ДО ПИТАННЯ ОБЛАГОРОЖУВАННЯ МАКУЛАТУРНОЇ МАСИ ПРИ ВИРОБНИЦІ ПАКУВАЛЬНИХ МАТЕРІАЛІВ -
Раціональне використання природних ресурсів та охорона навколишнього середовища – один із основних напрямків розвитку лісопромислового комплексу. Найбільш суттєвим способом підвищення комплексності використання деревної сировини є зростання споживання макулатури як вторинного волокна у виробництві паперу та картону. Цьому сприяють посилення екологічних вимог, зокрема, повної утилізації твердих відходів целюлозно-паперової промисловості [10].
Обсяги переробки та споживання макулатурної сировини у виробництві паперу та картону у більшості розвинених країн постійно зростають. Використання макулатури як вторинного волокна сприяє економії деревини, знижує собівартість паперової продукції та навантаження на навколишнє середовище. Однак використання макулатурної маси обмежене через втрату якості (погіршення характеристик міцності), а також наявності домішок, забруднень та інших небажаних складових [6, 10].
Відповідно до цього, головними цілями підготовки макулатурної маси є відновлення папероутворювальних властивостей волокон та видалення забруднень.
Поява забруднень у макулатурі пов'язана з життєвим циклом паперу та картону, при виробництві яких у волокнисту масу вносять різні технологічні речовини неволокнистого характеру:
- Різні добавки, що використовуються в процесі виробництва паперу, (наповнювачі, барвники, компоненти покриттів та інші функціональні та технологічні добавки);
– речовини, що використовуються при переробці паперової продукції (фарби, покриття, ламінати та речовини, що проклеюють);
– матеріали, що потрапляють у папір під час його використання та в процесі збирання вторинної сировини, включаючи дріт, мотузки, пісок, каміння, скріпки, затискачі таі т.д.
Наявність забруднень у макулатурі призводить до зниження якості продукції та погіршення її зовнішнього вигляду. Присутність мінеральних включень є причиною абразивного зношування та виходу з ладу сит сортуючого та гарнітури розмелювального обладнання. Багато забруднення залишаються в порах сукон, знижуючи їхню працездатність, налипають на гарячі вали та циліндри, що призводить до обривів полотна та браку продукції [2].
Вказані причини свідчать про необхідність видалення забруднень як одного з головних завдань технології переробки макулатури. Вибір способу видалення конкретних видів забруднень визначається виходячи з найбільш сильно проявляється властивості їх частинок.
З різних способів підготовки вторинного волокна до переробки в целюлозно-паперовій промисловості, незважаючи на складність процесу, набуло застосування облагородження. У світовій практиці облагороджена макулатурна маса у значних кількостях використовується при виробленні паперу для друку та листа (у тому числі газетного паперу), санітарно – гігієнічних видів паперу, багатошарового картону [10].
Процес облагороджування макулатури – це сукупність технологічних операцій надання вторинним волокнам певних папероутворювальних властивостей, при максимальному видаленні небажаних складових макулатурної маси: забруднень і домішок органічного і неорганічного характеру [9].
Відновлення волокнами папероутворювальних властивостей, втрачених при багаторазовому використанні макулатури, є серйозною проблемою, що потребує комплексного підходу для її вирішення. Однією з причин, що не дозволяють повною мірою реалізувати весь потенціал властивостей вторинних волокон, є відпрацьованого крохмального сполучного [7].
При переробці макулатури крохмалопродуктичастково залишаються на волокні, частково переходять у навколишню волокна рідина, що призводить до їх накопичення в масі та оборотній воді при повторних циклах використання. Розподіл крохмалю в суспензії макулатурної маси змінюється у процесі підготовки маси. У реальних умовах виробництва старий крохмаль може перебувати в ненабрякому або малонабрякому стані всередині волокон, сильно набряклому стані на поверхні волокон і в розчиненому або диспергированном стані в оборотній воді [8].
Перехід крохмального сполучного гофрокартону з макулатурної маси водне середовище можна інтенсифікувати за рахунок ферментативних обробок. Відомо кілька видів амілаз, які мають різну деструктуючу дію на природний та модифіковані крохмалі [8].
Протеази здійснюють деструкцію сполук присутніх у водноволокнистій суспензії, які викликають утворення слизу на поверхнях папероробної машини. Ліпази забезпечують деструкцію смоляних та жирних кислот у технологічних схемах, які утворюють відкладення на поверхнях обладнання та сукнах папероробних машин. Крім цього, ліпази використовуються при деінкінгу, покращуючи відокремлення друкарських фарб від волокон. Вони розщеплюють рослинні олії, що є базою носія чорнила і в даний час все більш широко застосовують замість традиційного мінеральних масел [3].
Флотаційне видалення друкарської фарби відіграє у процесі переробки макулатури. Інші способи не дозволяють видаляти друкарську фарбу з макулатурної маси ефективно. Процес флотації полягає в зближенні поверхонь бульбашки повітря та частинки друкарської фарби, закріпленні частинки фарби на бульбашці та транспортуванні агломерату бульбашка – частинка фарби до поверхніфлотаційні пульпи в піну. Для полегшення зазначених процесів та підвищення ефективності флотації використовують флотаційні реагенти, такі як олеїнова, пальмітинова, стеаринова та інші жирні кислоти, ОП-7, ОП-10, сульфатне мило та ін [10].
Процес флотаційного облагородження суспензії макулатурної маси зазвичай проводять при концентрації 08-15%. При такій концентрації макулатурна маса є структурованою системою, через яку рух бульбашки повітря обмежений, а при розмірах бульбашок менше 1 мм представляє непереборну перешкоду. Отже, реологічні характеристики волокнистої суспензії одна із головних чинників, які впливають процес флотації частинок друкарської фарби [1].
Самостійне використання флотації (без відбілювання реагентами) як в один, так і в два ступені підвищує білизну макулатурної маси, проте цей показник все ж таки невисокий, оскільки в процесі розпуску відбувається недостатнє руйнування сполучних компонентів друкарської фарби, і частина її залишається на волокнах і не відокремлюється при флотації [10].
З метою підвищення білизни проводять відбілювання. В даний час застосовуються лужні та кислотні ступені відбілювання. Лужна обробка целюлози у присутності окислювальних реагентів сприятливо впливає кінцеву білизну целюлози і дозволяє краще зберегти в'язкість і механічну міцність целюлози. Окислення вуглеводів гіпохлоритом супроводжується утворенням карбонільних та карбоксильних груп, що погіршують хімічну стійкість їх, що виражається у зниженні в'язкості, вмісту альфа-целюлози та механічної міцності.
Діоксид хлору як окислювач відрізняється високою вибірковістю та реагує, головним чином, з лігніном, не торкаючись целюлози. Окислювальний потенціалClO2 нижчий, ніж гіпохлориту, у широкій зоні значень рН, тому відбілювання ClO2 можна проводити і в лужному середовищі, і в кислому (рН = 3-5), що відповідає природному рН розчинів СlO2 [5]. При відбілюванні в кислому середовищі ClO2 має дуже слабку окисну дію на геміцелюлози та целюлозу, переводячи спиртові групи в карбонільні, а альдегідні – в карбоксильні. Розриву глікоподібних зв'язків майже не відбувається, в'язкість та ступінь полімеризації целюлози зменшуються дуже незначно, а механічна міцність вибіленої целюлози зберігається на рівні невибіленої [4].
Збільшення частки макулатурної маси у виробництві паперу і картону, що спостерігається в даний час, вимагає безперервного вдосконалення технології переробки макулатури з метою підвищення її конкурентоспроможності. У зв'язку з цим одним з головних завдань переробки макулатури стає пошук способів, що дозволяють відновити папероутворюючі властивості волокон і максимально видалити забруднення.