Целлюлоза – моя дипломная работа.

При изготовлении различных материалов из асбестовых волокон наибольшее распространение (96%) получил хризотил-асбест, обладающий наиболее ярко выраженным волокнистым строением. Другие применяемые в промышленности виды асбеста (крокидолит-асбест, амозит-асбест), хотя имеют волокна большей длины, чем хризотил-асбест, используются лишь в виде добавок в относительно небольших количествах к хризотиловому асбесту, так как такие волокна характеризуются повышенной жесткостью и плохо разделяются (распушиваются) на тонкие волоконца. Эту добавку осуществляют в основном в производстве строительных материалов при изготовлении асбестоцементных изделий (листовых, труб и пр.).

В зависимости от механической прочности различают три разновидности хризотилового асбеста: прочный (эластичный), полуломкий и ломкий. Прочный асбест быстро набухает в воде с образованием устойчивой суспензии. У ломкого асбеста эта способность выражена значительно слабее так же, как и способность расщепляться на тонкие волоконца. Расщепление обычно осуществляют в водной среде, на старых предприятиях с использованием машин периодического действия (дезинтеграторов, бегунов и роллов), а на более современных предприятиях — с использованием дисковых мельниц, в которых размол осуществляется непрерывным способом. В тех случаях, когда необходимо удалить из асбеста ионы металлов (железо, магний, кальций) асбест обрабатывают раствором соляной кислоты, или лучше в более мягких условиях 25%-ным раствором бисульфита калия или натрия.

Хризотиловый асбест вполне устойчив к действию щелочей, в воде создает щелочную реакцию с рН 10,33 (0,5%-ная суспензия), под действием кислот разлагается. По некоторым данным, дзета-потенциал хризотилового асбеста в интервале рН 2-11 имеет положительное значение. Его изоэлектрическая точка находится при рН 11,3-11,8. В сильнощелочной среде дзета-потенциал хризотилового асбеста всегда имеет отрицательное значение. По другим данным, величина дзета-потенциала хризотилового асбеста в значительной степени определяется его месторождением. Так, например, волокна хризотил-асбеста Баженовского и Актовранекого месторождений в водной суспензии обнаруживают дзета-потенциал +15 мВ, тогда как волокна хризотил-асбеста Джетигаринского и Киембаевского месторождений имеют отрицательный дзета-потенциал, равный — 10 мВ.

С увеличением в композиции содержания базальтовых волокон сопротивление потоку воздуха непрерывно возрастает. Это объясняется созданием базальтовыми волокнами более мелкопористой (следовательно, более плотной структуры), чем целлюлозными волокнами, в результате чего максимальный диаметр пор в бумаге уменьшается по мере увеличения в ней содержания базальтовых волокон. Оптимальное содержание базальтовых волокон в фильтровальной бумаге составляет 40-50%.

Асбестовые волокна обладают рядом ценных бумагообразующих свойств, обеспечивающих возможности их использования при изготовлении многих специальных технических видов бумаги и картона. Они способны расщепляться на тонкие волоконца и образовывать лист бумаги или картона. Однако бумага, полученная из одних лишь волокон асбеста, обладает низкой механической прочностью, которая может быть существенно повышена путем введения в композицию волокон целлюлозы соответствующих связующих (крахмала, жидкого стекла, латексов и др.).

Асбестовые волокна характеризуются высокими термо- и огнестойкостью, низкой электропроводностью, адсорбционной способностью, стойкостью к агрессивным средам, способностью к набуханию. Их успешно используют для изготовления фильтровальных, электро- и термоизоляционных, а также негорючих декоративных материалов. Хотя добавка целлюлозы к волокнам асбеста повышает механическую прочность изготовляемого материала, но при этом одновременно снижается его термо- и огнестойкость.

Поверхностно-активные свойства асбестовых волокон характеризуются развитой удельной поверхностью и электрокинетическим потенциалом. Природный асбест в водной среде набухает и под влиянием механических воздействий расщепляется на тонкие волоконца с одновременным увеличением удельной поверхности, определяющей адсорбционную способность изготовляемого материала. Адсорбционная способность находится в прямо пропорциональной зависимости от удельной поверхности волокнистого материала. В природных волокнах асбеста содержится значительное количество посторонней породы и пыли, удельная поверхность которых очень мала. Их присутствие ухудшает свойства асбеста, в том числе и адсорбционные.

В зависимости от диаметра тонкие базальтовые волокна разделяются на микротонкие (с диаметром 0,5-0,6 мкм) используемые для изготовления фильтров очень тонкой очистки газовоздушной среды и жидкостей, а также для получения тонкой бумаги, ультратонкие, применяемые для изготовления бумаги и фильтров тонкой очистки газовоздушных и жидкостных сред, и супертонкие — для картона и разных фильтров.

Н. Н. Щекина и В. С. Новикова, ссылаясь на опыты Г. А. Вороновской и В. Л. Зосим, пишут, что с увеличением содержания базальтовых волокон в композиции бумаги ее показатели механической прочности (разрывная длина, сопротивление продавливанию), а также плотность и равновесная влажность бумаги равномерно снижаются, а впитывающая способность и воздухопроницаемость возрастают. При этом прочностные характеристики изменяются почти линейно, а на кривых впитывающей способности и воздухопроницаемости наблюдаются точки перегиба при содержании 20-35% супертонких базальтовых волокон. Кривая сопротивления раздиранию имеет наивысшую точку при содержании 20-30% базальтовых волокон.

Капиллярная впитываемость бумагой воды по мере увеличения содержания супертонких базальтовых волокон непрерывно возрастает.

Установлено также, что с увеличением степени помола целлюлозы, входящей в композицию бумаги вместе с супертонкими базальтовыми волокнами, показатель разрывной длины бумаги возрастает, причем тем значительнее, чем больше содержание в бумаге супертонких базальтовых волокон. Для смешанной композиции так же, как и для бумаги из 100% целлюлозы, сохраняется зависимость капиллярной впитываемости от степени помола целлюлозы. Независимо от степени помола целлюлозы максимум сопротивления раздиранию бумаги наблюдается при содержании в бумаге 20-35% супертонких базальтовых волокон.

Установлена зависимость структуры бумаги (массой 100 г/м ) и ее фильтрующих свойств от содержания в композиции базальтовых волокон толщиной 0,6 мкм.

Для снижения в готовом материале содержания целлюлозных волокон, играющих роль связующего, но снижающих фильтрующие и другие ценные свойства материала (термостойкость, электроизоляционность, горючесть), используемую целлюлозу подвергают размолу. Конечная степень помола волокон целлюлозы и ее количество в композиции устанавливают по требованиям, предъявляемым к различным видам бумагоподобных материалов на основе базальтовых волокон. Большое значение при этом имеет масса 1 м2 материала.

Содержание волокон целлюлозы в фильтрующей бумаге с массой 100 г/м2 может составлять не более 15%, а в картоне с массой 300 г/м2 не более 5%. По данным из того же 1 источника, показатель сопротивления постоянному току воздуха для образцов бумаги с массой 100 г/м2 в 1,5-2 раза ниже, чем для картона с массой 300 г/м2, а коэффициент проскока частиц в тех же условиях соответственно в 300- 500 раз выше.

В работах показано, что на удерживающую способность фильтровального материала кроме удельной поверхности волокон, из которых изготовлен материал, существенное влияние оказывает знак и величина дзета-потенциала поверхности этих волокон. Если из фильтровальной жидкости нужно отделить частицы, имеющие отрицательный дзета-потенциал, то поверхности волокон фильтрующего материала желательно сообщить положительный знак дзета-потенциала, что обусловит сорбционное удержание на фильтре удаляемых из жидкости частиц. Таким образом, эффективность работы фильтра возрастет, так как удержание на фильтре будет не только механическим, но и сорбционным. В некоторых случаях оказалось целесообразным изготовлять фильтры с включением в их состав базальтовых волокон, предварительно обработанных катионной меламиноформальдегидной смолой, сообщающей волокнам положительный электрокинетический потенциал.

Способы введения стеклянных волокон в бумагу различны. В некоторых случаях применяют стеклянные нити, покрытые термопластичными смолами в количестве от 5 до 30% к массе стеклянных волокон. Для этой цели применяются алкидные кумароноинденовые смолы, этерифицированные многоатомными спиртами или фенолами, а также гидрированные эфиры природных смол с точкой плавления, соответствующей температуре каландрирования (около 100°С).

Сетку из стеклянных волокон, покрытых смолами, вводят в бумагу на бумагоделательной машине. Иногда бумагу, содержащую стеклянные волокна, изготавливают на двух- или трехсеточной бумагоделательной машине путем соединения слоя из стеклянных волокон с полотном из целлюлозных волокон. В отдельных случаях получают упрочненную бумагу методом распыления стеклянных волокон над поверхностью отливаемого бумажного полотна, а также путем склеивания тканей из стеклянных волокон с двумя бумажными полотнами, между которыми расположена эта ткань.

Пропитанная бумага, укрепленная стеклянными нитями, не чувствительна к дождю, снегу и резкой смене температуры. Поэтому ее можно применять на строительных площадках, где хранится строительный материал. Эту бумагу используют в сельском хозяйстве для защиты посевов и в садоводстве, а также в качестве упаковочной при транспортировке различных аппаратов, мебели и т. п.

При добавке стеклянных волокон в зависимости от вида используемых целлюлозных волокон или способа их получения можно повысить или даже снизить такие показатели свойств бумаги, как сопротивление разрыву и раздиранию, толщину и воздухопроницаемость. Однако показатели сопротивления излому, непрозрачности и стабильности размеров улучшаются.

Базальтовые волокна имеют структуру, отличающуюся от структуры растительных волокон. Они не фибриллируются и при размоле могут лишь измельчаться. Поэтому для получения из базальтовых волокон достаточно прочного материала требуется введение в него соответствующего связующего (жидкого стекла, латексов, поливинилацетатной эмульсии и др.) или же добавление к базальтовым волокнам волокон целлюлозы.