Особенности коагулирующего и пептизирующего действия слабо- и сильноосновных катионных полиэлектролитов на канифольные эмульсии

Впервые показано, что катионные полиэлектролиты (слабоосновной (полиамидполиаминэпихлоргидриновая смола (ППЭС)) и сильноосновные (полидиметилдиаллиламмоний хлорид (ПДМДААХ) и сополимер акриламида с метиленхлоридом диметиламинопропилакриламида (СА МХ ДМАПА)), широко используемые в технологии бумаги и картона в качестве флокулянтов (существующая технология), дополнительно участвуют в процессах коагуляции и пептизации (предлагаемая технология). Установлено, что коагулирующая способность полиэлектролитов уменьшается в ряду СА МХ ДМАПА > ПДМДААХ > ППЭС, а пептизирующая способность, наоборот, увеличивается. Пептизирующиеся коагуляты, размер и ξ-потенциал которых не превышает 5200 нм и +15 мВ соответственно, образуются в присутствии ППЭС, когда его содержание в дисперсной системе не превышает 0,15 мас. ч./мас. ч. дисперсной фазы канифольной эмульсии (КЭ). Пептизирующиеся коагуляты образуются в обнаруженной нами первой области электролитной коагуляции КЭ (предлагаемая технология), когда соотношение КЭ : электролит находится в диапазоне от 1 : 0,3 до 1 : 0,6, в то время как при повышенном содержании электролита в дисперсной системе (существующая технология), находящемся в диапазоне 1: 2,4 до 1 : 3,0, коагуляционный процесс протекает во второй области (образовавшиеся коагуляты являются электронейтральными и крупнодисперсными (размер превышает 5200 нм) и не способны пептизироваться). Процесс пептизации протекает в дисперсной системе «КЭ (1,0 мас. ч.) – ППЭС (0,04 мас. ч.) – электролит (0,6 мас. ч.)». Присутствие ППЭС способствует повышению ξ-потенциала пептизированных частиц от +35 до +50 мВ. В отличие от коагулятов такие частицы обеспечивают смещение процесса проклейки из традиционного режима гомокоагуляции в более эффективный режим гетероадагуляции. Следствием этого является повышение гидрофобности и прочности бумаги (картона) на 29–36 и 28–38 % соответственно, а также улучшение печатных свойств мелованной продукции на 12–15 %.

1. Технология целлюлозно-бумажного производства: в 3 т. – СПб.: Политехника, 2006. – Т. II. Производство бумаги и картона. Ч. 2. Основные виды и свойства бумаги, картона, фибры и древесных плит. – 499 с.

2. Черная, Н. В. Теория и технология клееных видов бумаги и картона / Н. В. Черная. – Минск: БГТУ, 2009. – 394 с.

3. Chernaya, N. V. The creation and implementation of the resource-conserving technology of paper and paperboard sizing with hydro-dispersions 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. – Vol. 2, N 2. – P. 87–101. https://doi.org/10.15593/2409-5125/2017.02.08

4. Хованский, В. В. Применение химических вспомогательных веществ в производстве бумаги и картона: учеб. пособие / В. В. Хованский, В. К. Дубовый, П. М. Кейзер. – СПб.: СПбГТУРП, 2013. – 151 с.

5. Кожевников, С. Ю. Упрочнение бумаги синтетической катионно-анионной полиакриламидной смолой / С. Ю. Кожевников, С. Л. Андреева // Химия растительного сырья. – 2011. – № 2. – С. 177–182.

6. Теоретические основы технологии повышения прочности картона из макулатуры полимерами / С. Л. Андреева [и др.] // Химия растительного сырья. – 2011. – № 1. – С. 179–181.

7. Специализированные виды катионного крахмала для бумажного производства / В. В. Лапин [и др.] // Целлюлоза. Бумага. Картон. – 2000. – № 11–12. – С. 23–25.

8. Осипов, П. В. Эффекты синергизма между синтетическими полимерами и катионным крахмалом в макулатурных композициях / П. В. Осипов // Целлюлоза. Бумага. Картон. – 2011. – № 3. – С. 74–77.

9. Повышение качества бумаги из макулатуры химическими функциональными веществами / А. А. Остапенко [и др.] // Химия растительного сырья. – 2012. – № 1. – С. 187–190.

10. Черная, Н. В. Проклейка бумаги и картона в кислой и нейтральной средах / Н. В. Черная, А. И. Ламоткин. – Минск: БГТУ, 2003. – 345 с.

11. Блинушова, О. И. Развитие теории механизма проклейки тест-лайнера димерами алкилкетена / О. И. Блинушова, Д. А. Дулькин, И. Н. Ковернинский // Химия растительного сырья. – 2008. – № 1. – С. 131–138.

12. Мишурина, О. А. Способы гидрофобизации и упрочнения композиционных целлюлозных материалов из вторичного сырья / О. А. Мишурина, О. А. Ершова // Междунар. журн. прикл. и фундамент. исследований. – 2016. – № 10. – С. 363–366.

13. Повышение прочности тароупаковочной бумаги с использованием азотсодержащих соединений / С. А. Гордейко [и др.] // Труды БГТУ. Химия, технология органических веществ и биотехнология. – 2013. – № 3. – С. 165–168.

14. Синтез новых полимеров на основе амидов смоляных кислот для упрочнения макулатурных видов бумаги / В. Л. Флейшер [и др.] // Труды БГТУ. Химия, технология органических веществ и биотехнология. – 2014. – № 4. – С. 134–136.

15. Особенности применения в технологии бумаги продуктов поликонденсации адипиновой кислоты с диэтилентриамином и смоляными кислотами / С. А. Гордейко [и др.] // Труды БГТУ. Химия, технология органических веществ и биотехнология. – 2014. – № 4. – С. 130–133.

16. Лирова, Б. И. Анализ полимерных композиционных материалов: учеб. пособие / Б. И. Лирова, Е. В. Русинова. – Екатеринбург: Изд-во Урал. ун-та, 2008. – 187 с.

17. Запольский, А. К. Коагулянты и флокулянты / А. К. Запольский, А. А. Баран. – Л.: Химия, 1987. – 204 с.

18. Лапин, В. В. Исследование влияния молекулярного веса катионных полимеров на фильтрацию целлюлозных волокнистых суспензий / В. В. Лапин, Е. Ф. Штрейс, Ю. А. Эльтенков // Изв. ВУЗов. Лесной журн. – 1974. – № 3. – С. 124–126.

19. Берлин, А. А. Математическое моделирование флокуляции суспензий полиэлектролитами / А. А. Берлин, В. Н. Кисленко, И. М. Соломенцева // Коллоид. журн. – 1998. – Т. 60, № 5. – С. 592–597.

20. Kallmes, O. Monitoring floculation on the paper machine / O. Kallmes, P. Kallmes, B. Bishop // TAPPI. – 1994. – Vol. 77, N 7. – Р. 194–198.

21. Лапин, В. В. О быстром взаимодействии в системе волокнистая дисперсия – разбавленный раствор катионного полиэлектролита / В. В. Лапин // Исследования в области химии бумаги: сб. тр. ЦНИИБ. – М., 1976. – № 12. – С. 55–63.

22. Некоторые особенности использования синтетических флокулянтов / В. В. Тесленко [и др.] // Бумажная промышленность. – 1989. – № 9. – С. 13–14.

23. Пузырев, С. А. Применение катионных флокулянтов в производстве бумаги / С. А. Пузырев, О. В. Воробьев, Е. В. Седова // Новые технические виды бумаги и картона: сб. науч. тр. – Л., 1987. – С. 22–27.

24. Тесленко, В. В. Некоторые особенности использования синтетических флокулянтов в производстве бумаги / В. В. Тесленко, Д. А. Данилова, А. В. Федюкин // Бумажная промышленность. – 1989. – № 9. – С. 13–14.

25. Linolstrom, T. The effect of filler particle size on the olry-strenghtening effect of cationic starch wet- and adulation / Т. Linolstrom, Т. Flonen // Nord. Pulp and Paper Res. J. – 1987. – Vol. 2, N 4. – Р. 142–151. https://doi.org/10.3183/npprj-1987-02-04-p142-145

26. Черная, Н. В. Концептуальное развитие теории и технологии проклейки бумаги и картона гидродисперсиями модифицированной канифоли в режиме гетероадагуляции пептизированных частиц / Н. В. Черная // Полимерные материалы и технологии. – 2015. – Т. 1, № 1. – С. 76–90. https://doi.org/10.32864/polymmattech-2015-1-1-76-90

27. Копылович, М. Н. Распределение различных форм алюминия (III) и меди (II) в растворах и схема процесса гетероядерного гидроксокомплексообразования / М. Н. Копылович, Е. В. Радион, А. К. Баев // Координационная химия. – 1995. – Т. 21, № 1 – С. 66–71.

28. Фролов, Ю. Г. Лабораторные работы и задачи по коллоидной химии / Ю. Г. Фролов, А. С. Гродский. – М.: Химия, 1986. – 186 с.

29. Цюрупа, Н. Н. Практикум по коллоидной химии / Н. Н. Цюрупа. – М.: Высш. шк., 1963. – 163 с.

30. Примаков, С. Ф. Лабораторный практикум по целлюлозно-бумажному производству / С. Ф. Примаков, В. П. Миловзоров, М. С. Кухникова. – М.: Лесная пром-сть, 1980. – 168 с.

31. Бондарев, А. И. Производство бумаги и картона с покрытием / А. И. Бондарев. – М.: Лесная пром-сть, 1985. – 192 с.

32. Карпова, С. В. Изучение свойств мелованной бумаги при замене природного связующего на новое синтетическое / С. В. Карпова, Н. В. Черная // Химия и химическая технология переработки растительного сырья: материалы Междунар. науч.-техн. конф., Минск, 10–12 окт. 2018 г. – Минск: БГТУ, 2018. – С. 187–191.

33. Фролов, Ю. Г. Курс коллоидной химии (Поверхностные явления и дисперсные системы) / Ю. Г. Фролов. – М.: Химия, 1982. – 400 с.