Способ изготовления бумаги

Способ изготовления бумаги

Реферат

 

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: f_ст = 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 - K^a)ln_б + K^aln_в], (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