Badanie możliwości odpopielania papierów higienicznych na drodze frakcjonowanego odkrylania wybranych mas makulaturowych

Badanie możliwości odpopielania papierów higienicznych na drodze frakcjonowanego odkrylania wybranych mas makulaturowych Testing de-ashing of tissue paper through fractionated de-crilling of selected recycled pulp grades HONORATA GRUSZKA, PAWEŁ WANDELT Wprowadzenie Na podstawie systematycznych i wyczerpujących badań stwierdzono możliwość skutecznego odpopielania wszystkich trzech badanych mas makulaturowych stosowanych do wyrobu papierów higienicznych: MOW, ONP i OCC, na drodze ich wstępnego mielenia i następczego frakcjonowanego, stopniowego odkrylania. Do szybkiego i dokładnego oznaczania stężenia frakcji drobnej w odciekach potwierdziła swoje zalety metoda nefelometryczna. Słowa kluczowe: masa makulaturowa, MOW, ONP, OCC, frakcja drobna, mielenie, odkrylanie, odpopielanie, nefelometr (mętnościomierz). On the basis of regular and comprehensive tests, it was found that it was possible to de-ash successfully all the tested recycled pulp grades (MOW, ONP, OCC) used in tissue paper making. It was achieved through pre-refining followed by fractionation and gradual de-crilling. The nephelometric method proved to be useful for quick and precise determination of fines concentration. Keywords: wastepaper, MOW, ONP, OCC, fines, refining, decrilling, deashing, nephelometer. Sektor materiałów higienicznych i sanitarnych jest jak dotąd jedynym w papiernictwie, w którym producenci makulaturowych bibułek higienicznych są często zmuszeni do usuwania frakcji drobnej (in. odkrylania) z masy makulaturowej, w ramach jej odbarwiania i ew. dodatkowego odmywania, w celu obniżenia zawartości mineralnych pigmentów, oznaczanych jako popiół. Najlepszym tego przykładem są dwie nowoczesne takie europejskie wytwórnie, we Włoszech i Austrii, które zwiedzaliśmy w 1996 r. (1). W zakładzie Cartiera Lucchese Decimo w Borgo a Mozzano koło Lukki, z niesortowanej amerykańskiej makulatury, składającej się głównie z kolorowych czasopism, wytwarzano nawet jednorazowe ręczniki i prześcieradła dla szpitali. W zakładzie SCA Hygiene Papiere w Ortmann w Austrii z makulatury również wytwarza się, obok papieru toaletowego, chusteczki kosmetyczne, ręczniki i serwetki, zupełnie niekojarzące się ze śmietnikowym wyglądem wyjściowej makulatury, co widać na zamieszczonych w reportażu zdjęciach. Ale ilość odpadowego osadu z flotacyjnego odbarwiania makulatury i odmywania z niej frakcji drobnej sięgała połowy masy wyjściowego surowca makulaturowego. Szlam ten, po sprasowaniu, wywożono w pierwszym przypadku do cementowni, a w drugim na wysypisko. Mgr inż. H. Gruszka, dr hab. P. Wandelt, prof. PŁ, Instytut Papiernictwa i Poligrafii Politechniki Łódzkiej, ul. Wólczańska 223, 90-924 Łódź PRZEGLĄD PAPIERNICZY 69 LUTY 2013 131

Udział frakcji drobnej i popiołu w makulaturze różnego geograficznego pochodzenia jest zróżnicowany (2), ale jednocześnie systematycznie rośnie wraz ze wzrostem stopnia recyklingu i wielkości wsadu w recepturze papierów poddawanych temu recyklingowi, który coraz częściej dochodzi do 100%! Dotyczy to zwłaszcza makulatury mocnej typu OCC (Old Corrugated Containers), stanowiącej podstawowy surowiec do produkcji papierów na tekturę falistą, ale równie chętnie stosowanej do wyrobu odznaczających się dużą wytrzymałością na mokro ręczników papierowych. W krajach o najwyższym stopniu recyklingu i 100- procentowym wsadzie makulaturowym do papierów na tekturę falistą, takich jak Korea Południowa (2) i Niemcy, udział frakcji drobnej w makulaturze OCC niekiedy dochodzi już do 50%! W niektórych krajach, jak USA, pudła z tektury falistej zawierają sporo papierów graficznych, wypełnionych i/lub powleczonych mineralnymi pigmentami, dlatego tamtejszą makulaturę OCC oznacza się skrótem AOCC. Dlatego w Płd. Korei sięgnięto do flotacyjnego odkrylania tamtejszej makulatury OCC, oznaczanej skrótem KOCC (3, 4), a w Niemczech też się teraz zainteresowano tą metodą (5) oraz odpopielaniem masy makulaturowej (6). Ponieważ już dawno stwierdziliśmy (7 11), że stosowane dziś powszechnie w Europie frakcjonowanie masy z makulatury OCC w wyrobie papierów na tekturę falistą (12) jest mało skuteczne, gdyż rozdzielone frakcje masy włóknistej różną się w istotnym stopniu jedynie zawartością frakcji drobnej, a nie długością włókien, zaproponowaliśmy o wiele prostsze odkrylanie i odpopielanie masy, i to po jej mieleniu, a nie przed, gdyż następcze mielenie zawsze szybko przywraca złą odwadnialność mas makulaturowych. Obaliliśmy również mit o wielokrotnym, niemal nieograniczonym, wracaniu do recyklingowego obiegu tych samych włókien (13), które w rzeczywistości utykają w wyrobach, trafiają do spalarni śmieci lub na wysypiska, albo stopniowo ulegają rozdrobnieniu na frakcję drobną, co wykazuje prosty rachunek, już dawno przytoczony (14) za Häggblomem z Jaakko Pöyry (15). Zaproponowaliśmy dlatego odmienną strategię technologiczną, pozwalającą na zastosowanie prostszych, niewymagających tak rozbudowanych jak obecnie instalacji, a zarazem skuteczniejsze odpopielenie oraz poprawienie zdolności papierotwórczych masy i jakości papieru, bez pogarszania odwadnialności masy papierniczej, przez odpowiednie gospodarowanie frakcją drobną, nazwane przez nas po angielsku fines management i bezpośrednie w ten sposób usunięcie przyczyn złej odwadnialności. Opatentowana zasada tej nowej strategii (16), której istotą jest oddzielanie, a następnie zawracanie odpowiedniej części frakcji drobnej do papieru, z ominięciem części mokrej maszyny papierniczej, w operacji powierzchniowego zaklejania skrobią, pozwala znacznie poprawić odwadnialność masy, a zarazem nie tracić oddzielonej frakcji drobnej, która powinna nawet poprawić niektóre wskaźniki jakości gotowego produktu. Ponadto, w celu efektywnej poprawy wskaźników wytrzymałościowych papieru, a także polepszenia efektywnego frakcjonowanego oddzielania nieaktywnej, mineralnej części frakcji drobnej (popiół), proponowaliśmy mielić masę przed jej odkrylaniem, a nie po frakcjonowaniu, jak dotychczas, co ułatwia pozbywanie się nadmiaru mineralnych pigmentów (popiół) i pozwala poprawić wytrzymałość i sztywność papieru, bez pogarszania jak dotychczas odwadnialności masy. Następcze odkrylanie, dopiero po mieleniu, a nie przed nim, okazało się w poprzedniej publikacji (17) ewidentnie korzystniejsze niż kolejność odwrotna tych dwóch operacji, gdyż mielenie zawsze pogarsza odwadnialność masy, a następcze odkrylanie pozwala ją poprawić, a nawet dokładnie wyregulować, bez istotnej straty uzyskanych dzięki mieleniu efektów poprawy wskaźników wytrzymałościowych papieru. W niniejszej publikacji przedstawiamy korzyści wynikające ze wstępnego podmielania i następczego odkrylania i odpopielania mas makulaturowych przerabianych masowo na papiery higieniczne i sanitarne. Cel i zakres badań Celem badań było sprawdzenie skuteczności naszej strategii działania w odpopielaniu mas makulaturowych, przerabianych masowo na papiery higieniczne i sanitarne, polegającej na wstępnym ich podmielaniu i następczym frakcjonowanym, stopniowym odkrylaniu. Masy badano wykorzystując elementy naszej nowej, opatentowanej metody wytwarzania papieru (16), które polegają na podmielaniu mas i następczym ich odkrylaniu. Podmielanie mas miało rozwinąć papierotwórcze właściwości włókien i tym samym poprawić wskaźniki wytrzymałościowe końcowego wytworu. Natomiast następcze usuwanie frakcji drobnej miało obniżyć smarność masy, czyli poprawić jej odwadnialność, ale przy okazji stwarzało możliwość usuwania mineralnych pigmentów. Zakres pracy objął zbadanie przebiegu stopniowego odkrylania badanych mas o różnym stopniu zmielenia, z jednoczesnym monitorowaniem selektywnego usuwania mineralnych pigmentów, oraz wpływu tego na smarność i właściwości wytrzymałościowe papieru. Metodyka badań W pracy użyliśmy trzech bardzo różnych odmian mas makulaturowych, stosowanych w produkcji papierów higienicznych, a mianowicie: niesortowaną makulaturę biurową (MOW Mixed Office Wastes), reprezentowaną przez niezadrukowany papier Polux, produkcji zakładu International Paper w Kwidzynie, o zawartości popiołu 16,5%, makulaturę gazetową (ONP Old News- Papers), w postaci gazety drukowanej na papierze gazetowym z IP-Kwidzyn, o zawartości popiołu 11,8%, 132 PRZEGLĄD PAPIERNICZY 69 LUTY 2013

makulaturę mocną (OCC Old Corrugated Containers), w postaci ścinków tektury falistej, którą pozyskaliśmy z łódzkiego zakładu firmy Stora Enso, o zawartości popiołu 6,94%. Masy te, po namoczeniu, mieliliśmy w laboratoryjnym młynku Jokro do różnych smarności. Poddawano je następnie stopniowemu, kontrolowanemu odkrylaniu na sicie 200 mesh na tzw. kubku Britta, który stanowi główną część stanowiska badawczego, opisanego we wcześniejszym artykule (18). Testom wytrzymałościowym poddawano standardowe laboratoryjne arkusiki papieru o gramaturze 75 g/m 2, ale formowane zgodnie z metodą INGEDE (19), w celu zachowania w nich frakcji drobnej. Analizę morfologiczną mas włóknistych wykonaliśmy na aparacie Morfi, działającym na zasadzie analizy obrazu. Stężenie frakcji drobnej w filtratach i odciekach oznaczaliśmy metodą nefelometryczną, stosując mętnościomierz typu PC Checkit Turbidity firmy Lovibond, z zestawem wzorców, ale przede wszystkim dokonaliśmy jego kalibracji na filtratach uzyskanych z odkrylania badanych mas makulaturowych, dokładnie scharakteryzowanych metodą grawimetryczną (rys. 1). Jak widać na rysunku zbiorczym (rys. 1), wykresy kalibracyjne badanych mas mają różny kąt nachylenia, co świadczy o różnej zdolności rozpraszania światła przez frakcję drobną różnych badanych mas. Bogata w wypełniacz strącany węglan wapnia frakcja drobna z makulatury MOW znacznie mocniej rozpraszała światło niż uboższa w mineralne pigmenty frakcja drobna makulatury OCC. Dlatego filtraty z odkrylania MOW trzeba było odpowiednio rozcieńczać, by ich mętność mieściła się w zakresie pomiarowym aparatu. W charakterystyce kalibracyjnej dla krylu z masy ONP wystąpiła wyraźna anomalia przy wyższych jego stężeniach przyrost mętności był nieproporcjonalnie mniejszy. Może to świadczyć o zawartości w tym krylu jakichś koloidalnych Rys. 1. Porównanie charakterystyk kalibracyjnych mętnościomierza dla frakcji drobnej z mas OCC, MOW i ONP cząstek o innej powierzchni właściwej i/lub innym współczynniku załamania światła. Omówienie wyników badań Wszystkie trzy badane odmiany mas makulaturowych mają inne podstawowe zastosowania i wynikające z tych zastosowań właściwości. Jednak ich wspólną cechą jest to, że wykazują wyższą zawartość popiołu niż masy pierwotne, a są wykorzystywane do produkcji także makulaturowych papierów higienicznych, jakościowo zatem odmiennych od papierów celulozowych, produkowanych z czystych mas celulozowych TCF, czyli bielonych całkowicie bez użycia związków chloru, według wymagań Państwowego Zakładu Higieny i podobnych instytucji zagranicznych. Aby makulatura mogła być wykorzystana do produkcji np. papierowych ręczników, niezbędne jest całkowite odpopielanie masy. Wiąże się to z nieuniknionym spadkiem wydajności nawet do 50%. Jest to jednak niezbędne, jeżeli z masy wtórnej, o dużej zawartości substancji mineralnych, chcemy otrzymać papier o jakości (chłonności, delikatności) zbliżonej do tych z czystej celulozy. Przeciętny klient używający na co dzień wspomnianych produktów jest w stanie w sklepie podczas zakupów wyroby te odróżnić jedynie po wyglądzie, dlatego musi mieć zaufanie co do bezpieczeństwa ich użycia, na straży którego stoją wspomniane władze sanitarne. Makulatura mocna jest oczywiście głównie przerabiana na papiery do wyrobu tektury falistej. Musi się ona odznaczać odpowiednio dobrymi właściwościami wytrzymałościowymi, jakie stawia przed nią przemysł opakowaniowy. Ale, jak na razie, mimo wspomnianego we wstępie pogarszania się jej jakości, europejscy producenci papierów opakowaniowych bardziej zdają się przejmować tzw. martwą skrobią (20), niż martwą frakcją drobną i w ogóle frakcją drobną w makulaturze mocnej, gdyż prawdopodobnie nie wiedzą co uciekającego do ścieków na prawdę tracą. Uważają oni, że makulatura ta w swoim składzie nie powinna zawierać zbyt dużej ilości substancji organicznych, które pochodzą głównie ze skrobi, stosowanej zarówno do powierzchniowego zaklejania papieru jak i jako składnik kleju w jego przetwarzaniu na tekturę falistą. Ale przecież obserwuje się niestety wzrost zawartości popiołu w tej odmianie makulatury. Wpływ tzw. martwej skrobi PRZEGLĄD PAPIERNICZY 69 LUTY 2013 133

uciążliwego jego spalania, można go wykorzystać do wypalania cementu lub po połączeniu z cementem przy produkcji materiałów budowlanych, np. tzw. płyt DE- VIRO, które charakteryzują się zadawalającą wytrzymałością i trudnopalnością (22). Dodatkowo usuwając składniki mineralne producent ma pewność, że produkt, który ma kontakt z człowiekiem, nie posiada żadnych podejrzanych, nieobojętnych dla zdrowia substancji. Wpływ odkrylania masy papierniczej na zawartość w niej popiołu Rys. 2. Możliwość usuwania mineralnych pigmentów z mas OCC, MOW i ONP drogą ich mielenia i frakcjonowanego odkrylania na jakość makulatury OCC został opisany przez M. Szwarca (21) oraz w naszym wcześniejszym artykule (20). Odmienny charakter reprezentuje makulatura biurowa, która składa się z silnie wypełnianych i/lub powlekanych papierów drukowych i biurowych. Jest ona wykorzystywana do ponownej produkcji papierów drukowych lub po odpowiednim odbarwieniu, jako długowłóknisty, wzmacniający składnik receptury papierów higienicznych i sanitarnych. Makulatura gazetowa, jako najsłabsza spośród w miarę jednorodnych masowych gatunków makulatury, a składająca się głównie z mas mechanicznych, z dużą zawartością frakcji drobnej, po odbarwieniu musi odznaczać się, ze względu na swoje główne zastosowanie do produkcji papieru gazetowego, zadowalającą zadrukowalnością, zapewniającą płynną pracę nowoczesnych, szybkobieżnych zwojowych maszyn drukarskich offsetowych. Przy zawracaniu makulatury gazetowej do ponownej produkcji papieru gazetowego, nie ma konieczności usuwania całej ilości frakcji drobnej i popiołu, gdyż generuje to koszty związane ze stratami surowca. Obniżenie właściwości wytrzymałościowych spowodowanych zrogowaciałym krylem i zawartością substancji mineralnych rekompensuje się dodatkiem środka zaklejającego. Natomiast wymagania stawiane właściwościom optycznym (białości) wytworu przeznaczonego na prasę codzienną, która ma krótki żywot, nie zmuszają do podnoszenia tego wskaźnika ponad potrzeby. Dlatego papier gazetowy charakteryzuje się niską białością i dobrym stopniem rozproszenia drobnych zanieczyszczeń, tzw. cętek. W przypadku wszystkich mas makulaturowych przeznaczonych na papiery higieniczne, które powinny cechować się chłonnością, pulchnością i delikatnością w dotyku, niezbędne jest jak najlepsze całkowite ich odpopielanie, czyli usunięcie, np. drogą odkrylania, zrogowaciałych cząstek frakcji drobnej i pigmentów, które nadają im charakterystyczną szorstkość i twardość oraz skłonność do pylenia. Przesłanką przemawiającą za usuwaniem substancji mineralnych powinno być to, że osad z odbarwiania makulatury wcale nie musi być bezwartościowy. Istnieje możliwość wykorzystania odpadowego osadu z odbarwiania makulatury. Prócz Możliwości odpopielania papieru przez frakcjonowane, stopniowe odkrylanie masy, wykazaliśmy już w poprzednim projekcie badawczym dla bogatej w mineralne wypełniacze makulatury biurowej (23), a także makulatury mocnej OCC (10, 11, 17, 24), w której też coraz częściej, zwłaszcza w makulaturze amerykańskiej, występują białe papiery graficzne z nadrukami, używane do kaszerowania tektury falistej na opakowania i tzw. standy, czyli stoiska prezentacyjnoreklamowe. Możliwości odpopielania papieru przez frakcjonowane, stopniowe odkrylanie masy z makulatury biurowej, mocnej i gazetowej pokazuje rysunek 2. W przypadku makulatury mocnej i gazetowej mielenie bardzo wspomagało i ułatwiało takie odpopielanie, natomiast w przypadku makulatury biurowej nie było ono konieczne, gdyż drobne cząstki wypełniacza strącanego węglanu wapnia dość łatwo przechodziły przez oczka sita, a jej mielenie może niepotrzebnie je rozdrobnić i rozproszyć w masie. Ale mimo to masę MOW udało się praktycznie całkowicie odpopielić. Jak widać na rysunku 2, dzięki odpowiedniemu wstępnemu podmieleniu masy z makulatury gazetowej udało się drogą jej odkrylania odpopielić ją praktycznie całkowicie. Najwyraźniej mielenie ułatwia oddzielenie cząstek mineralnych wypełniaczy od włókien. Natomiast mimo całko- 134 PRZEGLĄD PAPIERNICZY 69 LUTY 2013

witego odkrylenia niemielonej masy OCC pozostało w niej jeszcze 3% popiołu, a po podmieleniu mimo obaw rozdrobnienia i rozproszenia w masie mineralnych pigmentów podczas mielenie udało się obniżyć w niej zawartość popiołu do 1%, a masę MOW praktycznie całkowicie odpopielić. Efekty takiego frakcjonowanego odkrylania i odpopielania mogliśmy stwierdzić dzięki zastosowanemu przez nas stopniowemu odkrylaniu masy, zamiast dodawania w różnych ilościach tego samego oddzielonego wcześniej krylu do masy, jak w jedynej na ten temat publikacji zagranicznej (25). Wpływ frakcji drobnej na smarność Na zbiorczym wykresie na rysunku 3 widać, że frakcja drobna ma decydujący wpływ na smarność masy, choć w różnym zakresie wartości dla bardzo różniących się mas makulaturowych. Jak widać na tym rysunku, wpływ frakcji drobnej na smarność masy z makulatury mocnej i gazetowej jest znaczący, właściwie decydujący, gdyż samo tylko odkrylanie powoduje drastyczny spadek smarności, i to już w pierwszym jego cyklu, po usunięciu tylko pewnej części frakcji drobnej. Na rysunku 3 smarność masy makulaturowej z OCC spadła do niskiej (ok. 16 SR), prawie minimalnej wartości charakterystycznej dla niemielonej masy celulozowej, czyli znacznie poniżej poziomu smarności wyjściowej, niemielonej masy OCC (26 SR). Natomiast w przypadku makulatury gazetowej odkrylenie masy, niezależnie czy niemielonej, czy mielonej, spowodowało spadek smarności praktycznie do tego samego poziomu. Spowodowane jest to tym, że w przypadku tej makulatury już masa wyjściowa ma niską zdolność odwadniania. Dalsze jej podmielanie powoduje przyrost smarności przy stosunkowo niewielkim wzroście zawartości frakcji drobnej. Z rysunku 3 wynika również, że bogata w mineralne pigmenty frakcja drobna makulatury biurowej jest chudsza od bardziej Rys. 3. Wpływ zawartości frakcji drobnej w różnych masach makulaturowych niemielonych i zmielonych w różnym stopniu, a następnie stopniowo odkrylanych na ich smarność smarnej, bo napęczniałej frakcji drobnej makulatury mocnej, czyli mniej podwyższa smarność masy. Natomiast frakcja drobna makulatury gazetowej wykazuje właściwości pośrednie między właściwościami frakcji drobnej makulatury z OCC i MOW. Może to być spowodowane składem surowcowym makulatury gazetowej, która zawiera głównie masę mechaniczną (TMP lub czasem jeszcze ścier), ale w przypadku ścieru niezbędny jest dodatek wzmaciającej masy długowłóknistej, jak masa celulozowa z drewna iglastego, w celu wzmocnienia wilgotnej wstęgi na maszynie papierniczej. Na rysunku 4 porównano wpływ mielenia na smarność wszystkich trzech poddanych badaniom mas makulaturowych. Zdaje się on potwierdzać wcześniejsze obserwacje, że makulatura OCC wraz ze swą frakcją drobną zdolna jest do większego pęcznienia niż makulatura biurowa i gazetowa. Masa ta łatwo się miele, startując z wyższego poziomu wyjściowej smarności niż makulatura MOW. Najwyższą wyjściową smarność miała jednak makulatura gazetowa i dodatkowe jej podmielanie nie powodowało aż tak dużego wzrostu smarności i zawartości frakcji drobnej jak w przypadku dwóch pozostałych mas. Potencjał wytrzymałościowy badanych mas makulaturowych Zbiorczą charakterystykę wytrzymałościową papieru pokazuje rysunek 5, przedstawiający fundamentalną dla takich rozważań zależność dwóch konkurencyjnych względem siebie wskaźników wytrzymałościowych: wytrzymałości dynamicznej odporności na przedarcie od wytrzymałości statycznej odporności na rozciąganie, wyrażanej jako samozerwalność. Wykres taki wykazuje rzeczywisty potencjał wytrzymałościowy tkwiący w danej masie, który można zagospodarować stosownie do potrzeb, przez odpowiednie mielenie. Uzyskane dla badanych mas wyniki pokrywają szerokie pole wytrzymałości mechanicznej papieru. Poszczególne masy plasują się w różnych strefach tego pola. Najsłabszą masą zgodnie z oczekiwaniem okazała się makulatura gazetowa, ale jej podmielenie pozwoliło zwiększyć wytrzymałość na rozciąganie prawie dwukrotnie. Natomiast masy MOW i OCC wykazały podobny po- PRZEGLĄD PAPIERNICZY 69 LUTY 2013 135

i ONP zarówno na statyczne, jak i dynamiczne wskaźniki wytrzymałościowe papieru, znacząco wzrósł wytrzymałościowy potencjał masy, dając operatorom większą swobodę w kształtowaniu nie tylko odwadnialności masy, ale także jakości papieru. Wpływ mielenia i odpopielania na samozerwalność papieru Rys. 4. Porównanie wpływu zawartości frakcji drobnej na smarność badanych różnych mas makulaturowych, zróżnicowaną samym tylko ich mieleniem Aby sprawdzić, na ile obserwowana poprawa wytrzymałości papieru na rozciąganie uzyskana została w wyniku usunięcia mineralnych wypełniaczy, czyli odpopielenia, a na ile mielenia, na rysunku 6 wykreśliliśmy samozerwalność papieru w funkcji zawartości popiołu w papierze. Jak widać z tego rysunku, na samozerwalność papieru z makulatury MOW i OCC zdecydowanie większy pozytywny wpływ miało mielenie mas niż ich odpopielanie, windując ją na wyższy poziom, zwłaszcza że wraz z mineralnymi pigmentami podczas jej odkrylania w sposób nieunikniony usuwaliśmy także spęczniałą wtórną frakcję drobną, zwiększającą stopień związania włókien w papierze. Natomiast w przypadku makulatury gazetowej odkrylenie masy dało możliwość regenerowania jej ograniczonych właściwości papierotwórczych, zwłaszcza po jej wstępnym podmielaniu. Wpływ mielenia i odpopielania na opór przedarcia papieru Rys. 5. Zmiana potencjału wytrzymałościowego badanych mas makulaturowych podmielanych (B) i odkrylanych (B D) tencjał wytrzymałościowy, po odpowiedniej obróbce. Jak widać na rysunku 5, mielenie poprawia samozerwalność, kosztem spadku wskaźnika przedarcia, chociaż nie tak znacznego, jak w przypadku mas celulozowych. Usunięcie części krylu z masy makulaturowej mocnej poprawiło jej odporność na przedarcie, a pogorszyło nieznacznie samozerwalność. Natomiast w przypadku makulatury MOW i ONP usunięcie części frakcji drobnej z mineralnymi pigmentami, które stanowią martwą jej część, nie posiadającą zdolności wiążących, poprawiło oba wskaźniki wytrzymałościowe. W przypadku makulatury gazetowej możliwości samego mielenia w regenerowaniu jej właściwości papierotwórczych kończą się w połowie zakresu jej zmian, a dalsze możliwości poprawy stwarza częściowe odkrylanie. Dzięki korzystnemu wpływowi odkrylania bogatej w mineralne pigmenty masy MOW Jak widać na rysunku 7, odporność papieru na przedarcie wszystkich badanych odmian makulatury nieco się zmniejszyła pod wpływem mielenia, ale odkrylanie nieco ograniczyło ten negatywny, ale nieunikniony efekt mielenia. Dzięki dodatkowemu korzystnemu efektowi selektywnego usunięcia części mineralnego wypełniacza, którego makulatura biurowa zawiera najwięcej, łagodne podmielenie masy umiarkowanie tylko pogarszało odporność papieru na przedarcie, a jej częściowe odkrylenie przywracało wysoką wyjściową wartość tego wskaźnika. Najmniejsze korzyści w poprawie dynamicznego wskaźnika 136 PRZEGLĄD PAPIERNICZY 69 LUTY 2013

wytrzymałościowego po częściowym odpopielaniu masy wstępnie podmielonej widać w przypadku makulatury ONP. Związane jest to z dominującą zawartością w jej składzie masy mechanicznej. Największą wytrzymałością na przedarcie charakteryzował się papier wykonany z makulatury mocnej, a najmniejszą z gazetowej, co nie trudno było przewidzieć, a można to wyjaśnić nie tylko znacznie większą długością włókien masy OCC, ale także tym, że zawiera ona najmniej martwej frakcji drobnej, w tym mineralnych pigmentów. Wpływ właściwości morfologicznych mas na właściwości wytrzymałościowe papieru Aby sprawdzić różnice w długości włókien badanych mas i ich wpływ na właściwości wytrzymałościowe papieru, poddaliśmy je badaniu metodą komputerowej analizy obrazu podstawowych wskaźników morfologicznych, zestawionych w tabeli 1 ze wskaźnikami wytrzymałościowymi. Największe różnice widać w długości i szerokości włókien oraz w ich kształcie (stopień skędzierzawienia i udział włókien załamanych). W przeciwieństwie do makulatury mocnej, zawierającej głównie dłuższe włókna (cewki) sosnowe, w makulaturze biurowej największy udział mają znacznie krótsze włókna drewna drzew liściastych. Z wyników badań widać dużą różnicę w zawartości włókien załamanych w makulaturze biurowej i gazetowej względem makulatury OCC. W przypadku makulatury biurowej świadczy to o dużej podatności włókien brzozowych na trwałe deformacje podczas mielenia. Natomiast w przypadku makulatury gazetowej świadczy to o dużej zawartości masy mechanicznej, charakteryzującej się silnie zdeformowanymi, postrzępionymi fragmentami włókien. Z przedstawionego zestawienia widać, że właściwości morfologiczne mas włóknistych, w tym długość włókien, mają duży wpływ na właściwości wytrzymałościowe Rys. 6. Wpływ zawartości popiołu w masach makulaturowych niemielonych i zmielonych (B) w różnym stopniu, a następnie stopniowo odkrylanych (B D) na samozerwalność papieru Rys. 7. Wpływ zawartości popiołu w masach makulaturowych niemielonych i zmielonych (B) w różnym stopniu, a następnie stopniowo odkrylanych (B D) na opór przedarcia papieru wytworu, a w szczególności na opór przedarcia. Podsumowanie Podsumowując wyniki badań można jednoznacznie stwierdzić, że wstępne podmielanie wszystkich trzech badanych mas makulaturowych znacznie ułatwia usuwanie mineralnych pigmentów, obniżając zawartość popiołu w papierze przy danym poziomie zawartości frakcji drobnej, a także poziom tej zawartości przy pełnym odkryleniu. Natomiast podmielanie masy MOW nie jest konieczne w celu łatwiejszego separowania nadmiaru wypełniaczy, a wręcz może utrudnić jej oczyszczanie. Selektywne usunięcie części mineralnych wypełniaczy z masy wyjściowej i podmielo- PRZEGLĄD PAPIERNICZY 69 LUTY 2013 137

Tabela 1. Właściwości morfologiczne i wytrzymałościowe badanych mas makulaturowych w stanie niemielonym Rodzaj masy makulaturowej i zawartość w niej frakcji drobnej OCC 21% MOW 27% ONP 36% Zdjęcie włókien Długość włókien, śr. ważona, mm 1,288 1,135 0,94 Szerokość włókien, μm 29,3 25,7 25,4 Udział włókien załamanych (kink), % 20,1 30,0 25,7 Wskaźnik skędzierzawienia (curl), % 8,5 9,7 9,7 Coarsness, mg/m 0,242 0,191 0,204 Średni kąt załamania włókien, 133 130 129 Zawartość frakcji drobnej względem powierzchni, % 16,9 19,3 26,9 Samozerwalność, km 4,2 2,8 2,7 Opór przedarcia, mn 950 860 290 nej poprawia dodatkowo wskaźniki wytrzymałościowe otrzymanego z niej papieru. Zastosowanie przez nas mętnościomierza znacznie usprawniło oznaczanie zawartości frakcji drobnej w przesączu i można go polecić do zastosowań przemysłowych, zwłaszcza że dałoby się dość łatwo tę prostą zasadę zastosować do pomiarów on-line. LITERATURA 1. Wandelt P.: Wyprawa po złote runo z Beloitem. Jak z niesortowanej makulatury wytwarzać bibułki higieniczne, Przegl. Papiern. 53, 1, 17 (1997). 2. Wandelt P.: Tajniki wyrobu makulaturowych papierów na tekturę falistą, Przegl. Papiern. 57, 3, 169 (2001). 3. Ryu J.Y., Shin J.H., Song B.-K., Ow S.-K.: Optimization of Froth-Flotation for Fiber Fractionation, Atip 55, 1, 26 (2001). 4. Müller-Mederer C., Putz H.-J., Göttsching L.: Making high quality board from low quality waste paper, Atip 54, 1, 54 (2000). 5. Brenner T., Strunz A.-M.: Flotation of Recycled Fibre Stocks for Corrugating Stock Production Technological and Economic Aspects, ipw/papier, nr 9, 51 (2008). 6. Hirsch G., Wagner J., Schabel S., Feist M.: Fine Particles Separation in Recovered Paper Suspensions, ipw/papier, nr 9, 48 (2008). 7. Wandelt P.: Ocena skuteczności frakcjonowania masy makulaturowej z tektury falistej, Przegl. Papiern. 59, 3, 183 (2001). 8. Mróz W., Perlińska-Sipa K., Wandelt P.: Możliwości poprawy jakości makulaturowych papierów do wyrobu tektury falistej na drodze frakcjonowania włókien, Materiały V Sympozjum SPP pt. Tektura falista 2003. Innowacje, nr V, Wrocław 10-11.04.2003. 9. Wandelt P., Tarnawski W.Z., Perlińska-Sipa K.: Upgrading Corrugated Base Papers Made of Recycled Fibres, Proceedings of PulPaper 2004 Conference, Helsinki 1-3 czerwiec 2004, Efficiency, s. 169. 10. Wandelt P., Tarnawski W.Z., Perlińska-Sipa K.: Possibilities for upgrading OCC pulp by its refining and fines management, Paperi Puu 87, 4, 265 (2005). 11. Wandelt P., Perlińska-Sipa K.: Możliwości poprawy jakości papieru na tekturę falistą z makulatury mocnej bez pogarszania odwadnialności masy. Weryfikacja koncepcji gospodarowania frakcją drobną w warunkach dynamicznego odwadniania, Przegl. Papiern. 64, 11, 685 (2008). 12. Wandelt P.: Jakość makulatury a technologia jej przerobu na papiery na tekturę falistą, Przegl. Papiern. 59, 3, 127 (2003). 13. Wandelt P.: Ile razy można? czyli jak na prawdę toczy się koło recyklingu i co z tego wynika, Przegl. Papiern. 57, 2, 71 (2001). 14. Wandelt P.: Realna krotność recyklingu papieru, Przegl. Papiern. 53, 9, 507 (1997). 15. Häggblom R.: Virgin and recycled fiber partners in sustainability, Paper Technol. 35, 1, 33 (1994). 16. Wandelt P., Prelińska-Sipa K.: Sposób wytwarzania papieru, Pat. RP nr 197622, 11.04.2008. 17. Wandelt P., Perlińska-Sipa K.: Możliwości poprawy jakości papieru na tekturę falistą z makulatury mocnej bez pogarszania odwadnialności masy. Wpływ kolejności odkrylania i mielenia masy, Przegl. Papiern. 64, 8, 449 (2008). 18. Wandelt P., Perlińska-Sipa K.: Badanie odwadnialności makulaturowych mas papierniczych i wpływu na nią frakcji drobnej, Przegl. Papiern. 63, 9, 547 (2007). 19. INGEDE: Method 10. Quantitative Evaluation of the Ink Elimination (IE) during Deinking, 12.1999. 20. Gruszka H., Wandelt P.: Wytwarzanie papieru z przemieszczeniem frakcji drobnej. Wpływ podmielania i następczego odkrylania wysokowydajnej masy celulozowej siarczanowej sosnowej na jej odwadnialność i jakość papierów opakowaniowych, Przegl. Papiern. 68, 9, 565 (2012). 21. Szwarc M.: Kraftliner nadchodzi renesans?, Materiały VI Seminarium Od włókna do papieru Mondi, Świecie 18 20.05.2011. 22. Z.R.: Płyty budowlane DEVIRO z osadów po odbarwianiu makulatury, Przegl. Papiern. 55, 2, 61 (1999). 23. Wandelt P., Perlińska-Sipa K.: Możliwości poprawy jakości papieru z makulatury biurowej bez pogarszania odwadnialności masy, Przegl. Papiern. 64, 12, 729 (2008). 24. Wandelt P., Perlińska-Sipa K.: Możliwości poprawy jakości papieru na tekturę falistą z makulatury mocnej bez pogarszania odwadnialności masy. Weryfikacja koncepcji gospodarowania frakcją drobną w warunkach dynamicznego odwadniania, Przegl. Papiern. 64, 11, 685 (2008). 25. Morgan D.G.: Linerboard fines effects and composition, Appita J. 52, 6, 441 (1999); Progr. Paper Recycl. 9, 2, 70 (1999). Niniejszy artykuł opracowano na podstawie wyników otrzymanych w ramach projektów badawczych nr 3 T08E 083 27 i N N508 379935, finansowanych przez Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego. Praca recenzowana 138 PRZEGLĄD PAPIERNICZY 69 LUTY 2013