Современные тенденции использования химических вспомогательных средств в производстве целлюлозных композиционных материалов

Date: 2015-10-07; view: 576.

В настоящее время большинство видов целлюлозных композиционных материалов изготовляется с использованием ХВС. Введение в волокнистую массу каждого отдельного вида ХВС – гидрофобизирующих, упрочняющих, удерживающих, флокулирующих и др. – придает материалу определенные свойства, требующиеся для каждого конкретного вида продукции. Однако применительно к современному производству целлюлозных композиционных материалов правильнее было бы говорить не о влиянии каждого отдельного вида ХВС на получаемый материал, а о влиянии на него принятой для данного материала системы подачи химикатов, то есть комбинации ХВС, подаваемых в волокнистую массу в определенном соотношении и определенной последовательности. Ведущими фирмами, производящими химикаты для бумажной промышленности, такими, как “Hercules”, “BASF”, “Kemira” и др., разработаны системы подачи химикатов для производства каждого конкретного вида продукции, которые включают системы упрочнения, удержания, и др. Современные системы подачи химикатов, разработанные и применяемые ведущими фирмами, ориентированы в первую очередь на производство продукции в нейтральной и слабощелочной средах. Это полностью согласуется с современной тенденцией к переходу на «нейтральную» технологию, что вызвано рядом преимуществ, достигаемых благодаря такому переходу:

– более высокая степень гидрофобности получаемого материала;

– возможность использования CaCO₃ в качестве наполнителя;

– бóльшая прочность материала;

– лучшие потребительские свойства материала;

– уменьшение коррозии оборудования;

– возможность увеличения зольности материала;

– увеличение эффективности действия оптических отбеливателей;

– снижение энергозатрат на производство;

– снижение эксплуатационных расходов;

В отличие от производства целлюлозных композиционных материалов в кислой среде при рН = 4,5...5,0, которое в современном производстве используется всё реже, нейтральное производство требует применения специальных химикатов, которые не используются в первом случае. К таким веществам относятся димеры алкилкетенов (ДАК) – димеризованные продукты на основе кетенов высших жирных кислот, получаемые путем химического синтеза и использующиеся для придания целлюлозным композиционным материалам гидрофобных свойств. Диапазон эффективного действия ДАК лежит в интервале рН = 6,8...8,5, когда большинство видов гидрофобизирующих составов на основе канифоли, как правило, малоэффективны.

Анализ мирового рынка гидрофобизирующих материалов говорит о следующем положении дел на перспективу (по данным американской компании “Hercules”):

– стабильное потребление гидрофобизирующих составов на основе димеров алкилкетенов (ДАК) – около 42 %;

– прогрессирующее потребление гидрофобизирующих составов на основе алкенилсукциновых ангидридов («ASA»); в настоящее время примерно 8 %;

– прогрессирующее применение поверхностной обработки; в настоящее время около 12 %;

– снижение применения гидрофобизации канифольными материалами; в настоящее время около 38 %.

Следует обратить внимание, что приведенные данные актуальны в первую очередь для развитых стран Запада. Широкое применение синтетических гидрофобизирующих материалов вызвано не только их преимуществами, но также и ограниченностью природных, в частности, лесных, ресурсов многих развитых стран. Для России, с ее обширными лесными запасами, отказ от дешевых гидрофобизирующих материалов на основе канифоли кажется противоестественным. Автором установлено, что при правильно организованной технологии производства даже с применением канифольной гидрофобизации можно добиться высокого качества получаемой продукции путем выбора оптимальных условий производства и оптимального сочетания вводимых в бумажную массу химикатов. Разработкой новых канифольных и композиционных гидрофобизирующих составов с последующим определением условий их осаждения и закрепления на целлюлозном волокне можно значительно оптимизировать процесс гидрофобизации целлюлозных композиционных материалов. Однако это не означает отказ от целлюлозореактивных гидрофобизирующих веществ (способных вступать в химическую реакцию с целлюлозой с образованием прочной ковалентной связи), хотя бы по той причине, что для некоторых видов композиционных материалов на основе целлюлозы невозможно добиться высокого качества без их использования, тем более что эти вещества уже начали производиться в России. Например, промышленное производство димеров алкилкетенов освоено на ОАО «Химпром», г. Волгоград.

Что касается поверхностной обработки, то наиболее эффективно сочетать ее с гидрофобизацией в массе, особенно если в составах для поверхностного нанесения не присутствуют собственно гидрофобизирующие вещества. В настоящее время практически все сорта высококачественной писче-печатной бумаги выпускаются с обязательной поверхностной обработкой, что, однако, не исключает необходимости применения гидрофобизации в массе.

Разработка новых гидрофобизирующих материалов и новых гидрофобизирующих составов на их основе, также как и новых систем упрочнения-удержания, ставит перспективу дальнейшего прогрессирующего развития технологии производства целлюлозных композиционных материалов, и технологии их гидрофобизации – в частности.

Для более эффективного действия ДАК и повышения качества получаемой продукции «нейтральная» технология требует применения специальных удерживающих веществ, повышающих удержание мелочи и наполнителя в толще листа изготовляемого целлюлозного композиционного материала, а также веществ-фиксаторов, связывающих присутствующие в производственной воде нежелательные анионные загрязнения, ухудшающие качество продукции и технологический процесс производства. В качестве удерживающих агентов чаще всего используются полимеры катионного, иногда – анионного характера, например, полиакриламиды (ПАА); в качестве веществ-фиксаторов – катионные полиэлектролиты, образующие с анионными загрязнениями нерастворимые в воде соединения, способные эффективно осаждаться на целлюлозном волокне. Обычно вещества для удержания и фиксации используются в комбинациях, которые носят название систем удержания. Часто это двухкомпонентные системы, такие, как «Композил» и «Гидрокол», получившие широкое распространение в Европе, или “Fennosil” фирмы “Kemira”.

Для упрочнения изготавливаемого материала в современных системах подачи чаще всего применяют модифицированные крахмалы или синтетические смолы.

Также широкое применение нашли другие всевозможные вспомогательные химикаты, такие, как деаэраторы, коагулянты, флокулянты, поверхностно-активные вещества (ПАВ), смолы-катализаторы и др.

Часто каждый отдельный вид ХВС нельзя строго отнести к какой-то одной их перечисленных групп, так как он часто может сочетать в себе свойства веществ из разных групп. Например, катионные крахмалы обладают удерживающими, флокулирующими, упрочняющими и, по некоторым данным, фиксирующими свойствами. Полиоксихлорид алюминия (ПОХА) сочетает в себе свойства коагулянта, флокулянта, удерживающего агента и фиксатора.

Более подробно свойства каждой отдельной группы ХВС рассмотрены в разделе 1.2.