Реологические и бумагомодифицирующие свойства многокомпонентных меловальных суспензий

Тип работы:
Диссертация
Предмет:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
Страниц:
148
Узнать стоимость новой

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

В настоящее время особое внимание уделяется производству бумаги с покрытием. Нанесение покрытий на бумагу и картон позволяет коренным образом улучшить их эксплуатационные свойства, создать принципиально новые материалы. Из различных покрытий бумаги и картона меловальное покрытие является наиболее распространенным. Нанесение на бумагу меловального покрытия улучшает ее печатные свойства — делает пригодной для контрастной и высокохудожественной печати.

Меловальная суспензия является сложной системой, состоящей из низкомолекулярных минеральных пигментов (до 80% в сухом остатке) и высокомолекулярных органических полимеров. Основную массу полимеров представляют связующие, необходимые для связывания частиц пигментов между собой и с бумагой-основой, и лишь 1,5. 2,0% - вспомогательные вещества: диспер-гаторы, пластификаторы, модификаторы вязкости, пеногасители и антисептики.

По своему физическому состоянию меловальная суспензия является вяз-котекучей системой и для нормального осуществления технологического процесса мелования должна обладать определенными реологическими свойствами, а именно — псевдопластично-тиксотропным типом течения. Реологические свойства меловальных суспензий играют определяющую роль при разработке технологии и конструктивного оформления процессов мелования. В значительной степени они влияют как на процесс наноса, так и на свойства готовой продукции [54].

Меловальные покрытия можно рассматривать как высоконаполненные полимерные системы, прочность которых определяется как индивидуальными свойствами компонентов, так и характером их взаимодействия [13].

В настоящее время наблюдается тенденция к уменьшению массы покрытия до 1,5. 2,0 г/м. При этом скорость бумажного полотна при меловании достигает 1500. 2000 м/мин. Переход на такую технологию требует не только создания нового оборудования, но и использования меловальных составов со специфическими реологическими характеристиками, обеспечивающими возможность нанесения с такими огромными скоростями очень тонких покрытий без разрыва их сплошности [3].

Чтобы обеспечить необходимые свойства меловальных составов, в их состав включают большое число компонентов — несколько видов пигмента (мел, тальк, каолин и др.) и несколько связующих (карбоксиметилцеллюлоза, казеин, синтетические латексы и др.) [48]. При этом в таких системах могут наблюдаться эффекты синергизма и антагонизма. Это должно учитываться при создании технологии и разработке рецептур, однако информация о свойствах многокомпонентных систем очень ограничена. Для изучения таких систем требуется достаточная теоретическая база, необходимо использование современных математических методов планирования и моделирования.

Выводы сти реологических характеристик многокомпонентных суспензий от состава пигмента в большинстве случаев могут быть представлены линейными моделями — аддитивной суммой свойств компонентов смеси.

2. Меловальные суспензии со связующим на основе бутадиенстирола (БДС) характеризуются низкими значениями вязкости и энергии активации течения и высокими значениями массы наноса по сравнению с суспензиями на основе поливинилацетата (ПВА) и Na-карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ). Зависимости реологических характеристик многокомпонентных суспензий от состава связующего неаддитивны.

3. Пигменты в составе меловальной суспензии склонны к структурообра-зованию. Вследствие разнохарактерной формы частиц смешанные пигменты из мела, талька и каолина образуют менее прочные коагуляционные структуры, чем однокомпонентные пигменты. Эффективная вязкость меловальной суспензии может быть представлена как суперпозиция свойств деструктурированной суспензии и структурированной дисперсной фазы. Предельное напряжение сдвига, соответствующее началу структурирования, снижается при разбавлении суспензии и повышении температуры.

4. Зависимость вязкости меловальной суспензии от концентрации и температуры может быть представлена в инвариантной форме (в виде функционала Бьюкки), что открывает возможность интерполяции и экстраполяции реологических свойств суспензии в широком диапазоне температур и концентраций. Функционал Бьюкки обладает свойством температурно-концентрационной инвариантности по отношению к деструктурированной суспензии при всех изученных концентрациях, а по отношению к структурированной дисперсной фазе — при достаточно высоких концентрациях пигмента.

5. Зависимость воздухопроницаемости мелованной бумаги от состава пигмента аддитивна. Способствуют воздухопроницаемости мел и тальк, особенно в сочетании со смесью из КМЦ и ПВА в качестве связующего. Увеличение доли КМЦ в связующем приводит к повышению смачиваемости.

6. Сопротивление бумаги разрыву не зависит от состава пигмента и аддитивно зависит от состава связующего, наибольший прирост прочности обеспе

112 чивает использование БДС. Зависимость жесткости бумаги от состава пигмента аддитивна, от состава связующего — нелинейна. Наибольший прирост жесткости достигается при использовании каолина в сочетании с КМЦ или ПВА. При смешивании КМЦ и ПВА отмечен антагонистический эффект.

7. Вариация и корреляция изученных свойств меловальной суспензии и мелованной бумаги обусловлена, главным образом, влиянием двух & laquo-латентных»- факторов, которые предположительно отождествлены с долями КМЦ в составе связующего и каолина — в составе пигмента.

8. Полученные математические модели, отражающие зависимость свойств многокомпонентных меловальных суспензий от их состава, могут использоваться действующими предприятиями для выбора меловальных композиций в зависимости от имеющегося оборудования и требований к вырабатываемой продукции.

Показать Свернуть

Содержание

1 Аналитический обзор.

1.1 Введение.

1.2 Компоненты меловальных суспензий.

1.2.1. Пигменты.-.

1.2.2 Связующие.

1.2.3 Другие компоненты.

1.2.4 Требования к меловальным суспензиям.

1.3 Реологические свойства меловальных суспензий.

1.3.1 Основные понятия реологии.

1.3.2. Реология концентрированных растворов полимеров.

1.3.3. Реология дисперсных систем.

1.3.4 Обзор работ в области свойств меловальных суспензий.

1.4 Задачи исследования.

2 Методы исследования и методики анализов.

2.1 План эксперимента.

2.2 Реологические испытания суспензий.

2.3 Изготовление и испытания образцов мелованной бумаги.

2.4 Математическая обработка.

3 Свойства мел овальной суспензии.

3.1 Эффективная вязкость.

3.1.1 Влияние пигментов и связующих.

3.1.2 Аномалии вязкости и аппроксимация кривых течения.

3.1.3 Структурирование дисперсной фазы.

3.1.4 Прочность коагуляционных структур.

3.1.5 Температурные зависимости.

3.1.6 Температурно-концентрационная инвариантность.'.

3.2 Условная вязкость.

3.3 Водоудерживающая способность.

3.4 Масса наноса.

Выводы.

4. Свойства мелованной бумаги.

4.1 Воздухопроницаемость.

4.2 Смачиваемость.

4.3 Плотность мелованной бумаги.

4.4 Жесткость мелованной бумаги.

4.5 Сопротивление разрыву.

Выводы.

5 Корреляции свойств суспензии и мелованной бумаги.

Выводы.

Список литературы

1. Государственные стандарты союза ССР. Бумага и бумажные изделия: сб. М.: Изд-во стандартов, 1986. — 426с.

2. Аким, Э. Л. Обработка бумаги / Э. Л. Аким. М.: Лесная промышленность, 1979. -231 с.

3. Аким, Э. Л. Свойства составов для высокоскоростного нанесения покрытия на бумагу / Э. Л. Аким, Л. Г. Махотина, Т. Н. Романова // Целлюлоза. Бумага. Картон. 1995. — № 9−10. — С. 24−25.

4. Бартенев, Г. М. К теории реологических свойств твердообразных дисперсных структур / Г. М. Бартенев, Н. В. Ермилова // Коллоидный журн. 1967. -Т. XXIX. — Вып. 6. — № 5. — С. 771−778.

5. Бартенев, Г. М. Курс физики полимеров / Г. М. Бартенев, Ю. В. Зеленев. -М.: Химия, 1976. 288 с.

6. Белкин, И. М. Ротационные приборы. Измерение вязкости и физико-механических характеристик материалов / И. М. Белкин, Г. В. Виноградов, А. И. Леонов. М.: Машиностроение, 1967. — 272 с.

7. Бондарев, А. И. Влияние двуокиси титана ТЮ2 и химически осажденного мела СаСОз на реологические свойства меловальных составов / А. И. Бондарев, Б. Г. Милов // Новое в технологии бумаги: сб. тр. ЦНИИБ. М., 1973. — № 8. -С. 72−78.

8. Бондарев, А. И. Производство бумаги и картона с покрытием /

9. A.И. Бондарев. М: Лесная промышленность, 1985. — 189 с.

10. Виноградов, Г. В. Реология полимеров / Г. В. Виноградов, А.Я. Мал-кин. М.: Химия, 1977. — 440 с.

11. Влияние модифицирования пигментов привитыми полимерами на прочность мел овальных покрытий / В. А. Полушкин и др. // Исследования в области технологии бумаги: сб. тр. ЦНИИБ. М., 1977. — № 13. — С. 113−119.

12. Воюцкий, С. С. Курс коллоидной химии / С. С. Воюцкий. М.: Химия, 1976. -512 с.

13. Гадашвили, В. М. Реологические основы мелования воздушным шабером / В. М. Гадуашвили, А. И. Бондарев // Исследование процессов технологии бумаги: сб. тр. ЦНИИБ. М.: Лесная промышленность, 1974. — № 9. — С. 5−13.

14. Гадуашвили, В. М. Исследование взаимодействия компонентов мело-вальных дисперсий методом & laquo-спектра мутности& raquo- / В. М. Гадуашвили, Я.Е. Дик-лер // Исследования в области химии бумаги: сб. тр. ЦНИИБ. М.: Лесная промышленность, 1977. — № 14. — С. 53−57.

15. Гадуашвили, В.М. О влиянии КМЦ на реологические свойства каолиновых дисперсий / В. М. Гадуашвили // Коллоидный журн. 1973. -Т. 35. — № 5. -С. 963−966.

16. Гадуашвили, В. М. Разработка меловального состава методами математического планирования эксперимента / В. М. Гадуашвили, А. И. Бондарев,

17. B.В. Леонова // Совершенствование технологии бумаги: сб. тр. ЦНИИБ. М.: Лесная промышленность, 1972. — вып. 7 — С. 67−71.

18. Губа, А. Б. Использование низковязкой NaKMU, в производстве этикеточно-упаковочной бумаги / А. Б. Губа // Целлюлоза. Бумага. Картон. 1995. -№ 5−6. — С. 34−35.

19. Дюк, В. Обработка данных на ПК в примерах / В. Дюк. С. -Пб: Питер, 1997. — 240 с.

20. Иванов, Г. А. Каолины месторождения & laquo-Журавлиный лог& raquo-. Качество и возможности применения в производстве бумаги / Г. А. Иванов, A.C. Шамриков // Целлюлоза. Бумага. Картон. 2000. — № 9−10. — С. 34−35.

21. Использование природного карбоната кальция для мелования бумаги и картона / Т. С. Разинькова и др. // Целлюлоза. Бумага. Картон. 1998. -№ 7−8. -С. 18−19.

22. Испытание бумаги и картона / С. А. Пузырев и др. М.: Лесная промышленность, 1966. — 412 с.

23. Калинин, H.H. Исследование вязкоупругих свойств пигментных дисперсий / H.H. Калинин, А. И. Бондарев // Исследования в области технологии бумаги: сб. тр. ЦНИИБ. М., 1979. — № 17. — С. 24−28.

24. Кимпимяки, Т. Барьерные дисперсные покрытия новая возможность для упаковочной промышленности / Т. Кимпимяки, К. Сантамаки // Целлюлоза. Бумага. Картон. — 1999. — № 3−4. — С. 24−29.

25. КМЦ как связующее при однопроцессном меловании бумаги / Б. Г. Милов и др. // Бумажная промышленность. 1972. — № 2. — С. 6−7.

26. Коагуляционные контакты в дисперсных системах / В. В. Якиманский и др. М.: Химия, 1982. — 360 с. 116

27. Кречетова, С. П. Материалы для обработки и переработки бумаги и картона / С. П. Кречетова. М.: Бумажная промышленность, 1990. — 160 с.

28. Кулезнев, В. Н. Смеси полимеров / В. Н. Кулезнев. М.: Химия, 1980. 304 с.

29. Лайша, Г. М. О путях повышения качества бумаги с покрытием / Г. М. Лайша // Исследования в области технологии бумаги: сб. тр. ЦНИИБ. -М.: Лесная промышленность, 1980. С. 53−57.

30. Лоули Д. Факторный анализ как статистический метод / Д. Лоули, А. Максвелл. М.: Мир, 1967. — 144 с.

31. Манфред, А. Природный карбонат кальция в мелованных бумаге и картоне / А. Манфред // Целлюлоза. Бумага. Картон 2001. — № 5−6. — С. 34−39.

32. Милов, Б. Г. Влияние адсорбционного модифицирования каолина на реологические свойства и водоудержание покровных паст для мелования бумаги / Б. Г. Милов, А. И. Бондарев // Сб. тр. ЦНИИБ. М: Лесная промышленность, 1971. -Вып. 6. -С. 67−81.

33. Милов, Б. Г. Применение синтетических латексов при меловании бумаги по способу & laquo-Массей»- / Б. Г. Милов, А. Р. Хибарный, В. М. Пригодин // Сб. тр. ЦНИИБ. М.: Лесная промышленность, 1967. — вып. 2. — С. 43−59.

34. Новое об акрилатных латексах для производства бумаги с покрытием / H.H. Калинин и др. // Целлюлоза. Бумага. Картон. 1998. — № 7−8. — С. 14−15.

35. Новое эффективное связующее для производства бумаги / В.И. Иссер-лис и др. // Бумажная промышленность. 1988. — № 3. — С. 7−8.

36. Новый латекс для производства бумаги с покрытием / H.H. Калинин и др. // Бумажная промышленность. 1990. — № 2. — С. 10−11.

37. Основы информационной культуры. Библиографическое описание документа. Составление библиографического списка. Красноярск: СибГТУ, 2005.- 16 с.

38. Особенности реологических свойств водных дисперсий каолина, модифицированного прививкой полимерных кислот / В. А. Полушкин и др. // Коллоидный журн. 1976. -Вып. 41. — № 3. — С. 496.

39. Остреров, М.А. №-карбоксиметилцеллюлоза & laquo-Ршпйх средство для повышения качества // М. А. Остреров, А. Я. Типисев, Б. И. Орлов // Целлюлоза. Бумага. Картон. — 1994. — № 7−8. — С. 11−12.

40. Остреров, М.А. КМЦ инструмент повышения конкурентоспособности продукции / М. А. Остеров // Целлюлоза. Бумага. Картон. — 1996. — № 7−8. -С. 10−11.

41. Остреров, М.А. КМЦ: высокая эффективность при правильном использовании / М. А. Остеров, А .Я. Типисев // Целлюлоза. Бумага. Картон. -1995. -№ 5−6. -С. 32−33.

42. Пен, Р. З. Вязкость многокомпонентных меловальных суспензий / Р. З. Пен, И. Л. Шапиро, Л. В. Чендылова, И. В. Мирошниченко // ИВУЗ. Химия и химическая технология. 2006. — Т. 49. № 5. — С. 50−53.

43. Пен, Р. З. Планирование эксперимента в Statgraphics / Р. З. Пен. Красноярск: СибГТУ-Кларетианум, 2003. — 246 с.

44. Пен, Р. З. Реологические свойства меловальных суспензий. 1. Аппроксимация кривых течения / Р. З. Пен, Л. В. Чендылова, И. Л. Шапиро // Химия растительного сырья. 2004. — № 1. — С. 11−14-

45. Пен, Р. З. Реологические свойства меловальных суспензий. 2. Температурные зависимости / Р. З. Пен, Л. В. Чендылова, И. Л. Шапиро // Химия растительного сырья. 2004. — № 1. — С. 15−17-

46. Пен, Р. З. Реологические свойства меловальных суспензий. 3. Темпера-турно-концентрационная инвариантность / Р. З. Пен, Л. В. Чендылова, И. Л. Шапиро // Химия растительного сырья. 2004. — № 1. — С. 19−21.

47. Пен, Р. З. Реологические свойства меловальных суспензий. 4. Прочность коагуляционных структур / Р. З. Пен, Л. В. Чендылова, И. Л. Шапиро // Химия растительного сырья. 2004. — № 4. — С. 11−15-

48. Пен, Р. З. Реологические свойства меловальных суспензий. 5. Свойства пигментов и связующих / Р. З. Пен, Л. В. Чендылова, И. Л. Шапиро // Химия растительного сырья. 2005. — № 2. — С. 5−10−118

49. Пен, Р. З. Реологические свойства меловальных суспензий. 6. Эффекты взаимодействия в многокомпонентных системах / Р. З. Пен, JI.B. Чендылова, И. Л. Шапиро // Химия растительного сырья. 2005. — № 2. — С. 11−14-

50. Полушкин, В. А. Влияние модифицирования минеральных пигментов на течение меловальных суспензий / В. А. Полушкин, А. И. Бондарев, В. В. Лапин // Исследования в области химии бумаги: сб. тр. ЦНИИБ. М.: Лесная промышленность, 1976. — № 12. — С. 38−45.

51. Прикладная статистика: классификация и снижение размерности / С. А. Айвазян и др. М.: Финансы и статистика, 1989. — 607 с.

52. Ребиндер, П.А. О механической прочности пористых дисперсных тел / П. А. Ребиндер, Е. Д. Щукин, Л. Я. Марголис // Докл. АН СССР. 1964. -Т. 154. № 3. -С. 695.

53. Реологические исследования белого пигмента, его модификации и меловальных составов на его основе / В. Л. Половинкин и др. // Исследования в области химии бумаги: сб. тр. ЦНИИБ. М.: Лесная промышленность, 1977. -№ 14. -С. 57−64.

54. Самарянова, М. Б. Влияние различных факторов на прочность поверхности мелованной бумаги / М. Б. Самарянова, P.M. Гуляева // Бумажная промышленность. 1989. — № 7. — С. 9−10.

55. Справочник бумажника. Т.2. М.: Лесная промышленность, 1965. 854 с.

56. Технология обработки и переработки бумаги и картона / С.А. Пузы-рев и др. М.: Лесная пром-сть, 1985. — 312 с.

57. Тропина, С. А. Влияние водоудержания покровных дисперсий на скорость сушки мелованной бумаги / С. А. Тропина, В. И. Чекунин // Исследование процессов технологии бумаги: сб. тр. ЦНИИБ. М.: Лесная промышленность, 1974. -№ 9. -С. 17−26.

58. Тюрин, Ю. Н. Статистический анализ данных на компьютере / Ю. Н. Тюрин, A.A. Макаров. М.: ИНФРА-М, 1998. — 528 с.

59. Урьев, Н. Б. Высококонцентрированные дисперсные системы / Н. Б. Урьев. М.: Химия, 1980. — 320 с.

60. Урьев, Н. Б. Текучесть суспензий и порошков / Н. Б. Урьев, A.A. Потанин. М.: Химия, 1992. — 160 с.

61. Урьев, Н.Б. Физико-химическая динамика дисперсных систем / Н. Б. Урьев // Успехи химии. 2004. — Т. 73. № 1. — С. 39−62.

62. Урьев, Н.Б. Физико-химические основы технологии дисперсных систем и материалов / Н. Б. Урьев. М.: Химия, 1988. — 255 с.

63. Фляте, Д. М. Свойства бумаги / Д. М. Фляте.- М.: Лесная пром-сть, 1986. -680 с.

64. Чалых, А.Е. фазовые равновесия и фазовая структура смесей полимеров / А. Е. Чалых, В. К. Герасимов // Успехи химии. 2004. — Т. 73. № 1. -С. 63−78.

65. Чендылова, Л. В. Технология обработки и переработки целлюлозы, бумаги и картона. Реологические свойства меловальной суспензии: учебное пособие для студентов специализации 260 301 / Л. В. Чендылова, И. Л. Шапиро, А. В. Бывшев. Красноярск: СибГТУ, 2004. — 28 с.

66. Шапиро, И. Л. Мелование бумаги и картона / И. Л. Шапиро, A.B. Быв-шев. Красноярск: СибГТУ, 2001. — 108 с.

67. Щукин, Е. Д. Коллоидная химия / Е. Д. Щукин, A.B. Перцов, Е. А. Амелина. М.: Высшая школа, 1992. — 420 с.

68. Щукин, Е. Д. Коллоидная химия. / Е. Д. Щукин, A.B. Перцов, Е. А. Амелина. М.: МГУ, 1982. -348 с.

69. Электронно-микроскопическое исследование структуры поверхности высокоглянцевой мелованной бумаги / А. И. Бондрев и др. // Совершенствование технологии бумаги: сб. тр. ЦНИИБ. М.: Лесная промышленность, 1972. -вып. 7-С. 82−85.

70. Яхнин, Е.Д. К вопросу о структурообразовании в дисперсных системах / Е. Д. Яхнин, А. Б. Таубман // Докл. АН СССР, 1964. Т. 155, № 1. — С. 178.

71. Яхнин, Е.Д. О связи прочности дисперсных структур с силами взаимодействия между структурообразующими частицами и их упаковкой / Е. Д. Яхнин // Коллоидный журн. 1998. -Т. 60. № 5. с. 717.

72. Babak, V.G. / Babak V.G., Langenfeld A., Stebe M.J. // Prog. Colloid. Po-lym. Sci. 2001. V. 118. P. 216.

73. Bestul, A.B., Temperature coefficients of non-newtonian viscosity at fixed shearinand at fixed rate of shear / Bestul A.B., Belcher H.V. // J. Applied Physics. 1963. -V. 24, No. 6. -P. 696.

74. Bueche, F. Physical properties of polymers / F. Bueche. N.Y.: Interscience Publishers, 1962.

75. Get more withless: Making the crade in the LWC market // TAPPI Journal. 1999. -82,9. -P. 41.

76. Guth, E., Simha, R. // Koll. -Z., 1936. Bd. 74. S. 276−285. (Цит. no 2.)

77. Hirofumi, O. / O. Hirofumi // Kamipa gikyoshi. 1996. — Vol. 52, № 2. -P. 280−288. 121

78. Hirsch, G.L. Untersuchung und Beeinflussung des Lauf Verhaltens von Streichfarben fur hohe Streichgesch — windingkeiten // Wochenblatt fur Papierfabri-cation. — 1988. — Vol. 116, № 14. — P. 582−584, 586−588.

79. Hlavatsch, J. Streichbentoniti Neuentwicklung mit Perspektive? / J. Hlavatsch, D. Wechselberger, F. Ruf // Wochenblatt fur Papierfabrication. — 1997. -Vol. 125,№ 11−12. -P. 588−599.

80. Interactions in coating induced by a thermally active cellulosic polymer / P. Dahlvig и др. // Jornal of Pulp and Paper Science. 1999. — 25,7. — P. 229−234.

81. Naydowski, C. Papier oberflachen der Zukunft / С. Naydowski // IPW: Int. Papierwirt бывш. OPW: Dtsch. Papierwirt. 1997. — № 4. — P. 73−74, 76.

82. Pat. 5 521 240 THE USA, МКИ6 С 08 K5/20. Paper coating composition / Yoshifiimi Y. и др.- Chemical Co. N 473 900- заявл. 07. 06. 95, опубл. 28. 05. 96, Бюл. № 6−151 222. -НКИ 524/217.

83. Pat. 5 527 852 THE USA, МКИ6 С 08 F 116/06. Paper coating agent / Hito-shi M., Kazutoshi Т., Tetsuya K.- Kurarau Co. N 465 891- заявл. 06. 06. 95, опубл. 18. 06. 96, Бюл. № 5−206 433. — НКИ 524/503.

84. Scott, R.L. J. // Chem. Phis. 1949. -. V. 17. P. 279−287. (Цит. no 32.).

85. Scott, R.L. J. // Chem. Phis., 1949. V. 17. — P. 279−287. (Цит. no 4.).

86. Weige, J. Untersuchung des LaufVerhaltens von Streichfarben am Blade bei hohen Produktionschwindigkeiten / J. Weige, A. Laber O. Wittig // Wochenblatt fur Papierfabrication. 1996. — Vol. 124, № 5. — P. 161−164.

87. Wright, W.A. A new concept in generalizing non-Newtonian fluid flow data / Wright W.A., Crouse W.W. // Report at the ASLE/ASME Lubrication Conference. Washington, 1964.

Заполнить форму текущей работой