В век высоких технологий производство бумаги, казалось бы, должно уходить на второй план. Однако её производство по-прежнему остаётся одной из крупнейших отраслей промышленности.
Основные принципы производства не меняются вот уже сотню лет. При этом усложняется технология для получения бумаги и картона более высокого качества. Это неизменно приводит к их удорожанию. Поэтому сегодня учёные разрабатывают способы для удешевления и упрощения таких производств.
Несколько лет назад преподаватель кафедры технологий целлюлозно-бумажных производств, профессор и доктор технических наук Фирдавес Хакимова, предложила альтернативный способ производства полуфабриката для получения картона на Пермском ЦБК.
Выполнимая задача
«Технология производства бумаги – одна из сложнейших отраслей промышленности. Сложнее, наверное, только создание космических кораблей, – говорит Фирдавес Хакимова. – Если взглянуть на одну только бумагоделательную машину – это огромная установка около 100 м в длину. Но это лишь конечная стадия производства бумаги из полуфабрикатов. А полуфабрикаты нужно ещё получить. Начинается всё, как многие знают, с заготовки древесины».
Основным полуфабрикатом для получения бумаги и картона служит целлюлоза. На предприятиях для получения определённого вида бумажных изделий используют различные её разновидности. Разработка наших учёных заключается в предложении нового метода получения так называемой нейтрально-сульфитной полуцеллюлозы. Обычная целлюлоза от полуцеллюлозы отличается процентом выхода от массы древесины. Если у целлюлозы этот показатель составляет 40-50 %, то у полуцеллюлозы 60-80 %.
«Идея новой разработки пришла в голову после того, как я услышала обращение президента к промышленникам, – вспоминает Фирдавес. – Он говорил, что не нужно сжигать отходы своих производств, необходимо искать способы их повторного применения. Тогда я подумала: он ведь про нас, бумажников, говорил».
В целлюлозно-бумажной промышленности в отходы попадают в основном опилки и кора. Кора совсем не годится для получения бумаги, поэтому её сжигают. При этом на Пермском ЦБК опилки, которые не пошли в основное производство, составляют около 10 % массы древесного сырья. Именно их вторичной переработкой в 2018 г. и занялись учёные из политеха. Через два года проб и ошибок они получили полуфабрикат с хорошими свойствами, который решили тут же испытать на практике.
Суждено подружиться
Для получения картона сегодня на предприятии применяют несколько компонентов, в том числе макулатуру. Это дорогостоящее сырьё, поэтому наши учёные предложили своим коллегам при производстве картона её часть заменить на полученную ими полуцеллюлозу. Это позволило бы сократить отходы, сохранив при этом, а кое-где даже улучшив его механические свойства.
«Суть метода в том, чтобы оставшиеся после первичной переработки крупные берёзовые опилки не выбрасывать и не сжигать, а пускать снова в производство, – поясняет Хакимова. – Поэтому мы взяли их и поместили в варочный котёл, создав там определённые условия. Получившийся полуфабрикат отправили для исследований на комбинат, где его протестировали и попробовали применить».
Параллельно учёные изготовили свои образцы картона в лаборатории. Они различались между собой количеством используемой полуцеллюлозы. Смешивая макулатуру со своим продуктом в различных пропорциях, разработчики получили картон с высокими механическими показателями, что говорило об успешности их работы.
«После добавления нашей полуцеллюлозы инженеры комбината дали заключение – она очень хорошо подружилась с остальными компонентами. Готовый картон имеет те же свойства, что были при использовании макулатуры. И при этом он стал дешевле в производстве. В 2020 г. мы запатентовали свою технологию», – говорит учёный.
Для промышленного производства нейтрально-сульфитной полуцеллюлозы на предприятии понадобится установить лишь небольшой котёл периодического действия. Это не усложнит основной процесс изготовления картона, зато позволит сократить количество выбрасываемого опила примерно на 80 %. При этом себестоимость получаемого картона также должна снизиться из-за меньшего использования макулатуры.