Применение катионных крахмалов

     Применение катионных крахмалов способствует улучшению, пожалуй, самых главных показателей качества газетной бумаги: разрывной длины и прочности в сухом состоянии, снимается пыльность, улучшается цветность бумаги.

    Но дело в том, что крахмалы, даже самого высокого качества, являются "излюбленным питанием" для всевозможных бактерий и отличной средой для их вольготного размножения. Когда бактерии "свирепствуют", в силу комплекса причин это приводит к образованию комков, налипанию, разрывам и.т.д. - т.е. в целом к ухудшению качества продукции. На тех комбинатах и фабриках, которые применяют модифицированную пшеничную муку вместо крахмалов, имеется высокий риск в течение считанных часов оказаться в чрезвычайно сложной ситуации.

   Для того, чтобы получить качественный гофрокартон, необходимы качественные составляющие — лайнер и флютинг. Но как получить качественную бумагу и картон, если основным сырьем является макулатура? Есть несколько способов. Один из них — использование крахмала для проклейки волокна.
      В настоящее время в мировой практике при изготовлении картона для плоских слоев и бумаги для гофрирования с большим содержанием макулатуры используют три метода повышения прочностных показателей с применением крахмалопродуктов:

- введение в массу от 8 до 20 кг/т катионного крахмала;

- нанесение на клеильном прессе окисленных и других модифицированных крахмалов 10-50 кг/т;

- нанесение дисперсий крахмалов с помощью спрысков на сеточной части (по разным данным до 50 кг/т) или между слоями при двух-сеточном формовании.

   Различают поверхностную обработку на клеильных прессах и путем использования спрысков. В развитых странах большая часть используемого крахмала расходуется на поверхностную обработку.
  Обычно поверхностная проклейка компонентов гофрокартона осуществляется для решения следующих задач:
— односторонняя проклейка тест-лайнера с белым слоем с целью улучшения печатных свойств белого слоя;
— двухсторонняя проклейка тест-лайнера с целью повышения показателя Деннисона (выщипывание) и сопротивления продавливанию (часто для снижения массы тест-лайнера);
— двухсторонняя проклейка бумаги для гофрирования с целью повышения показателей сопротивления плоскостному сжатию гофрированного образца, разрушающего усилия;
— снижение склонности материалов к пылению при прохождении на скоростных гофроагрегатах.
Если раньше для поверхностной проклейки использовали нативный крахмал, то в последние годы все шире находят применение катионные и окисленные крахмалы.
Модифицированные крахмалы обладают целым рядом преимуществ.

  Они лучше набухают, устойчивее к воздействию температуры и рH среды.
Катионные крахмалы в гораздо меньшей степени переходят в водную фазу при переработке оборотного брака, лучше адсорбируются на волокнистой массе, оказывая положительное влияние на удержание мелочи, уменьшая нагрузку по ХПК (химическое потребление кислорода) и взвешенным веществам оборотной воды; увеличивают водоотдачу массы; особенно удобны, когда нужно сформировать покрытие без сильного проникновения внутрь бумажного полотна; обеспечивают более высокое повышение прочности поверхности, чем другие крахмалы; работают как флокулянт; уменьшают производственные и экологические проблемы при переработке брака из гофрокартона.
 Обработка на клеильном прессе особенно интересна тем, что можно практически полностью отказаться от обработки в массе. Исследованиями было показано на примере катионного крахмала для поверхностной обработки, что, если взять практически не проклеенную бумагу для гофрирования из 100% макулатуры и проклеить ее с поверхности смесью катионного крахмала и специально подобранного гидрофобрирующего агента, то можно получить увеличение всех прочностных показателей и достичь необходимого показателя впитываемости. Другими словами, можно при отливе добавлять в массу лишь немного сульфата алюминия для снижения анионных загрязнений (наполнитель, мелкое волокно, лигнин) бумажной массы, а на поверхность катионный или окисленный крахмал совместно с гидрофобрирующим агентом.
 
Табл. 1  Возможности клеильного пресса по сравнению с дачей крахмала в массу и через спрыски

Обработка спрысками

Этот метод используют, когда, например, необходимо ввести дисперсионный крахмал между слоями бумаги или картона, а также для случаев, когда необходимо повысить прочность зернами крахмала. По имеющимся сведениям, возможности этого метода очень велики. Особенно при обработке бумаги для гофрирования и тест-лайнера. Этот метод позволяет вводить в полотно очень много крахмала, способного к желатинизации в сушильной части (3-5%). При этом можно повысить показатель сопротивления продавливанию существенно выше 50%, а показатель сопротивления плоскостному сжатию — свыше 40%.
Если комбинировать обработку катионным крахмалом в массе и спрысками на поверхности, то можно получить очень высокие результаты по улучшению прочностных показателей.

Какими качествами должен обладать крахмал

В бумажной промышленности, как для поверхностной, так и внутримассной проклейки, используют кукурузный, картофельный, тапиоковый, пшеничный и рисовый крахмалы.
Основным качеством, которым должен обладать крахмал, является хорошее удержание на волокне. В зависимости от степени замещения крахмалов катионными группами и его природной основы они удерживаются по-разному.
При степени замещения от 0,030 до 0,040 моль/моль картофельный крахмал удерживается более чем на 95%, кукурузный — 60%, нативный — 50%.
Катионный крахмал удерживается и закрепляет на волокне частицы клея, но только при степени замещения выше 0,025 моль/моль. Нативный крахмал не влияет на удержание нейтрального клея. В силу большей адсорбции катионного крахмала на волокне увеличивается прирост механических показателей. Крахмалы с зета потенциалом близким к макулатурному волокну осаждаются на волокне при PH=7,0, не требуя дополнительного расхода химиката для перезарядки. Снижается содержание растворенного крахмала в оборотной воде.
Как показывает практика, картофельные катионные крахмалы самые лучшие для внутримассного введения, а для поверхностной проклейки окисленный горячего приготовления.
Чтобы крахмал правильно работал, т.е. улучшал качество продукции и не загрязнял оборотную воду, нужно правильно подобрать технологии его применения для каждого конкретного предприятия. Фабрики работают в разных условиях: имеют различный химический состав воды, используемое сырье, оборудование и т.д. Поэтому каждому предприятию подбирается своя технология внедрения того или иного крахмала в сочетании с другими химикатами.
В основном, производители покупают то, что дешевле. Но это очень большая ошибка.

Экономика крахмалов

В стремлении сэкономить предприятия покупают дешевый крахмал и в конечном итоге платят больше. Попробуем объяснить, что происходит на предприятии. При переходе на нативный крахмал, потеря его в оборотную воду составила 60%, т.е. 7 кг/т. Кроме того, увеличилось количество мелкого волокна, а, следовательно, увеличились анионные загрязнения в потоке, которые возрастают с рециркуляцией оборотной воды. Катионная потребность (КП) массы (требуемое количество катионного заряда для достижения нулевого электрокинетического заряда) увеличивается. Основной нейтрализатор КП на предприятии Al2(SO4)3x18H2O. Известно, что в основе канифольной проклейки лежит процесс осаждения с использованием сульфата Al+3, то появление анионных загрязнений приводит к повышению уровня потребления Al+3 первоначально, чтобы нейтрализовать анионные загрязнения, а затем чтобы осадить канифоль.
Кто-то пытается экономить и покупает крахмал, не содержащий бактерицидов. Такие крахмалы очень быстро портятся и загрязняют весь технологический поток, т.к. способствуют росту грибов и бактерий. В любом случае, для этих крахмалов нужно покупать отдельно бактерицид, опять же без исследования нельзя угадать, какой подойдет. Поэтому не всегда главную роль играет цена.
Экономика простая. Покупая за $0,6 нативный крахмал, вы $0,3 выбрасываете в канализацию, т.к. удержание на волокне такого крахмала 50%. Плюс еще $0,3 вы потратите на очистку воды. Или, если смотреть под другим углом, вместо того чтобы использовать 5 кг, вам придется использовать 10 кг, все по той же причине низкого удержания. Увеличивается расход Al+3, снижается производительность машины, необходимо приобретение флокулянта, потеря мелочи и затраты на ее утилизацию. Увеличивается расход проклеивающих, следовательно, увеличиваются затраты на приготовление химикатов. Опять же, расход пара на варку большего количества крахмала тоже очевиден. Получается, что предприятие ничего не экономит, а наоборот, платит больше — как говорится, скупой платит дважды. Те, кто просчитали, работают на качественном картофельном катионном крахмале для внутримассной проклейки и окисленном для поверхностной и вырабатывают продукцию более высокого качества.