Комплексная химическая переработка древесины - Ковернинский И.Н.
ISBN 5-261-00054-3
Скачать (прямая ссылка):
но
ного действия (в конических, цилиндрических и дисковых мельницах). Общим для размалывающих аппаратов является то, что работа их основана на принципе скрещивающихся ножей и трущихся поверхностей.
Проходя между ножами размалывающих машин, волокна подвергаются воздействию механических и гидродинамических сил, приводящему к протеканию сложных физико-химических и коллоидных процессов в структуре волокон. В результате происходит некоторое укорочение волокон (рубка), поверхностное расщепление и расчесывание в продольном направлении фибриллярной структуры клеточной стенки на фибриллы (поверхностное фибриллирование), набухание и гидратация волокон. Волокна становятся более мягкими, повышается их эластичность и пластичность.
В процессе фибриллирования ослабляются и разрушаются связи между отдельными фибриллами клеточной стенки волокон. На поверхности фибрилл образуется «начес» тонкого пухообразного материала, состоящего из целлюлозных молекул. В результате увеличивается удельная площадь поверхности волокон и число свободных гидроксильных групп, способствующих лучшему контакту и соединению отдельных волокон в бумажный лист. Увеличение удельной площади поверхности волокон и высвобождение гидроксильных групп повышает способность волокон удерживать воду.
В зависимости от режима размола можно получать бумажную массу различной степени помола: от низкой (садкая масса) до высокой (жирная масса). Для получения садкой массы размол ведут в режиме, обеспечивающем преимущественно рубку волокон с поверхностным фибриллиро-ванием. В процессе формования листа бумаги масса низкой степени помола (садкая) быстро оседает на сетке, легко обезвоживается и образует рыхлую и пористую структуру листа. Для высокой степени помола массы (жирная масса) характерно преобладание фибриллированных волокон с хорошо разработанной поверхностью, которые труднее обезвоживаются на сетке бумагоделательной машины и образуют плотную, сомкнутую и прочную структуру листа. Характер размола массы выбирают в зависимости от вида и качества вырабатываемой бумаги и картона.
Прочность бумаги характеризуется рядом показателей - сопротивлением разрыву, излому, продавливанию, надрыву и раздиранию, для каждого вида и сорта бумаги имеющим определенное значение, и в целом зависит от прочности волокон, их длины, прочности связи между волокнами и структуры бумажного листа.
9*
161
Абсолютные значения прочности на разрыв различных видов растительных волокон не уступают прочности железа, чугуна и стали. Так, волокна хлопка выдерживают усилие до 412 МПа, льна - до 745, хвойной сульфатной целлюлозы - до 520. Абсолютная прочность на разрыв чугуна составляет 314 МПа, железа - до 392 МПа, различных видов стали от 490 до 1961 МПа. Почему же лист бумаги, изготовленный из растительных волокон, по прочности значительно уступает прочности металлов и почему прочность листа бумаги намного ниже прочности тех волокон, из которых он изготовлен?
Лист бумаги при испытании разрывается по наиболее слабому месту. Этим слабым местом в большинстве случаев являются не сами волокна, а связи между ними. При разрыве листа по обе стороны в месте разрыва наблюдается преимущественное вытаскивание волокон из толщи листа, что указывает на разрыв связи между ними. И только часть волокон рвется в поперечном направлении.
Согласно выдвинутым теориям, силы, связывающие волокна в листе бумаги, имеют физико-химическую и электростатическую природу и возникают между свободными поверхностными гидроксильными группами целлюлозных волокон при их взаимном сближении. Значительную роль играют также силы трения. Механизм образования сил связи, объединяющих волокна в бумажный лист, сложен. Предпочтительнее выглядит теория водородной связи: в период формования структуры бумажного листа в процессе обезвоживания волокнистой суспензии происходит сближение и уплотнение волокон между собой. При определенной сухости бумажного листа вначале возникает менее прочная связь между волокнами через водяные мостики, которая определяет прочность бумажного листа в мокром состоянии и обеспечивает возможность передачи мокрого полотна из сеточной части мапшнь1 в прессовую. Затем в процессе прессования по мере дальнейшего обезвоживания и сближения волокон наряду с водяными мостиками возникают мостиковые связи через атомы водорода - водородные связи, завершение образования которых происходит в процессе сушки при сближении волокон на расстояние 0,255...0,275 нм. Водородная связь достаточно прочная, она является основной силой сцепления волокон между собой в бумажном и картонном листе.
Исходя из вышеизложенной теории, легко объяснить влияние степени помола на прочность бумаги. Чем выше степень помола, тем больше образуется на поверхности волокон свободных гидроксилов и тем прочнее связь между волокнами и наоборот. Однако следует иметь в виду, что, по
162
вышая степень помола, мы снижаем толщину волокон (разрушаем их структуру) и тем самым снижаем прочность самих волокон. Поэтому повышения прочности бумаги увеличением степени помола можно достигать только до определенной границы, далее которой будет превалировать снижение прочности бумаги за счет потери прочности и укорочения самих волокон.
