Целлюлоза – моя дипломная работа.

Исследованием бумагообразующих свойств фибриллирующихся полиакрилонитрильных волокон занимались С. И. Лерман. С помощью инфракрасной спектрографии ею установлено, что в процессе бумагообразования эти волокна образуют вторичные связи. Образованию этих связей способствует свойство волокон фибриллироваться и подвергаться значительной усадке при нагреве в водной среде. Установлению аутогезионных связей между волокнами способствуют происходящие при сушке термомеханические изменения, а также частичное растворение поверхности полиакрилонитрильных волокон остатками растворителя волокон — диметилформамида, также обнаруженного на волокнах методом инфракрасной спектроскопии.

Исследования П. А. Демченкова показали, что для получения прочного бумажного листа из смеси хлопковых и синтетических волокон в качестве связующего для пропитки можно использовать натриевую соль карбоксиметилцеллюлозы, поливиниловый спирт (ПВС), поливинилацетатную эмульсию (ПВА) и дивинилстирольный латекс СКС-30. Наибольшее повышение прочности из них обеспечивают ПВС и латекс. Последний, кроме того, сообщает бумаге высокую степень проклейки и влагопрочность, поэтому он пригоден для изготовления прочных видов бумаги типа картографической. Из синтетических волокон указанный автор рекомендует использование волокон лавсана, которые образуют наиболее прочную бумагу с минимальной деформацией при увлажнении. В другой своей работе тот же автор отмечает, что использование поливинилспиртовых волокон в композиции бумаги при их содержании 10-15% способствует значительному повышению сопротивлений бумаги излому и раздиранию при некотором снижении удержания в бумаге минерального наполнителя. Оптимальное количество волокон винола в композиции бумаги 20-25%.

Бумага, получившая название синтозил и содержащая волокна найлона, нашла себе широкое применение. Интересны сведения, приведенные в одном из французских журналов об испытаниях этой бумаги. Географическая карта, отпечатанная на бумаге синтозил, использовалась вместо троса для подъема с помощью крана легковой автомашины с четырьмя пассажирами.

В Научно-исследовательском институте целлюлозно-бумажной промышленности Финляндии были установлены следующие условия двухступенчатой обработки березовой щепы перед ее размолом для получения ХММ и ХТММ с высокими прочностными и печатными свойствами изготовляемой бумаги. 1-я ступень — мягкая щелочная обработка гидроокисью натрия с концентрацией 0,12-0,18 моль при гидромодуле 5 л/кг с продолжительностью периода повышения температуры от 20 °С до максимальной (75 или 100 °С) при давлении 300 кПа — 30 мин и продолжительности выдержки при максимальной температуре — 2 ч (75°С), 1 ч (100°С). 2-я ступень — сульфонирование с использованием при рН 6,5 с концентрацией 0,7-0,8 моль при гидромодуле 3,5 л/кг с продолжительностью периода подъема температуры от 90°С до 125°С- 1 ч и продолжительностью выдержки при 125°С 30 мин.

Для надлежащей пропитки щепы химическими реагентами при получении ХММ и ХТММ рекомендуется перед пропиткой возможно полнее удалять из щепы воздух путем предварительной пропарки щепы и ее механического сжатия. Простое опрыскивание щепы химическими реагентами не обеспечивает получение качественных полуфабрикатов.

В Университете г. Три Риверс (Канада) разработан декомпрессионный (взрывной) метод переработки древесины с получением модифицированной древесной массы, давший особенно хорошие результаты при использовании лиственной древесины. Метод заключается в пропитке щепы химикатами (например, 8% и 2% №ОН), последующей обработке паром (4 мин), сбросе давления, осуществлении размола и отбелки массы. В результате получается масса с выходом свыше 90% и белизной в пределах 52-58%. Показатели механической прочности полученной массы из осины примерно те же, что и у сульфатной осиновой целлюлозы при большем выходе (90%. вместо 58%) и большей белизне (54% вместо 35%). Расход энергии на раз- мол ниже, чем в обычном производстве ХТММ из того же вида древесины.

Подробные сведения о различных видах механической и химической древесной массы и их бумагообразующих свойствах приведены в работах.

В работе предположено, что в процессе размола пропитанной щепы происходит механохимическая деструкция лигно-углеводного комплекса древесины, приводящая к образованию новых функциональных групп, резко усиливающих когезионные свойства и обусловливающих целесообразность применения этого полуфабриката для дальнейшей модификации. Сульфони-рование полученной массы резко повышает прочностные свойства ХММ, полученной указанным выше способом.

В последнее время проходит промышленную проверку разработанный в лабораторных условиях и на полузаводской установке новый способ получения ХММ из лиственной древесины и недревесного сырья (кенафа и соломы), в котором соединения серы не используются. В результате получается так называемая бессерная химико-механическая масса (БСХММ) с выходом 80-90%.

Пропитка исходного сырья осуществляется с применением моноэтаноламина и водного раствора гидроокиси аммония. Расход химикатов небольшой даже без регенерации. Впрочем, регенерация химикатов и тепла в этом процессе легко осуществимы.

БСХММ с выходом 90% из древесины осины получается при удельном расходе энергии 250 кВт- ч/т. Масса из смешанных лиственных пород древесины по своим свойствам признана пригодной для изготовления бумаги-основы для гофрирования и плоских слоев гофрированного картона. БСХММ в случае надобности поддается отбелке. Преимущества нового процесса получения ХММ заключаются в отсутствии загрязнений окру- жающей среды серосодержащими выбросами, низком БПК. сто- ков, простоте регенерации химикатом, возможности использования отработанного щелока в качестве топлива и низком удельном расходе энергии на размол химически обработанной щепы.

ХТММ получается в результате сочетания процессов химической и термомеханической обработки щепы. Таким образом, ХТММ является частным случаем ХММ, поскольку ХММ в широком значении термина характеризует массу, полученную в результате размола древесной щепы после химической обработки в дисковых мельницах, работающих как при атмосферных условиях, так и при повышенном давлении.

Сравнивая три известных способа получения ХММ (с предварительной обработкой щепы сульфитными растворами, сульфонированием грубой массы между ступенями размола и сульфонированием латентной ТММ), А. И. Бобров с сотрудниками приходят к следующим выводам: при предварительной обработке щепы сульфитными растворами можно получить ХММ с различным выходом, а следовательно, производить массу с широким спектром свойств в зависимости от ее назначения; обработка грубой массы между ступенями размола дает возможность повысить некоторые показатели массы и улучшить условия изготовления бумаги; обработка сульфитом натрия латентной ТММ оказывает положительное влияние на ее бумагообразующие свойства; такая же обработка отходов сортирования перед их размолом в дисковой мельнице дает возможность улучшить некоторые показатели всей массы, не ухудшая ее оптических свойств, что важно при производстве печатной бумаги с пониженной массой 1 м2.

С. Г. Аким в лабораторных и полузаводских условиях разработала способ получения прочной ХММ из осиновой древесины с выходом 86-88%, заключающийся в пропитке щепы 1,5%-ным водным раствором гидроксида натрия, размоле пропитанной щепы в оригинальном аппарате под воздействием сил сжатия и сдвига между гладкими размалывающими поверхностями и последующем сульфонировании полученной массы 1,7-2%-ным раствором сульфита натрия при температуре 130°С в течение 60 мин.

Пропитка щепы гидроксидом натрия облегчает при размоле ее разделение на волокна, а размол методом сжатие-сдвиг (аналогично размолу в лабораторной мельнице Лампена) обеспечивает это разделение на волокна с одновременным разделением волокон по среднему слою вторичной стенки с фибриллированием без заметного укорачивания. Вместе с тем в мельнице ЦРА (или Иокро), когда размол волокнистого материала осуществляется между рифлеными поверхностями наряду с выделением и фибриллированием волокон происходит их заметное укорачивание.

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.