vestichИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия химических наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus, Chemical Series1561-83312524-2342The Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-8331-2022-58-2-237-250vestich-727Research ArticleТЕХНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯTECHNICAL CHEMISTRY AND CHEMICAL ENGINEERINGОсобенности применения эмульсий димеров алкилкетенов и модифицированных смоляных кислот в целлюлозных и макулатурных суспензиях для получения высококачественных видов бумаги и картонаFeatures of application of alkylketene dimer emulsions and modified resin acids in cellulosic and waste suspensions for obtaining high-quality types of paper and cardboardФлейшерВ. Л.FleisherV. L.

Флейшер Вячеслав Леонидович - кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой.

ул. Свердлова, 13 а, 220006, Минск.

Viachaslau L. Fleisher - Ph. D. (Engineering), Associate Professor. Head of Department, Belarusian State Technological University.

13 a, Sverdlov Str., 220006, Minsk.

v_fleisher@list.ruЧернаяН. В.ChornayaN. V.

Черная Наталья Викторовна - доктор технических наук, профессор.

ул. Свердлова, 13 а, 220006, Минск.

Nataliya V. Chornaya - D. Sc. (Engineering), Professor, Belarusian State Technological University.

13 a, Sverdlov Str., 220006, Minsk.

chornaya@belstu.byШашокЖ. С.ShashokZh. S.

Шашок Жанна Станиславовна - доктор технических наук, доцент.

ул. Свердлова, 13 а, 220006, Минск.

Zhanna S. Shashok - D. Sc. (Engineering), Associate Professor, Belarusian State Technological University.

13 a, Sverdlov Str., 220006, Minsk.

shashok@belstu.byБелорусский государственный технологический университетBelarusian State Technological University202208062022582237250Copyright © Флейшер В.Л., Черная Н.В., Шашок Ж.С., 20222022Флейшер В.Л., Черная Н.В., Шашок Ж.С.Fleisher V.L., Chornaya N.V., Shashok Z.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestichem.belnauka.by/jour/article/view/727

Изучены особенности применения проклеивающих эмульсий димеров алкилкетенов (AKD) и смоляных кислот, модифицированных моноэтилцеллозольвмалеинатом (ТМ) и моноэтаноламином (ТМАС-3Н), для гидрофобизации волокнистых суспензий, содержащих первичные (целлюлозу сульфатную (небеленую и беленую) из хвойных и лиственных пород древесины) и вторичные (макулатуру) полуфабрикаты, отличающиеся фракционным составом и степенью помола (25-70 ° ШР). Содержание частиц дисперсной фазы эмульсий варьировали от 0,08 до 0,30 % для AKD и от 0,20 до 2,00 % для ТМ и ТМАС-3Н. Установлено, что гидрофобизирующее действие эмульсий AKD, ТМ и ТМАС-3Н повышается при замене вторичных волокнистых полуфабрикатов на первичные; оно зависит от степени помола волокнистой суспензии и ее фракционного состава. Особенность применения эмульсии димеров алкилкетенов заключается в способности ее частиц образовывать гидрофобные β-кетоэфирные связи с гидроксильными группами волокон, количество которых заметно возрастает при использовании целлюлозных волокон вместо макулатурных. Особенностью применения канифольных эмульсий ТМ и ТМАС-3Н является их способность образовывать проклеивающие комплексы в присутствии электролита, что позволяет обеспечить их электростатическое взаимодействие с поверхностью волокон (целлюлозных и макулатурных). Преимуществом эмульсии ТМАС-3Н по сравнению с ТМ является возможность снижения содержания частиц дисперсной фазы в 1,8-6,6 раза при одновременном достижении высокой гидрофобности (впитываемость при одностороннем смачивании не превышает 21 г/м2) и сохранении первоначальной прочности бумаги и картона.

The features of the use of sizing emulsions of alkyl ketene dimers (AKD) and resin acids modified with monoethyl cellosolve maleate (TM) and monoethanolamine (TMAS-3N) for hydrophobization of fibrous suspensions containing primary (sulphate cellulose (unbleached and bleached) from coniferous and hardwood) and secondary (waste paper) semi-finished products, differing in fractional composition and degree of grinding (25-70 °SR). The content of particles of the dispersed phase of the emulsions varied from 0.08 to 0.30 % for the AKD emulsion and from 0.20 to 2.00 % for TM and TMAS-3N. It has been established that the hydrophobic effect of AKD, TM and TMAS-3N emulsions increases when secondary fibrous semi-finished products are replaced with primary ones; it depends on the grinding degree of the fibrous suspension and its fractional composition. A feature of the use of alkyl ketene dimers emulsion lies in the ability of its particles to form hydrophobic β-ketoether bonds with hydroxyl groups of fibers, the number of which increases singnificantly when cellulose fibers are used instead of recycled ones. A feature of the use of TM and TMAS-3N rosin emulsions is their ability to form sizing complexes in the presence of electrolyte, which makes it possible to ensure their electrostatic interaction with the surface of fibers (cellulose and waste paper). The advantage of the TMAS-3N emulsion as compared to TM is the possibility of reducing the content of particles of the dispersed phase by 1.8-6.6 times while achieving high hydrophobicity (absorption with one-sided wetting does not exceed 21 g/m2) and maintaining the original strength of paper and cardboard.

проклеивающие эмульсиицеллюлозамакулатурамеханизм проклейкибумагакартонгидрофобностьпрочностьsizing emulsionscellulosewaste papersizing mechanismpapercardboardhydrophobicitystrengthReferencesBildik, A. E. A Perspective on various alkyl ketene dimer (AKD) application areas / A. E. Bildik // Journal of the Faculty of Forestry Istanbul University. - 2017. - Vol. 67, N 1. - P. 103-108. http://doi.org/10.17099/jffiu.74987Bildik A. E. A Perspective on various alkyl ketene dimer (AKD) application areas. Journal of the Faculty of Forestry Istanbul University, 2017, vol. 67, no. 1, pp. 103-108. http://doi.org/10.17099/jffiu.74987Bildik, A. E. Alkyl Ketene Dimer (AKD) sizing of paper under simplified treatment conditions / A. E. Bildik, M.A. Hubbe, K. B. Gurboy // Tappi Journal. - 2016. - Vol. 15, N 8. - P. 545-552.Bildik A.E., Hubbe M.A., Gurboy K.B. Alkyl Ketene Dimer (AKD) sizing of paper under simplified treatment conditions. Tappi Journal, 2016, vol. 15, no. 8, pp. 545-552.Hundhausen, U. Use of Alkyl Ketene Dimer (AKD) for surface modification / U. Hundhausen, H. Militz, C. Mai // European Journal of Wood and Wood Products. - 2009. - N 67. - P. 37-45. https://doi.org/10.1007/s00107-008-0275-zHundhausen U., Militz H., Mai C. Use of Alkyl Ketene Dimer (AKD) for surface modification. European Journal of Wood and Wood Products, 2009, vol. 67, pp. 37-45. https://doi.org/10.1007/s00107-008-0275-zHutton, B. Sizing Effects via AKD Vaporisation / B. Hutton, W. Shen // Appita: Technology, Innovation, Manufacturing, Environment. - 2005. - Vol. 58, N 5. - P. 367-373.Hutton B., Shen W. Sizing Effects via AKD Vaporisation. Appita Technology, Innovation, Manufacturing, Environment, 2005, vol. 58, no. 5, pp. 367-373.Chernaya, N. V. Reduction energy consumption of paper and cardboard machines in production of glued paper and cardboard / N. V. Chernaya, V. L. Fleisher, N. I. Bogdanovich // Изв. вузов. Лесной журн. - 2019. - № 5. - С. 188-193.Chernaya N.V., Fleisher V. L., Bogdanovich N. I. Reduction energy consumption of paper and cardboard machines in production of glued paper and cardboard. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Lesnoy zhurnal = Lesnoy Zhurnal (Russian Forestry Journal), 2019, no. 5, pp. 188-193.Lindstrom, T. On the mechanism of sizing with alkylketene dimers. Part 1. Studies on the amount of alkylketene dimer required for sizing different pulps / T. Lindstrom, G. Soderberg // Nordic Pulp Paper Research Journal. - 1986. - Vol. 1, N 1. -P. 26-33.Lindstrom T., Soderberg G. On the mechanism of sizing with alkylketene dimers. Part 1. Studies on the amount of alkylketene dimer required for sizing different pulps. Nordic Pulp Paper Research Journal. 1986, vol. 1, no. 1, pp. 26-33.Seo, W.S. Possibility of hydrogen bonding between AKD and cellulose molecules during AKD sizing / W. S. Seo, N.S. Cho, S. Ohga // Journal of the Faculty of Agriculture Kyushu University. - 2008. - Vol. 53, N 2. - P. 405-410.Seo W. S., Cho N. S., Ohga S. Possibility of hydrogen bonding between AKD and cellulose molecules during AKD sizing. Journal of the Faculty of Agriculture Kyushu University. 2008, vol. 53, no. 2, pp. 405-410.Hagiopol, C. Chemistry of modern papermaking / C. Hagiopol, J. W. Johnston. - Boca Raton, CRC Press, 2012 - 431 р. https://doi.org/10.1201/b11011Hagiopol C., Johnston J. W. Chemistry of modern papermaking. Boca Raton, CRC Press, 2012. 431 р. https://doi.org/10.1201/b11011Hubbe, M. Paper's resistance to wetting - a review of internal sizing chemicals and their effects / M. Hubbe // BioResources. -2006. - N 2 (1). - P. 106-145. https://doi.org/10.15376/biores.2.1.106-145Hubbe M. Paper's resistance to wetting - a review of internal sizing chemicals and their effects. BioResources. 2006, no. 2 (1), pp. 106-145. https://doi.org/10.15376/biores.2.1.106-145Bildik, A. E. Neutral/alkaline sizing of paper with fortified, saponified wood rosin premixed with alum and retained using cationic polymer / A. E. Bildik, M. A. Hubbe, M. E. Gule // Appita Journal. - 2019. - Vol. 72, N 1. - Р. 39-49.Bildik, A.E. Hubbe M.A., Gule M.E. Neutral/alkaline sizing of paper with fortified, saponified wood rosin premixed with alum and retained using cationic polymer. Appita Journal. 2019, vol. 72, no. 1, pp. 39-49.Nitzman, A. F. Sizing variations of dispersed rosin sizes with fortification, hardness, pH, and temperature / A. F. Nitz-man, A. T. Royappa // Tappi Journal. - 2003. - Vol. 2, N 4. - P. 8-11.Nitzman A.F. Royappa A.T. Sizing variations of dispersed rosin sizes with fortification, hardness, pH, and temperature. Tappi Journal. 2003, vol. 2, no. 4, pp. 8-11.Holik, H. Handbook of paper and board / H. Holik. - Wiley-VCH, 2013. - 528 р. https://doi.org/10.1002/3527608257Holik H. Handbook of paper and board. Wiley-VCH, 2013. 528 р. https://doi.org/10.1002/3527608257Lauzon, R. V. New cationic dispersed rosin size - Field trials and successes / R. V. Lauzon // Proc. TAPPI Engineering and Papermakers Conference. - TAPPI Press, Atlanta, 1997. - P. 819-836.Lauzon R. V. New cationic dispersed rosin size - field trials and successes. Proc. TAPPI Engineering and Papermakers Conference. TAPPI Press, Atlanta, 1997, pp. 819-836.Chernaya, N. V. The creation and implementation of the resource-conserving technology of paper and paperboard sizing with hydrodispersions of modified rosin in the mode of heteroadagulation of peptized particles / N. V. Chernaya, V. L. Fleisher, N. V. Zholnerovich // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. прикладная экология. Урбанистика. - 2017. - Т. 2, N 2. - P. 87-101.Chernaya N. V. Fleisher V. L., Zholnerovich N. V. The creation and implementation of the resource-conserving technology of paper and paperboard sizing with hydrodispersions of modified rosin in the mode of heteroadagulation of peptized particles. Vestnik Permskogo natsional'nogo issledovatel'skogo politekhnicheskogo universiteta. prikladnaya ekologiya. Urbanistika = Bulletin of the Perm National Research Polytechnic University. Applied ecology. Urbanistics, 2017, vol. 2, no. 2, pp. 87-101.Опытно-промышленное производство высокосмоляного клея с улучшенными проклеивающими свойствами / В. Л. Флейшер [и др.] // Материалы, технологии, инструменты. - 2005. - Т. 10, № 4. С. 59-62.Fleisher V. L., Lamotkun A. I., Chernyshova T. V., Chernaya N. V., Bondarenko Zh. V. The Experimental-Industrial Production Of Highly Resinous Glue With The Improved Sizing Characteristics. Materialy, tekhnologii, instrumenty [Materials, technologies, tools], 2005, vol. 10, no. 4, pp. 59-62 (in Russian).Повышение качества бумаги из макулатуры химическими функциональными веществами / А. А. Остапенко [и др.] // Химия растительного сырья. - 2012. - № 1. - С. 187-190.Ostapenko A. A., Moroz V. N., Barbash V. A., Kozhevnikov S. Yu., Dubovyy V. K., Koverninskiy I. N. Improving the quality of paper from waste paper with chemical functional substances. Khimiya rastitel'nogo syr'ya = Chemistry of plant raw materials, 2012, no. 1, pp. 187-190 (in Russian).Мишурина, О. А. Способы гидрофобизации и упрочнения композиционных целлюлозных материалов из вторичного сырья / О. А. Мишурина, О. А. Ершова // Междунар. журн. прикладных и фундаментальных исследований. - 2016. - № 10. - С. 363-366.Mishurina O. A., Ershova O. A. Methods of hydrophobization and hardening of composite cellulose materials from secondary raw materials. Mezhdunarodnyy zhurnal prikladnykh i fundamental'nykh issledovaniy = International Journal of Applied and Fundamental Research, 2016, no. 10, pp. 363-366 (in Russian).Иванов, С. Н. Технология бумаги / С. Н. Иванов. - Изд. 3-е, переработ. - М.: Лесн. пром-сть, 2006. - 696 с.Ivanov S. N. Paper technology. Moscow, Lesnaya promyshlennost Publ., 2006. 696 p. (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.