Термомеханическая древесная масса (ТММ): свойства и применение / Articles

Термомеханическая древесная масса (ТММ, в международной практике — TMP, Thermomechanical Pulp) представляет собой волокнистый полуфабрикат, получаемый путем механического размола древесной щепы после предварительного пропаривания (термообработки) в среде насыщенного пара при повышенном давлении. В отличие от химических целлюлоз (сульфатной или сульфитной), где лигнин удаляется с помощью химикатов, в ТММ лигнин практически полностью сохраняется в волокне. Это обеспечивает высокий выход готового продукта (от 90 до 95% от массы абсолютно сухой древесины), что делает ТММ одним из самых экономически эффективных и экологичных волокнистых полуфабрикатов. ТММ занимает ключевое место в производстве газетной и легко мелованной бумаги, а в последние годы находит все большее применение в упаковочной индустрии.

Химическая природа и физико-механические свойства

ТММ состоит из целлюлозы, гемицеллюлоз и остаточного лигнина (около 25–30% от массы волокна). Именно высокое содержание лигнина определяет характерные физические свойства продукта. Волокна ТММ обладают высокой жесткостью и способностью к образованию объемной, пористой структуры бумажного листа.

Ключевые свойства термомеханической массы:

Высокий выход и низкая себестоимость. Процесс требует меньше химикатов и энергии, чем производство химической целлюлозы, хотя энергопотребление на сам размол остается значительным.
Высокая объемность (bulk) и непрозрачность. Благодаря жестким волокнам и хорошему рассеиванию света бумага из ТММ обладает отличной непрозрачностью и высоким показателем светорассеяния, что критически важно для печатных видов бумаги.
Хорошая формуемость и печатные свойства. ТММ обеспечивает гладкую поверхность и равномерное нанесение покрытий.
Меньшая прочность по сравнению с химической целлюлозой. Лигнин и более короткие, частично поврежденные при размоле волокна снижают показатели сопротивления разрыву и раздиру. Для достижения необходимой прочности ТММ часто смешивают с химической целлюлозой.
Склонность к пожелтению (фотоокислению). Из-за наличия лигнина бумага на основе ТММ темнеет под воздействием света, что ограничивает ее использование в долговечных документах и требует применения светостабилизаторов или покровных слоев.
Смолистость (pitch). Экстрактивные вещества древесины могут вызывать отложения на оборудовании, поэтому в процесс часто вводятся химические реагенты (пассиваторы смолы).

Классификация, марки и стандарты

В России и странах СНГ требования к древесной массе регламентируются стандартами, в частности, общие технические условия могут определяться ГОСТ 15815-83 (Древесная масса. Технические условия). Однако в современной практике ТММ чаще выпускается по корпоративным стандартам и спецификациям производителей, ориентированным на международные стандарты качества (ISO).

В зависимости от технологии и назначения выделяют:

ТММ (TMP) — классическая термомеханическая масса.
ХТММ (CTMP) — химико-термомеханическая масса. Щепа перед размолом обрабатывается небольшим количеством химикатов (сульфитом натрия), что повышает прочность волокна и снижает содержание смолы. Часто используется для производства санитарно-гигиенических изделий (тиссью) и картона.
Прессовано-термомеханическая масса (PRMP) — модификация, при которой щепа нагревается и сжимается перед размолом, что придает волокну дополнительную прочность.

Технология производства

Процесс производства ТММ включает несколько ключевых стадий:

Подготовка щепы. Окоренная древесина (преимущественно хвойных пород — ель, сосна) измельчается в технологическую щепу.
Пропаривание (термообработка). Щепа подается в пропарочную камеру, где обрабатывается насыщенным паром при давлении 1,5–3 бар и температуре 120–140 °C в течение нескольких минут. Это размягчает лигнин, облегчает размол и снижает повреждение длинных волокон.
Размол. Размягченная щепа поступает в дисковые рафинеры (дефибреры), где происходит ее разволокнение и фибрилляция. Размол обычно проводится в две ступени: первичный (грубый) и вторичный (тонкий) размол.
Сортирование и очистка. Полученная масса очищается от непроваров (щепок), крупных частиц и загрязнений с помощью вихревых очистителей и сит.
Отбеливание (опционально). Для повышения белизны ТММ может подвергаться отбеливанию перекисью водорода (окислительное отбеливание) или дитионитом натрия (восстановительное отбеливание).
Обезвоживание и прессование. Масса сгущается и прессуется в кипы для транспортировки или подается напрямую на бумагоделательную машину в виде товарной массы (влажностью около 10–12%).

Области применения

Газетная бумага. Это традиционно крупнейшее направление потребления ТММ. Масса обеспечивает высокую непрозрачность, хорошую впитываемость и экономичность газетной бумаги.

Журнальная бумага (LWC, SC). ТММ используется в производстве легко мелованной и суперкаландрированной бумаги. Она обеспечивает высокую объемность и хорошую основу для нанесения мелованного слоя.

Упаковочный картон и гофрокартон. В последние годы ТММ и ХТММ все активнее применяются в производстве картона для упаковки. Волокна ТММ придают картону необходимую жесткость и объемность, а ХТММ обеспечивает достаточную прочность. Это особенно актуально на фоне отказа от пластиковой упаковки.

Санитарно-гигиенические изделия. ХТММ используется для производства тиссью (туалетная бумага, полотенца) благодаря своей мягкости, хорошей впитываемости и способности создавать объемную структуру.

Специальные виды бумаги. ТММ применяется в производстве бумаги для обоев, обложечной бумаги, каталогов, справочников и бумаги для холодной печати.

Смесевые композиции. Для улучшения прочностных характеристик ТММ часто комбинируется с беленой хвойной или лиственной сульфатной целлюлозой в различных пропорциях в зависимости от требований к конечному продукту.

Безопасность и хранение

Термомеханическая масса в товарной форме (сухие или влажные кипы) не представляет химической опасности. Это горючий материал, поэтому при хранении необходимо соблюдать строгие правила пожарной безопасности. Кипы следует хранить в сухих, хорошо вентилируемых помещениях, защищая от прямого попадания влаги и загрязнения. Высокая влажность может привести к развитию микроорганизмов (плесени) и порче волокна. При работе с целлюлозной пылью (образующейся при роспуске кип) рекомендуется использовать респираторы.

Рынок и тенденции

Мировой рынок термомеханической массы (ТММ) и химико-термомеханической массы (ХТММ) демонстрирует смешанные тенденции. С одной стороны, наблюдается долгосрочное снижение спроса на газетную бумагу, что сокращает потребление ТММ в этом традиционном сегменте. С другой стороны, этот спад компенсируется ростом спроса на ТММ и ХТММ в производстве упаковочных материалов, санитарно-гигиенических изделий и специализированных видов бумаги.

Ключевыми драйверами роста являются глобальный переход к устойчивой и биоразлагаемой упаковке (замена пластика на бумагу и картон), рост электронной коммерции (требующей объемной и прочной упаковки) и развитие производства тиссью.

Ключевые тенденции отрасли:

Оптимизация энергопотребления при размоле (внедрение новых конструкций гарнитуры рафинеров).
Развитие технологий ХТММ для повышения прочности волокна и расширения сфер применения.
Увеличение использования вторичного волокна (макулатуры), что создает конкуренцию для первичной ТММ, но при этом первичная ТММ остается незаменимой для создания объема и жесткости в упаковке.
Модернизация производств для снижения углеродного следа и повышения экологичности (использование биотоплива, замкнутые циклы водоснабжения).

Заключение

Термомеханическая древесная масса (ТММ) остается важным и экономически эффективным волокнистым полуфабрикатом мировой целлюлозно-бумажной промышленности. Благодаря высокому выходу, отличной объемности, непрозрачности и хорошим печатным свойствам, ТММ незаменима в производстве газетной и журнальной бумаги, а благодаря развитию технологий ХТММ — все активнее применяется в упаковке и санитарно-гигиенических изделиях. Понимание свойств ТММ, технологий ее производства и тенденций рынка является основой для грамотного подбора материалов и организации эффективных поставок.