Жаңалықтар

Катиондық, аниондық әлде иондық емес пе? Қағазды желімдеуге арналған дұрыс модификацияланған крахмалды таңдау — операторға арналған практикалық нұсқаулық

Егер сіз қағаз машинасын басқарып жүрсеңіз, әсіресе жылдамдығы 800 m/min-тан асатын жағдайда, не болмаса қайта өңделген талшық қоспалары, толтырғышы көп қағаздар немесе жеңіл қапталған сорттар үшін рецептураларды реттесеңіз, мынадай тар орынға тап болған боларсыз: беттік беріктікке, сияны ұстап тұруға және құрғақ бөліктегі жұмыс тұрақтылығына сұраныс артқан сайын желімдеу тиімділігі төмендейді. Модификацияланған крахмал көптеген ылғалды бөлік жүйелеріндегі негізгі желімдеу агенті болып қала береді, алайда иондық түрін қате таңдау тек оңтайлы емес нәтижелерге ғана емес, шөгінділердің жиналуына, бекітуді ұстап қалу қоспаларына кедергі келтіруге немесе тіпті бүкіл талшық массасының тұрақсыздануына әкелуі мүмкін. Бұл теория емес. Дозалау калибрленбеген кезде катиондық крахмал аниондық толтырғыштармен әрекеттескенде немесе иондық емес крахмал жоғары аниондық эвкалипт целлюлозасына бекітіле алмаған кезде дәл осылай болады.

Неліктен иондық сипат «крахмалдылықтан» маңыздырақ

Қағаз өнеркәсібінде желімдеу агенті ретінде қолданылатын модификацияланған крахмал тек қабықша түзуші емес, сонымен қатар молекулалық көпір қызметін атқарады. Оның тиімділігі тек тұтқырлыққа немесе гельдену температурасына емес, электростатикалық тартылысқа тәуелді. Целлюлоза талшығының беті, әсіресе механикалық немесе қайта өңделген целлюлозада, негізінен аниондық болып келеді (гемицеллюлоза мен лигниннен шығатын карбоксил топтарына байланысты). GCC және PCC сияқты толтырғыштар күшті теріс беттік заряд тасымалдайды. Ұстап қалу жүйелері көбінесе катиондық полимерлерге негізделеді. Сондықтан крахмалдың заряды оның берік адсорбцияланатынын, деструктивті бәсекелесетінін немесе жай ғана шайылып кететінін анықтайды.

Катиондық крахмалдар (әдетте төрттік аммоний топтарымен эфирленген) талшықтар мен ұсақ фракцияларға жылдам, жоғары тартылысты байланыс береді. Бұл қағаздың бастапқы беріктігін тамаша арттырып, жұлуға төзімділікті жақсартады, бірақ жүйе басқа катиондық заттармен шамадан тыс қанықпаған жағдайда ғана. Артық дозалау коллоидтық тұрақсыздық тудырып, желімдеу престерінде немесе кептіру секцияларында шөгінділердің пайда болуына әкелуі мүмкін. Аниондық крахмалдар (көбінесе фосфатпен немесе сульфатпен эфирленген) катиондар мөлшері жоғары ортада тұнбаға түсуге төзімді және кальций негізіндегі толтырғыштармен жақсырақ үйлеседі, алайда олардың талшықтарға тартылысы әлсіздеу, сондықтан жоғары дозалау қажет және көбіне құрғақ созылу беріктігі төмендейді. Иондық емес крахмалдар (мысалы, гидроксиэтилденген немесе ацетилденген түрлері) бейтарап, болжамды реологияны және ұстап қалу химиясына ең аз әсер етуді қамтамасыз етеді, бірақ олар толығымен дерлік сутектік байланыстар мен механикалық ілінісуге тәуелді. Бұл оларды ығысу әсерінен ыдырауға осал етеді әрі төмен еркіндікті, толтырғышы жоғары массаларда тиімділігін төмендетеді.

Нақты өндірістегі ымыралар: беріктік пен тұрақтылық және жұмысқа жарамдылық

Барлығына ортақ «ең жақсы» шешім жоқ. 100% ағартылған крафт-лайнер машинасында жұмыс істейтін шешім, тіпті дозалау мөлшері бірдей болса да, 70% бояудан тазартылған целлюлоза қолданылатын газет қағазы желісінде апатты түрде сәтсіз болуы мүмкін. Операторлар іс жүзінде нұсқаларды былайша таразылайды:

• Катиондық сорттар талшықтар арасындағы байланыс басты басымдық болатын жерде: қаптама картонында, крафт қап қағаздарында және санитарлық қағаздың негіздік парақтарында тиімді. Олар целлюлозаға 0.3–0.5% мөлшерінде-ақ Mullen burst пен Scott bond көрсеткіштерін едәуір арттырады, бірақ pH (оңтайлысы 4.5–6.2) және өткізгіштікті қатаң бақылауды талап етеді. Күлділігі жоғары айналым қалдықтарын немесе коммуналдық шлам қосылған талшық массасын пайдаланатын фабрикаларда аниондық сұраныстың күтпеген өсуі катиондық крахмалды талшықтарға жетпей тұрып бейтараптандыруы мүмкін.
• Аниондық сорттар толтырғышы жоғары, сілтілі қағаздар үшін, әсіресе тұндырылған кальций карбонатының (PCC) мөлшері 20%-дан асқан жағдайда, практикалық таңдау болып табылады. Олардың теріс заряды Ca²⁺ иондарымен коагуляцияланудың алдын алады және катиондық ұстап қалу қоспаларымен бәсекелесуді болдырмайды. Алайда олар катиондық крахмалды беттік желімдеу қолданбаларында алмастырады деп күтпеңіз: каландрлау кезіндегі қабықша тұтастығы төменірек, ал pH 7.5-тен төмен болғанда тиімділігі азаяды.
• Иондық емес сорттар жоғары беріктіктен гөрі тұрақтылық талап етілетін арнайы қолданбаларда: көшірмесіз қағаз негізінде, термиялық қағаз субстраттарында немесе синтетикалық латекспен араластырғанда тиімді. Олардың бейтараптығы оларды еріген қатты заттар мөлшері жоғары болатын жабық циклді ақ су жүйелері үшін мінсіз етеді. Бірақ электростатикалық қозғаушы күштің болмауы оларды pH төмен сульфитті целлюлозада немесе толық гидратацияға дейін крахмал түйіршіктерін ыдырататын агрессивті алдын ала престеу аймақтары бар машиналарда нашар жұмыс істеуіне әкеледі.

«Табиғи шығу тегі» жеткіліксіз болғанда — функционалдық тұрақтылыққа назар аударыңыз

Кейбір сатып алушылар өсімдік текті крахмалдар автоматты түрде кеңірек үйлесімділік немесе нормативтік қауіпсіздік береді деп санайды. Бұл жаңсақ пікір. Табиғи шығу тегі кейбір фармацевтикалық қосалқы заттар үшін маңызды, мысалы, қабыну жолдарын зерттеу үшін Tussilago farfara гүл бүршіктерінен бөлініп алынатын Tussilagone CAS#104012-37-5, бірақ қағаз өндірісі қайталанатын реологияны, бөлшектердің тар таралуын және партиялар арасындағы заряд тығыздығының тұрақтылығын талап етеді. «GMO-сыз» немесе «өсімдік негізіндегі» деп белгіленген крахмал оның орынбасу құрылымы, айқас байланысу дәрежесі немесе қалдық мономер мөлшері туралы ештеңе айтпайды. Маңыздысы — өндіруші тотығу, катиондау немесе ферменттік ыдырату сатыларын жөнелтілімдер арасындағы заряд тығыздығын ±5% шегінде сақтау үшін жеткілікті қатаң басқара ма және зертханалық стақандағы сынақтарда ғана емес, сіздің нақты талшық массасы жағдайларында да өнімділікті тексере ме.

Техникалық талапты бекітпес немесе үлгі алмас бұрынғы үш тексеріс

Сынақтарға кіріспес бұрын немесе одан да жаманы, ауқымды өндіріске көшпес бұрын, жеткізушіңізбен келесі үш тармақты тексеріңіз:

1. Талшық массасына тән зарядты титрлеу деректері. Дзета-потенциалдың ығысу қисықтарын дистилденген суда емес, *нақты өзіңіздің ақ суыңызда* өлшеп беруді сұраңыз. Таза суда +12 mV адсорбция көрсететін катиондық крахмал аниондық сұранысы жоғары айналым қалдықтары жүйеңізде +2 mV-ке дейін төмендеуі мүмкін.
2. Ығысу тұрақтылығы профилі. 10,000 s⁻¹ жағдайында 5 минуттан кейінгі тұтқырлықты сақтау деректерін сұратыңыз (желімдеу престері аймағындағы ығысуды модельдеу). Көптеген модификацияланған крахмалдар осындай жүктеме кезінде >40% көрінерлік тұтқырлығын жоғалтып, қабықша түзілуін нашарлатады.
3. Қалдық формальдегид немесе ацетальдегид деңгейі. Бұл тек иісті бақылау үшін ғана емес: альдегидтер желімдеу престері жүйелерінде қолданылатын амин негізіндегі биоцидтермен әрекеттесіп, консерванттардың тиімділігін төмендетеді және крахмал бактарында микробтардың өсуін жеделдетеді.

Тек жалпы техникалық сипаттама парақтарын беретін немесе крахмалы «барлығына жарайды» деп тұжырымдайтын жеткізушілер нақты өндірістік ақауларды жоюға дайын емес. Сенімді серіктестер өкілдік талшық массасында пилоттық сынақтар жүргізеді, Cobb60 және Hercules сынақтары арқылы желімдеу тиімділігін бақылайды және зертханалық нәтижелерді машинаның нақты жұмысқа жарамдылық көрсеткіштерімен: ауысымына қағаз үзілу саны, желімдеу престерін тазалау жиілігі және каландрдан кейінгі жылтырлық ауытқуымен байланыстырады.

Қорытынды ескерту: бір параметрді оқшаулап оңтайландырмаңыз

Жоғары орынбасу дәрежесі бар катиондық крахмалға ауысу арқылы желімдеу тиімділігін жақсарту құрғақ созылу беріктігін 5% арттыруы мүмкін, бірақ егер бұл аниондық қоспалар деңгейін критикалық флокуляция шектерінен асырып жіберсе, оның құнын күл дақтарының көбеюі, тор іздері және бос тұрып қалу уақыты арқылы төлейсіз. Қағаз өнеркәсібінде желімдеу агенті ретінде қолданылатын дұрыс модификацияланған крахмал ең жоғары заряды немесе ең төмен бағасы бар өнім емес. Ол — иондық әрекеті сіздің талшық массаңыздың таза зарядына, ұстап қалу стратегияңыздың химиялық архитектурасына және машинаңыздың ығысу мен ұсталу уақыты шектеулеріне сәйкес келетін өнім. Осыдан бастаңыз және әрбір жаңа сортты жай ғана тікелей алмастырушы емес, жүйенің айнымалысы ретінде қарастырыңыз.