В Научно-исследовательском институте целлюлозно-бумажной промышленности Финляндии были установлены следующие условия двухступенчатой обработки березовой щепы перед ее размолом для получения ХММ и ХТММ с высокими прочностными и печатными свойствами изготовляемой бумаги. 1-я ступень — мягкая щелочная обработка гидроокисью натрия с концентрацией 0,12-0,18 моль при гидромодуле 5 л/кг с продолжительностью периода повышения температуры от 20 °С до максимальной (75 или 100 °С) при давлении 300 кПа — 30 мин и продолжительности выдержки при максимальной температуре — 2 ч (75°С), 1 ч (100°С). 2-я ступень — сульфонирование с использованием при рН 6,5 с концентрацией 0,7-0,8 моль при гидромодуле 3,5 л/кг с продолжительностью периода подъема температуры от 90°С до 125°С- 1 ч и продолжительностью выдержки при 125°С 30 мин.
Для надлежащей пропитки щепы химическими реагентами при получении ХММ и ХТММ рекомендуется перед пропиткой возможно полнее удалять из щепы воздух путем предварительной пропарки щепы и ее механического сжатия. Простое опрыскивание щепы химическими реагентами не обеспечивает получение качественных полуфабрикатов.
В Университете г. Три Риверс (Канада) разработан декомпрессионный (взрывной) метод переработки древесины с получением модифицированной древесной массы, давший особенно хорошие результаты при использовании лиственной древесины. Метод заключается в пропитке щепы химикатами (например, 8% и 2% №ОН), последующей обработке паром (4 мин), сбросе давления, осуществлении размола и отбелки массы. В результате получается масса с выходом свыше 90% и белизной в пределах 52-58%. Показатели механической прочности полученной массы из осины примерно те же, что и у сульфатной осиновой целлюлозы при большем выходе (90%. вместо 58%) и большей белизне (54% вместо 35%). Расход энергии на раз- мол ниже, чем в обычном производстве ХТММ из того же вида древесины.
Подробные сведения о различных видах механической и химической древесной массы и их бумагообразующих свойствах приведены в работах.
Сопоставлением свойств березовой и осиновой видов целлюлозы, изготовляемых на предприятиях целлюлозно-бумажной промышленности СССР, занимались Л. И. Семкина, В. Е. Гурьянов, Д. У. Товстошкурова с сотрудниками, которые отметили, что сосуды древесины березы приблизительно близки по размерам к волокнам, что и служит причиной лучшей поверхностной прочности бумаги из березовой целлюлозы.
Они сравнивали свойства беленой березовой сульфатной целлюлозы Светогорского целлюлозно-бумажного комбината со свойствами беленой осиновой сульфатной целлюлозы Херсонского ЦБК и свойствами беленой сульфатной целлюлозы Котласского ЦБК, состоящей из смеси 60% осиновой и 40% березовой целлюлозы. В результате испытаний отливок бумаги с массой 75 г/м2, полученных из указанных видов целлюлозы, размолотой до 60°ШР, было установлено, что целлюлоза из древесины березы отличалась исключительно высокими показателями механической прочности и ее разрывная длина достигала 9600 — 10500 м, сопротивление раздиранию 600-670 мН и сопротивление излому 730-1900 двойных перегибов, что превышало сопротивление излому двух других видов целлюлозы и 1,5 3,4 раза.
Показатели механической прочности всех трех видов цел люлозы, использованных неразмолотыми, были примерно одинаковыми, за исключением показателя сопротивления раздиранию; который у березовой целлюлозы превосходил в 1.7 раза соответствующий показатель у осиновой целлюлозы и в 2,8 раза — этот показатель у целлюлозы из смешанных пород древесины.
Последующие наблюдения показали, что изменения показателей механических свойств разных видов лиственной целлюлозы в основном происходят в начальный период размола, т. е. до степени помола 30-40°ШР. Это приводит авторов работы к выводу, что оценку бумагообразующих свойств целлюлозы из древесины лиственных пород целесообразно проводить при степени помола 40°ШР вместо 60°ШР.
Опытами, проведенными в лабораторных условиях, было показано, что древесина лиственных пород может быть успешно использована для получения уксусно-кислой целлюлозы путем варки щепы березы и осины с 75%-ной укусной кислотой при температуре 155°С и гидромодуле 4:1. Разрывная длина и сопротивление раздиранию уксусно-кислой целлюлозы из березовой и осиновой древесины выше, чем соответственно у сульфитной целлюлозы из лиственной древесины. Сопротивление излому у березовой уксусно-кислой целлюлозы выше, а у осиновой ниже, чем у соответствующей сульфитной целлюлозы. Уксусно-кислая целлюлоза из древесины лиственных пород может быть использована для получения подпергамента из 100%-ной лиственной целлюлозы. Опыты показали, что многократное (на протяжении 10 повторных циклов варки) использование варочного щелока с частичным дополнением его 75%-ной уксусной кислотой не оказывает отрицательное влияние на выход и содержание остаточного лигнина, а также прочностные показатели уксуснокислой целлюлозы из древесины лиственных пород.
Однако последующие опыты получения уксусно-кислой . целлюлозы из древесины хвойных пород не дали ожидаемого результата. Несмотря на то, что прочность индивидуальных волокон целлюлозы нормального выхода из хвойных пород древесины была выше, чем соответственно из лиственной древесины, тем не менее из-за малого количества и относительно низкой прочности межволоконных связей не удалось получить прочный бумажный лист из хвойной уксуснокислой целлюлозы. Авторы работы считают, что предстоят исследования по подбору параметров процесса получения уксусно-кислой целлюлозы из хвойных пород древесины. Вместе с тем ранее опубликованные американские данные свидетельствуют о том, что при варке древесины лиственных и хвойных пород с уксусной кислотой могут быть рекомендованы в качестве оптимальных условий варки показатели, приведенные ниже; при этих условиях достигаются наивысший выход и прочностные свойства целлюлозы при самом низком содержании в ней лигнина.
Целлюлоза из древесины хвойных пород состоит в основном изтрахеид и небольшого, как указано выше, количества ларенхимных клеток. Целлюлоза древесины лиственных пород по фракционному составу и размерам, волокон значительно отличается от целлюлозы из древесины хвойных пород. В зависимости от вида древесины лиственных пород и ее возраста наблюдается существенное различие в составе и длине волокон целлюлозы. Лиственная целлюлоза содержит волокна либриформа, сосуды и повышенное по сравнению с хвойной целлюлозой количество паренхимных клеток. Волокна либриформа лиственной целлюлозы значительно короче, чем трахеиды хвойной. Березовая целлюлоза имеет до 96% волокон либриформа, а осиновая около 80%. Волокна либриформа березовой целлюлозы имеют длину 0,76 -1,18 мм, а осиновой и тополевой 0,65 — 0,97 мм. По ширине волокна либриформа разных видов лиственной целлюлозы отличаются мало (от 0,019 до 0,026 мм). Сосуды лиственной целлюлозы короче, чем волокна либриформа. Ширина сосудов различных образцов лиственной целлюлозы колеблется от 0,072 до 0,117 мм. Паренхимные клетки у всех образцов имеют длину 0,1 мм и ширину 0,017-0,019 мм. С увеличением возраста древесины размеры волокнистых элементов увеличиваются: значительно растет длина волокон, несколько меньше толщина клеточной стенки и ширина волокон.
Более подробно о волокнах, применяемых в бумажном производстве и их бумагообразующих свойствах, описано в материалах симпозиума, проходившего в Кэмбридже (Англия) в 1957 г., а также в работе.
Чтобы охарактеризовать влияние особенностей строения растительных волокон на свойства изготовляемой бумаги, предлагалось использовать различные коэффициенты. Одним из таких коэффициентов является показатель гибкости волокон, представляющий собой отношение ширины канала волокна к ширине самого волокна. Чем больше этот коэффициент, тем выше прочность полотна на разрыв, выражаемая разрывной длиной.
Применяли также коэффициент, называемый коэффициентом жесткости волокон, являющийся отношением толщины стенки волокна к его ширине.
Способность волокон образовывать плотный лист (по данным В. Мюльстеффа) может характеризоваться отношением площади стенки волокна в поперечном его сечении к площади поперечного сечения всего волокна.