Целлюлоза – моя дипломная работа.

Весьма перспективным в этом отношении является разработанная в Швейцарии система Орфа, проходящая промышленные испытания в Филадельфии и в других городах США. Эта система всего за 17 мин превращает смешанные городские отходы в ряд ценных сырьевых материалов для изготовления пластиков, керамики, бумаги, стекла, металлов и органических веществ для компоста и топлива.

Об объеме отходов больших городов можно судить по данным печати, сообщающей, что жители Нью-Йорка ежегодно выбрасывают отбросов в виде мусора в 9 раз больше, чем они весят сами. В отбросах Нью-Йорка содержание бумаги и картона составляет примерно 50%. За год в одном Нью-Йорке оказывается необходимым уничтожить сжиганием около 350 ООО т газетной бумаги. Систематическое сжигание такого большого количества бумаги связано с излишним загрязнением окружающей среды. Поэтому выдвигается идея использовать эту бумагу без сжигания на полях для удобрения почвы. Однако целлюлоза за 6-8 нед пребывания в земле разлагается не более чем на 60%, а оставшиеся 40% не поддаются дальнейшему разложению. Проведенными исследовательскими работами установлено, что некоторые микроорганизмы способны ускорить разложение целлюлозы и катализируют гидролиз ее растворимых производных. В связи с этим рассматривается предложение о изготовлении газетной бумаги с содержанием в композиции таких микроорганизмов, которые, не снижая всех обычно предъявляемых к газетной бумаге требований, способствовали бы хорошему использованию отбросов из такой бумаги для компостирования почвы.

Фирма Сент Реджис Пейпер (США) вырабатывает три вида бумаги для офсетной печати с использованием в композиции от 30 до 55% волокон бумажной макулатуры, получаемой из неотсортированного городского мусора. На бумажной фабрике мусор отсортировывается, макулатура поступает на сортировки и центробежные очистители, после чего отбеливается до 75% Дж. Эл. В композицию вырабатываемых видов бумаги входит также беленая древесная масса и беленая сульфатная целлюлоза из древесины хвойных пород. Качество вырабатываемой бумаги, если не считать несколько повышенную сорность, не уступает качеству соответствующих видов бумаги для печати.

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.

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.

Величина длинноволокнистой фракции у ХТММ несколько большая, чем у ХММ, полученной в результате размола в дисковых мельницах при атмосферных условиях. Это объясняется тем, что при изготовлении ХТММ на массу оказывают влияние не только химические, но и термические размягчающие ее воздействия. При изготовлении ХТММ сульфит натрия обычно вводится в щепу перед ее термической обработкой.

Разновидностью этого способа является способ ОПКО, разработанный канадской фирмой Онтарио Пейпер К°. Выход из древесины волокон, полученных по способу ОПКО, составляет около 90%. Сущность способа заключается в обработке сульфитом натрия (7-10% от массы древесины) в течение примерно 1 ч при температуре 130-160°С ТММ с концентрацией более 10% после 1-й или 2-й ступеней размола. В результате подобной обработки получаются, судя по литературным данным, сильно фибриллированные скрученные волокна, обеспечивающие бумажному полотну эластичность, высокую растяжимость и малое число обрывов на бумагоделательной машине. Сообщается, что бумага, полученная по способу ОПКО, отличается большей прочностью во влажном состоянии, чем бумага из ТММ. Поэтому особенно рекомендуется применять указанный полуфабрикат при выработке бумаги на относительно старых машинах, на которых отсутствует вакуум-пересасывающее устройство.

ТММ из лиственных пород древесины уступает по физико-механическим свойствам ДДМ из ели или пихты. Поэтому лиственные породы древесины целесообразнее использовать для получения ХММ или ХТММ в тех случаях, когда хотят получить прочный продукт. При мягкой химической обработке из древесины лиственных пород можно изготовить полуфабрикат с выходом 90-94%, превосходящий по прочности сцепления волокон ТММ из хвойных пород, но уступающий ей по сопротивлению раздиранию, белизне и непрозрачности.

Если применительно к различным видам бумаги для печати недостатками новых полуфабрикатов (ТММ, ХТММ, ХММ) по сравнению с традиционно применяемой целлюлозой являются их относительно невысокая белизна, склонности к пожелтению и пылимости, то преимуществами в первую очередь служат существенное удешевление бумаги с улучшением ее печатных свойств, в том числе снижение сквозной пропечатки.

ДДМД из хвойных пород древесины имеет более высокие показатели механической прочности, чем обычная ДДМ: сопротивление раздиранию на 40%, продавливанию на, 30%, прочность во влажном состоянии на 50%, прочность на растяжение во влажном состоянии на 20%. В ДДМД сохраняется больше длинных волокон, чем в обычной ДДМ, они лучше фибриллируются, что обеспечивает более высокие показатели прочности поверхности бумаги на выщипывание. Одновременно уменьшается пылимость бумаги, увеличивается ее непрозрачность, гладкость и лоск, уменьшается пористость бумаги и пробивание отпечатка на обратную сторону листа.

В Финляндии выпускают газетную бумагу с содержанием 92% ДДМД и 8% сульфитной целлюлозы. Используется ДДМД также при выработке разных видов бумаги для печати и бумаги-основы для мелования. Опытные выработки ДДМД из древесины осины показали, что полученная масса имела прочность межволоконных связей на 15-20% большую, чем в аналогичных условиях обычная ДДМ. После отбелки пероксидом водорода ДДМД из осины имела белизну такую же, как и из древесины ели.

Помимо методов истирания балансовой древесины разработана технология изготовления тепы в дисковых мельницах с получением так называемой рафинерной древесной массы (РДМ) и рафинерной древесной массы, полученной под давлением (РДМД).

РДМ из щепы хвойных пород древесины отличается от обычной ДДМ повышенным содержанием первых двух крупных фракций, пониженным содержанием мелких фракций, высокими сопротивлениями раздиранию и продавливанию, а также значительной прочностью листа во влажном состоянии. Применяя соответствующие режимы размола и сортирования, можно получить массу с минимальным содержанием костры.