Реферат: Целлюлозо–бумажное производство

Свойства бумаги легче всего поддаются объяснению, если исходить из того, что бумага является упругопластическим капилянрно-пористым коллоидным материалом.

Происхождение термина «бумага» остается до сих пор не­ясным. Однако в европейских странах это понятие явно свя­зано с корнем слова папирус — растения, из которого в былое Бремя изготовлялся бумагоподобный материал. Действительно, бумага по английски — (theрарег, по немецки — das Рарiеr, но французски —le рарiеr.

Обычно при изготовлении разных видов бумаги применяют два, три и более волокнистых полуфабрикатов, образующих, таким образом, композицию бумаги по виду волокон. Иногда ее изготовляют из одного волокнистого полуфабриката, подготовленного для этого соответствующим образом. Очень часто в композицию бумаги вводят минеральные наполнители, проклеивающие и окрашивающие вещества.

В Советском Союзе приняты следующие обозначения. Когда после названия вида бумаги (например, типографская, писчая, офсетная) стоит номер и одна из цифр от О до 3 включительно, то эти цифры свидетельствуют о композиции бумаги по виду использованных волокон. О — означает, что бумага изготов­лена из тряпичных волокон, 1 — из 100 % волокон целлюлозы, 2 —из 50% целлюлозы и 50% древесной массы, 3 —из 35% целлюлозы и 65% древесной массы.

В настоящее время мировая бумажная промышленность, выпускает свыше 600 видов бумаги и картона, обладающих разнообразными, а в ряде случаев совершенно противополож­ными свойствами: высокопрозрачные и почти совершенно не­прозрачные (неактиничные); электропроводящие и электро­изоляционные; толщиной в 4—5 мкм (т. е. в 10—15 раз тоньшечеловеческого волоса) и толстые виды картона, хорошо впитывающие влагу и водонепроницаемые (бумажный бре­зент); прочные и слабые, гладкие и шероховатые; паро-, газо-,, жиронепроницаемые и др.

Это разнообразие свойств разных, видов бумаги обеспечи­вает широкие возможности применения ее не только в быту и в качестве материальной основы для письма и печати, но и в различных областях народного хозяйства: химической, элек­тро-, радиотехнической, пищевой, строительной и других от­раслях промышленности.

Часто смешивают понятия вид и сорт бумаги, хотя сорт обычно определяет качество одного и того же вида бу­маги (например, 1-й или 2-й сорт того или иного Вида бумаги).

Не следует относить к другому виду бумагу того же назна-чения, но отличающуюся величиной массы 1 м² . Например, ме­шочная бумага массой I м² 80 г и 70 г остается одним и тем же видом бумаги, т. е. мешочной бумагой, но эти разновид­ности мешочной бумаги могут быть названы ее марками., Существует множество разновидностей бумаги по ее назна­чению, по массе 1 м² , окраске или по какому-либо другому признаку (по некоторым литературным данным их свыше 7000 разновидностей).

Отсутствует четкое различие между понятиями бумага и картон. Условно принято считать, что картоном называют-продукцию, имеющую массу 1 м² более 250 г, толщину более 0,5 мм. Однако такое определение нельзя считать точным. На­пример, волокнистый материал, применяемый в текстильной промышленности и именуемый шпульной бумагой, имеет массу 1 м² до 400 г при толщине 0,6 мм, в то же время некоторые виды бумажной продукции при толщине 0,1 мм и массе 1 м² 110120 г называют электроизоляционным картоном.

Не следует смешивать понятия обработка и переработка-бумаги. Под обработкой бумаги понимаются процессы мелования, поверхностной проклейки, пропитки, окраски, по­крытия бумаги битумными, светочувствительными и другими эмульсиями, а также гуммирование, гофрирование, крепирование, тиснение, армирование и др. Под переработкой бу­маги понимаются операции превращения бумаги в другие из­делия: в фибру, растительный пергамент, гильзы, шпули, бу­мажную пряжу, мешки, тетради, блокноты, конверты, альбомы и др.

Иногда массу 1 м² бумаги ошибочно называют ее плот­ностью. Известно, что плотность материала представляет со­бой величину массы этого материала в единице объема. Та­ким образом, по своему физическому смыслу и по размерно­сти величин понятия «масса 1 м² » и «плотность» являются: совершенно различными и отождествлять их не следует.

БУМАГООБРАЗУЮЩИЕ СВОЙСТВА ПОЛУФАБРИКАТОВ БУМАЖНОГО СВОЙСТВА

При выборе нужного вида волокнистого материала следует учитывать его бу м а го обр а зу ющ ие свойства, кото­рые в совокупности определяют достижение требуемого каче­ства изготовляемой бумаги. При этом имеется в виду как по­ведение материала в технологических процессах изготовляемой из него бумаги, так и его влияние на свойства получаемой бу­мажной массы и готовой бумаги. Таким образом, бумагообра-зующие свойства волокнистого материала нельзя охарактери­зовать однозначно каким-либо показателем. Действительно, по отношению к процессу размола бумагообразующие свойства материала характеризуются, например, его способностью рас­щепляться на фибриллы (фибриллированне) или укорачи­ваться, скоростью достижения требуемой степени помола. По отношению к процессу отлива листа из бумажной массы важ­ным является, например, показатель скорости обезвожива­ния и т. д.

Строение исходных волокон во многом определяет их бума-гообразующие свойства. Волокна трубчатого строения способ­ствуют получению пухлых видов бумаги, обладающих повы­шенной впитывающей способностью. Такие волокна требуют больше времени для фибриллирования. Из волокон ленточ­ного строения обычно получается плотная прочная бумага с сомкнутой поверхностью. Толстостенные волокна (с толщи­ной стенки 6—8 мкм) легче фибриллируются, а тонкостенные (1,5—2 мкм) более подвержены поперечной рубке.

Волокна твердых пород древесины, как правило, обеспечи­вают непрозрачность, пухлость, воздухопроницаемость и впи­тывающую способность бумаги. Волокна мягких пород, наоборот, придают бумаге относительно более высокую про­зрачность, плотную структуру и высокие показатели сопротив­ления разрыву (табл. 1).

Сырьем для изготовления разных полуфабрикатов явля­ется древесина девяти основных пород, используемых в раз­личных соотношениях: ели, сосны, пихты, ольхи, лиственницы, тополя, березы, осины, бука. Наряду с этими породамивмень-шем количестве используется также древесина эвкалипта, каштана, липы, дуба, клена и других пород. Указанное сырье де­лится на две группы: хвойные и лиственные породы древесины, отличающиеся между собой по химическому со­ставу н морфологическим признакам, известным студентам из курса химии древесины и целлюлозы. Эти различия опреде­ляют н различия в свойствах волокон соответствующих полу­фабрикатов.

Основным полуфабрикатом для производства бумаги яв­ляется целлюлоза — продукт варки растительного сырья

I, ЗАВИСИМОСТЬ СВОЙСТВ БУМАГИ ОТ МОРФОЛОГИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЫ и ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА ВОЛОКОН (ПО ВУЛЬЧУ) Свойства бумаги	Влияние увеличения			Отношение к поперечному сечения стенок волокон к их общему числу поперечному сечению
содержания		длина волокон
гемицеллюлоз	лигнина
Разрывная длина	Весьма положительно	Весьма отрицательно	Ограничено	Весьма отрицательно
Сопротивление продавливанию	То же	То же	То же	То же
Сопротивление излому	>>	>>	Положительно	>>
Плотность	>>	Отрицательно	Отрицательно	>>
Прозрачность	>>	То же	Положительно	>>
Постоянства размеров	Весьма отрицательно	Положительно	Отрицательно	Весьма положительно
Сопротивлению разрыву	То же	То же	Весьма положительно	Положительно
Светонепрницаемость	>>	>>	Отрицательно	Весьма положительно
Пористость	>>	>>	Положительно	То же

с кислотой (сульфитный метод), щелочью (сульфатный) или методом, являющимся модификацией указанных методов (би-сульфитный, полисульфидный и др.). Выход обычной целлю­лозы из древесины в зависимости от вида древесины и способа ее варки находится в пределах от 46 до 53%. Целлюлоза высокого выхода характеризуется выходом выше 53 и до 65 %.

При сравнении свойств сульфатной и сульфитной целлюлозы легко видеть, что волокна сульфатной целлюлозы при всех прочих равных условиях придают бумаге, как пра­вило, более высокие показатели механической прочности по сопротивлениям разрыву, излому, продавливанию и надрыву, повышенное удлинение до разрыва, термостойкость, долговеч­ность и меньшую прозрачность, чем волокна сульфитной цел­люлозы, особенно полученные в результате варки на кальцие­вом основании. Поэтому сульфатная целлюлоза успешно используется для изготовления прочных упаковочных видов бу­маги, мешочной бумаги, а также бумажной пряжи и шпагата.

Бумага, изготовленная из волокон сульфатной целлюлозы, обладает более высокими показателями диэлектрических свойств, благодаря чему многие виды сульфатной бумаги и применяются в качестве электроизоляционных (кабельная, те­лефонная, конденсаторная и др.). Волокна сульфатной целлю­лозы более гибкие, на их поверхности меньше микротрещин, они труднее размалываются, меньше укорачиваются при раз­моле по сравнению с волокнами сульфитной целлюлозы.

Добавка сульфатной целлюлозы к сульфитной в компози­цию бумаги уменьшает склонность бумаги к скручиванию и несколько повышает ее начальную прочность во влажном состоянии. Именно в связи с последним обстоятельством, а также для некоторого увеличения растяжимости бумаги при­меняют небольшую добавку полубеленой сульфатной целлю­лозы в композицию газетной бумаги. Выход сульфатной цел­люлозы на 3—4 % ниже, чем сульфитной, при равной степени делигнификации и на 6—7 % ниже, чем бисульфитной. Небе-леаап сульфатная целлюлоза темнее небеленой сульфитной и труднее отбеливается.

Применение в производстве бумаги полуфабрикатов из лиственных пород древесины привлекает тех­нологов-бумажников не только потому, что лиственная древе­сина дешевле хвойной и ее использование расширяет сырье­вую базу для бумажной промышленности. Это само по себе очень важно, но не исчерпывает преимущества применения по­луфабрикатов из лиственной древесины.

Наличие лиственной целлюлозы в композиции бумаги при­водит к получению более однородной структуры листа, в ко­тором короткие волокна лиственной целлюлозы заполняют пространства между длинными волокнами (трахеидами) хвой­ной целлюлозы. В результате изготовляется бумага с мень­шей склонностью к короблению и скручиваемости, меньшей разносторонностью, лучшим удержанием минерального напол­нителя и меньшей деформацией при намокании.

При использовании в композиции бумаги лиственной цел­люлозы возрастает непрозрачность листа, особенно если при­меняется беленая сульфатная лиственная целлюлоза. Возрас­тают также гладкость бумаги и ее впитывающая способность. в том числе и к типографской краске. Совокупность этих свойств обеспечивает улучшение печатных свойств бумаги

При использовании в композиции бумаги лиственной цел­люлозы возрастает непрозрачность листа, особенно если при­меняется беленая сульфатная лиственная целлюлоза. Возрас­тают также гладкость бумаги и ее впитывающая способность, в том числе и к типографской краске. Совокупность этих свойств обеспечивает улучшение печатных свойств бумаги.

Полуфабрикаты из лиственных пород древесины придают бумаге ощущение мягкости — свойства важного для санитарнобытовых видов бумаги и бесшумности при перелистывании (нотная бумага, бумага для текстов радио и телевизионных дикторов из натронной беленой лиственной целлюлозы). Вме­сте с тем полуфабрикаты из лиственной древесины повышают жесткость коробочного и других видов картона главным образом за счет повышения толщины полотна при одной и той же массе I м' картона.

Таким образом, полуфабрикаты из лиственных пород дре­весины придают бумажной продукции ряд ценных свойств. Однако есть и недостатки при использовании лиственной дре­весины. Из-за повышенной плотности эта древесина в воде то­нет, что исключает ее сплав. Обычный метод мокрой окорки для лиственной древесины не пригоден. Различия в химиче­ском составе и морфологическом строении лиственных и хвой­ных пород древесины требуют их раздельной варки. Поэтому для лиственных пород древесины на целлюлозном заводе дол­жен быть отдельный технологический поток варки, промывки, очистки и отбелки целлюлозы.

Точно так же на бумажной фабрике для полуфабрикатов" из лиственной целлюлозы должен быть самостоятельный тех­нологический поток ее переработки и в первую очередь раз­дельный размол лиственной и хвойной целлюлозы. Совместный размол этих полуфабрикатов допустим лишь при малом содер­жании лиственной целлюлозы в композиции бумаги.

Использование лиственной целлюлозы в бумажном произ­водстве приводит к некоторому снижению. отдельных по­казателей механической прочности бумаги, существенному уменьшению влагопрочности и поверхностной прочности. Эти затруднения в значительной степени могут быть преодолены установлением необходимого режима размола лиственной цел­люлозы, введением в бумажную массу связующих, а также поверхностной обработкой бумаги. Вместе с тем следует также иметь в виду, что использование лиственной целлюлозы вле­чет За собой повышенное содержание мелких волокон в сточ­ной воде, увеличивает нагрузку на работу улавливающей ап­паратуры.