Целлюлоза – моя дипломная работа.

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.

Чем тоньше стеклянные волокна, тем легче вырабатывать бумагу. Уже применяются волокна толщиной в 2,75 мкм и предполагается для изготовления стеклянной бумаги использовать волокна толщиной порядка 1,5 мкм. В качестве связующих служат синтетический латекс и кремневая кислота.

Из стеклянных волокон можно получать пухлую бумагу с плотностью 0,25-0,3 г/см3. Фильтры из такой бумаги задерживают даже частицы табачного дыма величиной 0,05-0,1 мкм.

Бумага, содержащая стеклянные волокна, быстро высыхает без коробления и усадки. Ускорение процесса сушки заметно уже при 5%-ном содержании в бумаге стекловолокон.

Бумага, изготовленная из волокон кварцевого стекла и силиката алюминия, обладает высокими электроизоляционными свойствами и выдерживает нагрев до 2000°С.

В помещениях атомных установок фильтры из стеклянных волокон применяют для удаления радиоактивной пыли из воздуха и для фильтрации водных суспензий.

В качестве связующего при добавлении стеклянных волокон в бумажную массу применяют поливинилацетат, фенольные смолы, эфиры полиакриловой кислоты, силиконы и латексы. Для получения прочной бумаги, в которую добавлены стеклянные волокна, желательно, чтобы целлюлоза, являющаяся основой этой бумаги, имела жирный помол.

Техническая фильтровальная бумага, изготовляемая из 100% стеклянных волокон, обладает высокой фильтрующей способностью, она устойчива к действию химикатов и микроорганизмов. Через такую бумагу можно фильтровать горячие и агрессивные жидкости и газы. Подобная бумага легко стерилизуется, что обеспечивает ей возможность широкого применения в медицине и фармакологии. Некоторые виды такой фильтровальной бумаги способны задерживать даже бактерии.

Стеклянные волокна могут служить и в качестве средства упрочнения изготовляемой бумаги. Этим пользуются при выработке прочной самосклеивающейся бумажной ленты, служащей для укрепления углов картонных ящиков, а также при выработке высокопрочной упаковочной, мешочной и шпагатной видов бумаги.

Один из способов заключается в использовании растворителя термопластической смолы, быстро испаряемого вследствие резкого снижения давления при выходе раствора полимера из формующего сопла. При этом в полимере появляется множество трещин и он получается в виде пухлого жгута типа губки, который затем подвергают разрезанию и размолу. Для изготовления бумаги полученные волокна смешивают с натуральной целлюлозой, которой в готовой бумаге содержится 50%. Отлив бумаги осуществляется обычным способом.

Несмотря на расщепленность волокон синтетической целлюлозы, бумага, изготовленная с использованием этих волокон, уступает обычной бумаге по показателям механической прочности из-за отсутствия водородной связи между фрагментами волокон. Плотность „бумаги из синтетической целлюлозы в 3-4 раза меньше, чем обычной, и составляет 0,25-0,3 г/см3. При толщине в. 0,7 мм воздухопроницаемость бумаги примерно в 3000 раз превышает воздухопроницаемость обычной бумаги той же толщины. Она отличается также высокоупругими свойствами, проявляющимися в большей степени у бумаги повышенной толщины.

Сочетание пластических масс с растительными волокнами или выработке бумаги с целью придания ей специфических свойств находит все большее развитие. Известно, например, что введение в бумажную массу небольшого количества особого вида пластмассы в виде мелких частиц, которые при нагревании бумажного полотна во время его сушки увеличивают свой диаметр в 5-10 раз, приводит к получению бумаги с пухлой структурой при малой массе 1 м2. Этот новый вид бумаги дает возможность сэкономить 25-40% древесины, расходуемой на изготовление обычной бумаги аналогичного назначения.

По данным исследовательской работы, выполненной в США, сочетание соломенной целлюлозы с сульфатной из древесины хвойных пород дает возможность получить волокнистый материал с более высокими показателями сопротивлений разрыву при растяжении, продавливанию, излому и раздавливанию (гофра), чем у соответствующего материала, изготовленного из одной сульфатной целлюлозы. Поэтому в выводах указанной работы рекомендуется подобное сочетание соломенной и сульфатной видов целлюлозы применять в тех случаях, когда обычно применяется смесь целлюлозы из древесины хвойных пород с целлюлозой из древесины лиственных пород или из опилок. Полученный высокий показатель сопротивления волокнистого материала раздавливанию свидетельствует о целесообразности использования соломенной целлюлозы, возможно, в сочетании с нейтрально-сульфитной полуцеллюлозой из древесины лиственных пород при изготовлении среднего слоя гофрированного картона.

По своему фракционному составу разные виды соломенной целлюлозы неоднородны и могут содержать до 40% неволокнистых частиц и коротких волокон. Исследования Д. Боррузо показали, что неволокнистая фракция оказывает неблагоприятное влияние на способность соломенной целлюлозы к обезвоживанию и на показатели механической прочности изготовляемой бумаги. При этом показатели плотности и светонепроницаемости бумаги не ухудшаются от присутствия неволокнистой фракции.

Как указывается в одной из американских работ, тростниковая целлюлоза сульфатной варки по выходу и показателям механической прочности превосходит сульфатную целлюлозу из рисовой соломы. Отмечается, что при варке тростниковой сечки можно увеличить плотность загрузки котла по сравнению с плотностью при варке соломенной сечки.

Выше были перечислены общие закономерности, наблюдаемые обычно при использовании в композиции бумаги соломенной и тростниковой целлюлозы. Однако необходимо отметить, что в зависимости от режима варки и обработки указанных видов целлюлозы, их соотношения с древесной целлюлозой, выраженного в процентах, практически могут быть и отклонения от указанных закономерностей.

Волокна соломы, образованные прозенхимными клетками междоузлий, имеют длину от 0,5 до 2,0 мм. Эти волокна тонкие (толщиной 0,01-0,02 мм) и имеют заостренные концы. Кроме того, волокна соломы содержат также короткие неволокнистые клетки эпидермиса зубчатой и спиральной формы, клетки паренхимы, коленец. Эти мелкие клетки в значительной части теряются при варке и промывке.

Волокна произрастающего в СССР тростника имеют длину в 1 пределах 1,2-2,0 мм, среднюю толщину 0,013-0,023 мм. Отношение длины волокон к их толщине от 1:84 до 1:130. Количество частиц размером менее 0,1 мм- 10%.

Солому варят сульфатным, натронным, нейтрально-сульфитным и хлорно-щелочным методами. В зависимости от режима варки в целлюлозе содержится, лигнина от 2,4 до 5,1, золы от 3,1 до 5,8, пентозанов 24,5-30,7, в беленой соломенной целлюлозе: лигнина 1,5-4,0, золы 1,8-5,0, пентозанов 23,5-30,6, в целлюлозе из тростника, в зависимости от способа и режима варки, золы 1,5-5,5, пентозанов- 12-25.

Оба вида целлюлозы обладают способностью легко размалываться и быстро при этом повышать степень помола. Таким образом, расход энергии на размол этих видов целлюлозы относительно невелик. Волокна соломенной целлюлозы, даже не будучи еще размолоты, образуют массу, имеющую уже достаточно высокую степень помола: до 30°ШР, а волокна тростниковой целлюлозы — до 25°ШР.

Из-за значительного сопротивления водоотдаче, целлюлозу из соломы и тростника трудно использовать для выработки бумаги на быстроходной бумагоделательной машине, так как это связано со снижением ее скорости. Обычно такую целлюлозу, употребляют в композиции с другими видами волокнистых материалов. Количество вводимой в композицию бумаги соломенной целлюлозы в зависимости от вида бумаги колеблется обычно в пределах от 15 до 60%.