[1]Изобретение относится к целлюлозно-бумажной промышленности и может быть использовано для получения целлюлозного композитного материала, перерабатываемого в сердцевинный абсорбирующий слой распушенной целлюлозы при выпуске высоко впитывающего воду одноразового санитарно-гигиенического белья - подгузников, пеленок, простыней, прокладок и других изделий.
[2]Из уровня техники известен способ получения распушенной целлюлозы [RU 2755984 С1]. По патенту получение распушенной целлюлозы из полотна древесной целлюлозы, в качестве древесной целлюлозы используют лиственные или хвойные породы влажностью 15-20%, измельчают путем роспуска полотна аэродинамическим способом в течение 20-30 с на комбинацию мелких волокон от 50 до 64% и крупных волокон от 50 до 36% для лиственных пород или от 55 до 68% мелких волокон и от 45 до 32% крупных волокон для хвойных пород с последующей сушкой до влажности 5-7%.
[3]Положительными особенностями способа являются:
[4]- использование целлюлозы лиственных и хвойных пород древесины в производстве целлюлозного материала;
[5]- соотношение комбинации мелких и крупных волокон хвойной и лиственной целлюлозы.
[6]Недостатками известного способа являются:
[7]- сложность аэродинамического метода распушения для обеспечения требуемой комбинации мелких и крупных волокон;
[8]- недостаточная впитываемость воды при большом удельном расходе целлюлозы.
[9]Из уровня техники известна композиция для получения распушенной целлюлозы [RU 2641136 С2]. По патенту композиция состоит из целлюлозы, связующего агента или связующего агента и разрыхлителя. Композицию получают на бумагоделательной машине в форме высушенного полотна с последующей обработкой поверхностно-активным веществом или без нее, измельчают в молотковой мельнице. В качестве связующего агента используют сверхабсорбирующий полимер (САП). После распушения высушенного полотна (получение пуха) проводят испытания на фракционирование по размерам волокон, впитывающую способность, сжимаемость и жесткость, время поглощения жидкости. Композиция по патенту содержит три компонента - целлюлозу, связующий агент, разрыхлитель, а ее получение состоит из четырех стадий - получение полотна, добавка разрыхлителя (ПАВ), измельчение полотна на молотковой мельнице (получение пуха), добавка связующего агента (полимера).
[10]Положительными особенностями способа и состава являются:
[11]- возможность управления физико-механическими и гидрофильно-гидрофобными свойствами целлюлозного полотна переменными факторами технологии на бумагоделательной машине;
[12]- высокоразвитая капиллярно-пористая структура целлюлозного полотна за счет добавки разрыхлителя (ПАВ);
[13]- наличие связующего агента в виде суперабсорбирующего полимера.
[14]Недостатком известного способа и состава является необходимость обработки высушенного полотна поверхностно-активным веществом и определение фракционности по размерам волокна.
[15]Наиболее близким заявленному изобретению по технической сущности является способ изготовления абсорбирующей сердцевины [RU 2494713 C2]. В соответствии с изобретением по патенту, формирование абсорбирующей сердцевины выполняется из целлюлозы беленой хвойной сульфатного способа варки. Целлюлоза изготавливается производителем в виде рулонной целлюлозной полосы. Целлюлозная полоса подается из рулона в устройство для ее измельчения в волокнистую целлюлозу (распушенная целлюлоза), которая поступает в камеру для формования целлюлозной абсорбирующей сердцевины. Механизм формования может дополнительно включать в устройство для введения суперабсорбирующего полимера (САП) в камеру формования, чтобы таким образом сформировать смесь из волокнистой целлюлозы и суперабсорбирующего полимера (сердцевинный слой).
[16]Положительными особенностями способа являются:
[17]- использование рулонной целлюлозы, изготовленной с заданным качеством;
[18]- использование суперабсорбирующего полимера (САП);
[19]- формование абсорбирующей сердцевины смешением распушенной целлюлозы и САП.
[20]Недостатком известного способа является ограниченный выбор переменных факторов управления качеством рулонной целлюлозы по показателям «плотность», «емкость впитывания» и сердцевинного слоя по показателю «емкость впитывания».
[21]Раскрытие сущности изобретения. Технический результат заявленного изобретения заключается в повышении микропористости капиллярно-пористой системы рулонного целлюлозного композитного материала, обеспечивающей повышение «емкости впитывания» и «прочности материала при растяжении».
[22]Достижение технического результата обеспечивается за счет сочетания следующих факторов:
[23]- соотношения целлюлозы сульфатной беленой хвойной (ЦСБХ), целлюлозы сульфатной беленой лиственной (ЦСБЛ), химико-термомеханической беленой древесной массы (ХТМБДМ);
[24]- размола ЦСБХ в преимущественно фибриллирующем режиме;
[25]- сушки целлюлозного композита горячим воздухом;
[26]- и/или добавлением в абсорбирующую сердцевину САП.
[27]Результат достигается в пределах плотности 0,46-0,60 кг/м3, белизны 76-86 и влажности 10-12%.
[28]Одновременно достигается экономический результат - это снижение удельного расхода дорогостоящего целлюлозного волокна на 10-15%.
[29]Осуществление изобретения. Для достижения технического и экономического результата по заявленному изобретению предлагается способ получения и состав целлюлозного композитного материала, включающий роспуск целлюлозы сульфатной беленой хвойной, изготовление целлюлозного материала производителем, измельчение целлюлозы в распушенную целлюлозу, формирование абсорбирующей сердцевины, введение суперабсорбирующего полимера в сердцевинный слой.
[30]В качестве целлюлозных составляющих композита используется:
[31]- товарная листовая целлюлоза сульфатная беленая хвойная (ЦСБХ) [ГОСТ 9571-89];
[32]- товарная листовая целлюлоза сульфатная беленая лиственная (ЦСБЛ) [ГОСТ 28172-89];
[33]- товарная листовая химико-термомеханическая беленая древесная масса (ХТМБДМ) [ГОСТ 10014-73].
[34]Товарная листовая ЦСБХ распускается в гидроразбивателе до концентрации волокна 6-9 масс. %, размалывается до пределов 18-28°ШР преимущественно в фибриллирующем режиме, в зависимости от требуемой прочности готового целлюлозного композитного материала, в пределах 12-18 МПа, и аккумулируется в бассейне размолотой целлюлозной массы.
[35]Товарная листовая ЦСБЛ и товарная листовая ХТМБДМ распускаются в гидроразбивателе в соотношении 80-60 масс. % ЦСБЛ и 20-40 масс. % ХТМБДМ до концентрации волокна 6-9 масс. %, и без размола аккумулируется в бассейне неразмолотой целлюлозной массы.
[36]После чего размолотая целлюлозная масса - 50 масс. % и неразмолотая целлюлозная масса - 50 масс. % смешиваются в композиционном бассейне с получением целлюлозной массы для получения композита с соотношением целлюлозных компонентов, масс. %: ЦСБХ:(ЦСБЛ:ХТМБДМ)=50:(40-30):(10-20).
[37]Из композиционного бассейна масса направляется в машинный бассейн, в котором разбавляется до концентрации 2,5 масс. %, а из него, предварительно разбавленная оборотной водой до концентрации 1,0-1,5 масс. %, подается на целлюлозную машину для формования целлюлозного композитного материала.
[38]Формование композитного материала происходит путем последовательного обезвоживания слоя целлюлозной массы, вначале на сеточной части, затем в прессовой и сушильной части машины.
[39]Сушка до влажности 10-12 масс. % осуществляется горячим воздухом с температурой 120-150°С.
[40]Готовый композит наматывается в тамбур, который на перемотно-резательном станке режется на рулоны требуемого формата по ширине и диаметру.
[41]Лист рулона заправляется в шредер, диспергирующий композит в распушенную целлюлозу с одновременным образованием на формующей сетке абсорбирующей целлюлозной сердцевины.
[42]В абсорбирующую целлюлозную сердцевину вводится САП в количестве 3-5, масс. % от массы абсолютно-сухой целлюлозы. САП может не использоваться, однако он значительным образом улучшает водопоглощение предлагаемого целлюлозно-композитного материала. По одному из вариантов осуществления изобретения, в качестве САП может применяться гидрогель [Гидрогель (суперадсорбент) водопоглощающий. Технические условия. ТУ 20.16.53-001-53068914-2022. Дата введения 13.05.2022 г. ООО «НПП ГИДРОТЕХНОЛОГИЯ», 2022. - 3 с.].
[43]В изобретении предлагаются решения, обеспечивающие технический и экономический результат способа получения и состава целлюлозного композитного материала с достижением показателей качества, приведенных в таблице 1.
[44]| Таблица 1 - Показатели качества рулонного и распушенного целлюлозного композитного материала |
| № п/п | Наименование показателя | Значение показателя |
| 1 | Масса 1 м2, г | 600-800 |
| 2 | Толщина, мм | 1,0-1,5 |
| 3 | Плотность, кг/м3 | 0,45-0,60 |
| 4 | Прочность при растяжении, МПа | 12-18 |
| 5 | Белизна,% | 76-86 |
| 6 | Влажность,% | 10-12 |
| 7 | Полная емкость впитывания, г/г (г воды/г композита) | 2-4 |
| 8 | Полная емкость впитывания сердцевины без САП, г/г | 12-15 |
| 9 | Полная емкость впитывания сердцевины с САП, г/г | 15-20 |
[45]Объяснения к получению технического результата по заявленному изобретению сводятся к следующим положениям:
[46]а) микропористость капиллярно-пористой системы рулонного целлюлозного композитного материала является функцией состава образующей его «волокнистой матрицы»; происхождение, вид и свойства волокон всецело определяют характер капиллярно-пористой структуры и ее прочность; увеличение микропористости (прирост мезо- и микропор, с радиусами, соответственно 10-7 и 10-9 м) ведет к существенному повышению структурой впитываемости и удержанию воды и прочности при растяжении [Иванов С.Н. Технология бумаги. Изд.3-е. 2006, стр. 695];
[47]б) повышение микропористости достигается использованием композиции ЦСБХ, ЦСБЛ и ХТМБДМ в предложенных соотношениях; кроме того, микропористость и прочность для возможности повышения содержания в композите не размолотых ЦСБЛ и ХТМБДМ управляется степенью помола ЦСБХ, в пределах 18-28°ШР [Комплексная химическая переработка древесины: учебник для вузов/И.Н. Ковернинский, В.И. Комаров, С.И. Третьяков, и др. - Архангельск: Изд-во Архан: гос. техн. ун-та. 2006. - 374 с.];
[48]в) сохранение повышенной микропористости обеспечивается сушкой горячим воздухом в пределах 120-150°С до эффективной влажности 10-12%; сушка горячим воздухом удаляет воду без существенного развития явления «ороговения» волокна, в сочетании с конечной влажностью, сохраняет высокую гидрофильность волокна, а, следовательно, высокую впитываемость и удержание влаги, не снижая прочности на разрыв;
[49]г) гидрогель является САП, который добавляется для повышения впитываемости воды; в предлагаемом количестве существенно - до 5 г/г, увеличивает полную емкость впитывания воды целлюлозной сердцевины; при отсутствии требования впитываемости более 15 г/г САП может не использоваться.
[50]В таблице 2 приводятся величина достигаемых показателей качества целлюлозного композитного материала «прочность при растяжении» и «полная емкость впитывания» для следующих примеров:
[51]Пример 1. Способ по прототипу.
[52]Пример 2-5. Способ и состав по изобретению.
[54]Композиция, масс. %: ЦСБХ:ЦСБЛ:ХТМБДМ=50:40:10; степень помола ЦСБХ 18°ШР, сушка горячим воздухом 120°С.
[56]Композиция, масс. %: ЦСБХ:ЦСБЛ:ХТМБДМ=50:30:20; степень помола ЦСБХ 28°ШР, сушка горячим воздухом 150°С.
[58]Композиция, масс. %: ЦСБХ:ЦСБЛ:ХТМБДМ=50:40:10; степень помола ЦСБХ 24°ШР, сушка горячим воздухом 130°С. САП 3.
[60]Композиция, масс. %: ЦСБХ:ЦСБЛ:ХТМБДМ=50:30:20; степень помола ЦСБХ 28°ШР, сушка горячим воздухом 140°С, САП 5.
[61]| Таблица 2 - Примеры достигаемых величина показателей качества целлюлозного композитного материала «прочность при растяжении» и «полная емкость впитывания» |
Наименование
показателей | По
прототипу | По изобретению |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| Прочность при растяжении, МПа | 12 | 18 | 14 | 16 | 14 |
| Полная емкость впитывания композита, г/г | 2 | 4 | 4 | - | - |
| Полная емкость впитывания сердцевины без САП, г/г | 10 | 15 | 13 | - | - |
Полная емкость впитывания сердцевины
с САП, г/г | 14 | - | - | 15 | 20 |
