Бумага — один из самых распространённых материалов в мире, но её качество и свойства зависят не только от исходного сырья, но и от химических добавок, которые используются при производстве. Учёные исследовали, как различные полиэлектролиты влияют на прочность бумаги и скорость её обезвоживания. Результаты этого исследования могут быть полезны не только для специалистов целлюлозно-бумажной промышленности, но и для всех, кто интересуется технологиями переработки вторичного сырья.
Как добавки меняют свойства бумаги?
Бумага состоит из волокон целлюлозы, которые скрепляются между собой водородными связями. Однако для улучшения её характеристик — например, прочности или скорости производства — в бумажную массу добавляют специальные химические вещества. Среди них:
- Катионный крахмал (КК) — природный полимер, который повышает прочность бумаги за счёт образования дополнительных связей между волокнами.
- Синтетические полиакриламидные смолы (ПААС) — улучшают обезвоживание и упрочнение бумаги, особенно в сочетании с другими компонентами.
- Катионный сополимер акриламида (КСАА) — высокозаряженный полиэлектролит, который ускоряет процесс обезвоживания и влияет на флокуляцию (слипание) волокон.
Как добавки влияют на бумажную массу?
Эксперимент
Исследователи использовали макулатуру марки МС-5Б (старые гофроящики) и изучали, как разные добавки меняют:
- Электрокинетический потенциал (ЭКП) — показатель, который влияет на взаимодействие волокон и добавок.
- Мутность фильтрата — индикатор степени флокуляции (чем меньше мутность, тем лучше волокна слипаются).
- Скорость обезвоживания — как быстро вода удаляется из бумажной массы.
- Прочность бумаги — способность выдерживать механические нагрузки.
Результаты:
- Катионный крахмал (КК) увеличивает прочность бумаги, но только при определённой дозировке (около 7,5 кг/т). Он также снижает мутность, что говорит об улучшении структуры бумажного листа.
- Полиакриламидные смолы (ПААС) постепенно повышают прочность и ускоряют обезвоживание, но их эффективность зависит от состава бумажной массы.
- Катионный сополимер акриламида (КСАА) резко меняет ЭКП и сильно влияет на флокуляцию. Максимальная прочность достигается при дозировке около 10 кг/т, но дальнейшее увеличение концентрации может ухудшить свойства.
Что важно для производства?
- Плотность заряда добавки играет ключевую роль: чем она выше, тем сильнее влияет на бумажную массу.
- Оптимальный ЭКП для максимальной прочности и обезвоживания — слегка отрицательный.
- Комбинирование добавок (например, природных и синтетических) может усилить их эффект.
Это исследование помогает лучше понять, как химические добавки улучшают свойства бумаги, и позволяет оптимизировать её производство, особенно при использовании вторичного сырья.
Исследование основано на работе Шабиева Р.О., Смолина А.С., Кожевникова Ю.С., Ковернинского И.Н. «Химия бумаги: исследование действия упрочняющих и обезвоживающих добавок».
