Виды канифольного клея и его приготовление

Приготовление, или варка, канифольного клея представляет собой реакцию нейтрализации смоляных кислот щёлочью, в результате которой получается смолянокислый натрий и вода. Для этого используют едкий натр (NаОН) или карбонат натрия (Nа₂СО₃). Для полной нейтрализации канифоли требуется 13 % NаОН или 17 % Nа₂СО₃ к массе канифоли.

С₁₉Н₂₉СООН+NаОН«С₁₉Н₂₉СООNа+Н₂О.

В зависимости от количества непрореагировавшей смолы различают следующие виды клея:

- высокосмоляной, содержание смолы 70–90 %;

- белый, содержание смолы до 40 %;

- нейтральный, или бурый, где смолы практически нет.

Выбор вида клея определяется жёсткостью производственной воды.

Бурый клей хорошо проклеивает в мягкой воде, белый - в воде средней жёсткости, высокосмоляной - в жёсткой.

Существуют холодный и горячий способы приготовления клея.

Сущность холодного способа заключается в следующем. Колонки диаметром 0,7–0,8 м и высотой 3 м, изготовленные из дерева, заполняют кусковой канифолью, лежащей на колосниковых решётках. Через несколько таких колонок пропускают раствор щёлочи при t = 20 ^○ С, С = 2,5 … 5 г/л, из последней колонки отбирают готовый клей. Таким способом получают нейтральный клей с концентрацией 40 г/л.

Горячий способ применим для любого вида клея. Существует в двух модификациях: варка из кусковой канифоли и из расплавленной.

Схема приготовления белого клея горячим способом из расплавленной канифоли представлена на рис. 11.

Рис. 11. Схема приготовления белого клея горячим способом из расплавленной канифоли: 1 – плавильник канифоли; 2 – мерник расплавленной канифоли; 3 – бак для раствора щелочи; 4 – бак с горячей водой; 5 – реактор с мешалкой и паровой рубашкой; 6 – фильтр; 7 – мерник клея; 8, 9 – инжекторы; 10 – промежуточные баки; 11 – бак для хранения клея

Канифоль расплавляется в плавильнике и через мерник поступает в реактор вместе со щёлочью и водой. Реактор имеет быстроходную мешалку (температура процесса 95–105 ^○С, продолжительность 1 ч). После реактора клей концентрацией 300 г/л фильтруется и собирается в баки – сборники. Затем насосом-дозатором клей подаётся на ступень эмульгирования и разбавления на инжекторе. Подаваемая туда горячая вода снижает концентрацию клея до 100 г/л. На второй ступени в инжектор подаётся холодная вода и концентрация становится 20 г/л при температуре 20–25 ^○С. Из бака для хранения клей подаётся в расходные баки бумажной фабрики. Клей готовится в клейно-минеральном отделе бумажной фабрики. Полный оборот реактора, работающего на расплавленной канифоли - 1,5 ч. При работе с кусковой канифолью оборот реактора составляет 2,5–3 ч.

При варке высокосмоляного клея в реактор надо добавлять защитный коллоид - казеин, так как частицы этого клея быстро коагулируют. Применяют также усиленный или укреплённый клей на основе модифицированной канифоли. Для этой цели канифоль подвергают гидрированию, этерификации, полимеризации. Это необходимо потому, что в обычной канифоли под действием кислорода и света происходят необратимые процессы, которые отрицательно влияют на свойства бумаги. Вследствие высокой температуры плавления модифицированной малеиновым ангидридом канифоли (более 125 ^○С) процесс нейтрализации щёлочью затруднён, поэтому добавляют обычную канифоль. Таким образом, в усиленном клее только 15–25 % модифицированной канифоли.

Усиленный клей выпускается в виде пасты с содержанием сухого вещества до 70 %, поступает в бочках, выдерживается на водяной бане, где подогревается и становится жидким. Модифицированная канифоль может выпускаться в виде порошка, который добавляют в клей.

Укреплённый клей может быть нейтральным, белым, высокосмоляным в зависимости от условий производства. Клей обладает высокой степенью дисперсности, что улучшает равномерность проклейки, на 40–50 % снижается расход канифоли, меньше чувствуются сезонные затруднения с проклейкой, практически исчезает явление расклейки бумаги.

Недостатки укрепленного клея – повышенные электризация бумаги и флотация бумажной массы; последнее сказывается на равномерности подачи массы.

Теория проклейки

Проклейка в массе осуществляется следующим образом. В бассейн с волокнистой суспензией добавляют определённое количество клея и, после достаточного перемешивания, вводят раствор Al₂SO₄ во всасывающий патрубок смесительного насоса.

При введении клея в массу происходит гидролиз резината натрия, т.е. обратная реакция:

С₁₉Н₂₉СООNа+Н₂О « С₁₉Н₂₉СООН+NаОН.

В чистой воде гидролиз идёт незначительно, но в присутствии целлюлозных волокон, связывающих щёлочь, реакция протекает примерно на 60 %. При этом образуется мелкодисперсная коллоидная смола, которая имеет отрицательный заряд. В водной суспензии целлюлозные волокна, как и частицы смолы, имеют слабый отрицательный заряд.

Чтобы зафиксировать отрицательные частицы смолы на волокнах, надо перезарядить один из компонентов. Для этого обычно используют сернокислый алюминий Аl₂(SO₄)₃, который гидролизируется в воде:

Al₂(SO₄)₃+6HOH«2Al(OH)₃+3H₂SO₄ .

При повышении кислотности в растворе растёт количество ионов Н⁺, а при увеличении щёлочности - Al(OH)₃. Диссоциированная часть сернокислого алюминия реагирует с резинатом натрия почти мгновенно по реакции

6С₁₉Н₂₉СООNa+Al₂(SO₄)₃ ® 2(C₁₉H₂₉COO)₃Al+3Na₂SO₄ .

Это основная реакция при проклейке в массе нейтральным и белым клеем. Она протекает при кислотности 4,5 и ниже. Получающийся трирезинат алюминия нерастворим в воде и выпадает на волокнах в виде хлопьевидного объёмистого осадка. При более высоком значении pH, по-видимому, образуется дирезинат AlRe₂(OH), монорезинат AlRe(OH)₂ и свободная смола ReH.

сульфат алюминия понижает рН среды до 4,5, разрушает сольватную оболочку клеевых частиц и коагулирует клей, который оседает на волокне. В результате приведённой выше реакции отрицательно заряженные частицы диспергированной свободной смолы лишаются своего заряда, теряют устойчивость и захватываются объёмистым осадком резината алюминия. Имеющийся в системе гидроксид алюминия адсорбирует из раствора ионы Аl³⁺ и сам приобретает сильный положительный заряд. Обладая большой поверхностью и положительным зарядом, он также коагулирует взвеси, в том числе частицы коллоидной свободной смолы, и осаждается на волокнах, имеющих отрицательный заряд.

Таким образом, при проклейке нейтральным и белым клеем смола фиксируется на волокнах в виде частиц свободной смолы и резината алюминия, для образования которого необходим сернокислый алюминий в диссоциированном состоянии, а при проклейке высокосмоляным клеем, в котором много свободной смолы и мало смолянокислого натрия, смола фиксируется на волокнах в основном под действием Аl(ОН)₃, для образования которого требуется более высокое значение рН среды, чем в первом случае.

Процесс проклейки завершается в сушильной части бумагоделательной машины. Клеевой остаток размягчается, спекается и становится гидрофобным.

Сернокислый алюминий получают из бокситов обработкой серной кислотой. Он поставляется в кусках, гранулах, порошке. Растворим в воде. Процесс растворения идёт в две ступени: сначала при перемешивании и подогреве до концентрации 200–400 г/л при t = 90 ^○С, а затем с холодной водой до концентрации 50–100 г/л.

Обязательна фильтрация сернокислого алюминия или очистка на центриклинерах. Расход его 2:1 по отношению к клею, большее количество приводит к понижению качества и срока службы бумаги.