Целлюлоза – моя дипломная работа.

Наиболее конкурентоспособным заменителем беленой целлюлозы по показателям выхода и прочностных свойств является беленая ХТММ. В Канаде разработан трехступенчатый способ отбелки ХТММ с использованием пероксида водорода на первой и третьей ступенях отбелки. После каждой ступени осуществляется эффективная промывка массы. В результате отбелки, продолжающейся при средней концентрации массы в отбельных башнях всего 15 мин при температуре 85-90°С, получается полуфабрикат с белизной 82-83% SO для еловой массы и с более высокой белизной для массы из лиственных пород древесины. Расход используемых при отбелке пероксида водорода, каустика и силиката существенно сокращается благодаря повторному использованию фильтратов отбелки.

Д. Кармайкл отмечает, что отбеленная в три ступени ХТММ отличается высокими показателями механической прочности, стабильной белизной и достаточной непрозрачностью, что дает возможность использовать ее вместо дорогостоящей беленой целлюлозы в композиции высококачественных видов бумаги.

Интересные сведения относительно одноступенчатой отбелки ХТММ из березы и осины сообщают Б. Кокта и К. Данольт, отметившие, что при расходе Н202 — 1% и — 2% достигается повышение белизны березовой ХТММ с 56 до 72% и осиновой ХТММ с 61 до 75%. Разрывная длина березовой ХТММ при этом повысилась с 4,25 до 6,25 км и осиновой ХТММ — с 4,5 до 6,7 км, а непрозрачность снизилась для березовой ХТММ с 94 до 87%, и для осиновой ХТММ с 91 до 85%. Двухступенчатая отбелка с использованием на второй ступени гидросульфита натрия лишь незначительно повысила белизну бумаги. Также незначительно повысилась белизна с увеличением расхода пероксида водорода до 3% при одноступенчатой схеме отбелки.

ХТММ разной степени отбелки нашла практическое применение при выработке различных видов картона, в том числе картона для упаковки жидкостей, тонких санитарно-гигиенических видов бумаги, пушонки, пухлых видов бумаги для печати. Для выработки санитарно-гигиенических видов бумаги рекомендуется использование ХТММ из древесины ели при степени помола 28-36°ШР и белизне 75-80%. В этих условиях детские пеленки можно изготовлять полностью из ХТММ или в композиции с незначительным количеством целлюлозы.

Стремление избежать при изготовлении целлюлозы варочных растворов, содержащих хлор или серу, привело к использованию а з о т н о-к и с л о г о метода производства целлюлозы. Этот метод заключается в применении при пропитке и варке раствора азотной кислоты и растворении путем продуктов взаимодействия в щелочной среде. Исследованиями были показаны возможности варки этим методом древесины различных пород, а также однолетних растений. Особенно пригодным этот способ оказался при использовании древесины лиственных пород. Получаемая при этом целлюлоза незначительно деструктируется в процессе варки, легко отбеливается- и благодаря высокому содержанию а-целлюлозы вполне пригодна для химической переработки.

Небеленая целлюлоза, полученная азотно-кислым методом, уступает по механической прочности аналогичной сульфатной целлюлозе, но превосходит ее по скорости размола и отличается более высокими показателями удлинения до разрыва и капиллярной впитываемое. Возможно, что подобная целлюлоза, особенно в беленом виде, может применяться в производстве различных видов бумаги-основы, фильтровальной, санитарно-гигиенических и других впитывающих видов бумаги.

Бисульфит пая варка на магниевом основании по методу магнефит при рН около 4 открывает новые перспективы в развитии сульфитцеллюлозного производства, так как капитальные затраты завода, работающего по этому методу, значительно ниже, чем соответственно сульфатного завода такой же производительности. Более низкими оказываются также расходы на химикаты и древесину, причем последняя используется той же породы, включая сосну, что и при сульфатном методе производства целлюлозы.

В производстве газетной бумаги применение бисульфитной целлюлозы представляет большой интерес, так как в этом случае возможно снижение общего содержания целлюлозы в ком-. позиции газетной бумаги. При этом также возможна успешная замена полубеленой сульфатной целлюлозы на бисульфитную с получением необходимых показателей качества газетной бумаги и обеспечением несколько повышенной прочности полотна во влажном состоянии. На одном из предприятий Финляндии бисульфитная хвойная целлюлоза на магниевом основании при выходе 60-65% успешно применяется для выработки газетной бумаги при высокой скорости работы. Используемая небеленая бисульфитная целлюлоза отличается высокой степенью белизны и легко поддается разделению на волокна без размола.

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.

Фактически в настоящее время на мировом рынке существует большое число разных марок целлюлозы, выпускаемых различными фирмами, часто конкурирующими между собой. Как сообщают польские авторы Ж. Ержиксвич и Ц. Крупский в своем отчете о поездке в Финляндию, только целлюлозный завод в Ментте вырабатывает в среднем около 40 разновидностей сульфитной целлюлозы. Спорным является вопрос о действительно необходимом и технически обоснованном многообразии разновидностей древесной целлюлозы. Однако нет сомнения в том, что технологи-бумажники должны располагать достаточно широким выбором видов целлюлозы для изготовления существенно различающихся по свойствам видов бумаги.

Рекомендуется при выработке жиронепроницаемых и прочных с сомкнутой поверхностью видов бумаги применять целлюлозу, содержащую достаточное количество гемицеллюлоз. При выработке пухлых, впитывающих влагу видов бумаги (промокательная, фильтровальная и т. п.) следует применять целлюлозу с ограниченным содержанием в ней гемицеллюлоз. Волокна такой целлюлозы слабо фибриллируются, легко рубятся в поперечном направлении, что обеспечивает получение рыхлого, пористого листа бумаги, обладающего благодаря этому хорошей впитывающей способностью.

Вместе с тем высокое содержание гемицеллюлоз в волокнах еще не определяет характер бумагообразующих свойств растительных волокон. Так, содержание гемицеллюлоз в белой древесной массе максимально. Однако эти волокна не склонны к фибриллированию и не пригодны для изготовления бумаги с плотной структурой и сомкнутой поверхностью. Очевидно, что большую роль при этом играют, как указывалось выше, расположение гемицеллюлоз в волокнах и наличие лигнина. Несомненное влияние на бумагообразующие свойства волокон оказывает также как химический состав гемицеллюлоз, так и морфологическое строение волокон. Несмотря на относительно высокое содержание гемицеллюлоз в целлюлозе из лиственных пород древесины, волокна такой целлюлозы, полученной в результате сульфитной варки, обеспечивают при отливе бумажного листа пористость бумаги, ее мягкость на ощупь, высокую впитывающую способность. Поэтому этот вид целлюлозы особенно пригоден для выработки санитарно-гигиенических видов бумаги.

Общие представления о зависимости некоторых свойств бумаги от морфологической структуры и химического состава волокон, из которых изготавливается бумага.

Представляет интерес влияние мелочи (мелких волокон) в целлюлозе на ее основные бумагообразующие свойства. Речь идет не о мелочи, полученной в результате размола, а о мелких волокнах, полученных в результате варки и являющихся частью технической целлюлозы. Исследованием свойств именно этой мелочи занимались в Советском Союзе П. С. Ларин и за границей Броун, Вурц и Свобода, а также другие исследователи.

Мелкая фракция содержит примерно в 10 раз больше смолистых веществ и золы, чем исходная сульфатная целлюлоза. Она отличается значительно более темным цветом, худшей способностью обезвоживаться. Наличие такой мелочи снижает сопротивления бумаги разрыву и излому.

Особенно сильно снижается прочность бумажного листа при ороговении мелочи в процессе сушки. Удаление мелочи промывкой и сортированием целлюлозы по длине волокон имеет большое значение для снижения смолистости целлюлозы, а также в производстве впитывающих видов бумаги. Удаление мелочи повышает долговечность бумаги и ее термостойкость. Вместе с тем добавление такой мелочи, названной естественной, в отличие от искусственно полученной в результате размола, повышает сопротивление бумаги продавливанию.

Сопоставление химического состава естественной мелочи с химическим составом длинных волокон, произведенное Л. Рисом, показало, что у длинноволокнистой фракции целлюлозы по сравнению с коротковолокнистой более высокое содержание а-целлюлозы и вязкости раствора целлюлозы при пониженных содержании лигнина, смолы и зольности, а также значениях аерманганатного и медного чисел. Длинноволокнистая фракция целлюлозы имеет значительно более низкую степень помола массы по сравнению с коротковолокнистой. Например, при степени помола исходной целлюлозы 13°ШР ее длинноволокнистая часть (88% волокон) имеет степень помола 10°ШР, а коротко-волокнистая фракция (12% волокон) — 68°ШР.

Новые методы модификации целлюлозы и минерального наполнителя

Методы модификации целлюлозы

Над новыми методами модификации свойств целлюлозы, и, в частности, целлюлозы, используемой для нужд бумажного производства, работают в настоящее время многие ученые. Как природные, так и искусственные целлюлозные волокна по сравнению с синтетическими обладают следующими преимуществами: высокой гигроскопичностью (для изделий народного потребления) и поэтому лучшей окрашиваемостью и высокими гигиеническими свойствами получаемых изделий; более высокой термоустойчивостью (меньшее снижение прочности при повышенных температурах) и термостойкостью (более высокая температура, при которой начинается деформация или потеря формы изделий); высокими показателями механической прочности (по данным В. А. Роговина).

Эти целлюлозные волокна имеют и недостатки: низкую устойчивость к действию химикалий, микроорганизмов и плесени; горючесть; недостаточно высокую эластичность и поэтому невысокую устойчивость к сохранению формы и повышенную сминаемость.

Указанные недостатки могут быть в значительной степени устранены путем специальных обработок и модификации свойств целлюлозы и ее производных при сохранении основных достоинств модифицируемого полимера с одновременным приданием ему новых важных свойств. Рассмотрение методов придания целлюлозным волокнам различных свойств путем специальных обработок в задачу настоящей книги не входит. К тому же большая часть методов улучшения свойств целлюлозных материалов находится в стадии исследований.

Прививкой полимеров на целлюлозе и ее производных можно достигнуть: стабильности размеров и уменьшения абсорбции влаги при прививке гидрофобных полимеров; увеличения в ряде случаев механической прочности, а также влагопрочности при прививке гидрофильных полимеров, повышения жесткости при прививке жестких полимеров, вялости и числа двойных перегибов при прививке каучукоиодобных полимеров; увеличения способности окрашиваться различными красителями при прививке соответствующих полимеров.