КМЦ (CMC) в производстве бумаги: мокрая часть, поверхностная проклейка и меловальные пасты — выбор вязкости от 7 до 600 mPa·s

На БДМ КМЦ (CMC) выполняет разные функции в каждой точке ввода. В мокрой части она повышает заряд волокон и межволоконные связи, увеличивая прочность в сухом состоянии, и способствует удержанию катионных добавок — проклеивающего агента AKD и смолы для придания влагопрочности; в клеильном прессе образует сплошную пленку, которая улучшает поверхностную прочность, гладкость, удержание краски на поверхности и жиростойкость; в меловальных пастах регулирует водоудержание и реологию и усиливает действие оптических отбеливателей. Для каждой задачи нужна своя вязкость — примерно от 7 мПа·с для высококонцентрированных меловальных паст до нескольких сотен мПа·с (2 %-ный раствор) для пленкообразования и упрочнения.

Почему КМЦ (CMC) эффективна в производстве бумаги

КМЦ (CMC) имеет ту же основную цепь из β-1,4-связанных звеньев глюкозы, что и волокна, в которые ее вводят, несет анионный заряд благодаря карбоксиметильным группам и при высыхании образует прочные эластичные пленки. Эти три свойства объясняют ее применение: она может закрепляться на поверхности волокон, добавляет заряженные центры, на которых фиксируются катионные химикаты, и создает сплошную пленку на поверхности листа или в покровном слое. Поскольку КМЦ прочно связывает воду, она также регулирует скорость отдачи воды меловальной пастой или клеевой пленкой.

Мокрая часть: прочность, удержание и эффективность проклейки

При введении в бумажную массу КМЦ (CMC) увеличивает анионный заряд волокон и улучшает межволоконные связи, что повышает прочность в сухом состоянии. Дополнительный заряд дает катионным добавкам больше точек закрепления: КМЦ — классический анионный партнер полиамид-эпихлоргидриновой смолы (PAE) для придания влагопрочности санитарно-гигиеническим видам бумаги и полотенцам; она также улучшает удержание и эффективность проклейки AKD и канифольным клеем. Типичный расход — 0.2–0.5 % от массы сухого волокна.

Главный риск — нарушение баланса зарядов. Неудержанная КМЦ (CMC) увеличивает количество анионных загрязнений («анионного мусора») в подсеточной воде, которые расходуют катионные удерживающие добавки и могут ухудшить обезвоживание. Контролируйте катионную потребность или дзета-потенциал при вводе КМЦ и отрабатывайте порядок ввода относительно катионного партнера: введение КМЦ до или после PAE меняет результат. КМЦ с более низкой СЗ (DS) легче закрепляется на волокнах, а с более высокой — растворяется более полно; бумажные марки обычно имеют СЗ 0.7–1.0.

Поверхностная проклейка: пленка, гладкость и жиростойкость

В клеильном или пленочном прессе КМЦ (CMC) наносят отдельно или в смеси с крахмалом для поверхностной проклейки. Ее пленка повышает поверхностную прочность и снижает выщипывание и пыление при печати, выравнивает поверхность, закрывает поры, улучшая удержание краски на поверхности и сопротивление воздухопроницанию, и создает эффективный барьер для масел и жиров. Клеильный раствор должен сохранять технологичность при температуре нанесения, поэтому вязкость КМЦ подбирают с учетом содержания сухих веществ в растворе: более высокая молекулярная масса дает более прочную пленку в расчете на грамм, но ограничивает содержание сухих веществ, которое можно нанести.

Меловальные пасты: водоудержание и реология

В пигментных меловальных пастах КМЦ (CMC) выполняет функции водоудерживающей добавки и модификатора реологии. Она препятствует слишком быстрому проникновению воды и связующего в бумагу-основу, которое приводит к преждевременной иммобилизации покрытия, миграции связующего и пятнистости, а также нарушает стабильность работы шабера. Кроме того, она повышает вязкость при низких скоростях сдвига, стабилизируя пасту, и служит эффективным носителем оптических отбеливателей, повышая их отбеливающую способность. Водоудержание обычно оценивают гравиметрическим методом, например по методу ÅA-GWR.

У ракли скорости сдвига чрезвычайно высоки, а содержание сухих веществ в меловальной пасте нередко составляет 60–70 %. Низковязкая КМЦ (CMC) обеспечивает водоудержание, не повышая вязкость при высоком сдвиге, поэтому стандартом являются низковязкие марки примерно 7–50 мПа·с (2 % раствор). Типичная дозировка — 0.3–1.5 мас. ч. на 100 мас. ч. пигмента.

Выбор вязкости от 7 до 600 мПа·с

Вязкость снижается с ростом температуры, а клеильные прессы и кухни приготовления меловальных паст редко работают при 25 °C, поэтому проверяйте вязкость готового клеевого раствора или пасты при рабочей температуре, а не только соответствие КМЦ (CMC) спецификации. Для меловальных паст измеряйте вязкость как при низкой скорости сдвига (по Брукфильду), так и при высокой.

Рекомендации по приготовлению и обращению

• Готовьте маточный раствор отдельно, а не вводите сухой порошок в узел приготовления меловальной пасты или в клеильный раствор.
• Вводите порошок в воронку или используйте быстрорастворимую КМЦ (CMC) и перед применением дайте раствору полностью гидратироваться.
• Фильтруйте исходные растворы, чтобы удалить гелевые частицы, которые могут вызывать полосы на покрытии.
• Консервируйте хранящиеся растворы: в теплой технологической воде фабрики КМЦ (CMC) может разрушаться микроорганизмами и ферментами целлюлазами.
• Во избежание отложений проверьте совместимость с катионными добавками в том же технологическом контуре.

КМК (CMS) как экономичная альтернатива

Там, где решающую роль играет стоимость, часть функций может взять на себя карбоксиметилкрахмал для бумажной промышленности. Марка Sentai CMS-P (10–300 mPa·s при 2 %, СЗ (DS) 0.30–0.85) применяется как стабилизатор наполнителя, удерживающая добавка, агент поверхностной проклейки и связующее для меловальных паст; ее можно смешивать с КМЦ (CMC) для баланса стоимости и эффективности.

Чем может помочь Sentai

Sentai входит в Комитет по химии для бумажного производства Китайской технической ассоциации бумажной промышленности в статусе заместителя председателя и поставляет КМЦ (CMC) для всех участков БДМ. Вязкость марок серии PC подбирается под применение — от 7 до 600 мПа·с (2 % раствор). Пришлите данные о композиции бумажной массы, рецептуру меловальной пасты или условия на клеильном прессе — специалисты по бумаге рекомендуют исходный диапазон, а в качестве альтернативы или компонента смеси предложат CMS-P. Доступны бесплатные образцы 100–300 г.