Целлюлоза – моя дипломная работа.

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.

В результате как сульфитной, так и сульфатной варок древесных волокнистых материалов пористость волокон резко возрастает. При этом, как свидетельствует С. И. Лерман, объем пустот клеточной стенки увеличивается приблизительно в 70 раз, а удельная поверхность волокон в 40 раз.

По статистическим данным, производство сульфатной целлюлозы растет быстрее, чем сульфитной. Это объясняется, в первую очередь, тем, что сульфатный метод обеспечивает возможность лучшего использования разных пород древесины, а также тем, что вопросы регенерации химикатов и их использования в первом случае решаются проще. Кроме того, прогресс в области технологии процесса отбелки позволил получить сульфатную целлюлозу высокой степени белизны.

В последнее время существенный прогресс был достигнут в области применения различных химических добавок в процессе щелочных варок целлюлозы, в частности сульфатной варки. Особенная эффективность была достигнута при добавках антрахинона и его производных. Было установлено [16], что с добавлением антрахинона увеличивается выход целлюлозы после варки как хвойной, так и лиственной древесины, снижается температура варки, повышается белизна целлюлозы, сокращается продолжительность цикла варки. Одновременно имеет место увеличение общего объема субмикроскопических капилляров у волокон и степени кристалличности целлюлозы, что приводит к росту ее разрывной длины, облегчается способность целлюлозных волокон размалываться.

Недостатками сульфатного метода производства являются меньший выход целлюлозы по сравнению с выходом ее в сульфитном процессе, больший расход электроэнергии и менее благоприятные возможности снижения в стоках биологического потребления кислорода (БПК) до допустимых норм.

В связи с вышеизложенными недостатками, а также с разработкой новых методов регенерации в производстве сульфитной целлюлозы, оснащением этого производства электронно-вычислительными машинами и в связи с современными достижениями в области получения ценных побочных химических продуктов следует ожидать, что сульфитный процесс в ближайшее время после ряда кризисных лет получит новое развитие.

В результате различных условий варки сульфатная и сульфитная целлюлозы отличаются, как известно, распределением остаточного лигнина в волокнах, химическим составом, а также степенью полимеризации и молекулярно-массовым распределением.

Используя новый метод исследований, Э. Раффаэль количественно установил различия в надмолекулярном строении сульфатной и сульфитной целлюлозы. Он нашел, что в сульфатной целлюлозе структурная упорядоченность свойственна значительно большим областям, чем в сульфитной. Именно этим указанный автор объясняет более высокую реакционную способность сульфитной целлюлозы.

Как указывает Ю. Н. Непенин, у сульфатной целлюлозы как лигнин, так и гемицеллюлозы распределены равномерно в толще клеточной стенки волокна и относительно труднодоступны, чем и объясняется трудность отбелки, плохая реакционная способность и трудность размола сульфатной целлюлозы. У сульфитной целлюлозы остаточный лигнин и гемицеллюлозы сосредоточены в наружных слоях вторичной оболочки и поэтому более доступны действию химических реагентов и механическому воздействию при размоле.

В процессе размола при прочих равных условиях у волокон сульфитной целлюлозы по сравнению с волокнами сульфатной разрушение первичной стенки и рост удельной внешней поверхности происходит заметно быстрее. Относительно высокое содержание лигнина во вторичной стенке волокон сульфатной целлюлозы, сохраняющееся после варки, обусловлено, как предполагает Г. Томлинсон, набуханием волокон, вызываемым щелочью, что затрудняет доступ щелочи к лигнину. Таким образом, уменьшение содержания лигнина в сульфатной целлюлозе приводит к большему снижению выхода и прочности.

В сульфитной целлюлозе, а также в предгидролизованной сульфатной целлюлозе отсутствуют: галактоза, арабиноза, рамноза и галактуроновая кислота, что обусловлено, но мнению Ж- К- Хамилтона и Н. С. Томсона, кислотным гидролизом полимеров, содержащих эти сахара.

Целлюлоза из древесины хвойных пород состоит в основном изтрахеид и небольшого, как указано выше, количества ларенхимных клеток. Целлюлоза древесины лиственных пород по фракционному составу и размерам, волокон значительно отличается от целлюлозы из древесины хвойных пород. В зависимости от вида древесины лиственных пород и ее возраста наблюдается существенное различие в составе и длине волокон целлюлозы. Лиственная целлюлоза содержит волокна либриформа, сосуды и повышенное по сравнению с хвойной целлюлозой количество паренхимных клеток. Волокна либриформа лиственной целлюлозы значительно короче, чем трахеиды хвойной. Березовая целлюлоза имеет до 96% волокон либриформа, а осиновая около 80%. Волокна либриформа березовой целлюлозы имеют длину 0,76 -1,18 мм, а осиновой и тополевой 0,65 — 0,97 мм. По ширине волокна либриформа разных видов лиственной целлюлозы отличаются мало (от 0,019 до 0,026 мм). Сосуды лиственной целлюлозы короче, чем волокна либриформа. Ширина сосудов различных образцов лиственной целлюлозы колеблется от 0,072 до 0,117 мм. Паренхимные клетки у всех образцов имеют длину 0,1 мм и ширину 0,017-0,019 мм. С увеличением возраста древесины размеры волокнистых элементов увеличиваются: значительно растет длина волокон, несколько меньше толщина клеточной стенки и ширина волокон.

Более подробно о волокнах, применяемых в бумажном производстве и их бумагообразующих свойствах, описано в материалах симпозиума, проходившего в Кэмбридже (Англия) в 1957 г., а также в работе.

Чтобы охарактеризовать влияние особенностей строения растительных волокон на свойства изготовляемой бумаги, предлагалось использовать различные коэффициенты. Одним из таких коэффициентов является показатель гибкости волокон, представляющий собой отношение ширины канала волокна к ширине самого волокна. Чем больше этот коэффициент, тем выше прочность полотна на разрыв, выражаемая разрывной длиной.

Применяли также коэффициент, называемый коэффициентом жесткости волокон, являющийся отношением толщины стенки волокна к его ширине.

Способность волокон образовывать плотный лист (по данным В. Мюльстеффа) может характеризоваться отношением площади стенки волокна в поперечном его сечении к площади поперечного сечения всего волокна.

Зависимости между свойствами исходных волокнистых материалов и свойствами готовой бумаги в специальной литературе уделялось большое внимание. Несмотря на это, четко выраженных закономерностей при этом еще не установлено. Фактически мы располагаем пока сравнительно небольшим объемом знаний по этому вопросу.

Известно, например, что волокна трубчатого строения способствуют получению пухлых видов бумаги, обладающих повышенной впитывающей способностью. Из волокон ленточного строения обычно получается плотная, прочная бумага с сомкнутой поверхностью. Такие волокна, даже неразмолотые, позволяют изготовить бумагу с относительно высокими показателями механической прочности. Целлюлоза с трубчатым строением волокон требует больше времени фибриллирования волокон. Толстостенные волокна (с толщиной стенки 6-8 мкм) легче фибриллируются, а тонкостенные (1,5-2 мкм) более подвержены поперечной рубке.

Волокна твердых пород древесины, как правило, обеспечивают непрозрачность, пухлость, воздухопроницаемость и впитывающую способность бумаги. Волокна мягких пород, наоборот, придают бумаге более высокую прозрачность, плотную структуру и высокие показатели сопротивления разрыву.

Медленно вырастающие волокна осенней древесины на 5-15% превышают длину волокон весенней древесины. При этом ширина осенних волокон составляет 50-80% ширины волокон весенней древесины. При этом ширина осенних волокон составляет 50-80% ширины волокон весенней древесины, а прочность их примерно в 2 раза больше (по данным Г.Джаймс).

В древесине независимо от ее породы различают два вида клеток: прозенхимные, являющиеся основными, и п а р е н-х и м н ы е, содержащиеся в древесине хвойных пород в количестве 5-10% и в большинстве древесины лиственных пород — до 20%. Прозенхимные клетки длиннее паренхимных. Они имеют более толстую клеточную стенку и меньшую внутреннюю полость, содержат меньше лигнина, смол и жиров.