Целлюлоза – моя дипломная работа.

Варка на натриевом или аммониевом основаниях обеспечивает более быструю делигнификацию по сравнению с варкой на кальциевом или магниевом основаниях, и в результате чего получается целлюлоза с более высокой вязкостью. Наибольшее содержание пентозанов — в целлюлозе, получаемой сульфатным методом, наименьшее — при варке сульфитным методом на магниевом основании.

Ю. Н. Непенин, со ссылкой на Г. Джайме и Фон-Копиена, указывает, что содержание а-целлюлозы в сульфатной целлюлозе несколько выше, но вязкость и средняя степень полимеризации ниже, чем у сульфитной целлюлозы той же степени провара. По своему фракционному молекулярному составу (по длине цепей) сульфатная целлюлоза оказывается более равномерной, а медное число у нее всегда ниже, чем у сульфитной.

По данным Е. А. Хойецян, беленая сульфитная целлюлоза по сравнению с соответствующей сульфатной целлюлозой обеспечивает получение бумаги, отличающейся более высокими показателями пухлости, впитывающей способности и мягкости, которая применяется для изготовления различных видов бумаги санитарно-гигиенического назначения. При прочих равных условиях целлюлоза, полученная методом бисульфитной варки, занимает по указанным показателям изготовляемой бумаги промежуточное место.

Л. Стокман считает, что отличия в свойствах сульфатной и сульфитной видов целлюлозы определяются не только различием в методах их получения, но и морфологическими особенностями древесины сосны и ели. У этих двух пород древесины длина волокон увеличивается в направлении от сердцевины к коре. В сухой сосне плотность древесины также увеличивается в направлении от сердцевины к коре, однако у сухой ели плотность древесины в этом направлении уменьшается. Именно этими морфологическими особенностями Л. Стокман объясняет различие в характере зависимости разрывной длины от длины волокон у сульфатной и сульфитной видов целлюлозы при хлорном числе обоих видов целлюлозы примерно. При отнесении же зависимости разрывной длины к плотности древесины направление кривых у этих двух видов целлюлозы становится примерно аналогичным.

С увеличением содержания. в технической целлюлозе гемицеллюлоз относительно снижается содержание а-целлюлозы, т. е. компонента с длинными цепями, обеспечивающего прочность самих волокон. Таким образом, положительное влияние, оказываемое гемицеллюлозами на сцепление волокон и выражающееся в первую очередь в увеличении поверхности сцепления, в какой-то мере снижается отрицательным влиянием уменьшения прочности самих волокон. Хорошие размалывающие свойства целлюлозы и прочная бумага могут быть получены при содержании а-целлюлозы до 94-95%, если пентозанов в ней содержится не менее 3,5-4%. Достаточно прочную бумагу можно получить также при содержании и-целлюлозы до 96% и пентозанов не менее 2,5-3%. При дальнейшем снижении содержания пентозанов целлюлоза теряет способность гидратироваться при размоле и образует малопрочную и пухлую бумагу. Целлюлоза холодного облагораживания с содержанием а-целлюлозы 97-98%, в которой остается не более 1,2-2% пентозанов, непригодна для бумажного производства (поданным С. Н. Иванова и др.).

Гемицеллюлозы оказывают большое влияние на бумагообразующие свойства растительных волокон и на процесс их размола. Однако не вполне ясна еще природа этого влияния.

Здесь следует лишь отметить некоторые бесспорные положения, хорошо подтверждаемые экспериментами и практикой применения различных волокнистых материалов для изготовления бумаги. Влияние гемицеллюлоз на процесс размола волокон и на бумагообразующие свойства размолотых волокон определяется не только количеством гемицеллюлозной фракции в растительных волокнах, но и химическим строением молекул этих компонентов, а также физическим состоянием всего комплекса элементов растительного волокна. Гемицеллюлозы прочно связаны в волокнах с целлюлозой. Для того чтобы они полнее могли проявить свое действие как пластификаторы волокон и для увеличения связей между отдельными волоконцами в готовой бумаге необходимо волокна размалывать в водной среде. При этом вследствие набухания гемицеллюлозы частично отщепляются от поверхности волокон.

Я. Г. Хинчин установил зависимость между способностью целлюлозы проклеиваться и содержанием пентозанов, согласно которой повышение содержания в целлюлозе пентозанов облегчает проклейку бумаги.

В условиях мягкого режима варки целлюлозы обнаруживается повышенное содержание гемицеллюлоз по сравнению с целлюлозой, полученной в результате варки при высокой температуре. В среднем содержание гемицеллюлоз в технических целлюлозах составляет примерно половину от количества гемицеллюлоз в исходной древесине. Н. П. Перекальский и В. Ф. Филатенков приводят данные И. Симмонса о химическом составе углеводной части различных целлюлоз.

Известное количество гемицеллюлоз не только придает целлюлозе определенные склеивающие свойства, необходимые для поверхностной связи волокон, но и обеспечивает фибриллирование волокон без чрезмерного уменьшения их длины при размоле.

Разные виды целлюлозы обладают различной способностью набухать в воде. Эта способность в основном определяется содержанием гемицеллюлоз в технической целлюлозе. Для древесных мягких сульфитных видов целлюлозы справедлива линейная зависимость степени набухания от содержания в целлюлозе пентозанов (по данным Г. Юнга и Б. Роуленда). Однако для жестких целлюлоз такой зависимости не установлено.

Известны также работы, в результате которых установлено, что при прочих равных условиях с повышением содержания в целлюлозе гемицеллюлоз растет сопротивление продавливанию бумаги, полученной из такой целлюлозы. Здесь, по-видимому, сказывается склеивающее действие гемицеллюлоз, подобно склеивающему действию крахмала, вводимого в бумажную массу и обеспечивающего повышение механической прочности бумаги. Опыты искусственного введения гемицеллюлоз в бумажную массу подтвердили получение при этом бумаги повышенной прочности.

Склеивающее действие, вызываемое гемицеллюлозами, связано с тем, что они имеют более короткие цепи но сравнению с целлюлозой и при набухании создают поперечные гибкие связи между соседними волокнами.

Высокое содержание а-целлюлозы необходимо для волокнистого материала, подвергаемого химической переработке. Добавка такого материала (например, облагороженной целлюлозы для производства вискозы) к размолотой обычной технической целлюлозе позволяет изготовить бумагу с более равномерным просветом и повышенными показателями впитывающей способности и пухлости, хотя и с несколько пониженными показателями механической прочности. Для замены тряпичных волокон при изготовлении бумаги-основы для пергамента добавляют подобную облагороженную целлюлозу с высоким содержанием а-целлюлозы к прочной беленой целлюлозе.

Р-целлюлоза состоит из наиболее длинных гемицеллюлозных цепей, а также продуктов деструкции длинных целлюлозных, молекул во время химической очистки, старения и других процессов, при которых возможна деструкция, р-целлюлоза имеет длину цепей, содержащих примерно от 50 до 200 глюкоз-ных остатков. Она растворима в 17,5%-ном растворе гидроксида натрия и может быть осаждена из него путем добавления в стандартных условиях кислоты.

7-целлюлоза — самая низкомолекулярная часть технической целлюлозы. Она состоит из гемицеллюлозных цепей и низко-молекулярных осколков, образованных в процессе деструкции целлюлозных молекул. Цепи у-целлюлозы имеют примерно 50 и менее глюкозных остатков. Эта фракция целлюлозы растворима в 17,5%-ном растворе гидроксида натрия и из него при подкислении не выпадает в осадок, у-целлюлозу определяют по разности между массой исходного препарата целлюлозы и суммой а- и р-целлюлоз.

Гемицеллюлозы- это группа полисахаридов, макромолекулы которых составлены из остатков гексоз, пентоз, метил-пентоз и уроновых кислот. Эти полисахариды легко растворяются при кипячении в разбавленных минеральных кислотах и не входят в состав камеди, слизи, пектиновых веществ и крахмала. По данным Н. И. Никитина, в древесине хвойных пород содержится 17-27% гемицеллюлоз, в древесине лиственных пород — от 18 до 41%.

Гемицеллюлозы являются важным компонентом технической целлюлозы: они пластифицируют волокна, облегчая их фибриллирование, что в свою очередь способствует повышению прочности связей между волокнами в бумажном листе.

Процесс старения бумаги и изменения при этом ее физико-механических и химических свойств протекает во времени и математически ход этого процесса с прогнозированием долговечности бумаги можно описать наиболее точно с привлечением для этого кинетической теории прочности материалов, разработанной академиком С. Н. Журковым. Именно эта теория с научно обоснованным учетом фактора времени оправдала себя практически для различных твердых тел кристаллического, аморфного и гетерогенного строения с различным типом межатомных связей. Она же оказалась вполне пригодной и для бумаги;

Реологические представления являются важными не только применительно к свойствам готовой бумаги или бумажных изделий, но и ко всем процессам бумажного производства. Поэтому бумагообразующие свойства волокнистых материалов не должны рассматриваться в отрыве от реологии — сравнительно молодой науки, методы которой еще, к сожалению, слабо используются в теории и практике производства бумаги.

Между тем знание реологических характеристик потоков различных волокнистых суспензий и внутренних структурных преобразований в них при разных режимах течения бумажной массы с хлопьеобразованиями или диспергированием хлопьев дает возможность обеспечить надлежащий напуск массы на сетку бумагоделательной машины и равномерный отлив бумажного полотна с высокими показателями его механической прочности при необходимой ориентации или дезориентации волокон.

Влияние химического состава технической целлюлозы на ее бумагообразующие свойства

Влияние клетчатки и гемицеллюлоз на бумагообразующие свойства волокон

Особого рассмотрения заслуживает вопрос о влиянии химического состава технической целлюлозы на бумагообразующие свойства ее волокон. Однако он также недостаточно полно изучен, и в настоящее время могут быть высказаны лишь отдельные положения общего характера.

Техническая целлюлоза содержит целлюлозные цепи различной длины. Говоря о химическом составе технической целлюлозы, имеют в виду прежде всего содержание в ней клетчатки, гемицеллюлоз и лигнина.

О содержании клетчатки принято судить по содержанию -целлюлозы — так условно назвали высокомолекулярную часть целлюлозы, не растворяющуюся в 1.7,5%-ном растворе гидроксида натрия и состоящую из цепей различного количества глюкозных остатков (200 и более). Хотя содержание а-целлюлозы в разных видах технической целлюлозы может быть одинаковым, тем не менее свойства этих видов целлюлозы и, следовательно, свойства изготовляемых из них образцов бумаги могут в значительной степени отличаться из-за различий фракционного состава -целлюлозы по длине цепей.

При определении содержания -целлюлозы в небеленых видах целлюлозы, имеющих значительное количество лигнина, должна быть сделана поправка на содержание лигнина, который в условиях определения а-целлюлозы в основном также оказывается нерастворимым вместе с -целлюлозой в 17,5%-ном растворе гидроксида натрия.

Принято -целлюлозу отождествлять с клетчаткой, однако такое отождествление должно быть признано условным. Так, Н. И. Никитин указывает, что а-целлюлоза из сульфатной вискозной (сосновой) целлюлозы содержит 2% гемицеллюлоз и 98% целлюлозы.

Хотя при высоком содержании а-целлюлозы волокнистый материал сам по себе обычно отличается повышенными показателями механической прочности, химической и термической стойкости, а также долговечности и стабильности белизны, но для получения прочного полотна бумаги необходимо наличие в технической целлюлозе гемицеллюлозных спутников. Без этих спутников или без искусственного добавления веществ, их заменяющих, чистая а-целлюлоза не склонна к фибриллированию в процессе размола и легко рубится.