Размольно-подготовительный отдел фабрики по производству бумаги

Фибрилляция может происходить как на поверхности, так и внутри клеточной стенки волокна. В первом случае поверхность волокна разрушается и от нее отделяются фрагменты клеточных оболочек и фибрилл, образуя своеобразный ворс на поверхности волокна, видимый при большом увеличении микроскопа. Такая фибрилляция увеличивает наружную поверхность волокна и его способность к образованию межволоконных связей, однако она ослабляет прочность самого волокна и снижает сопротивление бумаги раздиранию. При внутренней фибрилляции отделения фи­брилл не происходит, повышается лишь гибкость и пластичность волокон в результате усиленного набухания гемицеллюлоз в меж­фибриллярных пространствах, ослабления и частичного разруше­ния связей между фибриллами. Такая фибрилляция сообщает волокну способность к образованию межволоконных связей, не снижая прочности самого волокна, а потому она является более желательной.

Некоторые исследователи высказывают предположение, что ге-мицеллюлозы, обладая более короткими, чем целлюлоза, цепями и ветвистым строением, способны очень сильно набухать, образуя подобие коллоидного раствора на поверхности фибрилл целлю­лозы. В таком состоянии они, обладая известной степенью по­движности, могут перемещаться и сорбироваться на поверхности волокон, что облегчает образование межволоконных связей между микрофибриллами соседних волокон через гидроксильные группы. Вначале при прессовании мокрого листа эта связь уста­навливается через гидратированную пленку воды на поверхности микрофибрилл, затем при удалении воды сушкой — через мономо­лекулярную пленку воды с более четкой ориентацией гидроксиль-ных групп и, наконец, через водородную связь при полном удале­нии воды сушкой и сближении поверхностей волокон силами поверхностного   натяжения    воды   до   необходимого   расстояния 2,5—2,75 А. Сближению волокон при сушке способствуют пластич­ность и гибкость размолотого волокна и силы поверхностного натя­жения воды, величина которых, как показал Б. Кемпбелл , может достигать 100—200 кгс/см. Силы, стягивающие волокна в единую структуру, оказывают большое влияние на более тонкие и гибкие волокна. В результате действия этих сил бумага при сушке под­вергается значительной усадке и образует более плотный и проч­ный лист.

Резюмируя, можно сказать, что главное действие размола за­ключается в подготовке поверхности волокон для образования межволоконных связей и в придании волокнам способности свя­зываться между собой в прочный лист, что достигается частичным разрушением и удалением наружных клеточных оболочек, прида­нием волокнам гибкости и пластичности вследствие ослабления и частичного разрушения межфибриллярных связей вторичной кле­точной стенки (фибрилляция волокна) и усиленного набухания целлюлозного волокна и особенно гемицеллюлоз в межфибрилляр­ных пространствах и на поверхности фибрилл (гидратация во­локна при размоле). Термин гидратация здесь применяется в смысле коллоидно-физического взаимодействия целлюлозы с во­дой и достаточно хорошо характеризует сущность коллоидно-фи­зических явлений, происходящих с волокном при размоле.

Второе важное действие размола заключается в укорочении во­локон и частичном их расщеплении по длине, что необходимо для предотвращения флокуляции волокон при листообразовании и улучшения формования, а также для придания бумаге требуемой структуры при выработке тонких, жиронепроницаемых, впитываю­щих и других видов бумаги.

Таким образом, механические процессы измельчения волокон обусловливают главным образом структуру бумажного листа, а коллоидно-физические процессы — связь волокон в бумаге. Бла­годаря межволоконным силам связи бумага приобретает плот­ность и прочность, а пористость и пухлость ее снижаются.


1.3.Природа межволоконных сил связи и их формирование.


При­рода межволоконных сил связи в бумаге может быть различной, однако главным и основным видом этой связи является водород­ная связь через гидроксильные группы, расположенные на поверх­ности микрофибрилл соседних волокон. Энергия этой связи по оп­ределению Корте  составляет 4,5 ккал/моль, а расстояние между гидроксильными группами, при котором она образуется, составляет 2,7 А. Наряду с водородной связью в бумаге действуют и силы ван дер Ваальса, однако их энергия связи мала и потому не может обеспечить достаточную прочность бумаги.

Прочность бумаги, отлитой в неполярной жидкости, например в бензине, или из целлюлозы, у которой гидрофильные группы за­менены гидрофобными, обусловлена только силами ван дер Ва-альса. Аналогичная картина наблюдается и у бумаги, изготовлен­ной из волокон минерального и органического происхождения: асбеста, стекловолокна, шерсти, синтетических волокон. Все они не имеют функциональных гидроксильных групп и не могут обра­зовать прочной связи, а потому из них нельзя приготовить сколько-нибудь прочную бумагу без введения специального связующего.

В настоящее время наличие водородной связи между волок­нами в бумаге можно считать вполне доказанным. X. Корте и X. Шашек  путем обменной реакции дейтерия с водородом установили уменьшение количества гидроксильных групп в бу­маге, образованной из размолотых волокон, за счет образования межволоконных водородных связей. По данным этих исследовате­лей, в водородную связь включается от 0,5 до 2% гидроксильных групп, имеющихся в целлюлозе. Если учесть, что основное коли­чество гидроксильных групп в целлюлозном волокне включено в межмолекулярную водородную связь в кристаллитах, а также частично и в аморфных областях целлюлозы, то это уж не такая малая цифра. Она достаточно хорошо согласуется и с увеличе­нием количества воды, адсорбированной целлюлозным волокном при размоле. По данным Б. Кемпбелла , при сильном размоле целлюлозы поглощение воды по сравнению с немолотой целлюло­зой повышается на 4% и на такую же величину увеличивается общая поверхность волокна.

Доказательством образования водородной связи в бумаге мо­жет служить также и следующее наблюдение: предварительно растянутая бумага, у которой снята первичная ползучесть, релаксирует при повторном цикле нагрузки и ее снятии без поврежде­ния структуры. Такое поведение бумаги невозможно при наличии только механических сил трения между волокнами, оно доказы­вает существование молекулярных сил связи .

Разрешающая сила электронного микроскопа пока еще не по­зволяет рассмотреть отдельные водородные связи, однако тонкие перемычки из прядей и фибрилл между соседними поверхностями волокон хорошо видны на микрофотографиях, и нет сомнений в том, что эти связи имеют молекулярную основу.

Как уже указывалось, большую роль для формирования водо­родных связей между волокнами играют силы поверхностного на­тяжения воды, которые стягивают тонкие и гибкие волокна и при­водят их в тесное соприкосновение между собой при прессовании и сушке бумаги.

У бумаги из стекловолокна нарастание прочности до сухо­сти 25—30% происходит точно так же, как и у целлюлозной бу­маги, так как в этой стадии прочность бумаги обусловливается только силами поверхностного натяжения воды, однако при даль­нейшем обезвоживании сушкой прочность бумаги снова начинает снижаться и притом прогрессивно, падая до нуля, так как проч­ные связи у бумаги из стекловолокна не образуются. Однако если к стекловолокну прибавить подходящее связующее, например крахмальный или силикатный клей, то при сушке такой бумаги также начнут формироваться связи между волокнами и проч­ность бумаги будет возрастать.

1.4.Контроль за процессом размола


Для оценки качества массы при размоле применяют различ­ные методы и приборы. Степень помола массы или ее садкость определяют на приборах Шоппер-Риглера и канадским стандарт­ным, среднюю длину волокна — на приборах Иванова, Имсета и полуавтоматическом курвиметре, на котором также определяют и фракционный состав массы по длине волокон. Визуальную оценку структуры и размеров волокон производят с помощью ми­кроскопа и микропроекционного аппарата. Способность массы удерживать воду определяют по методу Джайме. При иссле­довательских работах определяют также скорость обезвоживания массы, сжимаемость, набухший объем волокна, удельную поверх­ность.

Степень помола массы в большинстве стран Европы опреде­ляют на приборе Шоппер-Риглера, в Америке, в Скандинавских странах и в Англии широко используется также и канадский стан­дартный прибор. На обоих этих приборах определяют способность бумажной массы пропускать через себя воду; полученные данные характеризуют степень разработки и измельчения волокон, а также степень их гидратации при размоле. Однако по показа­ниям этих приборов еще нельзя судить о средних размерах воло­кон. Устройство этих приборов хорошо известно и описание их приведено в любой книге по технологии бумаги.

Прибор Шоппер-Риглера не чувствителен в низкой (от 8 до 16° ШР) и в высокой областях размола массы (свыше 85— 90° ШР). Поэтому он малопригоден для анализа массы, приме­няемой для изготовления  древесноволокнистых плит, а также массы для конденсаторной бумаги.

Для оценки структуры волокна при размоле массы пользуются микроскопом или микропроекционным аппаратом, который уста­навливают в темной комнате. Изображение волокна направляют на большой экран, разграфленный на квадраты, масштаб которых позволяет оценивать волокна по длине. Однако определение сред­ней длины волокна с помощью микроскопа сложно, требует опыта от работников и занимает много времени.

Следовательно, предпочтение следует отдать второму по­казателю, которым и надлежит пользоваться для производствен­ного контроля процесса размола массы и при проведении иссле­довательских работ.

В последние годы в Финляндии и Швеции были выпущены полуавтоматические приборы для определения фракционного со­става массы по длине волокон. В этих приборах микроскопическое изображение волокон отбрасывается на стеклянный столик при­бора, разграфленный на несколько секторов, и оператор с помо­щью курвиметра, снабженного мерным колесом, обводит изобра­жения всех волокон. При этом электронный счетчик сразу сумми­рует результаты анализа, регистрируя отсчеты по фракциям. На основании полученных результатов фракционного состава можно вычислить по указанным ранее формулам как среднеарифметиче­скую, так и средневзвешенную длину волокна. Эти приборы дают более надежные и быстрые измерения по сравнению с измерени­ями, выполненными с помощью обычного микроскопа, однако они значительно уступают в скорости определения средней длины во­локна на приборах Иванова и Имсета, а потому они менее при­годны для производственного контроля процесса размола.

В последнее время стали широко применять для оценки ка­чества массы при размоле, особенно при проведении научных ис­следований, показатель водоудерживающей способности массы после ее центрифугирования при определенных стандартных ус­ловиях обезвоживания (навеска 0,15 г абс. сухого волокна, цент­робежная сила 3000 гс): Этот показатель выражается в процен­тах удерживаемой волокном воды и характеризует степень набу­хания и гидратации волокон при размоле. Считают, что этот показатель лучше, чем степень помола по Шоппер-Риглеру, ха­рактеризует способность волокон к образованию межволоконных связей и получению прочной бумаги.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9



Реклама
В соцсетях
рефераты скачать рефераты скачать рефераты скачать рефераты скачать рефераты скачать рефераты скачать рефераты скачать