Способ изготовления бумаги

 

Изобретение относится к технике изготовления бумажного полотна и может быть использовано на целлюлозно-бумажных предприятиях. Сущность способа заключается в том, что после отлива бумажного полотна и его прессования осуществляют электрическим полем поверхностную обработку полотна. При этом вектор напряженности электрического поля должен быть направлен перпендикулярно поверхности полотна в течение отрезка времени, определяемого из зависимости где - динамический коэффициент сдвиговой вязкости; K1 и K2- объемные концентрации воды в области повышенной и пониженной влажности; R - объемная доля молекул воды области, содержащей влагу; m - среднее число гидротации ионов гидроксония гидроксила; n - концентрация положительных или отрицательных ионов; o - электрическая постоянная; E - напряженность электрического поля; a - эмпирический коэффициент, принимаемый для бумаги равным 0,75; б - диэлектрическая проницаемость сухой бумаги; в - диэлектрическая проницаемость воды; S - площадь поверхности границы раздела областей с повышенным и пониженным содержанием влаги; r+ - радиус гидратной оболочки иона гидроксония; r- - радиус гидратной оболочки иона гидроксила. 1 ил.

Изобретение относится к технике изготовления бумажного полотна и может быть использовано на целлюлозно-бумажных предприятиях.

известен способ изготовления бумажного полотна однородной линейной плотности ленты путем измерения линейной плотности ленты, сравнивая ее с заданной и изменяя величины вытяжки ленты по результату сравнения (авт. св. 1097726, кл. D 01 H 5/38, 1984).

Данный способ является неэффективным в тех случаях, когда необходимо изготовить бумажное полотно с однородной плотностью в направлении, перпендикулярном скорости перемещения.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ, включающий отлив бумажного полотна, его прессование и поверхностную обработку частицами раствора диаметром в 1,5-2,0 раза меньше толщины бумажного полотна (авт. св. 1675454, кл. D 21 H 19/00, 1991).

Недостатком данного способа является невозможность получения бумажного полотна с равномерной влажностью из-за сложности диагностирования влажности бумажного полотна по ширине.

Целью изобретения является получение бумажного полотна с равномерным распределением влажности по длине и ширине, в результате чего исключаются сдвиговые деформации полотна при его навивке в рулоны и улучшаются прочностные свойства бумаги.

Указанная цель достигается тем, что в известном способе изготовления бумаги, включающем отлив бумажного полотна, его прессование и поверхностную обработку, поверхностную обработку ведут электрическим полем, вектор напряженности которого направлен перпендикулярно поверхности полотна, в течение отрезка времени, определяемого из зависимости: где - динамический коэффициент сдвиговой вязкости; K1 и K2 - объемные концентрации воды в области повышенной и пониженной влажности; R - объемная доля молекулы воды в объеме области, содержащей влагу; m - среднее число гидротаций ионов; n - концентрация положительных или отрицательных ионов; o - электрическая постоянная;
a - эмпирический коэффициент, принимаемый для бумаги равным 0,75;
б - диэлектрическая проницаемость сухой бумаги;
в - диэлектрическая проницаемость воды;
S - площадь поверхности границы раздела областей с повышенным и пониженным содержанием влаги;
r+ - радиус гидратной оболочки иона гидроксония;
r- - радиус гидратной оболочки иона гидроксила.

Предложенный способ позволяет изготовить бумажное полотно с более равномерным распределением влажности по ширине и длине полотна, что подтверждается следующим.

Существование в бумажном полотне областей с различной величиной влажности соответствует наличию в нем областей с различной диэлектрической проницаемостью, величина которой зависит от концентрации воды в соответствующих участках бумажного полотна.

Изобретение поясняется чертежом.

Если между двумя металлическими пластинами 1 движется со скоростью V бумажное полотно 2 с непрерывным распределением влажности по ширине и длине, то области бумажного полотна с различной величиной влажности оказываются в электрическом поле, которое создается зарядами, подаваемыми на металлические пластины высоковольтным источником питания 3.

Так как бумажное полотно находится в электрическом поле, то на границе двух участков с диэлектрическими проницаемостями 1 и 2 возникает давление, действующее перпендикулярно направлению вектора напряженности электрического поля E из области с большей диэлектрической проницаемостью в область с меньшей диэлектрической проницаемостью по отношению к положительным зарядам.

Если 1 > 2, то величина указанного давления (силы, приходящейся на единицу площади поверхности границы раздела) будет определяться выражением (Томм И.Е. Основы теории электричества, М., Л.: Гостехиздат, 1949, с. 156-163)

где o - электрическая постоянная;
E - напряженность электрического поля.

Так как в воде всегда имеют место реакции типа:
2H2O H3O+ + OH-,
то на ион гидроксония H3O+ и ион гидроксила OH- в соответствующих областях будет действовать сила, определяемая из (I) следующим образом:

где S - площадь поверхности границы раздела.

Причем под действием этой силы ионы H3O+ и OH- будут перемещаться вместе со своими гидратными оболочками в двух взаимопротивоположных направлениях вектора E. Движение этих ионов образует токи с плотностью:

где g+ и g- - соответственно положительные и отрицательные заряды тока;
V+ и V- - соответственно скорости положительного и отрицательного ионов;
n+ и n- - соответственно концентрации положительных и отрицательных ионов.

Так как n+ = n- = n, а
то результирующая плотность тока будет:
j = j+ - j- = ng(V+ - V-), (5)
При этом в процессе движения на ионы H3O+ и OH- с их гидратными оболочками будет действовать еще и сила вязкого трения, которую в первом приближении примем равной стоксовской:
fст = 6rv, (6)
где - коэффициент сдвиговой вязкости воды в порах бумаги,
r - радиус гидратной оболочки иона;
V - скорость движения гидратированного иона.

Из условия равенства сил (2) и (6) следует:

Подставив выражение для скорости из (7) в (5), получим

где r+ - радиус гидратной оболочки иона гидроксония;
r- - радиус гидратной оболочки иона гидроксила.

По определению

где dQ - заряд, пересекающий площадь S за время dt;
S - площадь поверхности, пересекаемая током (площадь границы областей с 1 и 2).

Из (8) и (9) следует:

Если левую и правую части уравнения (10) разделим на величину заряда иона g, то величина:

где dN - число ионов, пересекающих поверхность S за время dt.

Тогда:

Если левую и правую части уравнения (12) умножим на среднее число гидратации ионов (число молекул воды, образующих гидратную оболочку иона) m, то так как m = const

где d(mN)/dt - число молекул воды, переносимых из области с большей влажностью в область с меньшей влажностью за время dt.

Если K1 и K2 - объемные концентрации воды в области повышенной и пониженной влажности соответственно, то:

где t - время, в течение которого выравниваются концентрации 2-х соседних областей с разной влажностью;
R - объемная концентрация одной молекулы воды в объеме области с большей диэлектрической проницаемостью.

Из (13) и (14) следует:

Связь между диэлектрической проницаемостью и содержанием влаги в бумажном полотне описывается уравнением (Буров А.В. Высокочастотные емкостные преобразователи и приборы контроля качества.- М.: Машиностроение, 1982, с. 22)
= exp[(1 - Ka)lnб + Kalnв], (16)
где - диэлектрическая проницаемость рассматриваемого участка бумажного полотна;
K - объемная доля воды;
a - эмпирический коэффициент, для бумаги 0,75;
б - диэлектрическая проницаемость сухой бумаги;
в - диэлектрическая проницаемость воды.

Если в (15) подставить (16), получим:

При этом длина L пластин 1 выбирается такой, чтобы при скорости движения бумажного полотна V выполнялось условие:
L Vt, (18)
при котором обеспечивается выравнивание влажности по всему объему полотна, находящегося в электрическом поле в течение времени t.

Пример. Проводилась обработка бумажной ленты из газетного бумажного полотна длиной 2 м и шириной 0,4 м. Предварительно измерялась влажность ленты емкостным влагомером с точностью до 0,1%. Получено изменение влажности в пределах до 12%. Лента прогонялась со скоростью 0,001 м/с между двумя параллельными металлическими пластинами шириной 0,2 м и длиной 0,4 м. Одна металлическая пластина подсоединялась к положительной клемме высоковольтного источника постоянного напряжения, а одна -к отрицательной.

Время движения ленты между двумя пластинами со скоростью 0,001 м/с определялось из уравнения (17) и задавалась для данного конкретного случая равным 346 с.

После этого бумажное полотно снималось с барабанов и определялось емкостным влагомером изменение влажности полотна по ширине и длине, которое не превышало 2%, что в шесть раз меньше первоначального изменения влажности.


Формула изобретения

Способ изготовления бумаги, включающий отлив бумажного полотна, его прессование и поверхностную обработку, отличающийся тем, что поверхностную обработку полотна ведут электрическим полем, вектор напряженности которого направлен перпендикулярно поверхности полотна в течение отрезка времени, определяемого из зависимости

где - динамический коэффициент сдвиговой вязкости;
К1 и К2 объемные концентрации воды в области повышенной и пониженной влажности;
R объемная доля молекул воды области, содержащей влагу;
m среднее число гидратации ионов;
n концентрация положительных или отрицательных ионов;
0 - электрическая постоянная;
Е напряженность электрического поля;
а эмпирический коэффициент, принимаемый для бумаги равным 0,75;
б - диэлектрическая проницаемость сухой бумаги;
в - диэлектрическая проницаемость воды;
S площадь поверхности границы раздела областей с повышенным и пониженным содержанием влаги;
r+ радиус гидратной оболочки иона гидроксония;
r- радиус гидратной оболочки иона гидроксила,
при этом протяженность поля вдоль направления движения полотна устанавливается из соотношения
L Vt,
где V скорость движения полотна.

РИСУНКИ

Рисунок 1



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к методам консервации и улучшения качества бумажных носителей печатной и рукописной информации и может быть использовано для улучшения качества бумажных носителей информации

Изобретение относится к производству дисперсного целлюлозного впитывающего материала и позволяет повысить абсорбирующую способность материала и устранить вредные выбросы

Изобретение относится к устройству и способу применения устройства для обработки волокнистого полотна с покрытием или без покрытия
Изобретение относится к способу изготовления бумажной основы, предназначенной для вулканизирования или пергаментирования

Изобретение относится к маркированным изделиям из бумаги. Описывается способ изготовления маркированного изделия из бумаги с использованием облучения области изделия из бумаги электронным пучком с дозой от 0,10 Мрад до около 5 Мрад, где электроны имеют энергию от около 0,25 МэВ до 10 МэВ. Облучение осуществляют в условиях, выбранных для изменения функционализации указанной области изделия из бумаги. Указанная область может быть образована в форме «водяного знака» или символа. Изобретение обеспечивает на изделиях из бумаги маркировку, невидимую невооруженным глазом, которую трудно копировать без достаточно сложного оборудования, что затрудняет ее подделку. 6 з.п. ф-лы, 5 ил.

Настоящие изобретения относятся к способу оптимизации адгезии за счет обработки пламенем подложки, которое направляется на подложку, и к системе управления обработкой пламенем подложки. Способ содержит управление массовым расходом топлива и воздуха, подаваемых к горелке, и получение данных по излучению радикалов за счет отслеживания радикалов, исходящих из пламени. Система содержит горелку и анализатор пламени, выполненный с возможностью приобретения данных по излучению радикалов от пламени. Технический результат, достигаемый при использовании способа и системы по изобретениям, заключается в обеспечении заданного качества обработки подложки в непрерывном процессе. 2 н. и 21 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к целлюлозно-бумажной промышленности и касается способа получения проклеенных и/или влагостойких бумаг, картонов и тонких картонов. Способ включает смешивание суспендированной древесной целлюлозы и/или химической целлюлозы с водной радиационно-отверждаемой дисперсией, содержащей по меньшей мере один полимер, имеющий катионные группы, просеивание смеси, прессование смеси, термическую сушку смеси и отверждение смеси облучением смеси, где смесь содержит от 0,001 до 10 мас. % водной радиационно-отверждаемой дисперсии, на основе ее неводного содержания по отношению к содержанию твердых веществ древесной целлюлозы и/или химической целлюлозы, причем радиационно-отверждаемая водная дисперсия содержит полиуретан(мет)акрилат (ii) в качестве полимера. Изобретение позволяет оптимизировать технологию получения проклеенных бумаг и картонов. 3 н. и 8 з.п. ф-лы, 2 ил., 5 табл.

Изобретение относится к способу обработки бумажного продукта, заключающемуся в гашении облучённого бумажного продукта, содержащего первый углеводсодержащий материал, облучённый ионизирующим излучением в дозе по меньшей мере 0,10 Мрад для увеличения молекулярной массы бумажного продукта. В результате происходит функционализация и/или стабилизация ионизированного бумажного продукта. 4 з.п. ф-лы, 20 ил., 5 табл.
Наверх