Теория размола

 

1.6. Влияние размола  на свойства бумаги

 

Рис. 2. Типичное изменение основных свойств бумаги в зависимости от степени помола массы: 1-силы связи между волокнами; 2-разрывная длина; 3-сопротивление излому; 4-сопротивление  раздиранию; 5-средняя длина волокон; 6-впитывающая способность; 7-воздухопроницаемость; 8-деформации  при намокании.

 

Из рисунка видно, что в результате процесса размола возрастают силы связи между волокнами, что объясняется увеличением наружной поверхности волокон, главным образом за счет их фибриллирования1. Это способствует увеличению основных показателей механической прочности бумаги. Одновременно снижается средняя длина размалываемых волокон, что приводит к уменьшению величины основных показателей механической прочности бумаги.

На первой стадии размола преобладает действие факторов, которые оказывают положительное влияние на показатели механической прочности бумаги (увеличение гибкости волокон вследствие их набухания, рост сил связи между волокнами), поэтому показатели механической прочности увеличиваются.  Но на некотором этапе процесса размола возрастает влияние отрицательного фактора (укорочение волокон) на прочность бумаги. Например, разрывная длина бумаги для хвойной целлюлозы достигает максимума при 70-800ШР, сопротивление излому при 50-600ШР, сопротивление раздиранию и продавливанию при 20-300ШР. Первые два показателя зависят от межволоконных сил связи, а последние показатели зависят от прочности самих волокон и от их средней длины.

Растяжимость бумаги и ее объемный вес возрастают по мере размола исходной целлюлозы, а впитывающая способность и воздухопроницаемость бумаги, снижаются по затухающей кривой.

Показатели объемного веса бумаги, впитывающей способности и воздухопроницаемости зависят в основном от сил связи между волокнами.

Из приведенных данных видно, что процесс размола целлюлозы оказывает большое влияние на все основные свойства готовой бумаги. Главными определяющими факторами при этом являются изменения размеров волокон и величины межволоконных связей в бумаге2.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Глава 2.ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ПРОЦЕСС РАЗМОЛА

Для получения массы нужного качества и наиболее эффективным способом необходимо умело пользоваться факторами процесса размола.

Все факторы делят на две группы:

1. Неизменные факторы - это природа влокна, химический состав, параметры размалывающего аппарата ( окружная скорость, толщина ножей, зазор между ножами);
2. Переменные факторы – температура, продолжительность размола, удельное давление на волокна при их размоле, концентрация массы, рН среды и добавки химических веществ.

 

Из переменных факторов главными управляемыми факторами процесса являются время размола и удельное давление при размоле. Концентрация массы является вспомогательным управляемым фактором.

 

2.1. Природа волокна

Волокнистые материалы обладают различной способностью размалываться: одни из них размалываются быстрее, другие медленнее, третьи совсем неспособны расщепляться. Такое различное поведение волокон при размоле зависит от морфологии и анатомии волокна, его химического состава и исходной прочности, зависящей от метода варки полуфабриката, его степени полимеризации и фракционного состава.  Хвойные волокна более длинные и имеют ленточную структуру, а лиственные более короткие и трубчатые. Хвойные волокна лучше зависают на кромках ножей, быстрее набухают и лучше фибриллируются.  Это наиболее универсальный волокнистый материал, применяемый для выработки разнообразного ассортимента бумаги. Лиственные волокнистые материалы подвергают в основном рафинирующему размолу без укорочения и расщепления отдельных волокон и применяют только в сочетании с длинноволокнистой целлюлозой из хвойной древесины.

Легче всего в продольном направлении расщепляются при размоле льняные и пеньковые волокна, у которых фибриллы в клеточных стенках расположены параллельно их оси; значительно труднее расщепляются волокна древесной целлюлозы и еще труднее хлопковое волокно с косым расположением фибрилл3. Волокна хлопка при размоле укорачиваются. Хлопковое волокно имеет широкий канал и изогнутую ленточную форму, поэтому из полученной бумажной массы образуется пухлая и пористая бумага, которая обладает высокой впитывающей способностью, но не небольшой прочностью.

Сульфатная целлюлоза размалывается труднее, чем сульфитная, потому что на поверхности сульфитной целлюлозы имеется большое количество поврежденного наружного слоя вторичной стенки.

Кроме того, большое влияние оказывает химический состав волокнистого полуфабриката (содержание α-целлюлозы, гемицеллюлозы и лигнина). Волокна содержащие большее количество α-целлюлозы содержат мало аморфной части, а следовательно слабо набухают и плохо размалываются. Волокна с большим содержанием гемицеллюлоз, менее кристалличны, хорошо размалываются за счет интенсивного набухания в воде.  Лигнин действует отрицательно на размол, так как создает оболочку на волокне, блокирует гидроксильные группы и делает их труднодоступными к действию воды.

2.2. Продолжительность размола

Продолжительность размола – это фактор характеризующий время воздействия размалывающего аппарата на размалываемые волокна и определяющий степень разработки волокон (изменение их длины, степени фибриллирования) и, следовательно, качество бумажной массы и готовой продукции4. Время воздействия размалывающего аппарата на размалываемые волокна зависит от конструкции и условий работы аппарата.

В роллах периодического действия размол массы чередуется с длительными перерывами, когда волокна проходят через обратный канал ванны ролла. Поэтому процесс размола растягивается на несколько часов, тогда как при размоле в аппаратах непрерывного действия он протекает значительно быстрее, за несколько секунд. Однако и при размоле массы в аппаратах непрерывного действия время размола (или время пребывания массы непосредственно в аппарате) является не менее важным фактором, позволяющим регулировать процесс. Увеличение времени обработки материалов в аппаратах непрерывного действия обычно достигается путем дросселирования массы на выходе из размалывающего аппарата при помощи задвижки, увеличения коэффициента рециркуляции массы или путем установки нескольких аппаратов последовательно в одном потоке. С увеличением времени размола волокон в аппарате увеличивается степень помола массы, но снижается производительность размалывающего аппарата.

2.3.Удельное давление

Удельное давление при размоле один из основных регулируемых переменных факторов технологического режима процесса размола. Высокое удельное при размоле приводит в основном к рубке волокон, расход энергии снижается, но прочность бумаги при этом уменьшается, а при низком удельном давлении происходит фибриллирование волокон, при этом прочность бумаги увеличивается, но и расход электроэнергии увеличивается.

Величину удельного давления при размоле массы выбирают с учетом требуемых параметров массы и свойств вырабатываемой бумаги, типа размалывающего аппарата и гарнитуры, а также прочность исходного волокна. В таблице 1  приведены ориентировочные удельного давления при размоле в роллах разных волокнистых полуфабрикатов в зависимости от их назначения.

 

Таблица 1

Удельное давление при размоле массы в роллах5

Волокнистый материал	Вид бумаги	Удельное давление, кгс/см2
Сульфитная, сульфатная и тряпичная (льняная) целлюлоза	Тонкая бумага: конденсаторная папиросная, копировальная и др.	0,5-2,0
Лиственная, соломенная и тростниковая целлюлоза	Писчая, для печати и др.	1,0-2,0
Хвойная целлюлоза сульфитная беленая	Массовые виды бумаги	2,0-4,0
Хвойная целлюлоза сульфатная беленая и сульфитная небеленая	Массовые виды бумаги	3,0-5,0
Тряпичная полумасса	Документная и другие высокосортные виды бумаги	3,0-8,0
Тряпичная полумасса и сульфатная целлюлоза	Впитывающая и фильтровальная	8-15
Сульфатная небеленая целлюлоза	Электроизоляционная мешочная, упаковочная	4,0-8,0

 

2.4. Концентрация массы при размоле

Концентрация массы при размоле выбирается соответственно типу используемого размалывающего  оборудования и желаемому характеру помола массы.

Для получения массы садкого помола с укороченными волокнами необходимо применять при размоле волокон низкую концентрацию массы, при которой на каждое волокно, попадающее между ножами размалывающего аппарата, приходится большее удельное давление. При получении массы жирного помола с сильнофибриллированными волокнами следует пользоваться при размоле относительно высокой концентрацией массы, при которой каждому волокну будет соответствовать меньшее удельное давление при размоле и большее взаимное трение. Которое способствует расчесыванию волокон и их фибриллированию. 

2.5. Величина рН среды массы

Величина рН среды массы при размоле оказывает влияние на скорость размола и показатели механической прочности производимой бумаги. В кислой среде размол осуществляется медленнее, чем в нейтральной, и с большим уменьшением длины волокна. При рН 10-11 наблюдается существенное ускорение процесса размола с повышением механической прочности изготавливаемой бумаги и с сокращением расхода энергии на размол- это связано с тем, что в щелочной среде происходит самой эффективное набухание. Однако при этом возможна деструкция массы, значительное пожелтение и снижение качества готовой продукции.

2.6. Температура массы

Температура массы- это один из трудно управляемых факторов процесса размола. Набухание и гидратация целлюлозных волокон, являются одним из самых важных условий размола, а эти процессы проявляют экзотермический характер, т.е. сопровождаются выделением тепла. На практике, было установлено, что процесс размола легче и быстрее протекает в зимнее время в более холодной производительной воде, чем в летнее. В таких условиях волокна легче фибриллируются- это положительно сказывается на прочности изготавливаемой бумаги. Если процесс размола происходит при повышенной температуре, то вследствие недостаточного набухания волокон они не приобретают необходимой гибкости, слабо фибриллируются и легко рубятся в поперечном направлении, что снижает прочность бумаги и увеличивает расход электроэнергии. Поэтому размол ведут в несколько ступеней.

2.7. Добавки химических веществ при размоле

Добавки химических веществ при размоле осуществляют так называемый «химический размол», благодаря которому можно сократить время размола и размалывать массу до меньшей степени помола.

Наиболее эффективными добавками являются гидрофильные добавки, которые адсорбируясь на волокнах способствуют их набуханию, придают гибкость, эластичность и образуют дополнительные водородные связи. К таким веществам относят: крахмал, водорастворимые эфиры целлюлозы, полиакриламид, поливиниловый спирт, мочевина.

Установлено, что улучшение процесса размола возможно при использовании поверхностно-активных веществ, которые адсорбируясь на волокнах, действуют расклинивающим образом и вызывают, так называемый «химический размол».

Список литературы

 

1. Фляте Д.М. Свойства бумаги: Учебное пособие. 5-е изд., стер.-СПб.: Издательство «Лань», 2012.-384 с.
2. Иванов С.Н. Технология бумаги: Учебное пособие.3-е изд.-М.: Издательство «Школа бумаги», 2006.-696с.

 

1 Фляте. Д.М. Свойства бумаги:Учебное пособие. 5-е изд., стер.-СПб.:Изд.-во «Лань», 2012.-384 с.-121с.

2 Иванов С.Н. Технология бумаги. Изд. 3-е. –М.: «Школа бумаги», 2006.-696 с.-58с.

3 Иванов С.Н. Технология бумаги. Изд. 3-е. –М.: «Школа бумаги», 2006.-696 с.-70с

4 Фляте. Д.М. Свойства бумаги: Уч.пособ. -СПб.:Изд.-во «Лань», 2012.-384 с.-125с.

 

5 Иванов С.Н. Технология бумаги. Изд. 3-е. –М.: «Школа бумаги», 2006.-696 с.-61с.