Реологические и бумагомодифицирующие свойства многокомпонентных меловальных суспензий
Пигменты в составе меловальной суспензии склонны к структурообра-зованию. Вследствие разнохарактерной формы частиц смешанные пигменты из мела, талька и каолина образуют менее прочные коагуляционные структуры, чем однокомпонентные пигменты. Эффективная вязкость меловальной суспензии может быть представлена как суперпозиция свойств деструктурированной суспензии и структурированной дисперсной фазы… Читать ещё >
Содержание
- 1. Аналитический обзор
- 1. 1. Введение
- 1. 2. Компоненты меловальных суспензий
- 1. 2. 1. Пигменты
- 1. 2. 2. Связующие
- 1. 2. 3. Другие компоненты
- 1. 2. 4. Требования к меловальным суспензиям
- 1. 3. Реологические свойства меловальных суспензий
- 1. 3. 1. Основные понятия реологии
- 1. 3. 2. Реология концентрированных растворов полимеров
- 1. 3. 3. Реология дисперсных систем
- 1. 3. 4. Обзор работ в области свойств меловальных суспензий
- 1. 4. Задачи исследования
- 2. Методы исследования и методики анализов
- 2. 1. План эксперимента
- 2. 2. Реологические испытания суспензий
- 2. 3. Изготовление и испытания образцов мелованной бумаги
- 2. 4. Математическая обработка
- 3. Свойства мел овальной суспензии
- 3. 1. Эффективная вязкость
- 3. 1. 1. Влияние пигментов и связующих
- 3. 1. 2. Аномалии вязкости и аппроксимация кривых течения
- 3. 1. 3. Структурирование дисперсной фазы
- 3. 1. 4. Прочность коагуляционных структур
- 3. 1. 5. Температурные зависимости
- 3. 1. 6. Температурно-концентрационная инвариантность.'
- 3. 2. Условная вязкость
- 3. 3. Водоудерживающая способность
- 3. 4. Масса наноса
- 3. 1. Эффективная вязкость
- Выводы
- 4. Свойства мелованной бумаги
- 4. 1. Воздухопроницаемость
- 4. 2. Смачиваемость
- 4. 3. Плотность мелованной бумаги
- 4. 4. Жесткость мелованной бумаги
- 4. 5. Сопротивление разрыву
- Выводы
- 5. Корреляции свойств суспензии и мелованной бумаги
- Выводы
Реологические и бумагомодифицирующие свойства многокомпонентных меловальных суспензий (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
В настоящее время особое внимание уделяется производству бумаги с покрытием. Нанесение покрытий на бумагу и картон позволяет коренным образом улучшить их эксплуатационные свойства, создать принципиально новые материалы. Из различных покрытий бумаги и картона меловальное покрытие является наиболее распространенным. Нанесение на бумагу меловального покрытия улучшает ее печатные свойства — делает пригодной для контрастной и высокохудожественной печати.
Меловальная суспензия является сложной системой, состоящей из низкомолекулярных минеральных пигментов (до 80% в сухом остатке) и высокомолекулярных органических полимеров. Основную массу полимеров представляют связующие, необходимые для связывания частиц пигментов между собой и с бумагой-основой, и лишь 1,5.2,0% - вспомогательные вещества: диспер-гаторы, пластификаторы, модификаторы вязкости, пеногасители и антисептики.
По своему физическому состоянию меловальная суспензия является вяз-котекучей системой и для нормального осуществления технологического процесса мелования должна обладать определенными реологическими свойствами, а именно — псевдопластично-тиксотропным типом течения. Реологические свойства меловальных суспензий играют определяющую роль при разработке технологии и конструктивного оформления процессов мелования. В значительной степени они влияют как на процесс наноса, так и на свойства готовой продукции [54].
Меловальные покрытия можно рассматривать как высоконаполненные полимерные системы, прочность которых определяется как индивидуальными свойствами компонентов, так и характером их взаимодействия [13].
В настоящее время наблюдается тенденция к уменьшению массы покрытия до 1,5.2,0 г/м. При этом скорость бумажного полотна при меловании достигает 1500.2000 м/мин. Переход на такую технологию требует не только создания нового оборудования, но и использования меловальных составов со специфическими реологическими характеристиками, обеспечивающими возможность нанесения с такими огромными скоростями очень тонких покрытий без разрыва их сплошности [3].
Чтобы обеспечить необходимые свойства меловальных составов, в их состав включают большое число компонентов — несколько видов пигмента (мел, тальк, каолин и др.) и несколько связующих (карбоксиметилцеллюлоза, казеин, синтетические латексы и др.) [48]. При этом в таких системах могут наблюдаться эффекты синергизма и антагонизма. Это должно учитываться при создании технологии и разработке рецептур, однако информация о свойствах многокомпонентных систем очень ограничена. Для изучения таких систем требуется достаточная теоретическая база, необходимо использование современных математических методов планирования и моделирования.
Выводы сти реологических характеристик многокомпонентных суспензий от состава пигмента в большинстве случаев могут быть представлены линейными моделями — аддитивной суммой свойств компонентов смеси.
2. Меловальные суспензии со связующим на основе бутадиенстирола (БДС) характеризуются низкими значениями вязкости и энергии активации течения и высокими значениями массы наноса по сравнению с суспензиями на основе поливинилацетата (ПВА) и Na-карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ). Зависимости реологических характеристик многокомпонентных суспензий от состава связующего неаддитивны.
3. Пигменты в составе меловальной суспензии склонны к структурообра-зованию. Вследствие разнохарактерной формы частиц смешанные пигменты из мела, талька и каолина образуют менее прочные коагуляционные структуры, чем однокомпонентные пигменты. Эффективная вязкость меловальной суспензии может быть представлена как суперпозиция свойств деструктурированной суспензии и структурированной дисперсной фазы. Предельное напряжение сдвига, соответствующее началу структурирования, снижается при разбавлении суспензии и повышении температуры.
4. Зависимость вязкости меловальной суспензии от концентрации и температуры может быть представлена в инвариантной форме (в виде функционала Бьюкки), что открывает возможность интерполяции и экстраполяции реологических свойств суспензии в широком диапазоне температур и концентраций. Функционал Бьюкки обладает свойством температурно-концентрационной инвариантности по отношению к деструктурированной суспензии при всех изученных концентрациях, а по отношению к структурированной дисперсной фазе — при достаточно высоких концентрациях пигмента.
5. Зависимость воздухопроницаемости мелованной бумаги от состава пигмента аддитивна. Способствуют воздухопроницаемости мел и тальк, особенно в сочетании со смесью из КМЦ и ПВА в качестве связующего. Увеличение доли КМЦ в связующем приводит к повышению смачиваемости.
6. Сопротивление бумаги разрыву не зависит от состава пигмента и аддитивно зависит от состава связующего, наибольший прирост прочности обеспе.
112 чивает использование БДС. Зависимость жесткости бумаги от состава пигмента аддитивна, от состава связующего — нелинейна. Наибольший прирост жесткости достигается при использовании каолина в сочетании с КМЦ или ПВА. При смешивании КМЦ и ПВА отмечен антагонистический эффект.
7. Вариация и корреляция изученных свойств меловальной суспензии и мелованной бумаги обусловлена, главным образом, влиянием двух «латентных» факторов, которые предположительно отождествлены с долями КМЦ в составе связующего и каолина — в составе пигмента.
8. Полученные математические модели, отражающие зависимость свойств многокомпонентных меловальных суспензий от их состава, могут использоваться действующими предприятиями для выбора меловальных композиций в зависимости от имеющегося оборудования и требований к вырабатываемой продукции.
Список литературы
- Государственные стандарты союза ССР. Бумага и бумажные изделия: сб. М.: Изд-во стандартов, 1986. — 426с.
- Аким, Э.Л. Обработка бумаги / Э. Л. Аким. М.: Лесная промышленность, 1979.-231 с.
- Аким, Э.Л. Свойства составов для высокоскоростного нанесения покрытия на бумагу / Э. Л. Аким, Л. Г. Махотина, Т. Н. Романова // Целлюлоза. Бумага. Картон. 1995. — № 9−10. — С.24−25.
- Бартенев, Г. М. К теории реологических свойств твердообразных дисперсных структур / Г. М. Бартенев, Н. В. Ермилова // Коллоидный журн. 1967. -Т. XXIX. — Вып. 6. — № 5. — С. 771−778.
- Бартенев, Г. М. Курс физики полимеров / Г. М. Бартенев, Ю. В. Зеленев. -М.: Химия, 1976. 288 с.
- Белкин, И.М. Ротационные приборы. Измерение вязкости и физико-механических характеристик материалов / И. М. Белкин, Г. В. Виноградов, А. И. Леонов. М.: Машиностроение, 1967. — 272 с.
- Бондарев, А.И. Влияние двуокиси титана ТЮ2 и химически осажденного мела СаСОз на реологические свойства меловальных составов / А. И. Бондарев, Б. Г. Милов // Новое в технологии бумаги: сб. тр. ЦНИИБ. М., 1973. — № 8. -С. 72−78.
- Бондарев, А.И. Производство бумаги и картона с покрытием /
- A.И. Бондарев. М: Лесная промышленность, 1985. — 189 с.
- Виноградов, Г. В. Реология полимеров / Г. В. Виноградов, А.Я. Мал-кин. М.: Химия, 1977. — 440 с.
- Влияние модифицирования пигментов привитыми полимерами на прочность мел овальных покрытий / В. А. Полушкин и др. // Исследования в области технологии бумаги: сб. тр. ЦНИИБ. М., 1977. — № 13. — С. 113−119.
- Воюцкий, С.С. Курс коллоидной химии / С. С. Воюцкий. М.: Химия, 1976.-512 с.
- Гадашвили, В.М. Реологические основы мелования воздушным шабером / В. М. Гадуашвили, А. И. Бондарев // Исследование процессов технологии бумаги: сб. тр. ЦНИИБ. М.: Лесная промышленность, 1974. — № 9. — С. 5−13.
- Гадуашвили, В.М. Исследование взаимодействия компонентов мело-вальных дисперсий методом «спектра мутности» / В. М. Гадуашвили, Я.Е. Дик-лер // Исследования в области химии бумаги: сб. тр. ЦНИИБ. М.: Лесная промышленность, 1977. — № 14. — С. 53−57.
- Гадуашвили, В.М. О влиянии КМЦ на реологические свойства каолиновых дисперсий / В. М. Гадуашвили // Коллоидный журн. 1973. -Т. 35. — № 5. -С.963−966.
- Гадуашвили, В.М. Разработка меловального состава методами математического планирования эксперимента / В. М. Гадуашвили, А. И. Бондарев,
- B.В. Леонова // Совершенствование технологии бумаги: сб.тр. ЦНИИБ. М.: Лесная промышленность, 1972. — вып. 7 — С. 67−71.
- Губа, А.Б. Использование низковязкой NaKMU, в производстве этикеточно-упаковочной бумаги / А. Б. Губа // Целлюлоза. Бумага. Картон. 1995. -№ 5−6. — С. 34−35.
- Дюк, В. Обработка данных на ПК в примерах / В. Дюк. С.-Пб: Питер, 1997. — 240 с.
- Иванов, Г. А. Каолины месторождения «Журавлиный лог». Качество и возможности применения в производстве бумаги / Г. А. Иванов, A.C. Шамриков // Целлюлоза. Бумага. Картон. 2000. — № 9−10. — С. 34−35.
- Использование природного карбоната кальция для мелования бумаги и картона / Т. С. Разинькова и др. // Целлюлоза. Бумага. Картон. 1998. -№ 7−8.-С. 18−19.
- Испытание бумаги и картона / С. А. Пузырев и др. М.: Лесная промышленность, 1966. — 412 с.
- Калинин, H.H. Исследование вязкоупругих свойств пигментных дисперсий / H.H. Калинин, А. И. Бондарев // Исследования в области технологии бумаги: сб. тр. ЦНИИБ. М., 1979. — № 17. — С. 24−28.
- Кимпимяки, Т. Барьерные дисперсные покрытия новая возможность для упаковочной промышленности / Т. Кимпимяки, К. Сантамаки // Целлюлоза. Бумага. Картон. — 1999. — № 3−4. — С. 24−29.
- КМЦ как связующее при однопроцессном меловании бумаги / Б. Г. Милов и др. // Бумажная промышленность. 1972. — № 2. — С. 6−7.
- Коагуляционные контакты в дисперсных системах / В. В. Якиманский и др. М.: Химия, 1982. — 360 с.116
- Кречетова, С.П. Материалы для обработки и переработки бумаги и картона / С. П. Кречетова. М.: Бумажная промышленность, 1990. — 160 с.
- Кулезнев, В.Н. Смеси полимеров / В. Н. Кулезнев. М.: Химия, 1980.304 с.
- Лайша, Г. М. О путях повышения качества бумаги с покрытием / Г. М. Лайша // Исследования в области технологии бумаги: сб. тр. ЦНИИБ. -М.: Лесная промышленность, 1980. С. 53−57.
- Лоули Д. Факторный анализ как статистический метод / Д. Лоули, А. Максвелл. М.: Мир, 1967. — 144 с.
- Манфред, А. Природный карбонат кальция в мелованных бумаге и картоне / А. Манфред // Целлюлоза. Бумага. Картон 2001. — № 5−6. — С. 34−39.
- Милов, Б.Г. Влияние адсорбционного модифицирования каолина на реологические свойства и водоудержание покровных паст для мелования бумаги / Б. Г. Милов, А. И. Бондарев // Сб.тр. ЦНИИБ. М: Лесная промышленность, 1971.-Вып. 6.-С. 67−81.
- Милов, Б.Г. Применение синтетических латексов при меловании бумаги по способу «Массей» / Б. Г. Милов, А. Р. Хибарный, В. М. Пригодин // Сб.тр. ЦНИИБ. М.: Лесная промышленность, 1967. — вып. 2. — С. 43−59.
- Новое об акрилатных латексах для производства бумаги с покрытием / H.H. Калинин и др. // Целлюлоза. Бумага. Картон. 1998. — № 7−8. — С. 14−15.
- Новое эффективное связующее для производства бумаги / В.И. Иссер-лис и др. // Бумажная промышленность. 1988. — № 3. — С. 7−8.
- Новый латекс для производства бумаги с покрытием / H.H. Калинин и др. // Бумажная промышленность. 1990. — № 2. — С. 10−11.
- Основы информационной культуры. Библиографическое описание документа. Составление библиографического списка. Красноярск: СибГТУ, 2005.- 16 с.
- Особенности реологических свойств водных дисперсий каолина, модифицированного прививкой полимерных кислот / В. А. Полушкин и др. // Коллоидный журн. 1976. -Вып. 41. — № 3. — С. 496.
- Остреров, М.А. №-карбоксиметилцеллюлоза «Ршпйх средство для повышения качества // М. А. Остреров, А. Я. Типисев, Б. И. Орлов // Целлюлоза. Бумага. Картон. — 1994. — № 7−8. — С. 11−12.
- Остреров, М.А. КМЦ инструмент повышения конкурентоспособности продукции / М. А. Остеров // Целлюлоза. Бумага. Картон. — 1996. — № 7−8. -С. 10−11.
- Остреров, М.А. КМЦ: высокая эффективность при правильном использовании / М. А. Остеров, А .Я. Типисев // Целлюлоза. Бумага. Картон. -1995.-№ 5−6.-С. 32−33.
- Пен, Р. З. Вязкость многокомпонентных меловальных суспензий / Р. З. Пен, И. Л. Шапиро, Л. В. Чендылова, И. В. Мирошниченко // ИВУЗ. Химия и химическая технология. 2006. — Т.49. № 5. — С. 50−53.
- Пен, Р. З. Планирование эксперимента в Statgraphics / Р. З. Пен. Красноярск: СибГТУ-Кларетианум, 2003. — 246 с.
- Пен, Р. З. Реологические свойства меловальных суспензий. 1. Аппроксимация кривых течения / Р. З. Пен, Л. В. Чендылова, И. Л. Шапиро // Химия растительного сырья. 2004. — № 1. — С. 11−14-
- Пен, Р. З. Реологические свойства меловальных суспензий. 2. Температурные зависимости / Р. З. Пен, Л. В. Чендылова, И. Л. Шапиро // Химия растительного сырья. 2004. — № 1. — С. 15−17-
- Пен, Р. З. Реологические свойства меловальных суспензий. 3. Темпера-турно-концентрационная инвариантность / Р. З. Пен, Л. В. Чендылова, И. Л. Шапиро // Химия растительного сырья. 2004. — № 1. — С. 19−21.
- Пен, Р. З. Реологические свойства меловальных суспензий. 4. Прочность коагуляционных структур / Р. З. Пен, Л. В. Чендылова, И. Л. Шапиро // Химия растительного сырья. 2004. — № 4. — С. 11−15-
- Пен, Р. З. Реологические свойства меловальных суспензий. 5. Свойства пигментов и связующих / Р. З. Пен, Л. В. Чендылова, И. Л. Шапиро // Химия растительного сырья. 2005. — № 2. — С. 5−10−118
- Пен, Р. З. Реологические свойства меловальных суспензий. 6. Эффекты взаимодействия в многокомпонентных системах / Р. З. Пен, JI.B. Чендылова, И. Л. Шапиро // Химия растительного сырья. 2005. — № 2. — С. 11−14-
- Полушкин, В.А. Влияние модифицирования минеральных пигментов на течение меловальных суспензий / В. А. Полушкин, А. И. Бондарев, В. В. Лапин // Исследования в области химии бумаги: сб. тр. ЦНИИБ. М.: Лесная промышленность, 1976. — № 12. — С. 38−45.
- Прикладная статистика: классификация и снижение размерности / С. А. Айвазян и др. М.: Финансы и статистика, 1989. — 607 с.
- Ребиндер, П.А. О механической прочности пористых дисперсных тел / П. А. Ребиндер, Е. Д. Щукин, Л. Я. Марголис // Докл. АН СССР. 1964. -Т. 154.№ 3.-С. 695.
- Реологические исследования белого пигмента, его модификации и меловальных составов на его основе / В. Л. Половинкин и др. // Исследования в области химии бумаги: сб. тр. ЦНИИБ. М.: Лесная промышленность, 1977. -№ 14.-С. 57−64.
- Самарянова, М.Б. Влияние различных факторов на прочность поверхности мелованной бумаги / М. Б. Самарянова, P.M. Гуляева // Бумажная промышленность. 1989. — № 7. — С.9−10.
- Справочник бумажника. Т.2. М.: Лесная промышленность, 1965.854 с.
- Технология обработки и переработки бумаги и картона / С.А. Пузы-рев и др. М.: Лесная пром-сть, 1985. — 312 с.
- Тропина, С.А. Влияние водоудержания покровных дисперсий на скорость сушки мелованной бумаги / С. А. Тропина, В. И. Чекунин // Исследование процессов технологии бумаги: сб. тр. ЦНИИБ. М.: Лесная промышленность, 1974.-№ 9.-С. 17−26.
- Тюрин, Ю.Н. Статистический анализ данных на компьютере / Ю. Н. Тюрин, A.A. Макаров. М.: ИНФРА-М, 1998. — 528 с.
- Урьев, Н.Б. Высококонцентрированные дисперсные системы / Н. Б. Урьев. М.: Химия, 1980. — 320 с.
- Урьев, Н.Б. Текучесть суспензий и порошков / Н. Б. Урьев, A.A. Потанин. М.: Химия, 1992. — 160 с.
- Урьев, Н.Б. Физико-химическая динамика дисперсных систем / Н. Б. Урьев // Успехи химии. 2004. — Т. 73. № 1. — С. 39−62.
- Урьев, Н.Б. Физико-химические основы технологии дисперсных систем и материалов / Н. Б. Урьев. М.: Химия, 1988. — 255 с.
- Фляте, Д.М. Свойства бумаги / Д. М. Фляте.- М.: Лесная пром-сть, 1986.-680 с.
- Чалых, А.Е. фазовые равновесия и фазовая структура смесей полимеров / А. Е. Чалых, В. К. Герасимов // Успехи химии. 2004. — Т. 73. № 1. -С. 63−78.
- Чендылова, Л.В. Технология обработки и переработки целлюлозы, бумаги и картона. Реологические свойства меловальной суспензии: учебное пособие для студентов специализации 260 301 / Л. В. Чендылова, И. Л. Шапиро, А. В. Бывшев. Красноярск: СибГТУ, 2004. — 28 с.
- Шапиро, И.Л. Мелование бумаги и картона / И. Л. Шапиро, A.B. Быв-шев. Красноярск: СибГТУ, 2001. — 108 с.
- Щукин, Е.Д. Коллоидная химия / Е. Д. Щукин, A.B. Перцов, Е. А. Амелина. М.: Высшая школа, 1992. — 420 с.
- Щукин, Е.Д. Коллоидная химия. / Е. Д. Щукин, A.B. Перцов, Е. А. Амелина. М.: МГУ, 1982.-348 с.
- Электронно-микроскопическое исследование структуры поверхности высокоглянцевой мелованной бумаги / А. И. Бондрев и др. // Совершенствование технологии бумаги: сб.тр. ЦНИИБ. М.: Лесная промышленность, 1972. -вып. 7-С. 82−85.
- Яхнин, Е.Д. К вопросу о структурообразовании в дисперсных системах / Е. Д. Яхнин, А. Б. Таубман // Докл. АН СССР, 1964. Т. 155, № 1. — С. 178.
- Яхнин, Е.Д. О связи прочности дисперсных структур с силами взаимодействия между структурообразующими частицами и их упаковкой / Е. Д. Яхнин // Коллоидный журн. 1998. -Т. 60. № 5. с. 717.
- Babak, V.G. / Babak V.G., Langenfeld A., Stebe M.J. // Prog. Colloid. Po-lym. Sci. 2001. V. 118. P. 216.
- Bestul, A.B., Temperature coefficients of non-newtonian viscosity at fixed shearinand at fixed rate of shear / Bestul A.B., Belcher H.V. // J. Applied Physics. 1963.-V. 24, No. 6.-P. 696.
- Bueche, F. Physical properties of polymers / F. Bueche. N.Y.: Interscience Publishers, 1962.
- Get more withless: Making the crade in the LWC market // TAPPI Journal. 1999.-82,9.-P. 41.
- Guth, E., Simha, R. // Koll.-Z., 1936. Bd. 74. S. 276−285. (Цит. no 2.)
- Hirofumi, O. / O. Hirofumi // Kamipa gikyoshi. 1996. — Vol. 52, № 2. -P. 280−288.121
- Hirsch, G.L. Untersuchung und Beeinflussung des Lauf Verhaltens von Streichfarben fur hohe Streichgesch — windingkeiten // Wochenblatt fur Papierfabri-cation. — 1988. — Vol. 116, № 14. — P. 582−584, 586−588.
- Hlavatsch, J. Streichbentoniti Neuentwicklung mit Perspektive? / J. Hlavatsch, D. Wechselberger, F. Ruf // Wochenblatt fur Papierfabrication. — 1997. -Vol. 125,№ 11−12.-P. 588−599.
- Interactions in coating induced by a thermally active cellulosic polymer / P. Dahlvig и др. // Jornal of Pulp and Paper Science. 1999. — 25,7. — P. 229−234.
- Naydowski, C. Papier oberflachen der Zukunft / С. Naydowski // IPW: Int. Papierwirt бывш. OPW: Dtsch. Papierwirt. 1997. — № 4. — P. 73−74, 76.
- Pat. 5 521 240 THE USA, МКИ6 С 08 K5/20. Paper coating composition / Yoshifiimi Y. и др.- Chemical Co. N 473 900- заявл. 07.06.95, опубл. 28.05.96, Бюл. № 6−151 222. -НКИ 524/217.
- Pat. 5 527 852 THE USA, МКИ6 С 08 F 116/06. Paper coating agent / Hito-shi M., Kazutoshi Т., Tetsuya K.- Kurarau Co. N 465 891- заявл. 06.06.95, опубл. 18.06.96, Бюл. № 5−206 433. — НКИ 524/503.
- Scott, R.L. J. // Chem. Phis. 1949. -. V. 17. P. 279−287. (Цит. no 32.).
- Scott, R.L. J. // Chem. Phis., 1949. V. 17. — P. 279−287. (Цит. no 4.).
- Weige, J. Untersuchung des LaufVerhaltens von Streichfarben am Blade bei hohen Produktionschwindigkeiten / J. Weige, A. Laber O. Wittig // Wochenblatt fur Papierfabrication. 1996. — Vol. 124, № 5. — P. 161−164.
- Wright, W.A. A new concept in generalizing non-Newtonian fluid flow data / Wright W.A., Crouse W.W. // Report at the ASLE/ASME Lubrication Conference. Washington, 1964.