Размещено на http://www.allbest.ru/

Проклейка бумаги

1. Назначение, способы осуществления, ассортимент проклеивающих веществ. Влияние вида проклеивающего вещества на свойства бумаги

Назначением проклейки служит придание бумаге и картону ограниченных впитывающих свойств по отношению к различным жидкостям, то есть к воде, к чернилам, типографской краске и так далее, а также улучшение различных других физико-механических свойств. При неограниченном впитывании (у неклееной бумаги), например, чернил, они будут впитываться в толщу бумажного листа, расходиться и проходить на его обратную сторону.

При полном отсутствии впитывающих свойств чернила будут просто стекать с поверхности бумаги. Первое и второе явление делают бумагу непригодной для письма и печати. Поэтому процесс проклейки призван обеспечивать для каждого конкретного вида бумаги и картона свою строго определенную впитывающую способность, которая и оценивается степенью проклейки.

Проклейка бывает поверхностная и проклейка в массе. Поверхностная проклейка осуществляется с помощью нанесения крахмального или животного клея на поверхность уже готовой бумаги. Она применяется для производства некоторых высокосортных видов бумаги. К ней относятся документная, чертежная, картографическая бумага и другие. Но в основном все виды бумаги и картона проклеиваются введением проклеивающих веществ в бумажную массу перед отливом листа бумаги, то есть проклеиваются в массе. Для этого процесса используют гидрофобные или водоотталкивающие вещества, а сам процесс проклейки в массе очень часто называют гидрофобизацией бумаги или гидрофобизацией картона. Главным гидрофобизующим веществом служит канифоль, которая выделяется из смолы хвойных древесных пород. Канифольная или смоляная проклейка бумаги была изобретена в 1807г. Иллигом.

Обычно на предприятия проклеивающие вещества приходят в виде готового клея, так называемого клея-пасты - это уже сваренный клей, но все еще не разведенный водой. После того, как его разбавляют водой до нужной концентрации, клей готов к применению. Такой вариант исключает необходимость держать на предприятии клееварочное отделение, и, что самое главное, клей в итоге всегда получается стабильным и очень высокого качества. В перспективе также планируется все предприятия перевести на использование клея-пасты, который поставляется централизованно с нескольких клееварочных заводов.

Для придания бумаге некоторых специфических свойств применяют различные виды проклеивающих веществ, которые сообщают бумаге водостойкость, а также и такие, которые связывают волокна между собой в бумажном листе и тем самым способствуют повышению сомкнутости и механической прочности бумаги, первые называют гидрофобизирующими, а вторые - связующими проклеивающими веществами. В качестве таких материалов наиболее эффективно применяются: обычная и модифицированная канифоль, парафин, горный воск, стеараты, силиконы, битум, латекс, синтетические клеи на основе димеров алкилкетенов (аквапел) и др. Данные вещества придают бумаге нужную степень гидрофобности, снижают ее способность поглощать воду и делают бумагу пригодной для письма чернилами, однако они (за исключением латексов и битумов, которые обладают и связующими свойствами) не увеличивают, а даже несколько снижают механическую прочность сухой бумаги.

Для увеличения эффективности проклейки, а так же для повышения прочностных свойств бумаги в технологическом процессе применяют связующие проклеивающие материалы, к которым относятся: крахмал, его производные (модифицированный крахмал), животный клей, казеин, соевый протеин, производные целлюлозы (карбоксиметилцеллюлоза, метилцеллюлоза, диоксиэтилцеллюлоза), некоторые растительные камеди (манногалактаны), жидкое стекло, синтетические полимеры - поливиниловый спирт, поливинилацетат, полиакриламид, альгинаты, и др.

Процесс проклейки бумаги в массе начинается с момента введения клея в водно-волокнистую суспензию и завершается в сушильной части бумагоделательной машины. Следовательно, начиная с этого момента и кончая получением готовой продукции, этот процесс подвержен активному воздействию многих технологических факторов. Одновременно вносимые в коллоидно-химическую систему проклеивающие материалы и коагулянты оказывают большое влияние практически на все свойства данной системы, т. е. сами выступают возмущающим фактором.

Проклейка в массе всегда представляет собой два параллельно протекающих и взаимно конкурирующих процесса гомо- и гетерокоагуляции. Желательной формой коагуляции при проклейке является гетерокоагуляция, которая ведет к равномерному распределению и закреплению связующего на волокне в виде мельчайших частиц, размер который в идеальном случае соответствует размеру частиц проклеивающей дисперсии. Соотношение между гетерокоагуляцией и гомокоагуляцией при проклейке может протекать по-разному. Кинетика протекания обозначенных процессов обусловлена характером применяемого сырья и материалов, а так же условиями технологического процесса. В связи с этим актуально стоит вопрос о рассмотрении влияния различных технологических факторов и природы проклеивающих и связующих материалов на качество проклейки бумаги.

Эффективность проклейки в значительной мере определяется качеством рабочего раствора клея, которое зависит от выбора исходного проклеивающего материала, условий варки, диспергирования и разбавления до рабочего раствора. Кроме того, одним из важных факторов, влияющих на проклейку бумаги и картона, является показатель рН на различных стадиях многостадийного процесса проклейки, вплоть до формирования листа бумаги. Значения рН массы влияет на химический состав клеевого осадка, степень его гидрофобности и удержания его в целлюлозной массе.

При проведении экспериментальных исследований было установлено что, эффективность проклейки бумаги значительно падает при рН системы более 6,0, так как формируется осадок со слабым положительным зарядом. При подкислении раствора эффективность проклейки усиливается, так как возрастает значение положительного заряда дисперсной фазы. Полученные данные показали что, при значениях рН от 4,0 до 4,5 осадок имеет наилучший эффект проклейки, так как он формирует максимальное значение положительного заряда. При таких условиях скорость процесса флокуляции максимальна. Однако, при дальнейшем усилении кислотности среды эффективность проклейки быстро падает, так как образующийся при этом осадок представляет главным образом свободные смоляные кислоты, которые сами по себе неэффективны.

На практике, для определения оптимальной рН среды и эффективности проклейки учитывается ее взаимосвязь с пенообразованием на бумагоделательной машине. Известно, что тенденция к пенообразованию максимальна при рН от 6 до 4. Осадки, образующиеся в данном диапазоне рН, содержат большое количество свободных смоляных кислот, которые являются эффективным стабилизатором пены. При рН 4 - 4,5 достигается минимальный уровень пенообразования. Образующийся при этом осадок содержит в основном различные формы резинатов алюминия, которые имеют меньшую степень стабилизации пены, чем свободные смоляные кислоты.

Для моделирования водной среды раствора волокнистой суспензии при введении канифольного клея использовали сернокислый алюминий, который является одним из основных материалов, обусловливающих заданный диапазон рН массы и участвуюет в различных реакциях по схеме целлюлозная масса - раствор клея - сернокислый алюминий.

При проведении исследований по установлению влияния температуры на эффективность проклейки бумаги было отмечено что, при увеличении температуры волокнистой суспензии прямопропорционально возрастает расход канифольного клея и снижается эффективность проклейки бумаги. Данный факт может объясняться изменением величины и формы клеевых частиц. Кроме того, с повышением температуры воды объем хлопьеобразования при осаждении канифольных клеев снижается. Поэтому для компенсации снижения объема осаждающихся частиц и их грубодисперсного характера нужно увеличить расход канифоли. Так, повышение температуры воды с 15°С до 30 °С, влечет увеличение расхода канифоли в 1,7 раза.

Высокий проклеивающий эффект нейтральных клеев, получивших преимущественное распространение на отечественных предприятиях, наблюдается при температуре бумажной массы от 15°С до 18 °С. Повышение температуры до 30 °С требует значительного увеличенного расхода клея, а при температуре 35 - 40 °С нейтральный клей оказывается малоэффективным. В этом случае можно рекомендовать обратное введение химикатов или высокосмоляной клей. Если нет возможности избежать высокой температуры и приготовить высокосмоляной клей, следует до минимума сократить хранение рабочего раствора клея, что предотвратит укрупнение частиц и потерю стабильности на этой стадии, а также перенести подачу сульфата алюминия ближе к сеточной части, например перед смесительным насосом. Эта мера заметно снизит укрупнение и агрегатирование осадков за счет сокращения до минимума время реакции с канифольным клеем.

В качестве примеров бумаги с различной степенью проклейки можно отнести бесчисленное множество типов бумаги для печатания документов различного назначения, копировальная бумага, бумага для изготовления конвертов, бумага для офсетной печати, бумага для струйной печати, а также продукция точной переработки, такая, как конверты и бумага машинной выработки с добавками, также применять в отношении бумаги любых других типов, включая бумагу, изготовленную в кислотных или щелочных условиях производства бумаги, и включая, например, без ограничений газетную бумагу, картон, такой, как картон для упаковки жидкостей, оклеечный картон из переработанной макулатуры и, кроме того, бумагу для тех областей техники, где необходима бумага ручного отлива, требующая проклейки, и другую бумажную продукцию. Такие области техники включают нанесение водного клея, струйную печать и офсетную печать.

2. Связующие, закрепляющиеся в результате испарения растворите ля. Состав, применение, механизм закрепления

Связующие представляют собой растворы твердых смол в быстро-, средне- и медленнолетучих органических растворителях.

Связующие на быстролехучих растворителях используют главным образом для красок глубокой печати.

При печатании на бумаге такими красками вначале наблюдается небольшое впитывание связующего, но в основном закрепление происходит за счет интенсивного испарения растворителя, в результате чего увеличивается концентрация смолы и повышается ее вязкость. К моменту почти полного испарения растворителя на поверхности оттиска образуется твердая смоляная пленка с равномерно распределенными в ней частицами пигмента.

На процесс испарения в значительной степени влияет ряд внешних факторов: температура, влажность воздуха, скорость удаления паров растворителя и др. Например, при повышении температуры от 20 до 40° С интенсивность испарения растворителя увеличивается более чем в два раза. Еще значительней увеличивается скорость испарения при одновременном повышении температуры и быстром удалении паров. Поэтому для ускорения закрепления краски на машинах глубокой печати устанавливают сушильные устройства различного типа.

Для связующих в качестве быстролетучего растворителя используют толуол, а основным пленкообразователем служит смола -- резинат цинка и кальция, используют также смолы типа РЛ-40, которые обладают лучшей стабилизирующей способностью и образуют хорошую пленку. Для придания пленке большей прочности вводят раствор этилцеллюлозы, а для повышения эластичности -- раствор циклокаучука.

Обычно связующие красок глубокой печати, которые называют также лаками, содержат в среднем 40% смолы (от одного до трех видов) и 60% растворителя. Особенностью этих связующих веществ является их малая вязкость. проклеивающий связующий прочностной бумага

В ряде случаев с целью некоторого замедления процесса испарения в связующее вводят небольшое количество медленнолетучего растворителя, например уайт-спирита, изопропилового спирта.

Введение медленнолетучего растворителя необходимо при печатании на машинах, работающих на небольших скоростях. При этом следует иметь в виду, что при небольшой скорости испарения растворителя увеличивается глубина впитывания жидкой краски.

В связи с этим понижается интенсивность оттиска, а также замедляется закрепление краски в первой стадии -- схватывание. Поэтому при высоких скоростях печатания время схватывания не должно превышать 0,5 с, а коэффициент испарения растворителя -- 8.

При производстве красок глубокой печати вначале готовят смоляные растворы -- лаки с небольшой вязкостью в 0,3 -- 0,4 Па * с, затем из нескольких лаков с добавлением растворителя составляют связующее.

Примерный состав связующего, %:

Резинат цинка и кальция60%-ный р-р63--66

Этил целлюлоза, 10%-ныйр-р5--6

Циклокаучук, 50%-ный р-р11--12

Толуол16--20

Толуольные связующие обеспечивают получение продукции выского качества и нормальное течение процесса печатания, но имеют ряд существенных недостатков: они вредны для здоровья человека при скоплении паров выше допустимого предела, поэтому в цехах глубокой печати необходимо устанавливать приточно-вытяжную вентиляцию. Кроме того, они огнеопасны и требуют особой осторожности в обращении с ними.

Связующие на среднелетучих растворителях используют для красок, предназначенных для печатания на невпитывающих поверхностях -- целлофане, алюминиевой фольге, обра-ботанной полиэтиленовой пленке.

Все эти связующие представляют собой растворы твердых смол в растворителях с различной летучестью. Образование прочной пленки происходит при испарении растворителя. При печатании на невпитывающих поверхностях достаточно прочное сцепление краски с запечатываемым материалом обеспечивается введением в связующее соответствующего растворителя-пластификатора, немного размягчающего поверхность материала, или использованием смол, совмещающихся с запечатываемым материалом.

Связующие для красок глубокой печати содержат среднелетучий растворитель -- бутилацетат и смолу -- поливинилхлорид. При необходимости добавляют и другие смолы.

Примерный состав связующего для универсальных красок глубокой печати, предназначенных для печатания на невпитывающих поверхностях,%:

Раствор виниловой смолы в бутилацетате 9%-НЫЙ.89

Эпоксидная смола11

Связующее содержит среднелетучий растворитель (бутилацетат), поэтому при печатании оттиски обязательно должны проходить через сушильное устройство.

Связующие для флексографскцх универсальных красок представляют собой растворы натуральных или синтетических смол в среднелетучем растворителе, чаще всего в этиловом техническом спирте с добавлением других компонентов.

Примерный состав связующего для красок серии ФУШЛ (флексографские, универсальные на основе шеллачной смолы), %:

Шеллачный 35%-НЫЙ р-р в спиртоэтилацетате87

Меламиноформальдегидная смола10

Дибутилфталат3

Краски серии ФУШЛ предназначены для печатания на невпитывающих материалах с обязательным прохождением оттисков через сушильные устройства.

Связующие для трафаретных красок серии ТНПФ содержат пентафталевую смолу и среднелетучий растворитель -- уайт-спирит. В качестве пленкообразователя может быть использована алкидно-стирольная смола. Краски на таких связующих используют для печати на целлофане, алюминиевой фольге, жести, триацетатной и обработанной полиэтиленовой пленках. Закрепление происходит в результате испарения растворителя и длится в естественных условиях около 4 ч, а при температуре 120° С -- 30-- 40 мин.

Скорость закрепления можно регулировать в некоторых пределах введением различных по своей летучести растворителей. Например, для замедления затвердевания в краски рекомендуется вводить керосиновую фракцию с температурой кипения 230-- 290° С.

Связующие с медленнолетучими растворителями предназначаются для типографских и офсетных красок. Закрепление происходит при испарении растворителя под действием тепла. Применяются для изготовления красок, которыми печатают на быстроходных рулонных машинах. Они состоят из одного или нескольких видов смол, растворенных в медленнолетучих растворителях. Такие растворители обеспечивают при обычной температуре достаточную устойчивость краски при раскате и накате, но при подогреве, когда оттиски с большой скоростью проходят через сушильное устройство с открытым газовым пламенем, вязкость краски понижается, происходит впитывание, быстрое испарение растворителей, и на запечатанной поверхности остается смоляная пленка с пигментом.

Обычно в качестве растворителя используют керосиновые фракции (РПК-240) и легкие минеральные масла (МП-1). Вторым компонентом, образующим пленку, является смола, чаще всего СФ-460 и СФ-461.

Примерный состав связующего, %:

Смола СФ-461........25

Смола М-80 26

Керосиновая фракция РПК-240.....38

Трансформаторное масло 11

Для закрепления связующего (краски) необходимо специальное сушильное устройство и вентиляционная установка. Краски, полученные на подобных связующих, при печатании в таких условиях быстро закрепляются на оттиске при сравнительно небольшом впитывании. В результате получаются интенсивные оттиски с прочной пленкой без пробивания краски на оборотную сторону и без отмарывания. Такими красками можно печатать многокрасочную продукцию при наложении краски на краску. Например, офсетными и типографскими красками печатают иллюстрированные журналы и упаковочную продукцию на быстроходных ротационных рулонных машинах. Однако применение красок вызывает большой расход энергии.

Список литературы

1. Березин, Б.И. Полиграфические материалы; М.: Советская Россия, 2012.

2. Фиорини, М.; Молинари, М. Основные параметры печатного процесса и их оперативный контроль; СЦДБ, 2013.

3. Зельдович, Б.З. Менеджмент в полиграфии; МГАП Мир книги, 2012.

4. Дроздов, В.Н. Синтез алгоритмов цифровых систем управления полиграфическим оборудованием; СПб: Петербургский институт печати, 2008. - 200 c.

Размещено на Allbest.ru