Целлюлоза – моя дипломная работа.

Применение в отечественной бумажной промышленности соломенной целлюлозы и близкой ей по свойствам целлюлозы из тростника имеет большое народнохозяйственное значение, несмотря на то, что СССР является самой богатой страной мира по лесным ресурсам. Однако запасы древесины в стране размещены неравномерно и многие районы являются безлесными. Именно в этих районах для изготовления целлюлозы и полуцеллюлозы используют солому и тростник.

В. Бублитц указывает, что в тех странах, где ресурсы древесины ограничены, солому можно применять при получении целлюлозы с удовлетворительными показателями качества для изготовления бумаги. Однако в США, где, по мнению указанного автора, запасы древесины достаточны, солому следует использовать для нужд бумажной промышленности еще и потому, что сжигание ее после уборки урожая вызывает загрязнение атмосферы.

Предполагается, что через столетие волокна однолетних растений в целлюлозно-бумажной промышленности США получат значительное применение. В настоящее время, по данным Ж. Н. Мак Говерна, из соломы, тростника, бегассы, эспарто и бамбука в США вырабатывается около 6% всей бумажной продукции.

Запасы соломы в Советском Союзе достигают 250-270 млн. т в год, из которых наиболее важные — ржаная и пшеничная — составляют примерно 65%. Основными районами сосредоточения соломы являются: Поволжье, Центрально-Черноземная зона, Северный Кавказ, Урал, УССР и Казахская ССР. Тростник произрастает в Украинской, Казахской, Узбекской, Азербайджанской союзных республиках и в РСФСР.

Оба вида целлюлозы (соломенная и тростниковая) характеризуются высоким содержанием гемицеллюлоз (особенно пентозанов), высокой зольностью (преимущественно соли кремневой кислоты), неоднородностью фракционного состава волокон при наличии значительного количества клеток неволокнистого строения, сравнительно малой толщиной волокон.

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.

Скорость размола различных целлюлоз определяется не содержанием в них пентозанов, а всеми низкомолекулярными фракциями, включая и пентозаны (по данным Н. Я. Солечника,

Л. Н. Антонович и Л. Е. Акима). Наибольшее значение, по-видимому, имеет фракция гемицеллюлоз, растворимая в 5%-ном растворе гидроксида натрия. Поэтому многие авторы считают, что количество гемицеллюлоз, определяемое методом щелочной экстракции, является характерным показателем бумагообразующих свойств целлюлозных волокон.

Однако следует иметь в виду, что гексозаны, являющиеся основным компонентом хвойных пород древесины (в частности, глюкоманнаны и галактоглюкоманнаны), более эффективно влияют на способность целлюлозы к размолу и на бумагообразу-ющие свойства волокон, чем пентозаны (в частности, глюкуро-ноксиланы), являющиеся основным компонентом гемицеллюлоз лиственных пород древесины. Л. Котрэлл объясняет этот факт-тем, что маннан по сравнению с ксиланом имеет на каждый глюкозный остаток одну лишнюю гидроксильную группу, которая обладает к тому же большей активностью по отношению к воде, чем все остальные гидроксильные группы. Благодаря этому маннаны и обеспечивают большую прочность связей между волокнами. Это и позволило многим авторам рекомендовать их введение в бумажную массу с целью ускорения процесса размола, а также для повышения механической прочности вырабатываемой бумаги.

В значительной степени бумагообразующие свойства растительных волокон определяются содержанием в целлюлозе по-лиуронидов-углеводов, содержащих типичные группы уроновых кислот и тесно ассоциированных с лигнином (по данным Л. Кот-рэлла и др.). Количество полиуронидов в целлюлозе определяют по содержанию карбоксильных групп, имеющихся в полиурони-дах. Одним из углеводов полиуронидного характера является пектин, влияние которого на скорость размола волокон и способность образовывать прочный лист бумаги отмечается многими авторами (Клаудиц, Саарино, Вюрц и др.).

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.