Акулов Б.В. Обработка и переработка целлюлозы, бумаги и картона - файл n1.doc

приобрести
Акулов Б.В. Обработка и переработка целлюлозы, бумаги и картона
скачать (447 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc447kb.18.09.2012 08:56скачать

n1.doc

  1   2


Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Пермский государственный технический университет»
Кафедра технологии целлюлозно-бумажного производства


ОБРАБОТКА И ПЕРЕРАБОТКА

ЦЕЛЛЮЛОЗЫ, БУМАГИ И КАРТОНА
Методические указания к лабораторным работам


Издательство

Пермского государственного технического университета

2008

Составитель канд. техн. наук Б.В. Акулов

УДК 676.2.028

О-23
Рецензент

докт. техн. наук, проф. Ф.Х. Хакимова

(Пермский государственный технический университет)


Обсуждено и одобрено методическим советом аэрокосмического

факультета, протокол № 7 от « 12 » февраля 2008 г.

О
О-23
бработка
и переработка целлюлозы, бумаги и картона: метод. указания к лаб. работам / сост. Б.В. Акулов. – Пермь: Изд-во Перм. гос. техн. ун-та. – 2008. – 36 с.
Даны указания к выполнению лабораторных работ по курсу «Технология обработки и переработки целлюлозы, бумаги и картона», методики получения следующих видов бумаги: мелованной, с полимерным и электропроводящим покрытием; изложены методики приготовления составов для мелования, полимерного и электропроводящего покрытия, методики получения переплетных материалов, фибры, порошковой целлюлозы.

Предназначены для студентов специальности 240406 «Технология химической переработки древесины» очного и заочного обучения.

УДК 676.2.028

© ГОУ ВПО «Пермский государственный

технический университет», 2008

Введение
Процессы обработки бумаги и картона получили широкое развитие. В настоящее время в мировой практике более 50 % бумаги и картона выпускается в обработанном или переработанном виде.

Большое количество изделий, изготовленных из бумаги и картона, применяется в различных отраслях промышленности, принося большой экономический эффект, заменяя металл и дерево, например, в текстильной, электротехнической, автомобильной промышленностях (шпули, гильзы, корпуса катушек, фильтры, прокладки). Большое значение в быту и сфере обслуживания имеют санитарно-гигиенические изделия из бумаги, хирургические комплекты, салфетки, носовые платки и другие изделия разового потребления, изготовленные на автоматических линиях без затрат ручного труда и дефицитных материалов.

Обработка целлюлозы, бумаги и картона проводится для придания новых специальных свойств, таких как паро-, водо-, жиронепроницаемость, светочувствительность, негорючесть, бактерицидность и др. Осуществляется она путем пропитки и покрытия их различными эмульсиями, нанесения на поверхность полимеров или металлической фольги, а также гуммирования, крепирования, тиснения и др. операций.

Переработка целлюлозы, бумаги и картона проводится с целью превращения их в новое изделие с новым комплексом эксплуатационных свойств и самостоя­тельными областями применения, например производство пергамента, фибры, картонно-бумажной тары, бумажных слоистых пластиков, тетрадей, коробок и т.п.

Курс «Обработка и переработка целлюлозы, бумаги и картона» является специальной дисциплиной, базируется на общетехнических дисциплинах «Основы химической технологии», «Процессы и аппараты химической технологии» и специальных дисциплинах «Химия древесины и синтетических полимеров», «Технология производства целлюлозы», «Технология производства бумаги», «Технология производства картона».

Задача лабораторного практикума по курсу «Обработка и переработка целлюлозы, бумаги и картона» – воспроизвести в лабораторных условиях часть процессов обработки и переработки целлюлозы, бумаги и картона.
Лабораторная работа № 1

Получение целлюлозного композиционного материала с полимерным покрытием


  1. Приготовление пленкообразующего состава


Приготовление пленкообразующего состава включает три операции:

- смешение компонентов раствора;

- очистка от механических примесей;

- деаэрация.

Композиции некоторых пленкообразующих составов приведены в табл. 1.

Аппаратура и материалы:

- двухгорловая колба с мешалкой;

- фильтр;

- коническая колба 750 см3;

- компоненты пленкообразующего состава.
Таблица 1

Композиции полимерных составов для покрытий


Компоненты

Содержание, % (к абс. сух. массе)

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

Триацетат целлюлозы

-

12,0

14,8

15,5

13,0

9,8

10,6

-

18,7

-

Вторичная ацетилцеллюлоза

20,6

-

-

-

-

-

-

18,0

-

-

Сополимер ВХВД-65

-

-

-

-

-

-

-

-

-

10,0

Метилен-хлорид

-

75,0

74,0

78,0

72,0

84,0

84,4

-

70,4

-

Спирт метиловый

-

8,0

5,0

-

-

1,6

3,3

-

3,4

-

Спирт этиловый

11,5

-

-

-

12,0

-

-

8,0

2,5

-

Спирт

бутиловый

-

2,0

2,0

4,0

-

2,1

0,6

-

2,6

-

Ацетон

65,9

-

-

-

-

-

-

71,5

-

-

Диметил-фталат

-

-

-

0,9

-

-

-

1,0

-

-


Окончание табл. 1


1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

Дибутил-фталат

1,0

1,0

1,3

-

1,4

2,5

1,1

-

-

-

Трифенил-фосфат

-

2,0

2,3

1,6

1,6

-

-

2,5

-

-

Трикрезил-фосфат

1,0

-

-

-

-

-

-

-

-

-

Трихлорэтил-фосфат

-

-

-

-

-

-

-

2,4

-

-

Краситель

«Виктория

голубая»

-

-

-

-

-

0,005

-

-

-

-

Дифенил-гуанидин

-

-

-

-

-

0,025

0,03

-

-

-

Фенол

-

-

-

-

-

-

-

-

0,11

-

ПВС

-

-

-

-

-

-

-

-

-

0,05

Полиметил-силосановые

жидкости

(ПМС-200А,

ПМС-300,

ПМС-400)

-

-

-

-

-

-

-

-

-

0,0001

СКС-65

-

-

-

-

-

-

-

-

-

1,5

Вода

-

-

-

-

-

-

-

-

-

83,44



1.1. Смешение компонентов
Приготовление раствора по заданному рецепту в количестве 500 см3 производят в двухгорловых склянках. Вначале в склянку вливают растворитель, затем добавляют пластификаторы. После этого мелкими порциями при перемешивании вводят полимер. Перемешивание производят в течение 2–3 часов до полной гомогенизации раствора или дисперсии. После этого вводят загустители и пеногасители.
1.2. Очистка пленкообразующего состава
Приготовленный пленкообразующий состав должен быть тщательно очищен от механических загрязнений и комочков нерастворившегося пленкообразующего материала. Фильтрация производится при помощи лабораторного фильтра (рис. 1).
Фильтр представляет собой цилиндрическую емкость 1 со съемной конусообразной нижней частью 5, на которую укладывается решетка 4 с фильтрующим материалом. Верхняя часть фильтра снабжена штуцером 2 для подачи сжатого воздуха и манометром 3. Давление обеспечивается при помощи насоса Комовского. Фильтруют под давлением 1,0 кгс/см2 (9,81104 Па). Профильтрованный раствор собирают в коническую колбу на 750 см3.


1.3. Деаэрация пленкообразующего состава
Удаление из состава (только для растворов пленкообразующих веществ) пузырьков воздуха производится при помощи нагрева его на водяной бане до кипения наиболее низкокипящего растворителя, входящего в состав раство­ра. Затем подогретый раствор вынимают из водяной бани и выдерживают его в течение 30 мин при комнатной температуре до окончательного удаления пузырьков воздуха.
2. Анализ пленкообразующего состава

Очень важным показателем пленкообразующего состава является его вязкость, в основном зависящая от концентрации полимера в растворе, степени полимеризации полимера и т.д.

В связи с этим нужно отметить, что повышение концентрации раствора делает технологический процесс более рентабельным, т.к. снижает количество применяемых растворителей и уменьшает расходы на их рекуперацию. Однако чрезмерное повышение концентрации неизбежно приводит к увеличению вязкости, что затрудняет дальнейшее проведение технологического процесса получения раствора и пленки, в особенности очистку раствора от механических загрязнений. Из сказанного ясно, что вязкость пленкообразующего раствора должна находиться в определенных пределах, обеспечивающих беспрепятственную его переработку, соответствовать наибольшей концентрации в нем пленкообразующего компонента.

В том случае, когда пленкообразующий полимер наносится на поверхность бумаги в виде дисперсии, вязкость на определенном уровне, зависящем от вида установки для нанесения и толщины наносимого покрытия, поддерживается с помощью загустителей. Вязкость пленкообразующего раствора определяют по шариковому методу.
Определение вязкости пленкообразующего состава
Аппаратура:

- мерный цилиндр ни 250 см3;

- стальной шарик диаметром 5 мм;

- секундомер.

Для определения вязкости используют цилиндр на 250 см3, на который наносятся две метки. Расстояние между метками 200 мм.
Выполнение испытания
В цилиндр вливают (медленно по стенке, чтобы не образовалось пузырьков воздуха) пленкообразующий состав. За­тем состав выдерживают в водяном термостате в течение 20 мин при температуре 25 єС и опускают шарик. Замеряют с помощью секундомера время прохождения шарика между двумя метками.

Вязкость выражают в секундах средним арифметическим числом из трех определений.
3. Получение бумаги с полимерным покрытием
Аппаратура:

- устройство для нанесения и разравнивания покрытия.
Лист бумаги размером 280Ч350 мм закладывают в форму, сверху наливают раствор или дисперсию полимера из расчета наноса 15–30 г/м2 и разравнивают шабером равномерно по всей площади листа. Таким образом приготавливают четыре образца бумаги и отливают два образца пленки.
Сушка бумаги с полимерным покрытием
Полученные образцы бумаги высушивают на воздухе (в вытяжном шкафу) в течение 30 мин; чтобы предупредить коробление и скручивание бумаги, необходимо образцы закрепить пленками.

Образцы бумаги с полимерным покрытием и пленки, а также бумагу-основу помещают для кондиционирования в стандартные условия для последующих испытаний.

4. Анализ бумаги с полимерным покрытием
Перед испытанием образцы должны быть кондиционированы при стандартных условиях, после чего определяют:

- массу квадратного метра;

- толщину;

- сопротивление разрыву и удлинение;

- сопротивление раздиранию.

Методы испытаний описаны в руководстве по выполнению лабораторных работ. Сопротивление разрыву и раздиранию определяют только в продольном направлении.
Определение промокаемости
Метод основан на способности бумаги пропускать сквозь толщу листа водные растворы.

Аппаратура и материалы:

- ванночка;

- секундомер;

- раствор углекислого натрия (10%-ный);

- метилоранж.
Выполнение испытания
Из образца бумаги размером 5050 мм, отгибая края сверху, образуют корытце с полимерным слоем наружу, которое осторожно опускают в ванночку с 10%-ным раствором углекислого натрия, подкрашенным индикатором до ярко-оранжевого цвета. В момент опускания корытца включают секундомер, который останавливают в момент прохождения раствора сквозь толщу образца по всей площади (но не с угла).

Показатель промокаемости выражается в секундах средним арифметическим числом из трех определений.
Определение жиронепроницаемости
Метод основан на способности бумаги пропускать сквозь толщу листа 1%-ный раствор фуксина.

Материалы:

- раствор фуксина в 96%-ном этиловом спирте (1%-ный).

Выполнение испытания
На исследуемых образцах прямоугольной формы размером 100125 мм (рекомендуемый размер 200270 мм) обыкновенным мягким карандашом параллельно сторонам прямоугольника очерчивают поля шириной 10 мм. На ровную и гладкую поверхность кладут чистый лист белой бумаги размером не менее 100125 мм. Поверх этого листа кладут испытуемый образец той стороной, на которой очерчены поля (со стороны бумаги-основы), и закрепляют по сторонам кнопками.

Испытуемый образец (со стороны полимерного слоя) ватным тампоном смазывают раствором фуксина. Смазывать следует равномерно поочередно во взаимно перпендикулярном направлении так, чтобы не было несмазанных листов. После высыхания раствора подсчитывают количество пятен, которые образовались на несмазанной стороне образца вследствие проникновения раствора фуксина.

Следует считать только ясно различимые пятна, окра­шенные в ярко-красный цвет, пятна с фиолетовым отливом или с коричневой глянцевидной оболочкой не учитывают, как и пятна, полученные на полях образца.

Жиронепроницаемость (М) выражается числом пятен на 1 м2 и вычисляется по формуле
М = n/S,
где n – число пятен;

S – площадь образца, м2.

За результат принимают среднее арифметическое число из трех определений.
Определение воздухонепроницаемости
Метод определения воздухонепроницаемости бумаги осно­ван на измерении объема воды, вытесненной равным объемом воздуха, прошедшего сквозь поры бумаги. Результат выражают объемом воздуха в кубических сантиметрах, прошедшего через площадь образца в 10 см2 в течение 1 мин при вакууме 100 мм водяного столба (9,81∙102 Па). Определение воздухонепроницаемости проводят на аппарате ВП-2 (рис. 2).

Основной частью аппарата ВП-2 явля­ется сосуд Мариотта 3, соединенный медной трубкой 2 с камерой 8, имеющей кольцевой зажим 9 (площадь отверстия 10 см2), служащий для герметического закрепления образцов испытуемой бумаги, и водяной манометр 7.

В верхней части сосуда над крышкой размещены воронка 1 и воздушный краник 10. Под нижним днищем сосуда находится кран 4 и вентиль 5 для регулирования стока воды.

Сосуд Мариотта прикреплен неподвижно к трубе, которая передвигается по высоте одной из вертикальных стоек аппа­рата. Сосуд отбалансирован противовесом, передвигаю-щимся по второй вертикальной стойке, что позволяет легко поднимать сосуд вверх и опускать вниз. Закрепление сосуда в нужном направлении производится винтом, расположенным у дна сосуда.

Т
рубка под вентилем 5 соединена резиновым шлангом с водосточной трубой 6, под которую устанавливается мерный цилиндр.

При испытании образца бумаги на воздухопроницаемость сосуд 3 наполняют дистиллированной водой через воронку 1, открыв у воронок краны 10 и 4 (по заполнении сосуда краны закрываются).

Образец испытуемой бумаги закрепляют в кольцевом зажиме 9 и, открыв кран 4, вентилем 5 регулируют сток воды так, чтобы установился вакуум 100 мм вод. ст. по манометру 7. Если вакуум будет меньше 100 мм вод. ст., сосуд 3 поднимают вверх, ослабив винт, находящийся у дна сосуда. Когда вакуум достигнет 100 мм вод. ст., сосуд закрепляют на установленной высоте.

Под сточную трубу 6 подставляют один из мерных цилиндров емкостью 10, 50, 100, 500, 1000 мм. Измеряют количество воды, истекающей за 1 мин, поддерживая вакуум 100 мм вод. ст., что достигается регулировкой вентилем 5. Объем вытекшей воды равен объему воздуха, прошедшего сквозь испытуемую бумагу.

Таким образом, воздухопроницаемость бумаги – это объем в миллилитрах воздуха, проникающего сквозь бумагу площадью 10 см2 в течение 1 мин при вакууме 100 мм вод. ст.

При испытании бумаг с малой воздухопроницаемостью про­должительность испытания увеличивают. Бумаги с большой воздухопроницаемостью испытывают при вакууме 50 мм вод. ст. (умножают на 2).


Определение усадки бумаги
Определение усадки производят на измерительном мик­роскопе МИР-1 с точностью до 0,01 мм.

Аппаратура:

- микроскоп МИР-1;

- ванночка;

- листы фильтровальной бумаги.
Подготовка образцов
При помощи шаблона вырезают образец 60100 мм. Затем на образце тонким лезвием наносят четыре штриха, ограничивающих участок образца в форме прямоугольника размером 4030 мм. Исходные точки для измерения отмечают на сторонах прямоугольника дополнительными штрихами. Поскольку изучение линейных размеров производят во взаимно перпендикулярных направлениях (продольном и поперечном), одно из направлений обозначают стрелкой. Готовый образец должен выглядеть следующим образом (рис. 3).
Выполнение испытания
М



икрометрическим винтом устанавливают нулевое положение на миллиметровой шкале микроскопа и шкале барабана микроскопического винта. Измеряемый образец неподвижно укрепляют на предметном стекле, и стол становится в такое положение, чтобы штрих, нанесенный на образец, совпадал со штрихом на окуляре. Затем, передвигая микрометрическим винтом объектив с окуляром вдоль предметного стекла до совпадения следующего штриха образца со штрихом окуляра, можно точно определить расстояние между штрихами на образцах (Л1). После этого образец помещают в ванночку с водой и выдерживают его в течение одного часа. Набухший образец вынимают из ванночки, снимают влагу фильтровальной бумагой и измеряют расстояние между штрихами на образце в продольном и поперечном направлениях, как это было уже описано выше (Л2). Затем образец помещают в сушильный шкаф на 1 ч при 80 0С, вынимают из шкафа и замеряют расстояние между штрихами (Л3).

Измерение геометрических размеров образцов выражают по формулам:

2–Л1)

Р = 100 % – расширение бумаги,

Л1

3–Л1)

У = 100 % – усадка бумаги,

Л1
где Л1 – расстояние между штрихами у исходного образца, мм;

Л2 – расстояние между штрихами после набухания в воде, мм;

Л3 – расстояние между штрихами, мм.

За результат принимают среднее арифметическое число из трех определений.
Представление результатов определения
Результаты приведенных испытаний следует представить в виде таблицы (табл. 2).
Таблица 2

Влияние полимерного покрытия на свойства бумаги


Показатели

Ед.

изм.

Бумага-

основа

Пленка

Бумага

с покры-тием

Измерение показателей, %

(+ или ?)

бумаги-основы

пленки

1

2

3

4

5

6

7

Масса 1 м2

г/ м2
















Толщина

мм
















Разрывная

длина

м
















Сопротивление раздиранию

мН
















Воздухопроница-

емость

см3/мин
















Жиронепро-

ницаемость

число

пятен
















Промокаемость

с
















Усадка

%


















Лабораторная работа № 2

ПОЛУЧЕНИЕ МЕЛОВАННОЙ БУМАГИ


  1. Технологический процесс получения мелованной бумаги и картона


Технологический процесс мелования бумаги состоит из следующих стадий:

- приготовление меловальной суспензии;

- нанесение меловальной суспензии на бумагу-основу;

- сушка мелованной бумаги;

- намотка бумаги.
2. Получение мелованной бумаги в лабораторных условиях

2.1. Приготовление меловальной суспензии
Бумага и картон для многократной печати должны отличаться достаточно высокой степенью белизны, в зависимости от вида печати она колеблется от 79 до 96 %. Белизна поверхности мелованной бумаги определяется в основном степенью белизны используемых минеральных пигментов. Связующие вещества в той или иной мере уменьшают белизну. Белизна бумаги-основы также сказывается на этом показателе мелованной продукции и тем в большей степени, чем меньше масса нанесенного покровного слоя и чем меньше значение показателя преломления света, входящего в меловальный состав пигмента.
Композиция меловальной суспензии
Главным компонентом состава является пигмент, составляющий 70–90 % массы покрытия. Однако пигмент одного вида не может обеспечить весь комплекс требуемых печатных и оптических свойств, поэтому в композиции используется смесь пигментов. Например, для повышения белизны и считывающей способности к основному пигменту – каолину – добавляют мел; для повышения непрозрачности – двуокись титана; для повышения белизны – сатинвейс. Вторым сложным компонентом, составляющим 5–75 % массы покрытия, является пленкообразующий полимер. В качестве такого могут быть использованы латексы, водорастворимые эфиры целлюлозы, крахмал, казеин, ПВС и т.д. Небольшим, но обязательным компонентом является диспергатор, обеспечивающий устойчивость пигмента к флокуляции. В дополнение к указанным компонентам вводят смачиватели, регуляторы, пеногасители и антисептики.

Для определения точного соотношения компонентов исходят из двух основных положений: для какого вида и сорта бумаги предназначается покрытие и каким устройством оно будет наноситься. В табл. 1 представлены некоторые композиции меловальной суспензии.
Методика приготовления меловальной суспензии
Для приготовления и анализа меловальной суспензии используется следующая аппаратура и материалы:

- лабораторная мешалка лопастного типа объемом 250 см3;

- термометр 0–100 єС;

- сито для очистки меловальной суспензии;

- фарфоровые стаканы объемом 500, 100, 50 см3;

- бумага-основа;

- компоненты меловальной суспензии (в соответствии с заданием);

- ареометры;

- весы технические;

- сушильный шкаф;

- вискозиметр;

- секундомер.
Таблица 1

Состав меловальной суспензии


Состав меловальной суспензии


Вид печати

глубокая

офсетная

высокая

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Пигменты:

каолин


100


90


40


90


67


60


57


20


60

двуокись титана

-

10

-

-

-

5

-

5

-

сатинвейс

-

-

-

-

-

-

-

5

-

мел

-

-

-

10

30

-

5

-

-

химически осажденный

бланфикс

-

-

60

-

3

35

38

70

40

Полимеры:

казеин


-


10


12


-


8


5,8


20


14


5,8

крахмал

-

-

-

-

-

-

-

-

-

поливиниловый спирт

3

-

-

-

-

-

-

-

-

латекс БСК-65/3

10

12,5

4

16

10

8,7

-

5

8,7

Na-КМЦ

-

-

-

2

-

-

-

-

-

мочевиноформальдегидная

смола

-

-

5

-

-

-

-

-

-

Дубители:

формалин


-


-


0,2


-


-


-


0,2


0,3


-




Окончание табл. 1


1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

гексаметилентетраамин

-

-

-

-

0,1

-

-

-

-

Диспергаторы:

пирофосфорнокислый натрий


-


0,3


0,5


0,3


0,5


0,4


0,8


0,4


0,5

гексаметофосфат натрия

0,4

-

-

-

-

-

-

-

-

Пластификаторы:

стеарат аммония


-


-


-


1,5


-


-


-


-


-

стеарат кальция

1,0

1,5

-

-

-

-

-

1,5

-

ализариновое масло

-

-

-

-

-

0,4

-

-

0,4

глицерин

-

-

-

-

0,5

-

-

5,0

-

Антисептик:

фенол


-


-


-


-


-


0,05


-


-


5,0

Модификатор

вязкости:

дициапдиглид



-



-



-



-



-



-



-



-



-

Пеногаситель:

терпениол


0,3


0,3


0,3


0,1


0,3


0,4


0,4


0,4


0,3

Оптический

отбеливатель:

релюкс



0,2



-



-



0,4



-



-



-



-



-

Масса наноса, г/м2

13

15

-

13

-

-

-

-

-

Концентрация, %

55

53

45

44

40

45

39

43

51


Предварительный расчет состава меловальной суспензии
Расчет следует вести в соответствии с полученным заданием (табл. 2).

Пример расчета. Приготовить суспензию концентрацией 40 % для меловальной бумаги, предназначенной для глубокой печати. Расход пигмента – 200 г (абсолютно сухого вещества).

Для приготовления меловальной суспензии 40%-ной концентрации необходимо использовать воду в следующем количестве:

г.

Из этого количества для приготовления 5%-ного раствора казеина расходуется

г.

Следовательно, для диспергирования к пигментам надо добавить г воды
Таблица 2

Расход меловальной суспензии


Компонент

Назначение

В соответствии с заданием

Влаж-ность товар-ного про-дук-та, %

Масса товарного продукта,

г

Содер-жание воды в товар-ном продукте, г

массо-вые части

масса абсолютно сухого вещества, г

Каолин

Пигмент

90

2000,9 =

180

2

180/0,98 =

184

3,6

Бланфикс

Пигмент

10

2000,1 =

20

1

20/0,99 =

20,2

0,2

Казеин

Связующий

8,6

2000,36 =

7,2

5

7,2/0,95 =

7,7

0,5

Латекс

Связующий

14,4

2000,144 =

28,6

53

28,6/0,47 =

61,3

32,5

БСК-65

Диспергатор

0,5

2000,005 =

1,0

65

1,0/0,35 =

2,9

1,9

Всего




118,5

237




275,7

38,7

  1   2


Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации