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"10.29235/1561-8331-2022-58-4-407-417vestich-765Research ArticleТЕХНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯTECHNICAL CHEMISTRY AND CHEMICAL ENGINEERINGВлияние амидов смоляных кислот канифоли на прочность межволоконных связей в бумаге в z-направленииInfluence of rosin resin acids amides on the strength of interfiber bonds in paper in the z-directionФлейшерВ. Л.FleisherV. L.

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

Ул. Свердлова, 13а, 220006, Минск

Viachaslau L. Fleisher – Ph. D. (Engineering), Associate Professor. Head of the Department of Chemical Processing of Wood.

13A, Sverdlov Str., 220006, Minsk

v_fleisher@list.ruБелорусский государственный технологический университетBelarusian State Technological University202229112022584407417Copyright © Флейшер В.Л., 20222022Флейшер В.Л.Fleisher V.L.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/765

Амиды смоляных кислот канифоли в зависимости от структуры могут оказывать на бумажные массы как гидрофобизирующее, так и упрочняющее действие. Установлено, что разработанные продукты модифицирования канифоли (клеевая канифольная композиция ТМАС-3Н и полиамидная смола ПроХим DUO), содержащие амиды смоляных кислот, при введении их в бумажные массы, изготовленные из волокнистых суспензий целлюлозы сульфатной (небеленой и беленой) хвойных и лиственных пород и макулатуры, отличающиеся степенью помола (25, 40 и 70 °ШР), способствуют повышению прочности межволоконных связей в бумаге в z-направлении. Действие эмульсии ТМАС-3Н сравнивали с традиционно применяемыми проклеивающими эмульсиями ТМ и AKD. Введение эмульсии ТМАС-3Н в бумажные массы (0,40 % от а. с. в.) обеспечивает максимальный прирост прочности межволоконных связей в бумаге в z-направлении, изготовленной из целлюлозы, равный 16,7–88,6 %, и из макулатуры – 19,4–75,4 %, что по сравнению с эмульсией ТМ больше в 1,6–6,4 и 2,3–4,5 раза соответственно. Достигнутый положительный эффект обусловлен наличием в эмульсии ТМАС-3Н частиц дисперсной фазы оксиэтиламидов и аминоэтиловых эфиров смоляных кислот, способных образовывать водородные связи с гидроксильными группами на сопряженных поверхностях целлюлозных волокон. Проклейка бумажных масс эмульсией AKD снижает прочность межволоконных связей в бумаге в z-направлении во всем исследуемом интервале ее содержания. Полиамидная смола ПроХим DUO, представляющая собой полиаминоамид смоляных кислот канифоли, при содержании ее в бумажных массах 0,10 % повышает прочность межволоконных связей в бумаге в z-направлении, изготовленной из целлюлозных и макулатурных суспензий, на 50,0–92,3 и 44,4–63,5 % соответственно. Полученные результаты повышения прочности межволоконных связей в бумаге в z-направлении амидами смоляных кислот канифоли полностью согласуются с механизмом мостиковых связей и теорией водородных связей.

Resin acid amides of rosin, depending on the structure, can have both a hydrophobizing and hardening effect on paper pulps. It has been established that the developed products of rosin modification (adhesive rosin composition TMAS3N and polyamide resin ProChem DUO) containing amides of resin acids, when introduced into paper pulps made from fibrous suspensions of sulphate cellulose (unbleached and bleached) of coniferous and broad-leaved species and waste paper, different in the degree of grinding (25, 40 and 70 °ShR), contribute to the increase in the strength of interfiber bonds in paper in the z-direction. The effect of the TMAS-3N emulsion was compared with the traditionally used TM and AKD sizing emulsions. The introduction of the TMAS-3N emulsion into paper pulps (0.40 % of a. d. w.) provides the maximum increase in the strength of interfiber bonds in paper in the z-direction made from cellulose, equal to 16.7–88.6 %, and from waste paper – 19.4–75.4 %, which is 1.6–6.4 and 2.3–4.5 times more compared to TM emulsion, respectively. The achieved positive effect is due to the presence in the TMAS-3H emulsion of particles of the dispersed phase of hydroxyethylamides and aminoethyl ethers capable of forming hydrogen bonds with hydroxyl groups on the mating surfaces of cellulose fibers. Sizing paper stocks with AKD emulsion reduces the strength of interfiber bonds in paper in the z-direction over the entire range of paper content studied. Polyamide resin ProChem DUO, which is a polyaminoamide of rosin resin acids, at its content in paper stocks of 0.10 %, increases the strength of interfiber bonds in paper in the z-direction, made from cellulose and waste paper suspensions, by 50.0–92.3 and 44.4–63.5 %, respectively. The obtained results of increasing the strength of interfiber bonds in paper in the z-direction by resin acid amides of rosin are in full agreement with the mechanism of bridged bonds and the theory of hydrogen bonds.

прочность межволоконных связейэнергия внутренних связей по Скоттупроклеивающие эмульсииполиамидная смолацеллюлозамакулатурабумагаinterfiber bond strengthScott internal bond energysizing emulsionspolyamide resincellulosewaste paperpaperReferencesИванов, 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).Фляте, Д. М. Свойства бумаги / Д. М. Фляте. – Изд. 2-е, исПр. и доп. – М.: Лесн. пром-сть, 1976. – 648 с.Flyate D. M. Paper Properties. Moscow, Lesnaya promyshlennost Publ., 1976. 648 p. (in Russian).Черная, Н. В. Теория и технология клееных видов бумаги и картона: монография / Н. В. Черная. – Минск: БГТУ. – 2009. – 394 с.Chornaya N. V. Theory and technology of glued types of paper and cardboard. Minsk, BSTU Publ., 2009. 394 p. (in Russian).Дубовый В. К. Силы связи в бумаге из растительных и минеральных волокон / В. К. Дубовый, Г. И. Чижов // Изв. вузов. Лесной журн. – 2005. – № 4. – С. 116–124.Dubovyi V. K., Chizhov G. I. Bonding forces in paper made from vegetable and mineral fibers. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Lesnoy zhurnal = Lesnoy Zhurnal (Russian Forestry Journal), 2005, no 4, pp. 116–124 (in Russian).Vahey, D. W. Tests for z-direction fibre orientation in paper / D. W. Vahey J. M. Considine // Appita Journal. – 2010. – Vol. 63, N 1. – P. 27–41.Vahey D. W., Considine J. M. Tests for z-direction fibre orientation in paper. Appita Journal, 2010, vol. 63, no 1, pp. 27–41.Study on the wet-web strength and pressability of paper sheet during the press process with the addition of nanofibrillated cellulose (NFC) / Z. Lu [at al.] // Carbohydrate Polymers. – 2019. – Vol. 210. – P. 332–338. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2019.01.083Z. Lu, X. An, H. Zhang, M. Guan, J. Liu, Y. Sun, S. Nie, H. Cao, B. Lu, H. Liu. Study on the wet-web strength and pressability of paper sheet during the press process with the addition of nano-fibrillated cellulose (NFC). Carbohydrate Polymers, 2019, vol. 210, pp. 332–338. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2019.01.083Теоретические основы технологии повышения прочности картона из макулатуры полимерами / С. Л. Андреева [и др.] // Химия раст. сырья. – 2010. – № 1. – С. 179–181.Andreeva S. L., Kozhevnikov S. Yu., Dul’kin D. A., Dubovyi V. K. Theoretical foundations of technology for increasing the strength of cardboard from waste paper with polymers. Khimiya rastitel’nogo syr’ya = Chemistry of plant raw materials, 2010, no. 1, pp. 178–181 (in Russian).Слаутин, Д. В. Повышение прочности бумаги, изготовленной из макулатурной массы // Д. В. Слаутин, М. В. Теплоухова, Р. Э. Андраковский // Вестн. ПНИПУ. Хим. технология и биотехнология. – 2018. – № 1. – С. 113– 135. https://doi.org/10.15593/2224-9400/2018.1.10Slautin D. V. Teploukhova M. V., Andrakovskiy R. E. Improving the strength of paper from waste paper. Vestnik PNIPU. Khimicheskaya tekhnologiya i biotekhnologiya = PNRPU Bulletin. Chemical Technology and Biotechnology, 2018, no 1, pp. 113–135 (in Russian). https://doi.org/10.15593/2224-9400/2018.1.10Тарасов, С. М. Химические вспомогательные средства в производстве целлюлозных композиционных материалов / С. М. Тарасов. – М.: ФГБОУ ВО МГУЛ, 2016. – 36 с.Tarasov S. M. Chemical auxiliaries in the production of cellulosic composite materials. Moscow, MSFU Publ., 2016. 36 p. (in Russian).Хованский, В. В. Применение химических вспомогательных веществ в производстве бумаги и картона. Ч. II / В. В. Хованский, В. К. Дубовый, П. М. Кейзер. – Санкт-Петербург: СПбГТУРП, 2013. – 72 с.Khovanskiy V. V., Dubovyi V. K., Keizer P. M. The use of chemical auxiliary substances in the production of paper and cardboard. Part II. St. Petersburg, St. Petersburg State Technological University of Plant Polymers, 2013. 72 p. (in Russian)Кожевников, С. Ю. Межволоконные электростатические связи в бумаге / С. Ю. Кожевников, И. Н. Ковернинский // Химия раст. сырья. – 2012. – № 3. – С. 197–202.Kozhevnikov S. Yu., Koverninskiy I. N. Interfiber electrostatic bonds in paper. Khimiya rastitel’nogo syr’ya = Chemistry of plant raw materials, 2012, no. 3, pp. 197–202 (in Russian).Polyamidoaminoepichlorohydrin resin a novel synthetic anti-corrosive water soluble polymer for mild steel / G. Nirmala Devi [at al.] // Progress in organic coatings. – 2017. – Vol. 109. – P. 117–125. https://doi.org/10.1016/j.porgcoat.2017.04.034Nirmala Devi G., Jagadeesan S., Manjubaashini N., Thangadurai T. D., Roopan S. M., Chitra S. Polyamidoaminoepichlorohydrin resin a novel synthetic anti-corrosive water soluble polymer for mild steel. Progress in organic coatings, 2017, vol. 109, pp. 117–125. https://doi.org/10.1016/j.porgcoat.2017.04.034Grigoriev, V. New strength technology: opportunities for cost savings and unique sheet characteristics / V. Grigoriev, M. Vartanen // Me tissue chemicals. – 2015. – N 27. – P. 56–59.Grigoriev V., Vartanen M. New strength technology: opportunities for cost savings and unique sheet characteristics. Me tissue chemicals, 2015, no 27, pp. 56–59.Hagiopol, C. Chemistry of modern papermaking / C. Hagiopol, J. W. Johnston. – 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/b11011Осипов, П. В. Эффекты синергизма между синтетическими полимерами и катионным крахмалом в макулатурных композициях / П. В. Осипов // Целлюлоза. Бумага. Картон. – 2011. – № 3. – С. 74–77.Osipov P. V. Synergistic effects between synthetic polymers and cationic starch in waste paper compositions. Tsellyuloza. Bumaga. Karton [Cellulose. Paper. Cardboard], 2011, no 3, pp. 74–77 (in Russian).Holik, H. Handbook of paper and board / H. Holik. – Wiley-VCH, 2013. – 528 р. https://doi.org/10.1002/9783527652495Holik H. Handbook of paper and board. Wiley-VCH, 2013. 528 р. https://doi.org/10.1002/9783527652495Флейшер, В. Л. Особенности применения эмульсий димеров алкилкетенов и модифицированных смоляных кислот в целлюлозных и макулатурных суспензиях для получения высококачественных видов бумаги и картона / В. Л. Флейшер, Н. В. Черная, Ж. С. Шашок // Вес. Нац. акад. навук Беларусi. Сер. хiм. навук. – 2022. – Т. 58, № 2. – С. 237 – 250. https://doi.org/10.29235/1561-8331-2022-58-2-237-250Fleisher V. L., Chornaya N. V., Shashok Zh. S. Features of application of alkylketene dimer emulsions and modified resin acids in cellulosic and waste suspensions for obtaining high-quality types of paper and cardboard. Vestsi Natsyyanal’nai akademii navuk Belarusi. Seryya khimichnykh navuk = Proceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Chemical Series, 2022, vol. 58, no. 2, pp. 237 – 250 (in Russian). https://doi.org/10.29235/1561-8331-2022-58-2-237-250Андрюхова, М. В. Новый азотсодержащий полимер с упрочняющим и гидрофобизирующим действием на бумагу и картон / М. В. Андрюхова, В. Л. Флейшер, Н. В. Черная // Вес. Нац. акад. навук Беларусi. Сер. хiм. навук. – 2019. – Т. 55, № 1. – С. 99 – 106. https://doi.org/10.29235/1561-8331-2019-55-1-99-106Andrukhova M. V., Fleisher V. L., Chernaya N. V. New nitrogen-containing polymer with strengthening and hydrophobizing effect on paper and cardboard. Vestsi Natsyyanal’nai akademii navuk Belarusi. Seryya khimichnykh navuk = Proceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Chemical series, 2019, vol. 55, no. 1, pp. 99 – 106 (in Russian). https://doi.org/10.29235/1561-8331-2019-55-1-99-106Флейшер, В. Л. Импортозамещающая технология получения и применения полиамидной смолы с гидрофобизирующим и упрочняющим действием на бумагу и картон / В. Л. Флейшер [и др.] // Полимерные материалы и технологии. – 2018. – Т. 4, № 3. – С. 72 – 83.Fleisher V. L., Andrukhova M. V., Chernaya N. V. Misyurov O. A. Import-substituting technology of production and application of polyamide resin with a hydrophobizing and hardening effect on paper and cardboard. Polimernye materialy i tekhnologii = Polymer materials and technologies, 2018, vol. 4, no 3, pp. 72 – 83 (in Russian).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 // Bulletin of the Perm National Research Polytechnic University. Applied ecology. Urbanistics. – 2017. – Vol. 2, no 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. Bulletin of the Perm National Research Polytechnic University. Applied ecology. Urbanistics, 2017, vol. 2, no 2, pp. 87–101.

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