Możliwości poprawy jakości papieru z makulatury biurowej bez pogarszania odwadnialności masy

Stwierdzony doświadczalnie wielce korzystny wpływ odpowiedniej kombinacji mielenia i częściowego odkrylania masy z makulatury biurowej (MOW) na właściwości wytrzymałościowe papieru, wyrażający się trzykrotnym wzrostem samozerwalności i czterokrotnym przepuklenia, przedstawionych w funkcji wskaźników statycznej i dynamicznej odwadnialności masy, w pełni potwierdził zalety uzdatniania tej masy według naszej opatentowanej metody wytwarzania papieru z przemieszczeniem części frakcji drobnej, polegającej na: 1) mieleniu masy, w celu nadania papierowi wymaganej jakości, 2) oddzieleniu od niej części frakcji drobnej, w celu poprawienia odwadnialności, a następnie 3) jej oczyszczeniu, zagęszczeniu i naniesieniu na powierzchnię papieru wraz z kleikiem skrobiowym w operacji powierzchniowego zaklejania lub pigmentowania, czyli z ominięciem części mokrej maszyny papierniczej. Zapewnia to wysoką produktywność maszyny, a jednocześnie znacznie lepszą jakość papieru. Słowa kluczowe: makulatura biurowa, papier, mielenie, frakcja drobna, odkrylanie, gospodarowanie frakcją drobną, odwadnialność Beneficial effects of proper combination of refining and partial decrilling of MOW pulp on strength properties of paper, namely approx. threefold increase in breaking length and approx. fourfold increase in burst, drawn against its indices of static and dynamic drainability fully confirmed advantages of its upgrading according to our new patented method of paper production with fines transfer which was as follows: The whole pulp is refined for improving paper properties and next decrilled to proper degree for reducing its drainage resistance. The removed fines are next cleaned and thickened and then introduced back to the paper as a blend with starch size used for the paper surface sizing or pigmenting. Thus they bypass the wetend of the paper machine ensuring its high productivity and at the same time improving quality of the paper. Keywords: MOW, paper, refining, fines, decrilling, fines management, drainability Wprowadzenie Mielenie mas celulozowych jest podstawowym procesem ich przygotowania do wyrobu papieru, bowiem rozwija ono zdolności papierotwórcze włókien i decydująco wpływa na końcowe właściwości papieru. Dawni papiernicy zwykli dlatego mówić, że papier robi się w holendrze, co choć nie całkiem oczywiście ścisłe paradoksalnie było zgodne z prawdą, gdyż od tego, jak się zmieliło masę papierniczą w holendrze, zależało jaki uzyskano papier w maszynie papierniczej, w której nie dawało się już naprawić błędów popełnionych w procesie mielenia, a z masy zupełnie niemielonej można uzyskać co najwyżej słaby, pulchny, bibułowaty wyrób papieropodobny o kiepskim przeźroczu. O ile nikomu nie przyszłoby do głowy pominąć mielenia masy celulozowej, poza nielicznymi wyjątkami, to mielenie mas wtórnych, czyli makulaturowych, uważało się jeszcze za mojej pamięci za zbędne. I tak nas zresztą na studiach uczono, podając argument, że masy te były już przecież mielone w poprzednim cyklu produkcyjnym. Podobna stara maksyma (Once refined, fiberes should not be refined anymore) (1, 2), oparta na przekonaniu, że mielenie mas makulaturowych tylko niepotrzebnie podnosi ich smarność i skraca włókna, pokutowała także na Zachodzie, gdzie przerób makulatury był o wiele bardziej rozwinięty niż u nas. Tymczasem w niektórych rozwijających się krajach, gdzie wiele wysokogatunkowych papierów produkuje się w 100% z takich wysokogatunkowych surowców wtórnych, jak wydruki komputerowe i inne wyselekcjonowane, najlepsze gatunki białej makulatury, ich mielenie jest powszechną praktyką, żeby poprawić zdolności papierotwórcze włókien wtórnych pogorszone w wyniku rogowacenia podczas suszenia. Mielenie mas makulaturowych badał już w połowie lat 70. J.-E. Levlin w Fińskim In- Dr hab. P. Wandelt, prof. PŁ, mgr inż. K. Perlińska-Sipa, Instytut Papiernictwa i Poligrafii Politechniki Łódzkiej, Wólczańska 223, 90-924 Łódź Możliwości poprawy jakości papieru z makulatury biurowej bez pogarszania odwadnialności masy Possibilities of upgrading paper made of MOW pulp without deterioration of its drainability PAWEŁ WANDELT, KATARZYNA PERLIŃSKA-SIPA stytucie Celulozowo-Papierniczym (KCL), gdzie akurat przebywałem na stażu podoktorskim (3), lecz ograniczył się on tylko do niskogatunkowej makulatury mieszanej, stwierdzając, że dzięki odpowiedniemu niskostężeniowemu mieleniu właściwości masy i papieru można poprawić, a podatność takiej masy na mielenie jest tym większa, im więcej ona zawiera mas celulozowych, a mniej mas mechanicznych. Wrócił on do tej problematyki badań po 10 latach, porównując wyniki mielenia różnych mas pierwotnych i wtórnych (4). Potrzebę mielenia frakcji długowłóknistej z frakcjonowania masy z makulatury mocnej dopiero w 1983 r. zgłosił w literaturze fachowej Musselmann z firmy Voith (5). I też przyjęło się ono szeroko w praktyce przemysłowej, ale właśnie wyłącznie w przerobie makulatury mocnej na papiery do wyrobu tektury falistej, i to tylko w odniesieniu do owej frakcji długowłóknistej, aby nie pogarszać i tak nie najlepszej odwadnialności tych bogatych (do 50%) we frakcję drobną mas, ale przede wszystkim ograniczyć zużycie energii elektrycznej na mielenie. Możliwość i celowość mielenia różnych mas makulaturowych zaczęła później propagować firma Sunds Defibrator (1, 2, 6, 7), obecnie Metso Paper (8), głównie w artykułach swego wiceprezesa, J.J. Lumiainena (1, 2, 6, 7), z oddziału technologii przygotowania masy (Stock Preparation Refining and Deflaking Technology) Sunds Defibrator Jylhä Oy w Valkeakoski, w Finlandii, w związku z wypuszczeniem na rynek nowego stożkowego młyna Conflo PRZEGLĄD PAPIERNICZY 64 GRUDZIEŃ 2008 729

(9-12), o kącie rozwarcia 40, oraz opracowaniem nowej teorii mielenia (13-15), uwzględniającej nie tylko jednostkowe obciążenie krawędzi noży (ang. specific edge load), uwzględniającej tylko długość tych krawędzi, a ignorującej szerokość noży, oraz jednostkowe zużycie energii (ang. specific refining energy), ale również szerokość noży uwzględnioną w jednostkowym obciążeniu ich powierzchni (ang. specific surface load). Szczegółowo i wszechstronnie zagadnienia takich nowych elementów teorii mielenia przedstawili T. i A. Tyralscy (16-19). Według producentów niskostężeniowego młyna Conflo (9-16), pozwala on mielić na tyle łagodnie, że rozwija zdolności włókien do wiązania się ze sobą i je rozprostowuje, bez nadmiernego skracania ani wydzielania frakcji drobnej, prowadzącego do pogorszenia odwadnialności masy. Dlatego twierdzą oni, że można te młyny stosować do mielenia różnych mas makulaturowych, w celu poprawienia właściwości produkowanych z nich papierów, co pozwala na ich stosowanie w recepturze lepszych gatunków papierów (ang. upcycling), a nie tylko gatunków gorszych (ang. downcycling), albo wręcz w charakterze taniego wypełniacza, jak to z konieczności dawniej często robiono. Trzeba bowiem przypomnieć, że papiery makulaturowe stanowiły ostatnią, najgorszą klasę w dawnej dziesięciostopniowej klasyfikacji papierów. Możliwości odpowiedniego mielenia mas makulaturowych pozwoliły w Nowej Zelandii zrewidować dotychczasową praktykę mielenia masy z makulatury mocnej, zwłaszcza ze stosowanym zwykle dodatkiem gorszych gatunków niesortowanej makulatury, ograniczonego tylko do jej frakcji długowłóknistej, gdyż okazało się, że lepsze wyniki poprawy wskaźnika sztywności (SCT) papieru opakowaniowego, przy umiarkowanym tylko wzroście smarności masy, uzyskano w wyniku mielenia całej, niefrakcjonowanej masy (20, 21). Nie wspomniano jednak o jednostkowym zużyciu energii na mielenie, a jego ograniczenie tylko do odrzutu z sortowania, czyli frakcji długowłóknistej, przynosi ewidentne oszczędności (5). Niezależnie jednak od rodzaju używanych młynów, mielenie zawsze wytwarza frakcję drobną, której masy makulaturowe zawierają i tak zbyt dużo, pogarszając i tak kiepską odwadnialność takiej masy papierniczej. A ponieważ my też od dawna uważamy mielenie mas makulaturowych za niezbędne do uzyskania wymaganych właściwości produkowanych z nich papierów, zaproponowaliśmy nową technologię ich wyrobu z zastosowaniem oddzielania części frakcji drobnej (in. odkrylania) i jej ponownego wprowadzania do papieru poza częścią mokrą maszyny papierniczej (22-27). Nasza opatentowana (28) metoda wytwarzania papieru z takim przemieszczeniem frakcji drobnej, czyli z odpowiednim gospodarowaniem frakcją drobną (fines management), pozwala uzyskać nieosiągalne dotąd, gdyż trudne do pogodzenia ze sobą, efekty poprawy jakości papieru, ale bez pogorszenia odwadnialności masy, rzutującej na wydajność roboczą nowoczesnych, szybkobieżnych maszyn papierniczych. W laboratoryjnych badaniach opisanych w niniejszej publikacji sprawdziliśmy słuszność tej naszej koncepcji dla niesortowanej makulatury biurowej (MOW), o której mieleniu nie było dotąd danych literaturowych. Lumiainen wprawdzie opisał udane próby fabryczne z mieleniem różnych gatunków makulatury (1), w tym także makulatur innych od makulatury mocnej OCC i niesortowanej makulatury bytowej, ale dotyczyło to towarowej, odbarwionej i suszonej w płatkach, makulatury gazetowej (75% gazet i 25% kolorowych czasopism) (2), w związku z coraz częstszym i szerszym jej stosowaniem w miejsce masy mechanicznej, a zwłaszcza ścieru, w produkcji papierów drzewnych, a nawet tendencją do częściowego nią zastępowania masy celulozowej. W takim przypadku mielenie rozczynionej, suszonej makulatury odbarwionej DIP (ang. Deinked Pulp) miało na celu tak jak w przerobie każdej masy suszonej przede wszystkim dokończenie rozwłókniania płatków i pęczków włókien, a także drzazg, które bardzo często występują w masach makulaturowych, a potem inicjują zrywy wstęgi papieru na maszynie papierniczej i w zwojowych maszynach drukarskich. Przy okazji niskostężeniowe mielenie prowadzi do rozprostowania włókien skędzierzawionych (ang. curly) i załamanych (ang. kinky) podczas wysokostężeniowego dyspergowania na gorąco w linii technologicznej odbarwiania makulatury. Stwierdzono bowiem w warunkach przemysłowych, że mielenie takiej odbarwionej masy w młynach Conflo poprawiło wskaźnik wytrzymałości papieru na rozciąganie o 5 Nm/g, bez nadmiernego skracania włókien (2). Najbardziej zbliżona składem do makulatury MOW, spośród gatunków makulatury badanych w Finlandii, o których mieleniu pisze Lumiainen (1), jest biała makulatura klasy white ledger, dawniej obejmująca białe bezdrzewne papiery do pisania, a przede wszystkim na księgi handlowe, natomiast obecnie coraz częściej sortowane, zadrukowane i niezadrukowane, współczesne papiery biurowe, uwolnione od papierów powlekanych i drzewnych, jak również spinaczy biurowych, taśm samoprzylepnych i innych ciał obcych. Pozwoliło to nam na końcu artykułu porównać uzyskane przez nas wyniki z odpowiednimi wynikami fińskimi. Cel badań Zalety naszej metody wyrobu papieru z przemieszczeniem frakcji drobnej, potwierdzone wcześniej w przerobie makulatury mocnej na papiery na tekturę falistą (22-27), należało sprawdzić także dla innych sortymentów mas papierniczych i papieru. Wydawało nam się bowiem, że jest to uniwersalna metoda i można ją zastosować także do innych mas makulaturowych i innych papierów. Sięgnęliśmy dlatego do zupełnie innej, choć podobnie wysokojakościowej makulatury, jaką jest niesortowana makulatura biurowa MOW (ang. Mixed Office Waste), która składa się głównie z papierów niedrzewnych i po odbarwieniu bywa dodawana do receptury papierów drzewnych, w tym nawet papieru gazetowego, jako masa wzmacniająca (ang. reinforcement pulp), albo papierów higienicznych typu tissue. Należało przy tym zbadać podatność masy MOW na odwadnianie zarówno w warunkach statycznych, jak i dynamicznych, zbliżonych do warunków odwadniania na szybkobieżnych maszynach papierniczych. Odbarwianie makulatury zawsze w większym lub mniejszym stopniu odkryla ją, usuwając część nie tylko mineralnych wypełniaczy, ale także wtórnej frakcji drobnej poprawiającej wiązanie się włókien ze sobą. Jej mielenie miało zatem także zregenerować i rozwinąć papierotwórcze właściwości włókien i tym samym poprawić wskaźniki wytrzymałościowe papieru. Metodyka badań Jako uproszczony model niesortowanej makulatury biurowej MOW zastosowaliśmy reprezentatywny w tej mierze niezadrukowany papier biurowy Polux, produkcji zakładu International 730 PRZEGLĄD PAPIERNICZY 64 GRUDZIEŃ 2008

Paper w Kwidzynie, o zawartości popiołu 16,5%. Nie poddawaliśmy go zatem odbarwianiu, dzięki czemu masa zachowała całą zawartość wypełniacza strącanego węglanu wapnia PCC (ang. Precipitated Calcium Carbonate). Papier ten, po namoczeniu, mieliliśmy w laboratoryjnym młynku Jokro do różnych smarności. Masę tę poddawano stopniowemu, kontrolowanemu odkrylaniu i badaniu wskaźników odwadnialności, a następnie formowaniu laboratoryjnych arkusików papieru o gramaturze 80 g/m 2. Do odkrylania masy, a przede wszystkim do badania statycznego i dynamicznego jej odwadniania używaliśmy specjalnie w tym celu skonstruowanego, na bazie tzw. słoja Britta (29), o nazwie handlowej Britt Dynamic Drainage Jar (BDDJ), stanowiska badawczego, opisanego szczegółowo, wraz z metodyką pomiarów i interpretacji ich wyników, we wcześniejszym, specjalnie temu poświęconym artykule (25). Dzięki podłączeniu komputera, można na nim w czasie rzeczywistym monitorować krzywe odwadniania, także przy silnych turbulencjach odwadnianej zawiesiny. Do szybkiego oznaczania stężenia frakcji drobnej w odbieranych przesączach zastosowaliśmy skalibrowaną, jak w odnośnym artykule (25), metodę nefelometryczną, z zastosowaniem mętnościomierza typu PC Checkit Turbidity firmy Lovibond. Do powierzchniowego zaklejania papieru w warunkach laboratoryjnych używaliśmy prętów dozujących tzw. kształtowników powlekających typu K, dobierając odpowiedni pręt do naniesienia zakładanej powłoki o gramaturze 3 g/m 2 na każdą stronę papieru. Oddzielony kryl nanoszono na papier w mieszance ze skrobią, w stosunku 2:1 (kryl : skrobia). Do powierzchniowego zaklejania stosowaliśmy kleikowaną, modyfikowaną skrobię ziemniaczaną anionową Perfectamyl holenderskiej firmy AVEBE, o lepkości w zakresie 80 115 mpas. Omówienie wyników badań Charakterystyka i papiernicze zastosowanie makulatury biurowej MOW są zupełnie inne niż makulatury mocnej OCC, którą do tej pory badaliśmy (22-27). Bywa ona zwykle dodawana do makulatury gazetowej, jako dodatek wzmacniający i uszlachetniający, przed jej odbarwieniem, polegającym na usunięciu farby drukarskiej i tonera, w produkcji papieru gazetowego lub też papierów higienicznych typu tissue. Wprawdzie wymagania wytrzymałościowe w obu tych tak różnych zastosowaniach makulatury biurowej są mniejsze, niż w przerobie makulatury OCC na mocne papiery opakowaniowe, ale też nie są bez znaczenia, zwłaszcza w przypadku najsłabszego przecież, bo drzewnego papieru gazetowego, który jednak nie może się zrywać na szybkobieżnych, zwojowych, offsetowych maszynach drukarskich, a do tego nie może pylić. Natomiast wszelka makulatura używana do wyrobu papierów higienicznych i tak musi być odpopielana, a więc odkrylana. Ponadto, w przeciwieństwie do makulatury mocnej, której frakcję długowłóknistą zwykło się podmielać, mielenia nie stosuje się powszechnie ani przerobie makulatury biurowej, ani żadnej chyba innej, z obawy o skracanie włókien i pogorszenie i tak nienajlepszej ich odwadnialności, w wyniku wytwarzania dodatkowej ilości uciążliwej frakcji drobnej włókien zerowych, łatwo przechodzących przez oczka sit i zanieczyszczających wody obiegowe, w tym wodę podsitową, oraz ścieki. Rys. 1. Możliwości poprawy potencjału wytrzymałościowego masy MOW drogą jej mielenia (R) i Aby sprawdzić możliwości zastosowania naszej koncepcji wytwarzania papieru z przemieszczeniem części frakcji drobnej do przerobu makulatury biurowej, przeprowadziliśmy z nią podobne doświadczenia, jak wcześniej z makulaturą OCC (22-27). Użyliśmy do tego jednak niezadrukowanego papieru kserograficznego, bowiem próby jego odbarwiania pokazały, że oczyszczenie oddzielonego krylu nie jest takie proste i wymaga dalszych badań, z zastosowaniem najprawdopodobniej zaawansowanej techniki mikroflotacji z rozpuszczonym powietrzem DAF (ang. Dissolved Air Flotation). Uzyskane wyniki tych doświadczeń są zilustrowane podobnymi wykresami dla kolejnych właściwości wytrzymałościowych papieru, jak w poprzedniej publikacji (27) dla makulatury OCC. Należy jednak przy ewentualnym ich porównywaniu pamiętać, że jest to papier biurowy o znacznie niższej gramaturze, 80 g/m 2, a nie 125 g/m 2, jak w przypadku papierów na tekturę falistą. Tym razem zacznijmy jednak od rysunku 1, pokazującego wpływ mielenia masy MOW i jej odkrylania na jej potencjał wytrzymałościowy, na wykresie zależności odporności na przedarcie od wytrzymałości na rozciąganie, wyrażanej wskaźnikiem samozerwalności. Jak widać na tym rysunku wbrew obawom, a nawet z pewnym zaskoczeniem stwierdziliśmy, że możliwości poprawy potencjału wytrzymałościowego makulatury biurowej drogą mielenia wydają się jeszcze większe niż w przypadku makulatury mocnej OCC, gdyż podmielenie masy MOW do ok. 60 SR i usunięcie 27% bogatej w mineralne wypełniacze frakcji drobnej aż trzykrotnie podwyższyło wytrzymałość na rozciąganie, znacząco poprawiając zarazem odporność na przedarcie. Papiernik wprost nie może marzyć o czymś lepszym, gdyż nikomu się dotąd nie udało drogą mielenia poprawić wskaźników wytrzymałości statycznej bez pogarszania wskaźników dynamicznych, i na odwrót. Co prawda, część tej poprawy można przypisać usunięciu mineralnych wypełniaczy, ale i tak zasięg tych pozytywnych zmian wygląda obiecująco. Dodatkowo wyniki te pokazują, że zwojowy papier drukowy z dodatkiem takiej masy może być znacznie mocniejszy, wykazując znacznie większą odporność na zrywy w maszynie drukarskiej, jeśli tylko będzie wystarczająco czysty, PRZEGLĄD PAPIERNICZY 64 GRUDZIEŃ 2008 731

Rys. 2. Możliwości poprawy samozerwalności papieru drogą mielenia (R) masy MOW oraz zachowania jej niskiej smarności drogą Rys. 5. Wpływ zawartości wypełniacza w papierze z masy MOW na jego samozerwalność przy różnym stopniu jej zmielenia (R) i odkrylenia (D) Rys. 3. Możliwości poprawy samozerwalności papieru drogą mielenia (R) masy MOW oraz zachowania jej dobrej odwadnialności statycznej drogą Rys. 6. Możliwości poprawy odporności papieru na przepuklenie drogą mielenia (R) masy MOW oraz zachowania jej niskiej smarności drogą Rys. 4. Możliwości poprawy samozerwalności papieru drogą mielenia (R) masy MOW oraz zachowania jej dobrej odwadnialności dynamicznej drogą Rys. 7. Możliwości poprawy odporności papieru na przepuklenie drogą mielenia (R) masy MOW oraz zachowania jej dobrej odwadnialności statycznej drogą 732 PRZEGLĄD PAPIERNICZY 64 GRUDZIEŃ 2008

Rys. 8. Możliwości poprawy odporności papieru na przepuklenie drogą mielenia (R) masy MOW oraz zachowania jej dobrej odwadnialności dynamicznej drogą odkrywania (D) Rys. 10. Możliwości poprawy odporności papieru z masy MOW na przedzieranie oraz zachowania jej niskiej smarności drogą Rys. 9. Wpływ odkrylania masy OCC i jej następczego mielenia na gęstość pozorną papieru i odwadnialność dynamiczną masy czyli wolny od mechanicznych wtrąceń: drzazg, zanieczyszczeń kleistych itd. (30). Osobno wpływ naszego specyficznego sposobu przygotowania masy papierniczej z makulatury biurowej na oba odnośne konkurencyjne wobec siebie wskaźniki wytrzymałościowe, a zarazem smarność masy i odwadnialność statyczną i dynamiczną, pokazują kolejne rysunki 2 12. Jak widać na rysunkach 2 4, papier sformowany z niemielonej masy MOW wykazywał bardzo małą samozerwalność, wynoszącą niespełna 3 km, a dopiero mielenie znakomicie, bo aż 3-krotnie, ją zwiększyło, natomiast częściowe odkrylenie zmielonej masy poprawiło odwadnialność masy papierniczej, zarówno statyczną, jak i dynamiczną, bez spadku, a nawet z lekkim, ale wyraźnym dodatkowym wzrostem samozerwalności. Ten ostatni efekt ma częściowo swoją przyczynę w usunięciu sporej części mineralnego wypełniacza osłabiającego papier, ale jak się okaże dalej nie było to wcale główną przyczyną tej poprawy. Co jednak najważniejsze, mielenie okazało się wręcz niezbędne, gdyż wytrzymałość papieru z tej niemielonej masy wtórnej była podobnie mała, a nawet mniejsza niż w przypadku papieru z niemielonej pierwotnej masy celulozowej. Rys. 11. Możliwości poprawy odporności papieru z masy MOW na przedzieranie oraz zachowania jej dobrej odwadnialności statycznej drogą Rys. 12. Możliwości poprawy odporności papieru z masy MOW na przedzieranie oraz zachowania jej dobrej odwadnialności dynamicznej drogą PRZEGLĄD PAPIERNICZY 64 GRUDZIEŃ 2008 733

Tabela 1. Porównanie wskaźników jakości papieru o gramaturze 80 g/m 2 z odkrylonej makulatury biurowej (MOW) przed i po powierzchniowym zaklejaniu klejem skrobiowym, bez i z dodatkiem oddzielonej frakcji drobnej Rys. 13. Wpływ zawartości wypełniacza w papierze z masy MOW na jego odporność na przedarcie przy różnym stopniu jej zmielenia (R) i odkrylenia (D) Rys. 14. Wpływ stopnia zmielenia i kolejności odkrylania masy MOW na odporność papieru na rozciąganie w funkcji smarności masy Rys. 15. Samozerwalność papieru z odkrylonej makulatury biurowej przed i po powierzchniowym zaklejaniu klejem skrobiowym, bez i z dodatkiem oddzielonej frakcji drobnej Aby sprawdzić, na ile obserwowana poprawa wytrzymałości papieru na rozciąganie uzyskana została w wyniku usunięcia mineralnych wypełniaczy, czyli odpopielenia, na rysunku 5 wykreśliliśmy samozerwalność papieru w funkcji zawartości popiołu w papierze. Jak widać z tego rysunku, na samozerwalność papieru zdecydowanie większy pozytywny wpływ miało mielenie masy MOW niż jej odpopielanie, zwłaszcza że wraz z mineralnymi pigmentami podczas jej odkrylania w sposób nieunikniony usuwaliśmy także spęczniałą wtórną frakcję drobną, zwiększającą stopień związania włókien w papierze. Również inny ważny wskaźnik wytrzymałości statycznej odporność na przepuklenie znacząco się poprawił w wyniku mielenia masy MOW. Jak widać na rysunkach 6 8, odporność na przepuklenie 4-krotnie zwiększyła się w wyniku mielenia, a częściowe odkrylenie masy MOW poprawiło odwadnialność masy, dodatkowo nieco podwyższając wytrzymałość na przepuklenie, podobnie jak w przypadku samozerwalności. Przedstawione dla przepuklenia na rysunkach 6 8 wykresy prezentują niemal identyczny obraz, jak dla poprzedniego wskaźnika wytrzymałości statycznej samozerwalności, a główną przyczynę obserwowanych pozytywnych zmian obu statycznych wskaźników wytrzymałościowych wyjaśnia kolejny wykres sporządzony dla gęstości pozornej papieru. W wyniku mielenia jak zwykle zwiększa się stopień związania włókien, co przejawia się zagęszczeniem struktury papieru, powodując spadek jego sztywności, wymaganej dla arkuszowych papierów biurowych. Jednak częściowe odkrylenie masy nie pogarszało pulchości papieru, ważnej dla jego sztywności, a nawet ją nieco poprawiało przy wyższym stopniu zmielenia masy MOW. Odporność papieru na przedarcie nieco się natomiast zmniejszyła pod wpływem mielenia, ale odkrylanie nieco ograniczyło ten negatywny, ale nieunikniony efekt mielenia (rys. 10 12). Zatem i dla tej odmiany makulatury zalety naszego opatentowanego sposobu przygotowania masy papierniczej w pełni się potwierdziły, a nawet przeszły nasze oczekiwania, dzięki dodatkowemu korzystnemu efektowi selektywnego usunięcia części mineralnego wypełniacza, którego makulatura biurowa zawiera sporo, ale nie tylko, bowiem jak widać na rysunku 13 łagodne podmielenie masy umiarkowanie tylko pogarsza odporność papieru na przedarcie, a jej częściowe odkrylenie przywraca wysoką wyjściową wartość tego wskaźnika. Nie dorównała temu metoda dotychczas stosowana w przerobie makulatury OCC na papiery do wyrobu tektury falistej, 734 PRZEGLĄD PAPIERNICZY 64 GRUDZIEŃ 2008

polegająca na mieleniu frakcji długowłóknistej masy po wstępnym odkryleniu podczas frakcjonowania, co wykazaliśmy już wcześniej dla tego gatunku makulatury (25). Potwierdziło się to także dla makulatury biurowej MOW, mimo zastosowania rozczyniania i łagodnego wstępnego wysokostężeniowego mielenia w planetarnym mieszalniku Hobart, zalecanym przez INGEDE (31), bowiem jak widać na rysunku 14, następcze niskostężeniowe mielenie tej masy po odkryleniu wprawdzie poprawiło odporność papieru na rozciąganie, ale pogarszając jej odwadnialność do poziomu, jak dla masy wstępnie rozczynionej, ale nie odkrylonej. Znaczy to, że pozytywny wpływ wcześniejszego odkrylania na odwadnialność masy został prawie całkowicie zaprzepaszczony podczas następczego mielenia. Znacznie lepszy rezultat, w postaci jeszcze większego podwyższenia samozerwalności przy niskiej smarności, dało mielenie z następczym usunięciem 27% frakcji drobnej. Porównaniu wyników nisko- i wysokostężeniowego mielenia masy MOW będzie poświęcony osobny artykuł. Wpływ dodatku krylu do mieszanki zaklejającej powierzchniowo Znamienną cechą naszej koncepcji technologicznej jest pełne zagospodarowanie oddzielonej od masy frakcji drobnej, przez jej zawrócenie, z ominięciem sekcji mokrej maszyny papierniczej, i naniesienie na obie powierzchnie papieru wraz z klejem skrobiowym w operacji powierzchniowego zaklejania, pigmentowania lub powlekania wstęgi papieru. Głównym celem takiego zagospodarowania frakcji drobnej jest uniknięcie strat i podwyżki kosztów produkcji, ale przy zachowaniu wymaganej jakości papieru. Dlatego trzeba było zbadać możliwości takiego powierzchniowego modyfikowania papieru oraz jego wpływ na główne wskaźniki jakości papieru. Uzyskane wyniki są zestawione w tabeli 1 oraz przedstawione graficznie na rysunku 15, sporządzonym przykładowo dla samozerwalności papieru. W przypadku tego odmiennego, od najlepiej przez nas zbadanej i opisanej makulatury mocnej, gatunku makulatury, użytego do wyrobu papierów drukowych i biurowych, już samo jego powierzchniowe zaklejanie obniża znacznie odporność na przedzieranie, ale dodatek do kleiku skrobiowego oddzielonej frakcji drobnej może nieco ją poprawić. Najważniejsza dla papieru gazetowego, w którym odbarwiona masa z makulatury biurowej może pełnić funkcję masy wzmacniającej, odporność na zrywanie wstęgi, którą można ocenić na podstawie m.in. obciążenia zrywającego lub samozerwalności (30), nie uległa znaczącemu pogorszeniu w wyniku dodania bogatego w mineralne pigmenty krylu do nanoszonego kleiku skrobiowego, a ponieważ powierzchniowe zaklejanie znacząco poprawiło samozerwalność papieru, to nie widać przeciwwskazań dla dodawania takiego krylu pod warunkiem, że będzie on oczyszczony, zwłaszcza że może ono być traktowane jako delikatne pigmentowanie ulepszające powierzchnię i jakość gotowego papieru gazetowego. Istotne jest, że naniesiona na papier powłoka wykazywała dobrą spoistość z podłożem, nie stwarzając zagrożenia rozwarstwianiem, łuszczeniem czy ścieraniem, a ważna w procesie drukowania niektórymi tradycyjnymi technikami odporność na zrywanie powierzchni nawet się wyraźnie zwiększyła dzięki powierzchniowemu zaklejeniu papieru, także z dodatkiem krylu. Również z punktu widzenia produkcji bezdrzewnego papieru biurowego, którego odpowiednikiem jest otrzymany papier, taka technologia wydaje się możliwa do zastosowania, jeśli opracuje się skuteczną, ale ekonomiczną metodę odbarwiania takiego krylu, a może nawet wydzielenia z niego i zregenerowania samego wypełniacza, na przykład metodą utleniania na mokro (WAO Wet Air Oxidation), jak to proponował Wiseman (32). Jeszcze lepsze wyniki uzyskiwaliśmy metodą utleniania w wodzie w stanie nadkrytycznym (SCWO Super Critical Water Oxidation) w Celulozowo-Papierniczym Centrum Badawczym przy Uniwersytecie McGilla w Montrealu, afiliowanym przy Kanadyjskim Instytucie Celulozowo-Papierniczym Paprican w Pointe-Claire. Podsumowanie i ocena wyników w świetle danych literaturowych Podobnie jak w całym dotychczas zgromadzonym materiale doświadczalnym dotyczącym uzdatniania makulatury mocnej (22-27), również przedstawione w niniejszym artykule wyniki uzyskane dla zupełnie odmiennej makulatury makulatury biurowej MOW w pełni potwierdzają słuszność naszej opatentowanej metody wytwarzania papieru z przemieszczeniem części frakcji drobnej, polegającej na następującej kolejności procesów i operacji technologicznych: 1. mielenie masy włóknistej, w celu nadania papierowi wymaganej jakości, 2. oddzielanie od niej określonej części frakcji drobnej, zwanej krylem, w celu radykalnej poprawy odwadnialności masy na sicie/sitach maszyny papierniczej, pozwalającej na zwiększenie prędkości i produktywności maszyny, 3. nanoszenie oddzielonego i zagęszczonego odpowiednio krylu, po ewentualnym jego oczyszczeniu, na powierzchnie papieru wraz z kleikiem skrobiowym w operacji powierzchniowego zaklejania lub pigmentowania, czyli z ominięciem części mokrej maszyny papierniczej. Porównując uzyskane przez nas wyniki badań laboratoryjnych z wynikami prób przemysłowych, zwięźle opisanymi przez Lumiainena (1), dotyczącymi podobnego gatunku makulatury, zwanego po angielsku white ledger, można się przekonać, że nasza metoda jest bardziej elastyczna i pozwala osiągnąć znacznie większą poprawę wskaźników wytrzymałościowych papieru, nie ograniczoną dopuszczalnym z punktu widzenia odwadnialności masy stopniem jej zmielenia. I tak, w odnośnej publikacji Lumiainena (1) stwierdzono, że w wyniku łagodnego niskostężeniowego mielenia masy z tej makulatury w młynie Conflo największą poprawę wytrzymałości papieru na przedarcie i 40-procentowy wzrost wytrzymałości na rozciąganie uzyskano przy jednostkowym zużyciu energii ok. 50 KWh/t, bez nadmiernego pogorszenia odwadnialności masy i pulchności papieru. Z zamieszczonego tam rysunku 9 można odczytać, że przy wzroście smarności masy z 29 SR do 34 SR uzyskano wzrost wytrzymałości papieru na rozciąganie o ok. 40% i na przepuklenie o 20%, a na przedzieranie o kilkanaście procent, przy nieznacznym obniżeniu objętości właściwej. My natomiast naszą metodą osiągnęliśmy nieporównanie większy, bo odpowiednio rzędu 200% i 300%, wzrost odnośnych wskaźników wytrzymałości statycznej, przy zachowaniu dobrej odwadnialności masy papierniczej, dzięki odkrylaniu, co najlepiej pokazuje duże PRZEGLĄD PAPIERNICZY 64 GRUDZIEŃ 2008 735

możliwości tkwiące w naszej metodzie. Możliwości te będziemy zatem dalej sprawdzać, w ramach nowego projektu badawczego nr 3799/B/T02/2008/35, nie tylko dla makulatury różnych odmian, ale także surowców włóknistych pierwotnych, od ścieru drzewnego po bielone masy celulozowe z drewna iglastego i liściastego. LITERATURA 1. Lumiainen J.: Refining a key to upgrading the papermaking potential of recycled fibre, Paper Technol. 35, 7, 41 (1994). 2. Lumiainen J.: Refining of deinked pulp for mechanical printing papers, Paper Technol. 40, 2, 29 (1999). 3. Levlin J.-E.: On the beating of recycled pulps, Materiały Konf. EUCEPA nt. Wykorzystania włókien, Bratislava 1976, s. 21. 4. Levlin J.-E., Jousimaa T.: Response of Different Fiber Raw Materials to Refining, Materiały Międz. Konf. PIRA nt. Nowych technologii mielenia, Birmingham 9-11.12.1986, Cz. 2, Sesja 3, Referat 7, s. 31. 5. Musselmann W.: Technical review: basics, variables of wastepaper fractionation, Pulp Paper 57, 8, 125 (1983). 6. Lumiainen J.: Do recycled fibres need refining?, Paperi Puu 74, 4, 319 (1992). 7. Lumiainen J.: Refining recycled fibers: advantages and disadvantages, Tappi J. 75, 8, 92 (1992). 8. Ortner G.: Warum Altpapierfasern mahlen?, Wbl. Papierfabr. 129, 8, 483 (2001). 9. Lumiainen J.: CONFLO Refiner A New Conical Refiner for Low-Consistency Beating, Deut. Papierwirt. nr 3, T23 (1988). 10. Lumiainen J.: Conflo Refiner New Concept for LC Refining, Paper Technol. 32, 3, 26 (1991). 11. Lumiainen J.: Comparison of the Mode of Operation Between Conical and Disk Refiners, Paper Technol. 38, 1, 53 (1997). 12. Lumiainen J.: Refining Performances with Separated and Mixed Pulps for Fine-Paper Production, Rev. ATIP 51, 3, 99 (1997). 13. Lumiainen J.: New theory can improve practice, Pulp Paper Int. 32, 8, 46 (1990). 14. Lumiainen J.: Refining Intensity at Low Consistency, Paper Technol. 32, 11, 22 (1991). 15. Lumiainen J.: Behaviour of Fibers in Mixed Low-Consistency Refining, Paper Technol. 38, 6, 26 (1997). 16. Tyralski T., Biel-Tyralska A.: Wpływ parametrów tarcz nożowych na ekonomiczne wykorzystanie energii, Przegl. Papiern. 51, 11, 557 (1995). 17. Tyralski T., Biel-Tyralska A.: Aspekty hydrodynamiczne i reologiczne oceny młynów stożkowych i tarczowych, Przegl. Papiern. 58, 7, 396 (2002). 18. Tyralski T., Biel-Tyralska A.: Problemy optymalizacji młynów jako maszyn przepływowych porównanie młynów stożkowych i tarczowych podwójnych, Mater. Międz. Konf. PROGRESS 02, Gdańsk 24-27.09.2002, s. III-14-1. 19. Tyralski T., Biel-Tyralska A.: Nowe kierunki w rozwoju maszyn mielących, Przegl. Papiern. 60, 5, 253 (2004). 20. Sloane C.: Wastepaper Quality Development for Packaging Papers Fractionation or Whole-Stock Refining?, Proced. 1998 Recycling Symp., 8.03.1998. 21. Weinberg G.R., Sloane C.M.: Product development and process options for secondary fiber-based liners, Appita J. 56, 5, 359 (2003). 22. 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. 23. 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). 24. Wandelt P., Perlińska-Sipa K.: Alternatywny sposób uzdatniania makulatury mocnej. Gospodarowanie frakcją drobną zamiast konwencjonalnego frakcjonowania włókien, Materiały Międzynarodowej konferencji N.-T. INPAP-ROGOWIEC 2007, Słok k. Bełchatowa 17-19.10.2007. 25. Wandelt P., Perlińska-Sipa K.: Badanie odwadnialności makulaturowych mas papierniczych i wpływu na nią frakcji drobnej, Przegl. Papiern. 63, 9, 545 (2007). 26. 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). 27. 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). 28. Wandelt P., Perlińska-Sipa K.: Sposób wytwarzania papieru, Pat. RP nr P-361119 z dnia 07.07.2003. 29. Unbehend J.E.: The dynamic retention/drainage jar. Increasing the credibility of retention measurements, Tappi 60, 7, 110 (1977). 30. Wandelt P.: Zrywy wstęgi papieru i ich prognozowanie, Przegl. Papiern. 63, 3, 179 (2007). 31. INGEDE: Method 11. Assessing the Recyclability of Printed Products Deinking Test, 01.2007. 32. Johnston J.H., Wiseman N.: Odzyskiwanie substancji mineralnych w procesie odbarwiana makulatury, Przegl. Papiern. 54, 1, 24 (1998). Niniejszy artykuł opracowano na podstawie wyników otrzymanych w ramach projektu badawczego nr 3 T08E 083 27, finansowanego przez Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego Przedświąteczna atmosfera w IPiP PŁ Na zajęciach...i pod nowymi tablicami upamiętniającymi twórców szkoły papiernictwa w Politechnice Łódzkiej, profesorów: H. Karpińskiego, J. Łapińskiego, E. Szwarcsztajna i W. Surewicza 736 PRZEGLĄD PAPIERNICZY 64 GRUDZIEŃ 2008