Pereosnastka.ru

Для приготовления канифольного клея канифоль со щелочью варят или в открытом котле, или в котле под давлением; при этом получают продукт, содержащий различное количество свободной канифоли в зависимости от степени омыления канифоли щелочью. В прошлом канифольный клей изготовляли непосредственно на многих бумажных фабриках — в котлах различных конструкций, но емкости их были малы и контроль реакции был относительно недостаточен. В настоящее время на значительном большинстве фабрик употребляют готовый клей, изготовляемый на химических предприятиях большими партиями и в стандартных условиях. Эти товарные клеи в виде пасты или сухого канифольного клея перед употреблением требуют только разбавления водой. Они обычно стандартны по сорту канифоли, вязкости, содержанию свободной канифоли, свободной щелочи и процента твердых веществ.

Диспергирование канифоли щелочью

Канифольный клей обычно производят, омыляя канифоль карбонатом натрия или едким натром. При изготовлении клея щелочь и канифоль нагревают совместно. При нагревании щелочь реагирует с канифолью в различных пропорциях, в зависимости от количества щелочи, температуры и продолжительности кипячения.

Карбонат натрия представляет собой щелочь, обычно употребляемую для приготовления товарного клея. По одному из методов приготовления сначала расплавляется канифоль, затем добавляется карбонат натрия в виде раствора и смесь кипятят 2—7 часов. В других случаях канифоль добавляют к кипящему раствору карбоната натрия. В течение всей реакции удаляется двуокись углерода.

Однако абиетиновая кислота — только один из компонентов канифоли; для установления теоретического количества щелочи, необходимой для омыления, должно быть известно кислотное число омыляемой канифоли. При известном кислотном числе результаты, полученные по приведенному уравнению, должны быть умножены на частное от деления кислотного числа канифоли на кислотное число абиетиновой кислоты. Если нужен частично омыленный клей, полученная выше величина должна быть умножена на требуемый процент омыленной канифоли в клее. Эти соотношения являются лишь теоретическими; следует отметить, что количество щелочи для получения эквивалентного по степени омыления клея в производственных условиях может отличаться от указанных выше расчетов.

Канифоль очень быстро растворяется в аммиаке, который, однако, никогда не имел широкого применения. Для проклейки бумаг, содержащих щелочные наполнители, предлагается смоляно-кислый аммоний, так как он, как предполагают, разлагается при нагревании на цилиндрах, освобождая таким образом смолу.

Для изготовления канифольного клея в качестве щелочи можно применять едкий натр. Скорость и степень реакции при этом значительно выше, чем при использовании карбоната натрия; даже разбавленные растворы едкого натра растворяют канифоль на холоду, почти полностью омыляя ее. Эта реакция является основой производственного процесса, который описывается дальше.

При приготовлении клея, содержащего свободную смолу, часть смолы превращается в смолянокислый натр и переходит в истинный раствор; остальная часть смолы коллоидно диспергируется как свободная смола. Эта свободная смола стабилизируется присутствием смолянокислого натра, причем имеется оптимум отношения омыленной смолы к свободной смоле, который дает наиболее устойчивую дисперсию. При очень незначительном содержании омыленной смолы для сохранения устойчивой дисперсии электростатических зарядов дисперсных частиц недостаточно.

Анализ канифольного клея

Важными характеристиками канифольного клея являются общее содержание твердых веществ, содержание свободной смолы и щелочность. Если содержание какого-либо из указанных элементов отклоняется от нормы, необходимо принять меры к устранению этого отклонения; если клей приготовляют на фабрике, следует установить контроль за методом приготовления.

При приготовлении канифольного клея на фабрике важными факторами являются: степень омыления смолы, количество щелочи, использованной для омыления, количество воды, температура и продолжительность варки, температура и скорость эмульгирования и состав воды лля разбавления клея.

Для анализа канифольной пасты, представляющей собой вязкую дисперсию канифольного клея, которая обычно содержит 70% сухого вещества (может быть получена также с содержанием сухого вещества в пределах от 50 до 80%), применяются методы, описанные ниже. Для анализа сухого канифольного клея и эмульсии этого клея применяют различные методы, описанные в стандартах Технической ассоциации целлюлозно-бумажной промышленности ТАРР1 (Т-628 м-43).

Общее содержание канифоли в канифольной клеевой пасте может быть определено по количеству веществ, экстрагируемых диэтило-вым эфиром путем встряхивания канифольной пасты с водой, кислотой и эфиром.

Количество свободной смолы может быть определено либо титрованием, либо экстрагированием. По методу титрования канифоль растворяют в безводном изопропиловом спирте и титруют в присутствии тимолового синего с 0,5 н спиртовым (изопропиловым) раствором едкого калия, применяя монохроматическое освещение через специальный фильтр. По методу экстрагирования канифоль растворяют в смеси нейтрального этилового спирта и воды и затем экстрагируют эфиром. После этого определяют вес эфирного экстракта, который выражает вес свободной смолы.

Количество связанной канифоли вычисляют по разности между общим содержанием канифоли и содержанием свободной канифоли.

Количество неомыляемых веществ определяют сначала обработкой канифоли 0,5 н спиртовым раствором едкого калия и затем экстрагированием неомыляемых веществ эфиром.

Парафин, содержащийся в клее, может быть определен по разности между общим содержанием твердых веществ и общим содержанием канифоли в клее, однако эти данные не вполне надежны.

Значительно лучшим является метод, основанный на высокой растворимости парафина в горячем уксусном ангидриде и нерастворимости — в холодном.

Нейтральный канифольный клей

Для приготовления нейтрального канифольного клея имеется несколько способов. Один из них — способ Дельтирна, который может являться иллюстрацией метода приготсвления нейтрального клея, хотя применяется он сейчас и не так широко, как в прошлом. При этом способе холодный раствор едкого н тра протекает через тРубы большого диаметра, наполненные грубоизмельченной канифолью. Из другого конца труб вытекает клей в виде раствора смо-лянокислого натрия. Считается, что каждая частица клея находится в молекулярном состоянии и что это является причиной эффективности данного клея при осаждении его в ролле. Этот тип клея, по-видимому, имеет некоторое преимущество при проклейке бумаг, содержащих древесную массу, ввиду наличия избытка щелочи, которая диспергирует смолы в древесной массе, в результате чего улучшается проклейка.

Для приготовления нейтрального канифольного клея пригоден имеющийся в продаже сухой канифольный клей, который представляет собой порошкообразное канифольное мыло с высокой степенью окисления. Этот клей обладает высокой растворимостью и в холодной воде, так что его можно добавлять в ролл в виде водного раствора или в сухом виде. Широкое применение сухого канифольного клея в течение многих лет ограничивалось трудностью хранения его в связи с окислением канифоли. Это затруднение преодолевается добавлением антиокислителей; таким образом, в настоящее время хороший сорт сухого канифольного клея вполне доступен.

Имеется множество патентов на способы изготовления сухого канифольного клея. Некоторые способы предусматривают совместное растирание канифоли и щелочи , другие — опрыскивание канифоли щелочью , третьи — реакцию смеси щелочи и канифоли при сушке в распыленном состоянии.

Канифольный клей, содержащий свободную смолу

Содержание свободной смолы в товарных клеях колеблется в очень широких пределах — от 1% и значительно выше, в зависимости от метода приготовления. Наивысшее содержание свободной смолы в товарной канифольно-клеевой пасте обычно порядка 30% при определении по методу титрования или примерно 40% при определении по методу экстрагирования.

По сравнению с нейтральным клеем применение канифольного клея с высоким содержанием свободной смолы сложнее, но все же он находит применение, обеспечивая при некоторых производственных условиях лучшие результаты. Относительные достоинства канифольного клея с высоким содержанием свободной смолы и канифольного клея с низким содержанием свободной смолы являлись предметом спора в течение многих лет; теперь почти общепризнано, что канифольный клей с высоким содержанием свободной смолы дает лучшую проклейку и требует меньше сернокислого глинозема. Лафонтен установил, что бумаги, “проклеенные канифольным клеем с высоким содержанием свободной смолы, обладают более высокой поверхностной смачиваемостью (меньшим краевым углом смачивания), чем бумаги, проклеенные канифольным клеем с низким содержанием свободной смолы, но зато первые бумаги более водостойки. Писчие бумаги, которые не подлежат затем поверхностной проклейке крахмалом или животным клеем, Лафонтен предлагает проклеивать преимущественно канифольным клеем с низким содержанием свободной смолы, а такие виды бумаг, как оберточные, требующие высокой водонепроницаемости,—канифольным клеем с высоким содержанием свободной смолы.

Разбавление и эмульгирование канифольного клея

Нейтральный канифольный клей и канифольный клей, содержащий небольшое количество свободной смолы, легко разбавляются водой. В некоторых случаях нейтральный канифольный клей можно добавлять непосредственно в массу, без предварительного разведения. С другой стороны, эмульгирование клея необходимо при использовании канифольной пасты с высоким содержанием свободной смолы и желательно при использовании канифольной пасты с низким содержанием свободной смолы, так как оно способствует лучшей проклейке и облегчает работу с этими клеями.

На многих фабриках применяют разбавленные эмульсии канифольного клея концентрацией 2—5%, приготовленные из канифольного клея, содержащего до 30% свободной смолы. Этот разбавленный клей до некоторой степени менее устойчив, чем концентрированный, так как разбавление снижает стабилизирующее влияние смолянокислого натрия на неомыленную канифоль . Однако при правильном эмульгировании может быть приготовлен клей с хорошей устойчивостью и в этом пределе концентрации. При чрезмерном разбавлении клея происходит коагуляция диспергированной канифоли и эффективность проклейки снижается. Цвет эмульгированного клея меняется от прозрачного до молочного, в зависимости от условий эмульгирования. На некоторых фабриках предпочитают молочную эмульсию, на других — прозрачную, но обычно, чем прозрачнее клей, тем тоньше дисперсные частицы и тем клей устойчивее. Голубоватая флуоресценция указывает на высокодисперсное состояние клея.

Трудностей в обращении с высокосмоляным канифольным клеем можно избежать, применяя специальные эмульгирующие аппараты. Взамен прежнего периодического процесса разработан непрерывный, автоматически регулируемый процесс эмульгирования канифольно-клеевой пасты.

Принципы эмульгирования в этом случае такие же, как и при периодическом процессе, но автоматичность обеспечивает почти непрерывную подачу эмульгированного клея. При этом способе необходимые для эмульгирования компоненты (канифольный клей, вода горячая и холодная) подаются с надлежащей скоростью тремя дозирующими насосами, приводимыми в движение одним мотором. Густая клеевая паста поступает из запасного бака в подогреватель, где она доводится до надлежащей температуры. Подогретый клей накачивается в эжектор. Посредством насадок Вен-тури клей в эжекторе смешивается с горячей водой, подаваемой вторым насосом. Затем первичная эмульсия проходит через турбинный смеситель (цилиндрическую камеру со спиральной вращающейся мешалкой), где происходит дальнейшее перемешивание клея. В заключение эмульсия разбавляется в особом баке холодной водой, подаваемой третьим насосом, до концентрации порядка 4—5%. По мере надобности клеевую эмульсию можно получать из этого бака.

Даже в наилучших условиях разведенные эмульсии канифольного клея, содержащие свободную смолу, относительно нестойки и запас их должен быть незначительным, особенно в условиях хранения при высокой температуре. Устойчивость эмульсии зависит от условий эмульгирования, количества свободной канифоли, общего количества щелочи и — в меньшей степени — от количества свободной щелочи. Другим важным фактором является вода, употребляемая для разведения клея. Лучших результатов достигают при разбавлении клея смягченной водой или конденсатом, но на большинстве фабрик для этой цели используют производственную воду. Применение чрезмерно жесткой воды для разбавления клея вызывает затруднения.

Канифольный клей, стабилизированный защитными коллоидами

При помощи защитного коллоида можно приготовить высокоустойчивый клей, содержащий 90% свободной смолы. Процесс этот состоит из двух ступеней: приготовления канифоли в тонкодисперсной форме и добавления защитного коллоида для предотвращения последующего увеличения размеров частиц канифоли.

Применение защитных коллоидов для стабилизации канифольного клея принципиально не ново, так как канифольное мыло, содержащееся в канифольном клее со свободной смолой, можно рассматривать как защитный коллоид. Кроме того, обычно практикуется добавление к массе в роллы защитных коллоидов (например, окисленного крахмала, казеина, соевого протеина, животного клея), чему должно предшествовать добавление канифольного клея, особенно при употреблении жесткой воды. Однако к лучшим результатам приводит применение стабилизированного клея, приготовляемого в условиях регулирования относительных количеств свободной и омыленной смолы и размеров частиц свободной смолы. Стабилизированные клеи можно приготовлять на бумажных фабриках (по способу бевойд или просайз) или приобретать в виде готовых препаратов концентрацией 40—50%.

Клей с защитным коллоидом имеет некоторые преимущества перед обычным канифольным клеем, содержащим свободную смолу. Большая часть клея с защитным коллоидом представляет собой свободную смолу, и, следовательно, ионы кальция и магния или чрезмерная кислотность в ролле не мешают проклейке. Другим преимуществом такого клея является отсутствие необходимости в особых мерах предосторожности при разбавлении и обращении с ним, так как приготовленный должным образом клей при добавлении к массе в неразбавленном виде не вызывает смоляных пятен. Однако при разведении клея перед добавкой его в ролл эффективность его действия увеличивается. Существуют два важных произвол-ственных способа приготовления клея с защитным коллоидом: бевойд и просайз.

Способ бевоид. Способ бевоид является патентованным способом приготовления высокосмоляного клея с защитным коллоидом на бумажной фабрике. Клей бевойд обычного приготовления содержит около 90% свободной смолы, диспергированной в небольшом количестве канифольного мыла и стабилизированной казеином или другими протеинами, составляющими примерно 2% от веса канифоли.

Способ бевойд заключается в механическом диспергировании канифоли с добавкой около 1—2% едкого натра и 2% казеина. Канифоль подогревается и подвергается механическому дроблению на мелкие частицы. Затем к расплавленной канифоли добавляется небольшое количество едкого натра (1,6 части на 100 частей канифоли) для частичного ее омыления. После этого добавляется казеин (2 части казеина, диспергированные в 0,2 части едкого натра) для стабилизации диспергированных частиц канифоли. Растворенный казеин добавляется в расплавленную канифоль при энергичном размешивании, после чего добавляется дополнительно небольшое количество едкого натра (0,2 части). В заключение добавляется вода для получения окончательной дисперсии, содержащей около 45% твердых веществ.

В готовом клее бевойд диспергированная канифоль содержится в виде коуглых полидисперсных частиц диаметром от 0,5 до 2 при среднзм диаметре около 1 Микрофотографии клея бевойд после коагуляции показывают, что полученные при этом хлопья совершенно отличны от хлопьев при коагуляции клея без защитного коллоида.

Мешбёрн запатентовал несколько иной способ приготовления клея, при котором вместо едкого натра применяется нещелочное диспергирующее вещество (сульфонированный высокомолекулярный спирт жирного ряда). Канифоль и органические диспергирующие вещества расплавляются совместно и в качестве защитного коллоида добавляется протеин. Преимущества этого клея заключаются в меньшем расходе глинозема на осаждение, а также в отсутствии соли, образующейся в качестве побочного продукта при проклейке с применением едкого натра.

Способ просайз. Проклейка по способу просайз является другим патентованным способом получения на бумажных фабриках высокосмоляного клея с защитным коллоидом. Обычно сначала растворяют пасту, содержащую 15—20% свободной канифоли; затем под воздействием кислотных реагентов она превращается в клей с гораздо более высоким содержанием свободной канифоли. Частицы канифоли в молекулярном состоянии выпадают из перенасыщенного раствора, образуя непрерывно увеличивающиеся агрегаты до тех п°р, пока из-за наличия поверхностно активного протеина не прекратится их дальнейшее укрупнение. Обычно применяют протеин соевых бобов, но можно применять и другие протеины. Протеин не только приостанавливает укрупнение частиц канифоли: он стабилизирует также получающийся золь, так как на поверхности частиц канифоли образуется защитная пленка.

Для приготовления клея просайз к раствору резината натрия сначала прибавляют сухой протеин соевых бобов, а затем борную кислоту. Благодаря своим кислым свойствам протеин, удаляя щелочь из смолянокислого натрия, вызывает его гидролиз и выделение свободной канифоли. Борная кислота завершает гидролиз, вызываемый протеином.

По Роулэнду , применение одного протеина способствует образованию более крупных канифольных частиц по сравнению с частицами, которые образуются при использовании борной кислоты, так как в первом случае реакция протекает более длительно. Однако протеин следует вводить не столько для гидролиза, сколько для приостановки укрупнения смоляных частиц и стабилизации получающейся в конечном счете эмульсии, что имеет более важное значение.

Клей просайз содержит мелкие частицы канифоли, часть которых можно обнаружить лишь в ультрамикроскопе . Размер частиц зависит в основном от температуры при приготовлении клея. Частицы канифоли обволакиваются защитной пленкой протеина и благодаря этому ведут себя скорее подобно частицам протеина, чем канифоли, т. е. их изоэлектрическая точка и электрофоретические свойства, вероятно, такие же, как у протеина, а не как у канифоли.

Расход клея

Количество канифольного клея, применяемого при проклейке бумаги, зависит от свойств бумаги и эффективности клея. Этот клей можно совершенно не применять во впитывающей бумаге, а в некоторых специальных видах бумаги и картона содержание его может доходить до 5%. Ниже указано среднее количество канифольного клея, вводимого в различные типы бумаги. Эффективность проклейки даже в производственных условиях не находится в прямой зависимости от количества добавляемого клея. Наибольшее повышение эффективности проклейки по мере повышения дозировки клея наблюдается при добавках клея порядка 0,75—1,5% отвеса волокна. При дальнейшей добавке клея до 2—3% эффективность проклейки снижается в зависимости от типа бумажной массы и производственных условий; при еще большей добавке клея эффективность проклейки снижается более значительно.

Из приведенных данных видно, что некоторые виды бумаги проклеиваются большим количеством клея. Надлежащие результаты при изготовлении этих типов бумаги можно получить лишь при дополнительной проклейке, даже если ее эффективность и невелика.

Наличие канифоли в бумаге можно определить, применяя качественный или количественный анализ. Качественным методом определения являются способы Либермана — Сторча и Распайля. По способу Либермана — Сторча небольшой кусочек бумаги помещают в пробирку, приливают уксусный ангидрид так, чтобы он покрыл образец, и кипятят. Жидкость сливают затем в фарфоровый тигель и по стенке тигля спускают каплю концентрированной серной кислоты. Быстро исчезающая розово-фиолетовая окраска в месте соприкосновения кислоты с ангидридом указывает на наличие в бумаге канифоли. По способу Распайля после обработки бумаги каплей насыщенного раствора сахара на бумагу наносят каплю концентрированной серной кислоты. Появление малиновой окраски указывает на наличие канифоли.

При количественном определении канифоли навеску бумаги сначала экстрагируют смесью спирта и кислоты. Затем, встряхивая экстракт с сухим эфиром, отделяют канифоль от несмолистых веществ, содержащихся в спирто-кислотном экстракте. После выпаривания эфира определяют вес канифоли в данной навеске бумаги.

Осаждение канифольного клея сернокислым глиноземом

Для того чтобы при проклейке канифолью обеспечить надлежащие результаты, необходимо осаждать канифольный клей сернокислым глиноземом. Без добавления сернокислого глинозема канифольный клей будет вымываться из бумаги. Вместо сернокислого глинозема для осаждения канифольного клея можно применять кислоты, соли кислот или соли щелочно земельных металлов, но в этом случае качество проклейки хуже и она менее стойка, чем при осаждении сернокислым глиноземом.

Сернокислый глинозем играет весьма важную роль в проклейке, поэтому он почти повсеместно используется для осаждения канифольного клея. Химическая формула сернокислого глинозема, называемого бумажниками «квасцами»,— А12з. Таким образом, не являясь двойной солью, он вовсе не относится к настоящим квасцам, а представляет собой сернокислый алюминий. Товарный продукт содержит, однако, избыточное количество АЬОз по сравнению с тем, которое теоретически соответствует формуле, и имеет до некоторой степени щелочной характер. Он содержит также около 14,5 молекулы кристаллизационной воды.

Сернокислый алюминий (глинозем) получают из бокситовой руды (встречающаяся в природных условиях гидроокись алюминия) путем измельчения руды и обработки ее серной кислотой в освинцованных баках. В результате получается сульфат алюминия, который отделяют декантацией от осадка (двуокиси кремния и других веществ) и кристаллизуют; товарная форма его представляется в виде гранул порошка или плиток (в некоторых случаях в виде раствора). Глинозем можно приготовить на бумажных фабриках (по способу Ка-миг), воздействуя на каолин серной кислотой. Этот способ имеет, однако, тот недостаток, что нерастворимая часть его остается в глиноземе и вводится в бумажную массу.

Глинозем в виде плиток содержит меньшее количество АЬОз (15,5—16%), чем указано, так как при высоком содержании окиси алюминия плитки становятся хрупкими. Содержание железа (в виде РегОз) в глиноземе должно быть меньше 1% для газетной бумаги и около 0,3% — для писчей и книжной. Все это железо должно быть в основном в виде закиси. Обычно этим требованиям удовлетворяют имеющиеся в продаже так называемые квасцы для бумажной промышленности, но для специальных бумаг (например, для бумаг, в композицию которых входит большое количество тряпичной полумассы, и для фотографических бумаг) следует применять специальный сернокислый глинозем, не содержащий железа. Этот глинозем содержит лишь 0,01% Ре203 и совершенно не содержит РеО; его приготовляют растворением гидрата окиси алюминия в серной кислоте, свободной от железа.

Количество сернокислого глинозема, вводимого для осаждзния канифольного клея,зависит от количества введенного клея, характера проклеиваемой бумажной массы, состава свежей воды и количества используемой оборотной воды. Для обеспечения хорошей проклейки практически необходимо вводить от 1,5 до 2 частей глинозема на 1 часть канифольного клея, хотя теоретическое

количество глинозема, который должен прореагировать с канифольным клеем, значительно меньше (около 0,37 части глинозема на 1 часть канифольного клея). Это обстоятельство указывает на наличие более сложного явления, чем простая химическая реакция между канифольным клеем и глиноземом. Результаты, полученные Вильсоном и Дастоном , показывают, что непроницаемость для чернил возрастает по мере увеличения количества сернокислого глинозема в композиции бумажной массы с 1 до 4% и количества канифоли (как таковой) от 0 до 6%. Эти результаты показывают, что вводить большой процент канифольного клея бессмысленно, если не будет достаточного количества сернокислого глинозема, который мог бы прореагировать с этим клеем. При выработке бумаги с сильной проклейкой может происходить ценообразование и прилипание бумажного полотна к прессам. Очень часто это явление можно предотвратить добавлением большего количества сернокислого глинозема. При введении в древесную массу одного сернокислого глинозема бумага приобретает некоторую непроницаемость для чернил и воды при условии, что древесная масса содержит много смолы .

Механизм осаждения сернокислым глиноземом канифольного клея имеет весьма существенное значение для химика-бумажника, но, к сожалению, этот вопрос является весьма спорным и не вполне ясным. В литературе имеются самые противоречивые данные; несмотря на огромное количество исследовательских работ по вопросам проклейки, ученые, работающие как индивидуально, так и коллективно, до сих пор не разработали приемлемой для всех теории и не указали истинного механизма проклейки. Одна из причин такого положения заключается в том, что большая часть данных, сообщаемых в литературе, основывается на лабораторных исследованиях, проводимых в самых разнообразных условиях, которые иногда не совсем хорошо контролируются. Кроме того, следует учесть и то, что многие данные, полученные при лабораторных исследованиях, не всегда воспроизводимы в производственных условиях.

Одним из назначений сернокислого глинозема при проклейке является осаждение канифольного клея, но имеется много противоречивых взглядов относительно характера осадка канифольного клея. В 1807 г. Иллиг, предложивший производить проклейку канифолью, считал, что канифольный клей осаждается в виде свободной смолы и что эта свободная смола, как таковая, и является активным проклеивающим агентом. Позднее другие исследователи высказали мнение, что активным проклеивающим агентом является не свободная смола, а смолянокислый алюминий, тогда как некоторые исследователи считали, что удовлетворительная проклейка может быть обеспечена при наличии как свободной смолы, так и смолянокислого алюминия. Исследования Прайса по вопросу об осадках канифольного клея, полученных при различных условиях, показали, что химический состав этих осадков может быть самым различным, не отражаясь на эффективности проклейки. В бумагах, проклеенных стандартным канифольным клеем, было обнаружено вещество, отвечающее по составу дирезинату алюминия [А1(С20Н29Ог)2ОН ]. Кроме того, в осадке имелась, также свободная смола, причем содержание ее определялось суммой первоначального количества смолы и количества ее, образовавшегося вследствие реакции между смолянокислым натрием и сернокислым глиноземом.

Помимо осаждения канифольного клея, сернокислый глинозом может также принимать участие в каком-то сложном механизме, с помощью которого осадок канифольного клея фиксируется на волокнах. Для объяснения этого механизма было предложено много теорий и вариантов, но все они могут быть сведены к двум основным: к теории окиси алюминия и к теории иона алюминия. Обе они рассматриваются ниже.

Окисная теория проклейки (теория окиси алюминия)

Зибер, Лоренц и Оствальд одними из первых объяснили проклейку, исходя из положений коллоидной химии. Они полагали, что проклейка является результатом реакции между отрицательно заряженными частицами канифоли и положительно заряженной коллоидной гидроокисью алюминия, т. е. окисью алюминия. Согласно этой теории окись алюминия образуется в результате гидролиза сернокислого алюминия (как это показано форму-пой), и эта окись алюминия притягивается и удерживается отрицательно заряженными волокнами. Таким путем волокна приобретают положительный заряд, вследствие чего они притягивают и удерживают отрицательно заряженные частицы канифоли.

Оствальд и Лоренц показали, что наиболее эффективная проклейка имеет место при изоэлектрическом состоянии; при очень малом количестве окиси алюминия волокна и частицы канифоли остаются отрицательно заряженными, тогда как при слишком большом количестве окиси алюминия они приобретают положительный заряд. В том и другом случае проклейка не является эффективной.

Согласно указанной выше теории проклейка является неудовлетворительной при значениях рН ниже 4,0—4,3, так как при таких низких значениях рН не образуется окись алюминия . Некоторое количество окиси алюминия может содержаться при значениях рН до 10, но в сильно щелочных условиях окись алюминия не выполняет функций фиксирующего агента ввиду стабилизирующего действия гидроксильных ионов на частицы канифоли. По Мартину и Виллетсу, весь сернокислый алюминий, вводимый в бумажную массу, адсорбируется в виде окиси алюминия при введении глинозема до 4%; при введении 7% глинозема адсорбируется лишь около половины сернокислого алюминия. К факторам, которые, по-видимому, благоприятствуют адсорбции окиси алюминия целлюлозными волокнами, относятся усиленный размол, большое разбавление бумажной массы и повышение температуры.

В общем анионы стремятся понизить положительный заряд окиси алюминия, вследствие чего она становится менее эффективным посредником между отрицательно заряженной канифолью и отрицательно заряженными целлюлозными волокнами. Следовательно, образованием в отходящей воде иона сульфата можно объяснить уменьшение эффективности проклейки, наблюдаемое в производственных условиях при повторном использовании этой воды. С другой стороны, некоторое количество ионов сульфата необходимо для хорошей проклейки, так как они обеспечивают коагуляцию на волокнах положительно заряженного комплекса канифоль — окись алюминия . Таким образом, помимо своего основного участия в образовании окиси алюминия, сернокислый глинозем обеспечивает также образование ионов сульфата для коагуляции окиси алюминия. Окись алюминия сама по себе, в отсутствии канифольного клея, обеспечивает некоторую степень проклейки бумаги, но эффект этот весьма незначителен.

Ионная теория проклейки ( теория иона алюминия )

Согласно исследованию Прайса окись алюминия, как таковая, не является частью обычного осадка клея. Окись алюминия может образоваться в результате реакции избытка щелочи, имею щегося в системе, с сернокислым глиноземом и даже может выпадать одновременно с канифолью. Однако эта окись алюминия, по-видимому, не оказывает благоприятного воздействия на проклейку и при ее избытке могут понизиться прочность бумаги и степень проклейки . Еще одним доказательством того, что окись алюминия не является активным фиксирующим агентом, служит то, что наибольшее количество хлопьев окиси алюминия из сернокислого, глинозема было получено при ином значении рН, чем то, которое обеспечивает оптимальную проклейку . Наибольшее количество окиси алюминия образуется при рН порядка 6, тогда как максимальная степень проклейки обычно обеспечивается при рН порядка 4,5—5,5. Таким образом подтверждается, что окись алюминия не является тем агентом, который обеспечивает фиксирование осадка канифольного клея.

Многие химики считают, что активным связующим агентом для фиксирования осадка канифольного клея на волокнах является не окись алюминия, а ион алюминия. Вильсон объясняет роль иона алюминия, рассматривая волокно и канифоль как вещества, между которыми происходит обмен ионами: их поверхностные катионы обмениваются с ионами алюминия. Имеются указания на то, что в случаях, когда целлюлозные волокна содержат кальций, при обработке раствором сернокислого глинозема в результате реакции ионного обмена ионы кальция на поверхности волокон замещаются ионами алюминия. Что касается проклеенных бумаг, то, как полагают, ионы алюминия захватываются как осадком канифольного клея, так и волокном, в результате чего ионы являются общим связующим агентом между канифольным клеем и волокном. Согласно этой теории канифоль легко насыщается ионами алюминия, но целлюлозные волокна легко насыщаются только при очень высокой концентрации ионов алюминия; этим и объясняется тот факт, что при проклейке требуется большее количество сернокислого глинозема .

Осаждение канифольного клея сернокислым глиноземом и серной кислотой

Помимо сернокислого глинозема, осаждение канифольного клея производилось рядом других реагентов, но большая часть их менее эффективна, чем глинозем. Имелись попытки применения сульфата железа, но в этом случае хорошая проклейка может быть обеспечена только при значительно меньшем значении рН (около 2,5), чем при осаждении сернокислым глиноземом. Достаточно хорошим заменителем сернокислого глинозема является хлористый алюминий .

Осаждение канифольного клея одной только серной кислотой менее эффективно, чем осаждение сернокислым глиноземом . Однако смесь серной кислоты и сернокислого глинозема обеспечивает лучшую степень проклейки; получающиеся при этом бумаги имеют несколько больший рН и несколько более прочны, чем при осаждении канифоли одним сернокислым глиноземом . Целесообразно сначала добавлять серную кислоту, а затем вводить сернокислый глинозем, что способствует фиксации канифольного осадка; серную кислоту и сернокислый глинозем можно вводить и в виде смеси. При проклейке беленой сульфитной целлюлозы Прайс установил, что раствор, содержащий 3% серной кислоты и 7% сернокислого глинозема, обеспечивает наилучшую степень проклейки и повышает количество свободной смолы в клеевом осадке. Например, при осаждении этой смесью канифольного клея, содержащего 20% свободной смолы, получался осадок такого же состава, как осадок, полученный при осаждении только одним сернокислым глиноземом канифольного клея, содержащего 75% свободной канифоли.

Осаждение канифольного клея алюминатом натрия

Хорошо известно, что низкое значение рН готовой бумаги отрицательно сказывается на ее прочности и долговечности. Это является одним из возражений против применения сернокислого глинозема в качестве реагента для осаждения, так как при осаждении канифольного клея одним глиноземом нельзя обеспечить хорошую степень проклейки, не понижая рН настолько, чтобы это не отражалось на прочности бумаги.

Можно предотвратить нежелательное влияние слишком низкого рН, вводя вместе с глиноземом небольшое количество щелочи, например едкого натра. В этом случае можно производить проклейку при таком рН, при котором не слишком сильно снижается долговечность бумаги и уменьшается коррозия заводского оборудования.

Для осаждения канифольного клея при надлежащем значении рН можно также пользоваться основным сульфатом алюминия (алюминатом натрия) вместе с сернокислым алюминием. Алюминат натрия (№А102, На2А1204) является щелочным соединением окиси алюминия и отличается от сернокислого алюминия тем, что содержит примерно в три раза больше окиси алюминия, причем эта окись имеет отрицательный радикал. Гидроокись натрия присутствует в большем количестве, чем это необходимо для нейтрализации всей окиси алюминия, потому что чистый алюминат натрия в растворе является нестойким. Наилучшие товарные препараты, предназначенные для осаждения канифольного клея, содержат около 5% избыточного едкого натра.

Алюминат натрия, применяемый вместе с сернокислым глиноземом, обеспечивает независимое регулирование количества окиси алюминия, добавляемой в систему, и такое же регулирование рН системы при минимальном введении сульфата. Применяя алюминат натрия вместе с сернокислым глиноземом, можно обеспечить вполне Удовлетворительную проклейку при различных значениях рН. Шур и Леви установили, что при введении одного только сернокислого глинозема, если рН выше 4,5, степень проклейки начинает быстро уменьшаться, а при совместном введении сернокислого глин:зема и алюмината натрия можно получить хорошую степень проклейки при рН порядка 6,5. Таким же образом, вводя в различных сочетаниях алюминат натрия и сернокислый глинозем, Либби и Дон смогли добиться хорошей степени проклейки даже при низком содержании свободной канифоли и при рН порядка 6,0— 8,5, в зависимости от количества рециркулирующей оборотной воды. Результаты, полученные Вильсоном, показывают, что при возрастании количества алюмината натрия можно получить оптимальную проклейку при все более возрастающем значении рН.

Во всех случаях вводился 1% сернокислого глинозема, а количество алюмината натрия менялось в пределах от 0 до 2%. При испытаниях применялся как нейтральный, так и основной сернокислый глинозем.

Влияние размера частиц

Считается общепризнанным, что осадок канифольного клея фиксируется на волокнах в виде отдельных частиц, а не в виде непрерывной пленки. Частицы канифоли могут проникать в волокна, но, вероятно, почти весь осадок клея находится на поверхности волокон. Вигер установил, что клей бевойд, диаметр частиц которого равен примерно Iii. и меньше, может проникать в каналы волокон.

Распределение частиц канифольного клея на поверхности волокон было показано Ли в серии зарисовок, полученных при микроскопических исследованиях ряда проклеенных бумаг. Эти рисунки показывают, что частицы канифольного клея, даже когда они тесно соприкасаются друг с другом, как например, в бумаге с высокой проклейкой, сохраняют форму отдельных частиц или чаще образуют рыхлые агрегаты. Это доказывает, что лучшая и наиболее сильная проклейка получается при осаждении канифольного клея в виде очень мелких, возможно субмикроскопических, частиц, которые однородно и плотно распределены по поверхности волокна . Эти идеальные условия, вероятно, никогда не достигаются^ ибо, как это установили Серз и Кре-гель, даже в хорошо проклеенных бумагах волокна, фибриллы и фибриллки полностью не покрываются частицами канифоли.

Изложенные выше наблюдения, касающиеся размера частиц клея, были сделаны при исследовании проклеенных бумаг. Другие исследователи изучали влияние размера частиц клея, исходя из размера диспергированных частиц смолы, в клее, содержащем свободную смолу. Результаты этих исследований показали, что эффективность канифольного клея, содержащего свободную смолу, зависит от размера и удельной поверхности диспергированных частиц свободной смолы. Применяя суспензию 100%-ной свободной абиетиновой кислоты, Либби и Деннет установили, что при частицах клея радиусом выше ¿50 ц,ц проклейка была слабее, чем при частицах меньших размеров.

Из коллоидной химии хорошо известно, что при одинаковом весе мелкие частицы имеют большую общую поверхность, чем крупные. Наличием большей поверхности объясняется обычно более эффективное действие канифольного клея, осажденного в тонкодисперсной форме, по сравнению с клеем, осажденным в виде более крупных частиц. Однако Вильсон и Дастон считают, что это наблюдается только при применении небольших количеств канифольного клея; в противном случае в высокодисперсном клее может оказаться слишком много частиц для того, чтобы быть эффективно связанными волокнами, так как согласно Вильсону и Дастону при данных условиях может связываться только определенное количество канифольных частиц. Если допустить правильность этого положения, тогда при том же самом количестве удержанных частиц большие частицы должны были бы дать лучшую проклейку, так как они образовали бы большую поверхность. Проклейка при опытах проводилась высокодисперсным и грубодисперсным клеями; в обоих случаях при помощи глинозема рН поддерживался постоянным на уровне 4,5, Из приведенных данных видно, что тонкие частицы эффективнее, но при применении большого количества клея результаты получаются иными. Нейтцке получил лучшую проклейку, применяя смесь канифоли с парафином при относительно больших размерах его частиц. Он считает, что более крупные частицы меньше проникают в волокно и, следовательно, остаются на поверхности, где они более эффективны.

Сравнение волокнистых полуфабрикатов по способности к проклейке

Как известно, способность различных волокнистых полуфабрикатов к проклейке неодинакова.

Как можно видеть из данных таблицы, небеленые целлюлозы обычно проклеиваются легче беленых. Приведенные данные показывают одну интересную особенность: между процентом удержанного в бумаге клея и степенью проклейки нет никакой зависимости. Нет также никакой зависимости между результатами, полученными при использовании различных методов определения степени проклейки.

Причина различной легкости проклейки разных волокнистых полуфабрикатов не совсем ясна. Частично это можно объяснить поведением растворов смолянокислого натрия в присутствии различных видов волокон. При разбавлении концентрированных растворов смолянокислого натрия происходит некоторый гидролиз его с образованием едкого натра и коллоидно-диспергированной канифоли. Степень гидролиза смолянокислого натрия при концентрациях, которые создаются в ролле (0,001—0,005 н смолянокислого натрия), была предметом дискуссии. Бьялковский показал, что при этих концентрациях гидролизе чистой воде достигает лишь нескольких процентов. Он установил далее, что волокна стимулируют гидролиз смолянокислого натрия настолько, что в присутствии некоторых видов волокон гидролиз достигает 60%. Это стимулирующее воздействие волокон на гидролиз смолянокислого натрия может быть объяснено тем, что волокна адсорбируют преимущественно ионы натрия и едкий натр , количество которых в чистых водных растворах смолянокислого натрия незначительно. Это вызывает дальнейший гидролиз, в результате чего увеличивается количество свободной смолы и понижается количество смолянокислого алюминия в осадке. Робинзон показал, что выдерживание канифольного клея перед осаждением в присутствии целлюлозных волокон в течение 34 часов увеличивает содержание в осадке свободной смолы. Эта смола, освобожденная волокнами, предположительно имеет частицы значительно меньших размеров, чем частицы свободной смолы, содержавшейся в канифольном клее и, следовательно, дает более высокую проклейку.

Вильсон считает, что ионообменные свойства волокна определяют число связей, способных удерживать осадок канифольного клея, и что большими ионообменными свойствами целлюлозы с большим содержанием инкрустов объясняется большая легкость проклейки этой целлюлозы по сравнению с чистой целлюлозой. Ионообменная способность целлюлозы может быть измерена путем введения в нее водородных ионов с последующим титрованием едким натром. Как правило, сульфатная целлюлоза проклеивается легче сульфитной. Целлюлоза с высоким содержанием альфа-целлюлозы проклеивается очень трудно. Экке установил, что легкость проклейки целлюлозы тесно связана с содержанием в ней пентозанов, а Гольдшмидт сообщает, что целлюлоза, содержащая менее 4% гемицеллюлоз, проклеивается очень трудно. Сутермейстер сообщает, что предварительная обработка белильной известью альфа-целлюлозы повышает ее способность проклеиваться.

Целлюлозы, недостаточно промытые после варки и отбелки, проклеиваются очень трудно. Такое же явление наблюдается с тряпичной полумассой и облагороженной макулатурой, если варка и отбелка производятся с применением смачивающих веществ. При неполном удалении из массы этих веществ они препятствуют проклейке.

Свойства массы, влияющие на проклейку

Бумажные фабрики часто сталкиваются с некоторыми колебаниями в качестве проклейки в массе. В одних случаях связанные с проклейкой затруднения незначительны, а в других результаты проклейки значительно колеблются, несмотря на отсутствие каких-либо изменений в условиях работы. В некоторых случаях проклейка новее не происходит, вследствие чего получается брак. Очевидно, чТ0 ЭТи явления серьезны и требуют принятия быстрых мер для их устранения. При слабой проклейке первым мероприятием является увеличение количества задаваемого канифольного клея. Часто это мероприятие эффективно, но оно не может применяться очень широко, поскольку проклейка достигает максимума при содержании примерно 2—4% канифольного клея от веса волокна, после чего дальнейшее прибавление клея дает незначительный эффект. В этом и последующих разделах описаны наиболее важные факторы, влияющие на результаты проклейки.

Результаты проклейки зависят от характера осадка канифольного клея в готовой бумаге. Два образца бумаги, изготовленные из одинаковых волокон и содержащие равное количество канифольного клея, могут значительно отличаться друг от друга по степени проклейки в зависимости от характера и распределения осадка канифольного клея в бумаге. Прежде всего на проклейку влияет состав бумаги. Кроме того, на проклейку влияют физические условия подготовки массы и переработки ее в бумагу: степень размола, температура, порядок добавления сернокислого глинозема, клея и наполнителей, условия отлива на сетке, прессования и сушки. Следовательно, для понимания проклейки необходимо знать характер явлений, протекающих на всех основных стадиях процесса изготовления бумаги.

Важным фактором проклейки является степень размола массы или механическая обработка волокон. Обычно при одном и том же количестве канифольного клея, чем выше размол, тем лучше проклейка, хотя эта зависимость соблюдается не всегда. Улучшение проклейки, вызываемое размолом, скорее является результатом уменьшения пористости бумаги, чем влияния размола на характер клеевого осадка. Попутно можно заметить, что степень проклейки, определяемая по спообу Вэлли, обычно убывает при увеличении плотности бумаги. Для получения лучших результатов проклейки осаждение канифольного клея должно производиться после завершения размола массы, хотя в производственной практике это не всегда соблюдается.

На проклейку влияет продолжительность контакта клея с массой. Согласно Гаррисону проклейка улучшается при увеличении продолжительности контакта канифольного клея с волокнами до 30—40 минут. Гаррисон также установил, что лучшие результаты получаются при отливе бумаги спустя некоторое время (15—20 мин.) после прибавления в массу сернокислого глинозема. Однако слишком продолжительный интервал между осаждением клея и отливом бумаги может повредить проклейке, что доказывается исчезновением проклейки, наблюдающимся иногда при оставлении проклеенной массы на фабрике в течение выходного дня. В этом случае проклейку можно восстановить добавлением свежего глинозема. Результат зависит от типа клея и условий проклейки.

Добавлению глинозема должно предшествовать хорошее распределение канифольного клея в ролле. В связи с этим важное значение приобретает концентрация массы, так как при слишком высокой концентрации распределение канифольного клея может оказаться неравномерным. Лучшая проклейка достигается при концентрации массы 4—6%.

При недостаточном времени для диспергирования канифольного клея в ролле прибавление глинозема приводит к слабой проклейке. Это можно предотвратить: 1) поддержанием более низкой концентрации в ролле; 2) употреблением разбавленных растворов канифольного клея и глинозема; 3) подачей клея и глинозема при помощи спрысков; 4) соблюдением достаточного промежутка времени между добавлением клея и глинозема; 5) очень медленным прибавлением клея и глинозема. Имеются данные о том, что удержание бумагой осадка канифольного клея уменьшается по. мере уменьшения концентрации массы при формовании бумаги, особенно при концентрации меньше 0,5%.

Влияние рН на проклейку

В результате многолетних исследований химики-бумажники пришли к выводу, что наилучшая и наиболее эффективная проклейка имеет место при рН на сетке или в напорном ящике бумагоделательной машины порядка 4,7—5,5. Однако Олсен и Гортнер показали, что оптимальная величина рН зависит от производственных условий на данной фабрике и от типа массы. Они получили оптимальные результаты при рН = 4,5—6,5 для обычных товарных целлюлоз и при рН = 4—4,5 для облагороженных целлюлоз. При проклейке небеленой сульфатной целлюлозы в производственных условиях величина рН обычно несколько больше, чем при проклейке беленых целлюлоз. Следует отметить, что вследствие недостаточно благоприятных производственных условий или специальных требований, предъявляемых к готовой бумаге, не всегда можно производить проклейку при оптимальной величине рН.

На многих фабриках рН определяют в ролле, напорном ящике и подсеточной воде; в некоторых случаях это определение служит для проверки общей кислотности в указанных пунктах. Для того чтобы получить полные данные, следует производить определение рН в воде, добавляемой к готовой бумажной массе, а также в ролле после каждой добавки воды, целлюлозы, уловленного волокна, крахмала, канифоли и сернокислого глинозема. В следующих разделах рассмотрен вопрос о влиянии производственной воды на проклейку.

По мнению многих химиков, определения рН при изучении проклейки не имеют большого значения, так как при этом получаются данные относительно одной только переменной величины, имеющей меньшее значение, чем другие переменные, как например, количество окиси алюминия, концентрация ионов алюминия или количество сульфатных ионов. Однако определения рН и общей кислотности по-прежнему остаются наиболее эффективным методом контроля проклейки в производственных условиях, обеспечивая целый ряд практических преимуществ. На многих фабриках установлены приборы для автоматического регулирования рН, при помощи которых можно легче, чем вручную, обеспечить равномерную проклейку. Контрольные приборы обычно устанавливают на бумагоделательной машине: величина рН регулируется автоматической подачей раствора сернокислого глинозема непосредственно перед отливом бумаги. В некоторых системах сернокислый глинозем вводится в роллы обычным путем, и регулирование рН осуществляется на машине автоматической добавкой щелочи, например алюмината натрия.

В большинстве случаев наиболее благоприятный эффект получается при величине рН порядка 5—5,5. В обычных условиях степень проклейки уменьшается при рН, превышающем 5,5; при рН значительно ниже 5 никакого улучшения проклейки не наблюдается. Следует также отметить и другие преимущества, обеспечиваемые автоматическим регулированием рН, к числу которых относятся: меньшие колебания в удержании наполнителя и окраске, вызываемые изменением рН; меньший расход сернокислого глинозема; меньшее вспенивание; более эффективная работа ловушек ввиду постоянного рН оборотной воды (это очень важно в тех случаях, когда вещества, взвешенные в оборотной воде, улавливаются путем химической обработки); меньшая коррозия оборудования; улучшение показателей механической прочности и старения бумаги. Кроме того, государственные учреждения и прочие потребители бумаги нередко предъявляют определенные требования в отношении величины рН, и фабрики, не имеющие приборов для автоматического регулирования рН, с трудом могут их удовлетворить.

Влияние воды на проклейку

Эффективность проклейки в значительной мере зависит от производственной воды. Особенно противопоказана жесткая вода; во многих случаях именно она является причиной неудовлетворительной проклейки. Следовательно, если производственная вода чрезмерно жестка, ее следует смягчать.

Если смягчать производственную воду нецелесообразно, ее можно обрабатывать перед добавлением клея небольшим количеством серной кислоты или сернокислого глинозема и в дальнейшем вводить дополнительные количества глинозема для осаждения клея. Если рН жесткой воды перед введением клея довести до 5, эффективность проклейки улучшится и уменьшится расход глинозема при осаждении клея . Обычно рН воды лучше регулировать кислотой, а не глиноземом, так как эффективность проклейки снижается при наличии в системе перед добавкой клея избыточного количества ионов алюминия или окиси алюминия. Однако Брауне установил, что при добавлении в массу 0,2—0,4% глинозема до введения клея эффективность проклейки повышается независимо от качества применяемой воды и рН. Если перед добавкой клея в бумажную массу вводится слишком много кислоты, масса вообще не проклеивается.

Влияние жесткой воды на эффективность проклейки в некоторой мере определяется величиной рН системы. Прайс исследовал воды, содержащие бикарбонат кальция, и установил, что содержание кальция в клеевом осадке увеличивается по мере возрастания рН воды.

На фабриках с замкнутым циклом обработки вод может возрастать содержание сернокислого глинозема (и сульфата натрия) в воде, подаваемой в роллы. Хотя на некоторых фабриках такое возрастание кислотности не вызывает затруднений, все же лучше нейтрализовать массу до введения в нее клея. Для этого можно с успехом пользоваться такими щелочами, как силикат натрия или окись кальция. Повторное использование слишком большого количества оборотной воды вредно и потому, что в ней образуется избыточное количество иона сульфата. Если имеются основания полагать, что добавка в ролл оборотной воды вредно отражается на проклейке, следует провести опыты со свежей водой. Осветленную оборотную воду можно использовать в спрысках на бумагоделательной машине, причем в отношении проклейки результаты получаются более благоприятные, чем при использовании свежей воды.

В определенное время года свежая вода и некоторые оборотные воды содержат кислые коллоидные органические вещества. Они могут оседать на целлюлозных волокнах при промывке и в дальнейшем мешают фиксированию клея на волокнах . Во избежание этого рекомендуется обрабатывать воду щелочью или, в особых случаях, производить фильтрование. Иногда в разные времена года изменяется химический состав подаваемой на фабрику воды, и это отражается на эффективности проклейки.

Влияние температуры на проклейку

Хорошо известно, что гораздо труднее добиться эффективной проклейки канифолью в жаркую погоду, чем в холодную. Нередко на фабриках, вырабатывающих сильно проклеенную бумагу, в летние месяцы предъявляемые к качеству проклейки требования не выполняются ввиду высокой температуры свежей воды. В этом отношении особенно затрудняется проклейка на фабриках, вырабатывающих бумагу из тряпья, так как вследствие длительного размола возрастает температура массы. Даже при непродолжительном размоле (если размол производится в установках, сконструированных так, что при работе их выделяется значительное тепло) температура повышается настолько, что это отражается на эффективности проклейки. На многих фабриках пришлось перейти к замкнутой системе использования воды и повторно использовать все возрастающее количество оборотных вод, чтобы избежать загрязнения водоемов. При использовании оборотной воды температура массы повышается, что приводит к снижению эффективности проклейки.

Прайс изучал влияние температуры на проклейку в интервале 16—50° и установил, что при наиболее низких температурах проклейка более эффективна. Это согласуется с практическими дан-

ными, поэтому мнение о необходимости поддержания температуры при проклейке ниже 35° является общепризнанным. Брехт и Либерт установили, что оптимальной температурой для проклейки является 40°, но это наблюдалось не всегда и, вероятно, было вызвано местными условиями. В некоторой степени результаты проклейки зависят от типа целлюлозы; имеются данные о том, что при высокой температуре эффективность проклейки беленой сульфатной целлюлозы снижается значительно больше, чем эффективность проклейки небеленой сульфитной и сульфатной целлюлозы . При температуре 70—75° практически невозможно производить проклейку какой бы то ни было целлюлозы.

В тех случаях, когда в летнее время проклейка оказывается недостаточно эффективной, следует пользоваться возможно более холодной водой и применять более совершенные методы проклейки. Целесообразно добавлять клей в конце размола во избежание длительного воздействия высокой температуры. Высокая температура особенно неблагоприятно отражается на осадке канифольного клея.

Прайс установил, что неблагоприятное влияние высокой температуры зависит от продолжительности времени, в течение которого клеевой осадок подвергается действию высокой температуры, а также от самой температуры. Эффективность проклейки была наименьшей в течение первых часов. По-видимому, высокая температура мало влияет на электростатический заряд клеевого осадка, влияя на степень коагуляции или гидратации осадка .

При высокой температуре бумага сильнее прилипает к прессам бумагоделательной машины, так как в этом случае содержащаяся в бумажной массе смола под воздействием высокой температуры размягчается и происходит ее агломерация в крупные частицы. Прилипание может вызываться и канифольным клеем.

Влияние защитных коллоидов на проклейку

Выше уже рассматривался вопрос об использовании защитных коллоидов при приготовлении клея с большим содержанием свободной канифоли. Защитные коллоиды можно вводить и непосредственно в массный ролл перед осаждением клея. В этом случае канифольный клей осаждается более эффективно. В тех случаях, когда проклейка недостаточно эффективна, можно применять защитные коллоиды.

Иногда таким же путем применяют и окисленные крахмалы, что обычно приводит к положительным результатам. Введением 3—5% окисленного крахмала от веса бумажной массы можно на 25—30% повысить непроницаемость для чернил (определяемую по способу флотации) сульфитной документной бумаги. Эффективность крахмала значительно возрастает, если до введения в ролл его тщательно проваривают, а также при введении его после добавки канифольного клея и перед добавкой сернокислого глинозема. Из этих результатов можно видеть, что достаточно эффективным является добавление большого количества крахмала — примерно 2,5—5% от веса массы. Если количество окисленного крахмала превышает 4—5% от веса массы, эффективность проклейки заметно снижается. По-видимому, это объясняется тем, что, помимо взаимодействия с сернокислым глиноземом канифольного клея, с ним взаимодействует и крахмал, так как при увеличении количества глинозема увеличивается количество крахмала, которое может быть эффективно использовано.

Иногда для повышения эффективности проклейки в бумажную массу вводят животный клей и технический желатин; можно добавлять силикат натрия. Обычно это приводит к повышению жесткости и звонкости бумаги, а иногда и к улучшению фиксирования канифоли на волокне. Имеются данные о том, что можно осаждать в ролле силикатно-канифольный комплекс, понижая рН в ролле с помощью сернокислого глинозема по крайней мере до 4,6.

Влияние наполнителей на проклейку

Обычно наполнители неблагоприятно влияют на проклейку. Некоторые наполнители, например гипс и тальк, как указывают, способствуют проклейке , но такое воздействие не всегда имеет место. В некоторых случаях проклейке, по-видимому, способствует титан. Поскольку наполнители отражаются на проклейке отрицательно, лучше всего добавлять их после канифольного клея и сернокислого глинозема.

Для проклейки углекислый кальций фактически является вредным, и бумагу с большим содержанием этого наполнителя проклеивать трудно. При возникновении затруднений в проклейке рекомендуется обратить внимание на применяемые наполнители, даже и в том случае, если считается, что они не содержат углекислого кальция. Если в композицию бумажной массы входит макулатура неизвестного происхождения, возможно, что в ней присутствует карбонат кальция в виде наполнителя или в составе покровного слоя. Поскольку обычно применяемые наполнители снижают эффективность проклейки, рекомендуется проверять содержание наполнителей в бумаге при недостаточной ее проклейке.

Влияние формования бумаги на проклейку

Формование бумаги является весьма существенным фактором при проклейке; особенно это относится к легким бумагам. Почти все переменные факторы, влияющие на формование бумаги, влияют и на проклейку. В связи с этим следует отметить, что некоторые вещества, применяемые при гашении пены, улучшают формование бумаги и иногда повышают эффективность проклейки, тогда как Другие вещества, используемые для той же цели, при избыточном количестве их снижают эффективность проклейки.

Определяя степень проклейки пробных отливок, приготовленных из бумажной массы, взятой из различных участков мокрой части машины, можно установить, является ли недостаточная проклейка результатом условий отлива бумаги на машине, или же результатом условий приготовления бумажной массы. Таким путем можно определить, в какой мере сказываются на проклейке разбавление и обработка массы в жордане.

Эффективность проклейки в значительной мере зависит от удержания в листе наполнителя и мелких волокон. Жирная масса хорошо удерживает мелкие волокна; количество этих волокон можно Увеличить добавлением клея Свеена или активированного кремнезема. При очистке оборотной воды улавливается значительное количество мелких волокон; когда эту мелочь возвращают на бумаго-

Делательную машину и она перемешивается с основной бумажной массой, свойства бумаги значительно улучшаются и обычно повышается эффективность проклейки.

На некоторых фабриках считают, что хорошие результаты проклейки получаются при непрерывной добавке клея в различных участках мокрой части машины. В этом случае разбавленные растворы канифольного клея, сернокислого глинозема и щелочи (например, алюмината натрия) вводятся в массу в жорданах, смесительных бачках, при поступлении на сетку и в напорных ящиках.

При некоторых обстоятельствах бумага обладает свойством двухсторонности, т. е. обе стороны листа различаются между собой по степени проклейки, определяемой по писчим свойствам бумаги.

В этом случае писчие свойства бумаги обычно лучше со стороны, прилегающей к сукну, а не с сеточной стороны. Основной причиной двухсторонности бумаги является быстроходность машины, вследствие которой осадок канифольного клея вымывается с сеточной стороны бумажного полотна или отсасывается на сосунных ящиках. Двухсторонность бумаги имеет место также и в результате различного обезвоживания каждой стороны бумаги на мокрых прессах. Следует избегать неравномерного прессования в поперечном направлении бумажного полотна, так как в этом случае бумага получается неоднородно проклеенной.

Влияние сушки на проклейку

Давно уже признано, что температура сушки бумаги имеет существенное значение для проклейки. Для максимальной эффективности проклейки тепло необходимо, но большое значение имеет также и способ нагрева. В этом можно убедиться в лабораторных условиях, высушивая один образец бумаги в сушильном шкафу, а другой образец той же бумаги — на обогреваемом паром сушильном цилиндре. Образец, высушенный при соприкосновении с нагретым цилиндром, будет проклеен лучше, чем образец, высушенный в шкафу.

Некоторые химики полагают, что если сушка производится обогревом, в бумаге происходит спекание канифольного клея и поэтому осадок лучше фиксируется на волокнах. Одним из преимуществ клея, содержащего свободную смолу, является более низкая температура спекания свободной смолы по сравнению со смолянокислым алюминием. Для начальной сушки проклеенной бумаги оптимальной обычно считают температуру 80—100°. Результаты получаются лучше, если нагреву подвергается влажная бумага. Иногда можно повысить эффективность проклейки обработкой плохо проклеенной бумаги паром.

Скорость обезвоживания бумаги в процессе сушки в значительной мере влияет на эффективность проклейки. Если температура поднимается слишком быстро, давление паров внутри бумаги превышает скорость удаления влаги и в результате нарушается сцепление осадка канифольного клея с волокнами. Если бумагу боль-того веса 1 м2 нагревать слишком быстро, на поверхности ее может образоваться временная пленка, которая в дальнейшем разрушается парами, выходящими из внутренних слоев бумаги. При сильном нагреве осадок канифольного клея может мигрировать на одну сторону бумажного полотна.

Наилучшие результаты могут быть достигнуты при постепенном повышении температуры. На многих фабриках в первой и последней секциях сушильной части поддерживают более низкую температуру, чем в средней секции, где поднимают давление пара для создания максимально необходимой температуры. На других фабриках предпочитают постепенно повышать температуру в сушильной части до оптимальной (примерно 99°). В любом случае не следует доводить температуру до оптимальной до тех пор, пока влажность бумажного полотна превышает еще 40—50%; это означает, что следует избегать чрезмерно высоких температур в начальном периоде сушки. Определить температуру на поверхности отдельных сушильных цилиндров не представляет труда, и вычерчиванием изменения кривой температуры сушильной части можно легко обнаружить ненормальные условия сушки. Таким путем можно обнаружить затруднения, возникающие в процессе сушки вследствие недостаточного удаления конденсата, плохого состояния конденсационных горшков и т. д.

Влияние каландрирования на проклейку

Фактически имеется очень мало данных относительно влияния каландрирования на проклейку, но общепризнанно, что каландрирование отрицательно отражается на проклейке. У бумаги машинной гладкости понижение проклейки может колебаться, начиная с незначительного ухудшения в случае недостаточно хорошо каландрированной бумаги до значительного ухудшения при сильном каландрировании. Каландрирование особенно отрицательно отражается на проклейке бумаг малого веса 1 м2, если поверхность их хорошо отделывается на бумагоделательной машине. Наоборот, при каландрировании на суперкаландрах бумажное полотно предварительно обрабатывается паром, и при этом нередко наблюдается улучшение проклейки.

Спорным является вопрос о том, какова должна быть температура при каландрировании, которая обеспечила бы максимальную эффективность проклейки. По имеющимся данным, на каландрах с увлажнением надо поддерживать низкую температуру, а на сухих каландрах — высокую.

Существенное значение имеет также влажность бумаги при каландрировании; обычно каландрирование ухудшает проклейку значительно больше при высокой влажности бумаги (7—8%), чем при сравнительно низкой (4—5%). Существенное значение имеет также Давление, применяемое при каландрировании, так как при чрезмерном давлении проклейка ухудшается и даже исчезает. Что касается картонов, которые подвергаются так называемой водяной отделке, то в этом случае может иметь место утечка клея из листа в результате воздействия горячей воды, поступающей из увлажнительных ящиков.

Читать далее:

Проклейка в массе другими веществами

• Очистка воды
• Свойства воды
• Вода в бумажном производстве
• Биохимическое поглощение кислорода (бпк) фабричными сточными водами
• Микроорганизмы в неволокнистых материалах