Пропитки для бумаги: технологии производства, области применения, безопасность и хранение

1. Введение: Полный жизненный цикл агентов по определению размеров

Пропитки для бумаги — это важнейшие химические добавки, которые преобразуют пористые сети целлюлозных волокон в функциональные материалы с контролируемой жидкостойкостью, прочностью и печатаемостью. Понимание полного жизненного цикла этих химических веществ — от их синтеза и производства до применения, безопасного обращения и хранения — имеет решающее значение для производителей бумаги, стремящихся оптимизировать эксплуатационные характеристики, сократить затраты и обеспечить надежность производства.

В данной статье представлен всесторонний технический обзор технологических процессов производства основных типов проклеивающих веществ, областей их применения, мер безопасности, а также требований к хранению и транспортировке. От катионных и анионных проклеивающих веществ на основе канифоли до AKD и поверхностных проклеивающих веществ на основе стирол-малеинового ангидрида — каждая категория продуктов сопряжена с уникальными технологическими сложностями и специфическими требованиями к обращению.

LY Chem Technology Co., Ltd. , обладая более чем двадцатилетним опытом в производстве химикатов для бумажной промышленности, предлагает широкий ассортимент проклеивающих составов, в том числе проклеивающие составы на основе канифоли LY-CRS и LY-ARS, проклеивающие агенты на основе AKD LY-AKD301 и LY-AKD302, а также поверхностный проклеивающий агент на основе стирол-акрилата LY-BB201. Наша продукция изготавливается в соответствии с системой управления качеством ISO 9001 и проходит строгий контроль качества на каждом этапе производства.

2. Технологические процессы производства основных типов проклеивающих веществ

2.1 Катионные проклеивающие вещества

Катионные проклеивающие вещества получают в результате многоступенчатого синтетического процесса, в результате которого получаются продукты с положительным поверхностным зарядом, что усиливает их сродство к отрицательно заряженным целлюлозным волокнам.

Синтез начинается с сополимеризация α-олефинов с малеиновым ангидридом. Затем полученный сополимер подвергают имидизация—проведение реакции с полиамином, содержащим по меньшей мере одну третичную аминогруппу и одну первичную аминогруппу. В заключение промежуточное соединение имид-амин подвергается кватернизация с эпихлоргидрином в присутствии воды.

Катионный заряд, придаваемый в ходе этого процесса, имеет решающее значение для эффективности проклеивания. При введении в бумагоделательную систему положительно заряженные частицы проклеивающего агента притягиваются к отрицательно заряженным целлюлозным волокнам, что обеспечивает их эффективное удержание и равномерное распределение по всему листу.

2.2 Проклеивающие вещества на основе лигнина и канифоли

Проклеивающие вещества на основе лигнина и канифоли представляют собой экологически устойчивый подход к производству проклеивающих веществ, при котором в качестве модифицирующего агента используется лигнин — природный полимер, содержащийся в больших количествах в растительной биомассе.

Метод получения заключается в растворении лигнина и канифоли в безводном этаноле в массовом соотношении 1:0,25–4 с последующим перемешиванием и сушкой для получения порошкообразного продукта. Такой подход не только упрощает процесс получения, но и улучшает прочностные характеристики бумаги. Исследования показали, что модифицированные лигнином канифольные проклеивающие вещества демонстрируют превосходные проклеивающие характеристики и желаемую стабильность, а также обладают большим потенциалом для применения в производстве картона для упаковки жидкостей.

Данный метод производства решает проблему неоднородности лигнина за счет применения экологичной комплексной стратегии фракционирования с использованием этанола, что представляет собой устойчивый и обеспечивающий повышение ценности подход к использованию лигниновой биомассы.

2.3 Анионные проклеивающие вещества на основе канифоли

Анионные проклеивающие средства на основе канифоли производятся с использованием анионных акриловых сополимеров собственного производства для эмульгирования канифоли. Оптимальное массовое соотношение канифоли к эмульгатору составляет 1:1.

Этот калибрирующий агент на основе канифоли с высокой степенью дисперсии может использоваться в качестве нейтрального калибрирующего агента при производстве целлюлозы. В результате процесса эмульгирования с использованием анионного акрилового сополимера получается эмульсия канифольного латекса с более мелким размером частиц, что способствует повышению стабильности и улучшению эксплуатационных характеристик.

Обычные анионные эмульсии канифоли, как правило, диспергируются и стабилизируются с помощью анионных поверхностно-активных веществ. Анионные эмульсии канифоли можно добавлять в анионные крахмальные растворы для прессования с клеем, тогда как катионные эмульсии канифоли совместимы с катионными крахмальными растворами.

2.4 АКД (димер алкилкетена)

AKD — это реактивный проклеивающий агент, образующий ковалентные связи с целлюлозными волокнами. В традиционном способе производства AKD в качестве кислотосвязывающего агента используется триэтиламин, который способствует самополимеризации хлоридов жирных кислот с образованием димеров алкилкетена с кольцевой структурой.

Синтез АКД без использования растворителей стало основным направлением. В этом процессе в качестве исходных веществ используются третичный амин и хлорид жирной кислоты. Третичный амин нагревают до 30–90 °C, после чего при перемешивании медленно вводят хлорид жирной кислоты.

Конкретный пример связан с димеризацией кетена стеариновой кислоты, который образуется в результате пиролиза стеароилхлорида. Этот безрастворительный подход позволяет исключить использование органических растворителей в производстве, что решает проблемы, связанные с остатками растворителей и воздействием на окружающую среду. Кроме того, он позволяет избежать высокого энергопотребления, характерного для метода дистилляции, применяемого для извлечения избыточного третичного амина.

2.5 Поверхностные проклеивающие вещества на основе стирола и малеинового ангидрида (SMA)

Агенты для поверхностного проклеивания SMA представляют собой синтетические полимеры, широко применяемые в процессах поверхностного проклеивания. Эти смолы относятся к анионным и совместимы с большинством анионных и неионных добавок для проклеивающих прессов. Их следует использовать в крахмале при значениях pH 7,0–9,5.

При практическом применении SMA обычно смешивают с крахмалом. В водные растворы крахмала добавляют имеющийся в продаже соль натрия сополимера стирола и малеиновой кислоты (SMA). Эффект проклейки достигается сразу после нанесения и высыхания, при этом температура сушки не оказывает существенного влияния на формирование проклейки.

Исследования показали, что четвертичная соль имид-метилхлорида SMA значительно повышает эффективность проклеивания при использовании крахмального поверхностного проклеивающего средства по сравнению с использованием одного только крахмала.

3. Области применения

3.1 Основная цель определения размеров

Основная цель проклеивающих веществ для бумаги заключается в том, чтобы придать бумаге водостойкость, что позволяет ей противостоять проникновению чернил, масла, воды и других жидкостей. Это фундаментальное свойство имеет решающее значение практически для всех сортов бумаги — от бумаги для письма и печати до упаковочных материалов.

3.2 Проклейки на основе канифоли

Традиционные проклеивающие вещества на основе канифоли — в том числе талловая канифоль, экстрагированная канифоль и смоляная канифоль — по-прежнему широко используются в качестве проклеивающих материалов, а история их применения насчитывает почти 170 лет.

Проклейка канифолью обычно осуществляется в кислых условиях, поддерживаемых с помощью квасцов (сульфата алюминия). Несмотря на экономическую эффективность, системы на основе канифоли имеют ряд ограничений, в том числе пожелтение бумаги, коррозию оборудования и невозможность использования наполнителей на основе карбоната кальция. Несмотря на эти недостатки, канифоль остается приемлемым вариантом для многих сортов бумаги благодаря своей низкой стоимости и проверенной эффективности.

3.3 Агенты для регулирования размера AKD

Технология AKD, впервые разработанная компанией Hercules Inc. в 1956 году и внедренная в Китае в конце 1980-х годов, была широко применяется в процессах проклеивания высококачественной бумаги для печати, специальной бумаги для упаковки пищевых продуктов и покрытий для строительных материалов.

AKD можно использовать с различными видами целлюлозы, в том числе из древесной и тростниковой целлюлозы, для производства различных видов бумаги для печатных изданий, картона, газетной бумаги, упаковочной бумаги для пищевых продуктов, бумажных пакетов для фруктов и другой упаковочной бумаги, требующей проклейки.

К основным областям применения относятся:

• Бумага для печати культурных материалов: Копировальная бумага, бумага для письма и высококачественная бумага для печати, когда важна четкость текста и яркость изображений
• Бумага для упаковки: Повышение долговечности и устойчивости к воздействию влаги и других жидкостей
• Упаковка для пищевых продуктов: Обеспечение водостойкости упаковки, предназначенной для пищевых продуктов
• Картон: Повышение прочности и барьерных свойств

Этот механизм определения размера Процесс AKD заключается в реакции этерификации между реакционноспособными группами в молекулах AKD и гидроксильными группами целлюлозных волокон, в результате чего на поверхности волокон образуется устойчивая гидрофобная пленка.

3.4 Агенты для проклеивания поверхности

Поверхностные проклеивающие вещества наносятся на поверхность уже сформированной бумаги для повышения водостойкости, прочности поверхности, печатаемости и улучшения внешнего вида. К распространенным синтетическим поверхностным проклеивающим веществам относятся сополимеры стирола и малеинового ангидрида (SMA), сополимеры стирола и акриловой кислоты (SAA), сополимеры стирола и акрилата (SAE), водорастворимый полиуретан (PUD), AKD и поливиниловый спирт (PVA).

4. Информация по технике безопасности

4.1 Профиль безопасности AKD

АКД выпускается в различных формах, включая белые хлопья, бруски или бесцветную прозрачную жидкость. Для продукции, соответствующей стандартам, йодное число составляет не менее 45 ± 1 г(I₂)/100 г, кислотное число — ≤ 5,5–10 мг KOH/г, а температура плавления обычно колеблется в диапазоне 51–55 °C.

В качестве коммерческой эмульсии AKD обычно имеет содержание твердых веществ в диапазоне от 7,5% до 12%, значение pH от 3,4 до 4,5 и хорошую растворимость в воде.

4.2 Меры предосторожности при обращении

Несмотря на то что AKD обладает благоприятным токсикологическим профилем с очень низкой острой токсичностью (LD₅₀ при пероральном введении > 40 000 мг/кг у крыс), при работе со всеми проклеивающими веществами следует соблюдать стандартные меры промышленной гигиены:

• Избегайте длительного контакта с кожей
• Используйте соответствующие средства индивидуальной защиты (перчатки, защитные очки)
• Обеспечьте надлежащую вентиляцию в зонах обработки
• В случае разлива немедленно примите меры по локализации и ликвидации последствий
• Утилизируйте отходы в соответствии с местными экологическими нормами

4.3 Вопросы, связанные с остатками растворителя

При традиционном синтезе АКД с использованием растворителей в качестве растворителя применяется толуол — вещество, которое Всемирная организация здравоохранения отнесла к категории потенциальных канцерогенов. При использовании толуола в производстве существует риск того, что в конечном продукте останутся остатки растворителя.

Синтез АКД без использования растворителей устраняет этот риск, позволяя получать продукцию, не содержащую толуола и других вредных остатков растворителей. Это особенно важно для производителей бумаги, работающих в секторе упаковки пищевых продуктов, где соблюдение нормативных требований имеет первостепенное значение.

Приверженность компании LY Chem: Наша продукция серии AKD изготавливается с использованием передовых технологий без применения растворителей, что гарантирует отсутствие в ней толуола и других вредных примесей. Благодаря этому она подходит для использования в самых требовательных областях применения, в том числе для бумаги, контактирующей с пищевыми продуктами.

5. Хранение и транспортировка

5.1 Хранение порошка AKD

Порошок AKD (воск AKD) обычно расфасовывается в пластиковые плетеные сумки с пластиковой подкладкой, с весом нетто 25 кг в мешке.

Требования к хранению:

• Хранить в в сухом и прохладном месте
• Температура должна не превышать 35 °C
• Сумки следует размещать так, чтобы их дно было приподнято 10 см и более над полом, чтобы избежать попадания влаги
• Беречь от влаги и огня
• Срок годности: 8 месяцев с даты производства

5.2 Хранение эмульсии AKD

Жидкие эмульсии AKD требуют более тщательных условий хранения. Промышленные дисперсии AKD обладают достаточной стабильностью, что позволяет транспортировать, хранить и использовать их. Для обеспечения максимального срока хранения и эффективности проклеивания дисперсии следует хранить при низких температурах, не допуская их замерзания.

Требования к хранению эмульсий AKD:

• Хранить в тени при температуре 4–30 °C
• Не допускайте замерзания и воздействие прямых солнечных лучей
• Срок хранения: как правило, 3 месяца
• Срок годности продуктов обычно составляет не менее одного месяца при комнатной температуре

По мере старения эмульсий при высоких температурах или при длительном хранении может наблюдаться некоторое снижение эффективности. Хранение продукта при максимально низкой температуре, не допускающей замерзания, обеспечивает максимальную эффективность.

5.3 Рекомендации по транспортировке

Для порошка AKD:

• Транспортировка в плетеных пластиковых мешках с пластиковой подкладкой
• Во время транспортировки избегайте воздействия солнечных лучей и дождя
• Обращайтесь осторожно, чтобы не повредить упаковку
• Избегайте нагрузок и ударов при погрузке и разгрузке

Для эмульсий AKD:

• Использование Пластиковые бочки весом 200 кг или 1000 кг
• Следите за тем, чтобы упаковка и тара не повредились, и не допустите утечки
• Во время транспортировки защищайте от замерзания и чрезмерного нагрева

5.4 Хранение проклеивающего средства для бумаги

Некоторые продукты, относящиеся к классу поверхностных проклеивающих веществ, также обладают хорошей стабильностью при хранении. Для обеспечения оптимальных эксплуатационных характеристик следует соблюдать рекомендации производителя по хранению и использовать продукт в течение указанного срока годности.

5.5 Передовые методы управления запасами

1. Реализовать алгоритм FIFO ротация по принципу «первым пришел — первым ушел» (FIFO) для обеспечения того, чтобы продукция более ранних партий использовалась раньше, чем продукция более поздних партий
2. Контролировать температуру хранения ежедневно — особенно в летние месяцы
3. Никогда не храните рядом с источниками тепла или под прямыми солнечными лучами
4. Проверять поступающие поставки на наличие признаков повреждений, утечек или скачков температуры
5. Даты получения документов и рассчитать оставшийся срок годности на момент поступления

6. Заключение: Управление полным жизненным циклом продукта

Эффективность бумажных проклеивающих веществ зависит не только от их химического состава, но и от качества производства, правильности применения, а также от тщательности при хранении и транспортировке. От синтеза катионных и анионных канифольных проклеивающих веществ до производства AKD без использования растворителей и комбинирования поверхностных проклеивающих веществ SMA — каждый производственный процесс сопряжен с уникальными сложностями и требованиями к контролю качества.

Основные выводы для производителей бумаги и покупателей химической продукции:

• Качество производства имеет большое значение: Понимание процесса синтеза помогает оценить качество и стабильность продукта
• Применение определяет выбор: Различные сорта бумаги и требования к эксплуатационным характеристикам требуют использования различных типов проклеивающих веществ
• Безопасность превыше всего: Производство без использования растворителей исключает риск образования остатков при применении в изделиях, контактирующих с пищевыми продуктами
• Условия хранения влияют на рабочие характеристики: Контроль температуры имеет решающее значение для поддержания стабильности эмульсии AKD
• Правильное хранение продлевает срок годности: Соблюдение рекомендаций по хранению и транспортировке позволяет максимально сохранить ценность продукта

LY Chem Technology Co., Ltd. , обладая более чем двадцатилетним опытом в производстве химикатов для бумажной промышленности, предлагает широкий ассортимент проклеивающих составов, изготовленных в соответствии с самыми высокими стандартами качества:

• LY-CRS (катионный высокодисперсный канифольный клей): Снижение расхода сульфата алюминия, практически нейтральная проклейка для применения в пищевой промышленности
• LY-ARS (анионный высокодисперсный канифольный клей): Подходит для использования в условиях бурной воды с высокой степенью жесткости, полностью заменяет традиционный проклеивающий состав на основе омыленной канифоли
• LY-AKD301 (внутренний агент для регулировки размера AKD): Превосходная водостойкость и стойкость к старению для культурной бумаги, мелованной бумаги и базовой бумаги для упаковки
• LY-AKD302 (поверхностно-активное вещество AKD): Повышенная прочность на кольцевое сдавливание и прочность на разрыв для гофропрокладки и подкладочного картона
• LY-BB201 (стирол-акрилатный агент для проклеивания поверхностей): Катионная эмульсия, которая частично заменяет внутреннее проклеивание, одновременно повышая прочность на кольцевое сдавливание и водостойкость

Наши производственные процессы, не предусматривающие использование растворителей, обеспечивают чистоту продукции, а наши строгие стандарты контроля качества и упаковки гарантируют, что продукция поступит на ваше предприятие в оптимальном состоянии.

---

Для получения более подробной информации о решениях компании LY Chem в области проклеивания, а также о нашем полном ассортименте химикатов для бумажного производства, пожалуйста, обратитесь к нашему техническому отделу продаж.

Список литературы

1. Патент США № 4 839 415 — Проклейки для бумаги, их производство и применение
2. Фракционирование лигнина с целью улучшения эмульгирующих свойств канифоли и повышения эффективности проклеивания картона для упаковки жидкостей – ScienceDirect, 2023
3. «Получение и свойства анионных просмольных клеящих веществ» – Chinese Journal, 2019
4. Безостаточный метод получения димера алкилкетена — китайский патент, 2017 г.
5. Стирол-малеинокислотные смолы для проклеивания бумаги — TAPPI, 1994 г.
6. Технические условия хранения и обращения с воском AKD — данные из отраслевых источников
7. Рекомендации по хранению и транспортировке эмульсии AKD – TradeKorea