Канифоль становится жидкостью: новый подход к нейтральной проклейке бумаги

Целлюлозно-бумажная промышленность долгое время балансировала между эффективностью и экологичностью. Традиционные канифольные клеи, надежно защищающие бумагу от влаги, требовали кислой среды и квасцов. Это порождало коррозию и ограничивало использование карбоната кальция. Однако недавно была представлена разработка, которая, судя по всему, способна изменить сложившийся порядок. Речь идет о жидкой канифоли, функционирующей в нейтральной среде без алюминиевых солей.

Подробное описание технологии содержится в статье, опубликованной нами в рубрике перспективных технологий. Авторы предлагают продукт под названием «АКВАСАЙЗ К», который представляет собой результат глубокой химической модификации природной смолы. И это не просто усовершенствование, а попытка переосмыслить сам принцип проклейки.

От твердой смолы к вязкой жидкости

Исходная сосновая канифоль — твердое вещество с температурой размягчения около 100°C. Чтобы превратить ее в текучий продукт, пригодный для прямого дозирования, разработчики применили двухстадийный синтез. Сначала проводят диспропорционирование, а затем прививают олигомеры пропилена. Эти короткие углеводородные цепочки играют роль внутренних пластификаторов. Они нарушают регулярную структуру смоляных кислот, и температура застывания полученного сополимера опускается до +5°C. Теперь продукт не нужно расплавлять перед использованием.

Следующий шаг — введение реакционноспособных ангидридных групп. Для этого используют смесь малеинового и фталевого ангидридов. Реакция идет по механизму эне-синтеза, в результате чего ангидридный цикл ковалентно пришивается к углеводородному радикалу. Именно эти группы обеспечивают прочную связь с гидроксилами целлюлозы. В отличие от традиционных карбоксильных групп, требующих кислой среды и квасцов для фиксации, ангидриды работают в нейтральных условиях. Это ключевое отличие нового клея.

Почему это важно для производства

Переход на нейтральную проклейку открывает целый ряд возможностей. Во-первых, снижается коррозионная нагрузка на оборудование, что продлевает его срок службы. Во-вторых, появляется возможность использовать карбонат кальция в качестве наполнителя. Этот дешевый и белый минерал повышает белизну и непрозрачность бумаги, но в кислой среде просто разлагается. В-третьих, упрощается обращение с промывными водами.

Сам продукт «АКВАСАЙЗ К» представляет собой вязкую жидкость янтарного цвета. Его вязкость при комнатной температуре составляет 5000–10000 мПа·с, что позволяет перекачивать его обычными насосами. Однако, как и любой реакционный проклеивающий агент, перед подачей в массу его необходимо эмульгировать. И здесь разработчики предложили два варианта, каждый из которых имеет свои особенности.

Первый способ предполагает использование горячего раствора катионного крахмала, который и так есть на большинстве предприятий. Крахмал выступает одновременно в роли эмульгатора и фиксатора. Второй вариант — холодное эмульгирование с помощью специального катионного полимера. Этот полимер, названный «АКВАФИКС», стабилизирует эмульсию и обеспечивает ее активность до 24 часов. Для сравнения, эмульсии на основе традиционных алкенилянтарных ангидридов гидролизуются за несколько минут.

Секрет такой стабильности — в стерической защите. Привитые олигомеры пропилена создают вокруг ангидридной группы объемную «шубу», которая замедляет атаку воды. Это технологическое преимущество сложно переоценить, так как оно дает производственникам гибкость в планировании.

Результаты испытаний и перспективы

В ходе сравнительных испытаний на бумаге плотностью 80 г/м² с наполнителем из карбоната кальция новый клей показал впечатляющие результаты. Расход «АКВАСАЙЗ К» составил всего 0,84% по сухому веществу, в то время как традиционной канифоли с квасцами требовалось 1,2%. При этом степень проклейки по методу Кобба осталась на том же уровне (20–24 мм против 22–25 мм). Таким образом, снижение расхода достигает 30%, а по некоторым данным может доходить и до 45%.

Важно и то, что вся сырьевая база для производства локализована в России. Канифоль, олигомеры пропилена, малеиновый и фталевый ангидриды выпускаются отечественной промышленностью. Это делает новый продукт не только технологически продвинутым, но и полностью соответствующим политике импортозамещения.

Технология синтеза уже отработана в лаборатории и готова к масштабированию. Безусловно, впереди еще промышленные испытания. Однако сама концепция — перевод природного полимера в жидкую реакционноспособную форму для работы в нейтральной среде — выглядит крайне перспективной. Возможно, именно такие разработки определят будущее целлюлозно-бумажной отрасли, уходя от «кислого наследия» к более чистым и эффективным технологиям. Ознакомиться с полным текстом научной статьи и деталями синтеза можно на странице публикации.