Лекция 16.02. Бумага и картон
Структура древесины.
Древесина состоит из волокон, содержащих около 50% целлюлозы, 30% лигнина, 20% углеводов. Лигнин - адгезионный материал, находящийся в средней части волоконной стенки. Углеводы в составе: например, ксилан. Ещё в составе содержатся смолы, танины 2Н, резиноподобные вещества.
В процессе переработки древесины в бумагу волокна отделяются друг от друга и перегруппировываются таким образом, что образуется плоский лист с требуемыми размерами и свойствами. Для этого применяются различные способы, которые зависят от типа древесины и целей получаемой бумаги. Различные породы деревьев и условия произрастания этих деревьев дают широкое разнообразие волокнистой структуры.
Понятие «мягкая древесина» используется в бумажной промышленности для обозначения вечнозеленых и хвойных пород деревьев. Противоположное понятие «твёрдая древесина» - для лиственных пород деревьев.
Определяющим фактором для производителя бумаги является длина древесного волокна. У твёрдых пород длина составляет менее 1 мм. У мягкой древесины длина может достигать 6,4 мм. Таким образом, из твёрдых пород можно изготовить более тонкий лист бумаги, но он не будет таким прочным, как лист из мягкой древесины.
Древесные волокна имеют разнообразную форму, зависящую от их месторасположения в стволе. У волокон, сформировавшихся в ранний период сезонного роста (весенняя древесина), стенки намного тоньше, чем у волокон летней древесины. Следовательно, весенняя древесина более гибкая и лучше сжимается, чем летняя.
Основные типы волокон: «сосуды» и «трахеи». Твёрдая древесина представляет собой смесь двух этих типов. Мягкая древесина состоит в основном из «трахей».
Поперечное сечение древесного волокна ⬆️
В центре рисунка - люмен. Заштрихованные объекты картинки - ламелы. Ламели- слои, стенки, окружающие люмен. Ламели состоят из фибрилл. Диаметр фибрилл составляет 0,03 мкм, а фибрилл состоят из микрофибрилл, диаметр который 1/10 от диаметра фибрилл. Микрофибриллы состоят из цепочек молекул целлюлозы, которых в каждой микрофибрилле содержится около 3 млн, коротких молекул гемицеллюлозы и прочих полимерных остатков.
Молекула целлюлозы ⬆️ это цепочка длиной от 100 до 3000 таких колец.
Приготовление пульпы. (Процесс получения древесной муки)
Ламели или слои из фибрилл окружены спиральными кольцами, которые называются камбийными и в процессе приготовления пульпы (измельчение) фибрилл разрывают эту кожицу (кольца) так, что отдельные фибрилл вытягиваются наружу. Они имеют волосатую поверхность, которой они сцепляются с другими фибриллами, выходя из кожицы.
При соответствующем намокании отдельные волокна увеличиваются в диаметре до 20%, а по длине на 3%. Взаимодействие между водой и волокнами на молекулярном уровне состоит в том, что соприкасающиеся с целлюлозой молекулы воды связаны гораздо прочнее, чем молекулы воды между собой и это объясняет некоторую проницаемостью изделий из целлюлозы, а также явление их высушивания.
Параметры бумаги зависят от содержания влаги. Слева - крафт бумага с указаниями размеров в сухой атмосфере, содержанием влаги 8,5% и при относительной влажности 60%, а справа - относительная влажность 20%, содержание влаги - 4,5%.
CD - поперечное направление
MD - продольное направление
Лист слева лишь немного сжимается в направлении перпендикулярном ходу машины (поперечном), но при достижении относительной влажности 20% лист сжимается на 1% в направлении параллельном ходу машины.
Переработка пульпы.
После того, как брёвна поступают на переработки на мельницу, с них удаляется кора и используется 1 из 3 методов изготовления пульпы: механический, химический или сочетание механического и химического.
Чисто механический процесс позволяет получать пульпу путём сдавливания брёвен между жерновами и после этого поверхность жерново поливают водой для удаления древесной массы.
Сверху справа - загрузочный бункер, снизу - загрузочный жёлоб. Круглое - жёрнов. Сверху слева - поливальный устройство.
Жёрнов имеет цилиндрическую форму. Брёвна помещают в загрузочный бункер параллельно оси жёрнова так, чтобы одновременно обрабатывалась вся поверхность брёвна. Такой способ используется преимущественно для переработки мягких северных пород дерева. При таком способе утилизируются все компоненты древесины, т е лигнин и углеводы. Способ механического изготовления пульпы был вытеснен термомеханическим методом, при котором древесина сначала обрабатывается, как бы обдирается, затем для размягчения нагревается под давлением. Механическим методом получают 10% пульпы для изготовления бумаги и картона. Такая пульпа наиболее дешёвая, но она имеет невысокую прочность и из-за этого её нельзя использовать отдельно; для производства упаковочной бумаги пульпу, полученную механическим способом смешивают с пульпой, полученной химическим способом.
Типы пульпы, применяемой для изготовления бумаги и картона.
Тип пульпы |
Процент использования |
механической |
10 |
химический (содовый) |
1 |
химический (сульфатный) |
79 |
химический (отбеленный) |
45 |
химический (неотбеленный) |
32 |
химический (сульфитный) |
2 |
полухимический |
6 |
на основе растворения |
1 |
При химическом процессе приготовления пульпы, в отличие от механического, для обработки древесины (удаления лигнина и УВ) используют химические вещества, что позволяет получать более качественную и дорогую пульпу. Существует 3 вида таких технологий: содовый (самый старый, изобретён в Англии в 1851 г. ), при использовании этого метода для растворения нежелательных компонентов древесины использовались каустическая и кальцинированная сода, такой метод используется для переработки твёрдой древесины.
Лекция 01.12.2024