В некоторых типах бумаги, например, в упаковке и картоне, постоянная прочность во влажном состоянии важна для поддержания эксплуатационных характеристик упаковочного материала, хранящегося в агрессивной влажной среде в течение длительного периода времени. Это необходимо, поскольку для сохранения качества пищевых продуктов требуется хранение в холодильнике до тех пор, пока они не достигнут потребителей.

Использование санитарно-гигиенической бумаги происходит намного быстрее. Например, вытирания рук или лица длится не более нескольких секунд. Потребитель использует санитарно-гигиеническую бумагу, а затем сразу же ее выбрасывает. В этих случаях прочность во влажном состоянии не должна длиться более нескольких секунд. Однако исторически в обоих случаях применялся один и тот же химический состав для обеспечения прочности во влажном состоянии — полиамидоаминэпихлоргидрин (ПАЭ) с постоянной влагопрочностью.

Разработанная технология глиоксиалированного полиакриламида (GPAM) для рынка санитарно-гигиенической продукции обеспечивает начальную прочность на растяжение, полностью достаточную для ее функциональных целей, но имеет дополнительное преимущество в виде высокой скорости распада, что приводит к лучшей промывке и утилизации. Характеристики продукта также могут привести к более легкому повторному использованию любых отходов, обработанных GPAM, в производственном процессе по сравнению с теми, которые производятся с использованием PAE-PWS.

Поскольку они имеют совершенно разный химический состав, технология GPAM-TWS может повысить эффективность контроля крепирования, уменьшить загрязнение сукна и улучшить регенерацию макулатуры по сравнению с применением PAE. Кроме того, GPAM обеспечивает прочность в сухом состоянии и улучшает дренаж/сушку листа в процессе изготовления бумаги.

Химикаты для временной прочности во влажном состоянии (TWS) состоят из технологии катионного глиоксиалированного полиакриламида (GPAM), которая хорошо подходит для обеспечения множества преимуществ и позволяет значительно снизить или исключить PAE-PWS. Коммерчески проверенный технологический процесс GPAM-TWS и экономические преимущества продукта:

- Повышенная прочность на растяжение во влажном и сухом состоянии
- Возможность использование более дешевого сырья (замена волокна)
- Уменьшенный базовый вес
- Улучшена скорость/производительность бумагоделательной машины
- Уменьшение образования ворса и пыли

Ожидается, что скорость снижения прочности во влажном состоянии PAE-PWS составит всего 10-15% после того, как образец бумаги подвергнется 30-минутному испытанию на выдержку. Как показано на графике № 1, передовые технологии GPAM-TWS могут обеспечить гораздо более быструю и контролируемую скорость распада в диапазоне 40-60% в течение 2 минут времени замачивания бумаги. Технологии GPAM-TWS значительно улучшены по сравнению с традиционной технологией GPAM, обеспечивая как более широкий диапазон свойств катионного заряда, так и значительно более длительный срок хранения.



Обзор использования добавок, повышающих прочность

Решение о том, следует ли использовать технологию PAE-PWS и/или GPAM-TWS/DSR, зависит от конкретного типа бумаги, коммерческого рынка и характеристик прочности на растяжение во влажном и сухом состоянии. Несмотря на то, что PAE-PWS исторически был отраслевым стандартом, сейчас доступны и другие варианты. В Таблице №1 представлены рекомендуемые рекомендации по прочности во влажном состоянии для использования технологий PAE-PWS и GPAM-TWS.

Ключевые выводы:
Для туалетной бумаги в настоящее время не следует использовать технологию PAE-PWS, поскольку использованная туалетная бумага может вызвать проблемы эксплуатационного характера, попадая в центральную канализацию смывания.

TWS-GPAM широко используется для производства туалетной бумаги и отвечает требованиям потребителей по достижению необходимой прочности во влажном состоянии, хорошей смываемости и разложения.

Многоразовое бумажное полотенце: по-прежнему требуется PAE-PWS, потребитель обычно повторно использует и повторно смачивает полотенце.
Бумажное полотенце (AFH): традиционно PAE-PWS было единственным вариантом, обеспечивающим прочность во влажном состоянии. В настоящее время, поскольку пользователям требуется всего 10 секунд прочности листа* во влажном состоянии, а на рынке стала доступна новая технология TWS GPAM, теперь существуют лучшие альтернативы PAE-PWS для более эффективного снижения прочности полотенца и/или смываемого полотенца, отвечающего требованиям рынка.

Другие марки санитарно-гигиенической бумаги: новые технологии GPAM, обеспечивающие как временную прочность во влажном состоянии, так и прочность в сухом состоянии, могут быть использованы для значительного сокращения или в некоторых случаях полной замены технологии PAE-PWS.

* Результаты лабораторного исследования, проведенного в феврале 2009 года К. Редвеем с факультета биомедицинских наук Вестминстерского университета в Лондоне, показали, что бумажные полотенца эффективно высушивают руки пользователей, достигая 90% сухости примерно за 10 секунд.


Таблица №1
DSR = смола, обеспечивающая повышенную прочность в сухом состоянии,
TWS = временная прочность во влажном состоянии,
PWS = постоянная прочность во влажном состоянии

Пример № 1: PWS и TWS в потребительских (AH) видах туалетных бумаг
Были оценены приобретенные в магазине образцы туалетной бумаги премиум-класса Consumer (AH) из США и Бразилии. Большая часть туалетной бумаги в Бразилии изготавливается с постоянной прочностью во влажном состоянии (PWS) для контроля пыли и ворса на машинах и улучшения процессов производства. Однако это может быть основной причиной того, почему население не смывает туалетную бумагу в унитаз, а вместо этого их просят выбрасывать ее в мусорные баки.

На рисунке № 2 визуально показано разрушение различных марок бумаги при первоначальном немедленном замачивании, а также замачивании в течение 5 и 10 минут. Образцы бумаги Br1, Br2 и Br3, которые представляют собой южноамериканские сорта туалетной бумаги премиум-класса (AH), начинают распадаться через 5–10 минут, но через 10 минут все еще остаются большие куски бумаги, которые остаются и через 30 минут замачивания. Для образца US2, который представляет собой потребительскую туалетную бумагу премиум-класса с использованием GPAM-TWS, лист US2 значительно диспергируется в течение пяти минут выдержки.

Это исследование ясно показывает, что широко используемые потребительские марки туалетной бумаги премиум-класса в Южной Америке имеют низкие показатели снижения прочности во влажном состоянии и, безусловно, могут частично объяснить обеспокоенность конечных пользователей плохой утилизацией. Основной причиной низкой скорости распада, скорее всего, является использование PAE-PWS.

Внедрение эффективного применения GPAM-TWS, как продемонстрировано на образце US2 и одном из ведущих потребительских сортов туалетной бумаги в США, эффективно демонстрирует прочность во влажном состоянии и хорошую смываемость.



Пример № 2. Использование TWS для производства белого полотенца AfH

Машина для мокрого крепирования, производящая однослойный материал плотностью 21 #. Для переработки белого полотенца было использовано 14,3 фунта/тонну в пересчете на сухое вещество PAE-PWS. GPAM-TWS был добавлен в количестве 3 фунта/т в пересчете на сухое вещество, что позволило снизить содержание PAE-PWS на 30% до 10 фунтов/тонну. Эта новая программа повышения прочности во влажном состоянии позволила получить множество экономических преимуществ. К ним относятся способность снижать базовую массу с 21# по 18#, что дает экономию волокна на 50 долларов США/тонну благодаря повышению прочности в сухом состоянии GPAM и снижению потребления энергии от газовых колпаков на 7% за счет улучшенного дренажа листов и облегчения сушки листов. Кроме того, эффективность обработки была повышена на 40 %, что позволило оператору сократить необходимость перезаправки листов и повысить производительность. Мутность сточной воды снизилась на 50%, а использование полимеров в процессе осветления DAF сократилось на 30%.

Изготовление бумаги с низким pH

Независимо от того, используете ли вы PAE-PWS и/или GPAM-TWS, важно понимать и, если возможно, контролировать химический состав технологической воды, чтобы максимизировать эффективность показателей прочности во влажном состоянии (WSPE). Идеальными технологическими условиями для применения GPAM-TWS являются рабочий уровень pH 4,5–7,5 и менее; жесткость 400 ppm (CaCO3), сульфит 5 ppm, щелочность 150 ppm и проводимость 2500 ppm (ự см/см).

В процессах производства бумаги с использованием первичного волокна обычно используются первичные волокна эвкалипта и акации с низким pH (5,5-6,0). Однако во многих случаях операторы намеренно усиливают контроль щелочности (запатентованный крепирующий клей FennoCrepe) и TWS/DSR (FennoRez GPAM) позволяют процессам работать очень эффективно при более низких уровнях pH, получая при этом преимущества в качестве листов и достигая невиданного ранее уровня эффективности рабочего процесса.

График ясно иллюстрирует разницу в показателях прочности во влажном состоянии и скорости разложения между GPAM-TWS и PAE-PWS в различных диапазонах pH. PAE-PWS последовательно демонстрирует низкую скорость распада (<15% за 30-минутное выдерживание) во всем спектре pH. Тем не менее, GPAM-TWS обеспечивает превосходное снижение общей прочности во влажном состоянии и повышение показателей прочности на растяжение во влажном состоянии при снижении pH. Несмотря на то, что GPAM-TWS обеспечивает прочность во влажном и сухом состоянии в диапазоне pH 7,0–8,0, общие характеристики значительно улучшаются, когда pH снижается ниже 7,0 при низкой щелочности.


Рисунок №3: GPAM-TWS и PAE-PWS при 4 кг/т.
Выводы

Использование PAE-PWS для получения свойств листа при растяжении во влажном состоянии на протяжении десятилетий применялось при производстве большинства сортов бумажной бумаги и полотенец из-за отсутствия жизнеспособной альтернативной технологии прочности во влажном состоянии. Технология временной прочности во влажном состоянии FennoRez может значительно снизить и потенциально исключить химию PWS-PAE, предлагая производителю альтернативный вариант управления процессом производства в мокрой части, свойствами листа по прочности на растяжение во влажном и сухом состоянии, а также скоростью снижения прочности на разрыв во влажном состоянии.

Пример № 1: применение PWS в салфетке иллюстрирует необходимость для производителей переоценить выбор технологии прочности во влажном состоянии в зависимости от марки, чтобы обеспечить правильное соответствие эффективности процесса, соответствие ключевым спецификациям и решение конечных задач пользователей и повышение экологической устойчивости.

Замена или устранение PWS в AFH полотенцах на GPAM-TWS предлагает производителям ряд экономических преимуществ, начиная от замены волокон, сокращения времени разволокнения, уменьшения загрязнение сукон и возможности создания новых экологически чистых салфеток и полотенец.

Оригинал статьи был опубликован в 2015 году.