Оценка эффективности использования Na-КМЦ в технологическом потоке влагопрочной бумаги. С. 150–162

УДК

676.017

DOI:

https://doi.org/10.37482/0536-1036-2026-3-150-162

Аннотация

Выполнен комплексный анализ эффективности использования натрий-карбоксиметилцеллюлозы (Na-КМЦ) в производстве влагопрочной бумаги. Na-КМЦ – это водорастворимая анионная модификация целлюлозы, получаемая этерификацией целлюлозы хлорацетатом натрия в щелочном растворе. Образующийся полимер отличается высоким уровнем гидрофильности благодаря наличию карбоксильных (-COO⁻) и гидроксильных (-OH⁻) групп, что обеспечивает высокую растворимость этого соединения в воде и формирование стабильных коллоидных растворов. Исследовано влияние Na-КМЦ на процесс подготовки бумажной массы и эксплуатационные свойства конечной продукции. Показано, что применение Na-КМЦ оказывает комплексное положительное воздействие на физико-механические, оптические и барьерные свойства бумаги. Na-КМЦ вступает в реакцию с такими компонентами бумажной массы, как древесные и синтетические волокна, наполнители и клеящие вещества, и за счет этого усиливает адгезивные свойства и улучшает общую структуру бумаги. Na-КМЦ проявляет комбинированный эффект в многокомпонентных системах, повышая активность и эффективность других химических веществ – влагопрочных смол и пигментов. В ходе работы установлены количественные соотношения, объясняющие зависимость качества бумаги от расхода Na-КМЦ. Область применения результатов охватывает производство белых видов бумаг с высокими эксплуатационными характеристиками, особенно в условиях требований снижения экологической нагрузки на стоки. Методика может быть адаптирована под действующие производственные линии целлюлозно-бумажных предприятий.

Благодарности: Исследование проведено в инновационном технологическом центре «Современные технологии переработки биоресурсов Севера» САФУ.

Сведения об авторах

В.В. Гораздова^1,2*, канд. техн. наук; ResearcherID: GWC-4729-2022, ORCID: https://orcid.org/0000-0003-4732-7791
А.А. Кулебякина², инженер; ResearcherID: NXC-3407-2025, ORCID: https://orcid.org/0009-0008-7864-7900
Е.В. Дернова³, канд. техн. наук; ResearcherID: HKE-0047-2023, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-7869-9646
Д.А. Дулькин^1,2, д-р техн. наук; ResearcherID: HKD-9977-2023, ORCID: https://orcid.org/0000-0001-6517-2979
¹Компания «Объединенные бумажные фабрики», 22-й км, пос. Московский, д. 4, стр. 1, блок Б, Москва, Россия, 108811; vgorazdova@ukobf.com*, ddulkin@ukobf.com
²Северный (Арктический) федеральный университет им. М.В. Ломоносова, наб. Северной Двины, д. 17, г. Архангельск, Россия, 163002; vgorazdova@ukobf.com*, kulebyakina.a@edu.narfu.ru, ddulkin@ukobf.com
³АО «Троицкая бумажная фабрика», ул. Маяковского, д. 1, г. Кондрово, Калужская обл., Россия, 249831; edernova@ukobf.com

Ключевые слова

Na-КМЦ, влагопрочная бумага, расход Na-КМЦ, взаимодействие Na-КМЦ, компоненты бумажной массы, влагопрочность, механическая прочность, оптические свойства, химические вспомогательные вещества

Для цитирования

Гораздова В.В., Кулебякина А.А., Дернова Е.В., Дулькин Д.А. Оценка эффективности использования Na-КМЦ в технологическом потоке влагопрочной бумаги // Изв. вузов. Лесн. журн. 2026. № 3. С. 150–162. https://doi.org/10.37482/0536-1036-2026-3-150-162

Литература

1. Денисова М.Н., Будаева В.В., Минаев К.М. Физико-химические свойства полисахаридных реагентов, основным компонентом которых является натрий карбоксиметилцеллюлоза // Материалы IX Всерос. науч.-практ. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых с междунар. участием. 2016. С. 457–464. 

2. Дернова Е.В., Гораздова В.В., Гурьев А.В., Дулькин Д.А., Дернов А.И., Окулова Е.О. Практикум по технологии бумаги и картона. Часть I. Анализ полуфабрикатов, химикатов и бумажной массы. Архангельск: САФУ, 2022. 88 с. 

3. Махотина Л.Г. Технология целлюлозных композиционных материалов. Современные тенденции в технологии мелованных видов бумаги и картона. СПб.: С.-Петерб. гос. ун-т промышл. технологий и дизайна. Высш. шк. технологии и энергетики, 2021. 76 с. 

4. Осипов П.В. Эффективное использование химических вспомогательных веществ в производстве бумаги и картона: автореф. дис. ... д-ра техн. наук. СПб., 2008. 32 с. 

5. Пинягина Н.Б., Горшенина Н.С. Современное состояние, тенденции и перспективы развития целлюлозно-бумажной промышленности Российской Федерации // Лесн. вестн. / Forestry Bulletin. 2022. Т. 26, № 6. С. 148–160. https://doi.org/10.18698/2542-1468-2022-6-148-160

6. Рыбин Е.А., Аксенчик К.В. Натрий-карбоксиметилцеллюлоза и способы ее получения // Наука сегодня: глобальные вызовы и механизмы развития: материалы Междунар. науч.-практ. конф.: в 2 ч. Ч. 1. Вологда: Маркер, 2017. С. 30–32. 

7. Стась И.Е., Батищева И.А. Относительная вязкость водных растворов Na-карбоксиметилцеллюлозы и ее изменение в зависимости от кислотности среды, температуры и воздействия электромагнитного поля // Химия растит. сырья. 2018. № 3. С. 23–31. https://doi.org/10.14258/jcprm.2018033695

8. Тарасов С.М. Химические вспомогательные средства в производстве целлюлозных композиционных материалов. М.: Московск. гос. ун-т леса, 2016. 37 с. 

9. Трескова В.И., Шипина О.Т., Романова С.М., Никитин В.Г. Химическая модификация карбоксиметилцеллюлозы диаминофуразаном // Вестн. технол. ун-та. 2016. Т. 19, № 12. С. 172–175. 

10. Хованский В.В., Дубовый В.К., Кейзер П.М. Применение химических вспомогательных веществ в производстве бумаги и картона. Ч. 2. СПб.: С.-Петерб. гос. технол. ун-т растит. полимеров, 2013. 72 с. 

11. Черная Н.В., Карпова С.В., Мисюров О.А., Гордейко С.А., Чернышева Т.В., Дашкевич С.А. Свойства мелованных видов бумаги и картона в зависимости от вида и содержания связующих веществ в нанесенном покрытии // Тр. БГТУ. Сер. 2. 2020. № 1. С. 160–172. 

12. Черная Н.В., Шашок Ж.С., Усс Е.П., Дашкевич С.А., Мисюров О.А. Повышение эффективности проклейки волокнистых суспензий в нейтральной и слабощелочной средах (обзор) // Тр. БГТУ. Сер. 2. Химич. технологии, биотехнологии, геоэкология. 2023. № 1(265). С. 36–54. https://doi.org/10.52065/2520-2669-2023-265-1-5

13. Чернова В.В., Котяшов М.С., Лаздин Р.Ю., Кулиш Е.И. Изучение реологических свойств растворов натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы // Изв. Сарат. ун-та. Нов. сер. Сер.: Химия. Биология. Экология. 2020. Т. 20, вып. 2. С. 163–169. https://doi.org/10.18500/1816-9775-2020-20-2-163-169

14. Шачнева Е.Ю., Магомедова З.А., Малачиева Х.З. Изучение физико-химических свойств частиц карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ) в водных растворах // Техника и технология пищевых производств. 2014. № 1. С. 152–156. 

15. Abe T.O., Lajide L., Owolabi B.J., Adebayo A.O., Ogunjobi J.K., Oluwasina O.O. Synthesis and Application of Carboxymethyl Cellulose from Gliricidia sepium and Cola gigantea. BioResources, 2018, vol. 13(3), pp. 6077–6097. https://doi.org/10.15376/biores.13.3.6077-6097

16. Ambjörnsson H.A., Schenzel K., Germgård U. Carboxymethyl Cellulose Produced at Different Mercerization Conditions and Characterized by NIR FT Raman Spectroscopy in Combination with Multivariate Analytical Methods. BioResources, 2013, vol. 8(2), pp. 1918–1932. https://doi.org/10.15376/biores.8.2.1918-1932

17. Hivechi A., Bahrami S.H., Arami M., Karimi A. Ultrasonic Mediated Production of Carboxymethyl Cellulose: Optimization of Conditions Using Response Surface Methodology. Carbohydrate Polymers, 2015, vol. 134, pp. 278–284. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2015.07.045

18. Hubbe M.A., Gill R.A. Fillers for Papermaking: A Review of Their Properties, Usage Practices, and Their Mechanistic Role. BioResources, 2016, vol. 11(1), pp. 2886–2963. https://doi.org/10.15376/biores.11.1.Hubbe

19. Huhtamäki T., Tian X., Korhonen J.T., Ras R.H.A. Publisher Correction: Surface-Wetting Characterization Using Contact-Angle Measurements. Nature Protocols, 2018, vol. 14, art. 2259. https://doi.org/10.1038/s41596-018-0047-0

20. Kono H., Oshima K., Hashimoto H., Shimizu Y., Tajima K. NMR Characterization of Sodium Carboxymethyl Cellulose: Substituent Distribution and Mole Fraction of Monomers in the Polymer Chains. Carbohydrate Polymers, 2016, vol. 146, pp. 1–9. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2016.03.021

21. Lee J., Park S., Roh H.-G., Oh S., Kim S., Kim M., et al. Preparation and Characterization of Superabsorbent Polymers Based on Starch Aldehydes and Carboxymethyl Cellulose. Polymers, 2018, vol. 10(6), art. 605. https://doi.org/10.3390/polym10060605

22. Mohkami M., Talaeipour M. Investigation of the Chemical Structure of Carboxylated and Carboxymethylated Fibers from Waste Paper via XRD and FTIR Analysis. BioResources, 2011, vol. 6(2), pp. 1988–2003. https://doi.org/10.15376/biores.6.2.1988-2003

23. Panchan N., Wattanapan P., Sungsinchai S., Roddecha S., Dittanet P., Seubsai A., et al. Optimization of Synthesis Conditions for Carboxymethyl Cellulose from Pineapple Leaf Waste Using Microwave-Assisted Heating and Its Application as a Food Thickener. BioResources, 2021, vol. 16(4), pp. 7684–7701. https://doi.org/10.15376/biores.16.4.7684-7701

24. Rahman M.S., Hasan M.S., Nitai A.S., Nam S., Karmakar A.K., Ahsan M.S., et al. Recent Development of Carboxymethyl Cellulose. Polymers, 2021, vol. 13, iss. 8, art. 1345. https://doi.org/10.3390/polym13081345

25. Su L., Ou Y., Feng X., Lin M., Li J., Liu D., et al. Integrated Production of Cellulose Nanofibers and Sodium Carboxymethylcellulose Through Controllable Eco-Carboxymethylation Under Mild Conditions. ACS Sustainable Chemistry & Engineering, 2019, vol. 7, iss. 4, pp. 3792–3800. https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.8b04492

26. Wei J., Zhou Y., Lv Y., Wang J., Jia C., Liu J., et al. Carboxymethyl Cellulose Nanofibrils with a Treelike Matrix: Preparation and Behavior of Pickering Emulsions Stabilization. ACS Sustainable Chemistry & Engineering, 2019, vol. 7, iss. 15, pp. 12887–12896. https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.9b01822

27. Yu P., Hou Y., Zhang H., Zhang W., Yang S., Ni Y. Characterization and Solubility Effects of the Distribution of Carboxymethyl Substituents Along the Carboxymethyl Cellulose Molecular Chain. BioResources, 2019, vol. 14(4), pp. 8923–8934. https://doi.org/10.15376/biores.14.4.8923-8934