Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Литературный обзор 10
1.1. Современные тенденции
использования химических вспомогательных средств в
производстве целлюлозных композиционных материалов 10
1.2. Общие представления о химических вспомогательных средствах и их влиянии на качество целлюлозных композиционных материалов 11
1.2.1. Гидрофобизирующие вещества 11
1.2.2. Вещества для упрочнения целлюлозных композиционных материалов 20
1.2.3. Вещества для повышения удержания 23
1.2.4. Деаэраторы 26
1.2.5. Коагулянты 27
1.3. Возможные механизмы связеобразования между целлюлозными волокнами и влияние ХВС 28
1.4. Сравнение функциональных свойств химических вспомогательных средств и рекомендации по их промышленному использованию 32
1.5. Выводы, определение цели диссертации и постановка задач исследований 34
Глава 2. Методическая часть 36
2.1. Характеристика использованных ХВС 36
2.1.1. «Аква-Аурат» 36
2.1.2. Натрий карбоксиметилцеллюлоза 38
2.1.3. Сульфат алюминия 38
2.1.4. Лигносульфонаты 39
2.1.5. Катионный крахмал 41
2.1.6. Полиакриламид 41
2.1.7. Жирные кислоты таллового масла 42
2.1.8. Канифоль талловая 43
2.1.9. Канифоль талловая модифицированная 44
2.1.10. Парафин 45
2.1.11. Деаэраторы 45
2.1.12. Меламиноформальдегидная смола 45
2.1.13. Димеры алкилкетенов 46
2.1.14. Алкенил сукциновые ангидриды 46
2.1.15. Гидрофобизирующие составы на основе канифоли 47
2.1.16. Полиэтиленимин 47
2.1.17. Лаурилсульфат натрия 48
2.1.18. Кокоамидопропилбетаин 48
2.1.19. Канифоль живичная 49
2.1.20. Поливиниловый спирт 49
2.2. Характеристика использованных волокнистых материалов и наполнителей 50
2.2.1. Характеристика использованных волокнистых материалов 50
2.2.2. Характеристика использованных наполнителей 51
2.3. Приборы, использованные в работе 51
2.3.1. Ионометр лабораторный 52
2.3.2. Ультратермостат 52
2.3.3. Перемешивающее устройство 52
2.3.4. Роторно-пульсационный аппарат 53
2.3.5. Листоотливной аппарат 55
2.4. Методики проведения экспериментов 56
2.4.1. Методики приготовления и
использования гидрофобизирующего состава 56
2.4.2. Методика приготовления отливок целлюлозного композиционного материала 58
2.4.3. Методы анализа качественных показателей целлюлозного композиционного материала 59
2.5. О методах математического планирования экспериментов 65
2.6. Обработка результатов исследований 66
Глава 3. Экспериментальная часть 70
3.1. Научное обоснование использования полиоксихлорида алюминия в технологии целлюлозных композиционных материалов 70
3.2. Исследование поведения полиоксихлорида алюминия в водных средах 73
3.2.1. Исследование влияния полиоксихлорида алюминия на рН водно-волокнистых суспензий 73
3.2.2. Исследование влияния полиоксихлорида алюминия на коагуляцию канифольных дисперсий 76
3.2.3. Исследование влияния полиоксихлорид алюминия на коагуляцию дисперсий димеров алкилкетенов 78
3.2.4. Исследование взаимодействия полиоксихлорида алюминия с полимерами анионного характера 79
3.3. Исследование влияния полиоксихлорида алюминия на свойства целлюлозных композиционных материалов 84
3.3.1. Исследование влияния полиоксихлорида алюминия на свойства целлюлозных композиционных материалов для тары и упаковки 84
3.3.2. Исследование влияния полиоксихлорида алюминия на свойства целлюлозных композиционных материалов для письма и печати 119
3.3.3. Исследование влияния полиоксихлорида алюминия на свойства бумаги-основы для декоративно облицовочных материалов 123
3.3.4. Исследование влияния полиоксихлорида алюминия на процесс гидрофобизации целлюлозных композиционных материалов целлюлозореактивными веществами 128
3.3.5. Исследование влияния полиоксихлорида алюминия на свойства коробочного картона 134
Глава 4. Технологическая часть 140
Глава 5. Экономическая часть 145
5.1. Технико-экономическое обоснование использования полиоксихлорида алюминия в технологи целлюлозных композиционных материалов 145
5.2. Выводы по экономической части 150
6. Основные выводы и рекомендации 150
Список литературы
- Общие представления о химических вспомогательных средствах и их влиянии на качество целлюлозных композиционных материалов
- Жирные кислоты таллового масла
- Исследование поведения полиоксихлорида алюминия в водных средах
- Технико-экономическое обоснование использования полиоксихлорида алюминия в технологи целлюлозных композиционных материалов
Введение к работе
В настоящее время при производстве целлюлозных композиционных материалов всё больше внимания уделяется использованию химических вспомогательных средств (ХВС). Это связано с необходимостью решения целого комплекса задач:
повышения качества продукции при всё возрастающих требованиях к ее потребительским свойствам и жесткой рыночной конкуренции;
возможности максимально использовать в технологии целлюлозных композиционных материалов относительно дешевые волокнистые полуфабрикаты (ВПФ), такие, как лиственная целлюлоза, древесная масса и особенно макулатура [1, 2, 3, 4];
повышения эффектовности работы производственного оборудования, максимального повышения его производительности [5];
экологических проблем, снижения количества и вредности промышленных выбросов.
Указанный комплекс задач фактически охватывает все сферы производства целлюлозных композиционных материалов, и решение этих задач в настоящее время представляется особенно актуальным. Одним из наиболее перспективных путей их решения является разработка рациональных промышленных схем использования ХВС. В эту группу веществ входит широкий спектр различных материалов, отличающихся по своему химическому строению, составу, и имеющих разное назначение: гидрофобизирующие составы, коагулянты, флокулянты, упрочняющие и удерживающие добавки, деаэраторы, биоциды, поверхностно-активные вещества (ПАВ) для различных целей и др. [6].
Никакое современное производство целлюлозных композиционных материалов не обходится без применения ХВС. Однако некоторые схемы их использования в настоящее время являются устаревшими и не могут удовлетворить современные требования к технологическому процессу производства и качеству конечной продукции. В то же время появление новых ХВС, в том числе отечественного производства, открывает возможности их
7 перспективного использования в промышленности, но для этого необходимы научные исследования, касающиеся изучения свойств этих веществ, их поведения в процессе производства продукции и их влияния на ее качество [7].
В связи со сложившейся в России экономической обстановкой в настоящее время наблюдается значительное отставание российской промышленности в технологии использования ХВС для производства целлюлозных композиционных материалов по сравнению с экономически развитыми странами [7]. В то же время технологическое использование ХВС зарубежного производства, и, как следствие, почти полная зависимость от западного рынка, для России с ее богатыми ресурсами и возможностями кажется противоестественным. Поэтому для российской промышленности особенно актуальным представляется разработка собственных ХВС и их производство из отечественного сырья, а также использование уже существующих в настоящее время ХВС, но не находящих широкого промышленного применения из-за недостаточности или отсутствия научных разработок в области их промышленного использования [8-12].
При разработке схем использования ХВС для производства целлюлозных композиционных материалов важно знать не только свойства каждого отдельно исследуемого вещества или композиции, но и их взаимное влияние друг на друга и на свойства конечного продукта при их введении в волокнистую массу и формовании готового материала. Сочетаемость ХВС между собой - один из главных критериев их совместного использования в современных схемах введения химикатов. Для некоторых ХВС эти вопросы до настоящего времени не исследовались, и поэтому в настоящее время они всё еще актуальны. Кроме того, учитывая фактор сочетаемости ХВС, можно предполагать, что с разработкой новых веществ этой группы в свою очередь возможно более широкое и эффективное использование ХВС, которые уже были разработаны и выпускались в промышленных масштабах, но не находили широкого применения при производстве целлюлозных композиционных материалов.
Выбор темы диссертации определялся актуальностью
вышеперечисленных задач. В процессе выполнения диссертационных
8 исследований изучалась большая группа ХВС в целях установления их влияния на процессы формования бумажно-картонных материалов, технологический процесс производства и свойства конечной продукции. Было разработано несколько схем использования ХВС в технологии производства целлюлозных композиционных материалов и даны рекомендации по их внедрению в производство. При этом особое внимание было уделено некоторым ХВС отечественного производства, разработанным и промышленно выпускаемым в России лишь последние несколько лет, аналогичных исследований по использованию которых в технологии целлюлозных композиционных материалов ранее не проводилось. Среди таких ХВС одним из наиболее перспективных для производства целлюлозных композиционных материалов представляется полиоксихлорид алюминия (ПОХА), производство которого недавно было освоено в России под торговым названием «Аква-Аурат». ПОХА может найти самое широкое промышленное применение для решения целого комплекса производственных задач.
Научными задачами диссертации явились:
Анализ существующих в мировом производстве целлюлозных композиционных материалов и технологий использования ХВС в целях обобщения имеющегося в настоящее время производственного опыта и определения наиболее перспективного направления их применения.
Исследование влияния «Аква-Аурата» на свойства водно-волокнистых суспензий.
Исследование влияния «Аква-Аурата» в сочетании с другими ХВС на свойства волокнистой массы и на процесс формования целлюлозного композиционного материала.
Разработка наиболее рациональных и схем использования «Аква-Аурата» в сочетании с другими ХВС при формовании целлюлозных композиционных материалов.
Технико-экономическое обоснование разработанных схем использования «Аква-Аурата» в сочетании с другими ХВС в современном производстве целлюлозных композиционных материалов.
9 Результаты лабораторных исследований были проверены в производственных условиях на Караваевской бумажной фабрике (ОАО «Караваево»), и были получены положительные результаты.
Ожидается, что экономический эффект от использования новой технологии будет существенным, а его уровень будет определен после опытно-промышленного освоения технологии.
Автор выносит на защиту:
результаты исследований влияния «Аква-Аурата» на свойства волокнистой массы;
результаты исследований влияния «Аква-Аурата» в сочетании с другими ХВС на процесс формования целлюлозного композиционного материала;
результаты исследований свойств целлюлозных композиционных материалов, изготовленных с использованием «Аква-Аурата», и их сравнение с ближайшими аналогами;
результаты исследований технологических параметров промышленного использования «Аква-Аурата» в производстве целлюлозных композиционных материалов;
технико-экономическое обоснование использования «Аква-Аурата» в технологии целлюлозных композиционных материалов.
Общие представления о химических вспомогательных средствах и их влиянии на качество целлюлозных композиционных материалов
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 [13, 14, 15]. 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 схемы использования ХВС, то есть комбинации ХВС, подаваемых в волокнистую массу в определенном соотношении и определенной последовательности. Ведущими фирмами, производящими ХВС для бумажной промышленности, такими, как "Hercules", "BASF", "Kemira", "Raisio" и др., разработаны схемы использования ХВС для производства каждого конкретного вида продукции, которые включают системы упрочнения, удержания, и др. Современные схемы использования ХВС 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: более высокая степень гидрофобности получаемого материала; возможность использования СаСОз в качестве наполнителя; большая 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 [16, 17, 18].
Современная технология производства целлюлозных композиционных материалов требует применения гидрофобизирующих, упрочняющих, удерживающих веществ, веществ-фиксаторов, связывающих присутствующие в производственной воде нежелательные анионные загрязнения [19]. 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" [20, 21]. Широкое применение нашли такие ХВС, как деаэраторы, коагулянты, флокулянты, поверхностно-активные вещества (ПАВ), смолы-катализаторы и др. [22-25].
Часто каждый отдельный вид ХВС нельзя строго отнести к какой-то одной из 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.
Это широкий ассортимент материалов, использующихся для придания целлюлозным композиционным материалам ограниченной впитываемости воды и водных растворов - гидрофобности [26]. Полагают, что гидрофобные свойства целлюлозного композиционного материала достигаются за счет осаждения и закрепления частиц гидрофобизирующего вещества на целлюлозных волокнах, их попаданию в поры целлюлозного композиционного материала, благодаря чему повышается поверхностное натяжение на границе раздела фаз «воздух-вода-гидрофобная частица», препятствующее проникновению воды в толщу материала [27-29].
Во многих литературных источниках [30-39] гидрофобизирующие составы часто обозначаются термином «клеи». Этот термин является ошибочным, так как данные составы не обладают важнейшим свойством клеев - высокой адгезионно-когезионной способностью, и даже наоборот - способны понижать адгезионные силы, играющие, как предполагается [32], важную роль при образовании связей между целлюлозными волокнами.
Данные материалы вырабатываются на основе природной канифоли и занимают одно из важнейших мест в технологии производства большинства видов целлюлозных композиционных материалов [30].
Одним из главных недостатков «классической» гидрофобизации целлюлозных композиционных материалов с помощью канифоли является использование для ее эффективного осуществления кислой среды при формовании полотна материала (рН = 4,3...5,0). В настоящее время разработаны системы гидрофобизации составами на основе канифоли, когда рН формования может быть повышено до 6,5...7,5 [27,28, 31, 32].
Составы на основе полностью омыленной канифоли. Данные материалы производятся на основе канифоли, полностью омыленной щелочью, и представляют собой, за вычетом примесей, натриевые соли смоляных кислот (резинаты натрия). Обычно для получения этих составов используется химически модифицированная живичная, талловая или экстракционная канифоль. К достоинствам данных гидрофобизирующих составов относятся: возможность использования для их получения практически любых сортов промышленно выпускаемой канифоли; простота технологии приготовления; невысокая себестоимость; возможность получения составов высокой концентрации (около 75 %); устойчивость к влиянию погодных условий (холода и тепла); биологическая стойкость.
Жирные кислоты таллового масла
Жирные кислоты являются головной фракцией при разделении таллового масла и состоят из собственно жирных кислот общей формулой R-COOH (где R -линейный углеродный скелет, содержащий одинарные и двойные связи) с незначительными примесями смоляных кислот и неомыляемых веществ. Среди отдельных представителей - линолевая, олеиновая, пальмитиновая, стеариновая, не идентифицированный насыщенный ряд кислот. По внешнему виду - это маслянистая жидкость светло-желтого цвета, не растворимая в воде, растворимая в органических растворителях. По физико-химическим показателям талловые жирные кислоты должны соответствовать требованиям и нормам, указанным в таблице 2.3.
Талловые жирные кислоты используются как заменитель растительных масел, в лакокрасочной и полиграфической промышленности, при получении пластификаторов для пластмасс. В настоящей диссертационной работе была сделана попытка использовать жирные кислоты таллового масла как компонент перспективных гидрофобизирующих композиций для производства целлюлозных композиционных материалов с использованием «Аква-Аурата».
Канифоль талловая - это фракция смоляных кислот общей химической формулой С19Н29СООН, выделенная при ректификации таллового масла, содержащая в основном смоляные кислоты с примесью жирных кислот и нейтральных веществ. Среди отдельных представителей - абиетиновая, дегидроабиетиновая, палюстровая и др.
По своим физико-химическим показателям канифоль талловая должна соответствовать требованиям и нормам, указанным в таблице 2.4.
Канифоль талловая предназначена для использования в целлюлозно-бумажной промышленности для производства картона и бумаги, лакокрасочной, резиновой и других отраслях промышленности. В производстве целлюлозных композиционных материалов основное ее назначение -гидрофобизирующий агент.
Канифоль талловая модифицированная - это продукт обработки канифоли талловой модифицирующим агентом (фумаровая кислота или малеиновый ангидрид).
По своим физико-химическим показателям канифоль талловая модифицированная должна соответствовать требованиям и нормам, указанным в таблице 2.5.
Канифоль талловая модифицированная предназначена для использования в целлюлозно-бумажной промышленности для производства гидрофобизирующих составов, а также в других областях промышленности. При проведении исследований в рамках данной диссертационной работы она использовалась в качестве компонента гидрофобизирующих составов.
Парафин является продуктом переработки нефти и представляет собой смесь твердых углеводородов. В воде нерастворим, растворяется во многих органических растворителях. В настоящей диссертационной работе парафин использовался как компонент перспективных гидрофобизирующих композиций для производства целлюлозных композиционных материалов с использованием «Аква-Аурата».
Цель использования деаэраторов в данной научной работе - снижение пенообразования и удаление воздуха из волокнистой массы. Использовались деаэраторы марок «Afranil» (концерн BASF, Германия) и «Foamex» (компания «Kemira», Финляндия), представляющие собой водную дисперсию поверхностно-активного вещества (смесь алифатических спиртовых производных — эфиров жирных кислот в различной форме) концентрацией 30 % по сухому веществу.
Меламиноформальдегидные смолы (МЛФС) находят широкое применение в производстве целлюлозных композиционных материалов, в частности, для повышения прочности этих материалов во влажном состоянии (влагопрочности). Для наибольшей эффективности МЛФС требуется слабокислая среда. Оптимальное значение рН при формовании целлюлозных композиционных материалов с использованием МЛФС составляет 4,5-5,5, то есть соответствует условиям, принятым в «классической» технологии их производства. Это является существенным недостатком использования МЛФС, если учесть стойкую современную тенденцию к переходу на производство целлюлозных композиционных материалов по «нейтральной» технологии. Однако МЛФС до настоящего времени используются для производства этих материалов. Разработаны модифицированные МЛФС, эффективные в нейтральной и слабощелочной среде.
В данной диссертационной работе использовалась МЛФС марки «Мелапрет» (производство компании «Kemira», Финляндия), поставляемая в виде водного раствора.
Исследование поведения полиоксихлорида алюминия в водных средах
Гидрофобизирующий состав, разработанный нами специально для гидрофобизации целлюлозных композиционных материалов с использованием «Аква-Аурата», представляет собой сложную композицию, в состав которой входят 8 компонентов (включая воду). Состав длительного срока хранения может изготовляться концентрацией от 30 до 60 % по сухому веществу. Соотношение компонентов в сухом веществе гидрофобизирующего состава (по массе) следующее: Канифоль талловая модифицированная 25,00 % Канифоль живичная 25,00% Парафин 12,50% Поливиниловый спирт 6,25 % Лаурилсульфат натрия 6,25 % Кокоамидопропилбетаин 12,50 % Жирные кислоты таллового масла, полностью омыленные гидроксидом калия КОН 12,50 %
Методика приготовления гидрофобизирующего состава в лабораторных условиях. В стакан заливается вода (не рекомендуется использовать жесткую воду), помещается расчетное количество жирных кислот и гидроксида калия, включается обогрев и при постепенном подъеме температуры до 95 С и перемешивании производится омыление жирных кислот до образования прозрачного раствора желто-коричневого цвета с рН не менее 9 и концентрацией калиевого мыла жирных кислот не более 8 %. После этого в этот стакан последовательно вводятся лаурилсульфат натрия (в виде твердого кристаллогидрата с содержанием связанной воды около 40 % - до полного растворения), ПВС (в виде водного раствора концентрацией 10 %), кокоамидопропилбетаин (в виде водного раствора концентрацией 30 %). Затем в керамическую емкость помещают канифоль живичную и талловую модифицированную, парафин, при температуре 150 С расплавляют их, производя перемешивание до их полного сплавления. Расплавленную смесь канифоли и парафина загружают в стакан со смесью остальных компонентов и при температуре 95 С и интенсивном перемешивании производят их диспергирование до образования гомогенной дисперсии желтоватого цвета. Продолжительность диспергирования - около 15 мин. Концентрирование дисперсии производят путем ее упаривания при постоянном перемешивании и температуре 95 С регулярным контролем концентрации гравиметрическим методом через каждые 5-10 минут до получения дисперсии требуемой концентрации.
Гравиметрический метод определения концентрации гидрофобизирующего состава. Перед проведением опытов стакан, в котором будет производиться приготовление состава, взвешивают с точностью до 1 г. После приготовления состава для его определения концентрации стакан вместе с готовым составом взвешивают и рассчитывают концентрацию, %, по формуле:
С = (а 100)/(b - d) где а - расчетная масса, концентрацию которого необходимо определить, или всех сухих веществ, если определяется концентрация по сухому веществу, [г]; b - масса стакана вместе с составом [г]; d - масса пустого стакана, [г]. Методика использования гидрофобизирующего состава в технологии целлюлозных композиционных материалов. Непосредственно перед введением в волокнистую массу гидрофобизирующий состав, представляющий собой пасту концентрацией 30...60 % по сухому веществу, необходимо разбавить водой до рабочей концентрации 2...3 %. Для этого к нему добавляют необходимое количество горячей воды (60...90 С) и перемешивают до полного растворения пасты. Полученную разбавленную дисперсию вводят в волокнистую массу. Для того чтобы гидрофобизирующий состав проявлял свое действие, в массу необходимо также вводить коагулянт.
Методика приготовления отливок целлюлозного композиционного материала Последовательность операций изготовления целлюлозного композиционного материала на листоотливном аппарате. 1. Размол волокнистых полуфабрикатов. 2. Смешение волокнистых полуфабрикатов. 3. Введение наполнителя. 4. Корректировка рН(1). 5. Введение ХВС в заданной последовательности. 6. Корректировка рН (2). 7. Отлив. 8. Сушка. 9. Кондиционирование полученных отливок (если требуется). Методика подготовки волокнистой массы Для приготовления волокнистой массы отвешивают необходимое количество волокнистого полуфабриката (целлюлозы, древесной массы, макулатуры и др.). Отвешенное количество волокнистого полуфабриката вручную измельчается и замачивается в воде на 30 мин. Замоченный волокнистый полуфабрикат далее помещают в дезинтегратор и распускают в течение примерно 20 мин. Распущенная масса выливается на сетку, затем в ролл. Также в ролл вливается необходимое количество воды до получения заданной концентрации массы, например, 2 %. Массу в ролле размалывают в течение 5-10 мин., после чего проверяют степень помола массы на аппарате СР-2. Если в композиции изготавливаемого материала используются несколько видов волокнистых полуфабрикатов, то необходимо производить размол каждого из них по отдельности. После размола волокнистые полуфабрикаты помещают в смесительное устройство, снабженное мешалкой. При перемешивании туда же вводят наполнитель и необходимые ХВС. После составления композиции материала производят отлив его листов на листоотливном аппарате. Корректировка рН должна производиться непосредственно перед отливом. Мокрые отливки материала подвергают сушке и, при необходимости, кондиционированию. После изготовления отливки взвешивают с точностью до 0,01 г.
Технико-экономическое обоснование использования полиоксихлорида алюминия в технологи целлюлозных композиционных материалов
Свойства высших жирных кислот как ПАВ, способных придавать стабильность дисперсным системам, хорошо известны [1, 2]. Это же их свойство справедливо и по отношению к дисперсиям канифоли. Из вышеуказанных источников также известно, что подобные ПАВ при определенных условиях могут обладать гидрофобизирующими свойствами. Целью нижеописанных исследований было выявление у них этих свойств как у потенциального компонента гидрофобизирующего состава. Таблица 3.8. Исследование гидрофобизирующей эффективности жирных кислот таллового масла в нейтральной среде № пп. Последовательность подачи ХВС Уровень гидрофобности (поверхностная впитываемость по Кобббо г/м2)
Услої зные ot юзначе ния. К] С - кати юнньп і крах мал; У К-я ирны г кисл оты (в виде натриев солей); СА - сульфат алюминия; АА - «Аква-Аурат-18». Жирные кислоты, нерастворимые в воде, были использованы в виде их натриевых солей (мыл). Их гидрофобизирующая эффективность исследовалась применительно к тому же виду картона, что и в вышеописанных экспериментах. Отлив проводился при рН = 7,0, то есть в нейтральной среде. Порядок введения ХВС в волокнистую массу и результаты испытаний гидрофобности полученного картона представлены в таблице 3.8.
Из таблицы 3.8 видно, что если сравнивать эффективность гидрофобизации картона натриевыми мылами жирных кислот с использованием сульфата алюминия в одном случае и «Аква-Аурата» - в другом, то во втором случае она намного выше. Введение в волокнистую массу катионного крахмала положительно влияет на эффективность гидрофобизации, что связано, очевидно, с лучшим удержанием мелкого волокна и, следовательно, гидрофобного осадка, лучше всего осаждающегося на мелком волокне. При расходе жирных кислот 3 кг/т с введением катионного крахмала в волокнистую массу и без него при использовании сульфата алюминия в качестве коагулянта уровень поверхностной впитываемости находился в пределах 239...330 г/м , что соответствует практически полному отсутствию гидрофобных свойств. При тех же условиях, но с использованием «Аква-Аурата» вместо сульфата алюминия, уровень поверхностной впитываемости находился в пределах 113...252 г/м2, то есть материал имел некоторую, хотя и не слишком высокую, гидрофобность. При увеличении расхода жирных кислот до 6 кг/т при использовании сульфата алюминия уровень поверхностной впитываемости имел очень высокое среднее значение 212 г/м и находился в интервале 163...237 г/м , а при использовании «Аква-Аурата» - в интервале 35...164 г/м со средним значением 79 г/м , то есть во втором случае гидрофобные свойства были более ярко выражены, хотя и были нестабильны для разных образцов картона. При увеличении расхода жирных кислот до 15 кг/т с использованием сульфата алюминия уровень гидрофобности был достаточно высоким и находился в интервале 29...43 г/м со средним значением 35 г/м2, что соответствует принятым стандартам на вырабатываемый картон данного вида. При использовании «Аква-Аурата» в тех же условиях уровень - «rn rf -j.M i/tt r 96 гидрофобности был чрезвычайно высоким и находился в интервале 15...24 г/м со средним значением 18 г/м2. Чрезвычайно высокий показатель поверхностной впитываемости картона при использовании жирных кислот без коагулянта можно объяснить возрастанием гидрофильности картона. Способность ПАВ, к которым относятся жирные кислоты, при определенных условиях повышать гидрофильность некоторых материалов хорошо известна [82, 83].
Расход жирных кислот, кг/т 13 14 15 Рис. 2. Зависимость уровня гидрофобности картона от расхода жирных кислот при использовании «Аква-Аурата» (1) и сульфата алюминия (2).
На основании данных таблицы 3.8 были построены зависимости, показанные на рис. 2. Зависимость гидрофобности картона от расхода жирных кислот при использовании сульфата алюминия в качестве коагулянта (на графике показана пунктиром) почти прямолинейная. При использовании же «Аква-Аурата» уровень гидрофобности повышается значительно быстрее, то есть характер зависимости близок к обратному экспоненциальному. На основании полученных данных можно заключить, что жирные кислоты таллового масла (в виде натриевых солей) пригодны для придания гидрофобности целлюлозным композиционным материалам в нейтральной среде. Наибольшая их гидрофобизирующая эффективность наблюдается при использовании ПОХА, в этом случае их расход составляет 10...12 кг/т, что существенно меньше, чем при использовании сульфата алюминия - 15 кг/т. Однако расход 10...12 кг/т следует считать достаточно большим, если сравнивать его с расходом канифольных материалов, необходимых для достижения той же степени гидрофобности - 3...6 кг/т в зависимости от вида материала. Высокие расходы подобного рода гидрофобизирующих материалов являются не только экономически невыгодными, но и способны ухудшать свойства конечного материала, в частности, его прочностные показатели. Поэтому жирные кислоты целесообразнее рассматривать не в качестве самостоятельных гидрофобизирующих агентов, а как потенциальный компонент перспективных композиционных гидрофобизирующих составов.
Исследование гидрофобизирующих свойств лаурилсульфата натрия
Лаурилсульфат натрия как потенциальный компонент композиционных гидрофобизирующих составов представляет большой интерес за счет того, что обладает рядом ценных свойств - высокой поверхностной активностью, он не склонен к гидролизу и окислению на воздухе. Последние два качества дают ему существенное преимущество перед жирными кислотами таллового масла. При оценке возможности использования лаурилсульфата натрия в качестве компонента гидрофобизирующего состава представляет большой интерес его собственная гидрофобизирующая способность. Это обусловлено тем, что наличие в таком составе дорогостоящего неактивного «балласта» в целом нежелательно. Порядок введения ХВС в волокнистую массу при исследовании гидрофобизирующих свойств лаурилсульфата натрия и полученные результаты указаны в таблице 3.9. Результаты исследования гидрофобизирующей способности лаурилсульфата натрия свидетельствуют о том, что его гидрофобизирующая эффективность в целом несколько выше гидрофобизирующей эффективности жирных кислот таллового масла, хотя и незначительно. При этом и тот, и другой материалы значительно уступают в этом материалам на основе канифоли (см. п. 3.3.1.1).
