Влияние процессов массоподготовки и формования на равномерность макроструктуры бумаги

• Автор: Николаев, Егор Сергеевич
• Шифр специальности: 05.21.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 184 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ОГЛАВЛЕНИЕ

СПИСОК УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ

1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Структура и химическая композиция целлюлозного волокна

1.2 Размол

1.2Л Влияние процесса размола на целлюлозные волокна

1.2.2 Оптимальный помол

1.2.3 Фибрилляция

1.2.3.1 Внутренняя фибрилляция
1.2.3.2 Внешняя фибрилляция
1.2.4 Теории процесса размола
1.2.4.1 Удельная нагрузка на кромку ножа (теория Брехта, Вулча, Флюхер и Сиверта) .
1.2.4.2 Теория удельной поверхностной нагрузки УИН (теория Лумиайнена)
1.2.4.3 Теория частоты и интенсивности (Теория Денфорта)
1.2.4.4 С-фактор (теория Ричарда Керекеса)
1.2.4.5 Теория флокуляции волокон во время процесса размола
1.2.5 Параметры, влияющие на результат размола
1.2.5.1 Способность волокна разной природы и разного химического состава размалываться
1.2.5.2 Температура массы
1.2.5.3 Кислотность массы
1.2.5.4 Концентрация волокна
1.2.5.5 Влияние содержания электролитов на процесс размола
1.2.5.6 Влияние химических добавок на скорость процесса размола (гидрофильные добавки)
1.3 Электрокинетические свойства волокнистой суспензии
1.3.1 Заряд волокна
1.3.2 Влияние процесса размола на электрокинетические свойства волокон
1.4 Мелкая фракция (фракция волокнистой “мелочи”)
1.5 Флокуляция волокнистой суспензии
1.5.1 Механические факторы, определяющие флокуляцию
1.5.1.1 Характеристическое отношение L/D, концепция краудинг-фактора N
1.5.1.2 Грубость/крупность волокнистой массы

1.5.1.3 Скручиваемость волокон
1.5.1.4 Жесткость волокна
1.5.2 Концентрация суспензии
1.5.3 Градиент скорости
1.5.4 Скорость потока суспензии
1.5.5 Вязкость волокнистой суспензии
1.5.6 Влияние температуры массы на флокуляцию
1.5.7 Турбулентность волокнистой суспензии
1.5.8 Влияние процесса размола на флокуляцию волокон
1.5.9 Химические факторы, определяющие флокуляцию
1.5.9.1 Влияние pH на флокуляцию
1.5.9.2 Дефлокулянты, улучшающие формовочные свойства бумаги
1.5.9.3 Комплексные критерии, определяющие тенденцию волокон флокулироваться
1.5.9.4 Оптимальное значение степени флокуляции волокнистой суспензии
1.6 Макроструктура бумаги
1.6.1 Колебания массы м
1.6.2 Методы оценки колебаний массы м
1.6.3 Явление «гидродинамическое выравнивание» - распределение волокнистой массы во время отлива (hydrodynamic smoothness self healing)
1.6.4 Влияние размола на формование
1.7 Выводы по обзору литературы. Постановка цели и задач экспериментов
2 МЕТОДИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
2.1 Волокнистые полуфабрикаты, используемые в эксперименте
2.2 Определение концентрации волокна в суспензии (ISO 4119:1995(E), SCAN-M1:64) и определение содержания абсолютно сухого вещества (ISO 638, SCAN-C 3:78)
2.3 Роспуск волокнистой массы (SCAN-C 18:65)
2.4 Размол волокнистой массы (SCAN-C 25:76)
2.5 Определение степени помола массы
2.5.1 Определение степени помола в градусах Шоппер-Риглера (°ШР) (SCAN-C 19:65)
2.5.2 Определение степени помола массы по Канадскому методу Freeness (CF) (SCAN-C 21:65)
2.6 Определение размеров волокон и фракционного состава по длине волокна
2.7 Определение водоудерживающей способности WRV (ISO 23714, SCAN-C 62:00).
2.8 Измерение гибкости волокон во влажном состоянии
2.9 Измерение дзета-потенциала волокнистой суспензии

2.10 Измерение внешнего и внутреннего зарядов волокон
2.11 Фракционирование волокнистой массы
2.11.1 Фракционирование на установке Bauer McNett classifier (SCAN M6:05, TAPPIT 233)
2.11.2 Удаление мелкой фракции на установке DDJ (Britt Dynamic Drainage)
2.12 Изготовление отливок
2.12.1 Изготовление отливок на аппарате Dynamic Drainage Analyzer (DDА)
2.12.2 Изменение времени дренажа (обезвоживания) суспензии на листоотливном аппарате KLC
2.12.3 Задержка дренажа (обезвоживания) при отливе на аппарате KLC
2.12.4 Изменение концентрации отлива на листоотливном аппарате KLC
2.12.5 Добавка полиакриламида во время изготовления отливок на аппарате KLC
2.12.6 Добавка хлорида натрия NaCl, при отливе на аппарате KLC и DDA
2.12.7 Добавка картофельного крахмала и карбоксиметилцеллюлозы
2.13 Измерение показателя формования на приборе Ambertec Beta Formation Tester
2.14 Испытания прочности при растяжении на приборе L & W tensile tester (ISO 1924 2).
2.14.1 Метод нестандартных образцов для измерения прочности при растяжении на приборе L & W
2.15 Определение усилия раздирания (сопротивление надрыву кромки по методу Эльмендорфа) SCAN-P 11:
2.16 Стандартные свойства лабораторных отливок (толщина, плотность, пухлость и масса м2)
2.17 Измерение вязкости волокнистой суспензии на вискозиметре Брукфильда
2.18 Расчет критериев флокуляции и потенциала формования
2.18.1 Расчет критической концентрации волокна по Майзону
2.18.2 Расчет краудинг-фактора N
2.18.3 Расчет потенциала формования FP
2.18.4 Расчет критерия флокуляции «Линейный заряд»
2.18.5 Расчет критерия флокуляции «Удельное водоудержание Ууд»
2.19 Расчет толщины клеточной стенки волокна
3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
3.1 Водоудерживающая способность WRV
3.1.2 Водоудерживающая способность WRV композиций на основе смесей целлюлоз
3.2 Гибкость волокон во влажном состоянии
3.2.1 Гибкость волокон во влажном состоянии композиций на основе смесей целлюлоз

бумажную массу, они адсорбируются на волокнах и тем самым создают условия для более быстрого доступа в волокно воды и развитие гидратационного процесса, ускоряющего размол [36, 80]. К гидрофильным веществам относятся различные гемицеллюлозы, крахмал и все его модификации, водорастворимые эфиры целлюлозы, животные и растительные протеины, полиакриламид, поливиниловый спирт, поливинилацетат, мочевина. Было замечено аналогичное явление при добавлении обычных целлюлозных волокон, предварительно размолотых до высокой степени помола [36, 79, 81].
Профессор Чижов с коллегами в одной из работ изучали влияние алюмината натрия на продолжительность процесса размола различных видов целлюлозы и прочностные свойства бумаги. Результаты экспериментов показали, что добавка 2,5% алюмината натрия в массу перед размолом сокращают продолжительность размола в среднем на 15%. Также было обнаружено, что у сульфатных видов целлюлозы эффект от добавки алюмината натрия в 2-3 раза выше, чем отмеченный для сульфитной беленой целлюлозы. Увеличение расхода алюмината натрия вдвое в опытах с сульфитной беленой целлюлозой привело к пропорциональному росту экономии энергии на размол. Для сульфатных видов целлюлозы экономия энергии на размол была значительно меньше — от 3,4 до 6,8%. У авторов было опасение, что наличие в бумажной массе сильно гидратированного коллоида — гидроксида алюминия, должно сказаться на скорости обезвоживания при отливе бумаги. Замедление скорости обезвоживания может оказаться серьезным препятствием к использованию повышенных количеств алюмината натрия. Но результаты опытов показали, что добавка 2,5 % алюмината натрия в щелочной среде во всех исследованных случаях, за исключением сульфитной целлюлозы, ускоряет обезвоживание массы. Следовательно, добавка алюмината натрия в количестве 2,5% в условиях, обеспечивающих максимальный прирост показателей механической прочности, не осложняет процесса отлива бумаги. Размол в щелочной среде не только сокращает расход энергии, но и ведёт к дополнительному росту прочностных свойств бумаги по сравнению с добавкой алюмината натрия в размолотую массу. Изучения показали, что размол в присутствие алюмината натрия обеспечивает повышение таких показателей как: разрывная длина - на 20 и 44%, сопротивление излому - на 278 и 233%, сопротивление продавливанию - на 37 и 30% при добавках 2,5 и 5,0% алюмината натрия соответственно [75].
Применение гидрофильных добавок позволяет сократить время процесса размола, перевести размол из режима резки к благоприятному режиму фибрилляции. Более того, сокращение времени, требуемого на размол, делает возможным использование коротковолокнистых полуфабрикатов для производства бумаги. При проведении процесса размола с добавлением «химикатов размола» было замечено улучшение однородности