ВЛИЯНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА ПРОСВЕТ БУМАГИ

Химия растительного сырья. 1999. №2. С. 149–153

УДК 676.2.017.27+676.2.07.7

ВЛИЯНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА ПРОСВЕТ БУМАГИ  Ю.Г. Малахова, В.В. Левшина, А.В. Бывшев Сибирский государственный технологический университет, Красноярск (Россия) E-mail: repyakh@sibstu.kts.ru Проведено определение равномерности просвета бумаги гравиметрическим, оптическим и экспертным методами. Полученные данные коррелированы. Установлено, что более равномерный просвет имеют образцы бумаги, состоящие из 30% неразмолотых целлюлоз хвойных пород и 70% целлюлозы лиственных, длина основной части волокон этих образцов – от 0.4 мм до 1.0 мм. В образцах с неудовлетворительным просветом присутствует около 10% волокон длиной более 1 мм.

Просвет бумаги характеризует степень одно-

пересушивают, а это приводит к увеличению пы-

родности ее структуры, то есть степень равно-

лимости, электризации статическим электриче-

мерности распределения в ней волокон. О про-

ством. Сильнооблачная бумага выглядит пятни-

свете судят по наблюдению бумаги в проходя-

стой и обнаруживает пониженное значение пока-

щем свете. При этом бумага просвечивает, и

зателя белизны [1]. Неоднородная структура

можно наблюдать насколько она оптически од-

приводит к неравномерному окрашиванию по-

нородна. Облачность бумаги, то есть наличие в

верхности бумаги, оказывает негативное влияние

ней светлых и темных мест свидетельствует о

на показатели механической прочности, возду-

недостаточно равномерном расположении в бу-

хопроницаемость, впитывающую способность,

маге волокон и неравномерной ее толщине [1].

электроизоляционные свойства.

Однородность просвета – одна из наиболее

Развитие измерительной техники позволило

значимых потребительских характеристик бума-

разработать технические средства для оценки ве-

ги, в частности, писчей. Бумага с неудовлетвори-

личины просвета. Наиболее часто используются

тельным просветом отличается невысокими эс-

оптические методы, сущность которых заключа-

тетическими показателями, плохими печатными

ется в фиксировании фотометрических колеба-

свойствами и при увлажнении становится волни-

ний светопроницаемости бумаги [3–15]. Недос-

стой.

таток этих методов в том, что численные вели-

Р.Э. Рейзиньш [2] указывает, что бумага, не-

чины определений зависят не только от распо-

равномерная по просвету, а следовательно, и по

ложения волокон в бумаге, но и от красящих

толщине, отличается повышенной склонностью к

компонентов, которые из-за неравномерного

короблению поверхности. Каландрирование бу-

расположения в бумаге могут внести некоторую

маги облачного просвета может привести к обра-

погрешность в результаты измерений. Использо-

зованию брака: появляются залощенные пятна,

вание рентгеновских лучей для характеристики

возникающие вследствие повышенного уплотне-

просвета бумаги практически не нашло приме-

ния утолщенных мест бумажного полотна. Об-

нения. Однако, Д.М. Фляте [1] считает, что ме-

лачная бумага обычно имеет и неравномерную

тод использования β-лучей для этой цели себя

влажность, для ее выравнивания бумажный лист

оправдывает. В работах Г.Э. Финкельштейна

150

Ю.Г. МАЛАХОВА, В.В. ЛЕВШИНА, А.В. БЫВШЕВ

[12–13] обоснована практическая пригодность

Объектом исследования были: беленая суль-

оптического метода для контроля структуры бу-

фитная целлюлоза хвойных пород, марка А-1,

маги. Для доказательства им была использована

Красноярского ЦБК; беленая сульфатная целлю-

оценка структурной неоднородности бумаги пу-

лоза хвойных пород, марка ХБ-4 и беленая суль-

тем взвешивания узких ее полосок [13].

фатная целлюлоза лиственных, марка СБ-1,

Многообразие подходов и методов определе-

Братского ЛПК. Размол целлюлозы проводился в

ния различных параметров, характеризующих

лабораторном ролле при концентрации массы

неравномерность просвета, часто приводит к не-

1%. Были отобраны пробы со степень помола 30

сопостовимости результатов. Вследствие этого

и 40 °ШР. По аналогии с нашими исследования-

однородность просвета на практике определяется

ми [14] были составлены композиционные смеси

визуально, а в стандартах приводятся только ка-

различного состава (табл. 1), в которых была оп-

чественные требования к однородности типа

ределена степень помола.

«просвет бумаги должен быть равномерным». Равномерность просвета бумажного полотна

Таблица 1. Состав и степень помола композиционных смесей

обуславливается целым рядом факторов, описа-

№

ние которых и механизм взаимодействия рас-

сме-

крыты еще далеко не полностью. К ним следует

си

отнести степень и характер помола волокнистой

1

30% Хн/р(САЦ) + 70%Х32(САЦ)

25

2

30% Хн/р(САЦ) + 70%Х40(САЦ)

30

3

70% Хн/р(САЦ) + 30%Л38(САЦ)

19

4

30% Хн/р(САЦ) + 70%Л38(САЦ)

29

массы, наличие или отсутствие в массе наполняющих и проклеивающих веществ, величину концентрации массы, поступающей на сетку бу-

Степень Композиционный состав, %

помола, °ШР

5

30% Хн/р(СИЦ) + 70%Х30(СИЦ)

27

магоделательной машины постоянство этой кон-

6

30% Хн/р(СИЦ) + 70%Х42(СИЦ)

32

центрации, скорость поступления массы на сет-

7

70% Хн/р(СИЦ) + 30%Л38(САЦ)

22

ку, относительно скорости самой сетки, условия

8

30% Хн/р(СИЦ) + 70%Л38(САЦ)

33

тряски на сеточном столе, температуру бумаж-

где Х – целлюлоза хвойных пород, Л – листвен-

ной массы при ее поступлении на сетку, рН сре-

ных; н/р – неразмолотая; 30, 32, 38, 40 – степень

ды при отливе бумаги, конструктивные особен-

помола, °ШР; САЦ – сульфатная целлюлоза

ности сеточного стола бумагоделательной маши-

хвойных пород, марка ХБ-4; СИЦ – сульфитная

ны и другие.

целлюлоза хвойных пород, марка А-1.

Нами была поставлена задача исследовать

При определении просвета экспертным спосо-

влияние композиционного состава на равномер-

бом был использован метод ранжирования. В экс-

ность просвета бумажного полотна. Для ее реа-

пертном опросе участвовали 10 экспертов, кото-

лизации мы выбрали следующие методы опреде-

рые расставили исследуемые образцы бумаги в

ления просвета:

порядке предпочтения, причем образец с худшим

оптический, заключающийся в фиксировании колебаний белизны бумаги;

просветом получал ранг, равный 0, а с наилучшим – 7. Расчет коэффициента конкордации под-

гравиметрический, основанный на колебани-

твердил согласованность мнений экспертов. Ре-

ях массы небольших участков бумажного полот-

зультаты экспертного опроса представлены в таб-

на;

лице 2, из которой видно, что лучший просвет экспертный, основанный на чувственном вос-

приятии просвета бумаги группой лиц.

имеют образцы № 4 и 8, удовлетворительный – № 2 и 6. Остальные образцы признаны неудовлетворительными по качеству просвета (№ 1, 3, 5, 7).

ВЛИЯНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА ПРОСВЕТ БУМАГИ

151

В основе определения просвета гравиметри-

°ШР. Такую же степень помола имеют образцы

ческим методом лежит взвешивание образцов

№ 2 и 6, которые составлены из 30% неразмоло-

2

бумаги площадью 1 см и вычисление средне-

той целлюлозы и 70% размолотой до 40%, но

квадратичного отклонения: чем больше эта вели-

просвет бумаги у этих образцов несколько хуже.

чина, тем выше структурная неоднородность бу-

Неудовлетворительным является просвет у об-

маги. Объем выборки – 50.

разцов №№ 3 и 7, степень помола которых равна

Известно, что показатель белизны (оптиче-

20 °ШР. Высокое содержание (70%) армирующе-

ский метод) может косвенно характеризовать

го компонента – целлюлозы хвойных приводит к

просвет бумаги, его определение в 50 точках бу-

образованию более крупных флокенов, ухуд-

мажного листа и вычисление среднеквадратич-

шающих просвет бумаги. Образцы № 1 и 5 име-

ного отклонения также могут дать количествен-

ют недостаточно развитую структуру наполни-

ную оценку равномерности просвета. Результаты

теля (которым является размолотая целлюлоза

определения просвета гравиметрическим и опти-

хвойных пород), что подтверждает недостаточно

ческим методами представлены в таблице 3.

высокая степень помола смеси – 26 °ШР.

Данные таблиц 2 и 3 были обработаны мето-

Измерение средней длины волокон исследуе-

дом корреляционного анализа. Установлено, что

мых образцов показало, что для лучших образ-

между методами существует положительная

цов № 4 и 8 этот показатель равен 0.8 мм и

корреляционная связь.

0.9 мм соответственно; для неудовлетворитель-

Из этого следует, что исследуемые образцы

ных – от 0.9 мм до 1.4 мм. Между значением

бумаги по качеству просвета можно разделить на

средней длины волокон и просветом существует

три группы: лучшие, удовлетворительные и не-

положительная корреляционная связь (R=0.62).

удовлетворительные (табл. 4). Установлено, что

Анализ фракционного состава показал, что в

лучшим просветом отличаются образцы, со-

лучших образцах имеет место высокое содержа-

стоящие из 30% неразмолотой целлюлозы хвой-

ние мелкой фракции (более 80%), в неудовлетво-

ных пород (сульфатной или сульфитной) и 70%

рительных – от 45% до 65%. Содержание сред-

целлюлозы лиственных. Степень помола компо-

ней фракции в лучших образцах около 20%, в

зиционных смесей № 4 и 8 равна, в среднем, 30

неудовлетворительных – от 30% до 45%.

Таблица 2. Результаты экспертного опроса № образца

Эксперты

Среднее значе-

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

ние

1

3

2

2

2

0

2

2

2

2

3

2.0

2

4

3

4

4

5

4

4

4

6

4

4.2

3

0

1

1

2

2

1

1

1

0

0

0.9

4

6

7

7

7

6

7

6

7

7

6

6.6

5

1

0

0

1

2

1

2

1

1

2

1.0

6

4

4

5

3

4

5

4

4

4

3

4.0

7

1

3

4

3

2

2

2

3

2

3

2.5

8

7

6

6

6

7

6

7

6

6

7

6.4

Ю.Г. МАЛАХОВА, В.В. ЛЕВШИНА, А.В. БЫВШЕВ

152

Таблица 3. Определение просвета гравиметрическим и оптическим методами

Таблица 4. Оценка качества просвета исследуемых образцов Номер

Среднеквадратичное отклонение, найденное по методу оптическому, гравиметриче-

Оценка

скому, г, х 10-4

%,

Лучшие

1

2.24

0.51

2

2.40

0.29

3

2.86

0.57

4

1.92

0.39

5

3.64

0.41

Неудов-

6

2.58

0.52

летвори-

7

3.67

0.69

тельная

8

2.02

0.26

№ образца

Композиционный состав, %

смеси

Удовлетворительная

4

30% Хн/р(САЦ) + 70%Л38(САЦ)

8

30% Хн/р(СИЦ) + 70%Л38(САЦ)

2

30% Хн/р(САЦ) + 70%Х40(САЦ)

6

30% Хн/р(СИЦ) + 70%Х42(СИЦ)

1

30% Хн/р(САЦ) + 70%Х32(САЦ)

3

70% Хн/р(САЦ) + 30%Л38(САЦ)

5

30% Хн/р(СИЦ) + 70%Х30(СИЦ)

7

70% Хн/р(СИЦ) + 30%Л38(САЦ)

№8

Количество волокон

Количество волокон

№4 60 50 40 30 20

60 50 40 30 20 10

10 0

0 0,4

0,7

1

1,3

1,6

1,9

2,2

2,5

2,8

3,1

3,4

3,7

4

4,3

0,4

0,7

1

1,3

1,6

Количество волокон

Количество волокон

50 40 30 20 10 1,3

1,6

1,9

2,2

2,5

2,8

3,1

3,4

3,7

4

4,3

30 20 10 1,6

1,9

2,2

2,5

4,6

30 20 10

4,6

Количество волокон

Количество волокон

40

1,3

4,3

0,4

0,7

1

1,3

1,6

1,9

2,2

2,5

2,8

3,1

3,4

3,7

4

4,3

4,6

4

4,3

4,6

№7

50

1

4

Длина волокна, мм

60

0,7

3,7

40

№3

0,4

3,4

50

Длина волокна, мм

0

3,1

60

0 1

2,8

№5

60

0,7

2,5

Длина волокна, мм

№1

0,4

2,2

4,6

Длина волокна, мм

0

1,9

2,8

3,1

3,4

3,7

4

4,3

4,6

60 50 40 30 20 10 0

0,4

0,7

1

1,3

1,6

1,9

2,2

2,5

2,8

3,1

3,4

3,7

Длина волокна, мм Длина волокна, мм Рис. Гистограмма длины волокон в лабораторных образцах: а) лучшие образцы; б) неудовлетворительные

ВЛИЯНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА ПРОСВЕТ БУМАГИ

Были построены гистограммы длины волокон для лучших и неудовлетворительных образцов, полученных лабораторным способом (см рис.). Гистограммы для лучших образцов имеют пик, сдвинутый влево, основная часть волокон имеет длину (0.4–1.0) мм; в неудовлетворительных об-

153

на хлопьеобразование волокон при изготовлении бумаги: Автореф. дис. ... канд. тех. наук. Л., 1973. 12 с.

6. Пузырев С.А., Иншаков М.Д., Балмасов Е.Я., Зотова-Спановская Н.Ф. Испытание бумаги и картона. М., 1966. 386 с.

7. Исследование коэффициента вариации и среднего размера неоднородности для различных типов бума-

разцах достаточно много волокон длиной более

ги с разным качеством просвета. Анненков А.М., Галак-

1 мм.

тионов Б.В., Иванова Е.И. Бумажная пром-сть. 1990.

Такие же гистограммы были построены нами для лучших (№6 и №10) и худших (№1 и №7) образцов писчей бумаги), полученной промышленным способом. Лучшие по равномерности просвета и по качеству в целом промышленные образцы (№6 и №10) состоят на 20–30% из целлюлозы хвойных пород и на 70–80% – лиственных, имеют

№9. С. 13–14.

8. Кейси Д.М. Свойства бумаги и ее переработка. М., 1960. Т. 2. 650 с.

9. Глобус Ф.Е. Методика исследования хлопьеобразования в потоке волокнистой суспензии и просвета бумаги // Химическая переработка древесины: Сб. тр. ЛТА им. С.М. Кирова. Л., 1972. С. 97–99.

10. Галактионов Б.В., Иванова Е.И., Сырников Ю.П.

среднюю длину около 1.0 мм, содержание мелкой

и др. Объективная оценка просвета бумаги // Известия

фракции около 60%. Худшие образцы (№1 и №7)

С-П ЛТА, С-Пб., 1995. С. 117–131.

состоят на 90–95% из целлюлозы хвойных, сред-

11. Пузырев С.С., Савицкий Е.Е., Смолин А.С., Фо-

няя длина – 1.2–1.6 мм, содержание мелкой фрак-

мина М.Л. Факторы, влияющие на просвет бумажного

ции 30–40%.

листа // Химия и технология бумаги: Межвуз. Сб. Л., 1978. Вып. 6. С. 116–121.

Список литературы 1. Фляте Д.М. Свойства бумаги. М., 1976. 648 с.

2. Рейзиньш Р.Э. Неравномерность листа бумаги и ее влияние на остальные качественные показатели продукции // Бумажная пром-сть. 1963. №12. С. 4–6.

3. Балмасов Е.Я. Измерение просвета бумаги // Бумажная пром-сть. 1960. №5. С. 12.

4. Вайсман Л.М. Структура бумаги и методы ее контроля. М., 1973. 150 с.

5. Глобус Ф.Е. Исследование факторов, влияющих

12. Финкельштейн Г.Э. Неоднородность бумаги и потребительские свойства // Бумажная пром-сть. 1972. №10. С. 21–22.

13. Финкельштейн Г.Э. Исследование неравномерности просвета бумаги и ее связи с прочностью и электрическими свойствами. Автореф. дис. ... канд. техн. наук. Л., 1970. 16 с.

14. Бывшев А.В., Левшина В.В., Мельничук Н.М. Влияние композиционного состава бумаги на когезию ее листа // Целлюлоза, бумага, картон. 1995. №7–8. С. 18–19. Поступило в редакцию 31.05.1999