Целлюлоза – моя дипломная работа.

Обычно соломенная и тростниковая целлюлозы имеют после отбелки высокую степень белизны. Поэтому введение этих полуфабрикатов в композицию различных видов бумаги способствует повышению белизны бумаги.

Однако, по данным Р. Ветштейна, стабильность белизны соломенной целлюлозы меньше, чем древесной, поэтому продолжительность хранения ее ограничена. При использовании соломенной целлюлозы в композиции бумаги повышается равномерность массы 1 м2 вырабатываемой бумаги, уменьшается пылимость бумаги, повышается сопротивление бумаги выщипыванию и истиранию, а также гладкость бумаги.

Влияние наличия рассматриваемых полуфабрикатов н светопроницаемость бумаги сказывается в двух направлениях: с одной стороны, благодаря гладкой поверхности бумаги и сомкнутой структуре листа из этих видов целлюлозы повышается светопроницаемость, с другой — вследствие того, что лист бумаги изготовлен из коротких волокон и обладает большим числом плоскостей отражения световых лучей, светопроницаемость снижается. Поэтому в зависимости от композиции бумаги, качества используемой целлюлозы и технологического процесса изготовления бумаги может преобладать влияние какого-либо фактора, т. е. может быть эффект либо некоторого повышения светопроницаемости бумаги, либо снижения его. В тех случаях, когда введение соломенной целлюлозы приводит к снижению светопроницаемости бумаги, на бумаге более отчетливо выделяется водяной знак.

Благодаря особенностям морфологического строения соломенной целлюлозы (короткие разнородные волокна) обеспечивается ровный просвет изготовляемой бумаги. Этот полуфабрикат используется при выработке писчих видов бумаги, матричного картона и различных видов бумаги для печати. Особо пригодна соломенная целлюлоза для изготовления звонкой бумаги, например бумаги для почтовых открыток. По данным Ф. Вульча и К- Шуберта, при использовании в количестве 20 22% соломенной целлюлозы, изготовленной по нейтрально-сульфитному методу, в композиции бумаги, предназначенной для печати (масса 50-80 г/м2), не только не наблюдалась звон- кость бумаги, но и отмечалось даже повышение ее мягкости. Авторы отмечают при этом целесообразность раздельного размола соломенной и древесной видов целлюлозы.

Окоренная древесина от рубок ухода и отходов лесозаготовок может быть использована как в отдельном виде, так и в смеси в любом соотношении с окоренной балансовой древесиной для получения беленой сульфатной целлюлозы, небеленой сульфитной целлюлозы для различных видов бумаги и картона, небеленой сульфатной целлюлозы типа НС-2 и для производства картона марок К-2 и К-3, бисульфитной полуцеллюлозы, предназначенной для массовых видов бумаги и картона, бисульфитной целлюлозы для покровных слоев коробочного картона. Окоренная древесина может быть использована также и при выработке сульфитной беленой целлюлозы марок А-1, А-2, Б-1, Б-2, но при наличии сосновой древесины ограничения могут быть из-за смоляных затруднений. В производстве сульфатной небеленой целлюлозы для мешочной бумаги также можно использовать окоренную древесину от рубок ухода и вершин деревьев отходов лесозаготовок, но только в виде добавок к щепе из балансовой древесины в объеме не более 25%.

Бумагообразующие свойства различных видов древесной массы (белой, бурой, химической) подробно рассмотрены П. X. Ласкеевым. Здесь нужно отметить, что волокна древесной массы, являющиеся продуктом механической обработки древесины, содержат все компоненты, имеющиеся в природной древесине. Это накладывает отпечаток на бумагообразующие свойства волокон древесной массы, которые в отличие от волокон целлюлозы, являются хрупкими и жесткими, они имеют неправильную форму и меньшую длину. При введении в композицию бумаги эти волокна обычно уменьшают ее механическую прочность, гладкость, сомкнутость поверхности и долговечность, пухлость бумаги при этом повышается.

Качество дефибрерной древесной массы (ДДМ) зависит, как известно, от многих факторов, в том числе и от влажности древесины, подвергаемой дефибрированию. Этот фактор оказывает существенное влияние на фракционный состав получаемой древесной массы и, в частности, на содержание в древесной массе наиболее длинноволокнистой фракции. По данным Ф. Вульча, при влажности древесины 20% можно получить в древесной массе не более 20% длинных волокон, при влажности 28% содержание длинноволокнистой фракции достигает уже 23%, а при 40-50% количество длинных волокон в древесной массе увеличивается до 30-34%.

Существенен и экономический фактор применения лиственной целлюлозы в производстве бумаги: древесина лиственных пород дешевле хвойных и ее применение расширяет сырьевую базу для бумажной промышленности.

А. Арлов приводит сравнение между собой свойств сульфитных и сульфатных беленых видов целлюлозы (хвойных и лиственных). Он отмечает, что беленая сульфитная целлюлоза обладает наибольшей скоростью обезвоживания, светонепроницаемостью и наименьшей механической прочностью.

Коротковолокнистая целлюлоза лиственных пород древесины снижает механическую прочность бумаги и при значительном содержании в композиции бумаги вызывает ее пылимость. Уменьшить или даже ликвидировать эти дефекты возможно применением на бумагоделательной машине клеильного пресса, а также введением в композицию бумаги крахмала или карбоксиметил-целлюлозы.

При оценке прочности лиственной целлюлозы нужно иметь в виду, что показатель разрывной длины не является характерным. Он может иметь ту же величину, что и у хвойной целлюлозы. Однако показатели сопротивлений раздиранию и излому обычно у лиственной целлюлозы имеют более низкое значение сравнительно с соответствующими показателями хвойной целлюлозы.

Волокна лиственной целлюлозы в водной суспензии образуют менее прочную структуру, чем волокна хвойной целлюлозы и в процессе приготовления бумажной массы относительно легко флотируются или оседают в бассейнах. Использование лиственной целлюлозы влечет за собой повышение содержания мелких волокон в сточной воде, что увеличивает нагрузку на улавливающую аппаратуру.

Введение в бумагу целлюлозы лиственных пород древесины снижает влагопрочность бумажного полотна. При чрезмерно высоком содержании этого полуфабриката в композиции бумаги и при повышенной скорости бумагоделательной машины могут быть обрывы бумаги. По-видимому, это обстоятельство вместе с пониженным сопротивлением раздиранию являются причинами ограничения верхнего предела содержания лиственной целлюлозы в бумаге. Наличие вакуум-пересасывающего устройства с надлежащей структурой сукна (незабивающейся мелкими волокнами) и при соответствующей промывке сукна, а также ограничение растяжения бумажного полотна между узлами бумагоделательной машины облегчает выработку бумаги с высоким содержанием лиственной целлюлозы на высокой скорости машины.

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.

Бумага не идеально упругое и не идеально вязкое тело. В ней проявляются как упругие, так и вязкопластические свойства называемые реологическими и в значительной степени определяемые бумагообразующими свойствами волокон, из которых состоит бумага.

Из шести исследованных видов волокон наибольшей упругостью обладают волокна хлопка, а наибольшей пластичностью волокна соломенной целлюлозы (по данным В. П. Аликина) Волокна сульфатной и сульфитной древесных видов целлюлозы имеют промежуточные значения упругих свойств, причем сульфатные волокна более упруги, чем сульфитные, а небеленые волокна более упруги, чем те же волокна, подвергнутые отбелке.

Если в классических теориях упругости и пластичности фактор времени не учитывается при установлении связи между напряжениями и возникающими при том деформациями, то в исследованиях свойств бумаги просто невозможно пренебречь этим основным фактором реологии. При испытании прочности бумаги на разрыв продолжительность приложенной нагрузки при прочих равных условиях определяет величину разрывного груза. Чем быстрее разрывается полоска, тем больше ее разрывной груз. Поэтому при определениях разрывного груза необходимо иметь в виду условность этой величины, соответствующей строго регламентированной скорости нагружения полоски бумаги. Однако в процессе использования бумаги и бумажных изделий они практически не подвергаются воздействию разрывной нагрузки и поэтому важным показателем являются реологические свойства бумаги в эксплуатационных условиях.

Механизм процесса деформации бумаги в результате ее увлажнения и последующей сушки связан не только с явлениями набухания волокон, расклинивающего и пластифицирующего Действия воды, но и с сопутствующей этому релаксацией напряжений в структуре бумаги, что приводит к смещению волокон и нарушению линейных размеров бумаги.