Целлюлоза – моя дипломная работа.

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.

Из-за плохой водоотдачи и повышенного влагосодержания в бумажном полотне, а также ввиду относительно малой длины и пластичности волокон бумажное полотно из соломенной или тростниковой целлюлозы отличается высокой прочностью во влажном состоянии. Большое количество гемицеллюлоз при одновременно высоких показателях неотмываемой зольности и адсорбционной способности волокон обеспечивает такой, бумаге хорошую проклейку даже при минимальном расходе проклеивающих материалов. Этому способствует также плотная структура бумаги, изготовляемой из указанных полуфабрикатов. Благодаря этой плотной структуре достигается хорошая удерживаемость не только проклеивающих материалов, но и наполнителей.

Влияние соломенной и тростниковой целлюлозы на показатели механической прочности вырабатываемой бумаги характеризуется, как правило, заметным уменьшением сопротивлений бумаги излому и раздиранию, что объясняют в первую очередь малой длиной волокон.

Е. Ререр указывает, что причиной пониженной механической прочности бумаги и картона из соломенной целлюлозы является не столько короткое волокно, сколько недостаточное воздействие на первичную стенку волокнистых клеток. Специальной обработкой при рН 9 удавалось размягчить или удалить первичную стенку волокон пшеничной соломы, что позволило добиться хорошего фибриллирования волокон и получения бумаги с высоким сопротивлением продавливанию и высокой разрывной длиной (более 8000 м).

Литературные данные свидетельствуют о том, что сопротивление бумаги разрыву при небольших добавках в композицию соломенной и тростниковой целлюлозы обычно возрастает за счет уплотнения структуры листа, уменьшения его пористости, повышения плотности и получения при этом равномерного просвета бумаги. При больших количествах этих полуфабрикатов в композиции бумаги сопротивление разрыву уменьшается за счет заметного снижения в этом случае средней длины волокон в бумаге, воздухопроницаемость бумаги при этом уменьшается.

Обычно соломенная и тростниковая целлюлозы имеют после отбелки высокую степень белизны. Поэтому введение этих полуфабрикатов в композицию различных видов бумаги способствует повышению белизны бумаги.

Однако, по данным Р. Ветштейна, стабильность белизны соломенной целлюлозы меньше, чем древесной, поэтому продолжительность хранения ее ограничена. При использовании соломенной целлюлозы в композиции бумаги повышается равномерность массы 1 м2 вырабатываемой бумаги, уменьшается пылимость бумаги, повышается сопротивление бумаги выщипыванию и истиранию, а также гладкость бумаги.

Влияние наличия рассматриваемых полуфабрикатов н светопроницаемость бумаги сказывается в двух направлениях: с одной стороны, благодаря гладкой поверхности бумаги и сомкнутой структуре листа из этих видов целлюлозы повышается светопроницаемость, с другой — вследствие того, что лист бумаги изготовлен из коротких волокон и обладает большим числом плоскостей отражения световых лучей, светопроницаемость снижается. Поэтому в зависимости от композиции бумаги, качества используемой целлюлозы и технологического процесса изготовления бумаги может преобладать влияние какого-либо фактора, т. е. может быть эффект либо некоторого повышения светопроницаемости бумаги, либо снижения его. В тех случаях, когда введение соломенной целлюлозы приводит к снижению светопроницаемости бумаги, на бумаге более отчетливо выделяется водяной знак.

Благодаря особенностям морфологического строения соломенной целлюлозы (короткие разнородные волокна) обеспечивается ровный просвет изготовляемой бумаги. Этот полуфабрикат используется при выработке писчих видов бумаги, матричного картона и различных видов бумаги для печати. Особо пригодна соломенная целлюлоза для изготовления звонкой бумаги, например бумаги для почтовых открыток. По данным Ф. Вульча и К- Шуберта, при использовании в количестве 20 22% соломенной целлюлозы, изготовленной по нейтрально-сульфитному методу, в композиции бумаги, предназначенной для печати (масса 50-80 г/м2), не только не наблюдалась звон- кость бумаги, но и отмечалось даже повышение ее мягкости. Авторы отмечают при этом целесообразность раздельного размола соломенной и древесной видов целлюлозы.

Встречаются сведения о том, что иногда содержание соломенной или тростниковой целлюлозы в композиции бумаги доводится до 80%, что приводит к технологическим трудностям, касающимся главным образом обезвоживания бумажного полотна на сетке и в прессах. Эти сложности возникают уже при содержании в бумаге более 20% соломенной или тростниковой целлюлозы. По мере увеличения в композиции бумаги содержания соломенной и тростниковой целлюлозы наблюдалась тенденция к налипанию на прессовые валы. Поэтому в таких случаях необходимо производить вылегчивание верхнего прессового вала. Изменение содержания указанных компонентов бумаги всего лишь на несколько процентов вызывает необходимость регулирования в сушильной части бумагоделательной машины степени натяжения бумажного полотна (тяг).

Сравнение бумагообразующих свойств соломенной и тростниковой целлюлозы показало, что оба вида целлюлозы затрудняют процесс обезвоживания на сетке и в прессах. Однако тростниковая целлюлоза больше ухудшает обезвоживание на прессах, чем на сетке. Удержание наполнителя в бумаге выше, если в ней содержится тростниковая, а не соломенная целлюлоза.

При использовании тростниковой целлюлозы получается бумага с менее плотной структурой, сравнительно низкими показателями механической прочности, но с достаточно высокими показателями оптических свойств (гладкости, непрозрачности, чистоты поверхности). В композиции бумаги, предназначенной для печати, рекомендуется применять тростниковую целлюлозу при отсутствии древесной массы. Бумага, содержащая в композиции соломенную целлюлозу, отличается более плотной структурой и более высокими показателями механической прочности, но пониженными показателями указанных выше оптических свойств.

Способность соломенной и тростниковой целлюлоз отдавать воду в значительной степени зависит от способа и режима их варки. Известно, что целлюлоза, полученная нейтрально-сульфитным способом, обладает лучшей водоотдачей по сравнению с целлюлозой, сваренной сульфитным способом. Чем мягче режим варки, тем большей водоотдачей обладает целлюлоза.

Высокая степень удержания воды соломенной и тростниковой целлюлозами объясняется их высокой набухаемостью в воде (высоким содержанием гемицеллюлоз), а также образованием на сетке при обезвоживании плотного слоя, который оказывает значительное сопротивление фильтрации.

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.