткие требования к прочности поверхности могут быть предъ-
явлены к бумаге для глубокой печати. Тот же автор считает,
что бумага для глубокой печати в целях обеспечения хорошего
контакта с печатной формой должна иметь гладкость порядка
500—700 с по Бекку, а мелованная бумага, предназначенная
для глубокой печати,— 1000—2000 с и контактную гладкость
35% ПРИ давлении 2452 кПа. При этом содержание наполните-
ля в бумаге для глубокой печати рекомендуется 20—24%,
а в основе для мелования 8—10% Для обеспечения надлежа-
щей светонепроницаемости бумаги для глубокой печати и вы-
соких показателей ее механической прочности М. Шранк счи-
тает целесообразным использование сульфатной целлюлозы
в композиции этого вида бумаги.
В последнее время наметилась тенденция использовать
вместо тонкой мелованной бумаги более дешевую суперкаланд-
рированную журнальную бумагу с содержанием древесной мас-
сы и значительным количеством минерального наполнителя. Та-
кая бумага оказывается весьма пригодной для четырехцветной
глубокой печати и с приданием ей известной влагопрочности —
также для офсетной печати. Однако с применением высокой пе-
чати качество печатной продукции лучшее на тонкой мелован-
ной бумаге с массой 50—59 г/м2 при покровном слое с каждой
стороны 5—8 г/м2 [236].
В 1971 г. на конференции в Будапеште, посвященной печат-
ным свойствам бумаги, отмечалось, что при глубокой печати
особо нежелательна разносторонность бумаги и необходима
ее однородность по ширине полотна. Число обрывов в рулоне
должно быть минимальным. Морщины и складки на поверхнос-
ти бумаги недопустимы. Чрезмерно высокое влагосодержание
приводит к ухудшению качества печати. Впрочем, бумага с ука-
занными дефектами будет дефектной и применительно к дру-
гим видам печати.
Отмечалось также, что при глубокой печати качество гото-
вой печатной продукции зависит не только от качества бумаги,
но во многом определяется также факторами технологии печа-
ти: родом печатной краски, видом печатной формы и др.
Достоинством способа глубокой печати является возмож-
ность при высокой скорости печати на ротационных машинах
воспроизведения широкого диапазона тонов с обеспечением
факсимильности в передаче цветов как на такой бумаге, так
и на картоне при точной приводке в процессе печатания ти-
ража.
Серьезный недостаток этого способа печати заключается
в токсичности и пожароопасности обычно применяемых при
этом красок и необходимости рекуперации растворителей этих
красок. Впрочем, успешное использование в последнее время
в некоторых странах водоразбавляемых красок устраняет ука-
занный недостаток, но требует применения особого вида бума-
ги с нормируемыми показателями впитывающей способности,
влагопрочности и других свойств. Другой недостаток способа
глубокой печати заключается в сложности и высокой стоимос-
ти изготовления печатных форм, что, однако, в какой-то степе-
ни компенсируется высокой тиражеустойчивостью формного
цилиндра и простотой конструкции ротационных машин глубо-
кой печати.
7.2. СТРУКТУРА ПОВЕРХНОСТИ И МЯГКОСТЬ БУМАГИ
7.2.1. Гладкость поверхности бумаги для печати
Важным фактором, определяющим печатные свойства бума-
ги, Л. А. Козаровицкий считает структуру поверхности бумаги,
ее микрогеометрию. Неровности на поверхности бумаги он де-
лит на статистически неравномерно распределенные микро-
и макронеровности, а также систематические неровности, на-
званные им волнистостью поверхности.
Микронеровности — это неровности поверхности, свя-
занные с первичными элементами структуры: тонко разработан-
ные волокна и их переплетения, отдельные частицы минераль-
ного наполнителя, расположенные внутри участка поверхности,
не превышающего 1 мм2. Тончайшие фибриллы, слизь и части-
цы наполнителя коллоидальной дисперсности автор выделяет
в особую группу субмикронеровностей.
Под макронеровностями он подразумевает прежде
всего неровности вторичных элементов структуры, связанные
с макронеоднородностыо объема (толщей листа), местным
скоплением волокон (уплотнением) и местными разреженными
участками, а также отдельными неразработанными грубыми
волокнами древесной массы. Эти неровности являются основной
причиной неоднородного, видимого глазом неравномерного (об-
лачного) просвета бумаги — одного из самых серьезных де-
фектов бумаги для печати.
Под волнистостью поверхности Л. А. Козаровицкий, в отли-
чие от общепринятого понимания, подразумевает те микроне-
ровности, которые являются следствием маркировки поверхнос-
ти бумаги от сетки или сукон. Макроволнистость —водяной
знак тиснения на видах бумаги специального назначения.
Исходя из указанной классификации неровностей поверх-
ности бумаги, Л. А. Козаровицкий считает, что для оценки эф-
фективной площади контакта формы и бумаги и разрешающей
способности поверхности следует четко различать два понятия
гладкость (шероховатость), характеризующую в ос-
новном ее микроструктуру, и ровность, характеризующую
вторичную структуру бумаги — ее объемную макронеоднород-
ность. При этом рекомендуется для оценки качества поверхнос-
ти бумаги в печатном процессе пользоваться методами, моде-
лирующими этот процесс. Среди прочих методов признается
удовлетворительным метод оценки эффективной гладкости бу
маги, т. е. гладкости под давлением, близким к условиям печа-
ти. Этому условию не удовлетворяет прибор Бекка и удовлет-
воряют приборы Бендтсена, Чепмэна и Курицкого.
Общим и, пожалуй, самым главным технологическим тре-
бованием к качеству поверхности бумаги как носителю печат-
ного изображения, по мнению Л. А. Козаровицкого, является
однородность ее макроструктуры, однородная плотность
макроучастков. Такая ровная поверхность должна одно-
временно обладать высокоразвитой микро- и субмикро-
структурой.
Пределы значений микронеровностей (шероховатости) для
различных групп печатной бумаги определяются размерами
воспроизводимых элементов изображения и жесткостью печатной
формы. Допуски по размерам микронеровностей могут быть
большими для текстовых работ, а также для иллюстраций со
штриховыми или крупнолиниатурными растровыми изображе-
ниями при печатании с эластичных форм и несколько меньши-
ми при печатании с жестких форм. Бумага для печатания тек-
ста должна быть преимущественно матовой.
Для высоколиниатурных растровых иллюстраций, и особен-
но для четырехцветной репродукции, бумага должна иметь
очень тонкую высокоразвитую микро- и субмикроструктуру по-
верхности с диффузным (матовым) или зеркальным (глянце-
вым) характером отражения света. В последнем случае исполь-
зуются и глянцевые краски.
Требование к блеску или матовости поверхности бумаги
должно определяться характером репродуцируемого оригинала
(масляная живопись, блестящая фотография или акварель,
пастель и др.).
Виды бумаги, предназначенные для скоростных способов пе-
чатания с иллюстрационных форм, должны обладать микропо-
ристой структурой поверхности при сохранении достаточно вы-
сокого значения ровности и гладкости. С этой точки зрения ис-
ключительное значение приобретает бумага с высоким содер-
жанием высокодисперсного минерального наполнителя внутри
волокнистой структуры или со сплошным тонким слоем мине-
ральной пасты на поверхности, наносимой на бумагоделатель-
ной машине. Эти виды бумаги будут все более широко приме-
няться для массовых изданий.
До настоящего времени наиболее полную оценку печатных
свойств бумаги получают лишь путем исследования пробных
оттисков, осуществляемых с помощью специальной аппара-
туры.
При выработке бумаги на бумагоделательной машине пока
еШе не удается оперативно судить о печатных свойствах не-
прерывно движущегося бумажного полотна, так как сами пе-
чатные свойства являются результатом влияния разных свойств
бумаги, комплекс которых определяет структура бумаги и ее
поверхности, а также взаимодействие бумаги с печатной крас-
кой в соответствующих условиях печатания.
в связи с указанным интерес представляет работа [215],
авторы которой с применением непрерывных микрофотометри-
ческих наблюдений установили определенную связь между
структурой поверхности движущегося полотна бумаги для глу-
бокой печати и его печатными свойствами. Испытания прово-
дились по схеме, приведенной на рис. 128.
Изучалось влияние маркировки поверхности бумаги от
сетки и сукна на изменение микрорельефа поверхности бумаги
и ее печатные свойства.
Рис. 128. Принципиальная схема фотометрического суждения о структуре
поверхности бумаги:
1— источник света; 2 — фотоэлектрический элемент; 3 — движущееся полотно бумаги
В определенных условиях наблюдений была установлена
при высоком коэффициенте корреляции (0,79) линейная зави-
симость между характеристикой поверхности бумаги для глу-
бокой печати и качеством получаемых оттисков. С помощью
такого бесконтактного метода установлена возможность опре-
деления печатной гладкости бумаги, в значительной степени
характеризующей качество печатного оттиска на бумаге для
глубокой печати. Предложенный метод перспективен к изуче-
нию применительно для оценки печатных свойств бумаги, ис-
пользуемой и при других методах печати.
7.2.2. Мягкость бумаги
Необходимым условием получения хороших отпечатков на
бумаге является наличие полного соприкосновения всех точек
печатной формы с поверхностью бумаги. Чем больше неров
ностей на поверхности бумаги, тем труднее выполнить это
условие. Очевидно, однако, что чем мягче бумага, т. е. чем
более способна она сжиматься под действием натиска печатной
формы, тем легче обеспечить наиболее полный контакт по-
следней с поверхностью бумаги, даже если ее поверхность име-
ет некоторую шероховатость, В этом случае пределы допуска-
емых значений микронеровностей поверхности бумаги могут
быть несколько расширены. Мягкость бумаги особенно важна
при высокой и глубокой печати и несколько меньше ее значе-
ние при литографской печати. При офсетной печати мягкость
бумаги практического значения не имеет.
Факторы, способствующие увеличению мягкости бумаги:
увлажнение ее, низкая степень помола бумажной массы, ис-
пользование в композиции волокон, повышающих пухлость бу-
маги (древесная масса, целлюлоза лиственных пород древе-
сины, облагороженная целлюлоза). Мягкость бумаги уменьша-
ется при введении в нее крахмала и силиката натрия, а также
с повышением степени помола бумажной массы.
Из сказанного выше видно, что необходимое для получения
хороших отпечатков на бумаге соприкосновение всех точек
печатной формы с поверхностью бумаги может быть получено
либо при наличии высокой исходной гладкости бумаги, т. е.
при использовании бумаги, пропущенной через суперкаландр
и поэтому отличающейся относительно невысокой степенью
сжимаемости, либо путем использования относительно пухлой,
легко сжимаемой бумаги, но при этом обладающей менее вы-
соким значением показателя исходной гладкости.
Разумеется, идеальной с точки зрения своих печатных
свойств была бы бумага, обладающая высокой исходной глад-
костью при наличии достаточно пухлой, легко сжимаемой
структуры. Такая пухлая бумага к тому же обеспечивала бы
надлежащую непрозрачность листа. Однако практически труд-
но совместить высокую исходную гладкость бумаги с пухлостью
ее структуры. Поэтому возникает вопрос, какой же из путей
для получения хороших отпечатков на бумаге является более
важным и перспективным.
Работы, проведенные с газетной бумагой, показали, что
исходная гладкость бумаги оказывает большее влияние на
контакт бумаги с печатной формой, а следовательно, и на пе-
чатные свойства, чем сжимаемость. У пухлой и вследствие
этого более ворсистой бумаги даже высокая степень сжимае-
мости не дает ожидаемое повышение контакта с печатной
формой.
Для качества печати на газетной бумаге не безразлично, на
каких каландрах (машинных или суперкаландрах) достигну-
та гладкость бумаги. Бумага, пропущенная через суперкаландр,
Даже при относительно облачном просвете более или менее рав-
номерно воспринимает краску. Между тем у бумаги, каландри-
рованной на машинных каландрах, лишенных упругих валов
с бумажной набивкой, в местах скопления волокон лист уплот-
няется больше и в этих местах заметно ухудшает впитывание
кРаски.
7.3. ВЛИЯНИЕ КОМПОЗИЦИИ БУМАГИ
НА ЕЕ ПЕЧАТНЫЕ СВОЙСТВА
7.3.1. Содержание в бумаге древесной массы
Известно, что многие печатные свойства бумаги улучшают-
ся от введения в ее композицию древесной массы. В газетной
бумаге древесная масса является основой композиции, и имен-
но она определяет печатные свойства газетной бумаги. Этот
волокнистый компонент способствует снижению прозрачности
бумаги, увеличению пористости и впитывающей способности
по отношению к типографской краске, мягкости и упругости
бумаги, а также получению бумаги с более равномерным про-
светом. Вместе с тем, как правило, древесная масса снижает
белизну бумаги, ее гладкость, лоск, долговечность и основные
показатели механической прочности.
В США проводилась работа с целью выяснения влияния ка-
чества древесной массы на свойства изготовляемой газетной
бумаги. Было исследовано 100 образцов древесной массы, по-
лученной от 27 различных предприятий. Для каждого образца
анализировалось 37 свойств. Изготовленные образцы бумаги
подвергались кроме обычных испытаний физико-механических
свойств также исследованию печатных свойств: определялись
количество поглощенной типографской краски, видимая яр-
кость печатного изображения, пористость бумаги, ее гладкость,
непрозрачность и пр. В результате математической обработки
всех анализов О. Браунс и О. Свенберг установили, что для
повышения видимой яркости отпечатка и впитываемости ти-
пографской краски необходимо максимальное сокращение
в древесной массе содержания костры. Это не сказывается на
изменении показателя непрозрачности бумаги. Установлена
также целесообразность сохранения в бумаге мелкой фракции
древесной массы, что обеспечивается применением веществ,
способствующих хлопьеобразованию.
По данным П. X. Ласкеева, степень помола (°ШР) древес-
ной массы, предназначенной к изготовлению различных видов
бумаги для печати, должна отвечать следующим требованиям-
для обычной газетной бумаги — 70—72 (для газетной бумаги,
подвергаемой каландрированию,— более высокая), типограф
ской — 75—78, мелованной, тонкой печатной и бумаги для худо-
жественной печати — 80—85.
Плотность по Кларку древесной массы для газетной бумаги
должна быть 0,4—0,41 г/см3, а для различных видов бумаги для
печати иллюстраций — 0,48—0,50. Автор отмечает наличие
в специальной литературе разноречивых взглядов на показате-
ли качества древесной массы, предназначенной для изготовле-
ния газетной бумаги. Он считает, что химическая древесная
масса, полученная из коротковолокнистой древесины листвен-
ных пород, не может полностью заменить целлюлозу в компо-
зиции газетной бумаги и полная замена целлюлозы возможна
ппи использовании химической древесной массы хвойных пород
древесины. Вместе с тем П. X. Ласкеев считает весьма перспек-
тивным изготовление газетной бумаги совершенно без целлю-
лозы в композиции из 100% древесной массы, полученной на
рафинерах из щепы хвойных пород древесины. Эта масса отли-
чается от обычной дефибрерной древесной массы повышенным
содержанием первых двух крупных фракций, пониженным со-
держанием мелких фракций, высоким сопротивлением раздира-
нию, продавливанию и значительной прочностью листа во
влажном состоянии. Применяя соответствующие режимы раз-
мола и сортирования, удается получить массу с минимальным
содержанием костры.
Термомеханическая масса (ТММ), как известно, в основном
используется при изготовлении газетной бумаги. Однако в по-
следнее время этот полуфабрикат успешно применяется в ком-
позиции тонкой бумаги-основы для мелования, журнальной
бумаги, санитарно-бытовых видов бумаги и некоторых видов
картона [108]. Из того же источника известно, что применение
ТММ в композиции журнальной бумаги сокращает содержание
полубеленой сульфатной целлюлозы с 20 до 10% и уменьшает
удельный расход древесины на 8% при сохранении высоких
прочностных и печатных свойств.
Хорошо беленые ТММ или дефибрерная древесная масса
могут заменить до 50—70% целлюлозы в композиции высоко-
качественных видов бумаги для печати с незначительным сни-
жением их прочности. Непрозрачность и печатные свойства
остаются высокими.
Стабильность размеров бумаги при изменении относительной
влажности окружающего воздуха, как показали наблюдения,
существенно не изменяется с увеличением содержания в ком-
позиции беленой древесной массы. Вместе с тем повышение
содержания в бумаге беленой обычной древесной массы или
ТММ неизменно было связано с некоторым снижением белиз-
ны, что может быть компенсировано мелованием, и сопротив-
ления бумаги выщипыванию, что компенсируется поверхност-
ной проклейкой.
Высокими показателями печатных свойств должна отли-
чаться ротогравюрная бумага, применяемая для печатания ме-
тодом глубокой печати массовых тиражей иллюстрированных
приложений к газетам. Эта относительно дешевая бумага содер-
жит значительное количество древесной массы (60—65%), име-
ет повышенную по сравнению с газетной бумагой массу 1 м2
(60—65 г) и повышенную зольность (10—15%). Для получения
гладкой поверхности бумага пропускается через суперкаландр.
Р- Рэн провел в лабораторных условиях исследования, пока-
завшие, что замена в композиции ротогравюрной бумаги ело-
вой сульфитной целлюлозы на березовую сульфитную целлю-
лозу, размолотую до 25° ШР, дает возможность значительно
Улучшить некоторые печатные свойства ротогравюрной бумаги:
повышаются показатели гладкости, непрозрачности бумаги
и увеличивается степень восприятия бумагой печатной краски.
При использовании березовой сульфитной целлюлозы в компо-
зиции ротогравюрной бумаги может быть без ущерба для ее
непрозрачности снижено содержание в ней минерального напол-
нителя, что одновременно способствует увеличению механиче-
ской прочности бумаги.
7,3.2. Содержание в бумаге других полуфабрикатов
Как показал X. В. Гиртц, некоторые печатные свойства бу-
маги, как, например, непрозрачность и пухлость, зависят от
того, используется ли для изготовления бумаги предварительно
высушенная целлюлоза или же целлюлоза поступает на бумаж-
ную фабрику жидким потоком со своего целлюлозного завода.
Применение предварительно высушенной целлюлозы имеет из-
вестное преимущество, так как при этом облегчается получение
непрозрачной и пухлой бумаги с более высоким показателем
сопротивления раздиранию. Однако начальная влагопрочность
бумаги при этом несколько снижается, что необходимо учиты-
вать при выработке на быстроходной бумагоделательной маши-
не бумаги для печати, содержащей в композиции значительное
количество древесной массы. Это не относится к газетной бума-
ге, изготовляемой обычно в системе комбината с использовани-
ем несушеной целлюлозы, поступающей с целлюлозного завода
на бумажную фабрику жидким потоком.
В композиции различных видов бумаги, в том числе и бума-
ги для печати, все в больших количествах взамен сульфитной
целлюлозы применяют полуцеллюлозу из древесины лиственных
пород с выходом 70—80% Ее применяют в производстве бума-
ги-основы для гофрирования, светлую небеленую полуцеллюло-
зу используют как добавку в композицию газетной бумаги,
а полубеленую или беленую — как добавку в композицию под-
пергамента, писчей бумаги и бумаги для печати. Опыты поль-
ских исследователей показали возможность изготовления высо-
кокачественной бумаги с массой 65 г/м2 для глубокой печати
с хорошими печатными свойствами при содержании древесной
массы 40%, полубеленой полуцеллюлозы 17% и беленой суль-
фитной еловой целлюлозы (или в смеси с беленой соломенной
целлюлозой) 43%. Хотя по внешнему виду использованная
полуцеллюлоза напоминала древесную массу, по показателям
механической прочности она превосходила древесную массу
и была примерно равноценна беленой сульфитной целлюлозе.
Проведенные в Польше опыты по установлению влияния ви-
да целлюлозы на печатные свойства типографской бумаги пока-
зали, что лучшая восприимчивость краски была отмечена у от-
ливок бумаги из березовой целлюлозы, несколько меньшая —
у отливок из осиновой целлюлозы и еще более низкая — у отли-
вок из еловой целлюлозы. В диапазоне степени помола
ng_35° ШР образцы бумаги из березовой целлюлозы обладают
2 Раза большей восприимчивостью типографской краски по
сравнению с соответствующими образцами бумаги из еловой
целлюлозы. Повышение степени помола массы резко снижает
способность бумаги поглощать типографскую краску. Непро-
зрачность образцов бумаги почти прямолинейно возрастает
с увеличением содержания березовой целлюлозы в композиции
бумаги. Опыты показали, что лучшие печатные свойства были
получены при добавлении к еловой целлюлозе, размолотой до
30° ШР, 20% березовой целлюлозы со степенью помола 20°ШР.
рекомендуется вести раздельный размол обоих видов целлю-
лозы. Эта композиция обеспечивает возможность получения
типографской бумаги, отличающейся высокими показателями
механической прочности, непрозрачности и восприимчивости
к типографской краске.
При выработке широкого ассортимента бумаги для печати
большое распространение в странах Европы и Америки приоб-
рело применение беленой сульфатной целлюлозы взамен беле-
ной сульфитной. В композицию' различных видов бумаги, не со-
держащих древесной массы, вводят добавку целлюлозы из лист-
венных пород древесины, что обеспечивает вырабатываемой бу-
маге стабильность размеров, плоскостность й поверхность, хо-
рошо поддающуюся каландрированию. Впрочем, в какой-то
степени эти свойства придают бумаге для печати волокна эс-
парто и соломенной целлюлозы.
Об условиях использования полуфабрикатов из лиственной
древесины указано в работе [231].
Среди многих работников полиграфической промышленно-
сти укоренилось мнение, что бумага, изготовленная из беленой
сульфатной хвойной целлюлозы, отличается пониженными пе-
чатными свойствами по сравнению с бумагой из беленой суль-
фитной хвойной целлюлозы. Это суждение в действительности не
всегда может считаться справедливым. Опыты, проведенные
сотрудниками Ленинградской лесотехнической академии
и Центрального научно-исследовательского института бумаж-
ной промышленности, показали, что бумага, полученная из
беленой сульфатной еловой целлюлозы, обладает печатными
свойствами, во всяком случае не уступающими печатным свой-
ствам бумаги из беленой сульфитной еловой целлюлозы. Было
Установлено, что способ получения целлюлозы (сульфатный
Иаи сульфитный) не является фактором, определяющим печат-
ные свойства изготовляемой бумаги. Более важным является
порода древесины, из которой изготовляется целлюлоза. Оказа-
лось, что еловая целлюлоза обеспечивает лучшие печатные
свойства бумаги, чем сосновая. Отмеченное выше и однозначно
высказываемое мнение о том, что сульфатная хвойная целлю-
лоза придает бумаге пониженные печатные свойства по сравне-
нию с сульфитной хвойной целлюлозой, по-видимому, основано
на том, что для изготовления сульфатной хвойной целлюлозы
в большинстве случаев используется сосновая древесина, тогда
как для изготовления сульфитной хвойной целлюлозы пользу-
ются еловой древесиной.
Наихудшие печатные свойства обнаруживает бумага из
лиственничной целлюлозы. Высказано предположение, что при
этом имеет значение средняя ширина и другие морфологические
признаки волокон целлюлозы из древесины различных пород.
У еловой целлюлозы эта ширина волокон наименьшая, у цел-
люлозы из лиственницы — наибольшая; у целлюлозы из сосны
ширина волокон имеет промежуточное значение. Этот фактор
несомненно оказывает влияние на структуру поверхности бума-
ги, что не может не отразиться и на ее печатных свойствах.
Наши наблюдения [23] показали, что если после отбелки
образцы сульфатной целлюлозы имеют приблизительно одина-
ковое содержание а-целлюлозы и пентозанов, то степень дели-
гнификации исходной целлюлозы после варки не оказывает вли-
яния на печатные свойства.
Существенный недостаток классического сульфитного спо-
соба производства целлюлозы заключается в невозможности
использования в качестве сырья высокосмолистых пород дре-
весины, в частности сосны.
С целью расширения лесосырьевой базы сульфитного произ-
водства, а также для повышения выхода целлюлозы и улучше-
ния ее прочностных свойств все более широкое применение
получают ступенчатые и комбинированные методы варки дре-
весины.
К числу таких методов относится содово-сульфит-
н ы й. Сущность его заключается в пропитке древесной щепы
раствором карбоната натрия и последующей варке щепы
с сульфитной кислотой при быстром подъеме температуры
вплоть до конечной.
Многочисленными исследованиями Г. А. Пазухиной с сотруд-
никами установлено:
1. Метод допускает возможность использования древесины сосны.
2. При содово-сульфитной варке разделение па волокна (без размола)
происходит при выходе целлюлозы 67—68%, тогда как три обычной суль-
фитной варке такое разделение на волокна наблюдается при выходе целлю-
лозы ~58%.
3. Разрывная длина и сопротивление продавливанию возрастают по
мере увеличения выхода содово-сульфитной целлюлозы вплоть до 68%
и достигают соответственно 10 км и 450—500 кПа. Сопротивление излому
наибольшее при выходе целлюлозы 55% и составляет 3000 и более двой-
ных перегибов.
4. Содово-сульфитная целлюлоза по сравнению с обычной сульфитной
обеспечивает при степени помола до 35° ШР изготовляемой бумаге более
высокие показатели плотности и прочности.
5. Наличие в содово-сульфитной целлюлозе повышенного содержания
гемицеллюлоз позволяет использовать этот вид целлюлозы для изготовле-
ния жиронепроницаемых видов бумаги, что не исключает возможности ее
применения при выработке широкого ассортимента бумаги для печати и пис-
чей бумаги, а также перфо-карточной и, возможно, газетной.
7.3.3. Содержание минеральных наполнителей
и проклеивающих веществ
Из наполнителей весьма перспективным, в особенности при
изготовлении тонкой (словарной) типографской бумаги, являет-
ся осажденный карбонат кальция. При его использовании
У бумаги наблюдаются высокие показатели белизны и непро-
зрачности. Этот наполнитель можно использовать в слое по-
верхностного покрытия типографской бумаги, так как он обес-
печивает высокую восприимчивость бумаги к печатной краске.
Э. Шварцштейн и Ж. Май отмечают, кто карбонат кальция
придает бумаге высокую степень белизны, непрозрачность
и светостойкость, позволяет ’получить желаемый блеск и доста-
точную гладкость бумаги после каландрирования. Добавление
карбоната кальция в композицию бумаги способствует улучше-
нию печатных свойств бумаги: отпечатки получаются отчетли-
выми и краска не проходит на другую сторону бумаги. Проч-
ность бумаги с использованием в качестве наполнителя карбо-
ната кальция или каолина одинакова. Однако карбонат
кальция нельзя применять в качестве наполнителя в кислой
среде, так как при этом выделяется СО2, что приводит к пено-
образованию, ухудшению просвета бумаги и снижению эффек-
тивности наполнения. Возникают также и трудности проклеи-
вания бумажной массы.
Указанные затруднения рекомендуется устранять путем ис-
пользования карбоната кальция в нейтральной среде с приме-
нением для этой цели алюмината натрия и сульфата алюми-
ния. В качестве проклеивающих веществ следует использовать
димеры алкилкетена, нейтральные латексы, некоторые воско-
вые дисперсии и другие проклеивающие вещества, применение
которых возможно при pH не ниже 6,5. Последовательность
введения химикатов: клей, карбонат кальция, алюминат натрия
и сульфат алюминия. Отношение сульфата алюминия к алю-
минату натрия в пересчете на содержание А12О3 должно со-
ставлять 1:2 до 2:3 в зависимости от pH производственной
воды. Полученная подобным образом бумага помимо высоких
печатных свойств благодаря нейтральной среде будет отли-
чаться долговечностью.
Исследованием влияния наполнителей на печатные свойства
бумаги занимались Ф. Вульч и К. Шуберт. Они справедливо
Указывают, что частицы минерального наполнителя, заполняя
собой крупные поры бумаги, способствуют образованию много-
численных мелких пор, благодаря капиллярным свойствам кото-
рых увеличивается впитывающая способность бумаги к типо-
графской краске. Наиболее интенсивный, подъем впитывающей
способности бумаги, по данным этих авторов, обнаруживается
при повышении зольности в интервале от 10 до 20%. Однако
следует иметь в виду, что частицы наполнителя (и особенно
крупные) препятствуют взаимному сближению волокон, благо-
32 2675 497
даря чему общая пористость бумаги увеличивается. Поэтому
влияние минерального наполнителя на общую пористость бума-
ги и размер пор будет во многом определяться в конечном сче-
те количеством введенного наполнителя и его характеристикой
по степени дисперсности отдельных его фракций.
Положительное влияние минерального наполнителя на мно-
гие печатные свойства бумаги выражается в том, что наполни-
тель повышает непрозрачность и белизну бумаги, снижает ли-
нейную деформацию при ее увлажнении. Как можно судить по
данным Ф. Вульча и К. Шуберта, с увеличением зольности бу-
маги в пределах от 0 до 10% резко увеличивается вялость
бумаги, которая возрастает менее интенсивно при дальнейшем
повышении зольности бумажного полотна. Шероховатость бума-
ги, т. е. величина обратная гладкости, с увеличением зольности
уменьшается, причем наиболее резкое уменьшение шерохова-
тости наблюдается в интервале зольности от 8 до 18%.
Из отрицательных свойств, которые придают минеральные
наполнители бумаге, следует отметить в первую очередь сни-
жение показателей механической прочности (разрывного груза,
сопротивления излому, удлинения до разрыва и др.) и пониже-
ние склонности бумаги к пылению. Кроме того, наличие в бу-
маге минерального наполнителя делает ее более пластичной
и менее упругой, что нежелательно при печатании на бумаге,
но благоприятствует процессу каландрирования.
При сравнении влияния двух видов наполнителя — каолина
и талька — на печатные свойства бумаги Ф. Вульч и К. Шуберт
отдают предпочтение каолину.
Вместе с тем представитель финской фирмы «Суомен
Таллки» в своем сообщении на выставке в Ленинграде «Фин-
лесбуммаш-72» отметил преимущества использования талька по
сравнению с каолином. Эти преимущества заключаются в бо-
лее высокой степени удержания наполнителя в бумажном по-
лотне, пониженной абразивной способности и пониженном отри-
цательном влиянии на степень проклейки бумаги, уменьшении
явления разносторонности, резком уменьшении смоляных
затруднений в производстве и некотором повышении гладкости
бумаги. Одновременно отмечалось, что бумага, содержащая
в композиции тальк, обнаруживает повышенную склонность
к пылению.
Из всех наполнителей белого цвета двуокись титана и суль-
фат цинка придают бумаге наибольшую непрозрачность. Как
указывает О. Губер, применение около 1% ТЮ2 или 10—12%
каолина дает примерно одинаковый эффект.
Использование модифицированного минерального наполни-
теля в композиции бумаги для печати открывает перспективу
снижения массы 1 м2 этих видов бумаги без опасения умень-
шения прочности бумаги и повышения ее прозрачности.
Особый интерес представляет вопрос о выборе вида напол-
нителя для бумаги, предназначенной к печати и пропускаемой
предварительно через суперкаландр. В композиции такого рода
бумаги не рекомендуется применять в качестве наполнителя ни
бланфикс, ни тальк, так как при этом достигаются сравнитель-
но низкие показатели гладкости бумаги при ее высокой возду-
хопроницаемости.
Минеральные наполнители, применяемые при изготовлении
бумаги для печати, должны быть по возможности хорошо очи-
щены и не содержать посторонних включений (песок, кварц),
которые из-за своего абразивного действия вызывают прежде-
временный износ типографского шрифта.
Силикатные наполнители в композиции бумаги для печати
дают возможность повысить белизну бумаги и контрастность
изображения. Однако по сравнению с другими видами напол-
нителей их применение приводит к снижению степени непро-
зрачности бумаги.
Количество наполнителя в бумаге для печати в первую оче-
редь определяется требуемыми свойствами поверхности бумаги
(гладкость, белизна, восприятие типографской краски), а так-
же показателями ее механической прочности. По данным
Е. Лейдля, в большинстве случаев зольность современной
бумаги для иллюстрационной печати находится в пределах
18—30%, тонкой словарной бумаги — 25—35, офсетной бума-
ги—10—15%- Т. П. Волкова обращает внимание на то, что
в Англии вырабатывают имитацию мелованной бумаги с золь-
ностью 30—31%, немецкая печатная бумага (не указано для
какого назначения) имеет зольность 22%.
Как указывает Т. П. Волкова, основной смысл повышения
зольности бумаги для печати заключается в том, что это по-
зволяет не только высвободить значительное количество волок-
на и тем самым снизить себестоимость бумаги, но и резко
улучшить ее качество и печатные свойства. Поверхности листа
при этом придается сомкнутость и однородность, что способству-
ет более быстрому закреплению печатных красок и улучшению
качества оттиска. Бумага с высоким содержанием наполнителя
является имитацией мелованной бумаги. Указанный автор при-
водит технологический режим изготовления высокозольных ви-
дов бумаги для печати, подчеркивая необходимость введения
веществ, которые способствуют повышению удержания наполни-
теля в бумажном полотне. Каландрирование высокозольной
бумаги рекомендуется осуществлять при ее равномерной влаж-
ности 8—10%.
Л. А. Козаровицкий отмечает, что работы УкрНИИБа
(Киев) и ЦНИИБа (Москва), проведенные в содружестве
с Институтом полиграфической промышленности (Москва), по-
казали существенное преимущество применения для печати
бумаги с высоким содержанием в композиции минерального
наполнителя. В условиях соблюдения требований, предъявляе-
мых к микроструктуре поверхности, получается бумага с высо-
кой разрешающей способностью и оптимальным впитыванием
краски, необходимым при скоростной печати с иллюстрациоц.
ных форм. Было установлено, что время для полного закрепле-
ния краски на высокозольной бумаге с содержанием в композц.
ции 40% древесной массы оказалось на 30—40% меньше, чем
на обычной типографской бумаге № 1.
В ФРГ проводилось исследование влияния степени проклей-
ки бумаги для глубокой печати на ее печатные свойства. Эти
исследования показали, что сама по себе проклейка бумаги не
оказывает заметного влияния на печатные свойства. Образцы
различных опытных видов бумаги, отличающиеся между собой
в сравнимых условиях лишь степенью проклейки, обнаружили
равноценное качество печати, нанесенной на их поверхность.
Эти же исследования показали, что при использовании кани-
фольного клея с повышением степени проклейки бумаги наблю-
дается увеличение ее воздухопроницаемости. Впрочем, это было
известно и ранее. Однако представляет интерес дальнейший
вывод о том, что между воздухопроницаемостью бумаги для
глубокой печати и ее пригодностью для печати нет связи, так
как при одинаковом качестве печати воздухопроницаемость
опытных образцов бумаги была различной.
Л. А. Козаровицкий считает, что общепринятый показатель
степени проклейки бумаги для печати не имеет смысла. Он
рекомендует вместо этого показателя оценивать «молекулярную
природу бумаги» по предельным значениям равновесного кра-
евого угла смачивания, являющегося мерой гидрофильности
(или гидрофобности) бумаги. Указанный автор отмечает, что
как гидрофильные, так и гидрофобные виды бумаги имеют
свои преимущества и недостатки, которые следует учитывать
при печати. Гидрофильная бумага легче поддается акклимати-
зации. Изменяя влажность такой бумаги, можно управлять ее
некоторыми свойствами: например, уменьшать жесткость, по-
вышать гибкость, полностью устранить электризуемость.
Гидрофильная бумага одинаково хорошо воспринимает анили-
новые (водные) и масляные краски. Преимуществом гидрофоб-
ной бумаги является то, что она менее подвержена изменениям
линейных размеров и механической прочности при колебаниях
относительной влажности воздуха, способна хорошо восприни-
мать масляные краски, если поверхность ее неолеофобна или
если подача влаги на печатную форму при литоофсетной печати
минимальна. Гидрофобная бумага может заменить гидрофиль-
ную, если она достаточно эластична, если будет предотвращена
ее электризуемость в печатных машинах или обеспечена воз-
можность нейтрализации статического электричества в случае
его возникновения. Применение водных клеев для гидрофобной
бумаги может вызвать значительные трудности в переплетно-
брошюровочных процессах, если существенно не снизить поверх-
ностное натяжение этих клеев.
7.3.4. Основные свойства газетной бумаги
Композиция. Газетная бумага — наиболее распростра-
ненный вид бумажной продукции, изготовляемой в мире в коли-
честве около 20% от выпуска всех видов бумаги и картона,
п зависимости от местных источников сырья и полуфабрикатов
композиция этого вида бумаги по роду используемых волокни-
стых материалов в разных странах различна. В тех странах,
где древесины мало и в достаточном количестве имеются дру-
гие волокнистые материалы, для изготовления газетной бумаги
используется, например, солома или багасса (остатки сахарно-
го тростника после извлечения из него сока). Считается, что
в оптимальной композиии с содержанием багассы должно быть
60% сульфитной целлюлозы из багассы, 30% дефибрерной мас-
сы из багассы, 5—10% длинноволокнистой целлюлозы и 6%
минерального наполнителя. Для достижения нужной степени
белизны газетной бумаги все волокнистые полуфабрикаты
должны быть использованы в полубеленом виде [175].
В некоторых случаях для удешевления себестоимости газет-
ной бумаги ее изготовляют из волокон газетной макулатуры.
При этом, однако, газетная бумага из 100% такой макула-
туры отличается от стандартной несколько пониженными пока-
зателями механической прочности, белизны и непрозрачности
[198]. Вместе с тем известно, что в США несколько предприя-
тий бумажной промышленности изготовляют газетную бумагу
из 100%-й облагороженной газетной макулатуры, отличаю-
щуюся хорошими печатными свойствами при достаточно высо-
ких показателях непрозрачности и сопротивления раздиранию.
Все прочие показатели качества газетной бумаги хотя и были
удовлетворительными, тем не менеё уступали соответствующим
показателям стандартной газетной бумаги. Видимо, поэтому
одно из предприятий США (г. Дублин, штат Джорджия) при
выпуске газетной бумаги с массой 1 м2 49 г при скорости маши-
ны 830 м/мин с использованием в композиции до 100% газет-
ной макулатуры (использованных газет) проектирует в даль-
нейшем применять дополнительно к указанной макулатуре до
Ю% сосновой термомеханической древесной массы.
Общепризнанно, что введение в композицию газетной
бумаги волокон макулатуры в строго дозируемом ограничен-
ном количестве регламентируемых марок может быть вполне
Целесообразным и существенным образом не отразится на каче-
стве этого вида бумаги. Так, например, 70% изготовляемой
в ФРГ газетной бумаги содержит в композиции макулатуру
состава: газеты (50—60%) и иллюстрированные издания
(50—40%). Обычно доля волокон макулатуры составляет 30%
всех волокон состава бумаги. Наблюдениями, однако, было
Установлено, что при содержании макулатуры не более 37% от
^бЩей массы волокнистых полуфабрикатов серьезных трудно-
'-Тей при изготовлении газетной бумаги не наблюдается. При
большем же относительном содержании макулатуры в комц0
зиции газетной бумаги отмечается повышенная обрывноск
бумажного полотна на бумагоделательной машине, бумагу
приобретает сероватый оттенок и чрезмерно возрастает золь
ность вырабатываемой бумаги, так как в макулатуре (особей
но от иллюстрированных изданий) содержание наполнителя по.
вышено. Слишком высокая зольность газетной бумаги увеличи.
вает ее пыление при печати, особенно офсетным способом. По
нормам, принятым в ФРГ, газетная бумага с массой 1 м2 долж-
на иметь белизну 60—61%, содержание каолина (зольность) Не
более 12% для высокой печати и не более 8% для офсетной
печати. Подобная бумага изготовляется при скорости бумаго-
делательной машины 750—850 м/мин. Используемая при этом
макулатура подвергается с применением химикатов флотацион-
ной очистке от типографской краски и отбелке гидросульфи-
том натрия. При выработке газетной бумаги для высокой печа-
ти с массой 1 м2 45 г зольность бумаги не должна превышать
по нормам ФРГ 8% [227].
Расширить ассортимент полуфабрикатов для изготовления
газетной бумаги с одновременным улучшением ее качества
можно, судя по литературным данным, путем использования ме-
тода микрокрепирования бумаги (метод Клупак). Удачный
опыт применения этого метода при выработке газетной бумаги
[191] показал, что благодаря увеличению растяжимости бума-
ги сократилось число ее обрывов в типографиях. Оказалось воз-
можным успешно использовать газетную бумагу для печати
офсетным способом. Открылись перспективы снижения массы
1 м2 газетной бумаги и выработки ее с применением различных
видов полуфабрикатов (в том числе облагороженной газетной
макулатуры, целлюлозы лиственных пород древесины и др.),
с одновременным снижением в композиции содержания целлю-
лозы хвойных пород древесины. Насколько известно, однако,
широкого распространения этот метод не получил.
Основой композиции современной стандартной газетной бу-
маги является древесная масса, к которой обычно добавляют
сравнительно небольшое количество небеленой сульфитной
и (или) полубеленой сульфатной целлюлозы. Независимо от
вида используемой целлюлозы продолжает оставаться актуаль-
ной проблема максимального сокращения содержания целлю-
лозы в композиции бумаги с заменой ее древесной массой,
поскольку, как отмечалось на одной из конференций, посвящен-
ной проблемам древесной массы, суммарный расход электриче-
ской и тепловой энергии на выработку целлюлозы в 2 раза
больше, а выход волокон почти в 2 раза меньше, чем в про-
изводстве древесной массы.
Обычно о механической прочности целлюлозы судят по со-
ответствующим показателям, полученным при испытании стан-
дартных отливок бумаги из данной целлюлозы, размолотой Д°
определенной степени помола (по стандарту СССР—Д°
йлоЦ1Р). Применительно к качеству целлюлозы для газетной
к,маги подобное суждение о свойствах целлюлозы нельзя при-
нять правильным, так как в данном случае целлюлоза в прак-
3йЧеских условиях ее применения обычно подвергается размолу
т степени помола примерно 24° ШР и ее показатели при
сп°[11Р не отражают свойства этого полуфабриката в условиях
его фактического использования.
Здесь уместно отметить, что в современных условиях газет-
ную бумагу в большинстве случаев вырабатывают на бумажной
фабрике, находящейся в системе комбината. Таким образом,
полуфабрикаты (целлюлоза и древесная масса) поступают для
изготовления газетной бумаги жидким потоком с целлюлозного
и древесно-массного заводов, расположенных в системе того
же комбината. Такой способ производства газетной бумаги не
только экономически более выгоден по сравнению со способом
изготовления газетной бумаги из привозных полуфабрикатов,
но и обеспечивает более стабильную работу современных быст-
роходных бумагоделательных машин.
Статистические данные свидетельствуют о том, что класси-
ческое производство небеленой сульфитной целлюлозы во всем
мире не только не увеличивается, но в отдельных странах (на-
пример, Скандинавских и США) сокращается за счет роста
выпуска сульфатной целлюлозы. Применительно к производст-
ву газетной бумаги использование полубеленой сульфатной
целлюлозы вместо небеленой сульфитной предпочтительнее, так
как она придает бумаге большую прочность во влажном состоя-
нии, что обеспечивает более устойчивую работу быстроходной
бумагоделательной машины. Одновременно оказывается воз-
можным сокращение общего количества используемой целлю-
лозы в композиции газетной бумаги'на величину до 5 %. Вме-
сте с тем сульфатный метод варки связан с выбросом в атмо-
сферу дурнопахнущих газов (меркаптанов), что крайне неже-
лательно с точки зрения охраны окружающей среды. В связи
С этим для производства газетной бумаги, как показали дан-
ные многочисленных исследований, а также практика работы
ряда предприятий Финляндии, Швеции и Канады, весьма пер-
спективно применение бисульфитной целлюлозы с выходом
60—65% [94, 119]. При использовании такого полуфабриката
сульфатную целлюлозу в композиции газетной бумаги можно
не применять, хотя бисульфитная целлюлоза и существенно
Уступает сульфатной по показателю сопротивления раздира-
нию. Следует также иметь в виду важное преимущество бисуль-
фитной целлюлозы, а именно увеличение выхода целлюлозы из
Древесины при одинаковой степени провара на величину до
^°/о по сравнению с сульфатной целлюлозой и на 5% по
сравнению с обычной сульфитной целлюлозой. Благодаря это-
му даже некоторое повышение содержания такой целлюлозы
в композиции газетной бумаги не приводит к удорожанию себе-
стоимости вырабатываемой газетной бумаги.
Вопрос о применении того или иного вида целлюлозы в ко^
позиции газетной бумаги в настоящее время постепенно терЯе'
свою остроту в связи с успехами, достигнутыми в современно»
производстве древесной массы, поскольку именно она являете^
основой композиции газетной бумаги. Еще сравнительно недав
но для указанной цели применялась повсеместно лишь древес.
ная масса, изготовляемая путем измельчения баланса в дефщу
рерах, и в отдельных случаях использовалась также добавка
так называемой химической древесной массы, что позволяло
снизить содержание целлюлозы в композиции газетной бумаги
Затем все в больших масштабах стали применять древесную
массу, получаемую в дисковых мельницах из щепы. В ряде слу.
чаев с использованием такой древесной массы была получена
газетная бумага с пониженным содержанием целлюлозы и даже
с полным исключением ее из композиции этого вида бумаги
Однако при выработке газетной бумаги на повышенной скоро-
сти использование целлюлозы все же оказывалось необходи-
мым.
Древесная масса, полученная на рафинерах из щепы хвой-
ных пород древесины, отличается от обычной дефибрерной дре-
весной массы повышенным содержанием первых двух крупных
фракций, пониженным содержанием мелких фракций, высоким
сопротивлением раздиранию и продавливанию, а также значи-
тельной прочностью листа во влажном состоянии. Применяя
соответствующий режим размола и сортирования, удается полу-
чать массу с минимальным содержанием костры.
Испытание в США 500 т газетной бумаги, изготовленной из
100% подобной древесной массы, показало, что по количеству
обрывов бумажного полотна при печати новый вид газетной
бумаги не уступает стандартной. При этом газетная бумага об-
наружила по сравнению со стандартной лучшее качество печа-
ти на сеточной стороне бумажного полотна, такое же качество
печати на верхней стороне бумаги, снижение пробивае-
мости печатной краски на противоположную сторону листа
и снижение нежелательного явления отмарывания печатной
краски.
Дальнейший шаг в улучшении качества древесной массы
применительно к производству газетной бумаги заключается
в использовании термомеханической массы (ТММ), также по-
лучаемой размолом в дисковых мельницах щепы, которая
в данном случае подвергается кратковременному предваритель-
ному пропариванию. Благодаря этому размол щепы существен-
но облегчается, в древесной массе повышается содержание
длинноволокнистой фракции, а содержание костры резко умень-
шается.
Судя по литературным данным, ТММ по сравнению со стан-
дартной древесной массой, получаемой на дефибрерах, в сопо-
ставимых условиях (при одной и той же степени помола) име-
ет сопротивление раздиранию более чем в 2 раза более высокое
в примерно в 2 раза более высокое сопротивление продавли-
нию. Ее разрывная длина примерно на 1000 м больше.
ъ Из того же источника известно, что выработками на пред-
приятии «Кайпола» (Финляндия) доказана успешная возмож-
ность выпуска газетной бумаги с пониженной до 40 г массой
1 М2 из 100% ТММ.
Известны также выработки газетной бумаги с массой 1 м2
52 г, состоящей из 40% ТММ и 60% обычной древесной массы.
Изготовленная газетная бумага успешно использовалась на
быстроходных ротационных печатных машинах. Ранее подоб-
ная бумага изготовлялась из композиции 15% небеленой суль-
фитной целлюлозы и 85% обычной дефибрерной древесной
массы.
На бумажной фабрике «Соуси» в провинции Квебек (Кана-
да) впервые в мире газетная бумага из 100% ТММ изготовля-
ется при скорости бумагоделательной машины 790—820 м/мин.
Для производства термомеханической массы на этом предприя-
тии используют 80% канадской пихты и 20% ели. Степень по-
мола массы — 65° ШР. Бумага с обрезной шириной 6,1 м выра-
батывается на бумагоделательной машине, имеющей двухсе-
точное формующее устройство типа паприформер. Эта машина
рассчитана на скорость 915 м/мин и проектную производитель-
ность 400 т/сут газетной бумаги. Обе сетки формующего устрой-
ства паприформер синтетические, шириной 6620 мм и длиной
каждая по 17,7 м. Сетки не соприкасаются с неподвижными
деталями. Поэтому износ их незначителен, а потребляемая
приводом мощность существенно меньше, чем на соответствую-
щей плоскосеточной машине. Наблюдения показали, что проч-
ность газетной бумаги из 100% ТММ на 10—20% выше проч-
ности бумаги, получаемой на обычной плоскосеточной машине
и содержащей в композиции 97% древесной массы из щепы,
размолотой в дисковых мельницах, и 3% сульфатной полубе-
леной целлюлозы.
Термомеханическая масса на описываемом предприятии из-
готовляется следующим образом. После промывки щепа пода-
ется из бункера в пропарочную трубу, в которой при давлении
206 кПа осуществляется пропарка в течение 1,5 мин. Затем
пропаренная щепа поступает на первую ступень размола в двух-
ДИсковую мельницу, работающую при повышенном давлении
(диаметр дисков 1320 мм, мощность двигателя 6700 кВт). Далее
Для удаления пара и охлаждения холодной водой масса вы-
брасывается в циклон, откуда конвейером подается на вторую
стУпень размола в аналогичную же дисковую мельницу, но
Работающую при атмосферном давлении. После второй ступени
Размола масса поступает в промежуточный бассейн, подверга-
ется очистке на центробежных сортировках и сгущению. Отхо-
№ сортирования измельчаются в малой дисковой мельнице
и возвращаются в систему. Непосредственно перед бумагодела-
тельной машиной масса очищается на селектифайерах и бата
рее центриклинеров [185].
Наилучшие условия при выработке в Канаде газетной бума
ги для офсетной и высокой печати с массой 48,6 г/м2 из 100?
ТММ достигаются тогда, когда исходная щепа имеет влажное^
55—60% и тщательно отсортирована от опилок и «спичек»
а степень помола ТММ составляет примерно 63° ШР [235].
Существует мнение, что газетную бумагу из 100% ТММ ца
обычной плоскосеточной бумагоделательной машине возможна
изготовлять при скорости машины до 950 м/мин. Дальнейщее
повышение скорости машины будет связано с необходимостью
добавки некоторого количества целлюлозы в композицию
бумаги. При использовании же современных двухсеточных
формующих устройств добавка целлюлозы при выработке
газетной бумаги не потребуется и в случаях работы с более
высокой скоростью бумагоделательной машины.
В Финляндии на предприятии «Варкаус» пущена в эксплуа-
тацию бумагоделательная машина, построенная фирмой «Вал-
мет» и оснащенная формующим двухсеточным устройством
симформер. Машина предназначена для выпуска газетной бу-
маги при рабочей скорости 1200 м/мин. Обрезная ширина
бумажного полотна 8660 мм при ширине сетки 9150 мм. Через
полтора месяца после пуска машина устойчиво работала на
скорости 900 м/мин при выработке газетной бумаги с массой
48 г/м2 и 816 м/мин при выработке бумаги с массой 40 г/м2.
Композиция бумаги состоит из смеси ТММ и обычной древес-
ной массы без добавления целлюлозы.
Могут быть отмечены следующие недостатки в применении
ТММ для выработки газетной бумаги по сравнению с исполь-
зованием для этой цели дефибрерной древесной массы:
1. Повышенный примерно на 600 кВт-ч расход электроэнергии на каж-
дую тонну изготовляемой древесной массы.
2. Несколько пониженная белизна. Впрочем, этот недостаток может
быть устранен путем добавки в массу бисульфита натрия (NaHSO3). Воз-
можно также успешно применять гидросульфит натрия (Na2S2O4) или пере-
кись водорода (Н2О2). При наличии только еловой щепы отбелку массы
можно и не производить.
3. Несколько пониженный показатель непрозрачности вырабатываемой
бумаги .из-за относительно низкого содержания мелочи в ТММ. Простейшим
образом этот недостаток может быть устранен добавлением в композицию
стандартной древесной массы, получаемой на дефибрерах [176]. Вместе
с тем исключение из композиции изготовляемой бумаги целлюлозы, сущест-
венно уменьшающей непрозрачность бумаги, компенсирует указанный недо-
статок ТММ и обеспечивает бумаге высокие печатные свойства..
4. Высокий уровень шума при использовании высокопроизводительных
дисковых мельниц.
Несмотря на то, что производство ТММ во всем мире воз-
растает с исключительной быстротой, нельзя считать техноло-
гию изготовления этого полуфабриката полностью отработан-
ной. Над совершенствованием этого процесса и устранением
указанных недостатков работают специалисты во многих стра-
мира, и есть основание считать, что в будущем ТММ будет
^яинственным или по крайней мере основным полуфабрикатом
ооизводства газетной бумаги. .
g производстве газетной бумаги перспективно применение
йМико-термомеханической массы (ХТММ). Фирма «Онтарио
Пейпер К°» (Канада) разработала способ получения такой
массы с выходом более 90%, получивший название «способ
OflKO». Сущность этого способа заключается в химической об-
работке в течение примерно 1 ч при температуре 130—160° С
ТММ с концентрацией более 10% после первой или второй сту-
пени размола с использованием при этом сульфита натрия
(7—-10% от массы древесины).
В результате подобной обработки получаются сильнофиб-
риллированные скрученные волокна, обеспечивающие бумажно-
му полотну эластичность, высокую растяжимость и малое коли-
чество обрывов на бумагоделательной машине.
Полотно бумаги из ХТММ хорошо уплотняется и имеет сни-
женную величину показателей пухлости и пыления. По сооб-
щению А. Барнет, Р. Лиек и А. Шоу, расход энергии на про-
изводство ХТММ по способу ОПКО на 40% меньше, чем для
производства ТММ, и сравним с расходом энергии для произ-
водства дефибрерной древесной массы. Производственные
испытания применения ХТММ по способу ОПКО производи-
лись на финском предприятии «Кайпола» при скорости бумаго-
делательной машины 724 м/мин и показали возможность пол-
ного исключения целлюлозы для изготовления газетной бумаги
с сохранением высокого содержания дефибрерной древесной
массы, сокращением стоков и расходов на древесину, без уве-
личения расхода энергии и без ухудшения работы бумагодела-
тельной машины и полиграфического оборудования.
Сравнивая между собой свойства ТММ. и ХТММ, следует
отметить, что длинноволокнистая фракция ТММ отличается
значительно меньшей эластичностью, чем соответствующая
фракция ХТММ. Это существенный недостаток ТММ как полу-
фабриката при его использовании для изготовления широкого
ассортимента бумажной продукции. М. Джексон и Дж. Вильямс
считают, что указанный недостаток может быть в значитель-
ной степени компенсирован химико-механической обработкой
отходов сортирования ТММ.
О применении новых полуфабрикатов из механической мас-
сы для производства бумаги, и в частности газетной, указано
в работе [232].
Масса 1 м2. Благодаря высоким показателям механиче-
ской прочности облегчается решение очень важной задачи
в производстве газетной бумаги —снижение массы 1 м2 этого
вида бумаги.
Ранее стандартная газетная бумага имела массу 1 м2 50 г.
^Днако с повышением скоростей бумагоделательных машин,
вырабатывающих указанный вид бумаги, масса 1 м2 бумаги
возросла до 51—52 г. Как указано выше, использование ТМм
позволило в Финляндии на предприятии «Кайпола» изготовлять
газетную бумагу с массой 1 м2 40 г при наличии хорощйх
печатных свойств бумаги. Высокое содержание в ТММ длинцо,
волокнистой фракции и относительно малое содержание корОт,
коволокнистой фракции обеспечивает в изготовляемой бумаге
по сравнению с применением дифебрерной древесной массы
повышение не только основных показателей механической проч,
ности бумаги в ее воздушно-сухом состоянии, но и повышение
влагопрочности, что благоприятным образом отражается ца
возможности безобрывной работы бумагоделательной машины
при повышенной скорости. Число обрывов полотна газетной
бумаги в типографиях при этом не увеличилось.
В Канаде намечается постепенно увеличивать выпуск газет-
ной бумаги с пониженной массой 1 м2. Если в 1970 г. газетная
бумага с массой 1 м2 менее 45,5 г изготовлялась в количестве
2% всего производства газетной бумаги в этой стране, то
в 1990 г. намечено изготовить.такой бумаги 42%.
56. Сравнительная характеристика дефибрерной древесной массы
и ТММ, предназначенных для изготовления
газетной бумаги с массой 1 № 45 г
Показатель Дефибрерная древесная масса ТММ
Степень помола, ° ШР 69—71 68
Разрывная длина, м 2500—2600 3810
Площадь продавливания, м2 13—14 23,7
Фактор раздирания 35—37 75
Содержание костры, % 0,1—0,2 0,07
Фракционный состав, %:
28 меш 14 42
28—48 „ 22 14
48—100 „ 17 14
100—200 „ 14 8
200 „ 33 22
В табл. 56, по данным работы [200], приведены сведения
о показателях ТММ, необходимой для изготовления газетной
бумаги с пониженной массой 1 м2 (45 г/м2). Одновременно
приведена характеристика обычной дефибрерной древесной
массы, используемой в сочетании с целлюлозой для изготовле-
ния подобного вида бумаги. В табл. 57 приведены показатели
свойств соответствующей газетной бумаги.
Практика работы канадских предприятий свидетельствует
о том, что переход к выпуску газетной бумаги с пониженной
50$.
57. Сравнительная характеристика тонкой газетной бумаги
(45 г/м2), изготовленной при скорости машины 600 м/мин
Показатель Бумага с содержанием
дефибрерной древес- ной массы ТММ
Состав по виду волокон, %:
дефибрерной древесной массы 73
термомеханической массы — 100
сульфатной полубеленой целлю- 9 —
лозы 18 —
Na-бисульфитной целлюлозы
Масса 1 м2, г 45 45,9
Толщина, мм 0,065 0,073
Плотность, г/см3 0,69 0,63
Шероховатость сторон по Бендсте- ну, мл/мин:
верхней 65 69
сеточной 20 20
Пористость по Бенд стену, мл/мин 325 246
Впитываемость масла сторонами, г/м2:
верхней 17 16
сеточной 20 26
Сопротивление раздиранию Х9,8, мН, в направлении:
машинном 16 16
поперечном 21 21
Разрывная длина, м, в направлении:
машинном 4200 4130
поперечном 1900 1530
Площадь продавливания, м2 13,5 14,4
Белизна, % 62 61
Непрозрачность, % 93,0 95,0
коэффициент светорассеяния Давление при суперкаландрирова- ли«. Х9.8, Н/см 595 618
190 190
m
массой 1 м2 не вызвал необходимости в изменении номера
и типа металлических или синтетических сеток бумагоделатель-
ных машин. Вместе с тем отмечалось повышение времени холо-
стого хода машин из-за обрывов бумажного полотна в мокрой
части, а в отдельных случаях — на каландре и накате. На ряде
машин (примерно */з от обследованных) снижение массы 1 М2
газетной бумаги потребовало некоторого повышения содержа-
ния целлюлозы в композиции бумаги [111].
Следует иметь в виду, что снижение массы 1 м2 газетной
бумаги связано с известным снижением начальной влагопроч-
ности бумажного полотна, т. е. его прочности после гауч-вала.
При этом повышается провал мелких волокон сквозь сетку
интенсифицируется процесс обезвоживания полотна и несколько
снижается его сухость после прессов.
В докладе С. Г. Жудро на научно-техническом совещании,
посвященном проблемам производства древесной массы,
в Правдинске (ноябрь 1976 г.) отмечалось то, что на шведском
предприятии Хальета при скорости около 800 м/мин вырабаты-
валась газетная бумага надлежащего качества с массой 1 м2
49 г из 100% ТММ. Каких-либо затруднений при этом не
наблюдалось. Из того же источника известно, что финское пред-
приятие «Варкаус» акционерного общества «Альстрем» систе-
матически выпускает самую тонкую газетную бумагу с массой
1 м2 25—28 г, на которой уже в течение ряда лет печатается
газета «Дейли Телеграф».
Было бы неправильным считать, что возможность выпуска
газетной бумаги с пониженной массой 1 м2 обусловлена только
применением ТММ. Для бесперебойного выпуска такой газет-
ной бумаги необходима автоматизация всего технологического
процесса изготовления бумаги с использованием электронно-
вычислительных машин для управления работой бумагодела-
тельных машин, оснащенных современными двухсеточными
формующими устройствами, что не исключает, однако, при вы-
работке тонкой газетной бумаги использования обычных пло-
скосеточных бумагоделательных машин.
Хорошие результаты следует ожидать при использовании
в производстве газетной бумаги модифицированного минераль-
ного наполнителя, что позволит без снижения механической
прочности, непрозрачности и белизны бумаги снизить массу
1 м2 бумаги. При снижении массы 1 м2 газетной бумаги долж-
но быть также обращено внимание работников полиграфической
промышленности на выбор соответствующей марки типограф-
ской краски. Известно, что некоторые марки краски не дают
сквозную пропечатку на бумаге с массой 45 г/м2, в то время
как другие марки типографской краски способствуют заметной
сквозной пропечатке даже на бумаге массой 49 г/м2.
Помимо стандартной для многих стран газетной бумаги
с массой 1 м2 50—52 г и указанных выше тонких видов газет-
ной бумаги с пониженной массой 1 м2, предназначенных для
высокого и офсетного способов печати газет, в мировой практи-
ке известен выпуск газетной бумаги, пропущенной через супер-
каландр и имеющей массу 1 м2 53—60 г. Сравнительно в не-
больших количествах выпускается газетная бумага, специаль-
но предназначенная для глубокого способа печати газет.
Плотность, восприятие типографской крас-
ки. Плотность является одним из важных показателей газет-
ной бумаги. Жесткость и форма волокон древесной массы
обеспечивают получение газетной бумаги с менее плотной
н, следовательно, с более пористой структурой листа, чем у бу-
маги, состоящей из волокон целлюлозы. Поэтому и плотность
бумаги, содержащей древесную массу, оказывается в сравни-
мых условиях всегда более низкой по сравнению с плотностью
бумаги, изготовленной исключительно из волокон целлюлозы.
Однако чрезмерно рыхлая газетная бумага с пониженной плот-
ностью, как правило, малопригодна для печати. Она имеет по-
ниженную гладкость и обычно бывает неоднородной по своим
свойствам. Типографская краска на такой бумаге, по выраже-
нию полиграфистов, «проваливается», не оставляя четкого
оттиска на поверхности.
Увеличение плотности за счет хорошей подготовки полуфаб-
рикатов и надлежащего уплотнения полотна в мокрой части
бумагоделательной машины неизбежно приводит к повышению
механической прочности бумаги. При этом уменьшается рых-
лость структуры бумажного полотна, поверхность его становит-
ся более сомкнутой и гладкой, пылимость уменьшается. Счита-
ется, что хорошее качество печати на газетной бумаге может
быть достигнуто, если бумага имеет плотность не менее
0,58 г/см3.
Для любого вида бумаги, изготовленной из 100% целлюло-
зы, значительное повышение плотности, если оно достигнуто не
за счет введения в композицию бумаги минерального наполни-
теля, неизбежно связано с резким уменьшением способности
бумаги воспринимать при печати типографскую краску. Поэто-
му целлюлозная бумага с чрезмерно высокой плотностью имеет
пониженные печатные свойства. При большой скорости печа-
тания типографская краска на такой бумаге не успевает «высы-
хать», в результате чего наблюдается отмарывание оттиска.
Выражение «высыхание печатной краски» по существу означа-
ет прекращение отмарывания оттиска, которое лишь в отдель-
ных случаях (краски глубокой печати) происходит вследствие
испарения связующего вещества (бензола, спирта, воды). Для
литоофсетной печати краски изготовляют на натуральной льня-
ной олифе, которая не подвержена улетучиванию и испарению.
«Высыхание» этой краски происходит в основном за счет окис-
ления на воздухе льняной олифы с образованием твердой плен-
ки. Типографские краски, применяемые при печатании газет,
«высыхают» за счет впитывания их бумагой, т. е. вследствие ее
пористости. Применительно же к газетной бумаге ее высокая
плотность в указанном смысле практически неопасна, так как
эта бумага по сравнению с бумагой из 100% целлюлозы всегда
имеет повышенные показатели пористости, пухлости и восприя-
тия типографской краски даже в случае использования сильно
уплотненной газетной бумаги, предварительно пропущенной
через суперкаландр. К тому же краски для печатания газет
отличаются небольшой вязкостью, что облегчает их впитыва-
ние бумагой. Эти краски изготовляют на жидкой нефтяной оли-
фе из нефтяной сажи или смеси ее с газовой сажей, с синей
подцветкой индулином в олеиновой кислоте.
В СССР краски для печатания газет подразделяют на две
группы: типографские газетно-ротационные и типографские
газетно-плоскопечатные. Краски как первой, так и второй груп-
пы по своему составу делятся на 10 номеров (первая 1—10,
вторая 11—20). Газетно-ротационные краски менее вязки, чем
газетно-плоскопечатные. При разбавлении плоскопечатных
красок до консистенции ротационных они становятся пригод-
ными для печатания на ротационных машинах [60].
Печатные свойства газетной бумаги, как предусматривает
стандарт SCAN-P-36:76, утвержденный Скандинавским коми-
тетом по испытаниям целлюлозы, бумаги и картона, должны
контролироваться на пробных оттисках, выполненных на газет-
ной бумаге, с определением показателей впитывания краски,
пробивания краски на обратную сторону листа, плотности отти-
ска и отмарывания [213].
В работе [36] рекомендуется не регламентировать нижний
показатель плотности1 газетной бумаги, с чем нельзя согла-
ситься, так как практикой давно уже установлено, что чрез-
мерно пухлая бумага из-за повышенной ее пористости и впи-
тывающей способности обладает пониженными печатными свой-
ствами. Практически трудно осуществить рекомендацию авто-
ров вести отделку бумаги таким образом, чтобы повышать ее
гладкость с одновременным уменьшением плотности. Сущест-
вующая технология отделки бумаги приводит к тому, что
с увеличением гладкости бумаги неизменно повышается
и ее плотность. Для некоторых видов бумаги (например, основа
фотобумаги) отмечается в ряде случаев линейная зависимость
повышения плотности бумаги с увеличением ее гладкости [148].
Газетная бумага для офсетной печати. В. С. Ло-
патухин и А. Л. Попова указывают, что офсетный способ печа-
тания газет за рубежом особенно широкое распространение
получил при выпуске газет малыми и средними тиражами.
Известны, однако, и случаи перехода на ротационный офсет-
1 Полагаю более правильным применительно к бумаге сохранение тер-
мина «объемная масса», а не «плотность». Термин «плотность» не вызывает
каких-либо сомнений для материалов, лишенных включений воздуха и воды,
например для металлов, и является для каждого такого материала величи-
ной постоянной, указываемой в соответствующих справочниках (Прим,
автора).
иЫЙ способ при печати многотиражных газет; например, этим
способом выпускается в настоящее время в Японии газета
«Асахи». Намечается широкое развитие офсетного способа
речатания газет и в Советском Союзе. Офсетный способ откры-
вает широкие перспективы для значительного совершенствова-
ния художественно-полиграфического исполнения газет, повы-
шения производительности труда на полиграфических предпри-
ятиях и улучшения экономических показателей работы этих
предприятий.
По данным указанных выше авторов газетная бумага для
печатания многокрасочных газет офсетным способом должна
отличаться от газетной типографской бумаги повышенной
прочностью поверхности, обладать минимальной пылимостью,
иметь повышенную прочность на разрыв при достаточной впи-
тывающей способности, обеспечивающей закрепление более лип-
ких красок в процессе печатания. На основании опытов, успеш-
но проведенных на Кондопожском комбинате, авторы рекомен-
дуют следующие показатели газетной бумаги для печати
офсетным способом: гладкость не менее 60 с, плотность не
менее 0,65 г/см3, зольность до 3%, разрывная длина не менее
3200 м, бумага может быть неклееной. Вместе с тем авторы
приводят показатели различных иностранных образцов газет-
ной бумаги, предназначенной для печати офсетным способом,
отличающиеся от указанных выше и несмотря на это обеспе-
чивающие хорошее качество печати. Показатели этих различ-
ных образцов бумаги находятся в следующих пределах: глад-
кость от 29—32 до 60—90 с, плотность от 0,54 до
0,66 г/см3, зольность от естественной до 13%, степень проклей-
ки по штриховому методу от 0,25 до 1 мм, масса 1 м2 от 50—52
до 59—60 г, содержание древесной массы от 60 до 85%. Эти
данные свидетельствуют о том, что за рубежом строго регла-
ментированных единых показателей для офсетной газетной
бумаги нет и при офсетном способе печати имеется возмож-
ность с точки зрения качественного воспроизведения печати
успешно использовать самые различные образцы газетной
бумаги.
Офсетный способ печатания газет находит все большее рас-
пространение и в Швеции, как обеспечивающий более высокое
качество печати, особенно многокрасочной. Вместе с тем нель-
зя не отметить, что печатание газет этим способом обходится
пока еще несколько дороже, чем использование для этой цели
традиционного способа высокой печати, из-за более высокой
стоимости при этом печатной краски и расходов на офсетные
Печатные формы.
К газетной бумаге для офсетной печати по сравнению
с бумагой, предназначенной для печатания газет способом
пысокой печати, требование к гладкости поверхности может
быть несколько снижено, так как при офсетном способе печа-
тания полотно, передающее печатную краску на бумагу, обла-
33 2675 513
дает известной сжимаемостью и при нанесении печати плотно
прилегает к поверхности бумаги. Слой краски при офсетном
способе печатания тоньше, что позволяет в этом случае несколь-
ко снизить и требование в отношении светонепроницаемости
бумаги.
Здесь уместно отметить, что в Швеции газетная бумага
выпускается четырех основных видов: стандартная газетная
бумага машинной гладкости с массой 1 м2 52 г, газетная бума-
га машинной гладкости с пониженной величиной массы 1 мг
(45—40 г), газетная бумага машинной гладкости повышенного
качества (с высокой степенью белизны или с повышенной мас-
сой 1 м2) и газетная бумага суперкаландрированная. Каждый
из этих видов газетной бумаги имеет разновидности примени-
тельно к способу печатания газет (высокая, офсетная и даже
глубокая печать). При изготовлении каждого из указанных
видов и разновидностей газетной бумаги применяется особый
технологический режим.
Некоторые тенденции в производстве газет-
ной бумаги. Хотя при выработке газетной бумаги намети-
лась общая тенденция использовать бумагоделательные маши-
ны с формованием бумажного полотна между двумя сетками,
тем не менее во всем мире работает большое количество широ-
ких (7—9 м) и быстроходных (750—900 м/мин) бумагодела-
тельных машин с обычным формованием бумажного полотна
на плоской сетке. Для устойчивой работы подобных машин
с минимальным холостым ходом при высоком качестве изготов-
ляемой газетной бумаги, как показал опыт отечественных и за-
рубежных предприятий, должно быть обращено серьезное вни-
мание на необходимость проведения следующих основных тех-
нических мероприятий: замена металлической сетки на синте-
тическую с одновременной заменой регистровых валиков на
гидропланки; замена сушильных сукон на сушильные сетки
и обычных прессовых сукон па иглопробивные; установка на
третьем прессе желобчатого вала; особо тщательная баланси-
ровка всех валов бумагоделательной машины; использование
автоматизированной системы регулирования технологическим
процессом выработки газетной бумаги; установка мощных эф-
фективно работающих сукномоечных устройств; установка пе-
ред грудным валом вакуумной камеры, предотвращающей
подсос воздуха в зону формования полотна. При реконструкции
действующих бумагоделательных машин с целью повышения их
скорости и производительности следует обратить внимание на
необходимость надлежащего увеличения мощности двигателя
вакуумных насосов и секционных двигателей машины. В неко-
торых случаях установка на сеточном столе после формующей
доски мокрого отсасывающего ящика способствует лучшему
формованию бумажного полотна с увеличением его механиче-
ской прочности [172]. Разумеется, следует учесть все совре-
менные достижения в области улучшения конструкций узлов
бумагоделательных машин, о чем указано в соответствующих
разделах этой книги и рекомендованных источниках литера-
туры.
Считается, что с применением обычных плоскосеточных
формующих устройств при выработке газетной бумаги их ско-
рость не может превысить 1100 м/мин. Ожидают, что с исполь-
зованием двухсеточных формующих устройств скорость бума-
годелательных машин при выработке газетной бумаги в неда-
леком будущем достигнет 1500 м/мин. При этом качество
бумаги будет выше, чем при выработке на плоскосеточной бу-
магоделательной машине. Из существующих многочисленных
конструкций двухсеточных формующих устройств наиболее упо-
требительны вертиформа, Бел-Бей, симформер, паприформер
и дуоформер.
В Японии на одной из бумагоделательных машин, обррудо-
ванной двухсеточным формующим устройством Бел-Бей, при
выработке газетной бумаги с массой 49 г/м2 была достигнута
рекордная скорость 1112 м/мин. При этой скорости машина
работала 16 ч. Обычная рабочая скорость этой машины дости-
гает 1000 м/мин. Композиция бумаги: 20% целлюлозы хвойных
пород древесины и 20% ТММ; остальные компоненты: дефиб-
рерная древесная масса, облагороженная макулатура, химиче-
ская древесная и рафинерная древесная масса. Сушильная
часть машины состоит из 53 бумагосушпльных цилиндров
в пяти группах. Между четвертой и пятой сушильными группа-
ми установлен полусухой каландр. Кстати, установка такого
каландра на машинах, вырабатывающих газетную бумагу,
в настоящее время широко практикуется. Машина оборудована
шестивальным машинным каландром. Иногда практикуют
последовательную установку двух-, четырех- или шестивальных
машинных каландров.
По данным Р. Маурера [204], при выработке в ФРГ газет-
ной бумаги с массой 52—53 г/м2 на современных быстроходных
бумагоделательных машинах целесообразно применение синте-
тических сеток, которые в среднем имеют срок службы
в 4—6 раз больший и удельную стоимость (на 1 т бумаги) на
50% более низкую, чем металлические. Указанный автор при-
шел к выводу (хотя и неокончательному), что наиболее подхо-
дящими в рассматриваемом случае являются синтетические сет-
ки № 30 из моноволокна и однослойные четырехкиперного пле-
тения.
Наблюдается тенденция к повышению диаметра рулонов
газетной бумаги, поставляемой в типографии. При этом дости-
гается сокращение потерь бумаги в типографиях и холостого
х°Да печатных машин. Одновременно сокращаются и потери
бумаги при транспортировке. Хотя крупные рулоны несколько
чаще повреждаются, но доля отходов от общей массы бумаги
практически оказывается меньшей. Кроме того, уменьшаются
потери бумаги на гильзах из-за меньшего числа рулонов при
одной и той же общей массе бумаги. Сокращается и удельное
количество оберточной бумаги, используемой для упаковки
рулонов газетной бумаги. Эта тенденция к повышению диамет-
ра рулонов газетной бумаги связана с необходимостью одновре-
менного улучшения качества бумаги: нужны равномерная плот-
ность рулонов и равномерное распределение влажности по
ширине полотна.
В целях экономии бумаги в американской практике наблю-
дается тенденция к некоторому уменьшению в ряде случаев
размеров газетных полос и увеличению числа колонок на поло-
се. Это связано с использованием в типографиях нового обору-
дования [187].
При установлении оптимальных размеров рулонов (их дли-
ны и диаметра) следует учитывать как предусмотренные
стандартами форматы газет, ширину бумаги на бумагодела-
тельной машине, так и возможности рациональной укладки
рулонов при погрузке в вагоны и на автомашины.
7.4. СВОЙСТВА МЕЛОВАННОЙ БУМАГИ,
ПРИМЕНЯЕМОЙ ДЛЯ ПЕЧАТИ
7.4.1. Влияние метода мелования бумаги на ее свойства
Выше уже указывалось, что во многих случаях для получе-
ния высококачественных оттисков в полиграфии при разных
способах печати применяют мелованную бумагу, т. е. бумагу,
у которой в качестве покровного слоя обычно служат мине-
ральные суспензии или пасты на водной основе.
Цель мелования бумаги для печати — сделать поверхность
бумаги более ровной и сомкнутой, что обеспечивает более рав-
номерное впитывание ею печатной краски и возможность при-
менения при печати на этой бумаге растров с более высокой
линиатурой.
Как указывает Н. Е. Новиков, в некоторых случаях стали
осуществлять даже мелование газетной бумаги с нанесением
покровного слоя по 5 г/м2 на каждую сторону. Это улучшает
качество иллюстраций и позволяет применять цветную печать.
Не останавливаясь на различных методах мелования бумаги,
достаточно подробно описанных в литературе, следует лишь
отметить, что наилучшее качество мелованной бумаги достига-
ется на отдельных станках, с помощью которых на бумагу
наносится относительно толстый покровный слой. При этом
обеспечиваются надлежащие условия взаимодействия поверх-
ности бумаги с печатной краской, однородность поверхности,
гладкость, непрозрачность и белизна бумаги. Все это, в свою
очередь, обеспечивает хорошее восприятие глазом печатного
изображения вследствие оптического контраста на оттиске, т. е.
различия в яркости печатных и пробельных элементов изобра-
«гения. Эти станки в современных условиях могут работать со
Серостью до 1200 м/мин.
Наиболее дешевая мелованная бумага с тонким покровным
„лОем получается в результате осуществления процесса мело-
вания на бумагоделательной машине. При этом использование
в композиции бумаги-основы для мелования древесной массы
и полуцеллюлозы желательно не только для удешевления бума-
ги, но и для уменьшения ее прозрачности, возможно, снижения
ма'ссы 1 м2 бумаги при условии обеспечения повышенной силы
связи между волокнами. Работниками полиграфической про-
мышленности высказывается одновременно пожелание освоения
выпуска мелованной бумаги с массой 1 м2 примерно 52 г.
Метод нанесения мелованного слоя существенно влияет на
качество мелованной бумаги. Исследованиями с применением
фотоснимков, оптической и электронной микроскопии установ-
лено, что нанесение покровного слоя с помощью валиков при-
водит к получению менее равномерного слоя, чем использова-
ние для этой цели шабера, особенно гибкого. При нанесении
покровной пасты валиками большая ее часть отлагается
у микровыступов и не заполняет глубоких межволоконных про-
странств п мелких отверстий. При применении же гибкого ша-
бера выступы волокон над поверхностью полотна почти
полностью устраняются, а межволоконные пространства запол-
няются сравнительно толстым слоем покровной пасты. После
отделки мелованной бумаги в суперкаландре полотно, на кото-
рое наносился покровный слой валиками, внешне выглядит
лучше и имеет более равномерный блеск по сравнению с полот-
ном, на которое наносился покровный слой шабером, особенно
по сравнению с полотном, имеющим основу неравномерного про-
света. Однако при прочих равных условиях фактическая глад-
кость поверхности и печатные свойства более высокие
У каландрированной мелованной бумаги с покровным слоем, на-
несенным с помощью гибкого шабера. Поэтому такая бумага
более пригодна для глубокой и высокой печати. Для офсетной
печати вполне пригодны оба вида мелованной бумаги.
Ж. А. Перри рекомендует при изготовлении тонкой высоко-
качественной мелованной бумаги, предназначенной для ротаци-
онной ролевой или листовой офсетной печати, осуществлять на-
нос покровной пасты в два слоя с помощью гибкого шабера
либо первый слой наносить валиком, а второй гибким шабером.
Как указывает К. Темплер, при применении меловальных
Устройств с валиками брак при меловании составляет 1—3%,
т°гда как на установках с шабером он доходит до 2—5%.
Иногда желательна для печати высокоглянцевая мелованная
бумага, т. е. бумага с поверхностью высокого блеска. За грани-
цей такая бумага различного вида известна под наименованием
*кромикот», «люстеркот», «хромолюкс». Она получается обычно
с применением лощильного цилиндра для выглаживания
сУшки покровного слоя. Это исключает необходимость приме-
нения суперкаландра. Л. А. Козаровицкий отмечает, что выбор
вида мелованной бумаги для печати в первую очередь должен
определяться назначением печатной продукции и характером
воспроизведения оригиналов, а не способом печати. Для массе,
вых текстовых изданий, а также в том случае, если имеются
иллюстрации с линиатурой 34—40 линий на 1 см, может быть
применена бумага машинного мелования с суммарной шерохо-
ватостью (гладкостью) равной 250—400 с (по Бекку) при усло-
вии, что гладкость эта равномерная, т. е. покрытие достаточно
ровное. Для растровых иллюстраций с линиатурой в 48 линий
и более на 1 см при печатании с жестких форм (типографская
печать) требуется бумага более высокой гладкости (500—1000 с).
При использовании эластичных форм (офсет, типоофсет) глад-
кость ее может быть несколько ниже. Для наиболее факсимиль-
ных изображений применяется линиатура 80, 100 линий и более
на 1 см. Такие репродукции могут быть воспроизведены на ме-
лованной бумаге с предельно ровной поверхностью типа «кро-
микот».
Тот же автор указывает, что для воспроизведения текста,
особенно типографским способом с жестких форм, следует
предпочесть матовую бумагу с тонкой микроструктурой поверх-
ности. На глянцевой бумаге в этом случае краска неравномерно
распределяется внутри элементов изображения, избыток краски
под давлением вытесняется к контурам его и на значительной
части поверхности элемента тонкий слой краски выглядит
серым. На высокоразвитой матовой поверхности краска распре-
деляется внутри элемента более равномерно; количество краски,
воспринимаемой с печатной формы, больше и текст на ней име-
ет глубоко-черный цвет. Бумагу с матовой тонкой структурой
поверхности можно применять и для воспроизведения одно-
и многокрасочных изображений с оригиналов, имеющих мягкие
контуры рисунка и диффузный характер отражения света (ак-
варельная и пастельная живопись, рисунок углем, пером, гра-
вюры на дереве и металле, матовые фотографии и т. п.). Репро-
дукция с такого оригинала на матовой бумаге (в том числе
и мелованной) более точно передает тоновые градации, цвето-
вые особенности и общий его колорит независимо от способов
печатания. При использовании для этой цели глянцевой бумаги
качество воспроизведения значительно снижается.
При воспроизведении черных и цветных глянцевых фотоори-
гиналов и картин масляной живописи любым способом исклю-
чительное значение приобретает бумага с высоким блеском. Еще
большее значение блеск поверхности имеет для трех-чертырех-
красочной репродукции с блестящих цветных оригиналов, так
как он существенно влияет не только на яркость и насыщен-
ность, но и на спектральную характеристику отпечатка.
Вместе с тем высокоглянцевые мелованные виды бумаги
имеют и существенные недостатки. Один из них — утомляемость
зрения при чтении текста, отпечатанного на подобной бумаге-
другой недостаток заключается в изменении со временем пока-
зателей белизны и пухлости бумаги. Матовая мелованная бума-
га также не лишена недостатка: контрастность печати на ней
со временем уменьшается.
7.4.2. Мелованная бумага различного назначения
Печатные свойства мелованной бумаги зависят от свойств
бумаги-основы, вида и количества пигмента и связующего,
а также от способа мелования. Качество бумаги-основы во мно-
гом определяет такие важные печатные свойства мелованной
бумаги, как неровности на ее поверхности, непрозрачность, сжи-
маемость, сопротивление выщипыванию, белизну и стабиль-
ность размеров при смачивании. Вне зависимости от назначе-
ния мелованной бумаги ее основа должна иметь по возможности
сомкнутую структуру с равномерным просветом и ровной по-
верхностью. Механическая прочность мелованной бумаги так-
же определяется показателями прочности бумаги-основы.
Как указывает Ф. Каулакис, некоторые ошибочно считают,
что в процессе мелования частицы пигмента покроют относи-
тельно грубую поверхность бумаги-основы и скроют таким об-
разом ряд ее дефектов: облачный просвет, маркировку от сукон
и сетки, различного рода полосы, посторонние включения и пр.
Однако на самом деле процесс мелования чаще выявляет эти
дефекты, чем их ретуширует, и в процессе печати они проявля-
ются резко. Если при производстве различных немелованных
видов бумаги для печати допустимо изменение массы 1 м2 по
ширине полотна на величину 3—5%, то при изготовлении бума-
ги-основы для мелования эти изменения по ширине в 25—30 см
не должны превышать, как утверждает указанный автор,
±1,5% во избежание волнистости и морщинистости полотна
мелованной бумаги после его прохождения через суперкаландр.
Вид пигмента, его количество, вид и количество связующего
во многом определяют такие важные печатные свойства мело-
ванной бумаги, как ее белизну, непрозрачность, гладкость, лоск
и взаимодействие с печатной краской (смачиваемость, время
впитывания и закрепления печатной краски и пр.).
Равномерность и величина покровного слоя, а также глад-
кость, лоск и другие свойства бумаги зависят и от способа ме-
лования: на бумагоделательной машине или на специальных
станках, с применением клеильного пресса, наносящих пасту
валиков, щеток, воздушного шабера и пр.
Мелованная бумага для офсетной печати должна иметь
большую механическую прочность по сравнению с мелованной
бумагой для высокой печати и более высокое сопротивление вы-
щипыванию. Для офсетной печати предпочитают применять
Мелованную бумагу со связующим казеином, а не крахмалом.
Желательно также, как считает Д. Кейси, чтобы при этом
в покровном слое бумаги отсутствовали карбонат кальция, ли-
топон, белый сатинит.
К показателям гладкости и сжимаемости мелованной бума-
ги, предназначенной для офсетной печати, высокие требования
не предъявляются.
Использование в качестве связующего дисперсий некоторых
синтетических материалов придает мелованной бумаге влаго-
прочность. Бумага с таким покрытием не требует продолжи-
тельного времени для отверждения казеина и может применять-
ся для печати сразу после ее выработки. Однако, по данным
О. Арнеберга, трудности возникают иногда только при офсетной
печати.
И. Рейнболд указывает, что казеин обладает весьма ценны-
ми свойствами связующего при меловании бумаги для офсет-
ной печати и известные до сих пор синтетические связующие по
качеству уступают ему. Казеин обеспечивает получение пленки
необходимой жесткости при хороших связующих свойствах. Он
придает покровной дисперсии надлежащую вязкость, хорошо
сочетается с оптическими отбеливателями и хорошо удерживает
влаг}Т в покровном слое. Все это способствует сохранению высо-
кой степени лоска после напесения на бумагу печати и отсутст-
вию при этом трещин в покровном слое. Тот же автор считает,
что при нанесении мелованного слоя на бумагоделательной
машине казеин может быть заменен более дешевым синтетиче-
ским связующим.
При печатании на мелованной бумаге методом глубокой пе-
чати должно быть обращено особое внимание на отсутствие
в покровном слое бумаги абразивных частиц, которые могут
повредить чувствительную к механическим воздействиям печат-
ную форму. Именно для этого вида печати мелованная бумага
должна отличаться наиболее высокими показателями гладкости
и сжимаемости при относительно невысоком сопротивлении
выщипыванию.
В. С. Пшеничников [Н4] установил, что мелованную бума-
гу надлежащего качества, предназначенную для многокрасоч-
ной печати глубоким способом, можно получить при оптималь-
ном соотношении пигмент: связующее 100:16. В связующем
1 массную единицу составляет казеин и 15 единиц акриловый
латекс марки АБВ-25. В качестве пигмента может быть исполь-
зован тонкодисперсный каолин марки БМ-86. В этих условиях
меловальная дисперсия имеет агрегативно-устойчивую тонкодис-
персную структуру, отличающуюся, как указывает упомянутый
автор, минимальным напряжением сдвига при течении. Полу-
ченный покровный слой обладает тонкопористым строением
с высокой степенью сродства поверхности к краскам, применяе-
мым при глубоком способе печати, и с основным размером пор
в пределах 0,1—0,2 мкм.
Показатели гладкости, сжимаемости и сопротивления выщи-
пыванию мелованной бумаги для высокой печати могут по сво-
ей абсолютной величине занимать промежуточное место между
соответствующими показателями мелованной бумаги для офсет-
ной печати и мелованной бумаги для глубокой печати.
Как известно, с увеличением количества связующего
в покровном слое впитывание печатной краски бумагой умень-
шается. При этом крахмал в качестве связующего по сравнению
с казеином придает мелованной бумаге меньшую впитывающую
способность и для придания одинаковой силы сцепления крах-
мала требуется намного больше, чем казеина.
По потребному количеству связующего пигменты, использу-
емые для мелования бумаги, могут быть расположены в следу-
ющий ряд: сатинит>осажденный карбонат кальция>размоло-
тый мел>каолин. Однако в зависимости от степени дисперсно-
сти и других физических свойств используемых пигментов, что
определяется месторождением и способом обработки пигмен-
тов, их положение в указанном ряду может измениться.
В настоящее время при изготовлении мелованной бумаги
для печати применяют различные виды связующих в покровном
слое: казеин, крахмал и его модификации, водорастворимые
производные целлюлозы, и в том числе карбоксиметилцеллю-
лозу, поливиниловый спирт, различные латексы и др.
Для улучшения качества мелованной бумаги, и в частности
для увеличения прочности поверхностного слоя, во Франции
в виде связующего все чаще используется поливиниловый спирт.
Первоначально это связующее применялось с высокой молеку-
лярной массой, что обеспечивало повышенную в 1,5 раза по
сравнению с казеином прочность связывания пигмента. В неко-
торых случаях поливиниловый спирт этого вида использовался
совместно с казеином или крахмалом. Позже стали применять
поливиниловый спирт с более низкой молекулярной массой, об-
ладающий хотя и меньшей силой связывания, но более пригод-
ный к использованию на современных быстроходных меловаль-
ных станках. Этот спирт имеет степень гидролиза около 99%
и используется при концентрации в воде 4% с вязкостью 4 или
8 мПа-с при 20°С. Выпускаемый во Франции для использова-
ния при меловании бумаги поливиниловый спирт марки «родо-
виол» легко растворяется в воде при температуре 90—95° С
и перемешивании в течение 30 мин. При выпуске мелованной
бумаги для офсетной печати, содержащей поливиниловый спирт,
с целью придания покровному слою водостойкости необходимо
введение соответствующих добавок. Л. И. Полуянова
и М. Г. Смирнова указывают на возможность успешного приме-
нения в производстве машиномелованной бумаги крахмального
клея, модифицированного энзимами. Н. Е. Никифорова
и Л. Л. Бывшева сообщают о возможном использовании бута-
Диенстирольных латексов отечественного производства марок
СКС-30 и СК.С-65. В качестве связующего применяют и соевый
Дротеин, придающий поверхности бумаги некоторую водостой-
кость и хорошие печатные свойства. Однако при этом повыша-
ется жесткость бумаги на ощупь. Поэтому одновременно с сое-
вым протеином добавляют дивинилстирольный или акрилатный
латексы, которые, как известно, придают покрытию гибкость,
хорошую восприимчивость к печатной краске, высокий лоск.
С целью улучшения печатных свойств многих видов бумаги
для печати и мелованной бумаги при их поверхностной обра-
ботке используют также альгинат натрия — водорастворимую
соль альгиновой кислоты. Последняя имеет строение, близкое
к структуре целлюлозы, и представляет собой полимер уроно-
вых кислот. Альгинат натрия практически получают химической
обработкой морских водорослей. Этот продукт при поверхност-
ном покрытии им бумаги глубоко в нее не проникает и образу-
ет на поверхности бумаги однородную и гибкую пленку. Если
в бумаге содержится сульфат алюминия, то альгинат натрия
реагирует с ним, образуя нерастворимый в воде альгинат алю-
миния, препятствующий дальнейшему проникновению альгината
натрия в бумагу. Однако и при отсутствии в бумаге сульфата
алюминия, как показали опыты К. Хилтона, растворы альгина-
та натрия проникают в толщу бумаги значительно медленнее,
чем в сравнимых условиях (т. е. при одинаковой вязкости)
растворы крахмала или карбоксиметилцеллюлозы.
Наличие на поверхности бумаги тонкой пленки альгината
натрия снижает чрезмерную впитываемость красок и лаков, что
дает экономию этих материалов при одновременном увеличении
блеска поверхности бумаги.
Обычно при поверхностной обработке бумаги альгинат
натрия применяют совместно с другими проклеивающими веще-
ствами (крахмал, синтетические латексы) и наполнителями
(каолин, двуокись титана и др.).
Опыты показали, что при использовании для поверхностного
покрытия бумаги раствора, содержащего 0,5% альгината нат-
рия и 8% крахмала, были получены значительно более высокие
печатные свойства офсетной бумаги, чем при покрытии той же
бумаги 10%-ным раствором крахмала с одинаковой в обоих
случаях массой покровного слоя. Улучшение печатных свойств
сказалось как на показателях склонности бумаги к выщипыва-
нию и пылению, так и на уменьшении маслопроницаемости
и растекаемости печатной краски. Сама печать получалась бо-
лее яркой из-за лучшего качества поверхности бумаги, а печат-
ные машины реже останавливали для очистки от пристающих
к печатной поверхности волокон и частиц наполнителя.
Изменением соотношения количеств крахмал : альгинат нат-
рия можно регулировать печатные свойства поверхности бумаги.
Как указывает К. Хилтон, достигаемая экономия на печатной
краске превышает расход на введение альгината натрия.
При использовании покрытия бумаги с альгинатом натрия
рекомендуется для печати применять быстросохнущие печатные
краски. На одном из зарубежных предприятий бумажной про-
мышленности при покрытии тонкой бумаги, предназначенной
пля печати иллюстраций с двух сторон листа, рекомендуют
я клеильном прессе использовать раствор, содержащий на
j мае-4- альгината натрия 5—20 мае.ч. низковязкого крахмала.
Особо рекомендуется применение альгината натрия в суспен-
зии для мелования бумаги. При этом повышается ее текучесть,
что позволяет использовать более концентрированные суспензии
и следовательно, меньше удалять воды при последующей суш-
ке мелованной бумаги. Опытами установлено, что добавление
0 5% альгината натрия в суспензию для мелования с содержа-
нием 60% сухого вещества позволило наносить ее при большей
скорости с помощью скользящего шабера на очень пористую
бумагу-основу.
На конференции ТАППИ, посвященной вопросам мелования
бумаги, отмечалось, что в качестве единственного (без доба-
вок) связующего при изготовлении бумаги машинного мелова-
ния и при использовании меловальной массы низкой концентра-
ции хорошо зарекомендовал себя этилированный крахмал. В тех
случаях, когда к покрытию не предъявляются повышенные тре-
бования по водостойкости, наиболее прочные связи в покровной
массе низкой концентрации обеспечивает поливиниловый спирт.
Бутадиенстирольный латекс хорошо сочетается с другими свя-
зующими, особенно в композиции меловальной массы, наноси-
мой на быстроходных меловальных установках и имеющей вы-
сокое содержание взвешенных частиц.
Пигменты, используемые для мелования бумаги, как указы-
вает Л. Хуггенбергер, должны по возможности удовлетворять
следующим техническим требованиям: хорошо диспергироваться
в воде, обладать способностью образовывать меловальную пас-
ту с надлежащими реологическими свойствами, иметь неболь-
шой размер частиц, высокую непрозрачность и белизну, стабиль-
ность и нерастворимость в воде, хорошую восприимчивость
к печатной краске и нуждаться в небольшом количестве связу-
ющего. К этим требованиям Д. Кейси сообщает дополнитель-
но, что пигменты для мелования должны отличаться отсутстви-
ем абразивных свойств, химической инертностью, совмести-
мостью с другими ингредиентами меловального состава
и (в случае окрашенных пигментов) высокой кроющей способ-
ностью наряду со стойкостью окраски.
Для получения суспензии с высоким содержанием сухого
вещества и низкой вязкостью в суспензию добавляют дисперга-
торы, чаще всего это фосфаты (гексаметафосфат натрия, тетра-
пирофосфат натрия) и полиакрилат натрия. Органические дис-
пергирующие средства дороже и несколько более чувствительны
к избыточной дозировке, но более стабильны. Фосфаты не так
стабильны и гидролизуются при повышении температуры, что
может привести к загустеванию. Добавляемое количество дис-
пергатора зависит также от жесткости производственной воды.
Часто применяют комбинации фосфатов и полиакрилатов.
Минеральные наполнители, используемые для поверхностно-
го покрытия печатных видов бумаги, должны отличаться воз-
можно более равномерной величиной частиц. При этом мелко-
дисперсные частицы способствуют повышению лоска бумаги.
Среднее значение величины дисперсности частиц при больших
отклонениях крайних значений может исказить действительную
картину влияния дисперсности частиц на печатные свойства
бумаги.
В зависимости от природы наполнителя для получения одной
и той же величины сопротивления поверхностного слоя выщи-
пыванию требуется в массе покровного слоя использовать раз-
ное количество связующего. Так, одно и то же сопротивление
выщипыванию покровного слоя будет получено, если при ис-
пользовании каолина взять 12—17% связующего (казеина),
а при использовании природного мела 9—10% казеина. Приме-
нение осажденного карбоната кальция потребует уже для полу-
чения той же величины сопротивления выщипыванию 20—30%
казеина, а применение гипса (марка «сатинит белый») 45—55%
казеина.
Выбор пигментов для мелования бумаги связан с назначе-
нием бумаги. Осажденный карбонат кальция обеспечивает хо-
рошие печатные свойства и высокую белизну мелованной бума-
ге. Однако он трудно диспергируется. Наличие его в меловаль-
ной суспензии способствует повышению воздухопроницаемости
бумаги и впитыванию типографской краски. Мел целесообразно
использовать для предварительного мелования (грунтовки)
и получения у мелованной бумаги матовой поверхности. Высо-
кий лоск мелованной бумаги легко достигается при использова-
нии в меловальной суспензии сатинвейса в количестве не более
10—15%.
В последнее время в связи с ростом применения различных
видов синтетической бумаги для улучшения ее печатных
свойств стали практиковать мелование этой бумаги. Подобные
виды бумаги могут быть использованы для изготовления супер-
обложек, карт, различных этикеток, моющихся обоев, прочных
мешков и герметичных стерильных упаковок продуктов фарма-
цевтической промышленности.
Как показали проведенные исследования, для повышения
адгезии поверхности синтетической бумаги к покрытию необхо-
дима предварительная активизация поверхности подобной бума-
ги, достигаемая, например, коронным разрядом. Хорошие
результаты были достигнуты также в случаях, когда в качестве
связующего использовались акриловые латексы. Применение
казеина, протеинов, крахмала и некоторых других связующих
не обеспечивало при этом получения нужных результатов.
Вопрос о выборе видов связующего и пигментов в производ-
стве мелованной бумаги в зависимости от требуемых печатных
свойств бумаги в настоящее время нельзя считать решенным,
и в этом направлении предстоит проведение дальнейших
наблюдений.
Как известно из японского источника [194], на гладкость,
лоск, плотность и другие важные свойства мелованной бумаги
оказывают существенное влияние условия пропуска бумаги че-
рез суперкаландр, а именно: материал и твердость набивки
упругих валов, диаметры упругих и металлических валов, тем-
пература валов, число захватов бумаги между валами, скорость
суперкаландрирования, линейное давление в захватах, толщина
и влажность бумаги, состав покрытия. В практической работе
суперкаландра большинство этих факторов процесса не регули-
руется и изменяют лишь в известных пределах линейное давле-
ние и влажность бумаги. В современных условиях суперкаланд-
ры для мелованной бумаги изготовляют с рабочей длиной валов
до 3,6 м и рассчитывают на работу при скорости 800 м/мин
и линейном давлении до 2646 Н/см. Один из новых суперкалан-
дров для мелованной бумаги имеет 14 валов и рассчитан на
скорость 800 м/мин при линейном давлении до 3430 Н/см.
Исследованиями Р. Е. Милявской и Р. Э. Кагановой установ-
лено, что климатические условия, при которых хранится и ис-
пользуется типографская мелованная бумага, оказывают боль-
шое влияние на изменение ее печатно-технических свойств.
Оптимальной относительной влажностью окружающего воздуха
для этой бумаги считается 45—55%. После хранения ее при
относительной влажности воздуха более 75—80% она практи-
чески становится непригодной для печати.
7.4.3. Основные свойства бумаги-основы для мелования
Бумага, служащая основой для мелования, в зависимости от
назначения выпускается с различной массой 1 м2. При изготов-
лении тонкой мелованной бумаги для печатания многокрасоч-
ных массовых изданий главным образом методами офсетной
и глубокой печати используют основу с массой 1 м2 45—50 г.
Большинство разновидностей мелованной бумаги, применяемых
Для печати текста и многокрасочных иллюстраций, выполнены
на основе с массой 1 м2 60—200 г.
Масса 1 м2 коробочного мелованного картона хром-эрзац до-
стигает 300 г и более, а сплошного или склеенного из двух поло-
тен мелованного картона для игральных карт — 320 г.
Очевидно, что при таком разнообразии мелованной продук-
ции технические требования к разновидностям бумаги и карто-
на, служащим основой для мелования, в каждом случае различ-
ны ц регламентируются соответствующими стандартами.
Ниже приводятся в дополнение к данным раздела 7.4.2 ос-
новные сведения общего характера о свойствах основы мело-
Нанной бумаги, предназначенной после нанесения мелованного
слоя для изготовления различной печатной продукции, а также
специфические требования, предъявляемые к основе фотобума-
Ги, также подвергаемой мелованию и последующим обработкам.
Независимо от назначения мелованной бумаги основа долж-
на обладать равномерным просветом, минимальными колеба-
ниями массы 1 м2, толщины и влажности, отсутствием на по-
верхности маркировки от сукон и сеток и возможно большей
непрозрачностью при достаточно высокой белизне.
В целях удешевления основы мелованной бумаги, повыше-
ния равномерности ее просвета и непрозрачности в композицию
относительно дешевых разновидностей мелованной бумаги вво-
дят древесную массу, желательно в беленом виде. Равномер-
ность просвета основы мелованной бумаги достигается также
введением в композицию этого вида бумаги беленой целлюлозы
лиственных пород древесины. Известно также о возможностях
применения ТММ при выработке основы мелованной бумаги,
предназначенной для офсетной печати. При этом, однако, необ-
ходима тщательная разработка волокон ТММ с установкой ди-
сковой мельницы на третьей ступени размола.
На происходившей в Канаде (1977 г.) научной конферен
ции, посвященной производству ТММ [224], отмечался успеш-
ный опыт при выработке основы для мелования использования
в составе древесной массы 20—35% (ХТММ), отличающейся от
обычной ТММ тем, что во время пропарки в пропарочной каме-
ре щепа пропитывается раствором NaOH и Na2SOs. На другом
предприятии (в ФРГ) при выработке тонкой бумаги-основы
для мелования использовалась ТММ, подвергнутая отбелке
перекисью водорода до белизны 70%.
При использовании ТММ в бумаге-основе для мелования
содержание целлюлозы в ее композиции может быть снижено
с 50 до 25% и достигнута экономия древесины примерно на
15%Г без ухудшения качества бумаги [108].
Фирма «Розенбладс Патентер» (Швеция) разработала си-
стему регенерации тепла вторичного пара установки ТММ, основ-
ными элементами которой являются пластинчатый теплообмен-
ник и компрессор. Регенерированное тепло в виде пара может
быть использовано для сушки бумаги. При установке ТММ
производительностью 250 т/сут система регенерации тепла оку-
пается за 1,6 года. Ожидается, что пущенная на газетном ком-
бинате в г. Хальставик (Швеция) система регенерации тепла о г
установки ТММ обеспечит предприятию экономию 7000 м5
мазута в год.
На другом предприятии в Швеции в г. Ортвикен в результа-
те использования для отопления домов нового района г. Сунд
сваль вторичного тепла от четырех рафинеров, изготовляющих
ТММ, достигнута экономия 8000 м3 мазута в год.
Все эти сведения свидетельствуют о достигнутом прогрессе
в удешевлении производства ТММ, получившего благодаря это-
му большое развитие, что открыло возможности широкого при-
менения этого полуфабриката в производстве многих видов
бумаги и картона, в том числе и основы мелованной бумаги.
Из шведского источника известно [222], что бумага-основа,
содержащая значительное количество беленой древесной массы,
может быть успешно использована в производстве высококаче-
ственной мелованной бумаги для печати в тех случаях, когда не
является препятствием известная потеря бумагой белизны при
ее хранении. При этом должно быть обращено внимание на со-
став мелованного слоя, с тем чтобы он по возможности мог
маскировать желтизну бумаги-основы, а также предохранять
основу от пожелтения вследствие старения.
На одном из финских предприятий фирмы «Ой Кауказ» вы-
пускается тонкая мелованная бумага с массой 1 м2 36—55 г при
максимальной скорости бумагоделательной машины 1097 м/мин
и обрезной ширине бумажного полотна 7443 мм. Бумага-основа
содержит беленую сульфатную целлюлозу и древесную массу,
подвергаемую отбелке перекисью водорода до белизны 70 еди-
ниц. Мелование осуществляется вне бумагоделательной машины
на установке, работающей при скорости 810—899 м/мин. Масса
покровного слоя в зависимости от назначения бумаги находится
в пределах 10—14 г/м2. Особенностью производства является
наличие ЭВМ для управления работой бумагоделательной
машины, а также участков приготовления покровного состава
и мелования.
Даже сравнительно небольшие колебания массы 1 м2 осно-
вы могут вызвать появление морщин и волнистости на поверх-
ности мелованной бумаги после прохождения ее через супер-
каландр.
Для повышения белизны и непрозрачности основы в бумаж-
ную массу при изготовлении бумаги вводят минеральный на-
полнитель. Зольность бумаги при этом в большинстве случаев
составляет 8—12%. Для повышения удержания в бумажном
полотне минерального наполнителя и мелких волокон и повы-
шения равномерности просвета бумаги целесообразно вводить
в бумажную массу непосредственно перед отливом бумажного
полотна некоторые химические добавки (например, полпэтиле-
нимин), а на бумагоделательной машине вместо регистровых
валиков использовать гидропланки. Для того чтобы предотвра-
тить скручивание бумаги и разнородность ее поверхностей, по-
лезно основу для мелования вырабатывать с применением
современных двухсеточных формующих устройств.
По вопросу о количественном содержании в композиции
бумаги лиственной целлюлозы в специальной литературе нет
единого однозначного мнения. По данным С. Тенеску [221],
в основе мелованной бумаги, в том числе и в фотоподложке,
Целлюлоза из лиственных пород древесины должна содержать-
ся в количестве 15—20%. По другим данным [203], ее содер-
жание в основе мелованной бумаги может быть доведено до
40—50%. Как сообщают Л. П. Осмоловская и А. И. Бондарев
[101], считается необходимым вводить 20—30% целлюлозы из
лиственных пород древесины в основу мелованной бумаги, пред-
назначенной для высокохудожественной печати. Те же авторы
Указывают, что в некоторых разновидностях тонкой мелованной
бумаги содержание лиственной целлюлозы незначительно
Например, бумага «люксопринт» содержит всего лишь до 10%
березовой сульфатной целлюлозы.
Можно сделать вывод, что содержание лиственной целлю-
лозы изменяется в зависимости от разновидности вырабатыва-
емой бумаги и может достигать в композиции максимум 50%.
Известно, что лиственная целлюлоза хотя и улучшает равномер-
ность структуры (и просвета бумаги), обеспечивает известное
снижение деформации бумаги при намокании, но одновременно
снижает ее влагопрочность и сопротивление к выщипыванию.
В каждом отдельном случае следует выбирать оптимальное
количество лиственной целлюлозы в композиции с учетом ее
влияния на свойства бумаги.
Нельзя однозначно ответить на вопрос, какова должна быть
степень проклейки бумаги-основы для мелования. Величина
этого показателя находится в зависимости в первую очередь от
способа нанесения меловального состава на поверхность бума-
ги. При нанесении покровного слоя валиками, щетками или
воздушным шабером, когда содержание сухих веществ в массе
покровного слоя не превышает 50%, основа мелованной бумаги
должна быть хорошо клееной с показателем степени проклейки
по Коббу 15—20 единиц, с тем чтобы влага покровного слоя
глубоко не проникала в толщу бумаги.
В случаях нанесения покровного слоя скользящим шабером
(лезвием), когда содержание сухих веществ в меловальной мас-
се может достигать 60—65%, степень проклейки основы мело-
ванной бумаги может быть снижена до 30—35 единиц по Коб-
бу. При этом обеспечивается хорошее сцепление покровного
слоя с основой. Существует мнение [168], что при нанесении
мелованного слоя шабером со скоростью до 1300 м/мин вообще
отпадает необходимость в проклейке бумаги-основы для обеспе-
чения равномерного смачивания поверхности бумаги меловаль-
ным составом.
Как правило, при обычной проклейке бумаги канифольным
клеем pH водной вытяжки из бумаги находится в кислой обла-
сти. Так как среда покровного слоя обычно щелочная, то воз-
можна расклейка бумаги. Поэтому при выработке основы мело-
ванной бумаги предпочтительнее пользоваться методом про-
клейки, осуществляемым в нейтральной или в щелочной среде
С этой целью в практике итальянских предприятий, специали-
зирующихся на выпуске мелованной бумаги, проклейку основы
мелованной бумаги осуществляют синтетическим клеем «аква-
пел» (димер алкилкетена).
Во избежание чрезмерного ослабления бумаги под действи-
ем жидкой фазы меловальной суспензии важным является со-
общение бумаге свойств влагопрочности. С этой целью, как
установлено наблюдениями П. Г. Секачева, целесообразно при
изготовлении бумаги вводить в бумажную массу катионную
карбамидоформальдегидную смолу марки МКС-10П, одновре-
менно сообщающую бумаге пониженные величины деформации
при намокании и остаточной.
Особым видом бумаги-основы для мелования является ос-
нова фотографической бумаги. Эта основа в миро-
вой практике изготовляется различных марок с массой 1 м2
’О—240 г. Хотя к качеству отдельных марок бумаги предъяв-
1яются специфичные для них требования, тем не менее общие
для всех разновидностей бумаги основные требования сводятся
К следующему [39]:
максимальная чистота и фотоинертность; высокая белизна; низкая впи-
лвающая способность; высокая гладкость и способность сохранять ее после
алажнения .и высушивания; достаточная механическая прочность в сухом
хггоянии и высокая влагопрочность; долговечность, низкая линейная де-
ормация при увлажнении и остаточная; равномерный просвет.
*
Указанный комплекс требований в значительной степени
осложняет технологию изготовления основы фотобумаги, под-
лежащей последующему мелованию (баритованию). Действи-
тельно, требования максимальной чистоты, фотоинертности, вы-
сокой степени белизны и долговечности, а также пониженной
деформации бумаги при увлажнении и остаточной диктуют
необходимость применения специальной облагороженной цел-
люлозы. Однако по сравнению с применением обычной беденой
хвойной целлюлозы это влечет за собой снижение показателей
I механической прочности и проклейки вырабатываемой бумаги.
Требование равномерности просвета бумаги свидетельствует
о целесообразности введения в композицию целлюлозы лист-
венных пород древесины. Работа, выполненная В. Е. Гурьяно-
вым, показала целесообразность при изготовлении основы фото-
бумаги использования композиции волокон, состоящей из 70%
1 облагороженной сульфитной целлюлозы марки «Фото» из хвой-
I ных пород древесины и 30% беленой сульфатной лиственной
целлюлозы. Была показана также целесообразность проведения
раздельного размола хвойной и лиственной целлюлозы
с доведением степени помола лиственной целлюлозы до
50—55° ШР, а хвойной, в зависимости от массы 1 м2 вырабаты-
ваемой бумаги, до 32—42° ШР. При этом для выработки основы
с массой 1 м2 100 и 135 г хвойная целлюлоза может размалы-
ваться до 38—42° ШР, а для выработки основы с массой 1 м2
235 г хвойная целлюлоза может быть размолота до 32—36° ШР.
В данном случае раздельный размол хвойной и лиственной
видов целлюлозы позволяет лучше использовать специфические
свойства каждого полуфабриката в отдельности. Наблюдения
показали, что при размоле волокон лиственной целлюлозы их
Укорочение происходит в основном на начальной стадии процес-
са размола и при дальнейшем размоле существенного укороче-
ния волокон лиственной сульфатной целлюлозы не наблюдается
(рис. 129).
Вместе с тем добавка лиственной целлюлозы со степенью
Помола 50—55° ШР к менее размолотой хвойной целлюлозе при
сохранении средней степени помола всей массы на постоянном
уровне дает возможность повысить механическую прочность из-
готовляемой бумаги с одновременным повышением равномерно-
сти ее просвета при снижении остаточной деформации бумаги,
особенно в поперечном ее направлении.
Целлюлоза для изготовления основы фотобумаги должна от-
личаться следующими специфическими свойствами: повышен-
ными показателями белизны и чистоты (низкой сорностью),
Рис. 129. Влияние степени помола цел-
люлозы на изменение средней длины
волокон:
/ — хвойной сульфитной марки «Фото»; 2 —
лиственной сульфитной марки ОБ-1
а также долговечностью, характеризуемой малым снижением
белизны при термообработке. Кроме того, в целлюлозе должны
быть ограничены содержание смолы, зольность и зольный со-
став. Последнее ограничение связано с тем, что некоторые эле-
менты зольного состава (например, соединения железа) вред-
ным образом влияют на светочувствительный слой, вызывая
появление в нем черных точек, и снижают белизну бумаги.
Осуществление процесса размола описанным выше образом
позволяет использовать в композиции основы фотобумаги в ко
личестве 70% облагороженную сульфитную хвойную целлюлозу
с содержанием а-целлюлозы примерно 89—90%, не опасаясь
при этом снижения показателей механической прочности выра
батываемой бумаги и обеспечивая одновременно более высокую
степень ее белизны и несколько пониженные показатели дефор
мации бумаги.
В композиции бумаги в количестве до 30%, как установил
В. Е. Гурьянов, можно использовать лиственную сульфатную
целлюлозу марки ОБ-1. Опытами В. А. Филатовой, осущест
вленными под руководством автора, было показано, что полная
замена указанной целлюлозы облагороженной лиственной
целлюлозой при выработке основы фотобумаги нецелесообраз-
на, так как приводит к существенному ослаблению изготовляе-
мой бумаги, просвет которой, однако, при этом становится еще
более равномерным. Видимо, указанную выше композицию
основы фотобумаги нельзя еще считать оптимальной и требует-
ся дальнейшая исследовательская работа в этом направлении.
Существенное снижение деформации бумаги с приданием ей
влагопрочности достигается при введении в композицию неко-
торых синтетических смол, например меламиноформальдегид-
цой, используемой в количестве до 2% к массе волокон. Одно-
рременно устраняется дефект, связанный с образованием
пузырей на готовой фотографической бумаге при проявлении
фотоотпечатков. Недостаток введения меламиноформальдегид-
ной смолы — некоторое снижение при этом белизны бумаги.
Этот недостаток может быть почти полностью устранен при
замене меламиноформальдегидной смолы на водорастворимую
катионную карбамидоформальдегидную смолу, которую, не опа-
саясь заметного снижения белизны бумаги, можно вводить
в композицию и в большем количестве, чем меламиноформаль-
дегидную.
Влагопрочность основы фотобумаги необходима как для
надлежащего проведения операции баритования бумаги, так
и для обеспечения одного из важных потребительских свойств
готовой фотобумаги — ее устойчивости при проявлении фото-
отпечатков в водной среде щелочного характера.
По этим же причинам основа фотобумаги должна отличать-
ся низкой впитывающей способностью, необходимой также для
обеспечения способности бумаги сохранять гладкость после
проявления и высушивания фотоотпечатков. Кроме того, от ско-
рости впитывания и величины впитывающей способности влаги
основой фотобумаги зависит ее склонность скручиваться и де-
формироваться при намокании и последующем высыхании.
Так как основа фотобумаги подвергается баритованию и на-
несению светочувствительных слоев, ее поверхность не может
быть чрезмерно гидрофобной из-за опасения плохого смачива-
ния при нанесении соответствующих покрытий. Поэтому невоз-
можно низкую впитывающую способность бумаги обеспечить
одной только проклейкой в массе с целью придания бумаге гид-
рофобных свойств. Проклейка рассматриваемого вида бумаги
оказывается сложной, так как проявитель фотографических
отпечатков может иметь разный состав, но неизменно щелочную
среду (принято впитывающую способность бумаги определять
по отношению к 10%-ному водному раствору соды). Таким об-
разом, клей для проклейки в массе должен быть не только
мелкодисперсным, светостойким и фотоинертным, но быть так-
же щелочеустойчивым и придавать бумаге достаточно высокие
гидрофобные свойства, затрудняющие проникновение щелочного
раствора в толщу бумаги. Поскольку, как указано выше, этим
ограничиться нельзя, целесообразно наряду с проклейкой
в массе практиковать поверхностную обработку бумаги
в клеильном прессе с применением гидрофильных проклеиваю-
щих веществ (например, водных растворов NaKMU,). Такая
поверхностная обработка бумаги обеспечит прочное сцепление
баритового слоя с основой [148].
Исследования показали хорошие результаты использования
Для проклейки в массе парафиновой дисперсии, гарантирующей
получение высокой степени проклейки и гладкости, низкую
впитывающую способность бумаги 10%-ного раствора соды
и малую деформацию бумаги при намокании и остаточную
Существенный недостаток применения парафиновых диспер"
сий — снижение величины основных показателей механической
прочности бумаги. В нашем случае этот недостаток в какой-то
степени компенсируется описанным выше режимом размола
компонентов массы, при котором достигается известное новы-
шенпе показателей механической прочности изготовляемой
бумаги.
Имеется указание [5] о возможности применения также для
проклейки основы фотобумаги низкомолекулярного полиэтилена
(полиэтиленового воска) с молекулярной массой 3000 и ниже.
На основе этих восков, окисленных и неокисленных в смеси
с канифолью или с синтетическими жирными кислотами, были
получены стабильные клеевые дисперсии.
Перед поверхностной обработкой в клеильном прессе
бумажное полотно должно иметь достаточно сомкнутую
структуру с минимальной пористостью, а наносимый поверхно-
стный состав должен обладать по возможности большей вяз-
костью. Шероховатая поверхность бумаги способствует увели-
чению расхода наносимого в клеильном прессе клея и неравно-
мерному распределению его на поверхности бумаги, что
может привести к большому различию в смачиваемости отдель-
ных участков бумаги и нарушению режима ее последующего
баритажа. Выступающие на поверхности бумаги отдельные
волокна могут играть в дальнейшем роль фитилей, облегчаю-
щих проникновение водных растворов в структуру бумаги.
Проклеивающий состав, наносимый на поверхность бумаги,
условно можно разделить на клей, впитавшийся в поры бумаги,
расходуемый на заполнение неровностей поверхности бумаги
и оставшийся на поверхности в виде тонкой пленки. Чем
менее пориста бумага, тем меньше при прочих равных услови-
ях будет впитываться в ее толщу проклеивающий раствор,
и чем более гладкая поверхность бумаги, тем меньше будет
расход клея на заполнение неровностей и больше — на пленко-
образующий слой. Известно, что гладкость бумаги возрастает
с увеличением степени ее уплотнения, т. е. с повышением ее
плотности. В определенных условиях между этими двумя пока-
зателями наблюдается линейная зависимость.
Таким образом, с увеличением гладкости основы фотобума-
ги и ее плотности перед клеильным прессом повышается эффек-
тивность поверхностной проклейки, при меньшем расходе про-
клеивающих веществ снижаются одновременно впитывающая
способность и угол смачивания бумаги. Этим обосновывается
целесообразность установки каландра перед клеильным прес-
сом при производстве основы фотобумаги, что было практиче-
ски подтверждено в производственных условиях [148].
Для выработки основы фотобумаги установлена целесооб-
разность наличия на бумагоделательной машине двух клеиль-
ных прессов. При пропуске бумаги через второй клеильный
пресс снижаются впитываемость основой 10%-ного раствора
соды и угол смачивания бумаги. Одновременно увеличивается
способность бумаги сохранять гладкость после обработки хими-
катами.
В композицию основы фотобумаги для повышения степени
ее белизны и непрозрачности, а также для снижения деформа-
ции при увлажнении вводят минеральные наполнители: дву-
окись титана, бланфикс, тальк. Вопрос о допустимом содержа-
нии минерального наполнителя в рассматриваемом виде бумаги
не получил должного освещения в литературе, и по этому
вопросу могут быть высказаны, следующие соображения общего
характера.
Содержание наполнителя в бумаге (зольность) зависит
в первую очередь от композиции бумаги по виду используемых
волокнистых материалов и их белизны, а также от массы 1 м2
изготовляемой бумаги. Следует иметь в виду, что кроме ука-
занных выше положительных качеств, которые наполнители
придают бумаге, они сообщают ей и некоторые отрицательные
свойства: снижается механическая прочность бумаги в сухом
и во влажном состояниях, а также степень ее проклейки, увели-
чивается впитывающая способность бумаги к 10%-ному раст-
вору соды. Модифицированные наполнители в известной степе-
ни устраняют эти отрицательные воздействия наполнителя на
бумагу.
Тонкие виды бумаги с массой 1 м2 80—100 г особо нужда-
ются в повышении их непрозрачности и белизны. Вместе с тем
их ослабление и повышение впитывающей способности особо
нежелательно. Поэтому при выработке тонких видов бумаги
предпочтительнее использовать в качестве наполнителя дву-
окись титана, которая, будучи введена в композицию бумаги
даже в малых количествах, не вызывающих заметного сниже-
ния механической прочности бумаги, способствует существен-
ному повышению ее белизны и непрозрачности. При выработке
основы фотобумаги с большей массой 1 м2 следует в каждом
отдельном случае руководствоваться указанными выше сообра-
жениями с учетом местных условий (белизна используемых
полуфабрикатов, качество производственной воды и пр.).
Особым видом основы фотобумаги является основа с двух-
сторонним полиэтиленовым покрытием. Такая основа не только
обеспечивает существенное улучшение качества готовой фотобу-
маги, в особенности для цветных снимков, но и имеет другие
существенные преимущества перед обычной основой фотобума-
ги: она исключает необходимость последующего баритажа ос-
новы и ее использование приводит к сокращению расхода
серебра в светочувствительном слое. При изготовлении подоб-
ной бумаги важным является обеспечение хорошей адгезии бу-
маги к полиэтилену, а также предотвращение торцового впиты-
вания бумагой растворов, используемых при проявлении фото-
отпечатков. Будучи защищенной с двух сторон полиэтилено-
вой пленкой, бумага остается не защищенной с торцов и раст-
воры, используемые при обработке фотобумаги, проникают в нее
через торцы, оставляя в бумаге после высушивания темную
окантовку. Это вызывает особые затруднения в случаях цвет-
ных фотографий, так как используемые при этом растворы осо-
бо длительно воздействуют при обработке бумаги и склонны
к глубокому проникновению в ее толщу.
Как установила Т. Н. Барболина [11], обеспечение высокой
адгезионной прочности композиционного материала (бумага
с двухсторонним покрытием полиэтиленовыми пленками)
и регулируемых гидрофобных свойств бумаги может быть до-
стигнуто за счет введения в композицию бумаги смеси полиме-
ров, содержащих гидрофобные инертные компоненты, способные
к взаимодействию с расплавом полиэтилена и образованию хи-
мических и физических связей с макромолекулами полиэтилена,
окисленного в процессе экструзии.
Указанный автор для проклейки бумаги рекомендует способ
использования полиэтиленовых восков: окисленного и неокис -
ленного, являющихся гидрофобными компонентами и компонен-
тами, способными к взаимодействию с молекулами полиэтилена.
Наличие в смеси окисленного полиэтиленового воска сущест-
венно облегчает процесс эмульгирования неокисленного поли-
этиленового воска. Подобная проклейка обеспечивает ввиду ее
гидрофобности минимальное торцовое впитывание бумагой
проявляющихся растворов и отличается химической инерт-
ностью к ним.
Т. Н. Барболина экспериментально установила, что значи-
тельное увеличение адгезионной прочности между бумагой
и полиэтиленом достигается при повышении температуры рас-
плава полиэтилена выше температуры стеклования целлюлозы
(220° С) как бумагообразующего полимера. Обработка бумаги
перед нанесением пленок полиэтилена коронным разрядом по-
зволяет получить высокую адгезионную прочность при более
низких температурах расплава, как считает автор, из-за обра-
зования на поверхности реакционноспособных групп и свобод-
ных радикалов.
Кроме того, в результате обработки бумаги коронным раз-
рядом поверхность ее становится несколько более шероховатой,
что в свою очередь обеспечивает хорошее сцепление бумаги
с пленкой полиэтилена и возможность повышения скорости ма-
шин, осуществляющих такое соединение. Влажность бумаги при
ее покрытии полиэтиленовой пленкой не должна превышать
5—6,5%.
Можно предполагать, что из-за наличия защитных полиэти-
леновых пленок композиция подобного рода основы фотобума-
ги по виду используемых, волокон может быть упрощена. Это,
однако, требует проведения дальнейших исследований.
7.5. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ПЕЧАТНОЙ КРАСКИ С БУМАГОЙ
Способность бумаги воспринимать типографскую краску
и глубина ее проникновения в толщу бумажного листа зависят
оТ ряда факторов, определяемых при прочих равных условиях
как структурой бумаги, и в частности ее капиллярными свой-
ствами, так и свойствами краски. При одном и том же способе
печати важнейшими из этих факторов являются пористость
бумаги и вязкость краски. Древесная масса и минеральные
наполнители в композиции бумаги повышают ее пористость
и увеличивают впитывающую способность к печатным краскам.
Факторами, снижающими пористость бумаги, являются по-
вышенная жирность помола бумажной массы, а также высокое
давление при каландрировании бумаги.
Наибольшей впитывающей способностью по отношению
к краске должна обладать газетная бумага, а также офсетная
и типографская, используемые на быстроходных ротационных
машинах, наименьшей — виды бумаги для литографской и глу-
бокой печати.
Пористость бумаги, применяемой в полиграфии, различна.
Она характеризуется содержанием в ней воздуха. Для очень
пористой бумаги его содержание находится в пределах 75%
и для весьма плотной 13%. На плотной, малопористой структу-
ре листа и при вязкой краске может наблюдаться отмарывание
краски, т. е. ее переход с отпечатка на обратную сторону выше-
лежащего оттиска.
Интенсивное проникновение краски в бумагу (например, при
использовании пористой бумаги и низковязкой краски) может
вызвать дефект печати, характеризуемый пробиванием краски
на противоположную сторону бумажного листа или получением
расплывчатых белесых отпечатков из-за того, что значительная
часть пигмента краски остается не на поверхности бумаги,
а уходит в толщу листа.
В некоторых случаях, например при неравномерной структу-
ре листа с преимущественной ориентацией волокон в машинном
направлении, краска может не столько впитываться в толщу
листа, сколько растекаться в боковых направлениях на поверх-
ности бумаги и под этой поверхностью. Такое распространение
краски не дает возможности получить четкие контуры на каж-
дом отдельном элементе отпечатка, вокруг которого в этих
случаях могут наблюдаться удлиненные ореолы.
Этот дефект печати, как указывает Ж. Мартэн, для некото-
рых видов бумаги устраняется благодаря разделению элемен-
тов краски при ее проникновении в бумагу вследствие явления
Фильтрации. При этом в наиболее узкие капилляры могут про-
никнуть только молекулы жидкого связующего краски, а части-
цы пигмента, имеющие размеры в несколько десятых долей
Микрометра, остаются на наружной поверхности бумаги. Разу-
меется, чем тоньше поры бумаги, тем меньше опасность про-
хождения пигмента в толщу бумажного листа. Именно поэто-
му на мелованной бумаге такая опасность минимальна, а ца
бумаге рыхлой структуры с порами относительно большого диа.
метра, т. е. большего, чем размеры частиц пигмента, последний
труднее задерживается у поверхности бумаги. Если оставшийся
на поверхности бумаги пигмент содержит мало связующего
ушедшего в поры листа, то может наблюдаться дефект печати’
связанный с частичным осыпанием отпечатка.
Как указывает Л. А. Козаровицкий, контакт краски с бума-
гой, смачивание, прилипание и впитывание не могут протекать
без взаимодействия с гидроксилами целлюлозы и водой, при-
сутствующей в бумаге. Он считает, что в более гидрофильной
бумаге при наличии в ней влаги смачивание и впитывание крас-
ки идет в основном за счет расплывания ее по водной пленке,
адсорбции на ней полярных групп краски, заполнения крупных
пор бумаги, хемосорбции полярных групп на свободных от
воды гидрофильных участках волокон и смачивания неполяр-
ными группами связующего гидрофобных участков. В более
гидрофобной бумаге, где полярные гидроксилы целлюлозы бло-
кированы, вода будет относительно легко и быстро вытесняться
масляной средой даже из микропор бумаги.
На взаимодействие печатной краски с бумагой оказывает
влияние также кислотность или щелочность поверхности бума-
ги. Считается, что бумага с pH выше 8,5 или ниже 5,8 практи-
чески для офсетной печати непригодна.
По данным из английского источника [195], качество печа-
ти на бумаге определяется многочисленными переменными фак-
торами, среди которых в порядке их значимости указываются:
свойства печатной краски 24%, физические свойства бумаги
19,3, гладкость бумаги 11,3, ее оптические свойства 8% и пр.
Влияние факторов работы печатной машины оценивается вели-
чиной 3,3%, pH среды бумаги 2,7 и ее влажности 2%. Можно
спорить относительно абсолютной величины влияния на качест-
во печати того или иного переменного фактора при разных
видах печати и различных видах печатной продукции, однако
следует признать, что обобщенное качество бумаги и качество
печатной краски являются основными факторами, определяю-
щими взаимодействие краски с бумагой и качество печати.
Н. Ф. Зотовой-Спановской описано сцепление печатной крас-
ки с бумагой, аспект которого она рассматривает в свете совре-
менной теории адгезии. Отмечается, что бумага и краска
являются сложными системами, на примере которых можно про-
следить действие всего комплекса сил, обусловливающих адге-
зию. Наличие полярных реакционноспособных групп как в цел-
люлозе бумаги, так и в большей части связующих допускает
образование прочных связей первичной валентности и всего
спектра сил молекулярной аттракции (притяжения). В случае
использования неполярных связующих при изготовлении печат-
ных красок, особенно в сочетании с сильногидрофобизированпой
бумагой, можно допустить образование двойного электронного
сЛоя или же проявление диффузионного механизма адгезии,
при котором согласно правилу Детройна высокая адгезия
высокополимеров возможна тогда, когда оба высокополимера
полярны либо неполярны, и затруднена, когда один полимер
полярен, а другой неполярен. Упомянутый автор не исключает
также возможности чисто механического перехода и закрепле-
ния краски в зависимости от пористости структуры бумаги
и вязкости связующего, растекаемости краски и условий нане-
сения печати.
По мере прохождения жидкой фазы краски в толщу бумаги
сокращаются расстояния на поверхности бумаги между отдель-
ными частицами пигмента, окруженными связующим. Происхо-
дит процесс высыхания или закрепления краски, природа кото-
рого различна в зависимости от вида используемой краски.
Если связующим в краске служит олифа (типографские
и офсетные краски), пленка краски на оттиске образуется
вследствие полимеризации высоковязкой части связующего.
Этому процессу способствует окисление масла с сиккативом.
При использовании в качестве связующего растворов смол
в нелетучих органических растворителях (фирнисов) пленка
красителя на бумаге закрепляется в результате впитывания
связующего достаточно пористой структурой бумаги. Такие свя-
зующие обычно применяются при изготовлении красок для
печати газет и книжно-журнальной продукции.
Связующее, содержащее легколетучие растворители, испаря-
ющиеся при обычной температуре, применяется для изготовле-
ния анилиновых красок, а также красок для глубокой печати.
При нанесении краски с таким связующим вначале она немного
впитывается, а затем закрепляется в результате испарения
растворителя и образования смоляной пленки с равномерно рас-
пределенными в ней частицами пигмента. Связующее на раст-
ворителе, испаряющемся при нагревании, применяется для при-
готовления так называемых термозакрепляющихся красок
высокой и офсетной печати.
При изготовлении быстрозакрепляющихся офсетных красок
и красок высокой печати используют связующие, содержащие
Двух- или трехкомпонентную систему, находившуюся в равно-
весии до печати. При нанесении на поверхность бумаги система
теряет свою стабильность (например, при впитывании в бумагу
части растворителя или растворителя вместе с разбавителем),
в результате чего происходит высаживание полимера, образу-
ющего вместе с пигментом пленку.
В последнее время для изготовления красок высокой и оф-
сетной печати применяют комбинированные связующие вещест-
ва. Пленка при этом может закрепляться в результате уже
Указанных выше явлений при различном их сочетании.
В некоторых случаях желательно, чтобы печатная краска на
бумаге имела блеск. Это достигается соответствующим подбо-
ром бумаги и краски. Наиболее пригодной является мелован-
ная бумага, имеющая на своей поверхности многочисленные
весьма узкие поры, наличие которых задерживает проникнове-
ние в толщу бумаги придающего блеск масляного связующего
краски. Краска в данном случае представляет собой сложную
систему, в масляном связующем которой диспергирована вода
в виде мельчайших капелек диаметром в несколько микромет-
ров. При диспергировании применяют поверхностно-активное
вещество катионного характера, сообщающее капелькам воды
положительный заряд. В краске в диспергированном виде нахо-
дятся также твердые смолы и пигмент. При соприкосновении
с бумагой капельки воды моментально смачивают частицы ми-
нерального наполнителя покровного слоя бумаги и близрас-
положеиные целлюлозные волокна. Вода заполняет узкие
поверхностные поры покровного слоя бумаги и этим мешает
проникновению туда масла, которое с частичками смолы и пиг-
мента остается на поверхности, придавая блеск затвердевшей
пленке краски.
Различные составы полиграфических красок, применяемых
при разных способах печати, подробно описаны в книге
Л. А. Загаринской и Б. Н. Шахкельдяна. Здесь следует только
отметить, по данным Б. И. Березина, некоторые общие правила
выбора краски применительно к виду используемой бумаги
и скорости печатания.
1. При печати на тонкой бумаге во избежание пробивания краски иа
противоположную сторону листа следует применять сравнительно густые
краски и наносить их тонким слоем с возможно меньшим натиском.
2. Если печать наносится на плотную, подвергнутую суперкаландриро-
ванию поверхность бумаги, то краска должна содержать относительно
больше пигмента и быть более интенсивной, чем краска, предназначенная
для печати на впитывающей бумаге. Краска наносится тонким слоем.
3. На мягкую бумагу при печати можно наносить более густую краску.
4. Чем выше скорость печатания, тем менее вязкой должна быть
краска.
Н. Ф. Зотова-Спановская и В. П. Гончарова показали, что
глубина проникновения краски в бумагу при печати определя-
ется внутренней удельной поверхностью бумаги: с уменьшением
ее размеров, т. е. с возрастанием сомкнутости внутренней
структуры бумаги, увеличивается глубина проникновения.
Абсолютные значения внутренней удельной поверхности бумаги
(при определении уточненным методом Дерягина по скорости
фильтрации разреженного воздуха) в зависимости от ее компо-
зиции, степени помола массы, уплотнения при отливе и отделке,
по данным тех же авторов, находятся практически в пределах
от 60 до 8 м2 на 1 г бумаги. На качество печати решающее
влияние оказывает, однако, микрорельеф внешней поверхности
бумаги, и влияние внутренней удельной поверхности проявля-
*ется лишь при малых количествах наносимой краски (менее
0,5 мг/см2) и низком давлении при печати (2452 кПа).
Внешняя поверхность бумаги, обусловливающая полноту
контакта ее с краской на печатной форме, имеет решающее
значение при печати: с уменьшением рельефа внешней поверх-
ности повышается качество печати. Упомянутые авторы утвер-
ждают, что деформационные свойства бумаги, определяемые ее
внутренней структурой, являются факторами второго порядка,
так как способствуют достижению надлежащей полноты контак-
та в случаях, когда внешняя поверхность бумаги не обеспечива-
ет таковой. Значение деформационных свойств бумаги возра-
стает с ухудшением рельефа внешней поверхности и повышени-
ем давления при печати.
В тех случаях, когда бумага, изготовленная с использовани-
ем синтетических волокон, и бумага из растительных волокон
с печатной краской взаимодействуют по сходному механизму,
осуществление печати на подобного рода синтетической бумаге
особых трудностей не представляет. Однако обеспечение тре-
буемых печатных и писчих свойств для синтетической бумаги
пленочного типа далеко не всегда легко.
Применение пленочной синтетической бумаги особенно целе-
сообразно тогда, когда к бумаге предъявляется требование ста-
бильности ее основных свойств и геометрических размеров вие
зависимости от изменения относительной влажности окружаю-
щего воздуха. Поэтому подобная бумага пригодна для изготов-
ления морских, полевых и других карт, высокоточных чертежей
и пр. Однако гидрофобные свойства поверхности пленочной бу-
маги, обеспечивающие ее погодоустойчивость и стабильность
размеров, препятствуют нанесению печати обычными методами
на подобную поверхность. Одним из средств устранения этого
нежелательного явления служит бумифицирование (пейпериза-
ция) пленок путем придания их поверхности гидрофильных
свойств.
Исследования Э. Л. Акима с сотрудниками показали, что
при использовании с этой целью полиэтилентерефталатной
пленки для придания ей необходимой гидрофильности нужно
применять покрытие, состоящее из смеси двух полимеров. Один
из них обеспечивает адгезию покрытия к пленке-основе, дру-
гой — достаточную гидрофильность покрытия. Это мероприятие
позволило наносить на подобную поверхность пленочной бума-
ги печатную краску, чернила и тушь.
Глава 8
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА БУМАГИ
Бумага — уникальный материал, ко-
торый может быть использован как
электроизоляционный, так и в каче-
стве проводника электрического тока.
8.1. ЭЛЕКТРОИЗОЛЯЦИОННЫЕ СВОЙСТВА
Бумага продолжает оставаться од-
ним из лучших электроизоляционных
материалов в разнообразных элек-
тро- и радиотехнических аппаратах
и машинах.
Б. Г. Мило в, И. И. Мазанова
8.1.1. Основные положения
В области производства электроизоляционных видов бумаги
в Советском Союзе достигнуты значительные успехи. Освоен
выпуск различных марок кабельной бумаги, предназначенной
для изготовления силовых кабелей на различное напряжение.
Увеличено производство конденсаторной бумаги различного на-
значения и различной толщины, в том числе и для электролити-
ческих конденсаторов. Вырабатываются новые марки бумаги
для силовых конденсаторов, конденсаторная бумага толщиной
4 мкм для малогабаритных электрических конденсаторов по-
стоянного тока, конденсаторная бумага повышенной степени
уплотнения и конденсаторная бумага с малыми диэлектриче-
скими потерями и с активным наполнителем. Выпускается
телеграфная бумага, а также пропиточная, намоточная и другие
виды бумаги, используемые для изготовления различных элек-
троизоляционных материалов, и в том числе гетинакса и фибры.
Освоено производство и расширен выпуск микалентной
электроизоляционной бумаги. Технология и свойства большин-
ства из указанных видов электроизоляционной бумаги подроб-
но описаны в книге Б. Г. Милова с сотрудниками. Как электро-
изоляционный материал бумага из волокон целлюлозы имеет
ряд достоинств и недостатков. К числу достоинств целлюлозной
бумаги следует отнести ее относительную дешевизну, достаточ-
но высокие показатели механической прочности, гибкость, воз-
можность получения электроизоляционных материалов весьма
малой толщины (до 4 мкм) и, самое главное, возможность полу-
чения на ее основе изоляции с высокими электрическими харак-
теристиками, достигаемыми в результате пропитки бумаги. При
этом пропитывающие составы проникают нс только в прострап
ство между волокнами, но и во внутренние полости самих воло-
кон, что дает возможность получения однородной изоляции.
К недостаткам целлюлозных волокнистых материалов отно-
сятся гигроскопичность, обусловленная как наличием полярных
1Дроксильных групп, имеющих сродство с полярными молеку-
лами воды, так и капиллярным характером структуры материа-
ла. Адсорбированная вода, содержащая следы электролита, яв-
ляется основной причиной электропроводности бумаги. К этому
следует добавить, что из-за наличия полярных гидроксильных
групп, ориентирующихся в электрическом поле вокруг одинар-
ной связи, проявляется эффект поляризации. Поэтому целлю-
лоза имеет высокую диэлектрическую проницаемость.
Кроме гигроскопичности, другими недостатками целлюлоз-
ных материалов при использовании их для электронзоляции
являются плохая теплопроводность и относительно низкая тер-
мостойкость, ограничивающая возможность повышения рабочей
температуры электрооборудования. В условиях высокой рабо-
чей температуры изоляция становится хрупкой и разрушается
от вибрации и сотрясения того оборудования, в котором она
применяется.
Улучшения диэлектрических свойств электроизоляционных
видов бумаги возможно добиться одним из следующих путей:
химической обработкой бумаги (ацетилирование, цианэтилиро-
вание и пр.), а также введением в композицию бумаги химиче-
ских добавок или синтетических волокон (полипропиленовых,
полиэтиленовых, полистирольных, фенилоновых и др.).
Для снижения вредного влияния на диэлектрические свой-
ства изоляции гигроскопичности целлюлозных материалов
в большинстве случаев эти материалы используют после их
сушки и пропитки. Здесь следует иметь в виду, что воздушные
поры бумаги имеют меньшую электрическую прочность, чем
клетчатка, и замещение воздуха в порах другими, электрически
более прочными жидкими или твердыми диэлектриками резко
повышает электрическую прочность пропитанной бумаги.
Перед пропиткой бумагу подвергают сушке для удаления
влаги. Кабельную бумагу обычно высушивают до остаточной
влажности 0,2—0,3% при температуре не выше 140° С в ваку-
уме. Имеются сведения, что повышение остаточной влажности
До 0,5% сокращает сроки службы изоляции в 2 раза.
Недостатком является также неоднородность строения бу-
маги, что вызывает анизотропию ее свойств и необходимость
применения во многих случаях многослойной изоляции.
Получение бумаги из целлюлозы возможно с замещением
или блокированием в молекуле целлюлозы части гидроксиль-
ных и альдегидных групп. При этом снижаются гигроскопич-
ность бумаги и диэлектрические потери. Одновременно повыша-
ется термостойкость бумаги. Возможны различные методы за-
мещения или блокирования активных групп в молекуле целлю-
лозы при производстве электроизоляционных материалов. Од-
ним из таких методов является неполное ацетилирование с за-
мещением в глюкозном остатке целлюлозы водорода одной из
гидроксильных групп на ацетальную группу. Частично ацетили-
рованные виды бумаги нашли применение для изоляции элект-
рических кабелей высокого напряжения, а также при изготов-
лении слоистых электроизоляционных материалов и известны
за рубежом под наименованием «изоцел». Подобного рода во.
локнистые материалы применяются также в качестве электро,
изоляционного трансформаторного картона.
Ф. И. Корчемкин и А. И. Бобров, ссылаясь на швейцарский
источник, указывают, что влагопоглощение ацетилированной
бумаги, содержащей 35% связанной уксусной кислоты, в 2 ра~
за меньше, чем у неацетилированной (соответственно 5 и 10,6%
при 80%-ной относительной влажности воздуха). По сравнению
с неацетилированной ацетилированная бумага пропитывается
минеральным маслом быстрее, легче, лучше и имеет большую
теплостойкость. Так, при выдерживании в течение 100 ч на воз-
духе, нагретом до 200° С, ацетилированная бумага сохранила
60%, а неацетилированная — только 12% первоначальной проч-
ности на разрыв. Результаты собственных опытов указанных
выше авторов показали, что величина диэлектрических потерь
ацетилированной бумаги, выдержанной в течение 120 ч при от-
носительной влажности воздуха 95%, в несколько раз меньше,
а значения объемного сопротивления в несколько сот раз боль-
ше соответствующих показателей обычной изоляционной про-
питочной бумаги, выдержанной в тех же условиях. Результата-
ми опытов термического старения установлено, что в то время
как обычная пропиточная бумага резко снижала после терми-
ческой обработки свое сопротивление излому, ацетилированная
бумага не показала ухудшения этого показателя даже после
термообработки в течение 6 ч при температуре 165° С.
Другой метод повышения термостойкости бумаги заключа-
ется в ее обработке аминами. Термостойкость бумаги может
быть повышена также путем ее цианэтилирования, т. е. введе-
ния акрилонитрила. Сведения о технологии этого процесса
и свойствах получаемой бумаги можно найти в работе Б. Б. Гут-
мана с сотрудниками, в которой авторы указывают о возмож-
ности применения цианэтилированной бумаги, обладающей по-
вышенными показателями термостойкости и гидрофобности,
в качестве изоляции в трансформаторах и кабелях низкого на-
пряжения, а также в качестве основы для тропикоустойчивого
гетинакса.
Обработка бумажной массы при изготовлении конденсатор-
ной бумаги меламипоформальдегидной смолой способствует
изготовлению бумаги, с применением которой получаемые кон-
денсаторы обнаруживают повышенную стойкость к импульсным
воздействиям [16].
Как показала М. Б. Саморянова, повысить термостойкость
кабельной бумаги можно обработкой бумаги меламином с ди-
циандиамидом или меламином с о-фенилендиамином. Она счи-
тает, что термостойкость кабельной бумаги лучше и проще все-
го выражать по изменению сопротивления раздиранию в попе-
речном направлении бумаги в результате ее нагревания на воз-
пухе в течение 10 ч при температуре 160° С, пользуясь форму-
лой 7= (Р/Ро) 100, где Т — термостойкость бумаги, %; Р— со-
противление раздиранию после нагрева; Ро — сопротивление
раздиранию до нагрева.
F Однако в силовых кабелях изоляция не подвергается дей-
ствию высоких температур. Поэтому результаты работы
ду Б. Саморяновой представляют, по-видимому, большой инте-
рес с соответствующей проверкой применительно к условиям
работы электроизоляционной термостойкой бумаги, используе-
мой в трансформаторах.
Значительный интерес представляет способ изготовления
термостойкой электроизоляционной бумаги из целлюлозы, мо-
дифицированной акриламидом в водной среде с использовани-
ем щелочи в качестве катализатора. Проведенные испытания
показали повышенную термостойкость подобной бумаги как
в условиях искусственного теплового старения на воздухе, так
и в условиях старения в течение 10 сут при температуре 140° С
в среде трансформаторного масла. При этом были выявлены
преимущества указанного метода изготовления термостойкой
электроизоляционной бумаги по сравнению с методами изготов-
ления подобной бумаги из цианэтилированной и ацетилирован-
ной целлюлозы [115].
Известно, что активация электроизоляционной целлюлозы
путем ее обработки электрическим полем высокого напряжения
способствует получению из такой целлюлозы кабельной бума-
ги, обладающей повышенными показателями механической
прочности и термостойкости. Поскольку бумага в качестве ди-
электрика обладает не только многими положительными свой-
ствами, но и имеет отрицательные свойства, представляет боль-
шой практический интерес вопрос о перспективах использова-
ния в будущем бумажной изоляции.
В работах В. Т. Ренне обстоятельно освещен вопрос выпус-
ка различного рода конденсаторов. В выводах этих работ от-
мечено:
1. Конденсаторная бумага в производстве силовых конденсаторов и кон-
денсаторов высокого напряжения продолжает оставаться основным видом
Диэлектрика.
2. В производстве радиоконденсаторов и конденсаторов разных типов
Для техники слабого тока бумага продолжает оставаться одним из основ-
ных типов диэлектрика, используемого при постоянном токе или токе низкой
частоты. При небольших напряжениях (до 300—500 В) и больших емкостях
конкурентами бумажных конденсаторов могут быть электролитические, а при
небольших емкостях — керамические низкочастотные конденсаторы. Пленоч-
ные конденсаторы не столько заменяют бумажные, сколько дополняют их
в тех случаях, когда характеристики бумаги уже не удовлетворяют новым
Повышенным требованиям.
3. Работа над улучшением характеристик бумаги с целью уменьшения
Потерь, повышения нагревостойкости, снижения гигроскопичности и толщины
позволит применять конденсаторную бумагу наравне с синтетическими плен-
ками, а в некоторых случаях заменять дорогие пленочные конденсаторы
более экономичными бумажными.
В последнее время при выработке электроизоляционных ви-
дов бумаги значительное внимание уделяется использованию
для этой цели синтетических волокон. Так, в производстве низ-
ковольтных асинхронных двигателей нашло применение в каче-
стве электроизоляционного материала так называемого плен-
косинтокартона, состоящего из лавсановой пленки, оклеенной
с двух сторон лавсановой бумагой. Последняя при этом пропи-
тывается нагревостойким эпоксидно-полиэфирным лаком. При
использовании бумаги толщиной 50—60 мкм толщина пленко-
синтокартона составляет всего 250 мкм. При этом электриче-
ская прочность такого картона характеризуется величиной
30 кВ/мм. Лавсановая бумага толщиной 25—40 мкм может
быть успешно использована в производстве высоковольтны <
электрических двигателей и генераторов. Изготовление такой
бумаги может быть осуществлено как обычным методом бу-
мажного производства( мокрый способ), так и сухим способом.
Из технической литературы известно об исключительно высо-
ких показателях качества бумаги из ароматических полиами-
дов, известной в СССР под названием фенилоновой. Эта
бумага отличается высокой термостойкостью. Ее электрическая
прочность в непропитанном состоянии достигает 25 кВ/мм
и выше. Бумага имеет высокую стабильность электрических ха-
рактеристик при увлажнении и высокие показатели химической
стойкости и сопротивления разрыву при растяжении. Изготов-
ляется эта бумага обычными методами бумажного производ-
ства и применяется для целей электроизоляции как в некаланд-
рированном виде (для некоторых изоляционных деталей элект-
рических машин и изготовления специального слоистого плас-
тика), так и после высокотемпературного каландрирования
(в системе изоляции мощных двигателей постоянного
тока, используемых для прокатных станов металлургической
промышленности, в качестве взрывобезопасных — в шахтах
и пр.).
Исследования, выполненные И. И. Мазановой в Центральном
научно-исследовательском институте бумаги, показали, что ди-
электрические свойства кабельной бумаги могут быть улучше-
ны путем изготовления этой бумаги из смеси целлюлозных
и синтетических волокон полиолефинового ряда (полипропиле-
новых и полиэтиленовых). При этом установлена возможность
существенного снижения величины тангенса угла диэлектриче-
ских потерь. Хорошие результаты были получены также при
изготовлении кабельной бумаги, состоящей из целлюлозных
и полипропиленовых волокон с добавкой фенилоновых фибри-
дов.
Температурная зависимость тангенса угла диэлектрических
потерь кабельной бумаги из целлюлозы и синтетических воло-
кон, по данным указанного автора, приведена на рис. 130.
Особый интерес представляет также применение для выра-
ботки электроизоляционных видов бумаги стеклянных, базаль-
тОвых и асбестовых волокон. Рассмотрение этого вопроса выхо-
лит, однако, за рамки задач настоящей книги.
Влияние компонентов электроизоляционной бумаги и техни-
ческой целлюлозы на свойства изготовляемого электроизоляци-
онного материала сводится к следующему. Как известно, лиг-
нин не отличается стабильностью и характеризуется невысо-
кими показателями химической стойкости. Под влиянием тер-
мических воздействий, действия солнечных лучей и атмосфер-
ных условий лигнин быстро изменяет свои свойства, что отри-
цательно сказывается на стабильности показателей электриче-
Рис. 130. Температурная зависимость танген-
са угла диэлектрических потерь кабельной
бумаги из целлюлозных и синтетических во-
локон. Бумага, содержащая:
I —100% сульфатной электроизоляционной целлюло-
зу (</=0,68 г/см3); 2 — 20% полипропиленовых и
5% полиэтиленовых волокон (</=0,68 г/см3); 3 —
25% полипропиленовых и 20% фенилоновых фибри-
дов от их массы (</=0,70 г/см3); 4 — 25% полипро-
пиленовых и 20% фенилоновых фибридов от их
массы (</=0,55 г/см3)
ских свойств материала. Поэтому в производстве электроизоля-
ционных видов бумаги в качестве компонентов бумаги не при-
меняют древесную массу — полуфабрикат, отличающийся наи-
более высоким содержанием лигнина. Применение этого полу-
фабриката приводит к снижению показателей механической
прочности бумаги, бумага при этом становится чрезмерно пух-
лой. Вместе с тем наличие лигнина в количестве обычном для
сульфатной небеленой целлюлозы средней жесткости (3—5%)
не оказывает заметного влияния на диэлектрические свойства
бумаги. Установить точную численную зависимость диэлектри-
ческих свойств технической целлюлозы от содержания в ней
лигнина и других компонентов (например, пентозанов) весьма
затруднительно, так как невозможно выделить эти компоненты
в неизмененном виде. Опыты показали, что химическое воздейст-
вие на техническую целлюлозу с целью глубокого удаления
лигнина и пентозанов приводило к изменению структуры кле-
точных стенок целлюлозных волокон и к ухудшению в связи
С этим диэлектрических свойств получаемой бумаги, что в пер-
вую очередь сказывалось на возрастании диэлектрических по-
терь. Снижение в целлюлозе содержания пентозанов приводило
к тому же к резкому снижению механической прочности бума-
ги. Именно по этим причинам вопрос влияния на электрические
свойства бумаги содержания в исходной целлюлозе лигнина
и пентозанов еще нельзя считать решенным.
Известно, однако, что снижение содержания. в целлюлозе
Пентозанов приводит к снижению диэлектрических потерь изго-
товляемой бумаги в области умеренных температур и одновре-
35 2675 545
менно к интенсивному возрастанию этих потерь при высоких
температурах. В связи с этим большинство исследователей
утверждают о существовании оптимального содержания пен-
тозанов, которое по своей величине различно в зависимости
от того, вырабатывается ли конденсаторная бумага из целлю-
лозы высокой степени помола или кабельная бумага, изготов-
ляемая из значительно менее жирной массы.
При выработке электроизоляционных видов бумаги суль-
фитную целлюлозу не применяют, так как она даже при хоро-
шей промывке отличается кислой средой водной вытяжки. Кис-
лотность среды в условиях теплового старения бумаги приво-
дит к резкому снижению ее термостойкости, что выражается
в значительном изменении химических свойств и показателей
механической прочности бумаги. Соответственно этим измене-
ниям нарушается и стабильность электроизоляционных свойств.
Из-за кислотности среды в результате действия сернокисло-
го алюминия электроизоляционные виды бумаги, подвергае-
мые в дальнейшем пропитке, не проклеиваются канифольным
клеем. Подобная проклейка не сказалась бы отрицательным
образом на пропитке бумаги маслом, так как, придавая бума-
ге известную гидрофобность, она обеспечивает вместе с тем
олеофильные свойства бумаги. Есть основания считать, что
проклейка бумаги кремнийорганическими веществами в усло-
виях отсутствия кислой среды могла бы положительным обра-
зом сказаться на электрической характеристике бумаги. Одна-
ко подобная проклейка не получила пока еще широкого при-
менения. Вместе с тем лаки на основе кремнийорганических
соединений применяются для склеивания слюды при получении
нагревостойких миканитов, склеивания слюды со стеклянной
тканью (при получении стекломиканита, стекломикаленты),
а также в качестве связующих материалов при производстве
слоистых пластиков на основе стеклоткани (стеклотекстоли-
тов). Стеклоткани, изготовленные с применением кремнийорга-
нических лаков, отличаются хорошей эластичностью, механи-
ческой прочностью лаковой пленки и хорошими диэлектриче-
скими свойствами.
Минеральные наполнители при выработке непропитываемых
электроизоляционных видов бумаги обычно не применяются,
так как они повышают пористость бумаги и способствуют по-
лучению неоднородного материала по электрическим свойст-
вам. За последнее время встречаются указания о целесообраз-
ности введения в небольших количествах некоторых наполни-
телей в электроизоляционные виды бумаги, подвергаемые
пропитке. Дело в том, что основной причиной пониженной ста-
бильности бумажной изоляции, пропитанной маслом, является
окисление масла. Предполагается, что бумага действует ката-
литически на окисление масла. По данным О. В. Вяткиной, вве-
дение при выработке кабельной бумаги в бумажную массу
талька или окиси алюминия в количестве до 1% от массы во-
локон обеспечивает стабилизацию диэлектрических свойств бу-
маги за счет поглощения указанными наполнителями продук-
тов окисления масла. Столь малое количество наполнителей не
сказывается отрицательным образом на показателях механи-
ческой прочности бумаги. Б. Б. Гутман и др., ссылаясь на соб-
ственные опыты, а также на опыты, проведенные финской фир-
мой «Тервакоски», сообщают о целесообразности введения
окиси алюминия в количестве даже 5% к массе абс. сухих во-
локон в состав конденсаторной бумаги для снижения вели-
чины диэлектрических потерь в конденсаторных секциях. По
данным Н. П. Осиповой [99], применение активированных окис-
лов металлов, особенно активной окиси алюминия, способству-
ет снижению тангенса угла диэлектрических потерь бумажно-
пропитанной изоляции при использовании в качестве пропи-
тывающей жидкости хлорированных дифенилов. Тем же авто-
ром установлено, что введение адсорбентов в бумагу снижает
скорость ее разрушения при термическом старении как в су-
хом, так и в пропитанном виде.
Известно также об успешном применении в качестве актив-
ного сорбента для снижения диэлектрических потерь электро-
изоляционной бумаги добавок некоторых видов асбеста, таль-
ка, силикагеля, каолиновых волокон и других сорбентов. Жид-
кости, используемые для пропитки электроизоляционных видов,
бумаги, делятся на неполярные и полярные. К неполярным жид-
костям относятся минеральные масла, представляющие собой
смесь неполярных жидких углеводородов трех основных типов:
нафтеновых, метановых (парафиновых), ароматических. По-
лярными жидкостями, используемыми при изготовлении бумаж-
но-масляной изоляции, являются: пентахлордифенил (совол),
тетрахлордифенил, трихлордифенил (ТХД), смеси полихлорди-
фенилов и полихлорбензолов, а также касторовое масло.
Вид пропитывающей жидкости, как показала Н. П. Осипо-
ва, не оказывает существенного влияния на величину сниже-
ния показателей механической прочности бумаги при ее нагре-
вании. Как при нагревании бумаги в полярной, так и в непо-
лярной жидкости имеет место также снижение степени поли-
меризации бумаги и ее гидрофильности, повышение медного
и кислотного чисел, а также образование карбонильных и кар-
боксильных групп.
По данным Н. П. Осиповой и Д. М. Фляте, между измене-
ниями химических свойств электроизоляционной бумаги и ее
Ьизико-механических свойств при термическом старении суще-
ствует тесная связь, о чем свидетельствуют рассчитанные коэф-
фициенты корреляции: 0,95 — между степенью полимеризации
и сопротивлением продавливанию и 0,88 — между степенью по-
лимеризации и разрывным усилием.
Показатели диэлектрических свойств бумаги находятся
в тесной зависимости от вида пропитывающей жидкости: наи-
большие изменения их при термическом старении наблюдают-
ся при пропитке бумаги полярными жидкостями, например хло-
рированными дифенилами.
В тех случаях, когда осуществлена предварительная тща-
тельная сушка бумаги перед ее пропиткой, а также надлежа-
щая сушка и дегазация пропитывающего вещества в условиях
удаления в процессе термического старения образующихся
газообразных продуктов и паров воды, испытываемая бумага
в меньшей степени подвергается действию термического старе-
ния, чем в случае ее термического старения при доступе возду-
ха в непропитанном состоянии. Последующие исследования по-
казали, что в атмосфере воздуха скорость деструкции пропи-
танной бумаги в 2—2,5 раза выше, чем в вакууме [100].
Пропитанная трансформаторным маслом электроизоляци-
онная бумага обнаруживает явление избирательной адсорбции
к различным органическим кислотам, образующимся при старе-
нии такого электроизоляционного материала. Известно, что
адсорбция кислот уменьшается с увеличением их молекуляр-
ной массы. Так, за 42 сут бумага адсорбировала уксусную кис-
лоту на 93—95%, масляную на 64%, а нафтеновую и стеарино-
вую кислоты — соответственно на 13 и 10% •
При старении системы электроизоляционная бумага — мас-
ло увеличение диэлектрических потерь масла начинается рань-
ше, чем у пропитанной им бумаги. Это происходит в первую
очередь под влиянием процесса окисления масла. Установлено
£89], что возрастание диэлектрических потерь пропитанной бу-
маги в процессе теплового воздействия обусловлено не деструк-
цией бумаги, а окислением пропитывающего состава.
В силовых кабелях, трансформаторах, конденсаторах бума-
га находится в контакте с металлами (жилы, корпус, фольга,
вводы). Проведенными исследованиями [100] было показано,
что присутствие металлов практически не ухудшает прочност-
ных характеристик самой бумаги независимо от условий старе-
ния. В некоторых случаях степень разрушения бумаги при ста-
рении в присутствии металлов была даже ниже, чем в их от-
сутствие. По-видимому, образующиеся при окислении масла
низкомолекулярные кислоты реагируют с металлами, снижая
вероятность процесса гидролиза целлюлозы под действием
этих кислот. Вместе с тем металлы резко ускоряют процесс
окисления масла, увеличивая тем самым диэлектрические поте-
ри бумажно-пропитанной изоляции. Наибольшие увеличения
диэлектрических потерь наблюдаются в присутствии свинца.
Ранее для выработки электроизоляционных видов бумаги
(кабельной и конденсаторной) применяли волокна льна, хлопка
и манильской пеньки. Затем стали применять композицию из
волокон пеньки и сульфатной целлюлозы. В настоящее время
признано, что наилучшей композицией является 100% сульфат-
ной небеленой целлюлозы. Такая целлюлоза, кроме высоких
электроизоляционных свойств, отличается к тому же и высоки-
ми показателями термостойкости.
Выпускаются две марки электроизоляционной целлюлозы:
марка Э-1 для изготовления конденсаторной бумаги толщиной
8 мкм и более и марка Э-2 для изготовления конденсаторной
бумаги толщиной 4—7 мкм и высоковольтной кабельной бумаги
на напряжение ПО—400 кВ.
Для уменьшения зольности указанных марок электроизоля-
ционная целлюлоза подвергается обработке соляной кислотой
в количестве 8—9 кг/т целлюлозы при температуре 30—35° С
с последующей тщательной промывкой.
Метод обеззоливания целлюлозы действием на нее кислотой
(например, соляной) основан на реакции обмена катиона нат-
рия на ион водорода по схеме
COONa СООН
-r/ +HC1«=±-R^ +NaCl.
СООН СООН
где R — остаток полисахарида. Так как эта реакция обратима,
для полного завершения ее необходим избыток кислоты.
При выработке многослойной кабельной бумаги, применяе-
мой при изоляции силовых маслонаполненных кабелей до 35 кВ
включительно, к электроизоляционной целлюлозе предъявляют-
ся менее жесткие требования, чем к целлюлозе марки Э-2.
Этот вид целлюлозы может иметь степень делигнификации
в пределах 24—30, удельную электрическую проводимость вод-
ной вытяжки при модуле 1:50 — 27 мк • См/см и 1 :20 не более
54 мк • См/см, меньшие ограничения допускаются к сорности
этого вида целлюлозы и к зольности — не более 0,63%. Эта
норма зольности свидетельствует о ненадобности в данном слу-
чае предварительной обработки целлюлозы кислотой с после-
дующей промывкой целлюлозы.
Характеристика качества целлюлозы для конденсаторной
и высоковольтной кабельной видов бумаги приведена
в табл. 58.
Среди бумажных материалов для электроизоляционной тех-
ники особо высокими диэлектрическими свойствами отличается
конденсаторная бумага, выпускаемая в виде бобин и рулонов
Шириной 12—500 мм. Диапазон толщин этого вида бумаги
4—30 мкм. От конденсаторной бумаги требуется высокая элект-
рическая прочность и химическая чистота, низкие диэлектриче-
ские потери. Поэтому для нее нормируются такие показатели,
Как толщина, плотность, пробивное напряжение, тангенс угла
Диэлектрических потерь, число токопроводящих включений, ме-
ханическая прочность на разрыв, влажность, зольность, удель-
ная электрическая проводимость водной вытяжки и др. В зави-
симости оъ условий эксплуатации и требований к качеству кон-
денсаторная бумага выпускается следующих трех видов:
58. Основные показатели целлюлозы для конденсаторной
и высоковольтной кабельной бумаги
Показатель Нормы для марок
Э-1 Э-2
Степень делигнификации 24—28 26—31
Вязкость 0,8%-ного медно-аммиачного раствора 600 700
целлюлозы, Х10~4 Па-с, не менее Механическая прочность при размоле в мель- нице ЦРА до 60°ШР и массе отливки 75 г/м2: разрывная длина, м, не менее 8200 8700
излом — число двойных перегибов, 2600 3500
не менее Зольность, %, не более 0,25 0,25
Удельная электрическая проводимость водной вытяжки, мк-См/см, не более: при модуле 1:50 Г Г
при модуле 1:20 34
pH водной вытяжки целлюлозы 6,3- -7,0
Содержание железа, мг/кг абс. 28 24
сухой целлюлозы, не более Сорность — число соринок на 1 м2: площадью свыше 0,1 до 1,0 мм2, не более 700 650
площадью 1,0—1,5 мм2 20 30
площадью свыше 1,5 мм2 Не допускается
Влажность, % 15- -24
Влажность расчетная, % 12
КОН — обычная конденсаторная бумага; ОКОН — специальная конден-
саторная бумага улучшенного качества; МКОН— конденсаторная бумага
с малыми диэлектрическими потерями.
В пределах каждого вида возможен также выпуск бумаги
таких разновидностей:
Н—конденсаторная бумага мизкон влажности; В — конденсаторная бу-
мага увеличенной электрической прочности; О — конденсаторная бумага
односторонней гладкости для металлизации.
В зависимости от плотности устанавливаются следующие
марки бумаги:
08 — плотность 0,8+0,05 г/см3; 1—плотность 1,0+0,03 г/см3; 2— плот-
ность 1,20 (1,15—1,26) г/см3; 3 — плотность 1,30±0,04 г/см3.
Обычная конденсаторная бумага вида КОН выпускается ма-
рок 1 и 2, а также разновидности Н. Конденсаторная бумага
ОКОН выпускается марок 1, 2 и 3, а также разновидностей
Н, В и О, причем последняя относится только к бумаге мар-
К# 3. Бумага МКОН выпускается всех марок и также разновид-
достей Н и В.
Для отдельных видов конденсаторов, отличающихся особы-
ми условиями изготовления и эксплуатации, осваивается произ-
водство конденсаторной бумаги вида АНКОН (оксидная бума-
га с содержанием в ее композиции окиси алюминия).
Ниже приведены примеры условного обозначения конденса-
торной бумаги:
обычная конденсаторная бумага низкой влажности марки 2 толщиной
4 мкм КОНН2-4; специальная конденсаторная бумага односторонней глад-
кости с низкой влажностью и увеличенной электрической прочностью марки 3
толщиной 8 мкм СКОН ОНВ 3-8; конденсаторная бумага с малыми диэлек-
трическими потерями низкой влажности с увеличенной электрической проч-
ностью марки 08 толщиной 10 мкм МКОН НВ 08-10.
Диэлектрические свойства бумаги в значительной степени
определяются анизотропностью и особенностями волоконной
структуры бумажного полотна. Влияние этого фактора на ди-
электрические свойства бумаги сказывается в значительно
большей степени, чем влияние отдельных компонентов целлю-
лозы (лигнина, пентозанов и пр.). Существенное влияние на
электрические свойства бумаги оказывает заключенный в ее
порах воздух. Так как в самом воздухе, если он не ионизиро-
ван, токи утечки практически равны 0, очевидно, что наличие
воздуха в порах бумажного полотна снижает диэлектрические
потери. Вместе с тем при высоких рабочих напряжениях име-
ет место ионизация воздуха, резко повышающая токи утечки.
Она может вызвать пробой изоляции. Кроме того, ионизиро-
ванный воздух разрушающим образом действует на целлюлозу
как за счет химического воздействия вследствие образования
озона и окислов азота, так и за счет бомбардировки свобод-
ными зарядами. Поэтому при малом рабочем напряжении, ког-
да ионизация воздуха в порах исключается, рекомендуется ис-
пользовать воздушно-бумажную изоляцию, что и применяют
в телефонных кабелях. При высоких напряжениях (кабели,
трансформаторы, конденсаторы) бумажную изоляцию обяза-
тельно пропитывают и этим вытесняют заключенный в порах
воздух. От качества пропитывающих составов в значительной
степени зависят основные свойства изоляции: ее долговечность,
Диэлектрические свойства, термостойкость и др.
Для изоляции жил городских телефонных кабелей все боль-
ше применяют взамен бумажной ленты бумажную массу из
сульфатной небеленой целлюлозы. Установлено, что подобная
изоляция обладает необходимыми электрическими и физико-ме-
ханическими свойствами. Ее использование обеспечивает изго-
товление надежного и экономичного подземного кабеля, дефек-
ты во внешнем покрытии которого могут быть легко обнару-
жены. Изоляцию жил телефонного кабеля бумажной массой
°существляют на изолировочных машинах специальной кон-
струкции.
о влиянии структуры бумаги на ее электрические и другие
физические свойства можно судить на основании отечествен
него опыта производства различных электроизоляционных ви-
дов бумаги методами однослойного и многослойного отливов.
Известно, что применение многосеточных (двух- и четырехсе
точных) бумагоделательных машин при выработке кабельной
бумаги с массой около 100 г/м2 способствовало повышению
плотности и показателей механической прочности бумаги,
а также получению бумаги с более равномерным просветом по
сравнению с кабельной бумагой однослойного отлива.
Кабельная бумага при обмотке кабеля применяется обыч-
но в виде ленты. Спиральная обмотка кабеля осуществляется
на машинах при сравнительно большой скорости и со значи-
тельным натяжением бумаги. Поэтому кабельная бумага дол
жна отличаться в машинном направлении высокими показате-
лями сопротивления разрыву при растяжении и удлинении. На
преимущества использования при выработке кабельной бумаги
двухслойного отлива по сравнению с однослойным еще в 1940 г.
указывал Б. М. Карасик, одновременно отметивший возмож
ность снижения степени помола целлюлозы при выработке ка-
бельной бумаги на двухсеточной бумагоделательной машине.
В настоящее время наиболее прочные виды бумаги с наилуч-
шими показателями физико-механических свойств вырабатыва-
ются на четырехсеточных бумагоделательных машинах. Бла-
годаря облегченным в этом случае условиям обезвоживания
бумажного полотна на каждой сетке открылись возможности
снижения концентрации массы в напускных устройствах, что
в свою очередь способствует улучшению просвета вырабатыва-
емой кабельной бумаги и равномерности показателей всех ее
свойств.
Работами, проведенными на Марийском целлюлозно-бумаж-
ном комбинате, установлена возможность" и целесообразность
введения в композицию кабельной бумаги для кабелей низкого
напряжения примерно 25% целлюлозы из древесины листвен
ных пород. Использование для указанной цели целлюлозы из
лиственной древесины, по-видимому объясняется улучшением
при этом структуры кабельной бумаги, большей равномерностью
ее просвета и более равномерными вследствие этого показате-
лями основных свойств бумаги. Сравнительно короткие волок-
на лиственной целлюлозы заполняют пространства между
длинными волокнами хвойной целлюлозы, чем и создаются рав-
номерные просвет и структура бумажного полотна.
Опыты, проведенные Ю. П. Лосевой, также показали зави-
симость основных показателей электроизоляционной бумаги от
ее структуры. Были установлены некоторые преимущества из-
готовления толстых видов конденсаторной бумаги двухслойным
отливом. Двухслойная бумага обнаружила более высокое удель-
ное электрическое сопротивление (5,3 • 104 Ом-см), чем соответ-
ствующая однослойная бумага (1,7—3,2 104 Ом-см), и в 1,5—
2 раза более высокое пробивное напряжение.
Оказалось возможным изготовление двухслойной бумаги из
массы с большей степенью разработки, чем массы, обычно при-
меняемой при изготовлении конденсаторной бумаги той же тол-
щины однослойным отливом.
Это позволило повысить разрывную длину бумаги толщиной
15 мкм примерно на 14% и бумаги толщиной 12 мкм прибли-
зительно на 6%- Именно структурными особенностями бумаги
Ю. И. Лосева объясняет и наблюдавшееся различие в сроке
службы конденсаторов, изготовленных из различных видов кон-
денсаторной бумаги.
Процесс изготовления и качество электроизоляционных ви-
дов бумаги в значительной степени определяются качеством
производственной воды, применяемой для изготовления этих ви-
дов бумаги.
Кроме описанных видов конденсаторной бумаги различ-
ной толщины (от 4 мкм и выше), а также кабельной бумаги
разного назначения, в электропромышленности широко приме-
няются многочисленные виды бумаги и картона, служащие для
электроизоляции и нередко используемые для изготовления
различных электроизоляционных материалов. К такого рода
бумажной продукции относится также электроизоляционная
крепированная бумага для трансформаторостроения [151], те-
лефонная бумага, разные виды пропиточной и намоточной бу-
маги, бумага-основа для изготовления микаленты, фибры,
электропрессшпан, синтетическая бумага для изоляции новых
типов кабельных изделий, предназначенных для передачи элек-
троэнергии высокого и сверхвысокого напряжения [18],идругая
бумага.
Бумага для электролитических конденсаторов, в отличие от
конденсаторной, не применяется в качестве электроизоляции,
а служит носителем рабочего электролита. Пропитанная рабо-
чим электролитом бумага является второй обкладкой электро-
литического конденсатора. Она должна отличаться химической
чистотой и иметь пористую структуру с высокой впитывающей
способностью. Бумага изготовляется из слаборазмолотых воло-
кон небеленых материалов. Беленые волокна в композиции этой
бумаги не рекомендуется применять из-за опасения попадания
в бумагу хлоридов, которые резко сокращают срок службы
электролитических конденсаторов. Из американских данных из-
вестно, что эта бумага при толщине 0,03—0,08 мм может быть
изготовлена из сульфатной целлюлозы, манильской пеньки или
тряпичных волокон, а также из композиции этих волокон, взя-
тых в различном соотношении. Технические требования к этому
виду бумаги, по данным из итальянского источника, сводятся
к следующему.
Масса 1 м2 — от 20 до 40 г в зависимости от типа конденсатора.
То л щина — от 50 до 90 >мкм. Максимальная толщина для крепиро-
ванной бумаги (крепирование осуществляется для повышения впитывающей
способности бумаги).
Зольность — не выше 0,5%.
Впитывающая способность. Методика испытаний: полоску
бумаги шириной 20 мм подвешивают вертикально и часть ее погружаю)
в стакан с дистиллированной водой 20—25° С. После 30 мин шолоска
должна пропитаться водой, по крайней мере на высоту 90 мм над уровнем
воды в стакане (высота впитывания).
Сопротивление разрыву при растяжении — 14,7 Н «а
1 см ширины полоски бумаги с массой 40 г/м2; 8,2 Н на 1 см ширины
полоски бумаги с массой 20 г/м2.
Определения производятся по специально разработанной методике, при-
чем испытывают образцы бумаги размером 25 смХбО см. Берется средний
результат пяти испытаний.
Токопроводящие включения. Число токопроводящих вклю
чений на площади 0,1 м2 должно быть не более 10 для бумаги с' массой
40 г/м2 и не более 14 для бумаги с массой 20 г/м2.
Химическая чистота. Содержание хлора в водной вытяжке
не более 0,002% к массе волокон. Ионы SO” должны полностью отсутст
вовать.
Намотка бумаги. Бумага хранится в рулонах на алюминиевых
трубках или на твердых картонных гильзах толщиной до 35 мм. Диаметр
рулона 250—300 мм. Ширина — по требованию потребителей. Склеек бума
ги в рулоне не должно быть.
Допуски в отношении размеров. Для бумаги толщиной
0,09 мм установлен допуск ±0,005 мм. Лента шириной 100 мм может иметь
отклонения ±0,005 мм.
Стандарт 1979 г. Международной электротехнической комис-
сии предусматривает выпуск трех видов электролитической
бумаги. Технические требования к одному из них сводятся
к следующему.
Толщина— 30, 45, 60, 75, 90 мкм с пределом отклонения для каж
дой марки ±)10%.
Плотность — 0,55; 0,50; 0,45; 0,40 г/см3 с пределом отклонения для
каждой марки ±10%.
Показатели впитывающей способности бумаги приведены
в та)бл. 59.
59. Впитывающая способность (мм) подъема
дистиллированной воды в полоску бумаги
Номинальная толщина, мкм Направление полоски бумаги Методика испытаний
машинное при плотности, г/см3 поперечное при плотности, г/см3
0,55 0,50 | 0,45 0,40 0,55 0,50 | 0,45 | 0,40
30 7 11 13 15 5 8 10 11 По 5 полосок бумаги шириной
45 11 18 26 33 8 14 20 25 25 мм, нарезанных в машинном и в поперечном направлениях,
60 15 26 38 50 11 20 29 38 подвешивают вертикально и
75 19 33 48 62 14 25 36 47 один конец ее погружают в дистиллированную воду на 6
90 23 40 56 71 17 30 42 53 мм при комнатной температу- ре. Через 10 мин отмечают подъем воды в образце выше уровня воды в сосуде с точ- ностью до 1 мм в каждом на- правлении
Химическая чистота. Зольность для всех видов бумаги не долж-
ва превышать 0,35%, а содержание хлоридов не более 0,0005%.
Удельная электрическая проводимость водной вытяжки
йз бумаги не более 3 м-См/м.
pH водной вытяжки — от 6 до 7,5.
Судя по проспектам иностранных фирм, каждый вид элек-
тролитической бумаги подразделяется на множество разновид-
ностей (марок).
3. Я. Смолянинова показала целесообразность применения
в композиции бумаги для электролитических конденсаторов
неразмолотой осиновой целлюлозы в количестве 10—20%• При
этом уменьшается плотность бумаги и увеличивается ее впи-
тывающая способность. Подобного рода бумагу рекомендует-
ся использовать при изготовлении конденсаторов низковольт-
ной группы.
Для изготовления электролитических конденсаторов высоко-
вольтной и средневольтной групп тот же автор рекомендует
применять двухслойную бумагу, высокая впитывающая способ-
ность которой достигается за счет использования для основ-
ного слоя бумажной массы с предельно низкой степенью помо-
ла, а необходимая механическая прочность обеспечивается при-
менением для второго (вспомогательного) слоя высокофибрил-
лированной бумажной массы.
Следует также отметить, что в настоящее время освоен
выпуск специальной электролитической бумаги толщиной
40—70 мкм из хлопковой целлюлозы. Эта бумага может служить
заменой натурального шелка в электролитическом конденса-
торе.
8.1.2. Характеристика показателей электроизоляционных
свойств бумаги
Электроизоляционные свойства бумаги характеризуются сле-
дующими основными показателями: удельным электрическим
сопротивлением, диэлектрической проницаемостью, величиной
диэлектрических потерь, пробивным напряжением и числом то-
копроводящих включений на единице площади материала.
Удельное электрическое сопротивление элек-
троизоляционных материалов (выражаемое Ом-см) уменьша-
ется с повышением влажности и температуры материала, а так-
же при наличии в композиции электролитов и с увеличением
продолжительности нагрева материала (табл. 60).
Электрическое сопротивление бумаги заметно возрастает при
ее пропитке парафином и резко возрастает при лакировании.
Это иллюстрируется данными Дж. Финча, приведенными
в табл. 61.
Обратной величиной удельного электрического сопротивле-
ния бумаги является удельная электрическая проводимость
(Ом-’-См-1 или См/см).
Диэлектрическая проницаемость (коэффициент
60. Удельное электрическое сопротивление некоторых
электроизоляционных материалов
Материал Удельное электрическое сопротивление, Ом-см, при относительной влажности, %
0 70
Бумага 10'5— ю16 10е—1 о10
Канифоль 1015 10'5
Парафин 1016—ю18 1Q16—10'8
Каучук Ю16—1017 1016—1017
Слюда 1O1S—1017
Органические масла Щ12— ЮН 101°—1012
Асбест 1013—1014 10 8—10 9
61. Влияние пропитки и лакирования бумаги из сульфатной целлюлозы
на ее электрическое сопротивление
Бумага Общая толщина, мм Электрическое сопротивление, МОм
Непропитанная 0,028 100
Пропитанная:
парафином 0,033 140
лаком однократно 0,038 434
лаком двукратно 0,064 4595
пропорциональности между напряжением поля и электрическим
смещением в диэлектрике) зависит от природы диэлектрика, его
температуры и влажности, а для пористых материалов — также
и от плотности и заполняющей поры среды (табл. 62).
62. Значение диэлектрической проницаемости для разных материалов
Материал Диэлектрическая проницаемость Материал Диэлектрическая проницаемость
Воздух (0°С) 1,0 Слюда 4,5—7,5
Вода (20 °C) 80,0 Канифоль 2,5
Волокна целлюло- зы 1 5,6—6,0 Парафин 1,9—2,3
Разные виды бу- маги 2,2—5,0 Фибра 5,1—5,9
Прессшпан 5,4—6,4 Полиэтилен 2,2—2,4
1 К. В. Брейтвейт, Ю. В. Корицкий и др., ссылаясь на данные разных
исследователей, указывают, что диэлектрическая проницаемость клетчатки
находится в пределах 6—8.
В зависимости от плотности бумаги и свойств состава, про-
питывающего ее поры, может быть рассчитана диэлектрическая
проницаемость бумаги 8 по формуле В. Т. Ренне [116]
где 8ц, 8П — диэлектрические проницаемости целлюлозы и про-
питывающего состава; х — относительный объем пор в'бумаге;
уд и Уб — плотности целлюлозы и бумаги.
Для непропитанной бумаги формула имеет вид:
6 = ец. П 4 х (£ц !)]•
Диэлектрическая проницаемость различных видов бумаги
практически не зависит от напряжения и от изменения
частоты в пределах от 0 до 107 Гц.
Температурный коэффициент диэлектрической проницаемо-
сти, характеризующий изменение диэлектрической проницаемо-
сти на ГС, для кабельной бумаги составляет 0,056%, для кон-
денсаторной бумаги из сульфатной небеленой целлюлозы 0,039,
из льна 0,043%.
Причины диэлектрических потерь в электроизоляци-
онном материале связаны с его молекулярным строением и за-
висят также от токопроводящих примесей в диэлектрике. Как
уже указывалось выше, наличие в молекулах целлюлозы поляр-
ных гидроксильных групп, ориентирующихся в электрическом
поле, и в первую очередь, по-видимому, в местах наиболее плот-
ной упаковки молекул, предопределяет эффект поляризации.
Токопроводящие примеси, всегда находящиеся в тех или иных
количествах в технической целлюлозе, приводят к движению
электрические заряды в диэлектрике за счет проводимости, ко-
торое особенно усиливается с повышением температуры. Поля-
ризация целлюлозы и проводимость являются источниками
Диэлектрических потерь. При этом электрические заряды пере-
дают энергию окружающим молекулам и энергия электромаг-
нитного поля превращается в тепловую. Если при низких напря-
жениях потери на нагрев электроизоляции незначительны, то
при высоких они весьма существенны и во многом определяют
условия работы изоляции.
Чем выше напряжение, на которое рассчитан кабель, тем
большее значение приобретает вопрос о снижении диэлектриче-
ских потерь в кабельной бумаге. Это снижение диэлектрических
потерь достигается использованием деионизированной воды на
всех стадиях производства кабельной бумаги, снижением ее
Плотности и проведением других мероприятий, в числе которых
нс исключается полная или частичная замена волокон целлюло-
зы в бумаге синтетическими волокнами, и в частности полипро-
пиленовыми.
Очевидно, что диэлектрические потери резко возрастают
с увеличением проводимости диэлектрика, которая возрастает
с увеличением влажности. Одновременно диэлектрические поте-
ри увеличиваются с увеличением содержания в целлюлозе не
отмываемой зольности. Однако снижать зольность целлюлозы
ниже 0,12% не рекомендуется, так как существующие методы
обеззоливания (обработка кислотой и электродиализ) при этом
значительно повышают кислотность среды, что в свою очередь
отрицательным образом сказывается на свойствах электроизо
ляционной бумаги. В. Т. Ренне и М. Н. Морозова, а также
Б. Г. Милов и С. X. Китаева и другие исследователи показали,
что значительное увеличение диэлектрических потерь бумаги
вызывают катионы одновалентных металлов, в частности на
трия, а также калия.
По степени отрицательного влияния катионов на диэлектри-
ческие потери конденсаторной бумаги, как свидетельствует
А. А. Долгалева, катионы могут быть расположены в ряд
Na4' > NH4h > Са++ > А1+++.
Величину диэлектрических потерь при воздействии на диэлект
рик переменного напряжения обычно характеризуют тангенсом
угла между вектором тока и его емкостной составляющей.
Тангенс угла диэлектрических потерь электроизоляционной
бумаги tg фб в зависимости от свойств исходной целлюлозы
и пропитывающего состава может быть определен по формуле
+
tg <Рб =
tg?u
tg?n
1 + (1 — X) еп/хгц
1 + *£ц/(1 — £п
где tg<p4, tgtpn — соответственно тангенсы угла диэлектриче
ских потерь целлюлозы и пропитывающего состава.
Зависимость тангенса угла диэлектрических потерь от золь-
ности бумаги представлена на рис. 131. В. В. Мазур на основа
нии своих наблюдений установил следующую зависимость тан-
генса угла диэлектрических потерь при 120°С конденсаторной
бумаги толщиной 12 мкм и с плотностью около 1 г/см3 от со
держания в бумаге ионов натрия (Xt, мг/кг) и ионов хлора
(Х2, мг/кг): tg<p6=(ll+0,75X1+0,26X2)-КН.
Тот же автор установил, что в процессе производства кон-
денсаторной бумаги состав минеральных примесей в конденса-
торной бумаге меняется, в том числе и по содержанию отрица
тельно влияющих ионов. Одним из способов уменьшения при
месей является их тепловая десорбция, вследствие которой по-
вышение температуры массы перед ее подачей на сетку бума
годательной машины (с 35° С до 55° С) приводит к снижению
загрязнения бумаги ионами натрия и к улучшению зависимости
диэлектрических потерь от температуры (рис. 132). Б. Г. Милов
и В. Т. Ренне с сотрудниками указывают, что хотя влияние
анионов (хлоридов и сульфатов) выражено значительно мень-
ще, чем одновалентных катионов, тем не менее присутствие их
в бумаге нежелательно, так как может способствовать увеличе-
нию диэлектрических потерь при повышенной температуре
вследствие создания анионами электрической проводимости.
Сведения о влиянии ионных примесей в целлюлозно-бу-
мажном диэлектрике на его электроизоляционные свойства,
в том числе на тангенс угла диэлектрических потерь, приведены
также в работе [137]. Продукты ионного обмена при производ-
стве целлюлозы и бумаги должны тщательно отмываться.
Уваленные неорганические вещества, %
Рис. 131. Зависимость тангенса угла диэлектрических потерь от зольности
бумаги
Рис. 132. Влияние температуры на зависимость диэлектрических потерь кон-
денсаторной бумаги от температуры массы при отливе:
1 — 35° С; 2 — 55° С
Повышение плотности конденсаторной бумаги приводит
к возрастанию диэлектрических потерь. Однако при этом одно-
временно возрастают диэлектрические прочность и проницае-
мость, пробивное напряжение и срок службы конденсаторов по-
стоянного тока. Именно в силу этих положительных обстоя-
тельств оказалась необходимой выработка конденсаторной
бумаги повышенной плотности. Такая бумага из сульфатной не-
беленой электроизоляционной целлюлозы была изготовлена на
бумажной фабрике «Коммунар» по технологии, разработанной
работниками фабрики совместно с сотрудниками УкрНИИБа.
Эта бумага с плотностью 1,28—1,32 г/см3 и более предназначена
к использованию в качестве диэлектрика при изготовлении элек-
трических конденсаторов постоянного тока. Она имеет толщину
9,4—10,6 мкм, электрическую прочность не менее 45 кВ/мм
и количество токопроводящих включений на 1 м2 не более 200.
На этой фабрике была изготовлена для силовых бумажных
конденсаторов бумага двух марок с малыми диэлектрическими
потерями, имеющая при толщине 12,0±0,8 мкм пониженную
плотность (г/см3) :0,8±0,05 и 1,0±0,03, рассчитанная соответст-
венно на пробивное напряжение не менее 390 и 420 В с танген-
сом угла потерь при 100° С не более 0,0010 и 0,0015.
Основное количество конденсаторной бумаги выпускается
двух марок: КОН-1 с плотностью около 1,0 г/см3 и КОН-1]
с плотностью 1,16—1,2 г/см3 или несколько выше.
Пробивным напряжением называется такое напря
жение электрического тока, при котором происходит пробой
диэлектрика, т. е. разрушение его молекул с превращением
диэлектрика в проводник. Электрическая прочность диэлектри
ка характеризует его способность противостоять пробою и вы
ражается отношением пробивного напряжения, кВ, к толщине,
мм, диэлектрика в месте его пробоя. Наибольшие значения
электрической прочности достигаются обычно при малой тол
щине диэлектрика и для тонкой целлюлозной бумаги достигают
до 250 кВ/мм. Величина пробивного напряжения характеризует
особенности структуры бумаги и степень ее загрязнения. Как
указывает А. А. Долгалева, по степени отрицательного влияния
катионов на электрическую прочность конденсаторной бумаги
катионы могут быть расположены в следующий ряд:
А1+++ > Са++ > Na+= NH^.
В результате работы, проведенной в УкрНИИБе, установле-
но, что с повышением содержания в бумажной массе фибриллп-
рованных волокон заметно повышается пробивное напряжение
пропитанной бумажной изоляции для конденсаторов постоянно-
го и переменного тока, а также значительно возрастает срок
службы бумажно-вазелиновых конденсаторов постоянного тока
Не было отмечено зависимости интенсивности старения опытных
пятислойных бумажно-масляных конденсаторов на переменном
токе от степени фибриллированности бумажной массы, из кото-
рой изготовлялась конденсаторная бумага.
В работе Р. А. Евлаховой [46], выполненной под руководст-
вом автора этой книги, показана целесообразность использова-
ния поверхностной обработки конденсаторной бумаги раствора
ми химикатов с целью повышения ее электрической прочности.
Такая обработка способствует улучшению потребительских
свойств бумаги и в отличие от обработки бумажной массы при-
водит к экономии химикатов и предотвращению попадания их
в сточные воды, что создает лучшие возможности для охраны
природы. Поверхностная обработка бумаги может быть осуще-
ствлена с одновременным ее увлажнением перед каландриро-
ванием, что не усложняет существующую технологию.
Выполненная работа показала, что при поверхностной обра-
ботке конденсаторной бумаги очень трудно повысить электри-
ческую прочность бумаги без одновременного ухудшения пока
зателя тангенса угла диэлектрических потерь. Однако исполь
зование при поверхностной обработке бумаги раствора хитозо
на (аминополисахарид) позволяет существенно повысить элек-
трическую прочность бумаги без повышения при этом тангенса
угла диэлектрических потерь [90].
С. Д. Шийка установил, что снижение электрической проч-
ности конденсаторной бумаги происходит не только с повыше-
нием жесткости используемой производственной воды, но
и с повышением ее окисляемости. Влияние этих факторов на
электрическую прочность бумаги, по данным указанного авто-
ра, приведено ниже.
I. Влияние жесткости производственной воды
Жесткость воды, мг-экв/л Электрическая прочность бу- 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8
маги, кВ/мм . . . • • 45,0 43,5 43,5 42,0 39,5
Окисляемость мг/л . . . II. Влияние воды по окисляемости о2, 2,0 производственной 3,0 5,0 ВОДЫ 6,0 7,0
Электрическая маги, кВ/мм прочность бу- 44,5 44,0 41,5 41,0 40,5
Число токопроводящих В К Л Ю ч е н и й на 1 м2 бума-
ги практически характеризует содержание в бумаге вкраплений
железа, меди и угля. Токопроводящие включения особо опасны
в тонких видах электроизоляционной бумаги, в частности в кон-
денсаторной. Чем выше плотность бумаги и чем ниже ее тол-
щина, тем при прочих постоянных условиях больше число токо-
проводящих включений, обнаруживаемых существующими ме-
тодами определений.
Очевидно, что чем меньше их в бумаге, т. е. чем чище бума-
га, тем выше ее качество как диэлектрика. Для уменьшения
возможности попадания токопроводящих включений в бумагу
необходимо обращать внимание на выбор материалов, из кото-
рых изготовляется оборудование производства электроизоляци-
онных видов бумаги. Следует также принять необходимые
меры для тщательной очистки воды, идущей на нужды произ-
водства, и фильтрации свежего воздуха, поступающего в про-
изводственные помещения. Необходимо, чтобы в фабричной
котельной не использовался в качестве топлива уголь, а приме-
нялись газ и жидкое топливо. Для снижения количества токо-
проводящих включений оправдал себя опыт отечественных пред-
приятий пропускать подсеточную воду через центриклинеры
и повышать число оборотов центробежных очистителей, уста-
новленных в технологической схеме потока бумажной массы.
8.2. ПРОВОДИМОСТЬ БУМАГОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА
В результате введения в бумажную массу в качестве напол-
нителя электропроводящих частиц какого-либо вещества можно
получить бумагу, в которой эти частицы, соприкасаясь между
собой, придают бумаге способность проводить электрический
ток. В зависимости от природы электропроводящих частиц, их
количества в бумаге, а также от степени уплотнения электро-
проводящей бумаги изменяется ее электрическое сопротивление
и, следовательно, потребительские свойства. Практикой установ-
лено, что при изготовлении электропроводящей бумаги лучше
всего использовать для введения в бумажную массу графит или
сажу, сравнительно хорошо удерживаемые на волокнах и обес-
печивающие возможность получения бумаги с нужными преде-
лами электрического сопротивления. Однако, как уже указы-
валось выше, для изготовления электропроводящей бумаги
могут быть также использованы тонкие металлические волокна.
Электропроводящую бумагу можно применять в различного
рода электронагревателях, в кабельной промышленности вместо
металлизированной бумаги и для других целей. Особый инте-
рес представляет использование электропроводящей бумаги для
целей моделирования.
Метод моделирования в настоящее время широко применя-
ется для решения многих важных теоретических и практических
вопросов гидромеханики, электротехники, теплотехники, теории
упругости, аэродинамики, радиотехники, строительного дела
и т. д. Сущность метода1 основана на том, что многочисленные
физические явления, между которыми на первый взгляд нет
ничего общего, подчиняются одним и тем же математическим
законам и могут быть описаны общими математическими урав-
нениями. Очевидно, что это не является случайностью, так как
все физические явления отличаются между собой лишь разно-
видностью форм проявления общего закона движения материи.
Так, например, стационарные процессы распространения тепла,
ламинарное движение идеальной жидкости, явление диффузии,
распространение магнитного потока, движение электрического
тока в проводящей среде и т. п. могут быть описаны одним
и тем же дифференциальным уравнением. Как писал об этом
акад. А. Н. Крылов: «Казалось бы, что может быть общего
между расчетом движения небесных светил под действием при-
тяжения к Солнцу и между качкой корабля на волнении или
между определением так называемых вековых неравенств в дви-
жении небесных тел и крутильными колебаниями вала много-
цилиндрового двигателя дизеля, работающего на корабельной
винт или электрогенератор. Между тем, если записать только
формулы и уравнения без слов, то нельзя отличить, какой из
этих вопросов решается: уравнения одни и те же» [143].
Метод решения заданного уравнения путем эксперименталь
ного изучения какого-либо физического явления, описываемого
этим уравнением, получил название метода математического
моделирования или метода аналогии.
Установлено, например, что аналогом пьезометрического на-
пора в фильтрации является электрический потенциал, анало
1 При изложении сущности метода моделирования автор пользовался
книгой П. Ф. Фильчакова и В. М. Панчишина [143], которую и рекомендует
читателям, интересующимся этим методом в деталях.
гом вектора скорости фильтрации — вектор плотности тока,
аналогом коэффициента фильтрации — удельная электропровод-
ность, аналогом фильтрационного расхода —сила тока. Таким
образом, оказывается возможным, не прибегая к сложным опы-
там фильтрации жидкости, экспериментально решить вопрос на
электрической модели, после чего при помощи несложных пере-
ходных зависимостей установить нужные численные значения
уравнения для процесса фильтрации. Таким же методом, не
прибегая к прямым экспериментам на модели, можно решить
самые различные и сложные задачи современной науки и тех-
ники.
Для осуществления метода электроаналогии применяются
различные электропроводящие материалы, и в том числе жид-
кие и желеобразные, электролиты, станиоль, электропроводя-
щие лаки и краски, а также электропроводящая бумага.
Последняя получает все большее применение и в настоящее вре-
мя используется на специально сконструированной для целей
моделирования аппаратуре (интеграторы ЭГДА).
Для практического применения метода ЭГДА, т. е. метода
электрогидродинамических аналогий, необходимы различные
виды электропроводящей бумаги, отличающиеся между собой
различной степенью проводимости электрического тока.
При изготовлении полупроводящей бумаги в ее композицию
вводится сажа в количестве 15—20% от массы изготовляемой
бумаги с тем, чтобы в готовой бумаге содержание сажи состав-
ляло примерно 10%. Влияние содержания сажи на удельное
объемное сопротивление бумаги, по данным Б. Г. Милова,
Л. М. Вайсмана с сотрудниками, представлено в табл. 63.
63. Зависимость удельного объемного сопротивления
бумаги от содержания в ней сажи
Содержание сажи в бумаге, % Плотность бумаги, г/см3 Удельное объемное сопротив- ление при 20°С, Ом-см Содержание сажи в бумаге, % Плотность бумаги, г/см3 Удельное объемное сопротив- ление при 20°С, Ом-см
7,84 0,66 4,3 • 105 14,4 0,65 1,0- 10s
10,8 0,65 3,6- 10s 15,03 0,65 4,2 • 104
Б. Б. Гутман приводит сведения, относящиеся к производст-
ву и свойствам некоторых видов электропроводящей бумаги.
Наиболее стабильное электрическое сопротивление бумаги по-
лучается в случае, если электропроводящее вещество вводится
в начале процесса размола. Степень помола массы доводится до
65° ШР. После размола бумажная масса проклеивается введе-
нием 3% канифоли в виде канифольного клея и 6% сернокис-
лого алюминия от массы абс. сухих волокон. При каландриро-
вании готовой бумаги ее электрическое сопротивление снижа-
ется пропорционально увеличению удельного давления между
валами каландра.
В нашей стране выпускают два вида полупроводящей ка-
бельной бумаги, каждый с массой 1 м2 80 и 120 г. Один из ви-
дов этой бумаги предназначен для экранирования изоляции
силовых кабелей и арматуры для них напряжением 6 кВ
и выше. Эта уплотненная одноцветная бумага вырабатывается
на двухсеточной бумагоделательной машине, причем в оба слоя
вводится электропроводящий наполнитель (марки бумаги
КПУ-080 и КПУ-120). Другой вид этой бумаги предназначен
для экранирования изоляции силовых кабелей и арматуры для
них напряжением ПО кВ и выше. Это двухцветная бумага
с включением в композицию одного слоя электропроводящего
наполнителя, а другой слой вырабатывается из электроизоля-
ционной целлюлозы без добавок (марки бумаги КПДУ-080
и КПДУ-120).
Показана успешная возможность использования вместо
сажи углеродных волокон, выпускаемых с длиной 4—6 мм
и с электрическим сопротивлением 0,13—0,35 Ом-см. Примене-
ние этих волокон взамен сажи снижает в несколько раз содер-
жание наполнителя в бумаге, значительно улучшает санитарно-
гигиенические условия работы на предприятии и уменьшает
загрязнение сточных вод. При одинаковых значениях электриче-
ского сопротивления прочность полупроводящей бумаги с угле-
родными волокнами значительно больше соответствующей
прочности бумаги, содержащей в композиции сажу. Для полу-
чения бумаги надлежащего качества исходную целлюлозу под-
вергают предварительному размолу, после чего вводят
в массу углеродные волокна и затем осуществляют совместный
размол целлюлозы с углеродными волокнами. В результате
каландрирования показатели механической прочности бумаги
повышаются, а электрическое сопротивление бумаги толщиной
80 мкм, предназначенной для экранирования маслонаполненных
силовых кабелей, увеличивается в 5—10 раз [7].
И. Дрогин указывает на применение газовой сажи в произ-
водстве электропроводящих и электрочувствительных регистри-
рующих видов бумаги. Он отмечает, что при введении ее в бу-
мажную массу, находящуюся в ролле, удержание сажи в бума-
ге достигает 80%, чему способствует использование при этом
алюминиевых квасцов. В производстве электропроводящих ви-
дов бумаги рекомендуется сажу вводить в виде дисперсии
в стиролбутадиеновом латексе, содержащем до 50% твердого
вещества. Сажу в зависимости от размера ее частиц вводят
в количестве 1—2,5 части на 1 часть массы твердого вещества
в латексе. Чем крупнее частицы сажи, тем в большем количест-
ве следует вводить сажу в композицию.
Электропроводящую бумагу из небеленой сульфатной цел-
люлозы, содержащую около 10% мелкодисперсной газовой
сажи, применяют при изготовлении мощных высоковольтных
кабелей. Сердечник кабеля обматывается слоем такой бумаги,
затем несколькими слоями высоковольтной электроизоляцион-
ной кабельной бумаги и, наконец, опять несколькими слоями
электропроводящей бумаги. После пропитки изоляционным мас-
лом на кабель наносят металлическую оболочку. Газовая сажа,
находящаяся в электропроводящей бумаге, поглощает продук-
ты разложения изоляционных масел, если они образуются,
и снижает возможности их образования. Кроме того, электро-
проводящая бумага предотвращает пробои кабеля, вызванные
неравномерным распределением электрического поля.
При изготовлении электропроводящей бумаги И. Дрогин
рекомендует % всего необходимого количества газовой сажи
вводить в массу при ее размоле, небольшую часть сажи добав-
лять в напорный ящик, а остальное количество наносить на
бумагу в клеильном прессе в виде водной суспензии.
Газовая сажа с успехом может быть использована при изго-
товлении неактиничной бумаги, предназначенной для упаковки
светомаскировочной бумаги, а также для окраски и подцветки
в производстве писчей цветной, обложечной, оберточной, мешоч-
ной и других видов бумаги, в том числе бумаги-основы искусст-
венной кожи и бумаги-основы фибры.
Электрочувствительная регистрирующая бумага, также со-
держащая в композиции сажу, служит для воспроизведения на
бумаге графиков, фотографий, писем и т. п. На поверхность этой
бумаги наносят слой белого пигмента с добавкой небольшого
количества люминесцентного вещества. С помощью иглы, сопри-
касающейся с поверхностным слоем бумаги, при пропускании
электрического тока на поверхности бумаги появляется изобра-
жение в виде выжженных черных точек.
Как известно, при приеме изображения обратной стороны
Луны сигналы изображения фиксировались тремя способами:
на кинофотопленку в аппаратах магнитной записи и на специ-
альных, электроннолучевых трубках с длительным послесвече-
нием, изображение также записывалось в фототелеграфных ап-
паратах на проводящей электрический ток электрохимической
бумаге. Использовался метод открытой записи изображений, т. е.
такой фототелеграфной записи, которая производится в любых
условиях освещения и видна оператору в течение всего времени
приема изображения. Ширина бумажной ленты при этом соот-
ветствует длине строки воспроизводимого изображения. Бумага
при прохождении электрического тока дает цветную реакцию
вследствие химических превращений веществ, которыми она
Пропитана.
Другой метод размножения чертежей, документов, фотосним-
ков основан на использовании фотополупроводниковой бумаги,
технология использования которой разработана Научно-исследо-
вательским институтом электрографии Литовской ССР. Фото-
полупроводниковый слой, наносимый на поверхность бумаги,
состоит из окиси цинка и поливиннлбутираля (связующее).
Сажа в композиции этой бумаги не используется. Фотополупро-
водниковый слой при освещении светом, богатым ультрафиоле-
товыми лучами, уменьшает свое сопротивление. Это явление
и используется для целей электрофотографии.
Предварительно полупроводниковый слой с помощью корон-
ных разрядов от генератора заряжается электрическим отрица-
тельным зарядом. При экспонировании изображения на бумагу
заряды стекают с освещенных участков фотополупроводниково-
го слоя и сохраняются в затемненных местах, вследствие чего
в фотополупроводниковом слое образуется скрытое электроста-
тическое изображение, проявляющееся в виде позитивного изо-
бражения при действии сухого или жидкого электрофотографи-
ческого проявителя. Частицы проявителя несут на себе положи-
тельный электрический заряд. Изображение закрепляют путем
нагрева или путем действия органического растворителя.
К разным видам фотополупроводниковой (или иначе назы-
ваемой электрофотографической) бумаги в зависимости от ме-
тода ее использования предъявляются различные требования,
среди которых важными являются также степень электропро-
водности и стабильность свойств при изменении относительной
влажности окружающего воздуха. Для обеспечения этих и дру-
гих необходимых свойств на бумагу-основу предварительно на-
носят (обычно в клеильном прессе бумагоделательной машины)
с каждой стороны защитное покрытие массой 2—4 г/м2, состоя-
щее из гидроксиэтилированного крахмала (90% от массы абс.
сухого вещества) и карбоната кальция или каолина (10%).
Последующие электропроводящие слои массой 2—3 г/м2 на
каждую сторону обычно наносят на отдельных установках вне
бумагоделательной машины. Примерный состав электропрово-
дящего слоя: электропроводящий полимер (30% от массы
абс. сухого вещества), гидроксиэтнлированный крахмал (20%),
карбонат кальция (50%).
Так как электропроводящие полимеры обеспечивают утечку
статических зарядов, их можно использовать так же, как анти-
статики для обработки различных видов бумаги для печати, бу-
маги из синтетических волокон, специальных видов бумаги с по-
крытиями и пр. При изготовлении мелованной бумаги подобный
антистатик можно вводить в меловальную пасту в количестве
от 1 до 10% от массы абс. сухой пасты.
Глава 9
ОСОБЫЕ СВОЙСТВА БУМАГИ
И МЕТОДЫ ИХ ДОСТИЖЕНИЯ
Бумага — крылья, на которых разно-
сятся по миру мысли мудрецов.
Ал л шер Навои
9.1. ДОЛГОВЕЧНОСТЬ
9.1.1. Основные положения
С течением времени бумага, изготовленная из растительных
волокон, стареет. Этот процесс является необратимым. Он со-
провождается изменением химического состава бумаги и умень-
шением ее механической прочности. При длительном процессе
естественного старения бумаги волокна ее становятся хрупкими.
Старинные образцы бумаги, если они не реставрированы, могут
буквально рассыпаться в руках. Некоторые виды бумаги, осо-
бенно содержащие в композиции древесную массу, заметно из-
меняют свой цвет — желтеют. Точно так же может быстро из-
менить свой цвет при воздействии световых лучей бумага, окра-
шенная или с подцветкой несветостойкими красителями.
Несветостойкие чернила и несветостойкий красящий слой
копировальной бумаги вызывают ускоренное выцветание
текста документа, даже если он выполнен на долговечной
бумаге.
Старение бумаги — весьма сложный процесс, природа кото-
рого еще недостаточно выяснена, так как на ход этого процес-
са влияют многочисленные переменные факторы, и в первую
очередь род и химический состав используемых для изготовле-
ния бумаги волокнистых материалов, проклеивающих, напол-
няющих и окрашивающих веществ, pH среды (водная вытяж-
ка), условия хранения бумаги (относительная влажность и тем-
пература окружающего воздуха, характер изменений этих пере-
менных, степень воздействия на бумагу световых лучей), фак-
торы, вызывающие микробиологическое разрушение составных
частей бумаги. Поэтому под сопротивлением старению волокни-
стых материалов понимают их способность противостоять дей-
ствию внешних и внутренних факторов при продолжительном
хранении.
Изменения, которые происходят в бумаге под влиянием ее
старения, как принято считать, являются результатом совокуп-
ности указанных выше воздействий на бумагу и происходящих
реакций окисления кислородом окружающего воздуха, а также
гидролиза под действием влаги.
Считается [95, 117], что окислительные реакции в целлюлозе
могут происходить в следующих возможных направлениях (см.
схему элементарного звена макромолекулы целлюлозы):
1) окисление гидроксильной группы у первого углеродного
атома Ci конечного звена цепи с образованием в конечном слу-
чае карбоксильной группы; 2) окисление гидроксильных групп
у С2 и С3 с разрывом пиранозного кольца и образованием аль-
дегидных групп и дальнейшее возможное их окисление до кар-
боксильных групп; 3) окисление тех же гидроксильных групп
без разрыва пиранозного кольца с образованием одной или
двух кетогрупп; 4) окисление гидроксила у С6 с образованием
альдегидной группы и возможным дальнейшим ее окислением
до карбоксильной; 5) окисление с разрывом углеродной связи
между Ci и С2 t образованием группы углекислого эфира при
С{ и альдегидной группы при С2 с возможным дальнейшим ее
окислением до карбоксильной; 6) присоединение кислорода
к «кислородному мостику» между элементарными звеньями мак-
ромолекулы целлюлозы.
Скорость гидролитической деструкции обычно выше, чем
окислительной. Как установлено, совместное действие кислорода
и воды обнаруживает эффект синергизма, выражающийся
в более высокой активности, чем это следовало бы ожидать из
суммарного воздействия этих двух факторов. В процессе старе
ния уменьшается степень полимеризации целлюлозы и повыша
ется содержание низкомолекулярных фракций с карбоксильны-
ми и карбонильными функциональными группами.
В одной книге популярного характера хорошо сказано: «Гибель бума-
ги! Что может сравниться с этим бедствием? Человек отстроит города, раз-
рушенные землетрясениями. Возродится жизнь в районах, некогда погребен
ных под вулканической лавой. Очистится атмосфера, зараженная атомной
радиацией. Восполнится урон, нанесенный гибельными наводнениями, и са-
мые коварные реки, непременно возвратятся в свои берега. Гибель бумаги
куда страшней. Не зря говорят: отбери у человека воду — он умрет, отбери
бумагу — он перестанет быть человеком. Ведь вместе с бумагой погибло бы
самое главное достояние людей — цивилизация, которая создавалась на про
тяжении тысячелетий. И, как знать, может быть, все это отбросило бы че-
ловечество далеко назад к тем временам, которые мы называем теперь до-
историческими».1
Эта выдержка приведена' не случайно. К сожалению, бумага гибнет не
так уж медленно, и особенно современная. Гибнут те документы, которые
на ней написаны, напечатаны, вычерчены или нарисованы. К счастью для
человечества, гибель бумаги происходит во всем мире постепенно, а не од-
новременно. Чтобы на какой-то период времени продлить срок жизни доку-
ментов и книг, их периодически реставрируют или снимают с них копии
и перепечатывают. Но копия — это уже не подлинник. Да и снятие копий
и перепечатка старых изданий связаны с затратой больших государственных
средств и с расходом бумаги.
1 Б. Грин. Белые рулоны. Пермь, 1965. 88 с.
( Каким это парадоксальным ни кажется, но с развитием техники все
большее количество выпускаемой в мире бумаги отличается пониженной
долговечностью. Объясняется это прежде всего применением в массовых ко-
личествах новых дешевых и малодолговечных полуфабрикатов.
Старинные рукописи, написанные на папирусе, отличаются чрезвычайно
'* большой долговечностью. Известно, например, что в Парижской националь-
ной ‘библиотеке хранится свиток папируса, насчитывающий свыше 5500 лет.
Сравнительно не многим отличается долговечность папирусов, хранящихся
в Ленинградском Эрмитаже. Достаточна высока долговечность у многих piy-
В кописей, написанных на тряпичной бумаге и подвергнутых поверхностной
проклейке.
С появлением в 70-х годах прошлого столетия древесной сульфитной
целлюлозы и применением ее для изготовления бумаги долговечность бумаги
резко снизилась. Это связано с тем, что. сульфитная целлюлоза получается
в результате варки древесины с кислотой и имеет кислую среду водной
вытяжки.
•Ко второй половине XIX в. относится также широкое применение дре-
весной массы — еще более дешевого полуфабриката, содержащего все ком-
поненты древесины, в том числе и такой легко изменяющийся во временя,
как лигнин1. Современная газетная бумага, содержащая в основном в ком-
позиции древесную массу, как известно, является 'наименее долговечной бу-
магой: она быстро желтеет, становится хрупкой.
В настоящее время все большее распространение начинает
приобретать применение в качестве полуфабрикатов бумажного
производства таких промежуточных продуктов между целлю-
лозой и древесной массой, как целлюлоза высокого выхода, по-
луцеллюлоза, химическая древесная масса. Все эти продукты
отнюдь не способствуют удлинению сроков службы бумаги
и бумажных документов, а скорее, наоборот, относятся к полу-
фабрикатам, вызывающим быстрое старение бумаги, изготов-
ляемой с их применением.
Еще в 1935 г. на Международном конгрессе публичных биб-
лиотек отмечалось плохое качество современной бумаги, вслед-
ствие которого недавние издания стали более редкими, чем ин-
кунабулы.
Исследования, проведенные в США, показали, что 90% со-
временной бумаги, предназначенной для печатания книг, имеет
срок службы менее 50 лет.
Газетная бумага, состоящая в основном из волокон древес-
. ной массы, и отпечатанные на этой бумаге газеты, как указано
выше, особенно быстро подвергаются процессу старения. Даже
1 год естественного старения, по данным японского источника,
вызывает существенные изменения в их свойствах (табл. 64).
Из данных таблицы видно, что после 1 года хранения газет-
ная макулатура заметно повышает жирность своей массы, что
приводит к замедлению процесса обезвоживания этой массы.
Однако одновременно отмечается резкое снижение меха-
нической прочности бумаги, вызванное вследствие старения не-
обратимыми изменениями в свойствах газетной макулатуры как
полуфабриката для производства бумаги.
Термостойкость является одним из основных показателей,
характеризующих долговечность материала. Известно, что об-
64. Изменение свойств газетной макулатуры
в течение 1 года ее хранения
Показатель Величина показателей Изменение, %
до старения после старения
Садкость массы, единицы Канадско- го стандарта 312 292 - 6,4
Продолжительность обезвоживания, относительные единицы 104 140 +34,6
Выход, % 90,8 75 -17,4
Плотность, г/см3 0,48 0,49 + 2,1
Относительное сопротивление про- давливанию, Х98 кПа 0,74 0,38 -48,6
Разрывная длина, км 1,93 1,48 -23,3
Поверхностная прочность, относи- тельные единицы 2,6 2,2 -15,4
щепринятые методы определения долговечности бумаги и мно-
гих других материалов основаны на испытании их свойств при
искусственном старении в термостате с повышенной температу-
рой. Поэтому повышенной термостойкостью материала и харак-
теризуется повышенная его долговечность.
Л. Гетшинг и Л. Нордман считают, что изменения в содер-
жании лигнина и ионов железа в сульфатной небеленой целлю-
лозе не вызывают значительного снижения ее термостойкости,
которое наблюдается при понижении pH водной вытяжки бума-
ги из-за действия сернокислого алюминия. Они указывают, что
о термостойкости мешочной бумаги можно судить по измене-
нию ее медного числа, так как между этими показателями суще-
ствует удовлетворительное соответствие. Такое же соответствие
между термостойкостью и степенью полимеризации целлюлозы
наблюдается в определенном интервале степени полимеризации.
По данным А. Е. Кимберли, воздействие на бумагу серни-
стого газа в течение 240 ч при концентрации его от 0,000002 до
0,000009 части по массе на одну часть воздуха влечет за собой
потерю до 40% механической прочности бумаги. В. Н. Лангуелл
считает, что одной из основных причин разрушения бумаги
является поглощение ею сернистого газа, находящегося в воз-
духе, и накопление в бумаге сульфатов и свободной серной кис-
лоты вследствие каталитического действия некоторых катионов
золы волокон. Такой вывод указанный автор сделал на осно-
вании наблюдений за состоянием книг, хранящихся в библиоте-
ках. Им же установлено, что сульфаты скапливаются главным
образом на краях листа, т. е. наиболее удобных для доступа
атмосферного воздуха местах книги.
Результаты проведенных наблюдений позволили Лангуеллу
рекомендовать новый способ испытания бумаги на долговеч-
ность, основанный на способности бумаги воспринимать сульфа-
ты из атмосферы, содержащей около 0,5% SO2 при наличии
в ней избытка кислорода.
Для защиты бумаги от разрушения Лангуелл рекомендует
удалять из бумажной массы ионы металлов, являющиеся ката-
лизаторами окисления. Кроме того, он считает целесообразным
покрывать поверхность бумаги защитными лаками и пленками,
вводить тем или иным способом в бумагу ингибиторы, действу-
ющие обезвреживающим образом на катализаторы окисления,
а также применять кондиционирование воздуха в книгохрани-
лищах с созданием в них атмосферы, свободной от SO2. В ка-
честве ингибитора он рекомендует использовать 0,5%-ный вод-
ный раствор двунатровой соли этилендиаминтетрауксусной кис-
лоты. Бумага, погруженная на 30 мин в этот раствор, после
отжима и сушки приобретает при ее хранении своеобразный им-
мунитет к разрушающему действию атмосферного сернистого
газа. Такую бумагу, как считает Лангуелл, можно сохранять
сотни лет.
Г. А. Рихтер указывает, что повышенная концентрация кис-
лорода в окружающей среде способствует ускорению процесса
старения растительных волокон. Увеличение влажности окру-
жающей среды ускоряет старение. Опыты, проведенные
Г. А. Рихтером, показали, что атмосфера углекислого газа так-
же способствует ускоренному старению бумаги, сопровождаю-
щемуся снижением ее механической прочности. Так, при воз-
действии на бумагу ультрафиолетовых лучей в атмосфере
углекислого газа отмечалась большая потеря ее механической
прочности по сравнению с результатами опытов воздействия
ультрафиолетовых лучей на бумагу в среде водорода.
В. Д. Магор провел в сравнимых условиях опыты нагревания
целлюлозы в атмосфере кислорода и азота. Установлено, что
при нагревании в среде кислорода при температуре 170° С более
значительно снижается степень полимеризации целлюлозы по
сравнению с нагреванием в среде азота. Было отмечено, что
в результате нагревания в атмосфере кислорода на протяжении
36 ч на каждые 100 глюкозных единиц образуется одна карбок-
сильная группа, тогда как при нагревании с азотом в подобных
условиях карбоксильные группы вообще не образуются. Коли-
чество образующихся карбонильных групп было значительно
большим при нагревании с кислородом, чем с азотом. Одновре-
менно оказалось, что при нагреве в среде кислорода образуется
некоторое количество углекислого газа, окиси углерода и воды.
При изучении термической деструкции целлюлозы Ш. Херна-
Ди [155] применил прибор динамоксметр, который измеряет
поглощение кислорода образцом при термическом воздействии
(или при освещении ксеноновой лампой) с одновременным из-
мерением количества выделяющегося углекислого газа вследст-
вие разложения целлюлозы. Было установлено, что при старе-
нии различных видов целлюлозы в атмосфере кислорода при
повышенных температурах скорость окисления, поглощение кис-
лорода и выделение углекислого газа зависят, кроме значения
температуры и продолжительности воздействия, от вида целлю-
лозы и от ее химического состава. На рис. 133 в качестве при
мера, по данным Ш. Хернадп, показаны кинетические кривые
поглощения кислорода и выделения углекислого газа в случае
термообработки беленой сульфатной целлюлозы при темпера
Рис. 133. Кинетические кривые поглоще-
ния кислорода (1) и выделения углекис-
лого газа (2) в процессе термообработки
целлюлозы при температуре 180° С
туре 180° С. Видно, что вначале происходит быстрое окисление,
потом эта реакция замедляется, спустя 3,5 ч окисление снова
ускоряется и после этого протекает с очень большой скоростью.
Выделение углекислого газа начинается не сразу, а только
спустя некоторое время, но потом его накопление растет моно
тонно. Автор считает, что при термической обработке в присут-
ствии кислорода одновременно происходят две конкурирующие
реакции — расщепление глюкозидных связей и окисление гид
роксильных групп. Эти реакции происходят параллельно, но
вначале преобладает реакция расщепления. При увеличении
термического воздействия постепенно усиливается окисление
и целлюлоза окрашивается более интенсивно.
К. Кинцнер изучал влияние влажности целлюлозы при хра-
нении на изменение свойств этой целлюлозы в результате ее
старения. Он отмечает, что некоторые свойства небеленой
сульфитной целлюлозы, имеющей сухость всего лишь 35—45%,
заметно изменяются уже за 2—4 сут транспортировки этой цел-
люлозы от целлюлозного завода до бумажной фабрики. При
этом в летнее время целлюлоза приобретала относительно низ-
кие показатели разрывной длины и белизны и более высокие
показатели сопротивления раздиранию. В зимние месяцы
наблюдалась обратная картина: повышенные показатели раз-
рывной длины и белизны и более низкие показатели сопротив-
ления раздиранию. В меньшей степени изменялись показатели
механической прочности при хранении влажной целлюлозы
в случаях использования сульфатной целлюлозы. Повышение
температуры при хранении влажной целлюлозы приводит
к ускорению процесса старения.
Добавки щелочи, восстановителей и забуферивающих ве-
ществ стабилизируют процесс и не приводят к значительному
изменению свойств хранимой влажной целлюлозы. При добав-
ке 1 % сульфита натрия показатели прочности могут оставаться
постоянными при хранении влажной целлюлозы в течение 3 не-
дель. С применением бисульфита натрия для одинаковой стаби-
лизации необходима добавка его в размере 3%. В тех случаях,
когда увеличение зольности целлюлозы не является противо-
показанным, рекомендуется в качестве наиболее целесообраз-
ной добавки использовать свежеосажденный карбонат кальция
в количестве 0,5—1,0%.
По-видимому, старение влажной целлюлозы связано с про-
текающими при этом гидролитическими процессами, оказываю-
щими преимущественное влияние на гемицеллюлозы. Так как
добавки восстановителей уменьшают снижение разрывной дли-
ны целлюлозы, можно полагать, что наряду с протекающими
гидролитическими процессами играют известную роль и имею-
щие одновременно место окислительные процессы.
Бумага, изготовленная из 100% небеленой сульфитной цел-
люлозы, обладает невысокой термостойкостью из-за низкого
значения pH этой бумаги и специфического действия условий
кислотной варки на растительные волокна. Вследствие этого
бумага из небеленой сульфитной целлюлозы является относи-
тельно недолговечной.
Утверждение о том, что бумага из небеленых волокон расти-
тельного происхождения недолговечна, нельзя признать пра-
вильным. Достаточно напомнить свитки папируса, долговечность
которых ни у кого не вызывает сомнения и которые изготовля-
лись из растительных волокон, не подвергавшихся отбелке.
К этому следует добавить, что окисляющее действие некоторых
белящих веществ нередко даже способствует ускоренному раз-
рушению целлюлозных волокон.
Как известно, предъявляются высокие требования к электро-
изоляционным свойствам конденсаторной бумаги. Вместе
с этим, как указывает В. Т. Ренне, теплостойкость бумаги имеет
большое значение для оценки ее пригодности в конденсаторо-
строении, особенно при изготовлении конденсаторов, работаю-
щих при повышенной температуре. Он считает, что определять
теплостойкость совершенно необходимо для сравнительной
оценки качества образцов конденсаторной бумаги, изготовлен-
ных из различных полуфабрикатов. Одновременно он отмечает,
что электроизоляционная бумага из сульфатной целлюлозы об-
наружила повышенную теплостойкость и повышенную стойкость
против старения по сравнению с тряпичной бумагой.
Б. Э. Товбин указывает, что в лаборатории одного завода
изучались образцы бумаги из сульфатной целлюлозы и льняной
массы при искусственных условиях старения. Были определены
изменения вязкости медно-аммиачного раствора клетчатки
в зависимости от длительности старения (при 105° С в термо-
стате). Сопоставление кривых для льняной и сульфатцеллюлоз-
ной бумаги позволяет сделать вывод, что целлюлозная бумага по
Данному показателю не уступает тряпичной. Аналогичные выво-
ды можно сделать при рассмотрении кривых изменения числа
двойных перегибов бумаги в зависимости от длительности ста-
рения в тех же искусственных условиях.
Вопросам старения тряпичных и сульфатцеллюлозных видов
конденсаторной бумаги посвящена работа Л. И. Журиной. Ее
опыты старения бумаги производились в широком диапазоне
температур (110—150° С) и длились от 60 ч до 25 сут. При этом
исследовалось изменение механической прочности бумаги и вяз-
кости медно-аммиачного раствора волокон. Было установлено,
что сульфатцеллюлозная бумага имеет более высокую
механическую' прочность и более устойчива к термическим
воздействиям по сравнению с тряпичной конденсаторной
бумагой.
В работе Ю. В. Корицкого и др. приведены данные опытов
искусственного старения сульфатцеллюлозной и тряпичной
(льняной) конденсаторной бумаги при температуре 105° С
и в течение 72, 240, 350 и 480 ч. Опыты проводились в то время,
когда практически еще не применялись специальные методы из-
готовления термостойкой электроизоляционной сульфатной цел-
люлозы. Тем не менее данные опытов не позволили сделать
вывода о большей термической стойкости тряпичной конденса-
торной бумаги по сравнению с конденсаторной бумагой из
сульфатной целлюлозы.
Ю„ В. Корицкий в другой работе писал, что сульфатная
бумага не уступает по старению при 105 и 110° С тряпичной
бумаге. Он отмечает также, что более быстрое уменьшение вяз-
кости медноаммиачного раствора сульфатцеллюлозной бумаги
по сравнению с тряпичной не является показателем меньшей
термостойкости. Материалы достаточно термостойкие, с боль-
шей начальной вязкостью иногда обнаруживают более быстрое
ее снижение в первое время старения. Наиболее характерной
точкой кривой снижения вязкости является переход от круто-
снижающегося ее участка к участку, идущему почти параллель-
но оси абсцисс. Эта точка и для сульфатной и для тряпичной
бумаги была получена через одно и то же время искусственно-
го старения.
С. Е. Горностайпольский указывает, что исследованиями
проведенными еще в довоенное время, было показано преиму
щество целлюлозной бумаги перед тряпичной как по термостой-
кости, так и по сроку службы конденсаторов.
В. Т. Ренне приводит сведения из зарубежной литературы
о сравнении тряпичной и целлюлозной конденсаторных видов
бумаги, а также данные собственных наблюдений. Он пишет,
что тряпичная бумага полностью не вытеснена, что объясняется
техническим консерватизмом отдельных фирм, накопивших мно-
голетний опыт работы с конденсаторами из тряпичной бумаги.
Ссылаясь на работу Мак Лина и Утена по исследованию кати-
онного обмена в целлюлозных материалах, он указывает, что
сульфатцеллюлозная бумага обладает большей способностью
к обменным реакциям, чем льняная бумага; из-за этого первая
проявляет свойство нейтрализовать кислые растворы в значи-
тельно большей степени.
Ссылаясь на другую работу Мак Лина и его соавторов,
В. Т. Ренне отмечает, что при сравнительных исследованиях
льняной и сульфатцеллюлозной бумаги наилучшие партии
льняной бумаги по своему поведению приближались к наихуд-
шим образцам сульфатной бумаги.
Т. А. Правилова, ссылаясь на статью М. Фаульхабера
и К. Петшика, пишет, что из сульфатной целлюлозы определен-
ного состава и свойства можно получать бумагу, долговечность
которой не уступает тряпичной.
О. Рисснер особо подчеркивает, что химически нейтральная
конденсаторная бумага характеризуется не только низкими ди-
электрическими потерями, но и повышенной устойчивостью
к старению.
Некоторые авторы отмечают снижение долговечности бума-
ги от присутствия в ней металлических ионов, особенно марган-
ца, меди, кобальта и железа. Спектральный анализ показал, что
содержание железа в золе конденсаторной бумаги из небеленой
сульфатной целлюлозы составляло 1,5%, а в золе конденсатор-
ной бумаги из беленого льняного волокна колебалось для раз-
ных образцов в пределах от 4,5 до 8,5%; содержание меди в зо-
ле указанных видов конденсаторной бумаги было примерно
одинаковым и составляло 1,2—1,48%. Таким образом, одной из
причин относительно пониженной термостойкости исследован-
ного образца бумаги из беленого льняного волокна, по-видимо-
му, может быть высокое содержание в ней солей железа. Об-
щая зольность испытанных образцов бумаги из небеленой суль-
фатной целлюлозы была примерно в 2 раза выше, чем из
беленого льняного волокна, что само по себе не оказывает су-
щественного влияния на термостойкость бумаги.
Как показывают все приведенные выше данные, соответст-
вующая обработка сульфатной целлюлозы для выработки элек-
троизоляционных видов бумаги обеспечивает этим видам бума-
ги термостойкость, в большинстве случаев превышающую соот-
ветствующую термостойкость и долговечность белой конденса-
торной бумаги из льняных волокон. Это обстоятельство наряду
с другими послужило причиной повсеместного перехода при
изготовлении конденсаторной бумаги от применения льняных
волокон к использованию небеленой сульфатной целлюлозы.
Конденсаторная бумага из небеленой сульфатной целлюло-
зы уже длительное время используется в практике реставрации
старинных документов.
Проведенное Т. М. Субботиной обследование состояния до-
кументов, реставрированных за последние 25 лет с использова-
нием конденсаторной бумаги из небеленой сульфатной целлю-
лозы, показало, что она продолжала сохранять документ
и внешне оставаться без изменений.
Поскольку конденсаторная бумага из небеленой сульфатной
целлюлозы может быть использована в качестве реставрацион-
ной в ограниченных случаях из-за своего коричневого оттенка,
необходимо было исследовать возможность использования беле-
ной сульфатной целлюлозы для изготовления реставрационной
бумаги, которая должна отвечать следующим требованиям:
быть тонкой, чтобы заметным образом не утолщать реставрируемый
документ или книгу; отличаться долговечностью, чтобы обеспечить дли,тель
ный арок службы документа или книги после их реставрации; быть проз
рачной, чтобы сквозь нее хорошо просвечивал текст документа; не прида-
вать реставрируемому документу чрезмерную жесткость; быть по возмож-
ности биостойкой, чтобы обеспечить устойчивость документа к действию
плесневых грибов; немного деформироваться при намокании и последую-
щем высыхании и легко обеспечивать осуществление реставрационных работ.
Произведенные в лабораторных и в производственных усло-
виях опыты показали, что бумага из 100% беленой сульфатной
целлюлозы обнаружила высокую термостойкость и по заключе-
нию Лаборатории консервации и реставрации документов Ака-
демии наук СССР была признана вполне пригодной для исполь-
зования при реставрации документов. Эта бумага, так же как
и другой вид реставрационной бумаги — длинноволокнистая
равнопрочная, практически применяется при реставрации доку-
ментов.
Многочисленными исследованиями установлено, что показа-
тель сопротивления бумаги излому является наиболее чувстви-
тельным для суждения о старении бумаги. Так, например,
Г. А. Рихтер в выводах своей работы пишет, что если бумага
подвергается действию солнечного света, то потеря механиче-
ской прочности по сопротивлениям разрыву, раздиранию и про-
давливанию незначительна по сравнению с соответствующей
потерей в сопротивлении излому. Эта закономерность подтвер-
ждается в работах И. И. Ковалевского, Н. П. Тихонова и дру-
гих исследователей.
Известно, что повышенная кислотность водной вытяжки бу-
маги, выражаемая в единицах pH, является одним из основных
факторов, вызывающих ускоренное старение бумаги. Низкое
значение pH среды в клееных видах бумаги обусловлено в пер-
вую очередь сернокислым алюминием, который обычно исполь-
зуется при проклейке бумаги. Наличие других примесей кислот-
ного характера, а также использование даже хорошо отмытой
от сульфитного щелока сульфитной целлюлозы — все это влечет
за собой повышение активной кислотности бумаги и снижение
ее долговечности. Именно поэтому для выработки долговечных
документных видов бумаги рекомендуется проклеивать бумагу
в слабощелочной или в нейтральной среде с использованием
в качестве проклеивающих веществ димеров алкилкетена
и алюмината натрия. Установлено [25], что поверхностная об-
работка бумаги димерами алкилкетена более эффективна, чем
введение этого химиката в массу. Некоторые наполнители,
особенно мел, снижают активную кислотность бумаги и служат
в качестве буфера и стабилизатора при ее старении. Продукты
окисления целлюлозы также при этом нейтрализуются вследст-
вие ионообмена между водородом их карбоксильных групп
и катионами соответствующих солей наполнителей. Этими реак-
циями пользуются при консервации бумаги путем ее пропитки
водными растворами бикарбонатов кальция и магния. Непро-
реагировавшие кислые соли во время сушки под действием
углекислого газа воздуха превращаются в карбонаты СаСОз
и MgCOs, приобретающие роль буфера и стабилизатора даль-
нейшего старения, при котором в результате окислительных
процессов кислотность бумаги обычно увеличивается.
Работой американских исследователей И. Вильямса, С. Фов-
лера, М. Лиона и Т. Меррила [228] установлено, что наличие
в бумаге катионов меди, кобальта и железа оказывает катали-
тическое действие на окислительную деструкцию бумаги. При
этом наблюдается быстрое старение бумаги, наглядно характе-
ризуемое увеличением ее ломкости. Авторы считают, что при-
менение MgCOs в качестве стабилизатора бумаги обеспечивает
лучшее защитное действие, чем применение СаСОз. В практике
часто применяют смесь этих веществ. При этом пользуются
смесью насыщенных растворов бикарбонатов кальция и маг-
ния, взятых в соотношении 1:10.
Не ускоряет старения бумаги и использование в качестве
наполнителя каолина. Каолин, и особенно мел, задерживает при
старении рост медного числа бумаги. При этом наполнители
необходимо вводить в бумагу в таком количестве, чтобы значи-
тельно не снизить ее показатели механической прочности,
т. е. бумага должна обладать достаточно большим запасом по-
тенциальной механической прочности, снижаемой в процессе
старения бумаги.
А. П. Закощиков в составленном обзоре факторов, оказы-
вающих влияние на долговечность бумаги, отмечает, что для
старения бумаги кислотность значительно важнее, нежели вид
волокон, из которых она изготовлена. С этим следует согласить-
ся. Тем не менее и вид волокнистого материала, из которого
изготовлена бумага, в значительной степени определяет срок
службы бумаги.
Наименее долговечной из полуфабрикатов бумажного произ-
водства является древесная масса, а также все промежуточные
продукты между белой древесной массой и целлюлозой (хими-
ческая древесная масса, полуцеллюлоза, целлюлоза высокого
выхода), т. е. все полуфабрикаты, имеющие в своем составе
значительное количество лигнина, и особенно полученные
в условиях кислой среды.
В связи с кислотным характером, низкой термостойкостью
и большим количеством трещин на поверхности волокон непри-
годным полуфабрикатом для изготовления долговечных видов
бумаги является сульфитная целлюлоза.
Повышенные показатели термостойкости и долговечности
65. Изменение некоторых показателей физико-механических
свойств бумаги (масса 1 м2 —100 г) в процессе
термического старения при 120° С (по данным Г. А. Иванова)
Показатель Изменение показателей, %, при времени старения, сут
0 0,75 1,5 3,0 4,5 6,0
Бумага плотностью 0,57 г/см3 из беленой хлопковой целлюлозы
Сопротивление: излому 100 109 112 118 118 109
раздиранию 100 99 100 98 96 94
Нулевая разрывная длина 100 102 106 100 96 93
Модуль упругости 100 104 110 116 118 124
Жесткость 100 105 111 119 122 127
Влагопрочность 100 155 187 358 490 513
Водопоглощение 100 77 77 69 67 68
Бумага плотностью 0,75 г/см3 из беленой сульфатной целлюлозы из сосны
Сопротивление:
излому 100 91 83 73 67 62
раздиранию 100 85 82 75 71 62
Нулевая разрывная длина 100 96 91 89 85 84
Модуль упругости 100 105 113 114 135 145
Жесткость 100 104 112 113 133 164
Влагопрочность 100 153 207 372 400 458
В одопоглощение 100 88 82 75 72 70
Бумага плотностью 0,8 г/см3 из беленой сульфатной
целлюлозы из березы
Сопротивление: излому 100 58 22 9 6 2
раздиранию 100 95 86 80 65 57
Нулевая разрывная длина 100 88 87 84 80 78
Модуль упругости 100 105 108 115 126 137
Жесткость 100 106 108 114 119 138
Влагопрочность 100 364 543 642 707 785
Водопоглощение 100 55 54 48 45 40
обнаружила сульфатная хвойная целлюлоза. Ее долговечность
во много раз превышает долговечность сульфатной лиственной
целлюлозы.
Наименьшие изменения показателей механической прочности
в условиях искусственного термического старения бумаги были
обнаружены у бумаги из хлопковой и льняной массы. При этом
льняная масса хотя и обнаружила по сравнению с хлопковой
несколько меньшую стабильность при старении показателей ме-
ханической прочности и медного числа, тем не менее она обес-
печивает получение бумаги с большим потенциальным запасом
механической прочности, особенно по сопротивлению излому
(табл. 65).
Как видно из таблицы, в процессе искусственного старения
бумаги в дополнение к уже указанным выше изменениям ее
свойств отмечается снижение гидрофильности целлюлозы (ха-
рактеризуемое снижением степени водопоглощения), повышение
влагопрочности, жесткости и модуля упругости бумаги. Отмеча-
ется и некоторое снижение прочности исходных волокон, о чем
можно судить по снижению показателя нулевой разрывной
длины.
Из подвергавшихся испытаниям трех видов целлюлозы на-
именее термостойкой оказалась беленая сульфатная целлюлоза
из березы, волокна которой заметно снизили свою механиче-
скую прочность. Бумага с использованием этой целлюлозы об-
наружила наибольшее по сравнению с другими снижение сопро-
тивлений излому и раздиранию.
Термостойкость бумаги из хлопковой целлюлозы (если су
дить по изменению показателя сопротивления излому) оказа
лась наиболее стабильной. Изменение числа двойных перегибог
этой бумаги находилось в пределах погрешности метода опре-
деления указанного показателя. Однако запас потенциальной
прочности по сопротивлению излому был у этой бумаги значи-
тельно ниже, чем у бумаги из беленой хвойной сульфатной цел-
люлозы (34 двойных перегибов у исходной хлопковой бумаг!
и 1622 двойных перегибов у исходной бумаги из хвойной суль
фатной целлюлозы).
При изучении изменения в процессе старения бумаги степе
ни ее растворимости в растворах едкого натра (содержание
а-, р-, у-целлюлоз) Е. Я. Перльштейн установила, что наиболь
шую стабильность обнаружила льняная масса, затем сульфат
ная беленая целлюлоза, далее хлопковая масса и наименьшую—
сульфитная беленая целлюлоза. Проклейка бумаги ка
нифольным клеем с применением сернокислого алюминия, суд!
и по изменению этих показателей химической стойкости, усили
вает деструкцию целлюлозы, что подтверждается и данным!
оптических исследований Д. П. Эрастова, а также определен™
изменения медного числа (данные Т. В. Алексеево!
и Н. Г. Беленькой) и средней степени полимеризации (данные
Е. Я. Перльштейн).
Примерно те же зависимости были получены в условиях ис-
кусственного старения бумаги при одновременном воздействии
тепла (/=80° С) и влаги (относительная влажность воздуха
73%).
Изменение средней степени полимеризации волокон, из кото-
рых состоит бумага, в значительной степени характеризует про-
цессы, происходящие в бумаге при ее искусственном термиче-
ском и световом старении. В обоих случаях снижается средняя
степень полимеризации волокон. При этом скорость деструкции
высокомолекулярных фракций превосходит скорость деструкции
низкомолекулярных.
Показатели механической прочности бумаги и ее долговеч-
ность в значительной степени зависят также от режима отбел-
ки исходных волокнистых материалов. Наши наблюдения с ис-
пользованием хлопка в качестве исходного волокнистого мате-
риала показали, что отбелка хлопковой полумассы двуокисью
хлора по сравнению с отбелкой гипохлоритом кальция оказыва-
ет на волокна более мягкое воздействие. Это положительным
образом сказывается на физико-механических свойствах бумаги
и ее долговечности.
При отбелке сульфатной целлюлозы с использованием дву-
окиси хлора также обнаруживаются известные преимущества:
возможно получить беленый продукт, который при искус-
ственном старении отличается повышенной стабильностью бе-
лизны.
9.1.2. Использование синтетических полимеров
и модифицированных целлюлозных волокон
для повышения долговечности бумаги
За последние годы в области получения долговечных видов
бумаги достигнуты значительные успехи. Одиако детали техно-
логии производства подобных видов бумаги обычно не описы-
ваются.
Известно, что в Швейцарии разработана технология изготов-
ления долговечной бумаги «синтозил» из синтетических волокон
найлона и др. Эта бумага отличается высокими показателями
механической прочности, влагопрочности, печатных свойств,
отсутствием линейной деформации при увлажнении. Она не
пылит и поверхность ее совершенно не подвергается выщипыва-
нию при использовании для печати красок различной вязкости.
Высокие показатели качества бумаги синтозил позволили ее
в первую очередь использовать для изготовления морских и по-
левых карт. В табл. 66 приведены сравниваемые данные о каче-
стве картографической бумаги обычной и из волокон синтозил.
Бумага «синтозил» является кислото- и щелочестойкой. Ее
обработка 12%-ным раствором NaOH или 4%-ным раствором
соляной кислоты в течение 48 ч при температуре 20° С не ока-
66. Показатели качества картографической бумаги
из растительных и синтетических волокон
Показатель Бумага
синтозил обычная
Разрывная длина, м:
в воздушно-сухом состоянии 4400 4750
во влажном состоянии 2500 350
Удлинение при разрыве в воздушно-сухом со- стоянии, % Сопротивление продавливанию, Х98 кПа: 8,70 6,57
в воздушно-сухом состоянии 2,76 2,02
во влажном состоянии 2,25 0,23
Число двойных перегибов Сопротивление надрыву, Х98 мН: 64 405 1412
в воздушно-сухом состоянии 218,4 99,8
во влажном состоянии 415,1 58,4
зывает на бумагу заметного действия. При этом на */з повыша
ются показатели удлинения бумаги при разрыве и сопротивле
ния надрыву. Повышение прочности бумаги «синтозил» был*
отмечено также в результате ее обработки мыльным раствороь
(5 г/л) при температуре 60° С.
Бумагу «синтозил» можно использовать для изготовления
чертежей и документов длительного хранения. Проводятся
исследовательские работы в области применения бумаги сии
тозил в качестве денежной, а также для изготовления высоко
прочной тары, переплетных и слоистых материалов.
В работе М. Г. Бланк показано, что значительное упрочне
ние бумаги с повышением ее долговечности достигается при ис
пользовании в композиции поливинилспиртовых волокон. Эт
упрочняющее действие указанных волокон наиболее замети
в случае, когда они вводятся в бумажную массу, состоящую и
хлопковых волокон. Получаемая при этом бумага проявляе
термостойкость в условиях теплового искусственного старениг
устойчивость к действию высокой концентрации сернистого газг
Опа оказалась по сравнению с бумагой только из хлопковы
волокон более стабильной к действию многократных колебани
в больших пределах относительной влажности воздуха и темпе
ратуры и к замораживанию при температуре —18° С.
Полученные положительные результаты применения полг
винилспиртовых волокон в композиции бумаги позволили реке
мендовать их использование в количестве 10% от массы во:
душно-сухих хлопковых волокон для реставрации документе
методом их доливки взамен утраченных частей документа. Эта
рекомендация была реализована и хорошо себя оправдала
в реставрационной практике. При этом было установлено, что
указанная добавка волокон ПВС практически не изменяет pH
бумаги и соответствующие показатели ее гигроскопической
влажности.
Последующая работа [12] показала, что при взаимодейст-
вии бумаги из хлопковых волокон с полимерными соединения-
ми (например, с поливиниловым спиртом) проявляется исклю-
чительное свойство хлопковых волокон образовывать с полиме-
рами весьма прочные соединения при значительном усилении
в бумаге межволоконпых связей. Полимер вводится в бумагу
в виде термоплавких волокон или наносится на поверхность бу-
маги из раствора. В последнем случае предпочтительнее поль-
зоваться горячими растворами с предварительным активирова-
нием бумаги поверхностно-активным веществом. Бумага из во-
локон древесной целлюлозы может быть подобным образом так-
же упрочнена, но не в столь значительной степени, как бумага
из хлопковых волокон. Можно предположить, что низкомолеку-
лярные фракции в растительных волокнах препятствуют обра-
зованию при наличии полимера прочных межволоконных свя-
зей. Повышение исходной прочности бумаги приводит к сохра-
нению существенного запаса прочности в процессе старения
бумаги, что обеспечивает ее повышенную долговечность.
Опыты Б. Б. Томаса по модификации свойств целлюлозы
и изготовляемой из нее бумаги путем мерсеризации и последу-
ющего оксиэтилирования целлюлозы свидетельствуют о пер-
спективности применения такой целлюлозы для изготовления
долговечных документных видов бумаги. Исходным материалом
служила беленая сульфатная целлюлоза, которая подвергалась
мерсеризации под влиянием 18% -ного раствора NaOH. После
размола мерсеризованная целлюлоза в закрытом сосуде под-
вергалась действию окиси этилена до присоединения примерно
4% оксиэтильных групп. Обработанную подобным образом цел-
люлозу нейтрализовали, промывали и высушивали. При мерсе-
ризации гемицеллюлозы переходят в раствор. Вследствие этого
размол мерсеризованной целлюлозы протекает медленно, а по-
лучаемая из этой целлюлозы бумага отличается пониженными
показателями плотности, прозрачности, сопротивлений разрыву,
продавливанию и излому. Возрастают пористость бумаги и ее
воздухопроницаемость. Удаление при мерсеризации из волокон
технической целлюлозы низкомолекулярных компонентов приво-
дит к образованию в структуре волокон пустот, ограничивающие
стенки которых под влиянием усадки при сушке смыкаются
с образованием дополнительных водородных связей, что приво-
дит к укреплению структуры волокон. Именно всем этим объяс-
няется тот факт, что в результате мерсеризации целлюлозы
повышается сопротивление бумаги раздиранию. Удаление при
мерсеризации остаточного лигнина и некоторых других компо-
нентов целлюлозы, ускоряющих ее старение, благоприятным
образом отражается на долговечности бумаги. Однако для вы-
работки долговечных документных видов бумаги необходимо,
чтобы отсутствовало то значительное снижение механической
прочности бумаги, которое наблюдается в результате мерсери-
зации целлюлозных волокон. Как показали исследования
Б. Б. Томаса, обработка волокон целлюлозы в щелочной среде
окисью этилена дает возможность получить из таких волокон
бумагу, отличающуюся высокими показателями механической
прочности и сопротивлению старению.
67. Характеристика исходной, мерсеризованной и оксиэтилированной
беленой сульфатной целлюлозы из сосны
Показатель Целлюлоза
исход- ная мерсеризованная оксиэтилированная (3,8—4,2% окиси этилена)
влаж- ная высу- шенная
Степень помола, ° ШР 10 40 40 15 25 40
Продолжительность размо- 62 94 96 62 102 133
ла, мии
Сопротивление:
продавливанию, относи- тельные % 103 61,6 56,2 85 100 116,5
раздиранию, относитель- ные % 100 119,7 122,2 158 125,4 102,5
излому, по прибору MIT 930 490 350 1300 1600 3950
Разрывная длина, м 8800 5150 4600 6500 7400 8200
Усадка, % 7,7 8,8 8,0 11,0 13,0 16,0
Непрозрачность, % 62,5 67,5 70,0 55,5 52,5 47,5
Плотность, г/см3 0,65 0,56 0,55 0,63 0,70 0,7€
Растяжимость, % 3.0 3,0 5,6 5,6 6,0 7,0
В табл. 67 представлены основные показатели исходной, мер-
серизованной и оксиэтилированной беленой сульфатной целлю-
лозы из сосны. В табл. 68 приведены показатели исходно?
и оксиэтилированной беленой сульфатной целлюлозы до и пос-
ле термической обработки и ультрафиолетового облучения.
Из приведенных таблиц видно, что бумага из оксиэтилиро
ванной целлюлозы обладает высокими показателями механиче
ской прочности, особенно сопротивлением излому. Оксиэтили
рование целлюлозы повышает показатели растяжимости, плот
ности, усадки и прозрачности бумаги. Бумага из такой целлю
лозы обнаружила хорошую гибкость и устойчивость к старе
нию. При высокой степени разработки оксиэтилированны:
68. Изменение основных показателей исходной
и оксиэтилированной целлюлозы после старения
Показатель До старе- ния Термическая обра- ботка при 105° С, ч Ультрафиолетовое облучение, ч
2 24 2 5
Исходная беленая сульфатная целлюлоза из сосны,
степень помола 25° ШР
Белизна, % Сопротивление: 85,5 83,2 82,8 77,1 75,7
продавливанию, относи- тельные % 100 100 98,3 57,9 36,9
раздиранию, относитель- ные % 100 92,6 92,0 66,9 51,5
излому, по прибору MIT 318 305 335 92 37
Разрывная длина, м 7500 7830 7400 6100 5230
Оксиэтилированная беленая сульфатная целлюлоза из сосны,
степень помола 16° ШР
Белизна, % Сопротивление: 87,0 86,3 85,4 81,7 79,0
продавливанию, относи- тельные % 103,5 105,3 103,5 79,0 47,4
раздиранию, относитель- ные % 151,5 134,9 130,3 85,2 68,6
излому, по прибору MIT 715 948 842 275 112
Разрывная длина; м 6650 7400 7170 6570 5900
Оксиэтилированная беленая сульфатная целлюлоза из сосны,
степень помола 12° ШР
Белизна, % Сопротивление: 78,2 76,7 76,7 77,4 74,3
продавливанию, относи- тельные % 89,5 122,9 117,5 107,0 54,4
раздиранию, относитель- ные % 128,5 97,7 98,9 105,1 70,3
излому, по прибору MIT 1055 1895 1512 1105 432
Разрывная длина, м 7280 7480 7830 7450 5600
волокон из них можно получить бумагу, которая после пропуска
через суперкаландр будет отличаться весьма высокой прозрач-
ностью.
9.1.3. Методы ускоренного старения бумаги
и оценки ее долговечности
Так как процесс естественного старения бумаги является
длительным, для определения склонности бумаги оказывать со-
противление этому процессу пользуются искусственными мето-
дами ускоренного старения бумаги. Существует много таких
методов. Здесь отметим лишь наиболее употребительные.
Искусственное старение в сушильном шкафу с циркуляцией
воздуха при температуре 105° С в течение 72 ч.
Старение при помощи ультрафиолетового облучения с ис-
пользованием кварцевой лампы большой интенсивности или
бактерицидной лампы. При использовании кварцевой лампы уже
довольно быстро (через 10 ч) обнаруживается заметное пожел-
тение бумаги. Бактерицидные лампы требуют более продолжи-
тельного облучения, не менее 72 ч, но при этом устраняется
влияние фактора температуры, так как свет лампы холодный.
Дуговые ксеноновые лампы имеют преимущество перед
ртутными, так как дают непрерывный спектр и излучение близ-
кое к естественному дневному свету.
В некоторых случаях пользуются методом воздействия на
бумагу SO2 для воспроизведения вредной промышленной
атмосферы. Иногда старение осуществляют под воздействием
кислорода, пользуясь при этом автоклавом, в котором создается
давление 1,47 МПа и температура 50—60° С.
Известен метод искусственного старения бумаги в течение
200 ч при циркуляции кондиционированного воздуха относи-
тельной влажности 45% при температуре 38°С. Осуществляют
также старение бумаги в сушильном шкафу с циркуляцией
воздуха относительной влажности 75—80% при температуре
30—40° С. В этом случае наблюдают за изменением свойств
бумаги в течение 45—180 дней.
Температура является основным и легковоспроизводимым
фактором ускорения химических процессов, именно поэтому
термическое старение стало наиболее распространенным мето-
дом изучения старения бумаги и целлюлозы.
Недостатком всех этих и других известных методов являет-
ся отсутствие четких соотношений между результатами измене-
ний свойств бумаги при ее искусственном старении и соответст-
вующим изменением свойств бумаги при ее длительном хране-
нии в естественных условиях. К этому следует добавить, что при
искусственном термическом старении в значительной степени
проявляют себя необратимые изменения в волокнах в результате
сушки, сопровождаемые потерей эластичности и приобретением
хрупкости. На эти изменения уже указывалось выше, при рас-
смотрении влияния процесса сушки на свойства бумаги. Поэто-
му искусственное термическое старение лишь с известным при-
ближением может считаться моделью естественного старения
бумаги.
Вместе с тем В. Вильсон с сотрудниками на основании ста-
тистического анализа результатов опытных данных утверждает,
что показатель сопротивления излому, измеренный после дли-
тельного естественного старения бумаги, соответствует показа-
телю сопротивления излому, полученному после искусственного
старения той же бумаги, при коэффициенте корреляции 0,95.
Авторами указанной работы был сделан вывод, что 3 сут уско-
ренного старения бумаги в термостате при температуре 100° С
эквивалентны 25 годам естественного хранения.
К аналогичному результату пришел позже А. Ройен при ис-
следовании образцов других видов бумаги, применительно
к которым, по данным этого автора, 3 сут искусственного ста-
рения при 100° С соответствуют 28 годам хранения бумаги в ес-
тественных условиях.
Л. Сантуччи в своем выступлении в сентябре 1963 г. во
ВНИИБе отметил, что искусственное старение в термостате при
температуре 100° С в течение 72 ч эквивалентно 28 годам есте-
ственного старения бумаги в условиях комнатной температуры
и отсутствия света. Он же сообщил, ссылаясь на опыты Рихте-
ра, что в результате трехсуточного старения бумаги в термо-
стате при температуре 105° С наблюдаются такие же изменения
физических свойств бумаги, которые наблюдались в условиях
пребывания бумаги при 38° С в течение 200 дней.
Национальное бюро стандартов США приняло следующие
ориентировочные соотношения: искусственное старение бумаги
в термостате при 105 ±0,5° С в течение 3, 6, 12 и 24 сут равно-
сильно соответственно 25, 50, 100 и 200 годам старения бумаги
в естественных условиях хранения.
По данным А. Глуховской и А. Впнчакевич, искусственное
старение в термостате при 100° С в течение 2 ч оказывает на
бумагу из сульфитной целлюлозы то же воздействие по изме-
нению содержания а-целлюлозы, веществ, растворимых в ди-
хлорэтане, а также вязкости и медного числа,.что и хранение ее
в течение 6 лет в естественных условиях.
Международная организация по стандартизации в сентябре
1972 г. приняла решение о рекомендации методики ускоренного
старения бумаги, в основу которой положено воздействие тем-
пературы 103±2°С в течение 24, 48 и 72± 1 ч. В некоторых слу-
чаях для ускоренного старения бумаги рекомендуется воздейст-
вие светового облучения.
Для качественного сравнения стабильности различных видов
бумаги и определения кинетических параметров процесса их
деструкции перспективны методы термогравиметрического
и дифференциального термического анализов, получивших не-
давно распространение при исследовании деструкции полиме-
ров. На основании результатов термогравиметрического анализа
возможно получение значений энергии активации процессов
термодеструкции различных видов бумаги, в том числе бумаги,
содержащей в композиции синтетические полимеры.
При старении бумаги изменяются ее структура и упругие
свойства. Для определения скрытых изменений в структуре
бумаги целесообразно пользоваться неразрушающими ее мето-
дами исследования: определениями жесткости при изгибе и со-
ответствующего модуля упругости, а также динамического моду-
ля сдвига, являющегося инвариантным показателем упругих
свойств исследуемого образца бумаги.
Испытаниями четырех различных образцов целлюлозы было
показано, что показатель жесткости бумаги при изгибе, опре-
деляемый на приборе ЖБИ-1, дает четкую информацию об из-
менениях, происходящих в бумаге в процессе старения. Чем
глубже протекает процесс деструкции бумаги, тем выше вели-
чина показателя жесткости. В некоторых случаях этот показа-
тель оказался более чувствительным, чем показатель сопротив-
ления излому [104].
Об изменениях в результате старения бумаги ее упругих
свойств при сжатии можно судить по соответствующим показа-
ниям вертикального оптического длинномера ИЗВ-2.
Преимущества неразрушающих методов испытания перед
разрушающими очевидны. Особо следует подчеркнуть, что
с применением неразрушающих методов соответствующие пока-
затели определяются при очень незначительных относительных
деформациях, позволяющих оценивать весьма малые изменения
структуры. Разрушающие методы фиксируют только самые
прочные связи, маскирующие вклад слабых связей, и по этой
причине могут не дать полной информации о процессе старения.
Нами было показано, что процессы одной и той же природы
влияют на изменение при старении бумаги самых различных ее
свойств. Поскольку часть из исследованных показателей
свойств имеет химическую основу (pH среды, медное число, по-
казатель пожелтения), а часть механофизическую (сопротивле-
ние излому), очевидно, что в природе изменения прочности бу-
маги при ее старении лежат химические процессы. Так как
старение связано с изменением свойств целлюлозы и бумаги во
времени, к описанию этого процесса применимы законы химиче-
ской кинетики. В частности, было показано, что существует ли-
нейная зависимость между логарифмом сопротивления излому
и временем старения. Такое соотношение в химической кинети-
ке справедливо для реакций первого порядка и, следовательно,
изменение сопротивления излому подчиняется реакциям перво-
го порядка.
Работы Н. Е. Заева, Б. Браунинга и В. Винка, а также
и наша показали возможность использования для прогнозиро-
вания долговечности бумаги активационного уравнения Арре-
ниуса, основываясь при этом на экспериментальных данных ис-
кусственного старения и максимально допустимом снижении
величины того или иного показателя бумаги (механической
прочности, степени пожелтения и др.).
Было установлено, что долговечность бумаги может быть
оценена измерением величины снижения сопротивления ее изло-
му при температурах 70—100° С и экстраполированием соответ-
ствующих значений к температуре окружающего воздуха с по-
мощью уравнения Аррениуса. Попытки использования более
высоких температур искусственного старения бумаги не увенча-
лись успехом. При температурах свыше 100° С нарушались ли-
нейные зависимости при использовании уравнения Аррениуса,
что исключало возможность в этих случаях применения этого
уравнения.
Американские исследователи нашли, что для суждения
о долговечности бумаги можно пользоваться также явлением
хемилюминесценции, поскольку яркость хемилюминесценции
пропорциональна скорости химического процесса и фотометри-
ческое определение хемилюминесценции дает таким образом
средство для количественной оценки имеющего место химиче-
ского процесса. Подобные определения были произведены в ин-
тервале температур от 30 до 100° С и показали непрерывность
механизма химических реакций в этом диапазоне температур.
Для прогнозирования долговечности бумаги не исключен
и другой подход, а именно расчет долговечности на основе тер-
мофлуктуационной теории прочности, разработанный акад.
С. Н. Журковым с сотрудниками. Этот метод позволяет прогно-
зировать долговечность обычной бумаги, бумаги, содержащей
в композиции различные полимеры, а также определять отно-
сительное влияние полимерных добавок на долговечность бума-
ги при ее хранении в идеальных условиях и в условиях воздей-
ствия на бумагу нагрузок.
Серьезное преимущество метода использования кинетической
(термофлуктуационной) теории прочности материалов для опре-
деления относительной долговечности бумаги заключается в том,
что проведение искусственного термического старения бумаги
при этом не обязательно. Другое преимущество этого метода —
возможность его использования применительно к бумаге, содер-
жащей в композиции полимеры (синтетические волокна, поливи-
ниловый спирт и пр.), т. е. к случаям, когда метод ускоренного
термического старения бумаги неприменим. Действительно, дли-
тельное воздействие повышенной температуры на бумагу, со-
держащую термоплавкие волокна, вызывает не только деструк-
цию волокон и межволоконных связей, но и структурирование,
особенно проявляющееся в начальном периоде нагрева бумаги,
когда результат процесса структурирования преобладает над
процессом деструкции и наблюдается при этом существенное
упрочнение бумаги, а не ее ослабление.
Из-за принимаемых допущений по указанным выше мето-
дам прогнозирования долговечности бумаги нельзя обеспечить
получение высокой абсолютной точности результатов. Однако
для сравнительной оценки долговечности различных видов бу-
маги, изготовленных из разных полуфабрикатов, вполне приго-
ден расчетный метод, основанный на термофлуктуационной тео-
рии прочности материалов. К тому же сопоставление данных,
полученных расчетом, с фактическими данными долговечности
относительно быстро стареющей газетной бумаги дает доста-
точно хорошо совпадающие результаты.
В Индии считают, что писчая бумага, предназначенная на срок хране-
ния в 500 лет, должна быть изготовлена из волокнистого материала с со-
держанием а-целлюлозы более 90%, медное число менее 1,0, pH водной вы-
тяжки более 5, содержание смолы в бумаге менее 1 %. Писчая бумага со
сроком хранения 100 лет может быть изготовлена из волокнистого материа-
ла с содержанием а-целлюлозы более 80%, медным числом менее 2,0, pH
водной вытяжки более 5, содержанием смолы менее 1,5% - Если бумага пред-
назначена на срок хранения не более 50 лет, она может быть изготовлена
из волокнистого материала с содержанием а-целлюлозы более 70%, медным
числом менее 3,5, pH водной вытяжки более 4, содержанием смолы менее
2%.
По данным К. Симионеску и его сотрудников, бумага неограниченного
срока хранения должна быть изготовлена из волокон с содержанием а-цел-
люлозы не менее 90%, медным числом не более 1,5, содержанием смолы не
более 1%. Бумага для срока хранения не менее 100 лет должна быть из-
готовлена из волокон с содержанием а-целлюлозы не менее 80%, медным
числом не более 2,5, содержанием смолы не более 1,5%. Бумага для срока
хранения не менее 50 лет должна быть изготовлена из волокон с содержа-
нием а-целлюлозы не менее 70%, медным числом не более 3,0, содержани-
ем смолы не более 2%. Содержание лигнина, по тем же данным, допустимо
бумаге лишь весьма ограниченного срока хранения.
Из австрийских источников известно, что долговечная бумага должна
быть изготовлена из целлюлозы с содержанием а-целлюлозы не менее 90%,
степенью полимеризации целлюлозы 1000—1200, медным числом не более
1,5, pH водной вытяжки бумаги не ниже 5,5—6. По тем же данным, в бу-
маге следует ограничить содержание проклеивающих веществ и наполни-
телей.
По данным ив немецких источников, долговечная бумага должна отве-
чать следующим требованиям: число двойных перегибов в поперечном на-
правлении (на аппарате MIT) при натяжении 4,9 Н не менее 300; сопро-
тивление раздиранию в поперечном направлении на аппарате Эльмендорфа
не менее 588 мН; величина pH водной вытяжки, при холодном экстрагиро-
вании 6,5; проклейка бумаги должна осуществляться в щелочной среде; го-
товую бумагу следует пропускать через суспензию карбоната кальция
с целью нейтрализации ее кислотности.
Близкие к указанным требованиям приводятся для долговечной бумаги
с массой 90 г/м2 и во французском журнале; те же требования предъявля-
ются к числу двойных перегибов, сопротивлению раздиранию, величине pH
водной вытяжки и, кроме этого, отмечается, что после искусственного тер-
мического старения бумаги при 100±2°С средние показатели сопротивления
излому и раздиранию должны быть не ниже следующих данных.
Продолжительность искусственного старения, сут 12
Число двойных перегибов....................... 200
Сопротивление раздиранию, Х9.8 мН .... 53
24 36
140 100
48 43
Величина pH водной вытяжки бумаги, подвергнутой искус-
ственному старению в течение 3 сут, не должна заметно умень-
шиться по сравнению с первоначальной.
Результаты уже проведенных работ по борьбе со старением
бумаги позволяют ориентировочно наметить следующие пути
в области изготовления долговечных видов бумаги.
1. Установление наиболее рациональной композиции бумаги по виду
волокон, виду проклейки и (роду наполнителя с осуществлением проклейки
в слабощелочной и нейтральной средах при использовании димеров алкилке-
тена, алюмината натрия, применением модифицированной канифоли, а также
нейтральных восков. Нанесение на поверхность бумаги соответствующих за-
щитных покрытий.
2. Обработка бумаги нелетучими антисептиками с целью повышения ее
стойкости к действию микроорганизмов.
3. Использование для приготовления бумаги видоизмененной целлюлозы
имеющей привитые группы. В частности, известно, что введение в целлю-
лозу нитрильных групп, а также антиоксидантов повышает ее светостой-
кость. Частичная этерификация целлюлозы с образованием соответствующих
химических связей между макромолекулами (обработка целлюлозы диальде-
гидами) способствует термостойкости волокон.
4. Изготовление бумаги из термостойких синтетических и стеклянных
волокон на соответствующем связующем.
Наиболее действенными защитными мероприятиями для по-
вышения долговечности документов на бумаге следует считать:
ламинирование документов защитными полимерными пленками,
укрепление бумаги поверхностной проклейкой, приклейкой тон-
ких и прозрачных реставрационных видов бумаги (наслое-
ние), доливку документов бумажной массой с добавкой упроч-
няющих полимеров. Перспективным является также защита
документов применением специальных видов стекол, не пропу-
скающих ультрафиолетовых лучей.
9.2. БИОСТОЙКОСТЬ
9.2.1. Область применения биостойких видов бумаги
Понятие «биоцидная бумага» является собирательным. Это
понятие объединяет различные виды, бумаги, обладающие спо-
собностью убивать бактерии (бактерицидная), плесневые грибы
(фунгицидная) и насекомых (инсектицидная). Каждый из био-
цидных видов бумаги, как указывает А. Хентшель, может обла-
дать одним, двумя или всеми тремя указанными свойствами.
Одно из основных назначений этого вида бумаги — упаковка
различных пищевых продуктов, предназначенных для длитель-
ного хранения: масла, маргарина, сыра, мяса, копченой рыбы
и выпечных изделий. Фунгицидные свойства предъявляются
к бумаге, служащей для упаковки и длительного хранения
фруктов и овощей, и к различным видам коробочного картона,
служащего для изготовления картонных ящиков для упаковки
маргарина, копченой рыбы, овощей, яиц и других пищевых
дуктов.
В связи с широким распространением за последнее время
бумажной тары под молоко предъявляются определенные тре-
бования к биостойкости и этой бумаги. Представляет большой
интерес изготовление бумажных мешков, обладающих биоцид-
ными свойствами. В таких мешках без опасения повреждения
их грызунами, жучками и другими вредителями можно хранить
муку, крупу, сахар. Зимнюю одежду можно хранить в молеза-
щитных мешках, изготовленных из инсектицидной бумаги. Меш-
ки, обладающие одновременно влагопрочностью и биоцидными
свойствами, являются ценной тарой для упаковки влажных
и склонных к плесневению продуктов. Фунгицидные виды бума-
ги и картона могут быть использованы также для упаковки
мыла, мыльного порошка и других моющих средств, плесневе-
ющих при хранении в сырых помещениях.
Из технических видов биоцидной бумаги в первую очередь
следует назвать кабельную, служащую для изоляции электриче-
ского кабеля, укладываемого во влажный грунт. Однако задача
изготовления подобной бумаги, обладающей одновременно высо-
кими показателями биостойкости и электроизоляционными
свойствами, еще полностью не решена и в этом направлении
предстоят дальнейшие исследовательские работы.
Биоцидными свойствами, а также, в известной степени, вла-
гопрочностью должны обладать всходозащитная бумага и бума-
га, применяемая для строительных работ, а обойная бумага —
фунгицидными и инсектицидными свойствами. Специальной
обработкой придают бактерицидные свойства медицинской бу-
маге, применяемой при ожогах и порезах. Антисептические свой-
ства должна иметь и туалетная бумага. Инсектицидными свой-
ствами обладает хорошо известная бумага, используемая для
борьбы с мухами.
В условиях тропического климата, т. е. при повышенных
температуре и относительной влажности окружающего воздуха,
на бумаге и картоне наиболее интенсивно развиваются плесне-
вые грибы и бактерии. В этих условиях проявляют также высо-
кую активность тропические насекомые, особенно термиты, вы-
зывающие сильное разрушение бумаги. Поэтому бумажная
продукция, предназначенная к длительному сохранению в усло-
виях тропического климата, должна обладать биоцидными
свойствами.
Все виды бумаги, которые используются в архивах и музе-
ях и служат для длительной сохранности документов, книг,
чертежей, фотографий, должны быть бностойкими.
9.2.2. Методы придания бумаге биостойкости
Биостойкость бумаге и картону придается различными мето-
дами. В некоторых случаях вводят биоцидные вещества в бу-
мажную массу. Однако при этом наблюдаются значительные
потери этих веществ с промывной водой, иногда сильное пено-
образование и возникает опасность спуска ядовитых веществ
в промышленные стоки.
Повышенная склонность бумаги к набуханию в воде делает
ее более доступной к проникновению микроорганизов. Поэтому
применение методов, способствующих ограничению набухания
волокон, из которых состоит бумага, приводит обычно к повы-
шению биостойкости бумаги. В связи с этим, как свидетельст-
вует 3. А. Роговин, химическая модификация бумаги путем
этерификации, алкилирования целлюлозы или прививки поли-
акрилонитрила обеспечивает получение бумаги, устойчивой
к действию микроорганизмов.
3. А. Роговин и Л. С. Гольбрайх [118] указывают, что для
получения антимикробных целлюлозных материалов бактери-
цидные реагенты могут вводиться либо в прядильный раствор
(например, в вискозный), либо их можно использовать для об-
разования связей между функциональными группами макромо-
лекулы модифицированной целлюлозы и бактерицидным реа-
гентом (риванол, трипофлавин и др.).
Механизм действия бактерицидных волокон указанные авто-
ры предположительно объясняют тем, что в присутствии даже
небольших количеств влаги происходит медленный гидролиз
и непрерывный переход в воду низкомолекулярного бактерицид-
ного реагента, связанного с предварительно введенными
в молекулу целлюлозы функциональными группами химически-
ми или межмолекулярными связями. При непосредственном со-
прикосновении отщепляющегося реагента с микробами происхо-
дит подавление их жизнедеятельности.
По данным А. Вильямса, биостойкость картону, идущему на
изготовление ящиков для яиц, можно придать введением в ком-
позицию бумажной массы 0,5—1,0% по массе биоцидного веще-
ства. Точная дозировка химиката определяется композицией
бумажной массы, желательной степенью сопротивления картона
микроорганизмам и предполагаемыми условиями возможного
заражения. Для картона, используемого в странах с умеренным
климатом, обычно достаточно 0,25—0,5% химиката к массе абс.
сухого вещества; для картона, экспортируемого в тропические
страны, рекомендуется применять увеличенную дозу химиката.
Более совершенным и экономичным методом придания бума-
ге биостойкости является обработка ее в клеильном прессе.
Биоцидные вещества, используемые для придания бумаге
биостойкости, весьма разнообразны. К числу так называемых
консервирующих средств относятся кислоты: салициловая, сор-
биновая, дегидрацетовая, а также производные бензойной
кислоты.
Содержание сорбиновой кислоты в бумаге в зависимости от
ее назначения составляет 5—10 г/м2. Покрытие иногда с содер-
жанием в качестве связующего метилцеллюлозы наносят в виде
водной суспензии при концентрации 20% на поверхность бума-
ги, соприкасающуюся с упаковываемыми продуктами: кондитер-
скими и хлебобулочными изделиями, мясными, рыбными и дру-
гими продуктами, предназначенными для длительного хранения.
В случае использования в качестве консерванта сорбата каль-
ция последний наносят на поверхность бумаги в количестве
0,2—20 г/м2 совместно со связующим (1—20 г/м2), например
с поливинилацетатной эмульсией.
Для придания волокнистым материалам фунгицидных
свойств применяют салициланилид C^HuC^N и ортооксихпно-
ЛПН (ОКСИН) C9H7ON.
Слабое антигрибное воздействие оказывает па бумагу содер-
жащаяся в ее композиции меламиноформальдегидная смола.
Как указывают 3. А. Загуляева и Д. М. Фляте, совместное вве-
дение в композицию бумаги меламиноформальдегидной смолы
и салпциланилида оказывает более высокое антигрибное дейст-
вие, чем каждое из этих веществ в отдельности. Использование
NaKMU снижает грибостойкость бумаги, а метилцеллюлоза не-
сколько повышает устойчивость бумаги к развитию грибов.
Весьма эффективны органические мышьяковистые и ртутные
соединения, а также пентахлорфенолат натрия CeClgNa и др.
Однако серьезным недостатком этих последних веществ являет-
ся высокая степень их токсичности, что по технике безопасности
значительно осложняет возможность использования этих
веществ. При применении названных химикатов рабочие долж-
ны строго соблюдать правила техники безопасности. Необходи-
мо следить за тем, чтобы спускаемая в сток вода не содержала
чрезмерно большого количества ядовитых веществ. Содержание
ядовитых веществ в готовой бумаге также должно быть ограни-
чено. Недопустимо их наличие в бумаге, употребляемой для
упаковки пищевых продуктов.
Такая бумага вообще должна быть инертной, т. е. не сооб-
щать упаковываемому продукту каких-либо специфических для
данного вида бумаги свойств, например повышенной кислотно-
сти или щелочности, и, разумеется, не должна оказывать на
продукт ни химического, ни бактериологического воздействия.
Указанным требованиям должны также удовлетворять наноси-
мые на бумагу покрытия и печать, если они непосредственно
соприкасаются с упаковываемым продуктом питания. Бензоль-
ные краски, используемые при глубокой печати, противопоказа-
ны для непосредственного соприкосновения в виде напечатан-
ного текста с пищевыми продуктами. Совершенно не разрешает-
ся или ограничивается ничтожными количествами содержание
в бумаге для упаковки пищевых продуктов, например в перга-
менте, таких вредных для здоровья элементов, как свинец,
мышьяк, сурьма и др. Для упаковки продуктов питания допу-
стимо использование окрашенной бумаги с применением краси-
телей, разрешенных для этой цели соответствующими органами
государственного контроля. В Советском Союзе таким органом
является Государственная санитарная инспекция Министерства
здравоохранения СССР.
По данным Л. Плачека, для длительной сохранности различ-
ных пищевых продуктов вводят в упаковочную бумагу следу-
ющие вещества: дифенил — при упаковке цитрусовых, сорбино-
вую кислоту — при упаковке сыра, пропионовую кислоту — для
упаковки сыра и хлеба, дегидрацетовую кислоту — для упаков-
ки сыра, хлеба, колбасы и масла.
В склеечную и оберточную бумагу разного назначения, как
указывает Л. Плачек, вводят бензойную и салициловую кисло-
ты и их производные. На то же применение указанных Л. Пла-
чеком веществ ссылается Ф. Вульч, отметивший при этом, что
дифенил обладает относительно меньшим токсическим дейст-
вием.
Применение полиэтиленимина в производстве санитарно-
бытовых видов бумаги способствует приданию этим видам бу-
маги антисептических свойств. Иногда для поверхностного
обеззараживания бумаги непосредственно перед практическим
применением ее облучают ультрафиолетовыми лучами. Наблю-
дения автора этой книги показали, что хорошо сохраняются
лимоны, завернутые в бумагу, пропитанную борным вазелином.
Разные волокнистые материалы в различной степени пора-
жаются плесневыми грибами. 3. А. Загуляева установила, что
наименьшим числом грибов поражаются льняные и хлопковые
виды бумаги (почти одинаково), наибольшим — сульфатные.
Наиболее биостойкой является хлопковая бумага, в композиции
которой содержится мел в достаточно большом количестве.
Наблюдения, которые провела Ю. П. Нюкша, показали, что
наибольшей грибостойкостью отличается бумага, содержащая
мел и каолин, наименьшей — клееные виды бумаги, имеющие
большую степень проклейки. Старение бумаги при повышенной
температуре увеличивает общую поражаемость всех без исклю-
чения испытанных видов бумаги. По-видимому, изменение фи-
зических и химических свойств бумаги в результате старения
создает более благоприятные условия для роста грибов.
О. В. Козулина и 3. П. Барышникова выявили «вкусы» ко-
жеедов— вредителей книг. Все три вида кожеедов (ковровый,
антренус и ветчинный) оказывают предпочтение хлопковой
и сульфатной видам бумаги. Они предпочитают неклееную бу-
магу и отрицательно относятся к бумаге с канифольной про-
клейкой и наполнителями (мел, каолин, двуокись титана).
Наибольшие повреждения бумаги вызывает ветчинный кожеед
как в стадии личинки, так и в стадии жука.
Хорошо известно, что бумага может служить средствам распространения
заразных болезней. В. Л. Омельянский приводит некоторые примеры, под-
тверждающие это положение. Он пишет, что в Нью-Йорке одна умирающая
от скарлатины девочка написала письмо своей любимой подруге и долго
целовала его со слезами, мысленно прощаясь с ней навсегда. Последняя,
получив письмо, была так растрогана его содержанием, что тоже много раз
прижимала его к губам, обливаясь слезами. В результате обе девочки через
несколько дней умерли от скарлатины. Такие же случаи наблюдались с пе-
реносом скарлатинозной заразы через книги.
В одном санитарном бюро в Америке (г. Лонсинг) 20 служащих один
за другим заболели туберкулезом и погибли от этой болезни. При обсле-
довании обстоятельств этих заболеваний было обнаружено, что за некото-
рое время перед тем в бюро служил больной с открытой формой тубер-
кулеза, имевший дурную привычку переворачивать листы бумаги смоченным
слюной пальцем. Для выяснения дела подвергли бактериологическому иссле-
дованию хранившиеся в бюро бумаги и документы и обнаружили на их по-
верхности огромное количество туберкулезных бацилл. Аналогичные случаи
наблюдались в старые времена в Петербурге в одном из министерств
и в Харькове в одном архиве.
В другом месте своей книги В. Л. Омельянский пишет, что
трудно сказать определенно, как долго зараженная книга
сохраняет на своих листах живых носителей заразы. Многое
зависит от биологических особенностей самих микробов и усло-
вий, в каких они хранятся на листах книг. Так, изолированные
туберкулезные палочки сохраняются в высушенном состоянии
около 3 мес, тогда как заключенные в присохшую мокроту, вы-
живают в течение 9—10 мес.
На вопрос о цели дезинфекции книг в библиотеках с доста-
точной полнотой отвечает Ю. П. Нюкша. Она пишет, что в на-
стоящее время проблема инфекционных заболеваний решена
работниками здравоохранения настолько, что передача болез-
ней через библиотечные книги значительно менее вероятна.
В советских условиях хронические инфекционные и социальные
болезни не бытуют среди населения, как это было 75—100 лет
тому назад. Поэтому нет необходимости в строгих мерах дезин-
фекции книг после каждого читателя, как это предлагает Герт-
нер и некоторые другие врачи. Эта проблема сохраняет актуаль-
ность только в библиотеках медицинских и детских учреждений.
В то же время все большее внимание привлекает необходимость
дезинфекции книг в целях их собственной гигиены, т. е для
борьбы с вредителями, или, как часто говорят, «болезнями
книг».
В результате исследовательской работы, проведенной
Ю. П. Нюкша в Государственной публичной библиотеке
им. М. Е. Салтыкова-Щедрина (Ленинград), был установлен
наиболее благоприятный режим дезинфекции книг в автокла-
ве, практически применяемый в этой библиотеке и обеспечива-
ющий уничтожение спор грибов. По этому режиму книги обра-
батываются формальдегидом при температуре 45—30° С, отно-
сительной влажности воздуха 85—70% в течение 12 ч в усло-
виях создания в автоклаве вакуума 99,75 кПа и при расходе
формальдегида не менее 1 г на 1 кг книг. Экспериментально
определено, что такой режим дезинфекционной обработки не
меняет цвета наиболее распространенных красителей, идущих
на изготовление чернил и туши, а также заметно не отражается
на химических свойствах растительных волокон, входящих
в состав бумаги.
А. В. Донской, С. М. Куляшов и Ю. П. Нюкша практически
показали возможность гибели всех спор грибов, находящихся
в книгах, в результате обработки книг в электрическом высоко-
частотном поле. 3. А. Загуляева приводит инструкцию по суш-
ке и обеззараживанию книг и документов токами высокой ча-
стоты. При этом она указывает, что дезинфекция формалином
не обеспечивает 100%-ной гибели плесневых грибов в поражен-
ных документах. Метод обработки книг и документов в поле
высокой частоты практически применяется в библиотеке Акаде-
мии наук СССР (Ленинград). Его основное преимущество по
сравнению с обработкой парами формалина заключается в том,
что в поле высокой частоты можно обрабатывать документы
с текучими от увлажнения текстами или рисунками и ветхой
бумагой. Кроме того, этот метод обеспечивает большую произ-
водительность (до 100000 листов за рабочий день).
В результате жизнедеятельности микроорганизмов на бума-
ге появляются пятна плесневой пигментации, которые наряду
с пожелтением бумаги из-за ее старения приводят к порче доку-
ментов, гравюр и рисунков на бумажной основе. Для работы
с этим явлением в Государственном Эрмитаже (Ленинград)
Н. Г. Герасимовой [29] была проведена исследовательская ра-
бота, показавшая целесообразность применения отбелки
бумаги из тряпичных волокон методом тампонирования
2—6%-ными растворами хлорамина Б (C6H5SO2NC!Na) при
комнатной температуре с промыванием водой, контролируемым
йодокрахмальной бумагой. Этот способ был рекомендован
и в настоящее время практически применяется как наименее
опасный для бумаги и красок произведений графики. Отбелка
в парах над раствором двуокиси хлора с последующим осторож-
ным промыванием успешно применяется практически для рес-
таврации гравюр и рисунков, выполненных устойчивыми к это-
му окислителю красками на ветхой бумаге из тряпичных воло-
кон. Для реставрации произведений графики на бумаге, содер-
жащей древесную массу, предложен и используется метод
отбелки перекисью водорода в 48 %-ном этаноле в присутствии
аммиака при pH 10,5. Для лучшего сохранения бумаги после
отбелки необходимо обеспечить полное удаление отбеливающих
реагентов из бумаги.
9.3. ОГНЕСТОЙКОСТЬ
Ранее предполагалось, что при загорании бумаги пламя
движется вдоль поверхности благодаря движению воздуха
и газов, образующихся при пиролизе перед фронтом пламени,
при этом поверхность нагревается до температуры пиролиза.
Однако в настоящее время при изучении методов борьбы с по-
жарами целлюлозных материалов установлено, что газы, обра-
зующиеся при пиролизе, выделяются под пламенем, а не впе-
реди него. Продвижение пламени за пределы зоны пиролиза из-
за диффузии газов приводит вследствие теплопроводности
в газовой фазе к нагреву прилегающей поверхности до темпе-
ратуры пиролиза. На основании этих представлений была раз-
работана математическая модель процесса горения, которая
позволяет предсказать скорость распространения пламени
в целлюлозных материалах.
Для придания бумаге огнеустойчпвости чаще всего обраба-
тывают ее в клеильном прессе водными растворами аммоние-
вых солей (сульфат аммония, фосфат аммония, диаммонийфос-
фат и др.), применяемых в различных соотношениях. В некото-
рых случаях для придания бумаге невоспламеняемости ее про-
питывают растворами фосфата аммония и альгината натрия
или тетраоксиметилолфосфонийхлорида. Однако полной несго-
раемости бумаги добиться нельзя, можно лишь более или ме-
нее снизить скорость сгорания. Даже бумагу, состоящую из
асбестовых, стеклянных или других негорючих волокон нельзя
признать полностью несгораемой, так как подобная бумага
обычно содержит известное количество сгораемого органиче-
ского связующего. Известно, что бумага из неорганических
волокон подвержена горению даже в том случае, если она на
98% состоит из неорганических волокон и только 2% состав-
ляют органические целлюлозные волокна. Вместе с тем добав-
ка к обычной бумаге из растительных волокон асбестовых воло-
кон или даже такого минерального наполнителя, как каолин,
заметно снижает скорость сгорания бумаги.
Судя по литературным данным, в Англии разработана тех-
нология и осуществлен выпуск огнестойкого искусственного
органического вещества в виде волокон под названием «кинол».
Из всех искусственных волокон волокна кинол, выдерживающие
температуру до 2500° С, являются наиболее огнестойкими. Они
стойки также к действию большинства органических раствори-
телей, имеют высокие показатели сопротивления разрыву
и теплоизоляционных свойств. Эти волокна могут быть исполь-
зованы для изготовления бумаги, картона и войлока.
Механизм действия добавок, снижающих скорость сгорания
бумаги (антипиренов), различен и зависит от природы исполь-
зуемых добавок. В некоторых случаях под влиянием повышен-
ной температуры добавляемые химикаты разлагаются с выде-
лением воды или газов, не поддерживающих горение (СО2, SO2,
NH3). Это происходит, например, при пропитке бумаги с исполь-
зованием соды (NaHCO3), поташа (К2СО3) или дитионата
натрия (Na2S2O6-2H2O).
Реакции идут соответственно по следующим схемам:
270 «с
2NaHCO3----->Na2O +Н2О+2 СО2
более 890 °C
К2СО3 ---------> К2О+СО2
110 ОС 267°С
Na2S2Oe • 2Н2О----> Na2SO4 + 2Н2О ----> SO2
Действие аммониевых солей основано на их разложении
с выделением аммиака. Реакция сопровождается поглощением
тепла, вследствие чего окружающий бумагу воздух охлажда-
ется.
В других случаях огнестойкость достигается введением
в бумагу веществ, которые под влиянием высокой температуры
плавятся и создают на бумаге в месте ее загорания стекловид-
ный защитный слой, препятствующий распространению огня по
поверхности бумаги. К таким веществам относятся бура, жидкое
стекло, борная кислота. Последняя (Н2ВО3) при нагревании
теряет воду и при последующем прокаливании превращается
в борный ангидрид (В2О3), который в виде стекловидной массы
защищает бумагу от горения.
Как указывает 3. В. Участкина, огнезащитное действие кис-
лой фосфорноаммониевой натриевой соли Na(NH4) -НРО4-4Н2О
основано на ее разложении при высокой температуре с выделе-
нием аммиака и образованием метафосфорнонатриевой соли
NaPO3. Последняя в виде тонкого защитного слоя предохраняет
бумагу от горения. Таким образом, в данном случае огнезащит-
ное действие достигается как благодаря выделению газообраз-
ного аммиака, так и образованию защитного слоя на волокнах.
Н. С. Демченко с сотрудниками приводит сведения о техно-
логическом режиме изготовления огнезащитных древесноволок-
нистых плит путем введения в их состав природного нефелина
(Na2O-Al2O3-2SiO2), фосфорной кислоты (Н3РО4) и газооб-
разного аммиака.
А. А. Леонович предложил осуществлять огнезащиту дре-
весноволокнистых плит обработкой волокон ортофосфорпой
кислотой, нейтрализованной карбамидом и дициандиамидом.
Последний, как показали последующие наблюдения, может
быть заменен хлоридом аммония. Этот метод был успешно ис-
пользован и при изготовлении бумаги, служащей для выработки
декоративного бумажно-слоистого пластика. Автор показал, что
бумага вносит основной вклад в горючесть декоративного
бумажно-слоистого пластика. В результате введения в бумагу
предложенного огнезащитного состава и последующей пропит-
ки бакелитовым лаком получают трудновоспламеняемый мате-
риал. Использование при этом меламиноформальдегидных смол
позволяет получить трудносгораемый пластик.
Путем использования огнезащитного состава был изготовлен
огнезащищенный гофрированный картон. Установлением над-
лежащей температуры гофрирования можно добиться размяг-
чения огнезащитного состава и пластификации им волокон
бумаги, что способствует проведению процесса гофрирования,
после осуществления которого достигается высокая жесткость
готового гофрированного картона [85].
Известен также метод придания волокнистым материалам
огнезащиты путем получения привитых сополимеров целлюлозы
с поливинилиденхлоридом или с фосфорсодержащими мономе-
рами.
Н. И. Юшков, ссылаясь на Урбэна и Ричардсона, указывает,
что в некоторых случаях эффект огнезащиты при действии
антипиренов объясняется дегидратацией целлюлозы под влия-
нием кислот, образующихся при разложении антипирена при
высоких температурах. Дегидратация целлюлозы приводит
к углеобразованию; корка угля является огнезащитным предо-
хранительным слоем.
Д. С. Добровольский изучал влияние на огнестойкость бу-
маги ее пропитки водными растворами буры, борной кислоты,
жидкого стекла, хлористого цинка, кислого фосфорнокислого
натра и кислого фосфорнокислого аммония. Опыты, проведен-
ные в сравнимых условиях, показали, что наилучшим антипире-
ном из указанных выше является раствор кислого фосфорнокис-
лого аммония.
При добавке в бумагу хлорированного парафина, хлоропре-
на, поливинилхлорида и поливинилиденхлорида скорость горе-
ния бумаги замедляется. Это объясняют либо образованием
в результате разложения галлоидопроизводных таких негорю-
чих соединений, как НС1 и НВг, либо способностью хлора и бро-
ма окисляться до высших окислов, что связано с потреблением
кислорода, необходимого для процесса горения. Поглощение
кислорода на окисление хлора и брома тем самым затрудняет
процесс горения.
Для снижения скорости горения бумаги могут быть исполь-
зованы также окислы некоторых металлов (например, сурьмы
8Ь20з), которые при высокой температуре легко возгоняются,
вытесняя из зоны горения кислород. В сочетании с галлоидо-
производными наблюдается еще больший эффект их действия.
Реакции идут при этом по следующим схемам:
4HCl+2Sb2O3 —>4SbOCl+2H2O
ИЛИ
6НС1 + Sb2O3 —> 2 SbCl3+ЗН2О .
Способы введения в бумагу огнезащитных добавок различ-
ны. Выше уже указывалась возможность использования для
этой цели клеильного пресса. Однако при таком методе введе-
ния огнезащитных добавок бумажное полотно должно обладать
достаточно высокими показателями впитывающей способности
и влагопрочности. Это относится и к методу введения огнеза-
щитных добавок путем пропитки бумажного полотна на бума-
гокрасильной или тому подобных машинах. Лучше всего пропи-
тываются крепированные виды бумаги, бумага из хлопковых
или синтетических волокон, а также нетканые волокнистые ма-
териалы.
Концентрация в растворе пропитывающего бумагу вещества
и его расход зависят от свойств пропитываемой бумаги, и в пер-
вую очередь от ее впитывающей способности.
Введение огнезащитных добавок в массу осуществляют
в напорном ящике или в начале сеточного стола бумагодела-
тельной машины. Этот метод применяют при использовании
водонерастворимых добавок, так как даже сравнительно
небольшая растворимость добавок в воде приводит к значи-
тельным потерям химикатов со сточной водой. Считается хоро-
шим, если удержание химикатов достигает 80%. Метод реко-
мендуется при выработке огнестойких картона или бумаги по-
вышенной массы 1 м2.
Метод нанесения покровного слоя на бумагу, как правило,
не обеспечивает ее эффективную защиту от огня и применяется
лишь в ограниченных случаях при выработке декоративных
и упаковочных видов бумаги и картона. Для достижения более
длительного эффекта от действия огнезащитных веществ в Япо-
нии после каждой пропитки покрывают бумагу с поверхности
ацетилцеллюлозным лаком. Основное назначение этого покры-
тия — предохранить антипирен от выветривания.
Известно, что в ФРГ разработана специальная огнестойкая
бумага с покровным слоем, который обеспечивает отсутствие
потери влаги бумагой в вакууме и сохранение ею при этом
эластичности. Бумага испытывалась в жестких условиях и не
загоралась даже при температуре 1100° С в атмосфере с содер-
жанием 60% кислорода. Бумага была признана пригодной для
использования в лунной капсуле космического корабля
«Аполлон-12».
В Японии выпускается огнестойкая бумага из силикатных
волокон. Бумага устойчива к воздействию температуры до
1400° С. Тонкие виды этой бумаги (толщиной 0,2—0,4 мм) ис-
пользуются в качестве электроизоляционных и для изготовления
фильтров очистки дымовых газов перед их выбросом в атмосфе-
ру. Толстые виды огнестойкой бумаги (0,5—2 мм) применяются
для термоизоляции в нагревательных устройствах, а более тол-
стые (3—5 мм)—для изготовления деталей атомных реакто-
ров, негорючих строительных деталей, изоляции космических
кораблей и т. д. Выпуск аналогичных видов бумаги с толщиной
0,5—2 мм освоен в США.
Ведутся работы по прививке фосфатных или галоидирован-
ных мономеров к волокнам. Ожидается, что это обеспечит ста-
бильное и длительное действие этих мономеров как замедлите-
лей горения бумаги.
Методы придания огнезащиты целлюлозным текстильным ма-
териалам описаны в работе 3. А. Роговина и Л. С. Гольбрайха
[118]. Эти авторы указывают, что огнезащитные текстильные
материалы приобретают все большее значение при изготовле-
нии обивочных и декоративных материалов, а также для изго-
товления специальной одежды для рабочих горячих цехов, лет-
чиков, космонавтов и лиц других профессий.
Для получения огнезащитных целлюлозных материалов, как
известно, могут быть использованы два метода: пропитка тка-
ней растворами антипиренов или введение антипирена в пря-
дильный раствор (при получении огнезащитных вискозных
волокон); присоединение к целлюлозе различных антипиренов
методами этерификации, алкилирования или привитой полиме-
ризации. В той же работе [118] отмечается перспективность
использования синергической (взаимоусиливающей) смеси двух
или нескольких антипиренов (например, фосфор- и азотсодер-
жащих соединений).
9.4. БАРЬЕРНЫЕ СВОЙСТВА
(ГАЗО-, ПАРО-, ВОДО- И ЖИРОНЕПРОНИЦАЕМОСТЬ)
Барьерные свойства обычной бумаги относительно невелики.
Для их существенного повышения бумагу используют в сочета-
нии с полимерными покрытиями или с металлической фольгой.
Бумагу, предназначенную для упаковки многих пищевых
продуктов, покрывают с поверхности эмульсией из поливинили-
денхлорида (ПВДХ). Получаемые при этом пленки препятству-
ют прохождению через бумагу водяного пара, масел, жиров,
газов и запахов. Покровный слой обычно наносят на грунто-
вальных машинах с воздушным шабером. Бумага-основа долж-
на быть клееной и иметь плотную и гладкую структуру поверх-
ности. Это достигается каландрированием, поверхностной про-
клейкой или мелованием бумаги. Содержание древесной массы
в композиции бумаги-основы не допускается.
Сам по себе ПВДХ обеспечивает непроницаемость покров-
ной пленки к действию влаги, масел и т. д., но трудно раство-
ряется и малопригоден для термосклейки. Поэтому мономер
ПВДХ сополимеризует с другими мономерами, одним из кото-
рых является акрилонитрил. Затем приготовляется эмульсия,
которую и наносят в качестве покровного слоя на бумагу.
Защитная пленка с массой 5—7 г/м2 обладает высокой стой-
костью к минеральным кислотам, щелочам, алифатическим
и ароматическим эфирам, спиртам, толуолу, эфирным маслам,
четыреххлористому углероду. Термосклеивание покровного слоя
осуществляется в пределах температур 107—143° С при массе
покрытия 30 г/м2. При температуре выше 148° С и действии
яркого солнечного света покрытие желтеет.
Е. Ф. Беркер указывает, что при 30° С покрытие из сополи-
мера винилиденхлорида в сравнимых условиях с полиэтилено-
вым покрытием менее проницаемо для кислорода в 807 раз,
для азота в 1188 раз и для углекислоты в 1676 раз.
Однако пленки из ПВДХ, в особенности с малой массой 1 м2,
легко повреждаются при перегибах. Поэтому рекомендуется
перед их нанесением осуществлять предварительную грунтовку
бумаги гибким латексным покрытием. Рекомендуется также
вводить в ПВДХ небольшое количество (не более 15%) суспен-
зии сополимеров изобутилена и изопрена. Такая добавка повы-
шает влаго- и жиронепроницаемость покрытий и их эластич-
ность.
Для повышения газонепроницаемости бумажной упаковки
нередко практикуют дублирование бумаги пленкой пластмас-
сы. Наблюдения К. Беккера показали, что эффективное повы-
шение газонепроницаемости при этом возможно только в том
случае, если пленка обладает относительно высокой газопрони-
цаемостью. Тогда при правильном выборе бумаги-основы (плот-
ная бумага с гладкой поверхностью) и с соблюдением соответ-
ствующих условий нанесения покрытия (высокое давление при-
жима при нанесении покровного слоя экструзией и возможно
более низкая вязкость пластмассы) может быть достигнут
эффект увеличения газонепроницаемости комбинированного ма-
териала по сравнению с газонепроницаемостью пленки пласт-
массы. Если пленка пластмассы обладает высокой степенью
газонепроницаемости, дублирование ее с бумагой не будет спо-
собствовать дальнейшему повышению газонепроницаемости.
Требования к бумаге-основе для получения комбинирован-
ных материалов с полимерными покрытиями в первую очередь
определяются назначением комбинированного материала. Эти
требования в зависимости от назначения комбинированного
материала достаточно подробно изложены в работе [136]. На
некоторые обобщенные требования ссылаются А. И. Бондарев
и В. М. Гадаушвили [15], которые пишут, что бумага-основа,
подлежащая покрытию полимерами, должна отличаться высо-
кой сопротивляемостью механическим воздействиям в процессе
переработки основы и эксплуатации готового материала; она
должна обладать поверхностью, обеспечивающей оптимальное
взаимодействие с полимерной пленкой, и обладать высокими
барьерными свойствами, которые в совокупности с аналогичны-
ми свойствами полимера придают комбинированному материа-
лу свойства газо-, водо- и жиронепроницаемости.
Наибольшее распространение приобрел в настоящее время
экструзионный способ получения пленок пластической массы
с одновременным дублированием их с бумагой-основой. Совре-
менные машины, осуществляющие этот процесс, работают при
скорости до 500 м/мин, и выход стандартной продукции при
этом составляет 90%. Соединение пленки термопластичного
полимера с бумагой происходит под действием повышенной
температуры и давления.
Иногда соединение бумаги с пленкой или с металлической
фольгой производят методом склеивания, пользуясь для этой
цели специальными клеями или растворителями, в которых на-
бухает полимер.
Водоотталкивающие свойства, а также водо- и жиронепро-
ницаемость можно придать бумаге ее пропиткой или поверх-
ностной обработкой в клеильном прессе с применением раство-
ров хромовой соли трифторуксусной кислоты. Это вещество хо-
рошо растворимо в воде. Однако после введения в бумагу оно
превращается в нерастворимый в воде и нелетучий продукт
благодаря связыванию с полярными группами целлюлозы, кото-
рая приобретает при этом новые свойства.
Для повышения стабильности растворов в них добавляют
небольшое количество карбамида. Раствор применяется при
концентрации 0,2—3%. Наилучшие результаты по жиронепро-
ницаемости, сопротивлению впитываемое™ скипидара, восков
и асфальта достигаются при использовании в качестве основы
неклееной бумаги из небеленой сульфатной целлюлозы.
Поверхностную обработку бумаги можно проводить и смесью
указанного раствора с растворами других веществ (крахмал,
производные целлюлозы и пр.). В этом случае бумага приоб-
ретает комплекс свойств, присущих каждому из компонентов
смеси.
Водонепроницаемость и высокая степень проклейки могут
быть приданы бумаге при введении в ее композицию другого
вещества в количестве 2—9 кг на 1 т, являющегося также про-
изводным хрома, а именно стеарохлорида хрома. Механическая
прочность бумаги при этом практически не изменяется, но за-
метно повышается сопротивление раздиранию влажной бумаги.
Рекомендуется применять обработанную таким образом бума-
гу в качестве упаковочной для товаров, хранящихся в сырых
помещениях.
При изготовлении жиронепроницаемых упаковочных мате-
риалов следует иметь в виду, что многие полимеры отличаются
высокой жиростойкостью (например, сополимеры винилиденхло-
рида) и жир может проникать через них только при наличии
в пленке отверстий. Твердый непластпфицированный поливи-
нилхлорид также устойчив к действию жиров. Однако сильно-
пластифицированный поливинилхлорид непригоден для исполь-
зования при упаковке жирных продуктов, так как жир раство-
ряет пластификатор и пленка становится хрупкой. Не рекомен-
дуется также упаковывать жиры в бумагу с полиэтиленовым
покрытием, через которое жир начинает проступать через
1—2 недели хранения.
Существует мнение, что латексы, используемые для прида-
ния бумаге гидрофобности и жиронепроницаемости, целесооб-
разно вводить как в бумажную массу после ее размола, так
и одновременно на поверхность изготовляемой бумаги. Подоб-
ный метод работы, судя по литературным данным, обеспечива-
ет получение бумаги с повышенными показателями качества,
и особенно по жиронепроницаемости.
Придание волокнам целлюлозы масло- и водоотталкиваю-
щих свойств может быть осуществлено путем введения в по-
верхностный слой волокон фторорганических соединений, моле-
кулы которых должны содержать от четырех до восьми
групп CF2.
Изучалось изменение паропроницаемости бумаги при изме-
нении количества ее листов. С этой целью использовали разные
неклееные и неламинированные виды волокнистых материалов
различной массы 1 м2, начиная от образцов газетной бумаги
и кончая образцами древесностружечных плит. Изменение
паропроницаемости с увеличением количества листов может
быть выражено, как указывает Ж. Бристов, уравнением
Qn=-Q^7,
где Qn — паропроницаемость через п листов, г/м2 в сут; Q] —
паропроницаемость через 1 лист, г/м2 в сут; « — количество
листов.
Показатель степени в приведенном выше выражении зави-
сит от вида бумаги и находится в пределах 0,65—0,75 (среднее
значение 0,7). Он несколько уменьшается также при увеличе-
нии наружной влажности и снижается до величины 0,5 при
100%-ной относительной влажности окружающего воздуха. При-
веденное уравнение справедливо для всех случаев, когда число
листов меняется, а масса каждого листа остается постоянной.
Дальнейшие опыты показали, что скорость проникновения водя-
ного пара через несколько тонких листов немного меньше, чем
через лист такой же суммарной толщины. Однако различие
в скоростях проникновения водяного пара при этом настолько
незначительно, что не имеет практического значения.
Отождествлять паропроницаемость бумаги с ее воздухопро-
ницаемостью нельзя. Опыты, проведенные Ж. Бристовым
(рис. 134), показали, что характер соотношения между паро-
Рис. 134. Зависимость между паропро-
ницаем остью и воздухопроницаемостью
бумаги:
1 — образцы сульфатной бумаги постоянной
массы 1 м2 (200 г/м2); 2 — образцы бумаги
постоянной плотности (0,72 г/см3)
проницаемостью и воздухопроницаемостью бумаги изменяется
в зависимости от того, испытываются ли образцы бумаги одной
и той же массы 1 м2 или же одной и той же плотности.
В табл. 69 приведены сведения о паропроницаемости различ-
ных упаковочных материалов на бумажной основе.
Часто для повышения сопротивления бумаги к прохождению
воздуха, пара и воды ее пропускают через расплав смеси поли-
этилена и парафина. В табл. 70 приведены экспериментальные
данные автора по обработке телефонной бумаги с массой
28 г/м2 подобными расплавами. Известно, что паропроницае-
мость бумаги обычными методами может быть определена
с точностью ±15%. Поэтому численные данные следует рас-
69. Паропроницаемость различных упаковочных материалов
на бумажной основе при температуре 38° С и относительной влажности 90%
Масса 1 м2, г Паропрони- цаемость, г/м2 в сут.
Материал бумаги-основы покрытия
Покрытие поливинилиденхлоридом: пергамент 60 40 1,5
беленая сульфатная бумага 90 30 2,5
небеленая сульфатная бумага 75 40 1,8
мелованная бумага 85 36 2,9
Парафинированная бумага 60 30 25,0
Вощеный пергамент Ламинат: 50 7,5 4,5
пергамент-воск-пергамент 40 12 4,5
Бумага с полиэтиленовым покрыти- ем толщиной 0,025 мм *— 24 20,0
Пергамент с нитроцеллюлозным покрытием 40 5 6,5
сматривать не с точки зрения их абсолютной величины, а как
относительные, полученные в сравнимых условиях.
Для обеспечения наибольшего сопротивления прохождению
через упаковку воздуха, пара, жира, сохранения запаха упако-
ванного продукта применяют сложные виды упаковки, в кото-
рой различные виды бумаги соединяются с металлической
фольгой (обычно алюминиевой лакированной и нелакирован-
ной), а также с полимерными пленками. В результате получа-
ется упаковочный материал с высокой степенью герметичности
(табл. 71).
При упаковке различных продуктов проблема запаха воз-
никает не только в связи с необходимостью его сохранения
(например, при упаковке чая или кофе), но и предотвращения
появления нежелательного запаха у продуктов, причиной кото-
рого могут служить упаковочные материалы. Неприятный запах
особенно возможен от бисквита, шоколада и других продуктов,
содержащих масла и жиры, способные фиксировать запахи.
От упакованных продуктов неприятный запах чаще всего
появляется либо вследствие длительного хранения продукта
в упаковке, способной вызывать неприятный запах, либо из-за
того, что запах подобных упаковочных материалов до их прак-
тического использования не успел выветриться. Нежелательный
запах происходит часто от присутствия в растворителе, приме-
няемом при склейке бумаги, пленки и фольги, этилацетата, то-
луола и некоторых других веществ, резкого и устойчивого
запаха. В некоторых случаях неприятным запахом обладают
70. Основные показатели телефонной бумаги и той же бумаги,
обработанной смесью парафина и полиэтилена
Показатель Телефон- ная бумага Состав покрытий
полиэтилен (мол. масса 21000)-5%, парафин- 95 % полиэтилен (мол. масса 17000)-5%, парафин- 95 % полиэтилен (мол. масса 17000) —20%, парафин -80% полиэтилен (мол. масса 17000) —30%, парафин -70%
Масса 1 м2, г 28 43,5 49,2 46,2 48,3
Толщина, мкм — 50 50 52 55
Плотность, г/см3 Разрывной груз (Х0,9, Н) в направлении: — 0,87 0,98 0,89 0,88
машинном 4,8 5,3 5,1 5,3 5,1
поперечном Удлинение, %, в направ- лении: 1,7 1,7 1,8 1,8 2,0
машинном 1.8 2,0 1,9 2,0 1,8
поперечном Разрывная длина, м, в направлении: 2,2 2,7 1,9 2,9 2,3
машинном 11 770 7900 8030 7600 6210
поперечном 4 170 2540 2840 2580 2440
Сопротивление продавли- ванию (Х98, кПа) Сопротивление раздира- нию (Х9,8, мН) в на- правлении: 1,2 1,06 1,0 1,12 1,16
машинном 12 20 16 20 20
поперечном 24 20 20 20 20
Воздухопроницаемость, мл 24 1,4 1,5 0,5 0,2
Паропроницаемость, г/100 см2 за 48 ч 10,01 0,413 0,282 0,11 0,11
Водопроницаемость, 1/100 см2 за 48 ч 10,9 1,5 0,336 0,42 0,55
также применяемые при изготовлении герметической упаковки
смолы, пластификаторы и другие добавки. Определение переда-
чи упаковкой продукту неприятного запаха осуществляется
следующим образом: исследуемый упаковочный материал по-
мещают в герметически закрывающийся стеклянный сосуд
вместе с упаковываемым продуктом (например, с куском шоко-
лада или несоленого масла). Закрытый сосуд в течение 24 ч
находится при комнатной температуре вместе с контрольным
71. Свойства нелакированной, лакированной
и кашированной фольги по К- Брокману и Р. Шнелю
Фольга Толщина, мкм Сопротивление продавливанию, X 98, кПа Воздухопро- ницаемость, относитель- ные единицы Паропро- ницае- мость, г/м2 «24 ч Запахопрони- цаемость по гвоздичному маслу Жиропро- ницаемость
Нелакированная фольга 9— 10 0,07—0,21 0-200 0—1 Пленки герметич- ны, если нет пор
12 15 0,13- -0,32 0,23—0,52 0—80 0—10 0—1 0—0,2 при вальцевании
Лакированная фольга: 20 30 0,58—0,90 0,95—1,30 0 0 0 0 Пленки герметич- ны То же
защитный лак с одной сторо- ны 12 0,16—0,38 0-20 0—0,5 Пленки герметич- ны, если нет пор при вальцевании
защитный лак и пленка 12 0,48—0,70 0—5 0—0,2 Пленки герметич- ны
защитный лак с одной стороны 15 0,26—0,58 0 0 То же
защитный лак и пленка 15 0,57—0,81 0 0 »>
то же Фольга, кэширо- ванная бумагой (защитный лак с наружной сторо- ны): 18 0,69—0,98 0 0
сульфатной 60 г/м2, битум 9- 10 2,90—3,50 0—0,1 0—0,5 Пленки герметич- ны
пергамином 20 г/м2, водо- растворимый клей из целлю- лозы 60 г/см2 9— 10 1,18—1,35 0-2 0—0,5 То же
водораствори- мый клей 9— 10 1,31—1,74 0 0—0,1 Пленки герметич- ны
шелковкой 20 г/м2, воск 9— 10 0,92—1,13 0-0,5 0-0,1 Пленки почти герметичны Пленки герме- тичны
пергамином 20 г/м2, воск 9— 10 1,03—1,20 0 0,05 Пленки герметич- ны
из целлюлозы 60 г/м2, воск 9- 10 1,25—1,62 0 0—0,05 То же
сосудом, не содержащим исследуемой упаковки. Запах и вкус
пищевых продуктов затем определяют несколько экспертов.
В последнее время принимаются меры для использования
при печати на упаковочных материалах печатных красок, обла-
дающих минимальным запахом, не передаваемым содержимо-
му упаковки.
Упаковочные материалы, и в том числе изготовленные на
бумажной основе, должны не только не вызывать у продуктов
неприятного запаха, но и предотвращать его появление от пор-
чи продуктов под действием окислительных процессов, влаги
окружающего воздуха, микроорганизмов, влияния ультрафио-
летовых лучей и пр. Поэтому в зависимости от вида упаковы-
ваемого продукта, условий его транспортировки и хранения
к упаковочному материалу предъявляются самые различные
требования.
Исследования X. Корте показали, что механизм прохожде-
ния через бумагу воздуха и паров воды различен. С увеличени-
ем степени помола бумажной массы изготовляемая бумага
делается все более воздухонепроницаемой и жиронепроницае-
мой. Ее же паропроницаемость снижается при этом сравнитель-
но на небольшую величину. Это объясняется тем, что с увели-
чением степени помола бумажной массы радиус . пор бумаги
заметно уменьшается, однако изотерма адсорбции целлюлозой
паров воды практически не изменяется. Движение паров воды
через бумагу зависит не только от радиуса пор. Как известно,
пар не просто проходит через поры бумажного листа, он пере-
мещается также и вследствие адсорбции гидроксильными
группами целлюлозы, что создает поверхностную диффузию
пара. Опыты показали, что величина коэффициента поверхност-
ной диффузии находится в линейной зависимости от величины
поверхностной концентрации.
При прохождении водяного пара через бумагу не исключа-
ется закупоривающее действие воды вследствие капиллярной
конденсации в мелких порах. Однако высокая поверхностная
диффузия паров воды через более крупные поры практически
преодолевает это закупоривающее действие. Именно поэтому
повышение относительной влажности среды способствует уве-
личению скорости прохождения пара. Это положение подтвер-
дил экспериментально Р. Р. Рунслей. Проведенные автором
этой книги опыты показали рост скорости сушки бумаги с уве-
личением ее относительной влажности. Однако в данном случае
это может быть связано не только с увеличением скорости про-
хождения пара через бумагу, а также с увеличением коэффи-
циента теплопередачи от стенок сушильных цилиндров
к влажной бумаге.
Наблюдения по установлению влияния различных факторов
на паропроницаемость бумаги показали, что каландрирование,
а также изменение степени канифольной проклейки бумаги
практически не изменяют величину ее паропроницаемости. При
повышении степени помола бумажной массы с 20 до 91° ШР
паропроницаемость соответствующей бумаги снизилась почти
в 1,7 раза. Рекомендуется все испытания паропроницаемости
бумаги проводить в узком диапазоне температуры окружающе-
го воздуха (в пределах 19—21°С), так как температура оказы-
вает большое влияние на рассматриваемое свойство бумаги.
С повышением температуры паропроницаемость увеличивается
примерно в линейной зависимости.
Как было указано выше, паропроницаемость и воздухопро-
ницаемость бумаги не идентичны. Что же касается сравнения
жиронепроницаемости бумаги с воздухонепроницаемостью, то
существует определенное мнение, что о жиронепроницаемости
бумаги можно судить по ее воздухонепроницаемости.
Как пишут Р. Корн и Ф. Бургшталлер, если принять возду-
хопроницаемость пергамина (масса 1 м2 —60 г, толщина —
0,05 мм) за 1, то воздухопроницаемость промокательной бумаги
(масса 1 м2—127 г, толщина — 0,29 мм) будет 643, а бумаги
из беленой целлюлозы (масса 1 м2 — 92 г, толщина —
0,09 мм) — 5.
Глава 10
НЕКОТОРЫЕ ДЕФЕКТЫ БУМАГИ
10.1. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Среди многообразия свойств бумаги, обеспечивающих воз-
можности применения разных ее видов по самому различному
целевому назначению, встречаются и свойства, затрудняющие
практическое использование бумаги потребителями. Эти отри-
цательные свойства часто делают совершенно невозможным
употребление бумаги для той цели, для которой при изготов-
лении опа предназначалась. Отрицательное влияние обычно вы-
ражается в снижении показателей качества, предусмотренных
нормами соответствующих стандартов на бумагу или на изде-
лия из нее: недостаточная механическая прочность, низкие по-
казатели специфических свойств бумаги (электроизоляционных,
впитываемости, пригодности к печати и т. д.) и пр. Может быть
также отмечено ухудшение внешнего вида бумаги или изделий
из нее: наличие сорности, пятен, отверстий, морщин, складок,
облачного просвета, разнооттеночности и др. Все эти и другие
отрицательные свойства бумаги (колебания во влажности, тол-
щине, массе 1 м2, волнистость и скручиваемость бумаги, скоп-
ление статического электричества и пр.) снижают выход про-
дукции первого сорта и нередко влекут за собой простой бума-
годелательного оборудования или оборудования, применяемого
у потребителей бумаги.
Указанные отрицательные свойства бумаги в существующих
условиях производства бумаги неизбежны. Они считаются
дефектами в том случае, если величина показателей этих свойств
выходит за пределы норм, предусмотренных техническими тре-
бованиями для соответствующего вида бумажной продукции.
Например, если для какого-либо вида бумаги допустимо коле-
бание массы 1 м2 в пределах ±2,5% от номинала, то бумага
этого вида считается дефектной, если колебание ее массы 1 м2
превышает указанную величину. Однако далеко не каждое отри-
цательное свойство бумаги имеет точно установленные допу-
стимые нормы. Неясно, какую степень маркировки поверхности
бумаги от сетки или сукон можно считать предельной для того,
чтобы бумага не считалась дефектной. То же можно сказать
о пылимости бумаги и некоторых других ее отрицательных
свойствах. Это несомненно затрудняет решение спорных вопро-
сов между поставщиками и потребителями бумаги о качестве
той или иной партии бумаги и настоятельно требует разра-
ботки объективных оценок не только положительных, но и всех
отрицательных свойств бумаги, что позволит однозначно судить
о качестве бумаги и ее дефектах.
Понятие о качестве бумажной продукции не является посто-
янным во времени. Та продукция, которая в какой-то период
времени считалась вполне качественной, может оказаться
в будущем дефектной в связи с возросшими требованиями по-
требителей. Причины этих возросших требований могут быть
различными: возросшие эстетические потребности населения,
использование потребителями более совершенных и производи-
тельных машин для переработки или непосредственного исполь-
зования бумаги и пр. Поэтому качество бумажной продукции
в определенный период времени характеризуется совокупностью
свойств, определяющих степень ее пригодности для практиче-
ского использования по целевому назначению в рассматривае-
мый период времени. Здесь важно подчеркнуть, что наименова-
ния всех свойств бумаги, определяющих в совокупности ее ка-
чество, должны быть в каждом случае достаточно точно опре-
делены. Вреден как излишний показатель, так и недостаток
в совокупности какого-либо показателя. В первом случае может
быть необоснованно завышена отбраковка бумаги в сущности
вполне хорошего качества. Во втором случае потребительская
ценность бумаги будет недостаточно охарактеризована, что мо-
жет вызвать повышенный брак бумаги или какие-либо затруд-
нения при ее практическом использовании.
При перевозке рулонов бумаги, в особенности на дальние
расстояния и при многократных перегрузках, очень часто на-
блюдаются случаи повреждения не только бумажной упаковки
рулонов, но и самой товарной бумаги: ее загрязнение, надрывы,
разлохмачивание торцов рулонов, вмятины на их поверхности
и др. Наиболее часто повреждаются рулоны при отсутствии
элементарной механизации во время выгрузки рулонов бумаги
из автомашин, вагонов, барж и трюмов морских или речных
судов.
Как указывает Б. Н. Сахаров [122], совершенно недопусти-
мо при перемещении готовой продукции пользоваться ручными
крюками, независимо от прочности упаковки. Тот же автор ука-
зывает, что стандартная упаковка, применяемая в целлюлозно-
бумажной промышленности, дает готовой продукции достаточ-
ную защиту при применении нормальных транспортных
устройств. Однако падение рулона с высоты 20 см уже вызыва-
ет сплющивание, а также боковые, торцовые и угловые
повреждения. Рулонная продукция получает повреждения: от
воздействия влажности, ударов, столкновений, трения; гвоздей,
болтов и прочих выступающих из пола подвижного состава ча-
стей; деформации в результате воздействия высоких нагрузок,
установки рулонов на влажном основании, что может привести
как к повреждениям кромок, так и деформации.
По свидетельству одной из канадских фирм, она часто полу-
чала рекламации по поводу различных повреждений рулонов
бумаги для печати, перевозимых из Канады в Европу. В неко-
торых случаях количество поврежденных рулонов доходило до
30% от всей транспортируемой партии, что заставило фирму
организовать отправку рулонов в специально оборудованных
контейнерах. Без удорожания стоимости транспортировки это
привело к резкому снижению числа поврежденных рулонов,
составивших примерно 0,2% от общего количества перевозимых
рулонов.
Сообщается, что при транспортировке газетной бумаги по-
лезной оказалась прокладка листов фанеры между рядами
рулонов. Это мероприятие позволило снизить число поврежден-
ных при транспортировке рулонов на 70%.
Для предотвращения дефектов, возникающих при ее изготовлении на
бумагоделательной машине, необходим оперативный контроль за качеством
выпускаемой продукции. С этой целью полезно использовать электронно-вы-
числительные машины. Так, на одном из предприятий Швеции применение
ЭВМ для контроля качества выпускаемой мешочной бумаги способствовало
ускорению примерно в 2 раза оповещения работников, обслуживающих бу-
магоделательную машину, о результатах анализов каждого подвергавшегося
исследованию образца бумаги. При этом повышалась точность результатов
испытаний и их записи с исключением возможных ошибок. Благодаря ис-
пользованию ЭВМ. одновременно автоматически осуществляется подбор ин-
формации для статистической обработки данных о разных показателях каче-
ства бумаги. Оперативности испытания образцов бумаги способствовала
также пневматическая система транспортировки этих образцов из помеще-
ния бумагоделательных машин в лабораторию, где осуществлялись испытания
образцов на обычной аппаратуре, оснащенной, однако, в описанном случае
электронными датчиками.
В США управление работой бумагоделательных машин при помощи
ЭВМ было впервые осуществлено в 1961 г. Хотя применение ЭВМ первого
поколения и способствовало улучшению качества выпускаемой продукции,
а также повышению производительности машин, тем не менее наблюдались
и серьезные затруднения при эксплуатации этих ЭВМ из-за больших
размеров, необходимости их установки в помещениях с кондиционированным
климатом и необходимости применения сложного оборудования для сопряже-
ния ЭВМ с контрольно-измерительными приборами бумагоделательной ма-
шины. В 1969 г. появились малогабаритные ЭВМ второго поколения, обра-
батывающие сигналы датчиков, управляющие работой бумагоделательной
машины, накапливающие и выдающие информацию о производственном про-
цессе. Эти ЭВМ вскоре получили широкое распространение при изготовлении
различных видов бумаги и картона. К 1977 г. из 38 бумагоделательных ма-
шин, выпускающих газетную бумагу, 25 были оснащены компьютерными
установками управления. Общее же количество- ЭВМ на бумагоделательных
машинах достигло 460.
В результате управления с помощью ЭВМ в США производительность
бумагоделательных машин удалось повысить на 4—>12% вследствие повыше-
ния средней скорости их работы, снижения брака выпускаемой бумажной
продукции и потерь времени на простои, оборудования. Выпуск бумаги с на-
длежащей стабильной влажностью обеспечил существенную экономию пара
на сушку бумаги, а поддержание постоянства массы 1 м2 бумаги с непре-
рывным контролем ее зольности обеспечило не только улучшение качества
бумаги, но и значительную экономию исходных волокнистых материалов.
Существенно улучшилось качество мелованной бумаги и сократился расход
материалов покровного слоя благодаря управлению с помощью ЭВМ про-
цессом нанесения на бумагу покровного слоя. ЭВМ третьего поколения яв-
ляются еще более совершенными, более дешевыми, имеют емкую и быстро-
действующую память, что расширяет возможности их использования на бу-
магоделательных машинах. Все возрастает тенденция к созданию комплек-
сных систем управления путем объединения отдельных блочных систем
в единую систему управления процессом изготовления бумаги на каждом
предприятии в отдельности.
Повсеместное использование подобных систем управления
несомненно будет способствовать не только повышению эффек-
тивности производства, но и улучшению качества выпускаемой
продукции с резким снижением брака.
Существует очень много причин возникновения дефектов
бумаги. Эти причины прежде всего связаны с нарушениями тех-
нологических режимов процессов изготовления бумаги, начиная
с использования неподходящих волокнистых материалов и хи-
микатов и кончая нарушениями в процессах упаковки готовой
бумаги и ее транспортировки к потребителям.
Иногда при хранении бумаги с покровным слоем в кипах
или в рулонах наблюдается слипание сопряженных поверхно-
стей бумаги. При разделении прилипших друг к другу поверх-
ностей они теряют лоск. Если бумага была лакированной, час-
то при этом полностью или частично отрывается слой лака.
Слипанию способствует: повышенное давление между сопряжен-
ными поверхностями, повышенная температура или влажность
среды, наличие остатков растворителя в покровном слое бума-
ги, повышенное содержание в этом слое пластификаторов,
а также наличие мономерных или низкомолекулярных компо-
нентов в связующем покровного слоя. Возникновение дефектов
бумаги возможно и от неправильного ее использования потре-
бителями при хранении бумаги, нанесении на ее поверхность
печати или при других видах ее использования, а также в про-
цессах переработки бумаги.
В соответствующих разделах этой книги рассмотрены факто-
ры, оказывающие влияние на разные свойства бумаги. Однако
одно и то же свойство для некоторых видов бумаги желательно,
для других же оно является дефектом. Поэтому при рацсмот-
рении факторов, определяющих это свойство, попутно рассмат-
риваются и условия, при которых возникают те или иные
дефекты бумаги. Так, прозрачность является положительным
свойством для прозрачных видов бумаги, но может быть де-
фектом для тех видов бумаги, на которых должна быть осу-
ществлена двухсторонняя печать. Отсюда очевидно, что приме-
нение, например, древесной массы и каолина в композиции не-
которых видов бумаги для печати желательно с точки зрения
снижения опасности просвечивания текста на противоположную
сторону листа, но недопустимо при выработке высокопрозрач-
ных видов бумаги, для которых может служить причиной дефек-
та из-за понижения прозрачности бумажного полотна.
Высокая впитывающая способность необходима для филь-
тровальных пли промокательной бумаги, но это может быть
дефектом для тех видов бумаги, которые предназначены для
письма и должны быть проклеены канифольным клеем. Оче-
видно, и факторы, способствующие повышению впитывающей
способности бумаги, будут условиями возникновения де-
фектов при выработке бумаги, проклеенной канифольным
клеем.
Жесткость — важное потребительское свойство многих видов
бумажной тары, но отрицательное свойство для большинства
видов изделий из бумаги санитарно-бытового назначения (сал-
феток, носовых платков, пеленок и пр.).
Таким образом, рассмотрение двух противоположных
свойств бумаги: прозрачности и непрозрачности, упругости
и пластичности, мягкости в твердости, жесткости и вялости
и т. д. дает возможность выявить для того или иного вида
бумаги как факторы, повышающие ее потребительскую цен-
ность, так и факторы, действующие в противоположном на-
правлении.
О дефектах бумаги косвенно упоминалось также и при опи-
сании влияния процессов производства бумаги на ее основные
свойства. Например, в разделе о наполнении бумаги указано,
что применение наполнителя, засоренного примесями абразив-
ного характера, может служить причиной такого дефекта бума-
ги, при котором наблюдается частый выход из строя печатной
формы. В разделе, посвященном отливу полотна, рассмотрены
факторы, вызывающие хлопьеобразование и облачный просвет
бумаги. Разумеется, что многочисленные причины возникнове-
ния дефектов бумаги далеко не исчерпываются указанными
выше. В практических условиях появление разных дефектов
бумаги может быть вызвано причинами, связанными и с недо-
статочной квалификацией фабричных работников или потреби-
телей бумаги, а также с недостатками оборудования. Ниже
рассматриваются причины наиболее часто встречающихся де-
фектов бумаги.
10.2. КОЛЕБАНИЯ МАССЫ 1 м2 БУМАГИ
10.2.1. Основные причины дефекта и меры борьбы с ним
Иногда массу 1 м2 бумаги ошибочно называют ее плот-
ностью. Известно, что плотность материала представляет собой
величину массы этого материала в единице объема. Таким об-
разом, по своему физическому смыслу и по размерности вели-
чин понятия масса 1 м2 и плотность являются совершенно раз-
личными и отождествлять их не следует.
Чем более равномерной поддерживается масса 1 м2 выра-
батываемой бумаги, тем, как правило, более равномерной ока-
зывается бумага и по другим показателям качества: влажности,
толщине, плотности, просвету, показателям механической проч-
ности и др. Поддержание постоянства массы 1 м2 изготовляе-
мой бумаги является поэтому важной задачей технологов-
бумажников. Допустимые колебания массы 1 м2 бумаги
регламентируются нормами действующих стандартов, и бумага
с колебаниями массы 1 м2, выходящими за пределы норм
стандартов, не является кондиционной.
Чрезмерно низкая масса 1 м2 бумаги связана часто с ее
ослаблением, повышением светопроницаемости (что нежела-
тельно для писчей бумаги или бумаги для печати) и с ухудше-
нием других потребительских свойств бумаги. Чрезмерно высо-
кая масса 1 м2 бумаги также часто ухудшает ее потребитель-
ские свойства, и прежде всего приводит к перерасходу воло-
кон, применяемых для изготовления бумаги. Поэтому желатель-
но вырабатывать бумагу с нормой массы 1 м2, соответствующей
нижнему пределу, допускаемому стандартом. Однако сущест-
вующая технология изготовления бумаги не позволяет ее выра-
батывать строго калиброванной по массе 1 м2 и те или иные
колебания этого показателя неизбежны. Стараются лишь огра-
ничить эти колебания нормами стандарта, соответствующего
виду изготовляемой бумаги.
Колебания массы 1 м2 бумаги могут носить систематический
или неорганизованный характер. В первом случае могут
наблюдаться: либо неравномерная масса I м2 по ширине бу-
мажного полотна с постоянным характером колебаний этого
показателя (например, большая величина массы у какой-либо
из кромок или в середине полотна), либо через определенные
промежутки времени повторяющиеся количественно изменения
массы 1 м2 бумаги в одном и том же месте по ширине рулона.
При неорганизованных колебаниях массы 1 м2 изготовляемой
бумаги невозможно установить какую-либо закономерность
в изменении колебаний этого показателя качества бумаги.
Очень часто оба вида колебаний массы 1 м2 бумаги встре-
чаются одновременно. Случайные колебания массы 1 м2 бумаги
могут маскировать систематические колебания этого показа-
теля.
Необходимость изготовления однородной бумаги диктуется
не только требованиями полиграфистов и других потребителей
бумаги. При значительных колебаниях в массе 1 м2 бумаги
нельзя создать устойчивый технологический режим изготовле-
ния ее на бумагоделательной машине, особенно работающей
при высокой скорости. Увеличивается число обрывов бумажного
полотна на машине, затрудняется получение ровной и плотной
намотки его на накате, возрастает число внутрирулониых
дефектов.
Чем шире и быстроходнее бумагоделательная машина, тем
труднее обеспечить выработку на ней равномерной по массе
1 м? бумаги. Прежде всего необходимо создать постоянный тех-
нологический режим производства. Это достигается оснащением
всего технологического потока соответствующей контрольно-
измерительной и автоматически регулирующей аппаратурой:
регуляторами концентрации и композиции массы, указателями
и регуляторами уровня массы, регуляторами количества мас-
сы, поступающей на бумагоделательную машину, влажности
бумажного полотна и др. Существуют и специальные регулято-
ры массы 1 м2 бумаги, которые следует устанавливать. Однако
необходимо иметь в виду, что они будут эффективно работать
только в сочетании с хорошей работой упомянутых выше регу-
ляторов, и в частности регулятора влажности бумаги, так как
колебания во влажности бумаги отразятся и на колебаниях ее
массы 1 м2.
Создание постоянного технологического режима производст-
ва в немалой степени зависит от устойчивости физико-механи-
ческих показателей используемых полуфабрикатов, постоянст-
ва скорости бумагоделательной машины, отсутствия колебаний
концентрации массы при поступлении ее на сетку, постоянства
величины напора и высоты выпускной щели и др. Необходимо
следить за тем, чтобы скорость истечения бумажной массы по
ширине машины была равномерной.
Немаловажную роль играют и расположение узлоловителей,
установка распределителей потока массы, конструкция напор-
ных ящиков и напускных устройств. Практически установлено,
что па линии продольных осей узлоловителей скорость потока
обычно выше, чем на осевой линии промежутков между ними.
Если не принять специальных мер, то в напорном ящике,, осо-
бенно в условиях работы быстроходной бумагоделательной
машины, скорость потока по ширине машины может не вырав-
ниться.
Замена обычных узлоловителей вертикальными сортировка-
ми (селектифайерами) или центриклинерами полностью еще не
может обеспечить постоянства скорости по ширине потока мас-
сы, поступающего в напорный ящик. Поэтому применяют раз-
личные распределительные устройства для потока бумажной
массы. Ранее подвод массы осуществляли по схеме Сенди
Хилл-Бертрама или через гидродинамический распределитель
(расширитель) потока массы. Однако обе эти системы имеют
существенный недостаток — громоздкость и поэтому в настоя-
щее время от их применения отказываются. Иногда используют
гидродинамическую трубу, в которой поток массы, поступаю-
щей к машине, разделяется на два одинаковых по объему пото-
ка, движущихся навстречу один другому с лицевой и привод-
ной сторон машины. Каждый поток поступает в клиновидный
канал трубы, образованный специальной перегородкой, не до-
ходящей до конца узкого канала. Таким образом, клиновидные
каналы не являются глухими и соединяются с широким смеж-
ным каналом. Из каналов масса выпускается в общее
отверстие, длина которого равна ширине сетки. При этом два
потока смешиваются в один, поступая на машину по всей ее
ширине. Так как площадь поперечного сечения каналов умень-
шается пропорционально уменьшению потоков массы в кана-
лах, скорость ее прохождения по всей ширине машины остается
одинаковой.
Все чаще на современных бумагоделательных машинах при-
меняют многотрубный распределитель коллекторного типа.
Коллектор составлен из отрезков усеченных конусов (рис. 135).
Рис. 135. Схема коллекторного пото-
кор аспределителя напорного ящика:
/ — подвод массы; 2 — вентиль для ре-
гулирования рециркуляции массы; 3 —
задняя стенка напорного ящика; 4 — отво-
дящие патрубки для массы
Его сторона, примыкающая к машине, прямая и параллельна
задней стене ящика. Угол наклона коллектора рассчитан так,
чтобы обеспечить одинаковое давление массы по всей его дли-
не. Узкий конец коллектора соединен с трубой, по которой на
рециркуляцию отводится 10—15% массы.
Однако указанных мероприятий еще недостаточно для изго-
товления бумаги однородной по массе 1 м2. Наблюдениями
установлено, что очень часто колебания 1 м2 вырабатываемой
бумаги по ширине бумажного полотна зависят от профиля вы-
пускной щели напускного устройства. Поэтому выпускная на-
садка должна иметь достаточно жесткую конструкцию и обес-
печить возможность плавного регулирования открытия щели по
всей ширине машины. Масса должна поступать на сетку спо-
койным потоком, направленным по возможности параллельно
ходу сетки без ясно видимых струй и разбрызгивания.
Профиль выпускной щели напорного устройства регулирует-
ся с помощью регулировочных винтов, расположенных на оди-
наковом расстоянии друг от друга по всей ширине машины.
Каждый из винтов имеет свой номер, которому соответствует
такой же номер, отмеченный на поперечной траверсе над
каландром и у наката. Таким образом, по определениям проб
бумаги, взятых в конце машины по всей ее ширине, можно
легко установить, какой из винтов напускного устройства требу-
ет регулирования.
Для обеспечения равномерного отжима бумажного полотна
по его ширине в прессовой части машины необходимо, чтобы
давление в прессах по всей ширине машины было равномерным.
Контролировать это легче при наличии пневматической систе-
мы прижима прессовых валов. Неравномерный отжим бумаж-
ного полотна в прессах может наблюдаться в случаях дефектов
прессовых сукон, а также при неправильной бомбировке прес-
совых валов. Известные преимущества в этом отношении имеют
так называемые несгибаемые прессовые валы (валы с консоль-
ной рубашкой).
В сушильной части бумагоделательной машины необходимо
следить за подачей пара и отводом конденсата для создания
постоянной температуры поверхности сушильных цилиндров
и равномерной влажности сушильных сукон по ширине машины.
Б. Эшвин и Б. Сегерберг указывают, что на одной из фабрик
в Новой Зеландии на машине, вырабатывающей газетную бума-
гу при скорости, превышающей 760 м/мин, и ширине полотна
на накате 6850 мм, сушильные сукна были заменены сетками
из синтетических волокон. Сетки отличались высокой воздухо-
проницаемостью (217—233 м3/м2 в мин при перепаде давле-
ния 124,5 Па). Это позволило значительно повысить равномер-
ность влажности бумаги по ширине полотна. Такой же эффект,
в особенности на широких бумагоделательных машинах, дости-
гается при установке устройств для вентиляции «карманов»
между сушильными цилиндрами.
Правильно организованной вентиляцией сушильной части
машины можно в значительной степени отрегулировать посто-
янство влажности бумажного полотна по его ширине. На одной
из фабрик при установке колпака над сушильной частью бума-
годелательной машины было обеспечено аэродинамическое рав-
новесие с приводной и лицевой сторон машины. Обычно потоки
воздуха распределяются неравномерно между приводной и ли-
цевой сторонами из-за разных сопротивлений с каждой сторо-
ны. Для выравнивания сопротивления были выполнены следую-
щие конструктивные меры. С лицевой стороны в полу устроены
отверстия, подобные отверстиям с приводной стороны, предна-
значенные для паро- и конденсатопроводов. Для создания
одинаковых потоков воздуха расстояние между вертикальными
стенками колпаков и станинами сделаны одинаковыми с обеих
сторон машины. Главный паропровод ранее был расположен
в подвальном этаже с приводной стороны машины. Несмотря
на хорошую теплоизоляцию, имело место излучение тепла, что
и нарушало равновесие воздушных потоков. Поэтому главный
паропровод был смонтирован над сушильными секциями.
В результате всех этих и других мер по обеспечению аэродина-
мического равновесия с приводной и лицевой сторон бумагоде-
лательной машины удалось значительно стабилизировать пара-
метры бумажного полотна по его ширине.
Одной из причин неравномерной влажности бумажного по-
лотна по его ширине и изменений при этом массы 1 м2 бумаги
может быть также неравномерная температура поверхности
сушильных цилиндров вследствие неправильной установки
неподвижных сифонных труб внутри цилиндров. Необходимо,
чтобы сифоны имели минимальный зазор до внутренней поверх-
ности цилиндров и были бы установлены под надлежащим
углом.
При очистке бумажной массы в узлоловителях под влияни-
ем вибрации ванн часто наблюдается волнообразное движение
потока массы в сборном желобе от узлоловителей. Это приво-
дит к неоднородности течения потока, поступающего в напор-
ный ящик. Для предотвращения этого явления рекомендуется
сихронизировать привод всех узлоловителей с одновременным
сдвигом фаз эксцентриков тряски узлоловителей. Нежелатель-
ное совпадение фаз тряски узлоловителей вызывает явление
резонанса, при котором могут наблюдаться значительные пуль-
сации потока, определяющие уровень систематических колеба-
ний массы 1 м2 бумаги в ее машинном направлении и завися-
щие также от частоты собственных колебаний всей системы по-
дачи и распределения бумажной массы.
Наблюдения сотрудников Ленинградского технологического
института целлюлозно-бумажной промышленности [81] показа-
ли, что колебания массы 1 м2 бумажного полотна в машинном
направлении действительно в значительной степени формируют-
ся еще в массоподготовительной системе. Анализ частот пуль-
саций массы в напорных ящиках бумагоделательных машин
показал характерные пики в низкочастотном диапазоне
(10—160 Гц). Эти пики приходятся на частоты, прямо указыва-
ющие на влияние смесительного насоса и узлоловителей. Было
установлено, что на быстроходных бумагоделательных машинах
влияние низкочастотных пульсаций наиболее заметно, так как
в этих случаях время обезвоживания значительно меньше вре-
мени стабилизирования потока массы. Эффективной мерой
борьбы с пульсациями, как указывают авторы проведенных на-
блюдений, может быть совершенствование конструкций насосов
и сортировок, тщательное балансирование их роторов и цент-
ровка осей полумуфт.
Рекомендуется обратить внимание также на придание напор-
ному ящику достаточной жесткости. Ю. Мардон с сотрудниками
тоже пришел к выводу, что при закрытых системах напуска
массы способы устранения источников колебаний массы 1 м2
вырабатываемой бумаги значительно более разнообразны, чем
в случае открытых напорных ящиков. Указанный автор реко-
мендует ограничивать пульсации потока установкой на его пути
особых сглаживающих устройств.
Известно, что на колебания массы 1 м2 бумаги оказывает
влияние и вибрация регистровых валиков. Причиной пульсации
может быть также захват воздуха массным насосом или насо-
сом, подающим воду, а также другие неполадки в работе бума-
годелательной машины, например вибрация формующего или
напорного ящика.
Колебания концентрации массы в напорном ящике могут
происходить и в случаях повышенного содержания воздуха
в потоке массы. Они происходят из-за флотации волокон, кото-
рая влечет за собой неравномерный отлив бумажного полотна
и, следовательно, колебания массы 1 м2 вырабатываемой
бумаги.
Как указывает Г. Швейцер, на одной из быстроходных бу-
магоделательных машин была реконструирована система под-
вода массы к сеточному столу бумагоделательной машины.
В результате снизилось общее содержание воздуха в потоке
массы на 20%. Снизились также на 20% и средние показатели
колебаний массы 1 м2 бумаги по всей ширине бумажного
полотна.
Масса 1 м2 бумаги может колебаться, когда задвижка, ко-
торой регулируется подача массы на бумагоделательную маши-
ну, имеет упрощенную, несовершенную конструкцию и отсутст-
вует возможность тонкого регулирования количества подавае-
мой на машину массы. В этих случаях при небольшом открытии
массной задвижки наблюдается постепенное уменьшение сече-
ния проходящего через задвижку потока из-за забивания сече-
ния массой. Это приводит к уменьшению массы 1 м2 вырабаты-
ваемой бумаги. После того как образовавшаяся пробка из мас-
сы пробивается потоком, масса 1 м2 бумаги резко повышается.
При выработке бумаги или картона на цилиндровой маши-
не в тех случаях, когда осуществляется двухсторонний отвод
воды из формующего цилиндра при скорости до 70 м/мин,
обычно процесс обезвоживания на цилиндре происходит доста-
точно равномерно. При дальнейшем увеличении скорости
цилиндра нарушается равномерность обезвоживания из-за тра-
верс и спиц внутри цилиндра. Во избежание заметных колеба-
ний в массе 1 м2 вырабатываемой бумаги или картона приме-
няются цилиндры, гладкие внутри.
Н. К. Андервуд и Б. А. Шипстон отмечают, что изменения
массы 1 м2 бумаги в значительной степени зависят от работы
электропривода бумагоделательной машины, ее постоянной
и переменной частей. При этом колебания частоты тока влекут
за собой и колебания массы 1 м2 бумаги. Достигнутые за по-
следнее время успехи в области стабилизации частоты тока
способствовали уменьшению пределов колебаний массы 1 м2
изготовляемой бумаги.
С. Н. Иванов указывает, что работа электропривода влияет
на колебания массы 1 м2 бумаги не только вследствие измене-
ний частоты тока. Изменения напряжения в сети, питающей
главный приводной двигатель машины, скольжение ремней
главного электродвигателя или привода сетки машины — все
это также влечет за собой колебания массы 1 м2 изготовляемой
бумаги. Тем не менее современный привод бумагоделательной
машины обеспечивает возможность выработки бумаги с допу-
сками по величине массы 1 м2 в пределах существующих стан-
дартов.
К числу других причин, вызывающих колебания массы 1 м2
бумаги на бумагоделательной машине, следует также отнести
изменения концентрации массы в машинном бассейне, приво-
дящие к изменениям количества абс. сухого вещества, поступаю-
щего на сетку. Эта концентрация обычно изменяется во время
перекачивания массы из подготовительного цеха при плохой
работе регуляторов или при их отсутствии. Колебания концент-
рации могут быть и при перекачивании в машинный бассейн
мокрого брака из мешалки, находящейся под гауч-валом. Для
выравнивания концентрации рекомендуется предварительный
пропуск мокрого брака из мешалки через сгуститель.
10.2.2. Контроль массы 1 м2 вырабатываемой бумаги
Изменение массы 1 м2 вырабатываемой на бумагоделатель-
ной машине бумаги можно определить и без отбора проб ее
с последующим взвешиванием их на квадрантных весах. Основ-
ными признаками, свидетельствующими об изменении массы
1 м2 бумаги, являются:
1) изменение месторасположения на сеточном столе границы перехода
блестящего зеркала бумажной массы в матовую поверхность; 2) изменение
величины вакуума в отсасывающих ящиках и в камерах отсасывающего
гауч-вала; 3) изменение степени натяжения бумаги между гауч-валом и пер-
вым прессом.
При увеличении массы 1 м2 бумаги граница изменения бле-
стящей поверхности массы на сетке бумагоделательной маши-
ны перемещается в сторону гауч-вала, вакуум в отсасывающих
ящиках и в камерах отсасывающего гауч-вала увеличивается,
увеличивается и натяжение бумажного полотна между гаучем
и первым прессом.
С уменьшением массы 1 м2 бумаги указанные три признака
проявляют себя в обратном направлении, а именно: зеркало
залива массы перемещается в сторону грудного вала, вакуум
в отсасывающих ящиках и в камерах отсасывающего гауч-вала
уменьшается, уменьшается и натяжение бумажного полотна
между гаучем и первым прессом.
По указанным трем признакам определять качественное из-
менение массы 1 м2 бумаги можно лишь в том случае, если
есть уверенность, что прочие факторы технологического процес-
са (и в первую очередь степень помола бумажной массы,
а также ее композиция) остались неизменными.
На многих бумагоделательных машинах массу 1 м2 бумаги
регулируют и контролируют посредством прибора, осуществляю-
щего измерение и регулирование с помощью радиоактивных
изотопов, излучающих р-лучи. Принцип действия прибора осно-
ван на том, что при прохождении р-лучей через бумажное по-
лотно теряется значительное количество энергии излучения.
Величина этой потери пропорциональна массе, сосредоточенной
в 1 м2 бумаги. Таким образом, регистрируя отношение энерге-
тических уровней лучей, проходящих через бумагу и падающих
на нее, можно тем самым измерить массу 1 м2 бумаги. Прибор
дает возможность непрерывно контролировать массу 1 м2 бума-
ги, тогда как обычным путем, отбирая образцы бумаги и взве-
шивая их, фактически можно судить о массе 1 м2 изготовляемой
бумаги лишь по периодическим замерам, что не дает достаточ-
но точного представления об изменениях этого показателя.
В промышленности получила признание система Measurex
одновременного измерения массы 1 м2 и влажности полотна,
применяемая в сочетании с регулировкой указанных показате-
лей с помощью электронно-вычислительной машины. Эта си-
стема измерений успешно осуществляется при выработке раз-
личных видов бумаги.
На машине, выпускающей крепированную бумагу с массой
16 г/м2, точность измерений составляет 0,1% и применение этой
системы позволило повысить влажность выпускаемого полотна
на 2% с одновременным уменьшением массы 1 м2 на 2% и по-
вышением скорости бумагоделательной машины на 5% при
сокращении количества брака бумаги и числа обрывов полотна.
На машине, выпускающей наружный слой гофрированного
картона обрезной ширины 8890 мм при скорости 760 м/мин
и производительности 1200 т/сут, система Measurex и ЭВМ
хорошо регулируют массу 1 м2 и влажность полотна при нали-
чии датчиков перед сушильной частью, перед клеильным прес-
сом и на накате.
При измерении с высокой точностью массы 1 м2 и влажности
бумажного полотна рекомендуется применять комбинированные
приборы с вычислительными устройствами, обеспечивающими
одновременно коррекцию информации о массе 1 м2 по влажно-
сти и информации о влажности по массе 1 м2 контролируемого
бумажного полотна [80].
Для измерения и регулирования влажности бумажного
полотна существует много видов различной аппаратуры, осно-
ванной на использовании разнообразных принципов действия,
среди которых наибольшее распространение приобрел принцип
регистрации влажности бумаги по изменению емкости электри-
ческого конденсатора, между пластинами которого проходит
бумажное полотно.
Оригинальный принцип действия прибора для определения
влажности бумажного полотна был предложен Л. А. Полухи-
ной и В. Н. Фурсовым. По принципу действия этого прибора
влажность бумаги на накате бумагоделательной машины кос-
венно определяется мощностью электромагнитного излучения,
которое возникает при разрядах статического электричества,
происходящих во время отрыва бумажного полотна от вала
машинного каландра. Чем суше бумага, тем больше мощность
разрядов электромагнитного излучения. Для измерения в каж-
дый момент времени средней влажности по всей ширине бумаж-
ного полотна служит антенна, выполненная в виде проволоки,
натянутой над полотном. Укреплена антенна на изоляторах
к станине бумагоделательной машины. Для измерения влажно-
сти узкой полосы бумажного полотна датчик выполнен в виде
шарика с разрядником. Шариком касаются полотна в том его
месте, в котором желательно определить его влажность. Элек-
тронной частью прибора является анализатор спектра электро-
магнитных излучений, настроенный на определенную частоту.
Прибор лучше всего использовать на специализированных
бумагоделательных машинах, постоянно выпускающих один
и тот же вид бумаги: газетную, типографскую, кабельную, ме-
шочную и др.
Исследования в УкрНИИБе показали, что изменения массы
1 м2 бумаги носят двоякий характер. Они состоят, с одной сто-
роны, из длительных и периодических отклонений среднего зна-
чения от установленной величины и, с другой стороны, из быст-
ропеременных колебаний, накладывающихся на эти отклоне-
ния. Длительные отклонения массы 1 м2 бумаги, вызываемые
воздействием регулярных технологических факторов, могут
быть точно измерены и устранены при помощи соответствующей
системы автоматического регулирования. Средств же для эф-
фективного измерения быстропеременных колебаний массы 1 м2
бумаги, обусловленных воздействием случайных переменных
факторов, в настоящее время еще нет, поэтому пока исключена
возможность их уменьшения путем установки автоматических
регуляторов. Отмечается также, что колебания массы 1 м2
бумаги по ширине бумажного полотна в первую очередь зави-
сят от концентрации массы и высоты ее напора при поступле-
нии на сетку, а также от скорости сетки. Колебания массы 1 м2
бумаги вдоль бумажного полотна обусловлены гидродинамиче-
скими условиями движения массы по трубопроводам и устрой-
ствам постоянной части бумагоделательной машины.
Наблюдения показали, что при выработке различных видов
бумаги существует оптимальный режим напуска массы. Под-
держивание этого режима связано со стабилизацией значений
концентрации бумажной массы, высоты ее напора и скорости
движения сетки, которые обеспечивают минимальные колеба-
ния массы 1 м2 по ширине бумажного полотна.
В работе каиадских авторов отмечается, что на машинах, вырабатыва-
ющих газетную бумагу, наиболее заметно периодическое изменение массы
1 м2 бумажного полотна во всех случаях отклонения в ту или другую
сторону от теоретической высоты напора массы в напорном ящике.
Небезынтересно отметить, что вывод о существовании оптимальных ус-
ловий напуска бумажной массы в целях получения наиболее однородной по
622
массе 1 м2 бумаги (совпадает с выводами (работы, проведенной при участии
автора еще в 1932 г. и показавшей наличие оптимальных условий напуска
массы для получения однородной по просвету бумаги и с наиболее высо-
кими показателями механической прочности.
10.3. СКРУЧНВАЕМОСТЬ и волнистость
10.3.1. Основные причины скручивания бумаги
и меры борьбы с этим дефектом
Повышенная скручнваемость бумаги является дефектом,
в значительной степени затрудняющим применение бумаги ее
потребителями. Этот дефект служит одной из причин брака
беловых товаров — блокнотов, записных книжек, альбомов, тет-
радей и пр. Перфокарты, применяемые при механизированном
машинном счете, должны быть плоскими, так как заметная их
скручнваемость вызывает нарушение нормальной работы ма-
шин, через которые они проходят. Виды скручивания перфо-
карт показаны на рис. 136.
Скручнваемость бумаги вызывает затруднения при наклеи-
вании этикеток, при использовании форзацной бумаги, а также
многочисленных видов бумаги, имеющих одностороннее покры-
тие (гуммированной, баритованной, карбонированной, плюше-
вой, лакированной, бумаги для переводных изображений и др.).
Чрезмерная склонность к скручиванию обойной бумаги влечет
за собой затруднения, связанные с тем, что деформированное
бумажное полотно, поступающее в фестонную сушильную ка-
меру с бумагокрасильной или печатной машины, имеет сверну-
тые края и выпуклость посередине. В этом случае образование
нормальных фестонов невозможно, так как при подъеме наклон-
ным цепным транспортером полотно бумаги ломается в различ-
ных направлениях, что приводит (рис. 137) к перекосам фесто-
нов, их сдавливанию и слипанию окрашенных поверхностей.
Скручнваемость обойной и цветных декоративных видов бумаги
наблюдается чаще всего при односторонней окраске, печатании
рисунка водными красочными составами и обработке различны-
ми эмульсиями. Скручнваемость бумаги в большинстве случаев
является одним из видов проявления ее разносторонности.
Бумага с этим дефектом плоско не лежит: ее края загибаются
в одну сторону и лист обнаруживает тенденцию к свертыванию
в трубочку.
Чем больше различие в ориентации волокон на сторонах бу-
мажного листа при одной и той же массе 1 м2 бумаги и при
всех прочих равных условиях, а также чем больше различие во
влажности обеих сторон бумаги, тем сильнее проявляет себя
скручивание. Дело в том, как указывает Н. И. Никитин, что
растительные волокна при полном их набухании увеличиваются
по длине всего лишь на 1—2%, а в тех же условиях по ширине
на 20—30%• Таким образом, в результате неравномерной ори-
ентации волокон на обеих сторонах листа возникают на этих
сторонах даже при одинаковой степени увлажнения различные
2
1
3
Рис. 136. Виды скручивания
карт:
1 — поперечное; 2 — продольное; 3
тональное
а-
перфо-
— диа-
6
Рис. 137. Поведение обойной бумаги
в фестонном сушильном аппарате при
одностороннем увлажнении:
а — отсутствие скручивания; б — скручи-
вание
по величине напряжения. Под воздействием большего напряже-
ния, или, вернее, под влиянием разности этих напряжений,
и происходит скручивание бумаги. Очевидно, что деформация
бумаги при этом будет больше в поперечном направлении, чем
в машинном (рис. 138). Как справедливо отмечает В. Брехт,
скручивание в большей степени наблюдается у образцов бума-
ги, обнаруживающих повышенную деформацию во влажном со-
стоянии и повышенное отношение деформации в поперечном
к деформации в машинном направлении.
Если по каким-либо причинам оказалось, что стороны листа
бумаги имеют неодинаковую влажность, степень набухания во-
локон на сторонах бумаги будет также различной. Различными
окажутся и напряжения, возникающие вследствие этого на сто-
ронах бумажного листа, что и будет служить причиной одно-
стороннего скручивания бумаги. Понятно, что впитывающая бу-
мага, обеспечивающая быстрое выравнивание влажности на
сторонах листа, будет более плоско лежать на гладкой поверх-
ности по сравнению с клееной бумагой, в которой из-за проклей-
ки затруднен влагообмен между сторонами и медленно вырав-
нивается влажность по толщине листа.
На двухсеточной бумагоделательной машине типа «Инвер-
форм», «Вертиформа», «Бел-Бей» и других можно выработать
более однородную по свойствам бумагу. Поэтому подобные ма-
шины считаются наиболее пригодными для выработки плоско-
лежащей бумаги.
Уже отмечалось, что различная влажность верхних и нижних
сушильных сукон и одной и той же сушильной группы может
быть причиной различной влажности сторон бумаги. Поэтому
важно своевременно обнаружить различие влажности указан-
ных сукон. Для установления этого автор рекомендует следую-
щий простой способ. Во время остановки бумагоделательной
машины к соответствующим верхним и нижним сушильным
сукнам слегка несколькими широкими стежками пришивают по
кусочку одной и той же текстильной ткани. Это делается с та-
ким расчетом, чтобы во время последующей работы машины,
после того как процесс станет уже установившимся, можно
было, не останавливая машину, оторвать от движущихся сукон
Рис. 138. Склонность бумаги к скручиванию от воздействия влаги:
I и IV — исходное состояние: II и III — увлажнение снизу, высыхание сверху; V в
VI — увлажнение сверху, высыхание снизу; 1 — машинное направление; 2 — попе-
t речное направление
прикрепленные к ним кусочки ткани. Поэтому их пришивают
К той стороне сукна, которая не соприкасается с бумагой. После
отделения от сукна указанные кусочки ткани сразу же поме-
щают в бюксы и определяют их влажность, которая будет про-
порциональна влажности соответствующего сушильного сукна.
Описанный метод вполне пригоден для поставленной цели, по-
скольку в данном случае нас интересуют не абсолютные вели-
чины влажности каждого сукна, а лишь сравнительные данные.
Неодинаковая влажность сторон бумажного листа может на-
блюдаться также в результате неравномерного увлажнения
бумаги перед ее каландрированием.
При рассмотрении вопроса о деформации бумаги под влия-
нием увлажнения уже отмечалось, что с увеличением степени
помола бумажной массы, повышением плотности бумаги
и уменьшением ее пористости деформация бумаги увеличивает-
ся. Очевидно, что влияние этих факторов на скручивание бума-
ги проявляется в том же направлении. Пористая, неклееная
бумага, приготовленная из массы садкого помола, практически
не скручивается. Вместе с тем плотная бумага, у которой влаж-
ность между сторонами листа выравнивается за более длитель-
ный промежуток времени, скручивается в большей степени, чем
пористая бумага той же толщины.
Влияние минерального наполнителя на склонность бумаги
к скручиванию весьма сложно. Минеральный наполнитель
повышает пористость бумаги и этим снижает как деформацию
ее при намокании, так и склонность к скручиванию. Частицы
минерального наполнителя, как известно, располагаются по
толщине бумажного листа неравномерно и этим увеличивают
разносторонность бумаги. Этот фактор действует в противопо-
ложную сторону и способствует скручиванию бумаги. Наблю-
дения автора показали преобладающее влияние первого факто-
ра, и, как правило, наличие минерального наполнителя в ком-
позиции бумаги снижает ее склонность к скручиванию.
Л. Палффи, изучая влияние различных факторов на скру-
чивание бумаги, принял в качестве величины степени скручива-
ния кривизну дуги К., образованной полоской бумаги. Таким
образом, К=1/г см-1 (г — радиус дуги скручивания, см). При
этом Л. Палффи установил, что для бумаги из 100% неразмо-
лотой целлюлозы (степень помола 15° ШР) при всех прочих
равных условиях с увеличением массы 1 м2 бумаги степень
скручиваемости уменьшается, как это видно из следующих опыт-
ных данных.
Масса 1 м2 бумаги, г
Максимальная степень скручивае-
мости, см-1 .... . . . .
Время действия Влажности, мин
75 100 125 150
0,82 0,47 0.33 0.25
Время Воздействия Влаги, мин
Рис. 139. Зависимость скручивания бумаги от характера помола массы
и времени действия влаги:
i — бумага из жирной массы; 2 — бумага из садкой массы
Рис. 140. Зависимость скручивания бумаги от силы продольной тяги при
сушке и времени действия влаги:
1 — сушка при сильном натяжении; 2 — сушка при слабом натяжении
Ранее В. Брехт с сотрудниками пришел к выводу, что для
бумаги из целлюлозы жирного помола вначале наблюдается
более сильная скручиваемость бумаги с пониженной массой
1 м2. Однако спустя некоторое время, в течение которого про-
исходит одностороннее набухание волокон, бумага с повышен-
ной массой 1 м2 (150 г) обнаруживает почти такую же скручи-
ваемость, как и бумага пониженной массы 1 м2 (50 г).
На рис. 139 графически представлена установленная
В. Брехтом и его сотрудниками зависимость скручивания бума-
ги при постоянной массе 1 м2 (95 г) от степени помола массы,
использованной для изготовления бумаги. В обоих случаях (при
жирной и садкой массе) образцы с одной стороны подвергались
воздействию воздуха с относительной влажностью 65%,
а с другой стороны — воздействию воздуха с относительной
влажностью 95%. Из рисунка видно, что скручиваемость (высо-
та свода) бумаги, изготовленной из жирной массы, превышает
соответствующий показатель скручиваемости бумаги из сад-
кой массы.
Изучая влияние на скручиваемость бумаги величины натя-
жения ее при сушке, В. Брехт с сотрудниками пришел к выво-
ду, что чем сильнее натяжение бумажного полотна в машинном
направлении, тем в большей степени наблюдается скручивание
бумаги (рис. 140) из-за
проявления повышенного
при этом удлинения увлаж-
ненной бумаги в поперечном
направлении.
В другой серии опытов
бумага той же массы 1 м2
подвергалась воздействию
воздуха различной относи-
тельной влажности. При
этом с одной стороны листа
Рис. 141. Влияние относительной
влажности воздуха на скручивание
бумаги
относительная влажность
воздуха неизменно поддер-
живалась на уровне 65%,
а с другой стороны образ-
цов она была 75 или 95%.
Результаты опытов представлены графически на рис. 141, из
которого видно, что чем больше различие в относительной
влажности воздуха, омывающего противоположные стороны
бумажного листа, т. е. чем больше различие во влажности
этих сторон бумаги, тем в большей степени наблюдается
и явление скручиваемости.
Л. Палффи отмечает, что наблюдавшаяся им скручивае-
мость обойной бумаги по ширине бумажного полотна была не-
одинаковой: на кромках она была больше, чем в середине. Это
явление полностью объясняется уже отмеченными выше факта-
ми большей деформации бумаги при увлажнении и соответст-
венно большей ее усадки на краях бумажного полотна, чем
в его середине. Для снижения величины скручивания бумаги
Л. Палффи рекомендует пользоваться в композиции бумаги
целлюлозой с невысокой степенью гигроскопичности.
Введение в бумажную массу крахмала, особенно крахмала
щелочной клейстеризацин, способствует увеличению усадки
бумаги при ее сушке, увеличению плотности и уменьшению ее
пористости. Следовательно, опасность скручивания бумаги при
этом возрастает.
Бумага односторонней гладкости имеет склонность к повы-
шейному скручиванию. Скручивание этих видов бумаги под
влиянием одностороннего смачивания изучалось Ф. Ф. Бобро-
вым, который в результате проведенных исследований устано-
вил непосредственную зависимость явления скручиваемости
бумаги от ее разносторонности. У односторонне гладкой бумаги
более пористой и влагопроницаемой стороной является матовая
сторона листа. Именно эту сторону обычно у такого рода бума-
ги (бумаги для спичечных коробок, афишной и др.) смачивают
клеем. Влага довольно быстро впитывается пористой поверх-
ностью и проникает в толщу бумаги, задерживаясь у более
плотного слоя вблизи гладкой ее стороны. Поэтому волокна на
матовой стороне набухают и увеличиваются, тогда как на глад-
кой стороне листа этого не происходит, что и приводит к воз-
никновению скручивания бумаги с вогнутостью на гладкой
стороне листа.
Выводы Ф. Ф. Боброва согласуются с позднее проведенны-
ми наблюдениями П. В. Пробера над обойной бумагой. Он от-
мечает, что при кратковременном высушивании ограниченно
увлажненной верхней стороны этой бумаги скручиваемость ее
не наблюдается. Этот факт он также связывает с разносторон-
ностью бумаги, т. е. с уплотненной верхней стороной и более
пористой сеточной стороной листа, имеющей и более ярко
выраженную ориентацию волокон в машинном направлении.
Поверхность верхней стороны бумаги при высушивании сокра-
щается лишь до первоначального размера; увлажненная поверх-
ность сеточной стороны бумаги уменьшается при этом в попе-
речном направлении значительнее из-за большей пористости
и преимущественного расположения волокон в машинном
направлении.
Выше уже указывалось на повышенную склонность к скру-
чиванию бумаги с односторонним покрытием. Часто для урав-
новешивания возникающих при этом в бумаге напряжений нано-
сят на противоположную сторону листа противоскручивающий
слой. При выработке односторонне мелованной бумаги таким
противоскручивающим слоем служит раствор казеина.
В ряде случаев для предотвращения скручивания применя-
ются патентованные вещества, состав которых не расшифровы-
вается. Одним из таких веществ является Stab-U-Cel, приме-
няемое в водном растворе при концентрации 5—15% в зависи-
мости от свойств стабилизируемой бумаги.
При выработке фотокальки для компенсации возникающих
напряжений от подслоя, связывающего лакированную поверх-
ность бумаги со светочувствительным слоем, на противополож-
ную, также лакированную, сторону листа наносится так назы-
ваемый контрслой (слабый раствор желатинового клея), кото-
рый препятствует скручиванию бумаги.
Иногда свернутую скручиванием поверхность бумаги рас-
правляют механическим путем. Например, после высушивания
фотоотпечатки делают плоскими, выправляя их перегибанием
на металлическом стержне. Слегка скрученные перфокарты
иногда перегибают на специальном комплекте прутьев. Скру-
чивающуюся гуммированную бумагу перематывают на специ-
альном станке (рис. 142), проходя через который она несколь-
ко раз перегибается под углом в 45° и благодаря этому приоб-
ретает плоскостность.
При склеивании двух образцов бумаги часто наблюдается
скручивание или волнистость поверхности. Это обусловлено не-
равномерной впитываемостью влаги из клея слоями склеенного
материала и различными по величине напряжениями,-возника-
ющими в этих слоях. Для предотвращения указанных дефектов
Рис. 142. Станок для перемотки гуммированной бумаги с целью устранения
ее скручиваемости
желательно склеивать между собой, особенно при использова-
нии водных клеев, однородную по композиции и по структуре
бумагу, а сам клей должен быть по возможности более концен-
трированным. Склеиваемые образцы бумаги или картона долж-
ны иметь приблизительно одинаковую влажность. Считается
[220], что при выработке гофрированного картона во избежа-
ние его коробления различие во влажности плоских его слоев
не должно по абсолютной величине превышать 3%. Помимо
гигроскопической влаги, слои картона увлажняются также от
клея, которым склеиваются плоские слои с гофрированным.
Напряжения, вызывающие продольное коробление картона,
возникают из-за различных величин влажностей верхнего
и нижнего плоских слоев картона. Сочетание различных вели-
чин влажностей верхнего и нижнего плоских слоев и различ-
ных величин натяжений этих слоев часто приводит к диаго-
нальному короблению. Стопы листов гофрированного картона
при их укладке в кипы через одну следует переворачивать для
обеспечения плоскостности листов при их отлежке. Плоскост-
ность картона необходима прежде всего для обеспечения нор-
мальной работы оборудования, на котором изготовляются заго-
товки коробок из гофрированного картона.
Иначе обстоит дело при изготовлении бумаги обычным одно-
слойным отливом. В этом случае бумага, изготовленная из
смеси волокон различного происхождения, отличающихся меж-
ду собой различным морфологическим строением, химическим
составом и степенью помола, обнаруживает меньшую склон-
ность к скручиванию, чем бумага, состоящая из однородных
волокон. Поэтому для получения плосколежащей бумаги целе-
сообразно использовать композицию из разнородных волокон,
например добавку к целлюлозе хвойных пород древесины дре-
весной массы, целлюлозы лиственных пород древесины или со-
ломенной целлюлозы. Этим практически и пользуются при выра-
ботке перфокарточной бумаги. Даже добавка к сульфитной
целлюлозе в композиции бумаги некоторого количества суль-
фатной целлюлозы заметно уменьшает склонность бумаги
скручиваться. Желательно при этом, чтобы и степень помола
компонентов была бы различной.
Для выработки перфокарточной бумаги Б. Биалоблоцки
указывает следующие употребляемые композиции:
1) 25% сульфатной полубеленой целлюлозы и 75% обесцвеченной от-
белкой бумажной макулатуры; 2) 20% сульфатной беленой целлюлозы
и 80% полуцеллюлозы из лиственных шород древесины; 3) 90% сульфитной
полу беленой целлюлозы, 5% сульфатной полубеленой целлюлозы и 5% суль-
фитной целлюлозы из лиственных .пород древесины.
При использовании для изготовления бумаги одного вида
целлюлозы X. Л. Кировой [68] было показано, что односторон-
не увлажненная бумага из небеленых видов целлюлозы прояв-
ляет большую склонность скручиваться, чем из беленых, и из
лиственной целлюлозы большую, чем из хвойной. Это может
быть объяснено повышенным содержанием легко набухающей
части технической целлюлозы—гемицеллюлоз в небеленых
видах целлюлозы по сравнению с белеными и в лиственной
целлюлозе по сравнению с хвойной. Кроме того, более корот-
кие волокна лиственной целлюлозы сравнительно с волокнами
хвойной целлюлозы оказывают меньшее сопротивление напря-
жениям, вызывающим скручивание бумаги.
Было установлено [69], что степень скручивания бумаги при
высоком коэффициенте корреляции (0,90—0,97) находится
в прямой линейной зависимости от величины возникающих при
сушке усадочных напряжений. Таким образом, для уменьшения
степени скручивания бумаги при ее одностороннем увлажнении
нужно стремиться к уменьшению ее усадки при сушке.
Экспериментально был установлен очень важный вывод
о существовании прямой пропорциональной зависимости между
степенью скручивания бумаги при ее одностороннем увлажне-
нии и величиной сил межволоконной связи при коэффициенте
корреляции 0,86—0,96. Эксперименты, позволившие прийти
к этому выводу, проводились с использованием различных об-
разцов клееной и неклееной бумаги с разной массой 1 м2 из
сульфитной беленой и из сульфатной небеленой видов целлю-
лозы. Тогда же была показана линейная зависимость межво-
локонных сил связи от усадочных напряжений при коэффици-
енте корреляции, близком к единице.
Введение в бумажную массу синтетических смол (мелами-
ноформальдегидной или карбамидоформальдегидной) способст-
вует усилению явления скручивания бумаги. С точки зрения
указанного выше, этот факт влияния синтетических смол на
склонность бумаги скручиваться объясняется имеющим место
при этом усилением межволоконных связей. Именно по этой
же причине увеличивается степень скручивания бумаги, в кото-
рую вводится состав, применяемый в текстильной промышлен-
ности для предотвращения сминаемости тканей.
Часто скручивание и волнистость бумаги могут быть пред-
отвращены пластификацией ее растворами глицерина, сорбита
или их смесью. Благодаря своим гигроскопическим свойствам
эти пластификаторы способствуют быстрому и равномерному
выравниванию влажности бумаги, что облегчает снятие местных
напряжений, проявляющихся в виде волнистости или скручива-
ния бумаги. По этой же причине влажная бумага скручивается
относительно меньше, чем очень сухая. К тому же во всех этих
случаях снижаются силы связи между волокнами. Так как на-
пряжения, появляющиеся в бумажном листе и вызывающие его
скручивание, передаются всему листу посредством системы меж-
волоконных связей, очевидно, что уменьшение сил связи между
волокнами способствует и уменьшению явления скручивания
бумаги. Наоборот, усиление сил связи между волокнами, напри-
мер при увеличении степени помола исходной бумажной массы,
всегда приводит к ярко выраженной склонности бумаги скручи-
ваться (рис. 143).
Установление влияния величины межволоконных сил связи
позволило уточнить и влияние жесткости бумаги при изгибе на
склонность ее скручиваться. Так как жесткость бумаги при из-
гибе зависит от двух величин — модуля упругости Е и момента
инерции I, были проведены две серии опытов для изучения
каждого из факторов жесткости при сохранении второго фак-
тора постоянным [149]. В первой серии опытов изменялась
величина межволоконных сил связи путем введения в компози-
цию бумаги меламиноформальдегидной смолы, причем толщина
бумаги практически оставалась постоянной. Таким образом,
можно считать, что момент инерции не изменялся, а наблюдае-
мое увеличение жесткости бумаги при изгибе и степени ее
скручивания происходило за счет увеличения межволоконных
сил связи и, следовательно, модуля упругости Е. Вторая серия
опытов осуществлялась при постоянной величине межволокон-
ных сил связи, но на образцах бумаги разной толщины, т. е.
при разной величине момента инерции сечения. В этом случае
увеличение толщины образцов (и, следовательно, /) приводило
к увеличению жесткости бумаги при изгибе с одновременным
уменьшением степени ее скручивания.
Из приведенных опытов видно, что жесткость бумаги при
изгибе не влияет однозначно на степень ее скручивания. В одних
случаях повышение жесткости приводит к увеличению степе-
ни скручивания, а в других — к ее уменьшению. Если жест-
кость бумаги повышена за счет увеличения межволоконных сил
связи, она приводит к усилению степени скручивания бумаги.
Рис. 143. Зависимость степени скручивания нёклееной (а) и клееной (б)
бумаги от сил связи между волокнами применительно к бумаге с массой 1 м2:
t — 80 г и 2 — 160 г из 100% сульфатной небеленой хвойной целлюлозы
Если же она повышена за счет увеличения толщины бумаги, то
это приводит к уменьшению степени ее скручивания. При по-
стоянной толщине бумаги снижение ее жесткости способствует
ослаблению степени скручивания бумаги.
При постоянной массе квадратного метра бумаги увеличе-
ние плотности способствует некоторому повышению модуля
упругости при изгибе за счет уплотнения структурных элемен-
тов бумаги, но при этом значительно снизится величина момен-
та инерции из-за уменьшения толщины материала. Поэтому для
увеличения жесткости бумаги, препятствующей ее скручиванию,
целесообразно стремиться к уменьшению плотности бумаги.
Для повышения модуля упругости в тех слоях бумаги, которые
испытывают максимальное напряжение при изгибе, т. е. на на-
ружных поверхностях листа, целесообразно применять двухсто-
роннюю поверхностную проклейку или двухстороннее лакирова-
ние, защищающее одновременно наружные волокна на поверх-
ностях бумаги от изменения размеров под влиянием изменения
влажности окружающей среды.
Из указанного становится ясным влияние процесса калан-
дрирования на склонность бумаги скручиваться. Поскольку
632
в процессе каландрирования увеличивается плотность бумаги
и уменьшается ее толщина, склонность к скручиванию бумаги
после каландрирования увеличивается. Однако осторожным
каландрированием можно несколько сгладить волнистость по-
верхности бумаги.
Иногда скручиваемость бумаги является результатом необ-
основанности предъявляемых к ней требований по другим пока-
зателям. Так, чрезмерно высокие требования, предъявляемые
к числу двойных перегибов обойной бумаги, заставляют произ-
водственников повышать содержание целлюлозы в композиции
этого вида бумаги, что в конечном счете приводит к повышению
склонности бумаги скручиваться. В подобных случаях увели-
чение содержания древесной массы в композиции обойной бу-
маги, т. е. снижение содержания целлюлозы, дает возможность
снизить плотность бумаги (повысить ее толщину) и изготов-
лять эту бумагу надлежащего качества с пониженной склон-
ностью к скручиванию, хотя и обнаруживающую несколько
меньшее число двойных перегибов, что для рассматриваемого
вида бумаги является не столь уж существенным.
В. Штоппер во избежание скручивания перфокарт рекомен-
дует хранить их и практически использовать в одном и том же
помещении или хранить перфокарты в тех климатических усло-
виях, в которых их применяют по целевому назначению. Он
считает, что наилучшие климатические условия соответствуют
относительной влажности окружающего воздуха 40—50%.
Желательно, чтобы эти условия, при которых стабильным ока-
зывается большинство свойств бумажного листа, поддержива-
лись применением климатизационных установок. Однако допу-
стимо при условии отсутствия резких колебаний изменение от-
носительной влажности воздуха в пределах 30—65%.
С. Н. Иванов с сотрудниками указывает, что перфокарточ-
ная бумага чаще всего склонна скручиваться в более ориенти-
рованную (т. е. сеточную) сторону листа. Это естественно при
переносе бумаги в сухую атмосферу, когда усадка волокон по
ширине приводит к большим суммарным деформациям их на
более ориентированной стороне листа. При переносе бумаги
в атмосферу повышенной влажности происходит обратный про-
цесс: сторона листа с преимущественной ориентацией волокон
расширяется больше, что чаще уменьшает величину и реже
меняет направление скручивания. Особенно вредно, как отмеча-
ют авторы, перемещать бумагу из влажного воздуха в сухой.
При однослойном отливе чаще всего бумага скручивается
в сеточную сторону. Поэтому целесообразно, как указывают те
же авторы, последние сушильные цилиндры верхнего ряда на-
гревать сильнее нижних. При этом на верхней стороне бумаги
возникнет повышенная усадка и стягивающие усилия будут
заставлять лист скручиваться на верхнюю сторону, что может
нейтрализовать естественную тенденцию полотна скручиваться
в сеточную сторону. Таким образом, изменением температурного
режима сушки можно уменьшить абсолютную величину скру-
чиваемости бумаги.
Бумага может скручиваться при длительном хранении ее
в рулонах из-за механического искривления бумаги, возрастаю-
щего по мере приближения к центру рулона. Поэтому реко-
мендуется быстрее разрезать перфокарточную бумагу и хра-
нить ее в виде перфокарт.
При намотке в рулон наружные слои полотна бумаги рас-
тягиваются сильнее, чем внутренние. При длительном хранении
бумаги в рулоне возникающие в ней напряжения сохраняются
и бумага имеет неплоскую форму даже после того, как уже не
находится в свернутом виде. Ось скручивания всегда находится
в поперечном направлении бумаги, независимо от того, какая
сторона (сеточная или верхняя) оказалась снаружи. Для того
чтобы уменьшить степень скручивания бумаги, целесообразно
вести намотку рулона бумаги таким образом, чтобы указанное
механическое скручивание бумаги, намотанной в рулон, было
бы направлено в сторону, противоположную скручиванию бу-
маги из-за различия в свойствах сторон листа.
10.3.2. Факторы, влияющие на волнистость и скручивание
бумаги
Волнистость и скручивание бумаги — явления во многом
сходные. Волнистость бумаги возникает из-за неравномерного
распределения влаги по ее толщине. Чем больше неоднород-
ность структуры бумаги, чем сильнее она уплотнена и чем
выше степень помола бумажной массы, из которой изготовля-
ется бумага, тем легче возникает ее волнистость. Исследованием
волнистости бумаги занимались В. Брехт и П. Редерер. Они
установили следующее:
,1. С увеличением степени помола. бумажной .массы волнистость бумаги,
изготовленной из целлюлозы лиственных (пород древесины, проявляется
в большей степени, чем у бумаги: из целлюлозы древесных хвойных пород,
что совпадает с указанными выше наблюдениями X. Л. Кировой относи-
тельно скручивания соответствующих образцов бумаги при их односторон-
нем увлажнении.
2. Чем равномернее влажность бумаги но толщине в конце сушильной
части машины, тем меньше проявляется волнистость вырабатываемой бумаги.
3. Для предотвращения волнистости бумаги необходимо выравнить ее
влажность по толщине еще до начала процесса .усадки наиболее сухого
слоя бумаги, т. е. еще до сухости в этом слое 90%.
4. .Волнистость .бумаги обнаруживается в виде вогнутости с той сторо-
ны, которая высушивается позднее, т. е. с той стороны, которая была более
влажной.
б. Во избежание волнистости бумаги отлив ее на сеточном столе дол-
жен быть возможно более равномерным.
Систематическое исследование переменных факторов, ока-
зывающих влияние на величину максимального скручивания
бумаги при ее одностороннем увлажнении, было осуществлено
X. Л. Кировой [68]. Ею установлено, что в широком диапазоне
степеней помола различных видов целлюлозы (от 16 до 70° ШР)
сохраняется линейная зависимость между величиной макси-
мального скручивания неклееной бумаги и степенью помола ис-
ходной целлюлозы независимо от массы изготовляемой бумаги
(80 или 160 г/м2). Для образцов бумаги, проклеенных кани-
фольным клеем, также с увеличением степени помола увеличи-
вается максимальное скручивание бумаги, однако характер
зависимости при этом становится криволинейным из-за задер-
живающего действия проклейки на распространение влаги
в толщу листа. Очевидно, что с увеличением степени помола
исходной целлюлозы изготовляемая бумага претерпевает при
сушке большую усадку, становится более плотной, величина
межволоконных сил возрастает и вместе с этим возрастает
и максимальная степень скручивания бумаги.
Влияние массы 1 м2 бумаги на степень ее максимального
скручивания при одностороннем увлажнении различно у клее-
ной и неклееной бумаги (рис. 144). Для неклееных видов бума-
Рис. 144. Зависимость степени скручивания от массы 1 м2 (для бумаги из
100%-ной сульфитной беленой хвойной целлюлозы со степенью помола
30° ШР)
I — клееной бумаги; 2 — неклееной
ги с увеличением массы квадратного метра абсолютная вели-
чина максимального скручивания увеличивается прямолинейно.
Дело в том, что тонкая неклееная бумага промокает быстрее,
чем толстая, и в процессе определения величины максимального
скручивания влажность обеих сторон тонкой бумаги выравни-
вается быстрее, чем скручивание успевает полностью проявить
свое действие. Для клееных же видов бумаги с увеличением их
массы 1 м2 (следовательно, и толщины) величина максималь-
ного скручивания уменьшается по криволинейной зависимости,
что хорошо согласуется с данными Л. Палффи. Таким образом,
экспериментально выявлено принципиальное различие в прояв-
лении эффекта максимального скручивания клееной и неклее-
ной бумаги различной массы 1 м2.
Изменение максимального угла скручивания клееной и не-
клееной бумаги различной массы 1 м2 в зависимости от степени
помола исходной целлюлозы представлено на рис. 145. Особен-
но резкое отличие степени максимального скручивания клееной
и неклееной бумаги наблюдается у тонких образцов. С увеличе-
нием толщины бумаги это различие уменьшается. Возможно,
в условиях повышенной массы 1 м2 бумаги больше сказывается
на структуре бумаги и степени ее скручивания двойственное
Рис. 145. Влияние проклейки на величину скручивания неклееной (а) и клее-
ной (б) бумаги из сульфатной небеленой хвойной целлюлозы с массой 1 м2
бумаги'
7 — 80 г; 2—160 г
влияние проклейки. С одной стороны, канифольная проклейка
ухудшает смачиваемость целлюлозных волокон водой, задер-
живает проникновение воды в толщу бумаги и тем самым уве-
личивает разносторонность и величину максимального скручи-
вания листа и, с другой стороны, вследствие проклейки кани-
фольным клеем бумага становится несколько более пористой,
что способствует уменьшению величины скручиваемости.
Различие во времени скручивания клееной и неклееной
бумаги представлено в табл. 72.
При одностороннем увлажнении бумаги водой с увеличени-
ем массы впитанной влаги степень скручивания бумаги до
определенного значения возрастает. При дальнейшем увеличе-
нии массы впитанной влаги степень скручивания бумаги начи-
нает уменьшаться. Эту закономерность можно объяснить сле-
дующим образом. По мере продвижения фронта воды в толщу
листа волокна, находящиеся в непосредственной близости
с увлажненной стороной бумаги, набухают, увеличиваются
в размерах, а количество воды, проникающей в следующие слои
72. Влияние канифольной проклейки на время скручивания, с,
односторонне увлажненных образцов бумаги
из 100% сульфитной беленой хвойной целлюлозы
с массой 1 м2 80 г
Степень помола исходной целлюлозы, °ШР Время скручивания, с, для образцов бумаги
неклееных клееных
16 3 30
30 5 40
50 8 45
бумаги, становится меньшим. Чем больше воды введено в бума-
гу при ее одностороннем увлажнении, тем больше глубина ее
проникновения в толщу листа и тем в большей степени на
скручивание бумаги проявят свое влияние напряжения, воз-
никшие в бумаге вследствие набухания слоя волокон. Даль-
нейшее увеличение количества увлажняемой бумагу воды вызо-
вет продвижение ее к противоположной стороне бумаги и набу-
хание волокон вблизи этой стороны. Различие в степени набу-
хания волокон в поперечных слоях бумаги при этом уменьшит-
ся и уменьшатся напряжения, вызывающие скручивание
бумаги.
Исследуя кинетику процесса скручивания бумаги (картона),
Ю. С. Гольденберг [33] с помощью математической модели
показал, что скручивание этих материалов под действием
одностороннего увлажнения имеет сходство с чистым изгибом
и происходит по кривой, близкой к дуге окружности. Тот же
автор экспериментально установил, что скручивание переплет-
ного картона в результате одностороннего увлажнения осуще-
ствляется по циклу, состоящему из трех этапов: 1—скручива-
ние при увлажнении, при котором увлажнявшаяся (фронталь-
ная) сторона становится выпуклой; 2 — выпрямление; 3 — скру-
чивание при высыхании, при котором фронтальная сторона
делается вогнутой, а противоположная (тыльная) — выпуклой.
На 1 этапе скручивание вызывается набуханием волокон во
фронтальных слоях и их расклиниванием; при этом происходит
также релаксация остаточных напряжений и связанная с ней
необратимая деформация структуры в увлажненных слоях,
предопределяющая скручивание картона на 3 этапе. Выпрямле-
ние на 2 этапе и скручивание на 3 этапе происходят под дейст-
вием усадочных напряжений, возникающих во фронтальных
слоях картона. Для предотвращения коробления переплетных
крышек Ю. С. Гольденберг рекомендует при их изготовлении
дозированно увлажнять одновременно оборотную сторону кры-
шек, чем компенсируется действие увлажнения фронтальной
стороны водой от водных растворов клея, используемого в про-
цессе изготовления переплетных крышек для приклейки к кар-
тону бумаги или ткани. Сушку переплетных крышек
рекомендуется осуществлять под прижимом. Описанная техно-
логия изготовления переплетных крышек была с успехом
опробована в одной типографии.
Е. М. Беркман указывает, что листовая бумага, полученная
в результате разрезки рулонов, имеет волнистые края в машин-
ном направлении в тех случаях, когда рулоны хранились
в условиях повышенной влажности. Влага в бумагу при этом
впитывается с торцов рулона, что приводит к увеличению раз-
меров (деформации) краев бумажной ленты и их волнистости.
Если кипу бумаги с нормальной влажностью подвергнуть
действию сухого воздуха, то края листов потеряют часть своей
влаги и сократятся в размерах, особенно в поперечном направ-
лении. Остальная часть поверхности листов на длительное
время остается без изменений. В результате появится волни-
стость центральной части листов. Подобная волнистость бума-
ги образуется и при хранении рулонов в слишком сухом воздухе
за счет сжатых краев ленты в машинном направлении бумаги.
Наши наблюдения показали, что поверхность бумаги, осо-
бенно изготовленной из массы жирного помола, легко коробит-
ся при изменении относительной влажности окружающего воз-
духа. Поэтому при транспортировке бумаги должно быть обра-
щено внимание на ее упаковку. В особых случаях (например,
при перевозке бумаги-основы для фотокальки на длительное
расстояние) необходимо заворачивать рулоны в два слоя бума-
ги: первый из парафинированной, второй из битумированной.
Практикуют и дополнительную упаковку рулонов в полиэтиле-
новые мешки. При этом рулоны завернутой бумаги по одному
помещают в деревянные ящики, в которых они укрепляются
в подвешенном положении и в таком виде их транспортируют
для дальнейшей переработки.
Основные факторы, оказывающие влияние на волнистость
и скручивание бумаги, могут быть систематизированы следую-
щим образом.
Факторы, повышающие образование волнистости
и скручивания бумаги: 1) неоднородность влажности бумаги, массы
1 м2, просвета, ориентации волокон, распределения наполняющих и прокле-
ивающих веществ; 2) различие в свойствах верхней и сеточной сторон лис-
та; 3) неравномерное и чрезмерно высокое натяжение бумажного полотна
на бумагоделательной 'машине; 4) сильная канифольная проклейка; 5) повы-
шенное содержание крахмала; 6) каландрирование; 7) повышенные усадка
и деформация; 8) жирный помол .массы с наличием фибриллированных во-
локон и установлением в бумаге прочных межволоконных связей; 9) различ-
ная влажность сушильных сукон в соответствующих группах верхнего
и нижнего рядов сушильных цилиндров; 10) механическое скручивание при
длительном хранении бумаги в рулонах (особенно у слоев бумаги, распо-
ложенных вблизи от центра рулона); .11) хранение чрезмерно влажной бу-
маги при сухом воздухе или пересушенной бумаги при влажном ’ воздухе;
12) свисание края бумаги при ее хранении на стеллажах или в кипах.
Факторы, ослабляющие волнистость и скручивание
бумаги: 1) повышение толщины бумаги; 2) уменьшение плотности; 3) по-
вышение зольности и содержания в композиции волокон древесной массы
и наличие в композиции бумаги разнородных волокнистых материалов; 4)
повышение температуры последних сушильных цилиндров верхнего ряда по
сравнению с температурой соответствующих цилиндров нижнего ряда; 5)
пластификация бумаги глицерином, сорбитом или другими .пластификатора-
ми; 6) акклиматизация перед каландрированием увлажненной бумаги в по-
мещении с относительной влажностью воздуха 85—90%; 7) акклиматизация
перед нанесением печати; 8) достижение кондиционной влажности бумаги;
9) покрытие мелованной бумаги с немелованной стороны противоокручиваю-
щим слоем (раствор казеина); 10) увлажнение на печатной машине сторо-
ны листа, не покрытой печатью, и регулирование количества воды, подавае-
мой на печатную форму; 11) применение специальных станков для перемот-
ки и выравнивания поверхности бумаги; 12) применение водо- и паронепро-
ницаемой упаковки; 13) хранение бумаги при постоянных относительной
влажности воздуха и температуре; 14) модификация бумаги ее частичным
ацетилированием.
10.4. ПЫЛИМОСТЬ И ВЫЩИПЫВАНИЕ С ПОВЕРХНОСТИ
10.4.1. Основные причины и меры борьбы с этими дефектами
Пылимость— отрицательное свойство бумаги, характеризую-
щееся отделением с ее поверхности или кромок под влиянием
механических воздействий (трения, перегиба, удара или встря-
хивания) мелких обрывков волокон, а также частиц наполните-
ля, проклеивающих веществ или красителей. Таким образом, бу-
мажная пыль может содержать в различных соотношениях ве-
щества минерального и органического происхождения.
В отдельных случаях наблюдается пыление бумаги и иного
происхождения: с поверхности бумаги, на которую нанесена
печать, отделяется печатная краска, вернее, пигмент из высох-
шей пленки краски. Причиной этого вида пылимости чаще всего
является низкая вязкость связующего. В поверхностном слое
бумаги оказывается относительно мало связующего, что облег-
чает отделение пигмента краски от поверхности бумаги.
Особенно вредно пыление бумаги и картона, предназначен-
ных для печати, а потребление их для печати составляет по
отдельным странам 40—90% от общего потребления бумаги
и картона.
Качество печати, особенно иллюстрационной, при использо-
вании пылящей бумаги резко ухудшается. Печать становится
недостаточно четкой, или, как говорят полиграфисты, «рябой».
Бумажная пыль прилипает к печатной форме, забивает набор
и клише. Возникает необходимость часто останавливать печат-
ные машины для чистки печатных форм и валов. Минеральная
пыль вследствие своего абразивного действия разрушающим
образом влияет на печатную форму, особенно при глубоком
способе печати.
Пыление писчей бумаги также нежелательно, так как бу-
мажная пыль, попадая на острие пера, затрудняет письмо.
Часто из-за пыления бумаги наблюдаются осложнения в рабо-
те машин, осуществляющих перфорацию бумаги или высекание
из нее каких-либо изделий. Недопустимо повышенное пыление
упаковочной бумаги, особенно бумаги, используемой на авто-
матах при расфасовке и упаковке пищевых продуктов.
Иногда трудно разграничить пыление бумаги от выщипыва-
ния с ее поверхности отдельных волокон, недостаточно связан-
ных с прочими волокнами, образующими бумажный лист. При-
нято считать, что выщипывание волокон с поверхности бумаги
происходит под влиянием адгезионно-когезионных свойств
печатной краски, которая при определенных условиях может
в процессе нанесения печати отдирать отдельные участки
поверхностного слоя бумаги. Силы, вызывающие выщипывание,
действуют кратковременно и обычно направлены вертикально
к поверхности бумаги. При этом на бумаге образуется вздутие
в виде пузыря и может произойти отрыв участка поверхностно-
го слоя с расщеплением бумаги в плоскости, параллельной к ее
поверхности.
Если выщипывание имеет место при использовании мелован-
ной бумаги, то в этом случае наблюдаются местные отделения
покровного слоя. Иногда вместе с покровным слоем могут от-
деляться также от бумаги-основы отдельные волокна и частицы
минерального наполнителя, что свидетельствует о недостаточ-
ной связанности структуры бумаги-основы. Этот дефект может
быть ликвидирован путем поверхностной проклейки бумаги-
основы. При этом будет одновременно предотвращена миграция
связующего из покровного слоя в бумагу-основу, при которой не
исключена возможность разрыхления покровного слоя. Если
выщипывание не затрагивает бумаги-основы и отделяется лишь
покровный слой от ее поверхности, это явление в большинстве
случаев может быть устранено путем увеличения содержания
связующего в покровном слое.
Выщипывание с поверхности мелованной бумаги наиболее
вероятно при офсетном методе печати, при котором резиновое
полотно плотно прилегает к поверхности увлажняемой бумаги
и при его отделении от поверхности бумаги возникают значи-
тельные усилия отрыва. Понятно поэтому, что к мелованной
бумаге, предназначенной для офсетной печати, предъявляются
наиболее жесткие требования по сопротивлению выщипыванию.
Использование казеина в качестве связующего покровного слоя
вместо крахмала обеспечивает получение мелованной бумаги
с повышенной устойчивостью к выщипыванию. При использова-
нии крахмала желательно придать ему водостойкость извест-
ными средствами (обработкой формалином, карбамидоформаль-
дегндной смолой, глиоксалем и др.).
Вырванные печатной краской участки поверхностного слоя
бумаги прилипают к печатающим элементам печатной формы.
Дефекты, возникающие на бумаге при печати в этих условиях,
напоминают дефекты, наблюдающиеся при использовании
пылящей бумаги.
Очевидно, что отрыв краской участков поверхностного слоя
бумаги зависит как от свойств самой краски, так и от свойств
бумаги. Он зависит и от особенностей технологии печатания.
Опасность выщипывания особенно велика при наличии бу-
маги с непрочной структурой поверхности и при использовании
густых, вязких и липких красок. Явление выщипывания в зна-
чительной мере зависит также от толщины наносимого слоя
краски, величины поверхности соприкосновения краски с бума-
гой, скорости печатания и других особенностей нанесения печа-
ти. Чем больше площадь бумаги, сплошь покрытая краской,
тем более заметным может оказаться выщипывание. Если
краска длительно хранилась или при ее нанесении на бумагу
имеет чрезмерно низкую температуру, вязкость и липкость ее
возрастают и опасность выщипывания усиливается. Чем тонь-
ше слой наносимой краски, тем больше сказываются ее когези-
онные свойства, а, следовательно, и больше вероятность выщи-
пывания. Часто наблюдается, что одна и та же краска при
печати на одной и той же бумаге не вызывает сколько-нибудь
заметных затруднений в обычных условиях печатания. Однако
при увеличении скорости печатания резко обнаруживается явле-
ние выщипывания.
К. А. Фальтер и Ж. Олер изучали факторы, влияющие на
выщипывание волокон с поверхности бумаги. Ими установлено,
что тенденция к выщипыванию увеличивается с увеличением
натиска при офсетной печати. Опыты показали, что с повыше-
нием температуры печатной краски, т. е. с уменьшением ее вяз-
кости, увеличивается скорость печатания, при которой на одном
и том же образце бумаги наступает выщипывание. Материал
печатной формы также оказывает влияние на проявление вы-
щипываемое™ волокон с поверхности бумаги. Волокна сильнее
прилипают к резине, чем к металлу, и поэтому при наличии
гуммированной формы выщипывание наступает при более низ-
кой скорости печатания, чем при стальной форме. При сниже-
нии подачи краски в пределах с 3,5 до 2 г/м2 оказывается воз-
можным при всех прочих равных условиях повышение скорости
печатания без обнаружения дефекта выщипывания.
Основные причины пыления бумаги сводятся к следующему.
Наличие в композиции бумаги древесной массы, недостаточно
хорошо разработанной и содержащей много грубых, слабо свя-
занных между собой волокон, приводит к тому, что такие
волокна, соприкасаясь с горячей поверхностью сушильных ци-
линдров, прилипают к ним и вырываются при этом частично
или целиком из толщи бумаги. Одновременно вырываются так-
же кончики других, рядом расположенных волокон. Поверхность
бумаги, таким образом, становится ворсистой.
Получению легко отделяющихся с поверхности бумаги
мельчайших частиц древесной массы, костры и пыли способст-
вует использование чрезмерно сухой древесины, а также острая
насечка дефибрерных камней.
Из литературных данных известно, что при любом из трех
основных видов печати используемая бумага во избежание яв-
ления выщипывания не должна содержать в композиции более
75% целлюлозы из древесины эвкалипта.
По наблюдениям автора, чрезмерно высокая температура
первых бумагосушильных цилиндров способствует не только
прилипанию волокон, но и влечет за собой при соприкоснове-
нии цилиндров с влажным бумажным полотном усиленное па-
рообразование, вызывающее разрыхление структуры листа.
В результате высушенный лист имеет пониженную плотность,
относительно высокую воздухопроницаемость и ворсистую по-
верхность, от которой легко отделяются мелкие волокна и час-
тицы минерального наполнителя.
Поэтому, как рекомендует Р. Рэвей, при сушке газетной
бумаги температуру поверхности сушильных цилиндров следует
доводить до 105° С не раньше, чем сухость бумаги достигнет
50%. При выработке же клееных видов бумаги необходимо
обеспечить 50%-ную сухость бумажного полотна перед поступ-
лением его на сушильные цилиндры, нагретые до 80° С.
В литературе имеются указания на то, что недостаточная
гладкость поверхности сушильных цилиндров, и особенно нали-
чие на этой поверхности приставших к ней частиц смолы, спо-
собствует образованию пыли. Поэтому рекомендуется поддер-
живать поверхность в хорошем состоянии. Отмечается также,
что обрезиненные регистровые валики, на облицовке которых
имеются трещины, также способствуют получению ворсистой
бумаги.
Из сказанного видно, что явления пыления бумаги и выщи-
пывания печатной краской волокон поверхностного слоя часто
в своей основе имеют одну и ту же причину — недостаточную
прочность поверхности бумаги.
Пыление бумаги в значительной мере зависит от степени
уплотнения листа и гладкости его поверхности. Пухлая, с шеро-
ховатой поверхностью бумага более склонна к пылению по
сравнению с плотной бумагой, имеющей гладкую поверхность.
Улучшение степени помола бумажной массы способствует полу-
чению бумаги с повышенной плотностью и с плотной, сомкну-
той структурой листа. Поэтому повышение степени помола бу-
мажной массы одновременно способствует и снижению опас-
ности возникновения пылимости бумаги (табл. 73).
Кроме того, жирный помол массы, сопровождающийся
фибриллированием волокон, способствует лучшему удержанию
частиц минерального наполнителя на волокнах.
Как видно из данных таблицы, пыление с сеточной стороны
листа больше, чем с верхней стороны. Это объясняется тем,
что сеточная сторона бумаги всегда имеет менее гладкую и бо-
лее разрыхленную структуру по сравнению с верхней стороной.
Чрезмерно высокий вакуум в отсасывающих ящиках, при кото-
ром мелкие волокна и частицы наполнителя неравномерно рас-
пределяются в толще и на сторонах бумажного листа, также
может вызвать одностороннее пыление бумаги. Пылеобразова-
73. Зависимость пыления бумаги от степени помола массы
(по данным И. Г. Кулева и А. И. Перелыгиной)
Степень помола массы, °ШР Отливки с каолином Отливки с тальком
Содержа- ние золы, % Степень пыления, % содержа- ние золы, % степень пыления верхней стороны листа, %
верхней стороны листа сеточной стороны листа
30 10,0 5,9 21,9 12,5 1,7
40 13,9 2,7 18,9 12,7 1,2
50 14,4 1,1 8,3 13,1 0,6
ние возможно и вследствие применения тупых ножей на пере-
мотно-резательных станках и саморезках.
Устранению пыления бумаги способствует надлежащее
уплотнение ее в мокрой части машины и машинном каландре,
благодаря чему одновременно повышается плотность бумаги.
Это достигается применением ровнителей и резиновой облицов-
ки прессовых отсасывающих валов, использованием верхних
прессовых валов с консольной рубашкой, офсетных прессов,
а также путем подогрева нескольких валов каландра. .
Пересушенная бумага, особенно пропущенная через каландр,
обладает повышенным пылением, так как под влиянием пере-
сушки и давления валов каландра растительные волокна ста-
новятся ломкими и отделяются с поверхности листа. Под влия-
нием трения пересушенная бумага легко электризуется и часто
оказывается заряженной статическим электричеством. Этот
заряд способствует удержанию на бумаге бумажной пыли, ко-
торая затем в процессе печати или при снятии электростатиче-
ского заряда отделяется с поверхности бумаги.
Р. Рэвей считает, что причиной пылимости бумаги может
быть также слишком тесное расположение сушильных цилинд-
ров при малом расстоянии между нижним и верхним рядами
цилиндров. Увлекаемые потоком нагретого воздуха пылинки
с нижних цилиндров, не имея достаточного места для рассеи-
вания в воздухе, оседают на верхних цилиндрах, а с них-'—rfa
бумагу.
Использование в композиции бумаги значительного количе-
ства коротковолокнистых материалов, таких, как целлюлоза из
лиственных пород древесины, или склонных к укорочению
в процессе размола волокон облагороженной сульфитной цел-
люлозы (отбраковки от вискозной целлюлозы) влечет за собой
получение пухлой, склонной к пылению бумаги. В литературе
встречается также указание, что пыление бумаги, изготовлен-
ной из очень сухой целлюлозы, больше, чем бумаги из влажной
целлюлозы.
Как уже указывалось, пухлость бумаги возрастает и в слу-
чае применения в композиции значительного количества воло-
кон привозной замороженной целлюлозы, а также при исполь-
зовании большого количества макулатуры или сухого оборот-
ного брака. При этом возрастает и склонность бумаги к пыле-
нию.
Известно также, что причиной повышенного пыления бума-
ги может быть и неравномерный отлив бумажного полотна,
т. е. наличие в нем утолщенных мест и посторонних включений
(опилок, комочков неразработанного бумажного брака и нераз-
молотой целлюлозы, а также пятен и отверстий от грязи, слизи,
смолы и др.).
Рис. 146. Зависимость степени пыления бумаги от содержания в компози-
ции меламиноформальдегидной смолы:
1 — лабораторные опыты; 2 — полузаводские опыты
Опыты, проведенные автором в содружестве с работниками
лаборатории первой Ленинградской бумажной фабрики, пока-
зали, что при введении в композицию даже небольших коли-
честв меламиноформальдегидной смолы (0,15—0,25% к массе
волокон) пыление газетной бумаги заметно снижается. Резуль-
таты опытов представлены графически на рис. 146. В этих опы-
тах степень пыления бумаги определялась на приборе Ризен-
фельда и Гамбургера.
Известно, что пыление и выщипывание волокон с поверх-
ности бумаги значительно снижаются при введении в бумажную
массу таких веществ, как крахмал, клей Свеена, животный
клей, карбоксиметилцеллюлоза, галактоманнаны, парафин и др.
Для уменьшения пыления и повышения прочности поверх-
ности некоторых видов бумаги для печати (офсетной, лито-
графской) в их композицию вводят крахмальный клейстер. Так,
при введении его в композицию чертежно-рисовальных видов
бумаги обеспечивается устойчивость их поверхности при стира-
нии резинкой. Значительно лучшие результаты достигаются,
если крахмал или другие вещества, оказывающие аналогичный
эффект, наносятся на бумагу с поверхности (например, в кле-
ильном прессе).
Образующаяся при поверхностной проклейке пленка предот-
вращает отрыв волокон от поверхности бумаги при печатании
вязкой краской, снижает загрязнение поверхности бумаги.
Внешний вид бумаги значительно улучшается, так как обычно
отстающие от поверхности листа тонкие волокна прочно при-
клеиваются и бумага приобретает лоск.
Хотя при поверхностной обработке бумаги крахмалом и не
достигается полной ее водонепроницаемости, тем не менее при
этом бумага приобретает надлежащую устойчивость к колло-
идным растворам (чернила для письма) и к олифе печатной
краски. Стирать с поверхности бумаги чернила становится лег-
че, так как уменьшается глубина их проникновения. Кроме
того, возрастает сопротивление бумаги истиранию, так как уве-
личивается сцепление волокон между собой. Практически с при-
менением клеильного пресса пылимость и выщипывание воло-
кон с поверхности листа полностью устраняются.
Наличие в бумаге смачивающих веществ и пластификато-
ров снижает ее сопротивление выщипыванию.
Часто для предотвращения пыления бумаги в клеильном
прессе используют карбоксиметилцеллюлозу (КМЦ). Хотя она
дороже крахмала, однако это компенсируется тем, что тот же
самый результат может быть достигнут при значительно мень-
шем расходе КМЦ. Так, по сообщению Б. Науклера,. крахмала
обычно расходуется в 5—10 раз больше, чем КМЦ. Отмечается,
что для устранения пыления бумаги достаточно обработать ее
в клеильном прессе 1%- или 1,5% -ным раствором КМЦ низкой
вязкости. При этом полное устранение пыления достигается при
нанесении на 1 м2 поверхности бумаги 0,1—0,25 г КМЦ.
Пыление бумаги, как правило, уменьшается в случае нали-
чия в ее композиции или использования при поверхностной
обработке парафиновых дисперсий, пластификаторов или поли-
фосфатов.
Все хорошо известные средства, служащие для повышения
удержания наполнителей в бумаге, служат одновременно
и средствами уменьшения пыления бумаги, так как при этом
снижается отделение с поверхности бумаги минеральной пыли.
Не останавливаясь здесь на перечислении всех этих средств,
следует лишь отметить, что хороший эффект достигается при
повышении степени помола волокнистой массы, выборе напол-
нителя с оптимальной степенью зернистости частиц и ограниче-
нии количества наполнителя, вводимого в бумажную массу, т.е.
при ограничении зольности бумаги. Как правило, высокозоль-
ные виды бумаги обладают большой склонностью к пылению.
Из наполнителей, вводимых в бумагу, повышенную способ-
ность отделяться от ее поверхности в виде пыли обнаруживает
тальк.
Выщипывание поверхностного слоя часто наблюдается, как
уже упоминалось, у мелованных видов бумаги. В этом случае
указанное явление во многом зависит от вида и концентрации
использованного связующего, соотношения связующего к пиг-
менту и от других производственных факторов. Так, примене-
ние при меловании бумаги латекса в качестве связующего
в сочетании с протеинами (например, казеином) обеспечивает
заметное улучшение связи покровного слоя с бумагой-основой.
Обычно жесткая и ломкая пленка, образуемая протеинами, при-
дает мелованной бумаге известную хрупкость. В случае же при-
менения определенного вида латекса этой хрупкости не на-
блюдается, так как подобный латекс является пластификато-
ром протеинов.
10.4.2. Контроль прочности поверхностного слоя бумаги
Долгое время для определения прочности поверхностного
слоя мелованной бумаги в Советском Союзе и за рубежом
пользовались весьма примитивным методом, заключающимся
в том, что к поверхности испытуемой бумаги на несколько се-
кунд прижимали смоченный водой большой палец, который
затем отрывали и осматривали. По количеству прилипших
к пальцу частиц покрытия судили о прочности покровного слоя.
Разумеется, что этот метод является далеко не совершенным
и не может служить для объективной оценки прочности покров-
ного слоя мелованной бумаги.
Метод Гознака, основанный на подсчете числа частиц по-
кровного слоя, вырванных из бумаги краской при определен-
ных условиях давления и отрыва, не получил распространения
ввиду своей сложности и недостаточной объективности.
УкрНИИБ разработал простую по конструкции и усовершенст-
вованную аппаратуру, с помощью которой могут выполняться
определения поверхностной прочности бумаги.
В США для определения сопротивления покровного слоя
отрыву применяют различные методы, описанные в книге
Д.. Кейси. Среди них наибольшее распространение получил ме-
тод Деннисона. Сущность этого метода заключается в том, что
применяют набор различных восков, отличающихся по их спо-
собности к сцеплению с поверхностью бумаги. Набор включает
до 30 различных восковых палочек, пронумерованных в поряд-
ке повышения прочности их сцепления с поверхностью бумаги.
Однако практически для испытания большинства видов бумаги
для печати достаточно пользоваться восковыми палочками пер-
вых 14 номеров. Расплавленный воск наносят на бумагу, дают
ему остыть в течение 15 мин и после этого отрывают от поверх-
ности. Результат испытания выражают номером восковой па-
лочки, не давшей выщипывания. Метод Деннисона пригоден
как для определения поверхностной прочности мелованных ви-
дов бумаги, так и для определения сопротивления отрыву от-
дельных волокон верхнего слоя немелованных видов бумаги,
т. е. в известной степени может характеризовать степень пыле-
ния бумаги.
Один из способов, разработанный в Голландии, заключает-
ся в том, что лента бумаги пропускается через валики, переги-
баясь на них многократно вверх и вниз. При этом с ее поверх-
ности отделяется пыль, которая количественно определяется.
В. Брехт и К. Глобиг сообщают о разработанном в Дарм-
штадте методе определения степени пыления бумаги с помощью
особого щеточного приспособления.
В СССР пыление бумаги для печати определяют по методу,
основанному на отделении пылинок от поверхности бумаги
и удержании их на резиновой облицовке валика при прокаты-
вании образца между двумя вращающимися валиками. Резуль-
тат испытаний выражают числом пылинок, приставших к 1 см2
поверхности верхнего валика. Пылинки подсчитываются с по-
мощью лупы, имеющей 3-кратное увеличение.
В научно-исследовательском институте Фогра (Мюнхен)
для определения пыления бумаги применяют прибор, напоми-
нающий пылесос, который осуществляет отсос пыли непосред-
ственно с печатной машины. В другом научно-исследователь-
ском институте — институте Патра (Лондон) для этой цели
используют усилия сдвига, возникающие при взаимном сколь-
жении покрытых бумагой двух цилиндров.
Иногда для определения степени пыления бумаги пользуют-
ся прибором Ризенфельда и Гамбургера. Методика работы
с этим прибором сводится в основном к следующему: предвари-
тельно выдержанная в кондиционных условиях окружающего
воздуха и взвешенная с точностью до 0,1 мг полоска бумаги
длиной в 500 мм и шириной в 30 мм закрепляется на диске
прибора таким образом, что она плотно обтягивает его наруж-
ную поверхность. К поверхности бумаги с помощью рычага при-
жимается с постоянной степенью прижима лезвие безопасной
бритвы, закрепленное в держателе. Этим лезвием при враще-
нии диска (500 мин-1) с поверхности бумаги снимается бумаж-
ная пыль. Через определенный промежуток времени (например,
после 1500 оборотов) диск останавливают, полоску бумаги сни-
мают, вновь кондиционируют и взвешивают. Разность в массе,
выраженная в процентах к первоначальной массе полоски, ука-
зывает на величину пыления бумаги. На каждой полоске произ-
водят два определения (с верхней и сеточной сторон бумаги).
Всего для каждого образца испытуемой бумаги пользуются
пятью полосками (10 определений). Через каждые 5 определе-
ний меняется сторона лезвия, прилегающая к поверхности бу-
маги, а через 10 определений берется новое лезвие.
Все указанные выше методы определения степени пыления
бумаги далеко не совершенны, так как недостаточно характе-
ризуют вредное пыление, имеющее место в практических усло-
виях применения бумаги.
Значительный интерес представляют приборы, разработан-
ные в ГДР и в УкрНИИБе. Бумажная пыль улавливается путем
отсасывания ее под постоянным вакуумом с поверхности бума-
ги. Точное количество пыли измеряется фотоэлектрическим
способом. Эти приборы, как показали испытания, дают хорошо
воспроизводимые результаты и, по-видимому, найдут широкое
практическое применение для оценки степени пыления бумаги.
10.5. ЭЛЕКТРИЗАЦИЯ БУМАГИ
В учебниках элементарной физики описание электрических
явлений неизменно начинается с примеров возникновения элек-
трических зарядов при натирании стеклянной палочки шелко-
вой материей, кусков янтаря или эбонита — мехом или шерстью
или же при трении гребенки о волосы. Эти предметы в резуль-
тате трения приобретают новые свойства и, в частности, притя-
гивают к себе мелкие кусочки бумаги.
В промышленности явление электризации бумаги, или элек-
тричество трения, по своей природе имеет ту же основу и ха-
рактеризуется электростатическим зарядом бумаги, который
вызывает слипаемость листов. Это внешнее проявление элек-
тризации бумаги иногда именуют магнитностью, хотя физиче-
ская сущность явления не связана с магнетизмом.
В незаряженных телах действие положительных и отрица-
тельных зарядов, как известно, взаимно уравновешивается.
В заряженных же телах наблюдается концентрация электриче-
ства одного и того же знака. Характер заряда определяет род
наэлектризованного тела, состояние его наружной поверхности,
скорость, при которой осуществляется трение электризуемого
тела и т. д. Без учета этих факторов, как отмечает К. Биттер-
ли, нельзя объяснить внезапное изменение полярности при элек-
тризации тела.
Статическое электричество проявляется в сухой бумаге
в конце сушильной части бумагоделательной машины и дости-
гает максимума при каландрировании на суперкаландре. При
этом возникают напряжения по одним данным до 30 000 В, по
другим до 50 000 В и даже до 100 000 В. Электрический заряд
на сухой бумаге может появиться под влиянием трения и в дру-
гих условиях ее изготовления или обработки (например, при
намотке или размотке бумаги), а также при практическом ис-
пользовании бумаги ее многочисленными потребителями
в системах полиграфии, переработки бумаги и пр.
В типографиях применение бумаги, заряженной статическим
электричеством, вызывает серьезные затруднения. Эти затруд-
нения из-за слипаемости листов особенно проявляются в работе
самонакладов. Наэлектризованность бумаги часто является
причиной невозможности нанесения печати при больших скоро-
стях. Кроме того, наблюдается прочное прилипание к бумаге
бумажной пыли. Д. Кейси утверждает, что статическое элек-
тричество вызывает меньше затруднений при офсетном методе
печати по сравнению с применением метода высокой печати.
Это объсняется более высокой влажностью бумаги при офсет-
ной печати и присутствием влаги на офсетном цилиндре. По
данным того же автора, статическое электричество не является
серьезной проблемой в офсетной печати, если относительная
влажность воздуха в помещении печатной машины не меньше
30%. М. И. Уецкий пишет о явлении электризации папиросной
и мундштучной видов бумаги не только на бумажных фабри-
ках, но и на гильзовых станках табачных фабрик, что вызывает
затруднения в работе станков. Он указывает на потерю элек-
трического заряда бумагой при транспортировке бобин наэлек-
тризованной папиросной бумаги филигран с бумажной фабри-
ки к потребителю, обосновывая это собственными опытами,
а также наблюдениями других исследователей над другими
видами бумаги.
Известно, что статическое электричество может служить
и причиной пожаров из-за возникновения искр значительной
длины при электрических разрядах. Если при этом в условиях
переработки бумаги или в полиграфической промышленности
вблизи от мест разряда статического электричества находятся
такие растворители, как бензол, толуол, ацетон или бензин, то
искра может вызвать взрыв смеси воздуха с парами этих раст-
ворителей.
По данным X. Людера, электризация может возникнуть
в результате трения пересушенной бумаги при транспортирова-
нии особенно во время больших морозов, когда относительная
влажность окружающего воздуха невелика. Однако, как утвер-
ждает автор, если бы относительная влажность воздуха при
температуре —10° С составляла даже 100%, то и в этом слу-
чае при доставке рулона или стопы бумаги с мороза непосред-
ственно в теплое помещение, где температура воздуха +25°,
происходила бы пересушка бумаги. Это явление связано с тем,
что бумага пересушивается раньше, чем окружающий воздух
помещения проникнет в толщу рулона или кипы.
Как указывает Н. Г. Дроздов, статическое электричество
есть явление, присущее в основном диэлектрикам; металлы иг-
рают при генерировании электричества трением вспомогатель-
ную, подчиненную роль. Электричество трения принадлежит
к поверхностным явлениям. Оно имеет место в поверхностном
слое диэлектрика; определяется физико-химической структурой
этого слоя и химическим составом диэлектрика.
Особенно заметна электризация бумаги с большим содер-
жанием древесной массы, что, по-видимому, связано с наличием
у волокон древесной массы грубой, шероховатой поверхности.
Бумага из целлюлозы с высокой адсорбционной способностью
электризуется слабее, так как электропроводность целлюлозы
тем больше, чем больше ее адсорбционная способность. С уве-
личением адсорбционной способности при одинаковой относи-
тельной влажности электропроводность целлюлозы растет, как
пишет М. О. Лернер, по гиперболическому закону, а колебания
относительной влажности изменяют электропроводность по бо-
лее сложной зависимости. Опытами Г. А. Остроумова установ-
лено, что в интервале влажности от 5 до 15% увеличение влаж-
ности бумаги на 2% приводит к снижению ее электрического
сопротивления почти в 10 раз.
Влажная бумага является проводником электрического тока
и не электризуется. Особенно сильно электризуется пересушен-
ная бумага. В условиях одинаковой влажности бумаги увеличе-
ние жирности помола бумажной массы способствует повыше-
нию величины электрического потенциала бумаги. Если
сравнить между собой образцы бумаги из массы различной
степени помола в условиях равновесной влажности, то величи-
на электрического потенциала бумаги будет примерно одина-
кова, независимо от степени помола использованной бумажной
массы. Уменьшение в данном случае величины потенциала
у бумаги из массы жирного помола объясняется тем, что гидра-
тированные волокна более гигроскопичны и, следовательно, бу-
мага из массы жирного помола будет при всех прочих равных
условиях иметь более высокую равновесную влажность по
сравнению с бумагой из массы садкого помола.
Гидрофобные проклеивающие вещества (парафин, кани-
фоль) увеличивают электрический заряд бумаги. Отмечено
[124] повышение заряда бумаги при использовании в ее ком-
позиции укрепленного канифольного клея. Электростатический
заряд бумаги повышается также при введении каолина с увели-
чением содержания его в бумаге до 25—30%. Дальнейшее же
увеличение содержания каолина в бумаге ведет к снижению
степени ее электризации. Указанное явление объясняют [124]
следующим образом. По сравнению с растительными волокна-
ми каолин, как менее гигроскопичное вещество, способствует
при содержании его в бумаге до 30% уменьшению влажности
бумаги и, следовательно, увеличению степени ее электризации.
При дальнейшем же увеличении содержания каолина в бумаге
количество целлюлозных волокон на поверхности бумаги отно-
сительно уменьшается, а количество наполнителя увеличивает-
ся. Каолин менее склонен к электризации, чем целлюлоза, что
и объясняет снижение уровня электризации бумаги в данном
случае.
Мелованные виды бумаги электризуются в значительно
меньшей степени по сравнению с обычными. Больше при тре-
нии электризуется лакированная бумага.
Возможно применение самых различных средств для борь-
бы со статическим электричеством. Повышают влажность бу-
маги непосредственно ее увлажнением, обработкой пластифи-
каторами (глицерином, сорбитом) и увеличением относитель-
ной влажности окружающего воздуха (не менее 70%)- Зазем-
ляют станины машин, на которых при трении бумаги возника-
ет статическое электричество, а также снимают электрический
заряд с помощью заземленных гребенок, которые устанавли-
вают вблизи места возникновения заряда. Не рекомендуется
использовать заземленные металличе-
ские цепочки, проволоку или фольгу,
которые, касаясь с движущимся бу-
мажным полотном, вызывают допол-
нительное трение.
Повысить электропроводность бу-
маги и, следовательно, устранить или
снизить ее склонность электризовать-
ся можно введением в композицию
бумаги электролита. По некоторым
данным, содержание в бумаге 2,8%
поваренной соли совершенно исклю-
чает электризацию бумаги, а наличие
всего лишь 0,5% поваренной соли
уже заметно снижает электризацию
(рис. 147). Введение в бумажную
массу значительного количества по-
Рис. 147. Зависимость
степени электризации
бумаги от содержания
в ней поваренной соли
варенной соли, однако, может отри-
цательным образом сказаться при операции проклейки бумаги.
В. А. Сологуб и И. Т. Прилипко [124], ссылаясь на других
авторов, указывают различные антистатики, вводимые в ком-
позицию бумаги. Одновременно они пишут, что, к сожалению,
большинство известных антистатических добавок плохо удер-
живается в бумажной массе и уносится сточными водами.
В некоторых случаях, судя по литературным данным, хоро-
шие результаты борьбы со скоплением на поверхности бумаги
статического электричества получаются при введении вещества,
проводящего электрический ток, в состав суспензии, наносимой
на бумажное полотно в клеильном прессе.
Различные электропроводящие полимеры, а также гигро-
скопические и поверхностно-активные вещества могут быть ис-
пользованы для борьбы со статическим электричеством путем
наноса их тонким покровным слоем на поверхность бумаги
в клеильном или гауч-прессе.
Гигроскопические вещества, поглощая влагу из окружающей
среды, образуют на поверхности бумаги водяную пленку и тем
самым способствуют повышению проводимости бумаги.
Среди различных антистатиков, вводимых на поверхность
бумаги, известно о применении алкилфосфатов, разных продук-
тов циклических амидов, солей органических сульфокислот,
водных растворов сильных электролитов (хлоридов, бромидов,
нитратов). В сочетании с минеральными наполнителями исполь-
зуют поверхностно-активные вещества (сложные эфиры поли-
этиленгликоля, алкиламиды, полиэтиленгликоли, эфиры много-
атомных спиртов).
В качестве одной из мер борьбы со статическим электриче-
ством в полиграфии иногда рекомендуют разбрызгивание аэро-
золя над печатной машиной, а также над кипами напечатанных
листов бумаги при их упаковке.
Эффективным средством борьбы со скоплением на бумаге
статического электричества является метод ионизации окружа-
ющего воздуха. При этом воздух становится проводником элек-
тричества на участке между ионизатором и носителем заряда,
что способствует .уничтожению образующихся зарядов. Иони-
зацию создают использованием либо радиоактивных изотопов,
либо поля высокой частоты. В последнем случае основой уста-
новки для ионизации воздуха является высокочастотный гене-
ратор, питаемый постоянным или переменным током с потреб-
ляемой мощностью 45 Вт. Генератор создает ток ничтожной си-
лы, но высокого напряжения (75 кВ) при частоте до 60 кГц.
Установка для ионизации воздуха занимает мало места и удоб-
на в эксплуатации. Она получила распространение и на отече-
ственных предприятиях, в особенности в полиграфической про-
мышленности, Подобные установки также успешно используют-
ся на бумагоделательных машинах, служащих для изготовления
бумаги так.называемым сухим способом.
Во Франции широко применяется простой способ борьбы со
статическим электричеством, заключающийся в преобразовании
электростатической (потенциальной) энергии в световую. Аппа-
рат, названный парастатиком, состоит из двух частей: прием-
ной гребенки (кусочки соединенных между собой проволок)
и газонаполненной трубки, один на электродов которой при-
соединен к гребенке, а другой —к заземленной станине маши-
ны. Гребенка, расположенная по всей ширине бумажного
полотна, воспринимает электрический заряд, который, проходя
через газонаполненную трубку, вызывает свечение газа.
10.6. РАЗНОСТОРОННОСТЬ
Различие в свойствах сторон бумажного полотна носит на-
звание разносторонности бумаги. Иногда ошибочно
этот дефект бумаги называют двусторонностью. В той или иной
степени разносторонность наблюдается у каждой бумаги. При-
чина ее заложена в существующей технологии бумажного про-
изводства. Действительно, одна сторона бумаги является сеточ-
ной и имеет на своей поверхности отпечаток от сетки (марки-
ровку поверхности), тогда как другая сторона такого отпечатка
не имеет.
Ориентация волокон по толщине бумаги неодинакова.
В связи с тем, что сетка ориентирует волокна преимуществен-
но в машинном направлении, ориентация волокон в этом на-
правлении на сеточной стороне бумаги больше, чем на верхней.
А это предопределяет различие в напряжениях, возникающих
па сторонах бумаги при набухании волокон от увлажнения, ко-
торое проявляется в виде одностороннего скручивания бумаж-
ного полотна. Волокна, как известно, набухают неодинаково:
в значительной степени по диаметру и сравнительно мало по
длине.
В связи с тем, что при отливе бумаги влага движется в од-
ностороннем направлении от верхней стороны к сеточной сто-
роне бумаги, расположение мелких и длинных волокон, частиц
наполнителя и проклеивающих веществ оказывается неодинако-
вым по сторонам бумажного полотна. Из-за обезвоживающего
действия регистровых валиков, отсасывающих ящиков и отса-
сывающих валов на сеточной стороне бумаги оказывается
меньше, чем на верхней, наполняющих и проклеивающих ве-
ществ. Как правило, степень проклейки бумаги на сеточной
стороне се всегда ниже, чем на верхней стороне. Чем выше
вакуум в отсасывающих ящиках и в отсасывающих валах, тем
большие различия могут быть отмечены в свойствах обеих
сторон бумажного листа. На рис. 148 представлены микрофото-
Рис. 148. Микрофотографии поверхности листа газетной бумаги:
а — сеточная сторона; б — верхняя сторона
графин сеточной и верхней сторон одного и того же листа га-
зетной бумаги.
Применение гидропланок вместо регистровых валиков,
а также полиэтиленимина из-за повышенного удержания при
этом в бумажном полотне мелких волокон, наполнителей
и проклеивающих веществ способствует существенному умень-
шению разносторонности бумаги. Это было практически под-
тверждено Н. Г. Никольским опытами, проведенными в произ-
водственных условиях.
Очевидно, что бумага, у которой наблюдается значительное
различие в ориентации волокон на сторонах листа, будет иметь
и различную усадку на его поверхностях.
По разным причинам может оказаться различная влажность
сторон бумажного полотна. Так как проклейка бумаги затруд-
няет влагообмен между сторонами бумажного листа, это явле-
ние чаще и в большей степени может наблюдаться у сильно
проклеенной бумаги. Особенно оно заметно при различной
влажности верхних и нижних сукон одной и той же группы
сушильных цилиндров, а также при значительном различии
в температуре поверхности верхнего и нижнего рядов сушиль-
ных цилиндров. Здесь следует иметь в виду, что бумажное
полотно на верхних и нижних цилиндрах находится не в оди-
наковых условиях. На верхних цилиндрах оно соприкасается со
стороной цилиндра, обогреваемой паром, а на нижних цилинд-
рах— со стороной их поверхности, соприкасающейся с пленкой
конденсата. Да и условия вентиляции у верхних и нижних ци-
линдров неодинаковы.
При выработке окрашенной бумаги в связи с указанными
выше различиями может наблюдаться различие в оттенке бума-
ги на верхней и сеточной ее сторонах.
А. И. Пушкин и Д. В. Ширяев отмечают, что в практике
применения различных красящих веществ наблюдается законо-
мерность: чем меньшим сродством обладают к целлюлозе кра-
сящие вещества, тем больше выражена в цветной бумаге раз-
носторонность. Те же авторы, ссылаясь на работу Драпера,
указывают, что при сушке окрашенной бумаги на бумагодела-
тельной машине эффект разносторонности тем больше, чем
больше влажность высушиваемой бумаги. Вместе с тем сушка
влажной бумаги на воздухе независимо от степени ее влажно-
сти неизменно обнаруживала один и тот же результат — мини-
мальную разносторонность окраски. Отмечается также, что
молекулярно-дисперсные растворы красителей при их примене-
нии в крашении бумажной массы дают цветную разносторон-
ность в большей степени, чем растворы, близкие к коллоидным
системам. Ссылаясь на работы ТАППИ, А. И. Пушкин
и Д. В. Ширяев указывают, что при использовании прямых
красителей разносторонность окраски цветных видов бумаги
значительно меньше, чем при использовании кислотных. Одна-
ко и с применением последних разносторонность может быть
значительно уменьшена при отборе марок, образующих проч-
ные лаки с сернокислым алюминием. Установлено, что волокна
различной длины окрашиваются с различной степенью интен-
сивности: длинные волокна окрашиваются заметно слабее ко-
ротких, что и определяет в известной степени меньшую интен-
сивность окраски сеточной стороны по сравнению с верхней
стороной бумажного листа.
Отмечается также, что мелкие волокна, получаемые
в результате размола, окрашиваются более интенсивно, чем при-
родные мелкие волокна, что объясняют их большой удельной
поверхностью, поглощающей краситель, и другими причинами.
При высокой температуре первых сушильных цилиндров наблю-
дается миграция кислотного красителя, что также может слу-
жить причиной разносторонности бумаги по оттенку.
Из литературных источников известно, что оптические отбе-
ливатели лучше фиксируются на длинных волокнах, чем на мел-
ких, и частицах минерального наполнителя. Поэтому белизна
длинных волокон на 30—40% выше, чем белизна всей компо-
зиции. Введение в бумагу волокон лиственной целлюлозы в ко-
личестве 60—80% от всей композиции позволяет в значи-
тельной мере снизить разносторонность, но при этом сни-
жается механическая прочность бумаги, что не всегда
допустимо.
Во избежание разносторонности бумаги по оттенку Хинтон
рекомендует применять в качестве наполнителя двуокись тита-
на. Он подчеркивает необходимость разведения красителей
в мягкой воде и указывает, что такие красители, как аурамин,
хризоидин, родамин, и некоторые другие обеспечивают бумаге
наименьшую разносторонность по оттенку. Вместе с тем флуо-
ресцирующие красители больше адсорбируются волокнами,
нежели каолином.
Рекомендуется также для уменьшения разносторонности
окрашенной бумаги и получения примерно одинаковой степени
окраски наполнителей и растительных волокон пользоваться
смесью основных и кислотных красителей.
На одной из фабрик разносторонность окрашенной бумаги
была устранена путем установки под сеткой в промежутке
между отсасывающими ящиками и гауч-валом регистрового
валика, погруженного в ванну с раствором красителя.
В качестве одного из средств борьбы с разносторонностью
окраски цветной бумаги А. И. Пушкин и Д. В. Ширяев реко-
мендуют добавку в бумажную массу карбамидных или феноло-
формальдегидных смол в количестве от 1 % и больше от массы
сухих волокон. При этом происходит избирательная адсорбция
этих смол волокнами, благодаря чему задерживается преимуще-
ственное выбирание волокнами красителей и тем самым ниве-
лируется разносторонность в оттенке бумаги.
Как правило, сеточная сторона бумаги является более шеро-
ховатой, а следовательно, и менее гладкой по сравнению
с верхней стороной. Различие в степени гладкости обеих сто-
рон бумаги может быть сведено к минимуму при использова-
нии более частой (менее грубой) машинной сетки, применении
офсетного и обратного прессов, ровнителя, а также при после-
дующем каландрировании бумаги.
Судя по литературным данным, снижение различия гладко-
сти обеих сторон бумаги достигается, если в качестве обрат-
ного пресса используют первый пресс, имеющий верхний отса-
сывающий вал.
Для каландрированной бумаги снижение различия в гладко-
сти верхней и сеточной сторон бумаги можно добиться подбо-
ром надлежащего взаиморасположения валов суперкаландра
(металлических и с бумажной набивкой).
Значительная разносторонность бумаги является ее серьез-
ным недостатком, затрудняющим использование бумаги потре-
бителями по ее целевому назначению. Важно, чтобы все виды
бумаги для печати были лишены этого недостатка, так как раз-
личие в свойствах поверхностей бумаги сказывается и на раз-
личной восприимчивости сторонами бумаги печатной краски
и, следовательно, на различном качестве отпечатка.
Разносторонность газетной бумаги обычно выражается
в различии гладкости обеих сторон листа или наличии на се-
точной стороне заметного отпечатка сетки. Поэтому печатные
свойства верхней стороны газетной бумаги выше, чем сеточ-
ной. Учитывая это, в некоторых типографиях газетную бумагу
разматывают таким образом, чтобы первая и четвертая страни-
цы газеты, на которых находятся заголовок, наиболее важные
иллюстрации и портреты, печатались на верхней стороне бума-
ги, а вторая и третья страницы — на сеточной стороне бумаги.
Достигаемая с помощью клеильного пресса двухсторонняя
проклейка обеспечивает получение клееной бумаги с одинако-
вой степенью проклейки каждой стороны листа.
Радикальным средством борьбы с разносторонностью бумаги
является использование новейшей технологии отлива бумаги
с применением устройств формования листа между двумя сет-
ками.
10.7. ВОЗДУШНЫЕ ПУЗЫРИ И ПЯТНА
10.7.1. Причины возникновения воздушных пузырей в бумаге
и меры борьбы с этим дефектом
При отливе бумажного листа одним из нежелательных
компонентов массы является воздух, содержащийся обычно
в ней в количестве от 0,4 до 6% по объему. Это, казалось бы,
небольшое содержание воздуха в массе на самом деле явля-
ется высоким по отношению к Объему волокон. Так, в массе,
поступающей в напорный ящик с концентрацией волокон
в 0,5%, указанное содержание воздуха соответствует от 80 до
1200% по отношению к объему волокон. В отдельных случаях,
судя по литературным данным, содержание воздуха в массе мо-
жет значительно превышать указанные выше цифры.
Предполагается, что газы присутствуют в волокнистой су-
спензии в трех состояниях: свободном, остаточном (связанном)
и растворенном. Свободный — это газ, который стремится
всплыть на поверхность массы в открытом напорном ящике,
и поэтому его концентрация уменьшается с увеличением рассто-
яния от поверхности; такой газ может быть легко удален.
Остаточный газ не удаляется путем простой выдержки массы
при пониженном давлении, потому что либо он прочно связан
с волокнами, либо заключен внутри сгустков волокон, стабили-
зируя хлопья из-за действия сил поверхностного натяжения.
При изменении температуры массы содержание растворенного
в ней воздуха меняется. Однако растворенный в суспензии газ
не вызывает каких-либо затруднений. Вредное влияние воздуха
в бумажной массе обнаруживается при выделении его в виде
пузырьков и сказывается в образовании пены и сгустков воло-
кон в потоке массы, что в свою очередь влечет за собой появ-
ление в бумаге воздушных пузырей, неровного просвета и дру-
гих отрицательных свойств. Увеличивается брак бумажной про-
дукции и возрастает число обрывов бумажного полотна на
бумагоделательной машине.
При изготовлении цветных видов бумаги пенообразрвание
нередко влечет за собой скопление частиц красителя на стен-
ках пузырьков и получение вследствие этого неравномерной,
с пятнами окраски бумаги.
Устойчивая пена создается при наличии в массе стабилиза-
тора пены. Подобными стабилизаторами являются, в частности,
поверхностно-активные вещества, например соли смоляных жир-
ных кислот, находящиеся в массе. В присутствии поверхностно-
активных веществ и при наличии аэрации тонкодисперсные
твердые частицы (минеральные наполнители, пигменты, про-
клеивающие вещества, мелкие волоконца и пр.) способствуют
разделению и также стабилизации пузырьков пены. При этом
пена, состоящая из крупных пузырьков воздуха, менее устойчи-
ва по сравнению с пеной из мелких пузырьков.
Воздушные пузыри в бумаге легко обнаружить при рассмот-
рении ее на просвет. Они выглядят в виде просвечивающих пя-
тен круглой формы. При внимательном рассмотрении бумаги
в отраженном свете эти пузыри вследствие большей прозрач-
ности листа в этих местах кажутся темнее общего фона бумаги.
Бумага с воздушными пузырями из-за своей неоднородности
неравномерно воспринимает типографскую краску, что отрица-
тельно сказывается на качестве печати, особенно иллюстраци-
онной.
При выработке многослойного картона наличие воздуха
в бумажной массе приводит к заметному снижению межслое-
вой прочности и часто наблюдается расслоение картона.
Лабораторными опытами В. Брехта и У. Кирхнера установ-
лено, что в результате введения воздуха в бумажную массу
(композиция газетной бумаги) снижаются показатели механи-
ческой прочности изготовляемой бумаги и ее гладкость, ухуд-
шается структура листа, растет воздухопроницаемость и зна-
чительно увеличивается продолжительность обезвоживания.
А. Ф. Тищенко экспериментальным путем (степень помола
бумажной массы составляла 16—60° ШР) установил, что погло-
тительная способность воздуха массой повышается с увеличе-
нием степени помола массы. Повышение концентрации массы
в водной суспензии от 0 до 3% также приводит к увеличению
поглощения воздуха. При этом сульфитная целлюлоза погло-
щает воздух в большей степени, чем сульфатная. Древесная
масса белая и химическая поглощает воздух в небольшом ко-
личестве, не зависящем от величины концентрации массы. По
данным того же автора, в бумажной массе содержится 50—80%
свободного воздуха и 20—50% адсорбированного (связанного)
и растворенного воздуха. Причиной обильного пенообразования
является наличие в массе свободного воздуха.
Иногда появление воздушных пузырей в бумаге носит се-
зонный характер. Их больше при выработке бумаги летом, чем
при ее изготовлении зимой. Это связано с тем, что при повыше-
нии температуры производственной воды растворимость в ней
воздуха снижается и, выделяясь, он служит источником образо-
вания в бумаге воздушных пузырей. Так, с повышением темпе-
ратуры от 0 до 30° С растворимость воздуха в воде уменьшает-
ся примерно в 2 раза.
Для борьбы с пеной в производстве любого вида бумаги не-
обходимо обеспечить подачу массы на сетку ровным, спокой-
ным потоком, без водоворотов, завихрений и перепадов, спо-
собствующих образованию пены.
Следует обращать внимание на то, чтобы узлоловители
были расположены не слишком высоко над уровнем сеточного
стола и могли обеспечивать отвод пены в перелив из ванн узло-
ловителей, а также из напорного ящика, что исключает воз-
можность попадания пены на сетку бумагоделательной маши-
ны. Для разбивки пены в напускных устройствах открытого
типа применяют эффективно работающие спрысковые форсун-
ки— пеноразбиватели. Необходимо следить, чтобы они не засо-
рялись и постоянно работали при достаточно высоком давлении
спрысковой воды. В некоторых случаях спрысковые трубы де-
лают подвижными, что обеспечивает хорошую разбивку пены
по всей ширине напорного ящика бумагоделательной машины.
Плохо промытая целлюлоза, особенно сульфатная, имеет
повышенную склонность к пенообразованию. Подобной же
склонностью к пенообразованию обладает бумажный брак (пли
макулатура) с животной проклейкой.
Использование мела в качестве наполнителя бумаги (на-
пример, при выработке папиросной бумаги) обычно связано
с повышенным образованием пены в потоке бумажной массы
вследствие выделения пузырьков углекислого газа.
Количество воздушных пузырей в бумаге во многих случаях
удается значительно снизить регулированием взаимного распо-
ложения выпускной щели, грудного вала и формовочной доски.
Пузырьки пены, попавшие на сетку, механически разбивают
струей пара или воздуха (последнее предпочтительнее), нагне-
таемого вентилятором через трубу, расположенную поперек
машины над сеткой.
В случае сильного пенообразования при выработке некото-
рых видов бумаги в спрысковую воду вводят небольшое количе-
ство поверхностно-активных веществ. Судя по литературным
данным, хорошие результаты дает применение октилового
спирта, расходуемого в количестве 0,0005—0,005% к массе
волокон. Известны и другие химические вещества, успешно при-
меняемые для устранения пенообразования. При низкой жест-
кости воды применяются спирты жирных кислот, эмульгирован-
ные мылами, а при высокой жесткости воды—-эмульгирован-
ные продуктами конденсации этиленоксида. Хорошими противо-
пенными средствами считаются эфиры жирных кислот
п высокомолекулярных спиртов и силиконовые соединения. При
использовании противопенных веществ следует учитывать, что
они сохраняют свою химическую активность в слабых раство-
рах лишь в течение нескольких часов и во многих случаях ухуд-
шают проклейку.
Иногда пенообразовапие снижается при введении в бумаж-
ную массу сернокислого алюминия. Однако известны случаи,
когда добавки его или поверхностно-активных веществ повыша-
ли пенообразование. Таким образом, эффективность введения
этих химикатов, по-видимому, зависит от их дозировки, кото-,
рую необходимо устанавливать в зависимости от местных про-
изводственных условий.
На многих предприятиях вводят керосин в бумажную мас-
су, поступающую на сетку. Хотя при этом снижается пенооб-
разование и уменьшается выделение смолы на сетке, такой
способ рекомендовать нельзя, так как керосин оказывает вред-
ное влияние на резиновую облицовку валов бумагоделательных
машин. Кроме того, он придает бумаге специфический запах.
Радикальным средством борьбы с образованием в бумаге
пузырей является деаэрация бумажной массы. Этому процессу
особое внимание стали уделять начиная с 1950 г., когда появи-
лось новое, специально предназначенное для этого оборудова-
ние — декулатор. При практическом применении подобных
аппаратов, были достигнуты следующие результаты:
1. Было полностью ликвидировано ценообразование и накапливание
сгустков волокон в напорном ящике.
2. Оказались ненужными водяные спрыски для (разбивки пены в напор-
ном ящике, вследствие чего сократился расход свежей воды и повысилась
температура массы, что облегчило обезвоживание при выработке газетной
бумаги примерно на 10%.
3. Значительно сократились холостые пробеги бумагоделательных машин
в связи с ликвидацией сгустков волокон и пены.
4. Скорость машин в ряде случаев удалось повысить при выработке га-
зетной бумаги на 5—9% и соответственно увеличить производительность
бумагоделательных машин.
5. Улучшилось качество бумаги за счет большей равномерности просве-
та, повышения плотности и гладкости, а также полного устранения воздуш-
ных пузырей в бумажном полотне.
В опытах, проведенных в сравнимых условиях, деаэрация
бумажной массы, ранее содержавшей 2% по объему воздуха,
позволила повысить сопротивление разрыву готовой бумаги на
15%, а влажной — на 40%. В другом случае в результате деаэ-
рации потока бумажной массы скорость обезвоживания на бу-
магоделательной машине возросла на 10—30%, пористость бу-
маги снизилась на 30%, плотность возросла на 4%, улучшились
печатные свойства бумаги и более равномерным стал ее про-
свет.
Наблюдения на двух канадских бумажных фабриках свиде-
тельствуют, что благодаря деаэрации бумажной массы при
сушке бумаги удалось снизить расход пара на 4%.
На английской бумажной фабрике также была отмечена
экономия пара в результате применения деаэрации бумажной
массы. На этой фабрике до установки деаэрирующей и очист-
ной системы было трудно получить бумагу с массой 100 г/м2
вследствие затруднений при ’обезвоживании и сушке. Однако
после включения указанной установки удалось наладить регу-
лярный выпуск бумаги с массой 120 г/м2. Об эффективности
деаэрации массы на установках форжект можно судить по дан-
ным А. Ф. Тищенко (табл. 74).
74. Содержание воздуха в бумажной массе до и после
прохождения через установку форжект
Бумага Содержание воздуха, % Снижение содержания воздуха, %
до очистки после очистки
Печатная и писчая 0,79 0,04 95
Журнальная 1,00 0,08 92
Из тряпичных волокон 0,75 0,02 97
Из сульфатной целлюлозы 0,65 0,075 88,5
Часто деаэрацию бумажной массы совмещают с ее очист-
кой. Это осуществляют либо в форваках и форжектах, либо
лучше, в декулатор-клинерах. Имеются сведения и о работах по
усовершенствованию самих центриклинеров с целью повыше-
ния эффективности их работы с одновременной деаэрацией
массы.
Не только воздух в бумажной массе или пенообразование
в меловальной пасте служат причинами появления пузырей
в обычных видах бумаги или в бумаге, подвергнутой мелова-
нию. Иногда у влажной мелованной бумаги с плотной структу-
рой покровного слоя может наблюдаться в случаях интенсив-
ной сушки такой бумаги местный отрыв слоя с образованием на
бумаге пузырей. Это происходит из-за усиленного парообразо-
вания. Для борьбы с этим явлением рекомендуется снижать
содержание в покровном слое связующего, что приведет к по-
вышению пористости покровного слоя и предотвратит возмож-
ность скопления больших количеств пара, отрывающего
покровный слой от бумаги-основы. Сама же бумага-основа
должна иметь прочносвязанную структуру и не быть чрезмерно
влажной.
Пузыри могут возникнуть в фотографической бумаге при ее
погружении в фотографические растворы. Для устранения это-
го нежелательного явления оказалось целесообразным с целью
уменьшения деформации бумаги-основы фотоподложки при
увлажнении введение в ее композицию меламино- или карбами-
доформальдегидной смолы.
Возможно также возникновение воздушных пузырей в двух-
слойной или многослойной бумаге в месте соединения слоев на
бумагоделательной машине. С целью предотвращения этого
целесообразно использовать отсасывающие ящики в ветвях
лент, транспортирующих соединяемые слои.
10.7.2. Виды пятен на бумаге
Появление пятен в бумаге связано с попаданием в бумаж-
ную массу или на поверхность бумаги различного рода посто-
ронних включений: сора, костры, масла, краски, частиц угля,
слизи, смолы и пр. Наличие в бумаге этих загрязнений чаще
всего свидетельствует о неисправной работе очистной аппара-
туры, установленной в полуфабрикатных цехах и непосредст-
венно перед бумагоделательной машиной. Неплотно подогнан-
ные бандажи узлоловителей являются причиной пропуска не-
очищенной массы, вместе с которой на бумагоделательную
машину поступают загрязнения, повышающие сорность бумаги
и являющиеся источником появления различного рода грязных
пятен. Нередки случаи появления в бумаге грязных пятен от
брака с бракоразмольного оборудования. Наконец, в бумаге
могут появиться поверхностные грязные пятна от случайного
попадания на поверхность бумаги при ее изготовлении или
переработке капель масла, частиц угля или другого рода за-
грязнений.
В Англии разработана конструкция электронного прибора —
анализатора чистоты бумажного полотна, основанного на том,
что луч лазера сканирует по поверхности полотна и отражен-
ный сигнал анализируется электронным способом. При этом
определяются количество и размеры частиц посторонних при-
месей. Прибор может быть установлен на бумагоделательной
машине для определения сорности бумажного полотна.
Пятна на бумаге могут быть разделены на три основные группы. К пер-
вой относятся пятна от пены, смоляные, жировые, оста,тки песка, спрес-
сованные волокна и т. п. Пятна этой группы при рассмотрении их в отра-
женном свете кажутся темнее, чем вся бумага; в проходящем свете, наобо-
рот, светлее. Песок в бумажную массу попадает вместе с древесной мас-
сой от дефибрерных камней. Он может попасть также от базальтовой гар-
нитуры размалывающих аппаратов вместе с недостаточно очищенным мине-
ральным наполнителем и, наконец, не исключены возможности случайного
попадания песка в бумажную массу.
Пятна от пены имеют нерезко очерченные контуры. Иногда они пред-
ставляют собой небольшое углубление в бумаге, окруженное выступающим
кольцом, обычно содержащим смолу. Пятна о,т смолы могут быть разного
происхождения: от смолы целлюлозы и от смолы проклейки. Первые имеют
более неправильную форму, крупнее и труднее растворяются в спирте и в эфи-
ре, чем пятна от смолы проклейки. Края этого вида пятен в большинстве
случаев резко очерчены. Жир'ные пятна напоминают смоляные. Они нераст-
воримы в холодном спирте. В бензине и в эфире—растворимы, причем
теряют свою прозрачность. Пятна от песка — чаще всего скопления непро-
зрачных крупинок. Белые или прозрачные крупинки песка в бумаге мало-
заметны. Пятна от спрессованных волокон отличаются белым цветом; под
микроскопом их легко отличить от крупинок наполнителя.
Ко второй группе относятся пятна от железа, бронзы, краски, резины
а также щепочки древесной массы, .неразработанные пучки волокон, костра
от пеньки т. п. Пятна этой группы и в отраженном и в проходящем свете
темнее, чем окружающая их бумага, включая и пятна, иначе окрашенные.
Металлические включения в бумажную массу попадают в основном из
макулатуры и из оборудования (в первую очередь от гарнитуры размалыва-
ющих аппаратов). Использование твердой нержавеющей стали в значитель-
ной степени снижает опасность попадания в бумажную массу подобных
включений. Это, в частности, было подтверждено опытом бумажных фабрик,
где при выработке конденсаторной бумаги была успешно использована в ко-
нических мельницах гарнитура из нержавеющей стали.
Кусочки резины также могут попасть в бумажную массу ив макула-
туры. Однако резина может оказаться в бумажной массе и из оборудова-
ния (резиновая облицовка валов и пр.).
Пятна третьей группы отличаются тем, что в обычной, не подвергнутой
отделке бумаге, они незаметны и выступают рельефно, лишь при ее отделке
и переработке. С такого рода пятнами в цоактике автора приходилось
сталкиваться на обойной бумаге, проклеенной плохо диспергированным ка-
нифольно-парафиновым клеем. В бумаге .пятна были незаметны, однако уже
при нанесении грунта на обойной машине эти пятна резко выступали. Уве-
личение степени дисперсности клеевых частиц практически устранило появ-
ление пятен.
Иногда в жесткой производственной воде, в условиях подогрева бумаж-
ной массы, на поверхности бумаги выступают включения белого цвета. Со-
держащиеся в жесткой .воде бикарбонаты кальция и магния, уже при тем-
пературе 45°С начинают переходить в нерастворимые в воде карбонаты,
которые и видны в бумаге в виде белых включений. Эти включения легко
распознаются при действии на них серной или соляной кислоты: происходит
характерная обменная реакция с выделением легко видимых невооруженным
глазом пузырьков углекислого газа. Для борьбы с этими включениями не-
обходимо применять умягченную производственную воду, что дало положи-
тельный результат при. производстве конденсаторной бумаги, изготовляемой,
как известно, из массы жирного помола, которая обычно подогревается пе-
ред выходом на сетку бумагоделательной машины.
Особый вид пятен на бумаге — это пятна от плесени. В ленинградском
Эрмитаже разработаны эффективные методы по удалению этих пятен.
Сведения об идентификации различного рода пятен на бумаге читатель
найдет в книге Д. Кейси. Систематизация дефектов бумаги на бумагодела-
тельной машине и мер ух устранения приведена по данным С. Н. Иванова
в «Справочнике бумажника».
список использованной литературы
1. Абакина Г. Н., Трухтенкова Н. Е. Исследование динамической проч-
ности бумажного листа из сульфатной целлюлозы .различной степени про-
вара. Сб. трудов ВНИИБ. М., 1967, вып. 52, с. 83—95.
2. Авмапов В. А., Темпель Ф. Г., Норкин П. К. К вопросу о применении
полимеров в гидравлике. Из®. АН УзССР. Сер техн, наук, 1967, № 1,
с. 44—46.
3. Аким Э. Л. Исследование процесса синтеза вюлокнообразующих аце-
татов целлюлозы. Автореф. дис. на со,иск. учев. степ, д-ра техн, наук/
ЛИТАП им. С. М. Кирова. Л., 1971. 39 с.
4. Аким Э. Л. Обработка бумаги. М., 1979. 230 с.
5. Аким Э. Л., Барболина Т. Н., Барболин Ю. Ф. Полиэтиленовый воск
для проклейки бумаги.— -Реф.-информ. Целлюлоза, бумага и картон/М.,
ВНИПИЭИлеспром, 1978, № 20, с. 9.
6. Амифлок — новый флокулянт в производстве бумаги и картона/
В. Ф. Филатенков, Г. 3. Аксельрод, Б. И. Энтин и др.— Бумажная промыш-
ленность, 1978, № 11, с. 17—118.
7. Апанасенко С. В., Леонтьева Л. Н. Бумага с углеродным волокном
для' экранирования изоляции силовых кабелей.— Реф.-информ. Целлюлоза-,
бумага и картон/М., ВНИПИЭИлеспром, 1978, № 20, с. 9—10.
8. Астахов Ю. С. Исследование основных факторов процесса размола
бвсульфитной целлюлозы для производства бумаги для гофрирования. Авто-
реф. дис. на соиок. учен. степ. канд. Text». наук/ЛТА им. С М. Кирова Л.,
1979. 20 с.
9. Аттиков М. А., Бахтадзе К. Д. Использование технологической щепы
в целлюлозно-бумажной промышленности (Обзор информ.). М.,
ВНИПИЭИлеспром, 1979, вып. 22. 30 с.
10. Банялене И. 3., Фляте Д. М., Чижов Г. И. Некоторые сравнитель-
ные данные о работе металлических и синтетических сеток_ - В кн-.: Химия
и технология целлюлозы/Межвузовский сб. ЛЛ. 1978, вып. 5, с. 84—87.
1;1 . Барболина Т. Н. Исследование процессов получения и разработка
технологии производства бумаги-основы фотобумаги для двухстороннего по-
лиэтиленового покрытия. Автореф. дис. на соиск. учен. степ. канд. техн, наук/
ЛТИ ЦБП. Л., 1978. 20 с.
12. Бланк М. Г., Матвеева Н. А., Фляте Д. М. О взаимодействии хими-
ческих полимеров и волокон бумаги.— В кн.: Проблемы сохранности доку-
ментальных материалов. Сб. ПКРД АН СССР. Л., 1977, с. 87—94.
13. Болотова А. К., Шарков В. И. Исследование капиллярной структуры
целлюлозы. Об. трудов ВНИИ,ГС, Л., 1964, 12, с. 60—70.
14. Больше воды из морской воды.— За рубежом, 1977, № 6, с. 21.
15. Бондарев А. И., Гадаушвили В. М. Комбинированные упаковочные
материлы на основе бумаги и картона. М., 1978. 53 с.
16. Бумага для импульсных конденсаторов/Д. М. Фляте, В. Н. Немаяи-
хин, Л. Е. Комаровский и др.— Бумажная промышленность, 1976, № 12,
с. 13.
17. Бумагообразующие свойства небеленой целлюлозы азотнокислой
варки,— Экспресс-информ. Целлюлоза, бумага и картон/ А. В. Килипенко,
Н. М. Горелик, В. Г. Антонова, В. И. Сорокин/М., ВНИПИЭИлеспром, 1980,
вып. 2, с. 1—-4.
18. Быковская Н. В„ Морозова М. Н. Высоковольтные виды кабельной
бумаги с синтетическими материалами.— Экспресс-информ. Целлюлоза, бума-
га и картон/М., ВНИПИЭИлеспром, 1980,, вып. 12. 32 с.
19. Вендров С. Л., Дьяконов К. Н. Водохранилища и окружающая при-
родная среда. М., 1976. 136 с.
20. Влияние деионизированной воды на обезвоживание волокнистой
массы/А. Ф. Тищенко, А. М. Сахарова, Л. Е. Комаровский, Л. М. Вайсман.—
Бумажная промышленность, 1976, № 3, с. 21—23.
21. Влияние катализаторов при использовании глиоксаля для придания
бумаге влагопрочности/Д. М. Фляте, М. В. Фролов, Н. Ю. Бондаренко,
В. А. Волков.— В кн.: Исследования в области химии бумаги. Сб. трудов
ЦНИИБ. М., 1980, с. 36—41.
22. Влияние полимерных покрытий на упруго-релаксационные свойства
бумаги/Э. Л. Аким, Е. Г. Зайонц, Ш. М. Миркамилов. Г. А. Степанова.—
В кн.: Химия и технология бумаги/Межвузовский сб. Л., 1978, вьш. 6,
с. 43—49.
23 . Влияние породы древесины и степени делигнификации сульфатной
целлюлозы на печатные свойства типографской бумаги/Ю. Н. Непенин,
Д. М. Фляте, Т. М. Кириленко и др.— Бумажная промышленность, 1979,
№ 11, с. 10— Ы.
24. Влияние прессования на физико-механические свойства бумаги/
В. М. Бобтенков, 3. М. Боброва, Н. Е. Новиков и др.— Реф.-информ.—
Целлюлоза-, бумага и картон/М., ВНИПИЭИлеспром, 1978, № 15, с. 8—9.
25. Влияние способа проклейки бумаги водными дисперсиями димера
гексадецилкетена на ее механические свойства и долговечность/Н. П. Пере-
кальский, В. Ф. Брусничкина, Л. Н. Антонович и др.— В кн.: Химия и тех-
нология бумаги/Межиузовский сб. Л., 1973, вып. 4, с. 13—<15.
26. Влияние сушки методам тепломеханического выноса влаги на интен-
сивность процесса и фильтрующие характеристики высокопористых материа-
лов/Е. М. Сегаль, М. Р. Коган, О. А. Малев, Т. М. Кустова.— В кн.: Совер-
шенствование технологии производства бумаги и картона. Сб. трудов
ВНИИБ. Л., 1979, с. 40—44.
27. Воскресенский К. П. Водные ресурсы земли.— Человек и стихия. М.,
1973, с. 84—86.
28. Гальпер Г. Е., Никитин А. В., Савгара Н. Е. Водопотребленпе, водо-
отведение и требования к качеству производственной воды в целлюлозно-
бумажной промышленности. М., 1977. 55 с.
29. Герасимова Н. Г. Исследование влияния различных методов отбелки
на сохранность и долговечность произведений искусства на бумажной ос-
нове. Автореф. дне. на соиск. учен. степ. канд. техн. наук/ЛТАим. С. М. Ки-
рова. Л., 1979. 20 с.
30. Герасимова Н. Г., Липатова Н. П., Хуторщиков И. С. Изучение вли-
яния на бумагу отбелки перекисью водорода и хлорамином Б в водной
и водно-спиртовой средах.— В кн.: Проблемы сохранности документальных
материалов. Сб. ЛК'РД АН ССОР. Л., 1977, с. 94—99.
31. Глухов Е. Е. .Основные понятия о конструкционных и технологиче-
ских свойствах пластмасс. М., 1970. 124 с.
32. Григорьев О. Н. Электрокинетические явления. Л., 1973. 198 с.
33. Гольденберг Ю. С. Исследование коробления переплетных крышек
в процессе изготовления и разработка способа его предупреждения. Авто-
реф. на соиск. учен. степ. канд. техн. наук/МПИ. М.„ 1976. 20 с.
34. Горинг Д. А. И. Полимерные свойства лигнина и его производ-
ных.— В кн.: Лигнины/Под ред. К. В. Сарканена и К. X. Людвига. М.,
1975. 630 с.
35. Горский Н. Н. Вода — чудо природы. Л., 1962. 224 с.
36. Грабовский А. В., Березин Б. И. Печатные свойства газетной бума-
ги.— В кн.: Новое в технологии технических тароупаковочных видов бумаги
и картона. Сб. трудов ВНИИБ. Л., -1978, с. 90—96.
37. Грицуляк В. Н., Комаровский Л. Е., Омельченко А. И. Производство
оксидной конденсаторной бумаги в СССР и за рубежом (Обзор, информ.)/
М., ВНИПИЭИлеспром, 1982, вып. 7. 32 с.
38. Гуляев Л. С. Исследование системы целлюлоза—вода термограви-
мегр.ическим методом. Автореф. на соиск. учен. степ. канд. техн. наук/ЛТА
им. С. М. Кирова. Л., 1980. 20 с.
39. Гурьянов В. Е. Исследование способов улучшения основных свойств
основы фотобумаги. Автореф. дис. на соиск. учен. степ. канд. техн.
наук/ЛТА им. С. М. Кирова. Л., 1976. 19 с.
40. Гурьянов В. Е., Фляте Д. М. О впитывающей способности прокле-
енной в массе бумаги.— В кн.: Исследования в области технологии бумаги.
Сб. трудов ЦНИИБ, М, 1980, с. 38—43.
41. Гурьянов В. Е., Фляте Д. М. Проклейка бумаги парафиновой дис-
персией.— Бумажная промышленность, 1978, № 4, с. 21—23.
42. Данилова Д. А., Лапин В. В., Герасимов А. Г. О влиянии белизны
каолина на белизну бумаги.— В кн.: Новое в технологии бумаги. Сб. тру-
дов ЦНИИБ, 1973, вып. 8, с. 137—140.
43. Диагностические признаки древесины и целлюлозных волокон.
Атлас/Под ред. Г. М. Козубова и Н. П. Зотовой-Спановской. Петрозаводск,
1976. 152 с.
44. Дробосюк В. М., Талмуд С. Л. К оценке электропове!рхностных
свойств сульфатной целлюлозы.— Журнал прикладной химии. Л., 1978, т. 41,
с. 1667—1669.
45. Духин С. С., Дерягин Б. В. Электрофорез. М., 1976. 328 с.
46. Евлахова Р. А. Исследование действия некоторых химических до-
бавок, вводимых в композиции конденсаторной бумаги с целью улучшения
ее качества. Автореф. дис. на соиск. учен. степ. канд. техн. наук/ЛТА
им. С. М. Кирова. Л., 1979. 19 с.
47. Ершов А. В., Бабурин С. В., Костромина О. Е. Способы и обору-
дование для производства печатных видов бумаги (обзор)/М., ВНИПИЭИлес-
пром, 1978. 43 с.
48. Ерыхов Б. П. Неразрушающие методы исследования целлюлозно-
бумажных и древесных материалов. М„ 1977. 246 с.
49. Ерыхов Б. П., Комаров В. И., Фляте Д. М. Исследование адеструк-
тивщыми методами влияния проклеивающих веществ на механическую проч-
ность бумаги.— В кн.: Химия и технология бумаги/Межвузовский сб. Л.,
1973, вып. 1, с. 51—56.
50. Ерыхов Б. П., Фляте Д. М. Применение метода крутильных колеба-
ний для определения упругих характеристик бумаги.— В кн.: Вопросы дол-
говечности документа. Сб. ЛКРД АН СССР. Л., 1973, с. 77—81.
51. Ерыхов Б. П., Фляте Д. М. О чувствительности физико-механических
критериев оценки макроструктуры бумаги..— Леоной журнал, 1977, № 5,
с. 119—124.
52. Жуков И. В., Бутко Ю. Г. Действие магнитного поля на прочность
бумаги.— Бумажная промышленность, 1974, № 10, с. 18.
53. Жуков И. В., Бутко Ю. Г. Механизм воздействия постоянного маг-
нитного поля на бумажную массу.— Бумажная промышленность, 1976, № 2,
с. 11—13.
54. Заморуев Б. М. Водоочистные сооружения целлюлозно-бумажного
производства. Л., 4962, с. 85.
55. Заморуев Б. М. Использование воды в целлюлозно-бумажном про-
изводстве. М., 1969. 216 с.
56. Заплатина В. М., Юрьев В. И. Изменение электрокинетических
свойств целлюлоз в процессе размола!.— В кн.: Химия и технология цел-
люлозы и бумаги/Межвузовский сб. Л., 1973, вып. 1, с. 230—244.
57. Изменение структуры бумаги для печати при мокром прессова-
нии/В. М. Бобтенков, 3. М. Боброва, А. С. Смолин и др.— Реф.-мнформ.
Целлюлоза, бумага и картон/М., ВНИПИЭИлеспром, 1978, № 14, с. 10—11.
58. Ильинский М. В. Бумагоделательные машины для выработки газет-
ной бумаги. (Обзор информ.)/М., ЦИНТИхимнефтема1ш, 1979. 46 с.
59. Исследование методом ядерной магнитной релаксации (ЯМР) взаимо-
действия воды с волокнами химически обработанной целлюлюзы/Д. М. Фля-
те, Ю. Б. Грунин, А. А. Стрельникова, В. П. Агафонова.-— В кн.: Новое
в технологии получения волокнистых полуфабрикатов. Сб. трудов ВНИИБ.
Л., 1978, с. 116-4118.
60. Истрии В. А. Полиграфическое материаловедение. М., 1953. 100 с.
61. Каган М. Р., Фляте Д. М. Влияние наполнителей на пористость
бумаги.— Бумажная промышленность, 1976, № 8, с. 10—41.
62. Каргин В. А., Слонимский Г. Л. Краткие очерки по фиэико-химии
полимеров. М., 1960. 176 с.
63. Катионные карбамидные смолы для производства бумаги/Д. М. Фля-
те, П. Г. Секачев, В. А. Волков и др.— Бумажная промышленность, 1980,
№ 6, с. 15—17.
’43 2675 665
64. Качество воды и водоподготовка пр» производстве конденсаторной
бумаги/Х. М. Пинская, С. Д. Шийка, Л. М. Вайсман и др.— В кн,.: Новое
в технологии, контроле и автоматизации целлюлозно-бумажного производст-
ва. Сб. трудов УкрНИИБ. Киев, 1975, № 18, с. 81—'85.
65. К вопросу о взаимодействии ионов алюминия с дисперсиями кани-
фоли и таллового пека/В. М. Дробосюк, С. Н. Чижиков, Б. П. Исаев и др.—
Журнал прикладной химии, Л., 1978, № 3, с. 681—682.
66. Кириленко Т. М., Фляте Д. М. Применение бумаги в качестве дат-
чика при измерении да!влений.— Бумажная промышленность, 1978, № 7,
с. 17—19.
67. Кириленко Т. М., Фляте Д. М., Суханова 3. П. Влияние сульфатной
хвойной беленой целлюлозы на свойства бумаги.— В кн.: Химическая и ме-
ханическая переработка древесины и древесных отходов, 1978, вып. 4,
с. 121—123.
68. Кирова X. Л. Разработка методов борьбы со скручиванием бумаги.
Автореф. дне. на соиск. учен. степ. канд. техн. наук/ЛТА им. С. М. Киро-
ва. Л., 1978. 19 с.
69. Кирова X. Л., Фляте Д. М., Остриков М. С. Зависимость степени
скручивания бумаги от величины усадочных напряжений и сил связи.— В кн.:
Химия и технология целлюлозы/Межвузовский сб. ЛТА им. С. М. Кирова.
Л, 1979, № 6, с. 89—93.
70. Классен В. И. Вода и магнит. М., 1973. 112 с.
71. Комаров В. И., Ерыхов Б. П., Фляте Д. М. К вопросу измерений
модуля упругости бумаги.— В кн.: Химическая переработка древесины/Сб.
трудов ЛТА им. С. М. Кирова'. 1972, № 152, с. 62—66.
72. Копыльцов А. А. Исследование путей снижения линейной деформа-
ции при намокании бумаги для офсетной печати. Автореф. дис. на соиск.
учен. степ. канд. техн. наук/ЛТА им. С. М. Кирова. Л., 1981. 19 с.
73. Копыльцов А. А., Фляте Д. М. Некоторые методы снижения линей-
ной деформации бумаги при намокании и остаточной.— В кн.: Химическая
и механическая переработка древесины и древесных отходов/Межвузовский
сб. Л., 1980, вып. 6, с. 87—91.
74. Копыльцов А. А., Фляте Д; М. Пути повышения стабильности раз-
меров картографической бумаги.— В кн.: Химическая и механическая пере-
работка древесины и древесных отходов/Межвузовский сб. Л., 1980, вып. 6,
с. 103—110.
75. Крылатое Ю. А., Ковернинский И. Н. Материалы для проклейки
бумаги и картона. М., 1982. 83 с.
76. Кульский А. А., Даль В. В. Проблемы чистой воды. Киев,
1974. 232 с.
77. Кузоватова М. А., Крылатое Ю. А., Красникова Л. Г. Талловый пек
взамен канифоли,—Бумажная промышленность, 1975, № 2, с. 12—,13.
78. Кундзич Г. А., Игнатьев Н. В. Влияние подцветки бумаги на ее
оптические свойства.— Бумажная промышленность, 1977, № 2, с. 14.
79. Курицкий А. Л., Кундзич Г. А. Оптические методы и приборы
в целлюлозно-бумажной промышленности. М., 1980. 200 с.
80. Ладыженский М. М. Приборы для измерения массы 1 м2 бумаж-
ного полотна. (Обзор, информ.) /М., ЦИНТИ'ХИМ1нефтема|Ш, 1979. 35 с.
81. Лазарев В. А., Терентьев О. А. Влияние пульсации давления в на-
порном ящике на распределение массы 1 м2 бумажного полотна.— Экспресс-
информ Целлюлоза, бумага и картон/М., ВНИПИЭИлеспром, 1978, № 17,
с. 8—9.
82. Лапин В. В. Гидрофобность неоднородно модифицированных волок-
нистых структур.— В кн.: Исследование в области химии бумаги. Сб. тру-
дов ЦНИИБ. М„ 1978, № 16, с. 4—9.
83. Лапин В. В., Данилова Д. А. Каолин и оптические свойства бума-
ги. М„ 1978. 121 с.
84. Леванова В. П., Болотова А. К., Шарков В. И. Исследование про-
цесса сухого размола целлюлозы. Сб. трудов ВНИИГС. М., 1965, 13,
с. 16—22.
85. Леонович А. А. Теория и практика изготовления огнезащищевных
древесных плит. Л., 1978. 176 с.
86. Мелешевич А. П. Радиационно-химический метод получения пласто-
бумаг. (Обзор. информ.)/М., 1977, № 1, с. 11—14.
87. Минаковский В. М., Моисеев Ю. Б. Диэлектрическая сушка (Обзор,
информ.)/М., ВНИПИЭИлеспром, 1979. 48 с.
88. Миненко В. И. Магнитная обработка водно-дисперсных систем. Киев,
1970. 168 с.
89. Морозова М. Н., Журавлева Н. М., Осипова Н. П. Влияние нагрева
на электрические свойства изоляционной бумаги.— В кн.: Электротехниче-
ская промышленность. Электроизоляционные материалы. М., В978, вып. 5
(94), с. 1—2.
90. Морозова М. Н., Фляте Д. М., Евлахова Р. А. Улучшение свойств
конденсаторной бумаги.— В кн.: Электротехническая промышленность. Элек-
троизоляционные материалы. М., 1979, вып. 10 (111), с. 1—3.
91. Мудрик X. И., Арбузова Г. А. Производство обесцвеченной маку-
латурной массы.— Экспресс-информ. Целлюлоза, бумага и картон/М.,
ВНИПИЭИлеспром, 1980, вып. 10. 52 с.
92. Мясников А. А. Новое в крашении бумажной массы. М., 1965. 96 с.
93. Непенин В. Н., Киприанов А. И., Бабурин С. В. Роль ориентации
волокон в формировании прочности промышленной бумаги.— В кн.: Совер-
шенствование производства бумаги и картона,. Сб. трудов ЦНИИБ. М.,
1973, с. 27—32.
94. Непенин Ю. Н. Перспективы развития производства бисульфцтиой
целлюлозы.— Бумажная промышленность, 1972, № 1, с. 6—8.
95. Никитин Н. И. Химия древесины и целлюлозы. М.—Л., 1962. 712 с.
96. Ничке Г. Красители и крашение целлюлозных, синтетических и сме-
шанных волокон. М., 1'962. 491 с.
97. Оборудование и особенности процесса сушки бумаги и картона ме-
тодом сквозной фильтрации воздуха через полотно материала/Е. М. Се-
галь, В. А. Бабинский, М. Д. Лотвинов и др. (Обзор, информ.)/М.,
ЦИНТИхимнефтемаш, 1982. 42 с.
98. Оксенюк О. Д., Фляте Д. М. Полуфабрикаты для чертежной про-
зрачной долговечной бумаги.— В кн.: Проблемы сохранности документаль-
ных материалов. Сб. ЛКРД АН СССР. Л., 1977, с. 20—24.
99. Осипова Н. П. Исследование старения электроизоляционной бумаги
и разработка способа повышения долговечности изоляции на ее основе.
Автореф. дне. на соиск. учен. степ. канд. техн. наук/ЛТА им. С. М. Кирова.
Л, 1975. 19 с.
100. Осипова Н. П., Фляте Д. М. Влияние металлов на старение бумаж-
но-масляной изоляции.— В кн.: Электротехническая промышленность. Элек-
троизоляционные материалы. М., 1978, вып. 5 (94), с. 2—4.
10L Осмоловская Л. П., Бондарев А. И. Технические требования к бу-
маге-основе для мелования.— В кн.: Производство и применение мелован-
ной бумаги и картона. М., 1977, ч. 1, с. 26—31.
102. Папков С. П,, Файнберг Э. 3. Взаимодействие целлюлозы и цел-
люлозных материалов с водой, М., 1976. 232 с.
103. Парамонова Л. Л., Чудаков М. И. Влияние лигносульфонатов на
физико-механические свойства бумаги.— В кн.: Химия и технология бума-
ги/Межвузсвский сб. Л., 1978, вып. 6, с. 61'—64.
104. Перльштейн Е. Я., Фляте Д. М., Шалимова Т. В. Новый показа-
тель оценки долговечности бумаги.— В кн.: Проблемы сохранности докумен-
тальных материалов. Сб. ЛКРД АН СССР. Л., 1977, с. 104—106.
105. Перспективы развития производства термомеха.ни1ческой массы.—
Реф.-информ. Целлюлоза, бумага, картон/М., ВНИ'ПИЭИлеспрам, 1978,
№ 22, с. 14—1,5.
106. Петропавловский Г. А., Васильева Г. Г. Влияние низкозамещенной
КМЦ на свойства отливок из целлюлозы. Сб. трудов ВНИИБ. Л., 1969,
вып. 45, с. 54—62.
107. Повышение зольности бумаги без снижения ее прочности/В. В. Ла-
пин, А. Т. Капанчан, Е. А. Хоецян, А. В. Кучменко.— Бумажная промышлен-
ность, 1981, № 2, с. 4—6.
1'08 . Пономарев А. И., Апсит С. О. Современное состояние производ-
ства термомеханической массы. (Обзор, информ.)/М., ВНИПИЭИлеспром,
1979, вып. 18. 44 с.
109. Практические рекомендации по синтезу димера гексадецилкетена и
проклейке им бумаги/Н. П. Перекальский, Л. Н. Антонович, Ю. Г. Бутко
и др.— В кн.: Химия и технология бумаги/Межвузовский сб. Л., 1973, вып. 1,
с. 15—19.
ПО. Применение керамической гарнитуры дисковых мельниц для таро-
упаковочных видов бумаги/С. С. Легоцкий, Л. Н. Лаптев, Л. Г. Тагеев,
В. Н. Бочаров. Реф.-информ. Целлюлоза, бумага, картон/ВНИПИЭИлеспром,
1980, Ks 17, с. 14—15.
111. Производство газетной бумаги со сниженной массой 1 м2.— Бумаж-
ная промышленность, 1978, № 3, с. 27—28.
112. Производство салфеточной бумаги,-окрашенной в массе/В. Ю. Мень-
ко, Л. И. Щербакова, В. А. Горбушин и др.— Бумажная промышленность,
1976, № 3, с. 27—28.
113. Пушкин А. И., Ширяев Д. В. Теория и практика крашения бума-
ги. М„ 1962. 267 с.
114. Пшеничников В. С. Исследование свойств и разработка покрытий
мелованной бумаги для глубокой печати. Автореф. дис. на соиск. учен. степ,
канд. техн. наук/ЛТА им. С. М. Кирова. Л., 1980. 23 с.
115. Разумов А. Н., Осипова Н. П. Модификация целлюлозы для про-
изводства электроизоляционной бумаги.— Реф.-информ. Целлюлоза, бумага
и картон/М., ВНИПИЭИлеспром, 1974, № 9, с. 9—10.
116. Ренне В. Т. Электрические конденсаторы. М.—Л., 1969. 500 с.
117. Роговин 3. А. Химия целлюлозы. М., 1972. 519 с.
118. Роговин 3. А., Гольбрайх Л. С. Химические превращения и моди-
фикация целлюлозы. М., 1979. 206 с.
119. Розенбергер Н. А. О древесной полуцеллюлозе и целлюлозе высо-
кого выхода.— Бумажная промышленность, 1976, № 8, с. 11—16.
120. Рыжих И. В., Зотова-Спановская Н. Ф., Штрейс Г. Б., Тихомиро-
ва Г. Д. Влияние натрийкарбоксиметилцеллюлозы на светопроницаемость бу-
маги-основы для диазокальки.— Реф.-информ. Целлюлоза, бумага и кар-
тон/М., ВНИПИЭИлеспром, 1978, № 18, с. 9.
121. Санитарная охрана водоемов и очистка сточных вод/В. Ф. Макси-
мов, И. В. Вольф, О. И. Яковлева, Н. И. Ткаченко. М., 1969, т 1. 304 с.
122. Сахаров Б. Н. Хранение и транспорт бумаги. М., 1979. 230 с.
123. Смоляницкий Б. 3. Переработка макулатуры. М.„ 1980. 174 с.
124. Сологуб В. А., Прилипко И. Т. Антистатическая обработка бумаги.
М., 1978. 30 с.
125. Сопоставление разрушающих и неразрушающих методов исследо-
вания макроструктуры бумаги/Г. А. Вороновская, Б. П. Ерыхов, А. А. Ко-
пыльцов, Д. М. Фляте.— В кн.: Химическая и механическая переработка
древесины и древесных отходов/Межвузовский сб. Л., 1978, вып. 4,
с. 126—133.
126. Сорокин В. И., Кожин В. В. Технология производства целлюлозы
азотнокислым способом. (Обзор, информ.)/М., ВНИПИЭИлеспром, 1977. 32 с.
127. Состояние и тенденция развития производства обоев/Ю. Ф. Бар-
болин, Л. Е. Гадуашвили, Б. С. Покарев, Н. А. Смирнягина.— Реф.-информ.
Целлюлоза, бумага и картон/М., ВНИПИЭИлеспром, 1979, вып. 5. 30 с.
128. Стукалов П. С., Васильев Е. В., Глебов Н. А. Магнитная обработка
воды. Л., 1969. 192 с.
129. Сушкова Н. Д. Бумажные мешки. М., 1974. 168 с.
130. Сушкова Н. Д. Влияние качества сульфатной целлюлозы на проч-
ность бумажных мешков.— Бумажная промышленность, 1965, № 6, с. 16—18.
131. Сушкова Н. Д., Соколова В. Н., Кучеренко Л. И. Упаковочные ма-
териалы с микровосковыми покрытиями. М., 1978. 30 с.
132. Тагер А. А. Физико-химия полимеров. М., 1978. 544 с.
133. Тарасова О. И. Применение восковых сплавов в производстве вла-
гопрочного гофрированного картона. Автореф. дис. на соиск. учен. степ,
канд. техн. наук/ЛТА им. С. М. Кирова. Л., 1979. 19 с.
134. Терентьев О. А. Гидродинамика волокнистых суспензий в целлю-
лозно-бумажном производстве. М., 1980. 248 с.
135. Технология и оборудование для производства мнкрокрепированиой
бумаги/Е. А. Кузнецов, Д. М. Фляте, М. А. Сушкова, В. И. Новиков. (Об-
зор. информ.)/М., ВНИПИЭИлеспром, 1981, вып. 7. 40 с.
136. Технология упаковочной бумаги/Т. Е. Трухтенкова, А. В. Килипен-
ко, И. А. Пархоменко-Черняева и др. М., 1974. 228 с.
137. Ткач Л. Н., Вайсман Л. М. Влияние минеральных примесей на ди-
электрические потери в электроизоляционной бумаге.— В кн.: Электротехни-
ческая промышленность. Электроизоляционные материалы. М., 1978, вып. 8 (97).
138. Ткаченко Е. М., Адаменко В. В., Кроткевич В. П. Облагораживание
упаковочной бумаги сополимерами.— В кн.: Совершенствование технологии
производства целлюлозно-бумажной продукции. Сб. трудов УкрНИИБ. Киев,
1978, вып. 21, с. 80—81.
139. Трухтенкова А. Л. Изучение влияния некоторых функциональных
групп на электрокинетические свойства целлюлозы. Автореф. дис. на соиск.
учен. степ. канд. техн. наук/ЛТА им. С. М. Кирова. Л., 1974. 19 с.
140. Трухтенкова А. Л., Халандовский И. И. Изменение физико-химиче-
ских свойств целлюлозы в процессе размола в воздушной среде.— В кн.: Со-
вершенствование технологии производства бумаги и картона. Сб. трудов
ВНИИБ. Л., 1979, с. 16—19.
141. Усовершенствование технологии приготовления проклеивающей
эмульсии/С. И. Пунегов, С. П. Боков, Э. В. Блынский и др.— Реф.-информ.
Целлюлоза, бумага, картон/М., ВНИПИЭИлеспром, 1978, № 20, с. 11.
142. Факторы, влияющие на просвет бумажного листа/С. С. Пузырев,
Е. Е. Савицкий, А. С. Смолин, М. Л. Фомина.— В кн.: Химия и технология
бумаги/Межвузовский сб. Л., 1978, вып. 6, с. 116—121.
143. Фильчаков П. В., Панчишин В. М. Интеграторы ЭГДА. Моделиро-
вание потенциальных полей на электропроводной бумаге. Киев, 1961. 172 с.
144. Финкельштейн Г. Э. Светопроницаемость при изменении веса 1 м2
бумаги.— Бумажная промышленность, 1972, № 4, с. 25.
145. Фляте Д. М., Бондаренко Н. Ю., Грунин К). Б. Влияние полиэти-
ленимина на взаимодействие целлюлозных волокон с водой.— В кн.: Иссле-
дования в области химии бумаги. Сб. трудов ЦНИИБ. 1978, № 16, с. 40—43.
146. Фляте Д. М., Грунин Ю. Б. Применение метода ядерной магнитной
релаксации для определения удельной поверхности целлюлозы.— В кн.: Хи-
мия и технология древесины, целлюлозы и бумаги/Межвузовский сб. Л.,
1974, вып. 2, с. 28—30.
147. Фляте Д. М., Гуляев Л. С. Исследования водной поверхности цел-
люлозы методом термогравиметрии.— Лесной журнал, 1979, Ке 6, с. 64—67.
148. Фляте Д. М., Гурьянов В. Е. Влияние гладкости и объемной массы
основы фотобумаги на поверхностную проклейку.— Бумажная промышлен-
ность, 1976, № 11, с. 11—12.
149. Фляте Д. М., Кирова X. Л. Влияние жесткости бумажного полотна
на его способность скручиваться при одностороннем увлажнении.— Реф.-ии-
форм. Целлюлоза, бумага и картон/ВНИПИЭИлеспром, 1978, № 1, с. 8—9.
150. Фляте Д. М., Новиков В. И. Исследование механизма крепирова-
ния бумаги при помощи шабера. Сб. трудов ВНИИБ. Л., 1979, с. 63—71.
151. Фляте Д, М., Новиков В. И. О влиянии некоторых технологических
параметров на качество электроизоляционной крепированной бумаги.— В кн.:
Химия и технология целлюлозы/Межвузовский сб. Л., 1979, вып. 6, с. 96—103.
152. Формование бумаги сухим способом/А. Е. Гущин, Л. И. Гладкова,
В. Я. Андрейченко и др. (Обзор, информ.)/М., ВНИПИЭИлеспром, 1979. 28 с.
153. Фролов М. В., Горбушин В. А. Производство санитарно-бытовых ви-
дов бумаги. М., 1977. 248 с.
154. Фюрон Р. Проблема воды на земном шаре. Л., 1966. 256 с.
155. Хернади Ш. Влияние старения целлюлозы на показатели ее физи-
ческих и химических свойств.— В кн.: Проблемы сохранности документаль-
ных материалов. Сб. ЛКРД АН СССР. Л., 1977, с. 16—19.
156. Хинчин Я. Г. О значении физико-химических факторов в производ-
стве бумаги.— Бумажная промышленность, 1941, № 1, с. 8—12.
157. Хованский В. В. Применение соединений алюминия для улучшения
свойств бумаги. Автореф. дне. на соиск. учен. степ. канд. техн. наук/ЛТА
им. С. М. Кирова. Л., 1980. 19 с.
158. Хованский В. В., Неволин В. Ф., Чижов Г. И. Применение соеди-
нений алюминия для повышения прочности бумаги для фильтров пылесо-
сов.— Реф.-информ. Целлюлоза, бумага и картон. М., ВНИПИЭИлеспром,
1979, № 4, с. 4.
159. Чекунина Л. И. Новое в крашении бумаги.— Экспресс-информ. Цел-
люлоза, бумага и картон/ВНИПИЭИлеспром. М., 1980, вып. 7. 14 с.
160. Черноусов Ю. И. Использование отходов очистки сточных вод.—
Реф.-информ. Целлюлоза, бумага и картон/М., ВНИПИЭИлеспром, 1978,
№ 21, с. 11—12.
161. Чижов Г. И., Хованский В. В. О влиянии добавки алюмината нат-
рия на свойства бумаги, подвергнутой термообработке.— Лесной журнал,
1979, № 6, с. 67—71.
162. Чудаков М. И. Роль синглетного кислорода в процессе пожелтения
древесной массы и целлюлозы.— Химия древесины, 1980, № 1, с. 3—15.
163. Шарков В. И., Куйбина Н. И. Химия гемицеллюлоз. М., 1972. 440 с.
164. Швец Л. В. Исследования каолина Алексеевского месторождения
как сырья для бумажной промышленности. Автореф. дис. на соиск. учен,
степ. канд. техн. наук/ЛТИ ЦБП. Л., 1977. 19 с.
165. Шнейдер К. С. Диметаксилилпропионовая кислота — заменитель ка-
нифоли для проклейки бумаги.— В кн.: Химическая переработка древесины.
Сб. трудов ЛТА им. С. М. Кирова. Л., 1973, с. 65—68.
166. Шнейдер К. С., Завьялова О. К., Фляте Д. М., Козлова В. С. Про-
клейка бумаги заменителем канифоли-ди (метаксилил) пропионовой кислотой
при разных pH среды.— Лесной журнал, 1976, № 5, с. 100—103.
167. Шухман Ф. Г., Пономарев О. И. Основы процесса прессования и со-
временные схемы прессов.— Бумажная промышленность, 1981, № 1, с. 26—29.
168. Энгельгардт Г., Гранин К., Риттер К. Проклейка бумаги. М., 1975.
224 с.
169. Юрьев В. И., Позин С. С., Билич Л. Н. Влияние размола на элек-
трокинетические свойства сульфитной целлюлозы —Журнал прикладной хи-
мии, 1965, т. XXVIII, вып. 10, с. 1131—1134.
170. Юрьев В. И., Позин С. С., Скурихина Г. М. Изучение электрокине-
тических и обменноадсорбционных свойств целлюлозы при размоле.— Лесо-
инженерное дело, 1958, т. 3, с. 205—207.
171. Юрьев В. И., Позин С. С. Электрокинетические свойства целлюлоз-
ных материалов. Сб. трудов ЦНИИБ. М., 1950, № 38, с. 58—83.
172. Якимов Г. Д. Конструктивные и технологические дефекты при мон-
таже, пуске и наладке высокоскоростных бумагоделательных машин —
Реф.-информ. Целлюлоза, бумага и картон/М., ВНИПИЭИлеспром, 1978,
№ 20, с. 11—12.
173. Ястребов О. И. Применение техники сверхвысоких частот в целлю-
лозно-бумажном производстве. М., 1977. 152 с.
174. Arno J. N., Frankie W. Е., Scheridan J. L. Zeta-potential and its
application to filler retention. «ТАРР1», 1974, v. 57, No 12, p. 97—100.
175. Boyhan George E., Kao Yong, Terziotti Luigi. Newsprint from bagas-
secan is be done? «Pulp and Paper Int.», 1975, 17, No 11, 44—47, 59.
176. Brauns Otto. 1975 international mechanical pulping conference.
«Svensk paperstidn», 1975, 78, No 11, p. 385—389.
177. Brecht W. Allgemeines uber das Wasser und Besonderes uber seinen
industriellen Gebrauch. «Zellstoff und Papier», 1976, No 8, S. 240—246.
178. Britt K. W., Dillon A. G., Evans L. A. Sorption and flocculation
mechanisms in paper stock systems. «ТАРР1», 1977, 60, No 7, p. 102—104.
179. Buckley Patrick A. On-machine contour control. «ТАРР1», 1977, 60,
No 1, p. 147—149.
180. Chahirre L. Imprimibilite du papier: appropriation du papier su pro-
cede. «Papier, Carton et Cellulose», 1974, No 23, No 7, p. 40—43.
Delcambre E., Fischer F. Le coloration en size-press, «La Papeterie»,
1973, 95, No 4, p. 251—255. r
182. Dessauer G. Physicalische Betrachtungen zu einigen Problemen der
Papierherstellung (Kurzfassung). «WochenbL fiir Papierfabr.», 1973 v 101
No 7, p. 205—208. ’ '
183 Egelhof D. Das Flockungsverhalten stromender Faserstoffsuspensio-
nen. «Wochenbl. fur Papierfabr.», 1972, No 13, S. 494—499.
184. Evans J. C. W. Peroxide use increasing in bleaching all types of
pulps. «Pulp and Paper», 1980, 54, No 1, p. 156—159.
185. Evans John C. W. Soucy mill is now making history — as well as
newsprint on new machine that has never seen a chemical fiber. «Pulp and
Paper», 1976, 50, No 11, p. 70—73.
186. Filters help and plug nozzles, reduce fresh waters needs. «Paper Tra-
de J.», 1976, 50, No 16, p. 30.
187. Flaherty Alen M. The newsprint needs of large newspapers. «Pulp
and Paper of Canada», 1977, 78, No 6, R 3, R 4.
188. Frankie W. E., Penniman John G. Jr. Zeta-potential measuring by
laser the key to one pass retention. «Paper Trade J.», 1973, V 157, No 32,
p. 30—32, 38.
189. Giertz H. W. Opacity of paper. «Swensk Papperstidn.», 1950, V. 53,
No 21, p. 673—680.
190. Gisi B. Papierfehler und ihre Auswirkungen im Druck. «Das Oster-
reichische Papier», 1977, No 2, S. 13—16.
191. Hamrick Henry L. Test show extensible newsprint can upgrade quali-
ty, reduce costs. «Pulp and Paper», 1975, 49, No 11, p. 121—123.
192 Head Frank S. The reactions of cellulose with glyoxal. «J Text. Inst.
Trans», 1958, V. 49, No 7, p. 345—347.
193. Hechler E. Aluminiumsalze und ihre Bedeutung fiir die Nassfestig-
keit «Wochenbl. fur Papierfabr.», 1968, No 21, S. 761—765.
194. Honryo Hatsuo. Development of supercalender in Japan. «Jap. Pulp
and Paper», 1977, 15, No 2, p. 29—30.
195. How to choose paper for print. «Brit, print», 1978, 91, No 8, p. 13,
15—16.
196. Isabel R. D. Water usage in the paper and board industry. «Paper
Technol.», 1969, V. 10, No 6, p. 426—430.
197. Kanamuru K., Takada T. Z-potential an der Grenzflache fester Kor-
per/Wasser in Beziehung zur inneren micellaren bzw. Kristallinen Struktur der
ersteren. «Zeitschrift tiir phisikalische Chemie», 1940, 1, S. 1—9.
198. Klungnees J. H. Secondary fiber research at the Producte Laborato-
ry. «ТАРР1», 1975, 58, No 10, p. 128—131.
199. Kringstad Knut, Vikstrom Birgitta. Effect of pulp yield on sack pa-
per quality. «Swensk papperstidn.», 1976, 79, No 2. 52—61.
200. Lightweight newsprint «Paper», 1975, 184, No 3, p. 130—132.
201. Lindstrom Tom, Soremark Christer, Heinegard Christer, Martin-Lof
Sverker. The importance of electrokinetic properties of wood fiber for paper-
making «ТАРР1», 1974, V. 57, No 12, p. 94—96.
202. Lobeen T. Important bag paper properties governed by machine va-
riables. «Paper Trade J.», 1973, V. 157, No 40, p. 29—31.
203. Lyon M. How Champion pulps bleaches and uses southern hardwoods
«Paper Trade J.», 1961, 145, No 9, p. 23—27.
204. Maurer R. Beobachtungen und Erfahrungen beim Einzatz von Kunsts-
toffsieben an Zeitungsdruckpapiermaschinen. «Wochenblatt fiir Papierfabr.»,
1976, 104, No 21, S. 811—812, 814—815, 819—820.
205. Mehta H. U. Good white papers. «Indian Pulp and Paper», 1976,
31, No 3, p. 3—4.
206. Melzer J. Zeta-potential und seine Bedeutung bei der Herstellung von
Papier. «Das Papier», 1972, No 7, S. 305—332.
207. Nordin Bengt, Sack kraft paper a Nordic speciality. «Svensk Pap-
perstidn.», 1979, V. 82, No 9, p. 258—260.
208. Norman B., Narstroin H. New optical techniques. «Paper Technolo-
gy», 1973, 14, No 1, p. 17—21.
209. Penniman John G., Ir. Frankie William E. Did your electrokinetics
program crash and durn? Closing the zeta-potential credibility gap. «Pulp and
Paper», 1976, V. 50, No 12, p. 66—68.
210. Penniman John G. Ir. Small changes in zeta-potential readings have
made big savings. «Paper Trage J.», 1974, V. 158, No 22, p. 35—37.
211. Poppel E. Rheologie und elektrokinetische Vorgange in der Papier -
technologie. Leipzig. 1977, 295 S.
212. Riessner O. Erzeugung von Kondensatorpapier— einige Probleme
bei der Frischwasserherstellung. «Zellstoff und Papier», 1972, V. 21, No 7,
S. 200—204.
213. SCAN — P 36:76. Scandinavian pulp, paper and board testing com-
mittee. Newsprint. Evolution of test prints. «Swensk Papperstidn», 1977, No 2,
p. 52—53.
214. Schmidt G. Die optische Eigenschaften von Papier. 1976, 160 S.
215. Schwab O., Rapp H. Die photometrische Bestimmung der Oberfla-
chenstruktur als Qualitatsmerkmal graphischer Papiere. «Wochenblatt fiir Pa-
pierfabr.», 1977, No 10, S. 341—344.
216. Schweizer G., Weigl J. Moglichkeiten zur Verbesserung der Quali-
tatseigenschaften geffillter Papiere durch Einsatz von Polymere «Wochenblatt
fiir Papierfabr.», 1978, 106, No 23—24, S. 895—898. Diskuss. 906.
217. Stark H. Entwicklungstendenzen im Bau von Papier — und Karton-
maschinen. «Wochenbl. fiir Papierfabr.», 1978, No 6, S. 209—224.
218. Starr R. E., Young R. H. An improvement m the determination of
Roo and scattering coefficients for paper, pigments and coatings. «ТАРР1»,
1975, 58, No 5, p. 74—78.
219. Steele F. A. The optical characteristics of paper «Paper Tr. J.», 1935,
V. 100, No 12, p. 37—42.
220. Surber Richard A. The effects of linerboard and corrugating medium
moisture content on warp «ТАРР1», 1975, 58, No 3, p. 100—102.
221. Tenescu S. Lemploi du bois de hetre et d’antres feuillus dans 1’in-
dustrie francaise le pates. «Papier, carton et cellulose», 1960, 9, No 4,
p. 106—129.
222. The influence of bleached mechanical pulp on some printability pro-
perties of high quality printing paper. «Svensk Papperstidn.», 1975, No 6,
p. 219—223.
223. The Study results of dry process disclosed by Shizuoka institute.
«Jap. Pulp and Paper», 1976, 14, No 2, p. 45—47.
224. TMP Sessions highlight CPPA Annual meeting «Paper Trade J.»,
1977, March, 27—31.
225. Van den Akker J. A. Scattering and absorption of light in paper and
other diffusing media. «ТАРР1», 1949, V. 32, No 11, p. 498—501.
226. Webb Joseph T., Bhatnagar P. D., Williams Dale G. The interpreta-
tion of electrokinetic potentials and the innaccuracy of the DLVO theory for
anatase sols. «Journal of Colloid and Interface Science», 1974, V. 49, No 3,
p. 346—361.
227. Weidhaas A. G. Erfahrungen mit einer Deinking-Anlage zur Erzeu-
gung von Zeitungsdruckpapier. «Wochenblatt fiir Papierfabr.», 1976, 104, No 22.
S. 857—859, 862, 864—865.
228. Williams J. C., Fowler C. S. et al. Metallic catalysts in the oxidative
degradation of paper. «Preserv. Pap. and Text. Hist, and Art. Value». Wa-
shington D. C., 1977, 37—61.
229. Гудков В. К., Григорьев В. П., Махов Ю. А. Лучевая обработка
материалов в целлюлозно-бумажной промышленности. (Обзор, информ.)/М.,
ВНИПИЭИлеспром, 1984, вып. 6. 40 с.
230. Зайцева О. В., Фляте Д. М. Повышение прочности бумаги модифи-
кацией минерального наполнителя.— Реф.-информ. Целлюлоза, бумага и кар-
тон/М., ВНИПИЭИлеспром, 1983, вып. 3, с. 10—11.
231. Фляте Д. М. Лиственная целлюлоза в композиции бумаги.— Бумаж-
ная промышленность, 1983, № 9, с. 11—12.
232. Фляте Д. М. Новые полуфабрикаты для производства бумаги из
механической массы.— Бумажная промышленность, 1984, № И, с. 30—31.
233. Фляте Д. М., Прохоров Г. В. Влияние скорости деформирования
бумаги на показатели ее прочности.— В кн.: Научно-технические проблемы
производства и использования тары. Сб. трудов НИИМС. М., 1982, вып. XIX,
с. 125—130.
234. Фляте Д. М., Чижов Г. И., Елкина Е. П. Использование соедине-
ний алюминия для повышения механической прочности тарного картона.—
Бумажная промышленность, 1984, № 10, с. 5—6.
235. Bastien J., Marquis G. Soucy”s «six years» experience with 100%
TMP furnish for newsprint. «Pulp and Paper», 1983, No 20, p. 78—80.
236. Bjornberg C. Madison Paper; a blending of Nordic and U.S. techno-
logy and management skills «Paper Trade J.», 1983, No 9, p. 30—34.
237. Bown R. Die Einflusse der Teilchengrosse und Teilchenform von Pa-
pierfiillstoffen auf die Papiereigenchaften. «Wochenblatt fur Papierfabr». 1983,
No 20, S. 737—740.
238. Erdelyl J., Kutasi T., Nagy E. Einfluss von Aktiv-Ffillstoffen mit
hoher Retention auf die Blatteigenschaften. «Zellstoff und Papier», 1984, No 4,
S. 140—142.
239. Evans J. C. W. Use of neutral size CaCO3 filler gaining wider use in
papermaking. «Pulp and Paper», 1983, No 5, p. 100—101.
240. Maher J. E. Asa sizes are highly effective, versatile for alkaline pa-
permaking. «Pulp and Paper», 1983, No 6, p. 118—122.
241. Schweizer G., Samer H. Der Einfluss Vortrocknung von Zellstoff auf
die Lauf- und Qualitatseigenschaften holzfreier Papiere. «Wochenblatt fiir Pa-
pierfabr». 1983, No 22, S. 815—817.
242. Zack T. Trends in soft high-bulk tissue. «Pulp and Paper Intern.»,
1983, v. 25, No 9, p. 30—31.
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ
Адгезия 53, 81, 228, 346, 524, 536,
537
Адсорбция 33, 45, 47, 48, 53, 64, 66,
86, 106, 174—176, 179, 254, 287, 344,
398, 423, 440, 476, 536, 541, 548, 608,
650
Акклиматизация 338, 399, 426—429,
500, 638
Акрилонитрил 542, 601
Альгинат натрия 34, 220, 522, 523,
597
а-целлюлоза 13, 29, 30, 31, 76, 283,
330, 438, 472, 474, 496, 530, 579, 589
Алюминат натрия 36, 37, 45, 69, 72—
74, 355, 497, 576, 590
Анионы (влияние на свойства бума-
ги) 69, 70, 220, 238, 241, 242, 559
Белизна бумаги 34, 38, 44, 73, 74,
139, 164, 273, 407, 459—474, 496, 497,
572, 584, 655
Р-целлюлоза 474, 579
Биостойкость бумаги 347, 576, 590—
596
Бумага газетная 6, 26, 40, 44, 112,
115, 116, 127, 128, 135, 139, 186, 197,
200, 203, 295, 304, 336—337, 370, 419,
421, 422, 458, 459, 471, 483, 492, 493,
501—516, 535, 565, 589, 617, 622, 644,
656, 659
— для печати 91, 112, 127, 217, 220,
428, 459, 481, 499
— картографическая 6, 339, 346, 397,
404, 405, 407, 421, 581
— конденсаторная 92, 95, 199, 201,
241, 242, 290, 291, 421, 540, 543,
547—555, 558—561, 573—575, 662
— мешочная 6, 23, 24, 115, 122, 164,
225, 240, 324, 339, 376, 381, 382,
407—417, 437, 570, 611, 622
— основа для мелования 6, 80, 119,
122, 487, 493, 525—534
-------фотобумаги 6, 78, 80, 201,
339, 347, 397, 459, 465, 529—534, 661
— офсетная 6, 39, 52, 64, 126, 217,
227, 397, 422, 483—486, 499, 645
— папиросная 6, 26, 421, 649, 658
— перфокарточная 371, 421, 422,
630, 633
— промокательная 6, 430, 437, 440,
609, 613
— санитарно-бытового назначения
113, 349, 350, 379, 387, 441, 613 f
— типографская 6, 64, 370, 421, 482,
483, 622
— упаковочная 6, 64, 70, 91, 113,
127, 183, 219, 339, 346, 565, 593, 638
— фильтровальная 6, 208, 338, 404,
405, 421, 430, 437, 613
Бумага чертежная 6, 43, 52, 200,217,
459
— — прозрачная 6, 52, 170, 387
— электроизоляционная 6, 540—561,
600
Бумагоделательная машина арку-
форма 131
-----Бел-Бей 127, 128, 515, 624
----- гидроформер 133
-----вертиформа 124—127, 515, 624
— — дуоформер 129, 130, 515
-----инверформ 123—125, 624
-----паприформер 129, 515
-----периформер 134, 135
— — ротоформер 132
-----столовая 123, 271, 272
-----ультраформер 131, 132
-----цилиндровая 123, 271, 272,
619
Валики Моунт-Хоуп 122, 201, 403,
404
Влагопрочность 6, 33, 220, 335—350,
578, 580, 591, 599
Влажность бумаги 182, 188—192,
194—196, 264, 398, 417—427, 615,
618, 621, 622, 624, 625, 627, 650,
654
Вода производственная 229—248
Водонепроницаемость 56, 355, 389,
601—609
Водородная связь 54, 81, 308—315,
423, 582
Водоудержание 12, 31, 172, 335
Воздухопроницаемость 39, 56, 122,
138, 141, 193, 211, 262, 280—282, 334,
370, 499, 524, 582, 604—609, 617,
657
Воздушные пузыри 102, 656—661
Волокна вискозные 101, 133, 208
— льняные 318, 548, 557, 573—575,
579, 594
— размеры 14, 19, 21, 22, 205
— синтетические 407, 541, 544, 545,
557, 580, 581, 590, 599
— стеклянные 14, 212, 284, 407, 544,
590, 597
— тряпичные 62, 405, 554, 660
— хлопковые 14, 212, 318, 460, 548,
579, 581, 582, 594, 599
Впитывающая способность 26, 27, 31,
34, 37, 39, 58, 139, 204, 262, 342,
430—442, 484, 521, 554, 578, 599, 613,
624
у-целлюлоза 471, 474, 579
Гемицеллюлозы 15, 20, 21, 27, 62,
117, 176, 196, 294, 352, 405, 422, 471,
573, 582
Гигроскопичность 262, 405, 417—442,
540, 541, 543, 627, 631, 650
Гидропланки (регистровые планки)
43, 44, 117—123, 653
Гидрофильность 51, 53, 176, 221, 348,
423, 430, 500, 536, 539, 547, 579
Гидрофобность 36, 37, 53, 56, 59, 63,
79, 80, 189, 195, 220, 221, 228, 341,
355, 398, 433, 435, 500, 536, 539, 542,
546, 603, 650
Гипс 32, 41, 384, 453, 454, 524
Гистерезис в сорбции влаги 418
Гладкость бумаги 34, 36, 37, 41, 80,
139, 160, 194, 196—199, 219, 291—
294, 424, 488, 520, 627, 642
Гофрирование 387, 388
Гумусовые вещества 66, 257
Давление при каландрировании 193,
194, 197, 485, 563, 564
— — прессовании 135, 138, 139, 293
-----размоле 8, 21
-----сушке 183, 186
Двуокись титана 38, 41, 44, 45, 454,
461, 462, 498, 655
Деаэрация 102, 659, 660
Деформация бумаги при механиче-
ских воздействиях 199, 360—390
-------увлажнении 39, 80, 347,
396—417, 576, 580, 624
Дзэта-потенциал, электрокпнетиче-
ский потенциал 64, 66, 107, 248—261
291
Димеры алкилкетена 75, 76, 497,
576, 590
Диспергаторы 35—37
Добавки в бумажную массу 33—38,
296, 541, 592—593, 597—600
Долговечность бумаги 497, 551, 567,
590
Древесная масса белая 181, 369, 385,
422, 462, 471, 492—494, 545, 577,
601, 658
-----термомеханическая (ТММ)
493, 504, 510, 526
-----химическая 577, 658
Жесткость бумаги 35, 38, 41, 78, 79,
191, 320, 342, 382—390, 420, 429,
500, 522, 576, 579, 587, 613, 626, 631,
632
Животный клей 47, 51, 52, 53, 59,
106, 218, 219, 398, 645, 658
Звонкость бумаги 36, 41
Зола в бумаге 43, 62, 167, 533, 549,
558, 573
Ионообменные свойства 242, 243,
469, 577
Каландрирование бумаги 39, 61,
192—200, 601, 608, 622, 625, 638, 643
Канифольный клей 47, 53, 65, 70, 71,
73, 77, 261, 613
Каолин 41—44, 46, 47, 50, 321, 431,
461, 462, 464, 497, 498, 521, 522, 566,
577, 597, 650
Капиллярные свойства 57—64, 142,
216, 262, 308, 398, 417—442
Карбоксиметилцеллюлоза 36, 37, 52,
61, 80, 107, 218, 219, 259, 334, 343,
347, 454, 522, 531, 645
Картон 28, 39, 71, 92, 113, 213, 321,
352, 465, 542, 590, 592, 597, 599, 621
Катионы, влияние на свойства бума-
ги 11, 64, 220, 237, 241—243, 250,
463, 558—560
Кэширование (ламинирование) 222,
607
Кислотность среды 45, 64, 298, 299,
359, 536, 546, 549, 558, 566, 569, 572,
573, 576, 577, 587, 589
Клеильный пресс 79, 83, 84, 174, 201,
216—222, 463, 567, 592, 596, 599,
602, 645, 651, 656
Коллоидные свойства 64, 308
Кондиционирование 399, 425, 426—
430, 585
— механическое 373
Красители 35—37, 81—89, 212, 221,
261, 464, 593, 595, 654, 655
Крахмал 34—37, 51—53, 79, 209, 218,
220, 326, 343, 348, 401, 454, 485, 486,
521—523, 566, 627, 645
Кремнийорганические соединения —
силиконы 79, 80, 228, 229, 355, 408,
546, 621
Крепирование 78, 211, 378—380, 408,
414, 533
Латексы 152, 215, 226, 350, 389, 407,
497, 521, 523, 524, 564, 601, 646
Лоск 41, 80, 196, 197, 198, 293, 294,
485, 524
Макулатура 28, 172, 358, 570
Масса 1 м2, влияние на свойства бу-
маги 46, 96, 99, 119, 263, 320, 321,
331, 484, 609, 614—623
Медное число 471, 570, 577, 579,
586—589
Мелкие волокна (мельштоф) 33, 34,
48, 93, 94, 117, 271, 272
Метилцеллюлоза 206, 218, 220, 319,
592, 593
Миграция связующего 205, 206, 216
Микрокрепирование 380—382, 408,
414, 415
Мягкость бумаги 34, 340, 383, 490,
491, 613
Набухание волокон 9—18, 397—409,
623, 624, 653
Наполнение, влияние на свойства бу-
маги 38—44, 54, 420, 423, 546, 625,
626, 645, 646, 653
Наполнители 34, 41, 50, 106, 261, 281,
368, 369, 384, 432, 459, 460, 497—
500, 657
Напуск массы на сетку 102, 112—114
Натяжение бумаги 166—168, 373,
384, 620
Необратимые изменения свойств бу-
маги 9, 159, 160, 177, 420, 441, 585
Непросвечиваемость 38, 73, 138, 139,
458, 459
Нетканые материалы 133, 134, 209—
211, 599
Обезвоживание бумажной массы 33,
93, 106, 115, 116—139, 620, 659
Облагораживание поверхности 123,
211—229, 601—609
Огнестойкость 34, 596—601
Окраска бумаги 81—89, 177, 221,
654, 655
Оптические отбеливатели 34, 50, 106,
221, 460, 461—465, 520
Ориентация волокон 95, 97, 114, 167,
203, 265, 272, 273, 299, 390, 400, 431,
535, 623, 628, 653, 654
Ороговение волокон 9, 176
Отбелка 10, 461—465, 467, 580
Отделка 189—204
Отлежка бумаги 191, 192
Отлив бумаги 89—135
Парафинирование бумаги 224, 225,
391, 430, 605
Пенообразование 36, 37, 74, 102, 497,
659
Пересушка 162, 163, 189, 195, 440,
643, 649
Печатные свойства 44, 78, 127, 135,
219, 480—539, 660
Пластификация бумаги 34, 35, 191,
196, 221, 295, 366, 390—396, 407,
606, 631, 645, 651
Подцветка 82, 243, 460, 461, 567
Полиакриламид 35, 47—50, 108—110,
326
Поливиниловый спирт 80, 205, 218,
219, 220, 315, 319, 400, 430, 431,
521 523
Полиэтилен 121, 222—225, 227, 228,
340, 541, 545, 556, 603, 604, 605
Полиэтиленимин 48—50, 108, НО—
113, 594
Полуцеллюлоза 18, 24
Помол 60, 94, 149, 254, 255, 402,
626, 638, 642, 650, 662
Пористость бумаги 29—32, 33, 38—
40, 193, 225, 256—265, 273—285, 286,
368, 397, 402, 405, 425, 433, 441, 535,
536, 546, 582, 608, 625
Прессование бумаги 135—150, 453
Прозрачность бумаги 36, 37, 78, 139,
170, 225, 450—457, 582, 584, 613, 657
Проклейка бумаги в массе 57—80,
181, 500, 546, 579, 594, 603, 608, 659
— — поверхностная 59, 79, 216—269,
569, 590, 601, 640
Просвет 7, 2 4, 34, 36, 37, 41, 92,
93, 101, 102, 105, 106—111, 114, 115,
289—292, 474, 552, 609, 623, 657
Прочность бумаги 14, 20, 33, 34, 35,
39, 40, 52—54, 61, 113, 295—360, 543,
545, 552, 587
— поверхности бумаги 51, 139, 333—
335, 485, 639—648
Пухлость бумаги 27, 115, 139, 140,
263, 273, 330, 366, 438, 486, 491, 643
Пыление бумаги 34, 36, 37, 42, 51,
52, 128, 483, 639—646
Размол в воздушной среде (сухой)
29—32
— влияние на свойства 7—18, 582,
583
— горячий 24
Разносторонность 43, 44, 122, 136,
262, 487, 498, 624, 626, 628, 652—656
Разрывная длина 36, 37, 40, 43, 173,
263, 292, 304, 316—318
Расклейка бумаги 62—63, 66
Растяжимость (см. удлинение до
разрыва)
Светонепроницаемость 34, 36—37,
451—459, 486, 487, 498
Светорассеяние (светоотражение) 43,
443, 444, 446, 450, 451, 456, 458, 466
Связи в бумаге 33, 35, 43, 45, 46, 51,
53, 54, 67—71, 81, 141, 218, 226,
305—315, 322, 332, 346, 353, 355, 384,
456, 631
Связующие свойства 34, 205, 208,
519, 520, 537, 566, 590, 592, 597, 612,
661
Сернокислый алюминий 43, 45, 46,
50, 64, 68, 69, 106, 107, 264, 342, 398,
401, 470, 546, 563, 654
Сеточная сторона бумаги 95, 199,
628, 643, 648, 652—656
Скручиваемость бумаги 34, 39, 113,
114, 121, 127, 221, 397, 427, 629—639,
653
Слизь растительная 36, 37, 106
Сопротивление изгибу (излому) 6,
26, 34, 36, 37, 40, 43, 54, 74, 172,
173, 193, 292, 304, 318, 392, 396, 417,
542, 576, 578—586, 587
— истиранию 36, 80, 218, 333—335,
346
— надрыву 33, 292, 327—333
Сопротивление продавливанию 33,36
37, 74, 132, 173, 218, 263, 324-327
420
— раздиранию 21, 25—27, 34, 36, 37,
172, 193, 263, 327—333, 376, 542 582
— разрыву 17, 33, 138, 161, 172,
193, 299, 315—318
Сорбция влаги 15, 418—421, 424
Состояние бумаги высокоэластиче-
ское 269—270
-----вязкотекучее 269, 270
----- стеклообразное 269, 270
Стабильность белизны бумаги 460—
474, 497, 580
— размеров бумаги 34—37, 356, 403,
407, 495, 539
Стеклование 270
Степень полимеризации 31, 161, 163,
304, 352, 439, 440, 547, 568, 570, 571,
580, 589
Структура бумаги 113—116, 121,
123, 262—294, 406, 424, 551, 552
Сухой способ изготовления бумаги
204—211, 319, 652
Сушка, влияние на свойства бумаги
159—182, 440, 441, 660
— в поле высокой частоты 152—155
-----псевдоожижженном потоке
156, 157
-----распушенном состоянии 159,
441, 442
— интенсификация 183—189
-— конвективная 152, 157, 180, 187,
188
— контактная 178, 180, 182, 187, 216
— лучистым теплом 152—156
— на воздушной подушке 157—159
— под вакуумом 165, 169
— продуванием 155, 156, 188
Тальк 38, 41, 46, 368, 462, 498, 546,
646
Твердость бумаги 36, 37, 513
Термостойкость 91, 541—543, 546,
548, 551, 569, 570, 573—575, 577—
579, 581
Угол смачивания 56—61, 80, 276
Удельная поверхность бумаги 15, 16
30, 31, 285—289, 538, 539
Удержание мелких волокон 34—35
94, 108, 118—119
— наполнителей 34, 35, 36, 37, 45—
51, 108, 118, 119, 499, 645, 646
Удлинение при разрыве (растяжи-
мость) 22, 25, 34, 36, 37, 141 204
205, 305, 324, 325, 408, 412, 413,
415, 375—382, 390, 391, 581
Усадка бумаги 164—168, 401—407
413, 454, 583
Фибриллирование, фибриллы 7, 8,
16, 18, 24, 29, 105, 137, 166, 555,
560
Фибриды 544
Флокуляция (см. хлопьеобразова-
ние)
Фракционирование 21, 28, 29, 303,
304, 390, 455, 467
Химическая стойкость 44, 222—224,
546, 554, 579
Хлопьеобразование 7, 36, 37, 47, 91—
93, 94, 97, 100—113, 115, 259, 613
Целлюлоза бисульфитная 24, 25, 503
— лиственная 20, 26, 501, 101, 332,
333, 337, 388, 552, 555, 655
— содово-сульфитная 496
— сульфатная (в сравнении с суль-
фитной) 10—12, 16, 20, 22, 51, 63,
177, 369, 370, 495, 572, 579, 658
Шероховатость поверхности 100, 135,
160, 214, 228, 498
Экструзия 602
Электризация бумаги 34, 36, 37, 189,
190, 500, 566, 621, 622, 643, 648—652
Электроизоляционные свойства 208,
540—551, 573, 591
Электрокинетичсский потенциал (см.
дзэта-потенциал)
Ядерный магнитный резонанс (ЯМР)
17, 111, 179, 287, 289, 440
ОГЛАВЛЕНИЕ
От автора........................................................ 3
Введение . ..................................................... 4
ГЛАВА 1. Влияние процессов производства бумаги на ее основные
свойства ... . . .... .......... ............ 7
1.1. Размол.................................................. 7
1.1.1. Основные положения................................. 7
1.1.2. Набухание волокон................................... 9
1.1.3. Переменные факторы процесса и способы размола ... 18
1.1.4. Размол в воздушной среде (сухой размол)............ 29
1.1.5. Добавки различных веществ.......................... 33
1.2. Наполнение ...... ...... 38
1.2.1. Основные положения ...... .38
1.2.2. Удержание наполнителей в бумаге . .... 44
1.3. Проклейка 51
1.3.1. Основные положения................................. 51
1.3.2. Влияние проклейки на свойства бумаги и переменные
факторы процесса 56
1.3.3. Способы проклейки.................................. 70
1.4. Крашение................................................ 81
1.4.1. Основные положения................................. 81
1.4.2. Переменные факторы процесса............ . . 85
1.5. Отлив бумаги........................................... 89
1.5.1. Основные положения................................. 89
1.5.2. Хлопьеобразование при отливе бумаги.................100
1.5.3. Усовершенствование процесса отлива бумаги . . 113
1.5.4. Новые методы отлива бумаги ......... 123
1.6. Прессование........................................... 135
1.6.1. Основные положения............................ ... 135
1.6.2. Влияние прессования на свойства бумаги . . . . . . 137
1.6.3. Интенсификация процесса прессования бумаги . . . 142
1.7. Сушка..................................................151
1.7.1. Основные положения............. ... 151
1.7.2. Влияние сушки на свойства бумаги................. 159
1.7.3. Интенсификация процесса сушки бумаги . . .. 183
1.8. Отделка.............................................. 189
1.8.1. Основные положения................................ 189
1.8.2. Влияние каландрирования на свойства бумаги .... 192
1.8.3. Влияние прочих операций отделки на свойства бумаги . 200
1.9. Сухой способ изготовления бумаги.......................204
1.10. Облагораживание поверхности бумаги . 211
1.10.1. Основные положения.............................. 211
1.10.2. Поверхностная обработка бумаги в клеильном прессе . . 217
1.10.3. Дополнительные сведения о свойствах бумаги, обрабо-
танной синтетическими веществами..........................222
ГЛАВА 2. Влияние производственной воды на свойства изготовляемой
бумаги..........................................................229
2.1. Основные положения ... 229
2.2. Виды производственной воды.............................237
2.3. Некоторые методы изменения свойств производственной воды 245
ГЛАВА 3. Влияние электрокинетического потенциала на процессы
производства бумаги и ее свойства . . .... 248
ГЛАВА 4. Структурно-механические свойства бумаги 262
4.1. Структура бумаги.......................................262
4.1.1. Основные положения .....................262
4.1.2. Некоторые методы исследования структуры бумаги . . 264
4.1.3. Образование структуры бумаги . . 268
4.1.4. Пористость бумаги ..... 273
4.1.5. Связь фильтрующей способности бумаги с ее пористостью 282
4.1.6. Удельная поверхность бумаги................................285
4.1.7. Просвет бумаги.............................................289
4.1.8. Структура поверхности......................................292
4.2. Механическая прочность бумаги . . . 295
4.2.1. Основные положения.................................... . . 295
4.2.2. Прочность растительных волокон и их длина ... 300
4.2.3. Теория связи волокон в бумаге.................... . 305
4.2.4. Сопротивление разрыву ...... . ... 315
4.2.5. Сопротивление излому .... ... 318
4.2.6. Сопротивление продавливанию . . . .........324
4.2.7. Сопротивления надрыву и раздиранию 327
4.2.8. Сопротивление истиранию.................................. 333
4.2.9. Влагопрочность.......................................... 335
4.3. Деформационные свойства бумаги............................... 360
4.3.1. Основные положения об упругопластических свойствах
бумаги........................................... . 360
4.3.2. Удлинение бумаги до разрыва (растяжимость) .... 375
4.3.3. Жесткость................................................. 382
4.3.4 Пластификация бумаги : :.................................390
4.3.5. Деформация бумаги при увлажнении и остаточная . . 396
4.3.6. Основные свойства мешочной бумаги..........................407
ГЛАВА 5. Капиллярные и гигроскопические свойства бумаги . 417
5.1. Основные положения.............................................417
5.2. Акклиматизация и кондиционирование бумаги......................426
5.3. Впитывающая способность ... .................430
ГЛАВА 6. Оптические свойства бумаги . ..............442
6.1. Основные положения ... . . 442
6.2. Светопроницаемость и прозрачность .............................450
6.3. Белизна и ее стабильность ...... ............459
6.3.1. Методы повышения белизны бумаги ...........................459
6.3.2. Оптическое отбеливание бумаги..............................461
6.3.3. Стабильность белизны.......................................466
6.4. Выявление на бумаге невидимых рисунков и текстов . . . 474
ГЛАВА 7. Свойства бумаги, называемые печатными .........................480
7.1. Основные положения . . ..........................480
7.1.1. Высокая печать.............................................482
7.1.2. Плоская печать (офсетная, литографская)....................483
7.1.3. Глубокая печать............................................486
7.2. Структура поверхности и мягкость бумаги........................488
7.2.1. Гладкость поверхности бумаги для печати....................488
7.2.2. Мягкость бумаги............................................490
7.3. Влияние композиции бумаги на ее печатные свойства . . . 492
7.3.1. Содержание в бумаге древесной массы........................492
7.3.2. Содержание в бумаге других полуфабрикатов .... 494
7.3.3. Содержание минеральных наполнителей и проклеивающих
веществ.....................................................497
7.3.4. Основные свойства газетной бумаги..........................501
7.4. Свойства мелованной бумаги, применяемой для печати . 516
7.4.1. Влияние метода мелования бумаги на ее свойства . . . 516
7.4.2. Мелованная бумага различного назначения....................519
7.4.3. Основные свойства бумаги-основы для мелования . . . 525
7.5. Взаимодействие печатной краски с бумагой...................... 535
ГЛАВА 8. Электрические свойства бумаги ............540
8.1. Электроизоляционные свойства . . ............540
8.1.1. Основные положения.........................................540
8.1.2. Характеристика показателей электроизоляционных свойств
бумаги......................................................555
8.2. Проводимость бумагой электрического тока ... ... 561
ГЛАВА 9. Особые свойства бумаги и методы их достижения .... 567
9.1. Долговечность.............................................567
9.1.1. Основные положения....................................567
9.1.2. Использование синтетических полимеров и модифициро-
ванных целлюлозных волокон для повышения долговечно-
сти бумаги...................................................580
9.1.3. Методы ускоренного старения бумаги и оценки ее долго-
вечности .................................................. 585
9.2. Биостойкость..............................................590
9.2.1. Область применения биостойких видов бумаги............590
9.2.2. Методы придания бумаге биостойкости ... 591
9.3. Огнестойкость............................................ 596
9.4. Барьерные свойства (газо-, паро-. водо- и жиронепроницае-
мость) ....................................................... 601
ГЛАВА 10. Некоторые дефекты бумаги 609
10.1. Основные положения .................................... 609
10.2. Колебания массы 1 м2 бумаги..............................614
10.2.1. Основные причины дефекта и меры борьбы с ним ... 614
10.2.2. Контроль массы 1 м2 вырабатываемой бумаги .... 620
10.3. Скручиваемость и волнистость.............................623
10.3.1. Основные причины скручивания бумаги и меры борьбы
с этим дефектом..............................................623
10.3.2. Факторы, влияющие на волнистость и скручивание бу-
маги ........................................................634
10.4. Пылимость и выщипывание с поверхности..................639
10.4.1. Основные причины и меры борьбы с этими дефектами 639
10.4.2. Контроль прочности поверхностного слоя бумаги . . . 646
10.5. Электризация бумаги .... . ......... 648
10.6. Разносторонность.........................................652
10.7. Воздушные пузыри и пятна.................................656
10.7.1. Причины возникновения воздушных пузырей в бумаге
и меры борьбы с этим дефектом................................656
10.7.2. Виды пятен на бумаге ... ...................661
Список использованной литературы ... .................. 663
Предметный указатель....................................... ... 674
Давид Моисеевич Фляте
СВОЙСТВА БУМАГИ
Редактор издательства К. Г. Бурмистрова
Оформление художника О. Н. Коняхина
Художественный редактор Н. Н. Кондратьева
Технический редактор В. М. Волкова
Корректоры Е. Е. Ярина, Е. И. Соколова
Вычитка Н. К. Пехтеревой
ИБ № 1477
Сдано в набор 12.06.85. Подписано в печать 13.12.85. Т-23919. Формат 60X90/lfl. Бумага книж-
но-журнальная. Гарнитура литературная. Печать высокая. Усл. печ. л. 42,54-цв. вкл. 0,125.
Усл. кр.-отт. 43,0. Уч.-изд. л. 48,51 с вкл. Тираж 3000 экз. Заказ 2675. Пена 7 р.-60 к.*
Ордена «Знак Почета» издательство «Лесная промышленность»,
101000, Москва, ул. Кирова, 40а.
Республиканская ордена «Знак Почета» типография имени Анохина
Государственного комитета Карельской АССР
по делам издательств, полиграфии и книжной торговли.
185630, г. Петрозаводск, ул. «Правды», 4
СПИСОК ОПЕЧАТОК
К РАБОТЕ Д. М. ФЛЯТЕ «СВОЙСТВА БУМАГИ»
Стра- ница Строка Напечатано Следует читать
43 11-я снизу 1,14 И.4
40G 17-я снизу + 0.54 -0,54
428 21-я снизу документальной документной
451 12-я снизу целлюлоза на эспарто целлюлоза из эспарто
498 20-я сверху понижение склонности повышение склонности