Композиция бумаги для печати, содержащая модифицированный карбонатный наполнитель

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ КОМПОЗИЦИЯ БУМАГИ ДЛЯ ПЕЧАТИ, СОДЕРЖАЩАЯ МОДИФИЦИРОВАННЫЙ КАРБОНАТНЫЙ НАПОЛНИТЕЛЬ(71) Заявитель Производственное унитарное предприятие Бумажная фабрика Департамента государственных знаков Министерства финансов Республики Беларусь(72) Авторы Пенкин Антон Анатольевич Темрук Владимир Игнатьевич Соловьева Тамара Владимировна Шкирандо Татьяна Павловна(73) Патентообладатель Производственное унитарное предприятие Бумажная фабрика Департамента государственных знаков Министерства финансов Республики Беларусь(56) ПЕНКИН А.А. и др. // Труды Белорусского государственного технологического университета. Сер. . Химия и технология органических веществ. Вып. . - Минск, 2006. - С. 185-188.4799964, 1989.4210490, 1980. ПЕНКИН А.А. и др. // Труды Белорусского государственного технологического университета. Сер. . Химия и технология органических веществ. Вып. . - Минск, 2007. - С. 262-267.2146316 1, 2000.0344984 А 2, 1989.2-91298 , 1990. КОПЫЛЬЦОВ А.А. Целлюлоза. Бумага. Картон. - 2006. -5. - С. 62-65.(57) Композиция бумаги для печати, полученной в нейтральной среде, содержащая целлюлозные материалы, химические вспомогательные вещества и карбонатный наполнитель в количестве 6-16 , представляющий собой мраморный кальцит, модифицированный катионным крахмалом со степенью замещения 0,02-0,07, взятым в количестве 0,5-2,0 от массы абсолютно сухого наполнителя. Настоящее изобретение относится к целлюлозно-бумажной промышленности, в частности к композициям печатных видов бумаги с модифицированным наполнителем. Использование наполнителей в композиции бумаги связано с необходимостью улучшения ее печатных свойств, в частности белизны, непрозрачности, оптической плотности оттиска, цветности и пр., а также со снижением ее себестоимости за счет увеличения доли более дешевого минерального вещества (наполнителя) и сокращения содержания дорогостоящей беленой целлюлозы. Наполнители обычно представляют мелкодисперсные частицы минеральных материалов, таких как природный карбонат кальция (мел, мрамор, известняк), осажденный карбонат кальция, каолин, двуокись титана и др. Существенным недостатком введения наполнителей в композицию бумаги является снижение ее механических свойств (прочности бумаги). Поэтому для увеличения положительного влияния наполнителя на печатные свойства бумаги и сохранения прочности наполненных видов бумаги в их композиции используют модифицированные наполнители. 13365 1 2010.06.30 Прототипом настоящего изобретения является способ 1, который описывает композицию бумаги, содержащую карбонатный наполнитель, модифицированный анионными или анионно модифицированными полисахаридами или их смесями. Технический результат - композиция бумаги, придающая ей повышенную прочность. В способе-прототипе композиция бумаги содержит осажденный карбонатный наполнитель, модифицированный анионными или анионно модифицированными полисахаридами,выбранными из группы, состоящей из альгина, ксантангама, карбоксиметилцеллюлозы,гуммиарабика, карагенанов, агара, желлангама и их смесей, в количестве 0,01-5 по отношению к массе абсолютно сухого (а.с.) карбонатного наполнителя. Использование осажденного карбонатного наполнителя в композиции бумаги имеет ряд специфических недостатков, обусловленных способом его производства невысокая прочность и степень проклейки бумажного листа, а также цветность бумаги, находящаяся в красно-желтой области спектра. Указанные недостатки могут быть устранены применением природного карбонатного наполнителя. Новым техническим результатом от использования заявляемого изобретения является повышение печатных свойств бумаги и снижение ее разносторонности при одновременном улучшении механических свойств бумаги, изготовленной с его использованием. Результат достигается тем, что композиция бумаги для печати, полученной в нейтральной среде, содержит целлюлозные материалы, химические вспомогательные вещества и карбонатный наполнитель в количестве 6-16 , представляющий собой мраморный кальцит, модифицированный катионным крахмалом со степенью замещения 0,02-0,07,взятым в количестве 0,5-2,0 от массы а.с. наполнителя. При этом модифицирование карбонатного наполнителя катионным крахмалом осуществляют в водной среде в емкости,оборудованной перемешивающим устройством с регулируемой частотой вращения его вала, при температуре 10-80 С. Модифицирование наполнителя осуществляется в течение 5-20 мин при его концентрации 5-20 . Наивероятнейший радиус частиц модифицированного наполнителя составляет 8-18 мкм. Далее осуществляют введение модифицированного таким образом карбонатного наполнителя в бумажную массу. Из полученной бумажной массы осуществляют формование бумажного полотна и его сушку. При необходимости в бумажную массу могут быть введены любые химические вспомогательные вещества, например коагулянты, проклеивающие агенты, агенты для придания влагопрочности, упрочняющие агенты или дополнительные удерживающие агенты и пр. В заявляемом способе, как и в способе-прототипе, композиция бумаги содержит карбонатный наполнитель, однако в предлагаемом способе используется природный карбонатный наполнитель, который позволит, как отмечалось ранее, устранить недостатки, присущие осажденному карбонатному наполнителю. В заявляемом способе, как и в способе-прототипе, композиция бумаги содержит карбонатный наполнитель, модифицированный полисахаридом, однако в предлагаемом способе для модифицирования наполнителя используется катионно модифицированный полисахарид - катионный крахмал. В процессе модифицирования карбонатного наполнителя по заявляемому способу на его частицах происходит адсорбция макромолекулярных агрегатов катионного крахмала, сопровождающаяся увеличением электрокинетического потенциала его частиц, что способствует более интенсивной фиксации наполнителя в структуре бумажного полотна за счет электростатического взаимодействия с отрицательно заряженным целлюлозным волокном. Интенсивная фиксация частиц наполнителя предотвращает его вымывание с сеточной стороны бумажного полотна в процессе формования бумаги мокрым способом. Это обеспечивает равномерное распределение наполнителя по толщине бумаги и обусловленное этим снижение различия печатных свойств между лицевой и сеточной сторонами бумаги (так называемый эффект разносторонности бумаги). Следовательно, использование композиции бумаги, согласно изобретению будет способствовать получению бумаги с меньшей разносторонностью. 2 13365 1 2010.06.30 Таким образом, заявляемая композиция бумаги для печати, содержащая модифицированный карбонатный наполнитель, обеспечит повышение печатных свойств бумаги и снижение ее разносторонности при одновременном улучшении механических свойств бумаги, изготовленной с его использованием. Настоящее изобретение иллюстрируется примерами 1-9, но не ограничивается ими. При этом примеры 1, 2 характеризуют влияние вида модифицированного карбонатного наполнителя (природного и осажденного), содержащегося в композиции бумаги, на ее механические и печатные свойства. Примеры 1, 3 характеризуют влияние вида полисахарида(катионно или анионно модифицированного), взятого для модифицирования карбонатного наполнителя, содержащегося в композиции бумаги на ее механические и печатные свойства. Примеры 1, 4, 5 характеризуют влияние содержания модифицированного карбонатного наполнителя в композиции бумаги на ее механические и печатные свойства. Примеры 1, 6, 7 характеризуют влияние количества катионного крахмала, взятого для модифицирования карбонатного наполнителя, содержащегося в композиции бумаги, на механические и печатные свойства бумаги. Примеры 1, 8, 9 характеризуют влияние степени замещения катионного крахмала, взятого для модифицирования карбонатного наполнителя, содержащегося в композиции бумаги, на ее механические и печатные свойства. В примерах 4, 5 композиция бумаги содержит такие количества модифицированного карбонатного наполнителя, которые выходят за пределы содержания наполнителя согласно заявляемому способу. В примерах 6, 7 композиция бумаги содержит карбонатный наполнитель, модифицированный такими количествами катионного крахмала, которые выходят за пределы его значений согласно заявляемому способу. В примерах 8, 9 композиция бумаги содержит карбонатный наполнитель, модифицированный катионным крахмалом при таких степенях его замещения, которые выходят за пределы значений согласно заявляемому способу. Пример 1 Композиция бумаги для печати массой 75 г/м 2, полученной на бумагоделательной машине, содержит модифицированный карбонатный наполнитель, представляющий собой мраморный кальцит с исходным наивероятнейшим радиусом частиц, равным 4,0 мкм. Модифицирование карбонатного наполнителя осуществляется 1,2 -ным раствором катионного крахмала со степенью замещения 0,035, взятым в количестве 1,0 от массы а.с. наполнителя. Концентрация суспензии наполнителя при модифицировании составляет 15 . Продолжительность модифицирования наполнителя при температуре 20 С составляет 10 мин. Наивероятнейший радиус частиц модифицированного наполнителя составляет 13,0 мкм. Суспензию модифицированного таким образом наполнителя вводят в бумажную массу, состоящую из 40 сульфатной хвойной беленой целлюлозы и 60 сульфатной лиственной беленой целлюлозы, с концентрацией 0,9 и степенью помола 53-55 ШР. При этом в бумажную массу предварительно введены коагулянт (полигидроксихлорид алюминия) в количестве 1,7 кг/т, проклеивающий агент на основе алкилкетендимера в количестве 6,0 кг/т, агент для придания влагопрочности (смола на основе полиамида) в количестве 4,5 кг/т, упрочняющий агент (катионный крахмал) в количестве 4,0 кг/т. После введения модифицированного наполнителя в бумажную массу в нее добавляют удерживающий агент в количестве 0,08 кг/т. Из полученной бумажной массы осуществляют формование бумажного полотна и его сушку. Содержание модифицированного карбонатного наполнителя в композиции бумаги составляет 6-16 . Пример 2 Композиция бумаги для печати аналогична примеру 1 с той лишь разницей, что в качестве карбонатного наполнителя используют осажденный карбонатный наполнитель. Содержание модифицированного карбонатного наполнителя в композиции бумаги равно содержанию наполнителя в примере 1. 3 13365 1 2010.06.30 Пример 3. Композиция бумаги для печати аналогична примеру 1 с той лишь разницей, что в качестве модификатора наполнителя используют ксантан-гам. Содержание модифицированного карбонатного наполнителя в композиции бумаги равно содержанию наполнителя в примере 1. Механические и печатные свойства бумаги с композицией по примерам 1-3 представлены в табл. 1. Таблица 1 Механические и печатные свойства бумаги, изготовленной по примерам 1-3 Показатель качества бумаги Содержание наполнителя,Разрывная длина, м Сопротивление излому, число двойных перегибов Белизна,Непрозрачность,Оптическая плотность оттиска, Б с лицевой стороны с сеточной стороны разница между значениями лицевой и сеточной сторон Пример 4 Композиция бумаги для печати аналогична примеру 1 с той лишь разницей, что содержание модифицированного карбонатного наполнителя в ней составляет 4,0 . Пример 5 Композиция бумаги для печати аналогична примеру 1 с той лишь разницей, что содержание модифицированного карбонатного наполнителя в ней составляет 20,0 . Механические и печатные свойства бумаги с композицией по примерам 1, 4, 5 представлены в табл. 2. Таблица 2 Механические и печатные свойства бумаги, изготовленной по примерам 1, 4, 5 Показатель качества бумаги Содержание наполнителя,Разрывная длина, м Сопротивление излому, число двойных перегибов Белизна,Непрозрачность,Оптическая плотность оттиска, Б Бумага, изготовленная по примеру 1 4 5 9,7 4,0 20,0 6900 7120 5420 264 276 164 85,0 80,2 86,8 96,2 92,8 96,9 1,43 1,18 1,48 95,78 94,21 96,4 1,47 2,86 1,32 4,38 6,48 3,84 2,2 2,2 1,6 13365 1 2010.06.30 Пример 6 Композиция бумаги для печати аналогична примеру 1 с той лишь разницей, что катионный крахмал для модифицирования карбонатного наполнителя взят в количестве 0,1 от массы а.с. наполнителя. Содержание модифицированного карбонатного наполнителя в композиции бумаги равно содержанию наполнителя в примере 1. Пример 7 Композиция бумаги для печати аналогична примеру 1 с той лишь разницей, что катионный крахмал для модифицирования карбонатного наполнителя взят в количестве 3,0 от массы а.с. наполнителя. Содержание модифицированного карбонатного наполнителя в композиции бумаги равно содержанию наполнителя в примере 1. Механические и печатные свойства бумаги с композицией по примерам 1, 6, 7 представлены в табл. 3. Таблица 3 Механические и печатные свойства бумаги, изготовленной по примерам 1, 6, 7 Бумага, изготовленная по примеру Показатель качества бумаги 1 6 7 Содержание наполнителя,9,7 9,7 9,7 Разрывная длина, м 6900 6560 6620 Сопротивление излому, число двойных перегибов 264 192 214 Белизна,85,0 83,6 83,8 Непрозрачность,96,2 95,5 95,6 Оптическая плотность оттиска, Б 1,43 1,34 1,36 4,38 5,34 5,20 Степень проклейки, мм 2,2 2,0 2,0 Пример 8 Композиция бумаги для печати аналогична примеру 1 с той лишь разницей, что степень замещения катионного крахмала, взятого для модифицирования карбонатного наполнителя, составляет 0,02. Содержание модифицированного карбонатного наполнителя в композиции бумаги равно содержанию наполнителя в примере 1. Пример 9. Композиция бумаги для печати аналогична примеру 1 с той лишь разницей, что степень замещения катионного крахмала, взятого для модифицирования карбонатного наполнителя, составляет 0,07. Содержание модифицированного карбонатного наполнителя в композиции бумаги равно содержанию наполнителя в примере 1. Механические и печатные свойства бумаги с композицией по примерам 1, 8, 9 представлены в табл. 4. Таблица 4 Механические и печатные свойства бумаги, изготовленной по примерам 1, 8, 9 Бумага, изготовленная по примеру Показатель качества бумаги 1 8 9 Содержание наполнителя,9,7 9,7 9,7 Разрывная длина, м 6900 6620 6560 Сопротивление излому, число двойных перегибов 264 226 212 Белизна,85,0 84,4 84,1 Непрозрачность,96,2 95,5 65,4 Оптическая плотность оттиска, Б 1,43 1,36 1,34 13365 1 2010.06.30 Из табл. 1 видно, что бумага для печати, полученная из композиции, содержащей модифицированный природный карбонатный наполнитель, обладает повышенной прочностью и степенью проклейки по сравнению с осажденным карбонатным наполнителем(сравнение данных примера 1 и примера 2). Использование в композиции бумаги карбонатного наполнителя, модифицированного катионным крахмалом, способствует уменьшению разницы значений оптической плотности для лицевой и сеточной сторон бумаги(сравнение данных примера 1 и примера 3). Из табл. 2 видно, что содержание в композиции бумаги для печати модифицированного наполнителя меньше (пример 4) и больше значений (пример 5), находящихся в пределах согласно заявляемому способу, приводит, соответственно, либо к существенному снижению печатных свойств, либо к снижению механических свойств бумаги по сравнению с композицией бумаги согласно заявляемому способу (пример 1). При этом увеличение , уменьшение ,способствуют переходу цвета бумаги из красно-желтой в более предпочтительную зелено-голубую область. Из табл. 3 видно, что количество катионного крахмала, взятого для модифицирования карбонатного наполнителя, меньше (пример 6) и больше значений (пример 7), находящихся в пределах согласно заявляемому способу, приводит к одновременному ухудшению механических и печатных свойств по сравнению с композицией бумаги согласно заявляемому способу (пример 1). Из табл. 4 видно, что содержание в композиции карбонатного наполнителя, модифицированного катионным крахмалом со степенью замещения меньше (пример 8) и больше значений (пример 9), находящихся в пределах согласно заявляемому способу, также приводит к одновременному ухудшению механических и печатных свойств по сравнению с композицией бумаги согласно заявляемому способу (пример 1). Таким образом, за счет заявленной совокупности признаков обеспечено повышение печатных свойств бумаги и снижение ее разносторонности при одновременном улучшении механических свойств бумаги, изготовленной с его использованием. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 6