Липкие загрязнения в макулатурной массе
Липкие загрязнения в макулатурной массе доставляют немало хлопот переработчикам макулатуры. Термин «липкие загрязнения» обычно используется в бумажном производстве для обозначения неопределенных смесей органических компонентов, поступающих на переработку с макулатурным сырьем. При этом липкие или клейкие вещества, содержащиеся в волокнистой суспензии и контурах водопользования бумажной фабрики, могут образовать отложения на деталях оборудования и «одежде» бумагоделательной машины (БДМ).
Иллюстрации см. в PDF-версии статьи
Загрязнения — это волокнистые и неволокнистые компоненты макулатурной массы (ММ), которые вносятся в композицию бумаги с целью формирования бумажного полотна, улучшения её качества, содействия определенной технологической операции или поддержания чистоты системы бумажного производства.
Загрязнения ММ можно подразделить на внутренние и внешние. Внешние загрязнения — это вещества, физически и химически не связанные с волокном, содержащиеся в ММ: песок, частицы стекла и металла, кусочки древесины.
Внутренние загрязнения связаны физически или химически с поверхностью бумаги и картона либо внедрены в их волокнистую структуру. Некоторые компоненты, которые в дальнейшем могут стать загрязнениями, вводятся как добавки для придания бумаге определенных свойств.
Другие внутренние загрязнения появляются в процессе обработки бумаги или при её использовании. Это, например, пластиковые покрытия, расплавы для склеивания корешков книг или журналов, полиграфические краски, крахмал для склеивания гофрокартона, восковые покрытия, липкие этикетки, липкий слой в блокнотах и пр.
Водорастворимые загрязнения обычно переходят в жидкую среду. Замыкание системы водопользования бумажной фабрики приводит к увеличению концентрации растворимых веществ в оборотной воде, способствует образованию в ней отложений и развитию микроорганизмов или слизи.
Нерастворимые загрязнения — это термопластичные и нетермопластичные вещества. Компоненты липких этикеток обычно находятся в термопластичном состоянии при комнатной температуре. Пластики, такие как полиэтилен и полипропилен, также термопластичны и размягчаются при температуре, которая поддерживается в сушильной части БДМ.
Основными характеристиками липких загрязнений являются размер, тип и поведение. Липкие загрязнения, остающиеся на сите сортировок при ширине щелей 0,10−0,15 мм, называются макростиками (или липкими макрочастицами), а прошедшие через сортировку — микростиками (или микрочастицами). Микрочастицы могут быть тонкодиспергированными — от 100 мкм до 100 нм, коллоидными — от 100 до 10 нм или молекулярно растворимыми (<10 нм).
Липкие загрязнения могут быть первичными и вторичными. Первичные присутствуют в системе с начала переработки макулатуры и могут состоять из микро и макрочастиц. Вторичные липкие загрязнения образуются при переработке макулатуры или производстве бумаги на БДМ путем агломерации микрочастиц. Для вывода микрочастиц из системы с бумажным полотном необходимо поддерживать их в диспергированном состоянии и скрепить с волокнами ММ.
Агломерации микрочастиц способствуют увеличение рН и температуры; повышенные усилия сдвига, воздействующие на суспензию; замыкание контуров водопользования; удержание мелкого волокна и наполнителей в бумажном полотне; наличие воздуха в ММ.
Если в ММ есть липкие загрязнения, необходимо обратить внимание на следующие особенности процесса производства бумаги: резкие изменения величины рН, температуры и жесткости воды; наличие воздуха в воде; образование отложений на деталях и «одежде» БДМ; степень очистки производственной воды перед её повторным использованием.
Первичные липкие загрязнения представляют собой липкие частицы адгезивов, компонентов полиграфической краски, связующих, восков, пластиков и влагопрочных смол. Интенсивное физико¬химическое воздействие на ММ является потенциальной причиной образования вторичных липких загрязнений. Изменение температуры, величины рН или заряда частиц вызывает коллоидную нестабильность и агломерацию растворимых и коллоидных веществ. Вторичные липкие загрязнения могут образовывать отложения на БДМ и её «одежде».
Подобные проблемы возникают и при использовании первичных волокон: липкие отложения, образовавшиеся из экстрактивных веществ древесины, называются «вредная смола». При переработке бумажного брака с меловальным покрытием образуется «белая смола». Взаимодействие компонентов бумажной массы может повысить липкость веществ. На рис. 1 показаны возможные взаимодействия между волокнами, химическими добавками и компонентами ММ, способные привести к образованию липких отложений. Формированию вторичных липких загрязнений способствуют резкие изменения температуры, величины рН, заряда, усилия сдвига и концентрации массы.
Липкие отложения образуются на стационарных деталях производственной системы, таких как насосы и стенки бассейнов, а также на деталях и «одежде» БДМ. Отложения на БДМ являются причиной обрывов бумажного полотна. Интенсивный контакт движущегося бумажного полотна с липкими отложениями может привести к выщипыванию волокон. Проблемы, вызванные липкими загрязнениями на БДМ, усугубляются при низкой плотности и прочности бумажного полотна и высокой скорости БДМ.
Серьезные проблемы, связанные с липкими загрязнениями, возникают и при переработке бумаги и картона. Под влиянием температуры и давления липкие загрязнения на внутренней стороне бумаги могут проявиться на её внешней стороне. При склеивании слоев и перемотке бумаги возможны обрывы и образование пятен на её поверхности. Проблемы, связанные с наличием воска в ММ, возникают при производстве гофрированного картона: из¬за снижения коэффициента трения рулоны картоналайнера при транспортировке могут деформироваться, а заготовки гофрокартона — скользить, что создает проблему штабелирования и дальнейшей переработки.
Адгезивы соединяют два материала, склеивая их поверхности. Образование адгезионных пленок происходит вследствие физических процессов: испарения воды (дисперсионные адгезивы) или растворителя (адгезивы с растворителем), а также охлаждения адгезионного слоя (расплавы).
Особую группу образуют адгезивы, чувствительные к давлению — PSA. Термин «адгезив, чувствительный к давлению» обозначает такой способ применения адгезива, который предполагает соединение материалов и приложение небольшого давления для образования адгезионного слоя. PSA используются для изготовления липких этикеток или лент.
Клеирасплавы наносят на материал в жидком виде, а затвердевают они при комнатной температуре. Они используются для склеивания журналов и книг, коробок. Этиленвинилацетат (EVA), бутадиен-стирольный каучук (SBR), полиэтилен, полиамид, полиуретан (PVR) и полиизопрен являются термопластичными полимерами и входят в состав клееврасплавов. Воск и низкомолекулярный полиэтилен необходимы для регулирования вязкости и точки плавления клееврасплавов.
Дисперсионные клеи, которые широко применяются при переработке бумаги, в жидкой фазе находятся в диспергированном состоянии. Клеевые пленки дисперсионных полимеров представляют собой термопластичные материалы, размягчающиеся при температуре 65−150 °С.
Компоненты полиграфической краски также являются источником липких загрязнений. К липким загрязнениям относят тонирующие краски для ксероксов и лазерных принтеров. Тонеры на основе стиролбутадиенового каучука и поливинилакрилата содержат те же химические компоненты, что и адгезивы.
В качестве связующих меловальных покрытий используются дисперсии полимеров и производные крахмала. Синтетические латексы, такие как бутадиен-стирольный сополимер, поливинилацетат (PVAc) или поливинилакрилат, могут вызвать образование липких загрязнений.
Вспомогательные химические вещества применяются в производстве бумаги для оптимизации процесса и обеспечения требуемых свойств бумаги.
Полимер, смола или термопластичный клей за счет низкого поверхностного натяжения могут смачивать гидрофобные твердые поверхности с высоким поверхностным натяжением. По этой причине на полиэфире и полиамиде, использующихся при изготовлении сеток и сукон БДМ, могут формироваться отложения липких загрязнений.
Методы исследования липких веществ используются для создания систем контроля качества макулатуры и ММ. Чтобы определить содержание липких загрязнений, изготавливают отливки из ММ и подсчитывают в них количество частиц загрязнений и занимаемую ими площадь. Однако эта оценка во многом зависит от субъективного мнения человека, производящего испытания, и требует больших затрат времени.
Для определения количества и площади липких загрязнений применяют системы анализа изображений, но при этом вместе с липкими загрязнениями могут быть подсчитаны частицы, имеющие другое происхождение.
Способность волокнистых полуфабрикатов образовывать липкие отложения определяют методом фирмы Mondo Minerals. Для этого образец ММ (концентрация 0,5%) помещают в емкость с перемещающейся сеткой. Через 30 минут волокна ММ смывают с сетки слабой струей воды, а отложения на сетке, подсчитывают и анализируют.
Увеличение объема перерабатываемой макулатуры приводит к усугублению проблемы липких загрязнений, так как интенсификация процесса переработки макулатуры способствует их накоплению в системе.
Таким образом, необходим тщательный подбор вспомогательных химических веществ для удержания в норме и предотвращения резких изменений величины рН и температуры во избежание дестабилизации суспензии, вызывающей агломерацию и осаждение коллоидных и растворенных веществ.
Особое внимание необходимо уделять предотвращению изменения заряда под воздействием удерживающих реагентов — катионных полимеров, поскольку такое изменение может вызвать увеличение количества липких загрязнений в бумажном полотне.
Влагопрочные реагенты, карбоксиметилцеллюлоза, красители, пеногасители и анионные полимеры, используемые в технологическом процессе, также могут влиять на образование липких загрязнений.
Ольга КОВАЛЕВА, доцент СПбГЛТА
Другие статьи по теме:
Липкие загрязнения в макулатурной массе. Ч.2 - ЛесПромИнформ № 7 (65) 2009 год
