Целлюлоза – моя дипломная работа.

При выработке офсетной бумаги масса бумаги была снижена с 82 до 71 г/м2 с увеличением зольности с 8,3 до 13,8%. При этом величина деформации бумаги в результате намокания была снижена с 1,8 до 1,6%, повышена разрывная длина бумаги и существенно увеличено сопротивление бумаги излому в машинном направлении с 10 до 18 двойных перегибов и в поперечном направлении с 6 до 11 двойных перегибов. Удержание каолина при этом возросло с 47,2 до 71,0%.

Выработка иллюстрационной бумаги с массой 117-120 г/м2 показала возможность повысить зольность бумаги в среднем на 6-7% без снижения ее механической прочности с одновременным существенным повышением сопротивления бумаги излому. Удержание каолина возросло с 70-74% до 84-88%. Экономический эффект от применения модифицированного каолина при выработке разных видов бумаги составил 15-30 р/т бумаги.

В связи с различием бумагообразующих свойств волокон целлюлозы и древесной массы, в частности свойства связеоб-разования между волокнами, представляло интерес вслед за установлением влияния модифицированного наполнителя на свойства бумаги из волокон целлюлозы исследовать влияние введения модифицированного наполнителя на свойства бумаги с содержанием древесной массы. Уже первые лабораторные исследования показали эффективность использования модифицированного каолина в композиции бумаги с содержанием волокон древесной массы, но, как и следовало ожидать, по мере увеличения в бумаге содержания волокон целлюлозы эффективность применения модифицированного каолина возрастала.

Полузаводские исследования были осуществлены на бумагоделательной машине ЦНИИБ фирмы Мицубиси применительно к бумаге-основе для обоев с массой 85 г/м2 и с содержанием древесной массы в композиции бумаги 50%, а также применительно к газетной бумаге с массой 45-46 г/м2 и с содержанием древесной массы в композиции 75%.

Опыты показали, что в сравнимых условиях при повышении зольности бумаги-основы для обоев с 9,0 до 10,8% оказались заметно повышенными показатели разрывной длины, сопротивлений изгибу и продавливанию бумаги при некотором снижении показателя сопротивления раздиранию.

В последнее время многие исследователи проводят работы по модификации минеральных наполнителей с целью снижения отрицательного влияния наполнителей на показатели механической прочности бумаги. Для обработки наполнителя используют полиакриламид, крахмал и его производные, №КМЦ, натриевые соли некоторых синтетических жирных кислот, алюминат натрия и др. Однако наибольший интерес представляет обработка минеральных наполнителей силикатом натрия, поскольку это дешевое и широко распространенное вещество, с помощью которого можно существенно повысить зольность бумаги без заметного снижения показателей механической прочности и проклейки с одновременным увеличением удержания наполнителя.

Обработку минерального наполнителя силикатом натрия осуществляют следующим образом. Силикат натрия вводится в суспензию очищенного наполнителя в количестве, обеспечивающем концентрацию силиката н-,трия 0,8-1,2% (в единицах БЮг). Затем добавкой минеральной кислоты (серной, сернистой, соляной) рН снижается до 7,5-9,5, после чего суспензию выдерживают 1-2 ч и затем вводят ее в бумажную массу.

Подкисление раствора силиката натрия приводит к образованию мономерной кремневой кислоты, которая адсорбируется на частицах наполнителя с последующей полимеризацией. В результате частицы наполнителя оказываются покрытыми слоем полимеризованной кремневой кислоты и приобретают сильно гид рати рованную поверхность, способную с присутствии сернокислого алюминия при рН 4,5-5,5 к образованию связей между гидроксилами кремневой кислоты и гидроксилами. целлюлозы.

Наблюдения в производственных условиях показали эффективное действие модифицированного каолина при выработке разных видов бумаги (офсетной, этикеточной, иллюстрационной), содержащих беленые хвойные и лиственные виды целлюлозы. При одинаковой зольности бумага с модифицированным каолином неизменно обнаруживала более высокие показатели механической прочности и степень проклейки, чем содержащая обычный каолин. Это позволило повысить зольность бумаги, не снижая ее качества. Например, при выработке этикеточной бумаги была снижена масса бумаги с 71,4 до 67,2 г/м2 при увеличении зольности бумаги с 10 до 14% с одновременным сохранением на постоянном уровне механической прочности бумаги.

Значительный интерес представляет модификация свойств целлюлозы под действием ионизирующих излучений. При этом радиационно-химическая деструкция целлюлозы сопровождается образованием свободных радикалов, окислением, повышением растворимости, уменьшением молекулярной массы, потерей прочности. Однако в присутствии мономеров возможна привычная полимеризация, так как возникающие в целлюлозе при облучении нестабильные радикалы могут инициировать реакции полимеризации. Как отмечено в работе, процесс радиационной прививки на бумагу, в зависимости от вида излучения (ускоренные электроны и др.) и решаемой задачи, может быть осуществлен либо в результате постэффекта (предварительного облучения бумаги и последующего контакта с мономером), либо в результате прямого действия, когда производится одновременно облучение бумаги и мономера.

Здесь же указано, что прививка осуществляется при комнатной температуре, что исключает термическую деструкцию бумаги. Подобными методами удалось существенно улучшить свойства некоторых видов конденсаторной бумаги и электроизоляционного картона, повысить термостойкость бумаги до 200°С и выше, сделать бумагу влагопрочной, устойчивой в растворах кислот и щелочей, создать новые виды ионообменной бумаги, повысить огнестойкость и биостойкость бумаги, а также устойчивость к жирам и маслам. Путем прививки стирола и других мономеров получены новые образцы хроматографических и фильтровальных видов бумаги.

При 10%-ном увеличении массы привитого ПАН опорная кольцевая жесткость картона во влажном состоянии повышается на 100% по сравнению с исходным картоном, а в сухом состоянии только на 22%. Разрывное усилие привитого картона во влажном состоянии увеличивается на 300% по сравнению с исходным, а в сухом состоянии только на 30%. При 10%-ном увеличении массы ПАН устойчивость к истиранию увеличивается на 45%. С увеличением массы повышается устойчивость картона к маслу и снижается впитываемость воды. Так, при 5%-ном увеличении массы мас-лостойкость повышается на 20%, а впитываемость воды уменьшается на 15%. Существенного различия в воздухопроницаемости картона при этом обнаружить не удалось.

При частичном ацетилировании волокон целлюлозы в бумаге последней могут быть приданы высокие показатели электроизоляционных свойств, грибоустойчивости, термостойкости и стабильности размеров при пониженной гигроскопичности. Однако при введении в молекулу целлюлозы небольшого количества ацетильных групп, являющихся, как известно, значительно менее гидрофильными, чем гидроксильные группы, гигроскопичность целлюлозного материала не только понижается, но даже повышается. Убедительное объяснение этому, на первый взгляд, неожиданному факту приводит В. А. Роговин. Он пишет: …в природной целлюлозе имеет место включение большинства гидроксильных групп в водородные связи, резко уменьшающие возможность их гидратации. При введении в макромолекулу целлюлозы небольшого числа ацетильных или метоксильных групп среднее расстояние между макромолекулами увеличивается, происходит разрыв водородных связей, и увеличивается число гидроксильных групп, способных связывать воду, что приводит к повышению гигроскопичности целлюлозы. Дальнейшее повышение степени этерификации понижает гигроскопичность целлюлозы.

Опыты прививки на готовой бумаге к волокнам целлюлозы винилацетата, метилметакрилата, поливинйлацетата и полиметилметакрилата были проведены в ФРГ и описаны в работе К- Нитцля и А. Диетля. Авторы этой работы приходят к выводу, что методами прививочной сополимеризации и прививок полимеров к целлюлозным волокнам можно получить широкий ассортимент новых видов бумаги, отличающихся разнообразными свойствами.

Влияние прививки к целлюлозе жесткого полимера акрилонитрила на бумагообразующие свойства целлюлозных волокон, а также на свойства бумаги из таких волокон изучалось Н. П. Перекольским с сотрудниками. Установлена возможность при определенных условиях введения в целлюлозу 75% акрилонитрила. Рекомендуется прививку осуществлять на готовой бумаге, так как прививка на целлюлозных волокнах до или после их размола приводит к потере бумагообразующих свойств.

Прививка к целлюлозе акрилонитрила, осуществленная на готовой бумаге, повышает разрывную длину, сопротивление излому и продавливанию, а также прочность бумаги во влажном состоянии. Сопротивление раздиранию и воздухопроницаемость остаются без изменения. Гидрофобность бумаги по сравнению с исходной повышается, тогда как гидрофобность собственно целлюлозного материала не изменяется. Однако это не приводит к повышению степени проклейки бумаги. В результате искусственного термического старения последняя по сравнению с исходной обнаружила резкое снижение показателей механической прочности, в особенности сопротивления излому.

Была проведена работа по прививке полиакрилонитрила (ПАН) к поверхности небеленой сульфатной целлюлозы картона крафт-лайнер при использовании в качестве катализатора системы ионов железа и пероксида водорода. В результате наблюдений было установлено: по мере увеличения степени прививки ПАН, что контролировалось по увеличению массы, линейно возрастает величина усилия для изгиба картона. При повышении температуры привитой картон обнаруживает свойство термопластичности. Прививка ПАН к картону значительно улучшает его устойчивость по показателю кольцевой опорной жесткости, особенно во влажном состоянии.