Особенностью применения катионных полиэлектролитов (КП) при получении клееных видов бумаги и картона является их способность участвовать в процессах коагуляции, флокуляции, пептизации, структурообразования, связеобразования, гидрофобизации и упрочнения. Установлено, что характер протекающих процессов зависит от способа использования и содержания КП в дисперсных системах. Получение клееных видов бумаги и картона основано на применении модифицированного канифольного продукта (МКП), электролита (Э) и КП. Изучены свойства бумаги и картона и степень удержания компонентов бумажных масс (волокон, проклеивающих комплексов и взвешенных веществ) в зависимости от содержания в дисперсных системах КП при использовании его по следующим способам: 1) МКП – Э – КП, 2) МКП – КП – Э, 3) КП – МКП – Э. Установлено, что наиболее эффективным способом применения КП является способ 1 (МКП – Э – КП). Впервые изучена возможность снижения содержания в дисперсной системе КП от 0,20 до 0,02% от а. с. в. Показано, что применение КП по способу 1 позволяет получить высококачественные виды бумаги и картона, обладающие высокой гидрофобностью и отличающиеся от известных аналогов улучшенной прочностью (на 18–25%) и влагопрочностью (в 1,7–2,7 раза). Использование КП повышает степень удержания волокон от 94 до 97–98% и проклеивающих комплексов от 70 до 82–96%, а также уменьшает содержание взвешенных веществ в оборотной воде в 3–12 раз

Эффективность использования слабоосновных катионных полиэлектролитов (СКП) зависит от последовательности введения в волокнистые суспензии химических веществ (модифицированного канифольного продукта (МКП), электролита (Э) и СКП) и содержания их в дисперсных системах. Изучены гидрофобность и прочность бумаги и картона в зависимости от трех способов применения СКП: 1) МКП – Э – СКП; 2) МКП – СКП – Э; 3) СКП – МКП – Э. Исследовано влияние СКП на удержание компонентов (волокон и проклеивающих комплексов) бумажных масс. Установлено, что повышению эффективности использования СКП способствует смещение процесса проклейки волокнистых суспензий (целлюлозных и макулатурных) из традиционного режима гомокоагуляции в более эффективный режим гетероадагуляции. Обнаружено, что применение СКП по способам 2 и 3 позволяет получать среднеклееные виды бумаги и картона с высокой прочностью. Перспективным способом использования СКП является способ 1, основанный на дополнительном его участии в новом процессе пептизации. Установлено, что эффективность применения СКП (способ 1) в целлюлозных и макулатурных суспензиях является высокой при соотношении МКП : Э : СКП, равном 1,0 : 0,8 : (0,025–0,030) и 1,0 : 1,2 : (0,030–0,045) соответственно; бумага и картон относятся к категории сильноклееных (имеют высокую гидрофобность и обладают улучшенной прочностью. Получено, что применение СКП по способам 2 и 3 позволяет получать среднеклееные виды бумаги и картона с высокой прочностью.

Изучены способы стабилизации частиц дисперсной фазы, присутствующих в новых видах модифицированных смоляных кислот (нейтральных и высокосмоляных), отличающихся от известных нейтральных аналогов ТМ (канифоль талловая модифицированная) и ЖМ (канифоль живичная модифицированная) тем, что вместо моноэтилцеллозольмалеината и малеинового ангидрида использовали новое соединение – моноэфир малеинового ангидрида и высших жирных кислот фракции С10–С18. Исследовано стабилизирующее действие веществ различной природы и установлена убывающая последовательность по эффективности их применения: казеинат аммония > ПАВ > латексная дисперсия > крахмал модифицированный. Содержание каждого вещества изменяли от 1 до 19 мас. %. Установлено, что природа и содержание стабилизирующего вещества оказывает влияние на агрегативную устойчивость, а также на гидрофобность и прочность бумаги и картона. Присутствие в структуре частиц дисперсной фазы стабилизирующего вещества (в особенности 16–19 мас. % казеината аммония или 1–3 мас. % ПАВ) способствовало повышению агрегативной устойчивости канифольных эмульсий в 3–5 раз и улучшению физико-химических (на 15–20%) и гидрофобизирующих (на 20–30%) свойств канифольных продуктов. Их применение позволило сместить процесс проклейки волокнистых суспензий (целлюлозных и макулатурных) из существующего режима гомокоагуляции в более эффективный режим гетероадагуляции. Это способствовало снижению (в 2 раза и более) содержания в бумажных массах канифольных эмульсий и электролита при одновременном повышении качества (гидрофобности и прочности) бумаги и картона на 4–16%

Важную роль при производстве высококачественных видов бумаги и картона играет процесс диспергирования, который протекает на стадии роспуска применяемых видов волокнистого сырья. Отсутствие научно обоснованных технологических режимов процесса диспергирования, обеспечивающих получение однородных волокнистых суспензий, обусловливает необходимость проведения в этом направлении исследования, результаты которого представляют научный и практический интерес. Установлены закономерности влияния основных технологических факторов на стадии роспуска волокнистого сырья в водной среде на степень диспергирования волокон, полученных из широко применяемого волокнистого сырья, к числу которых относятся первичные (целлюлозные), вторичные (макулатурные) и синтетические. Результаты исследования позволили установить, что управляемыми технологическими факторами являются концентрация волокнистой суспензии, частота вращения ротора в диспергирующем оборудовании и продолжительность его механического воздействия на волокнистое сырье в водной среде. Диапазон изменения этих параметров соответствовал техническим характеристикам применяемого производственного оборудования. Основное внимание обращено на концентрацию волокнистых суспензий (изменяли от 1 до 6%) и частоты вращения ротора (увеличивали от 1500 до 4500 мин–1). Установлено, что разработанный технологический режим диспергирования волокнистого сырья является энергосберегающим, о чем свидетельствует сокращение продолжительности стадии роспуска в 2–3 раза

Разработана методика определения степени термоокислительной деструкции смоляных кислот канифоли в зависимости от условий процесса термоокисления. Определена динамика накопления окисленных веществ канифоли в зависимости от природы катиона металла переменной валентности. Установлено, что наибольшая скорость накопления окисленных веществ наблюдается в присутствии катионов Со{2+}, а наименьшая – в присутствии катионов Cr{3+}. Установлено, что процесс термоокисления, протекающий при температуре 220°С в течение 5 ч, усиливается в присутствии катионов металлов переменной валентности, что приводит к ухудшению физико-химических свойств канифоли. Об этом свидетельствуют уменьшение кислотного числа канифоли на 20,7 мг KОН/г, увеличение ее йодного числа на 20,0 г J[2]/100, повышение температуры размягчения на 7,4°С и ухудшение цветности на 7–8 эталонов цветности.

Установлено, что замена в рецептуре меловальных паст «комплекса» природных связующих веществ, в состав которого входят крахмал окисленный (1,0–3,0 мас. ч.), натрийкарбоксиметилцеллюлоза (0,5–1,0 мас. ч.) и казеиновый клей (1,0–3,0 мас. ч.), на одно синтетическое – карбамидиформальдегидный олигомер КФО, впервые синтезированный на кафедре химической переработки древесины БГТУ, позволяет улучшить свойства мелованных видов бумаги и картона на 3–8%. Об этом свидетельствуют улучшение их белизны на 1–4%, повышение гладкости на 4–13 с, увеличение стойкости поверхности к выщипыванию на 0,1–0,2 мм и возрастание прочности (разрывной длины и сопротивления излому на 50–130 м и 1–2 ч. д. п. соответственно). При этом гидрофобность мелованных видов бумаги и картона, характеризуемой впитываемостью при одностороннем смачивании, снижается на 2–3 г/м2. Показано, что количество КФО в рецептуре меловальной пасты не превышает содержания традиционно используемого природного «комплекса» и находится в пререлах 2,5–7,0 мас. ч. Применение КФО дополнительно позволяет исключить антисептик (0,10–0,20 мас. ч.) из рецептуры меловальной пасты, что обусловлено отсутствием в ней природного «комплекса». Меловальные пасты, содержащие КФО, имеют свойства, удовлетворяющие современным требованиям: вязкость по ВЗ-4 – 13–17 с, содержание сухих веществ – 50–54% и рН – 9,0–10,5. Применение синтетических связующих веществ вместо природных позволяет развивать перспективное направление в технологии мелования бумаги и картона, основанное, во-первых, на снижении массоемкости нанесенного покрытия и, во-вторых, на экономии связующих веществ в рецептурах меловальных паст за счет повышения их функциональных свойств.

Окисленные смоляные кислоты канифоли имеют различную степень окисления. Повышение температуры нагрева, наличие в реакционной смеси катионов металлов переменной валентности, присутствие кислорода и следов влаги – все это способствует повышению содержания окисленных веществ и переходу их в высшую стадию продуктов окисления, что отражается на качественном и количественном составе продуктов окисления смоляных кислот канифоли.