Целлюлозно-бумажная промышленность. Производство бумаги, картона, целлюлозы. Изделия из бумаги. Картонажи. Фотобумага

Взаимодействие мономерного и полимерного метакрилата гуанидина с активированной целлюлозой хлопковой (АЦХ) в гетерогенной фазе получены образцы модифицированных целлюлозных волокнистых и порошковых материалов.

Методом обращенной газовой хроматографии получены изотермы сорбции паров воды на ацетате целлюлозы, аппроксимированные в рамках квазихимической модели. Определены параметры термического уравнения и рассчитана концентрационная зависимость парциальной мольной энтальпии сорбции. Проведено сравнение экспериментальных данных, полученных методом обращенной газовой хроматографии и статическими методами.

Ящики из гофрированного картона являются очень распространенным видом упаковки. Для прогнозирования их поведения в условиях эксплуатации используют не только стандартные, но и дополнительные характеристики гофрированного картона, в первую очередь жесткость при изгибе. Из всех методов измерения жесткости гофрокартона при изгибе наибольшей достоверностью обладает 4-точечный метод, сведений об использовании которого в настоящее время недостаточно. В работе представлена методика измерения жесткости гофрированного картона при 4-точечном режиме изгиба на приборе L&W 4-point Bending Stiffness Tester SE 108. На примере образцов трехслойного гофрокартона различных марок от Т22 до Т25 с профилем гофры С выполнен анализ факторов, влияющих на результаты испытания. Исследовано влияние длины образца в диапазоне от 100 до 200 мм и массы грузов в диапазоне от 70 до 220 г. Показано преимущество принятия за результат среднего геометрического жесткости при изгибе, измеренной в машинном (MD) и поперечном машинному (CD) направлениях. Экспериментально установлено, что увеличение длины образца и прилагаемой нагрузки приводит к снижению жесткости гофрокартона при изгибе. В наибольшей степени влияние длины образца сказывается при низких значениях прилагаемой нагрузки, влияние прилагаемой нагрузки – при малой длине образца. Установлено, что анизотропия жесткости при изгибе гофрокартона низкой марки Т22 (2,7…3,1) выше, чем высокой марки Т25 (2,5…2,7), и она уменьшается с увеличением длины образца. Для корректного и надежного проведения измерения длина испытуемого образца гофрокартона должна составлять не менее 200 мм, поскольку в этом случае влияние других факторов практически нивелируется. Величина прилагаемой нагрузки зависит от марки гофрокартона и должна составлять от 120 до 220 г. Полученные результаты позволят повысить достоверность оценки качества гофрированного картона и обеспечить более надежное прогнозирование свойств гофроящиков.

Методами рентгеноструктурного анализа и растровой микроскопии доказано, что для эффективного протекания процесса мерсеризации суровых хлопчатобумажных материалов достаточно создавать условия, при которых обеспечивается полный контакт поверхности волокон с раствором гидроксида натрия. Наличие даже небольшого количества воздуха в межволоконных пространствах резко снижает качество обработки.

Проблема качественной и количественной оценки равномерности формования макро- и микроструктуры целлюлозных материалов до настоящего времени находится в стадии решения как с позиций теоретического обоснования и описания, так и в прикладном (производственном) аспекте. Одним из основных направлений исследования взаимосвязей между равномерностью структуры и потребительскими свойствами бумаги становится использование принципов и подходов, объединяющих в себе современные достижения технологии бумаги, вычислительные методы и информационные технологии. Результаты подобных мультидисциплинарных исследований способствуют разработке и внедрению в практическую деятельность доступных и экономичных методов контроля, анализа и совершенствования равномерности формования бумаги. Цель данной работы – апробация разработанного программного обеспечения PaperForming для визуализации и анализа однородности распределения компонентов в объеме листа. В качестве объектов исследования была выбрана наиболее массовая офисная бумага потребительского формата А4. Очевидно, что равномерность формования структуры такой бумаги является одним из главных параметров, определяющих устойчивую эксплуатацию современной высокопроизводительной офисной техники (принтеров, копировальных аппаратов, сканеров, многофункциональных устройств). Результаты исследования подтверждают необходимость раздельного контроля и регулирования ее потребительских свойств с учетом реальных технологических условий.

Методами Фурье инфракрасной спектроскопии произведено сравнение систем водородных связей (Н-связей) в высококачественной бумаге и в образцах хвойной древесины (ель спелая и заболонь) и лиственной древесины (заболонь липы). Интервал исследованных частот 3000…3700 см-1ограничен областью поглощения гидроксильными ОН-группами, частоты которых наиболее чувствительны к возникновению Н-связей. Отличительная особенность данного исследования состоит в том, что все измерения производились на спилах натуральной древесины. Уменьшение пропускания вдали от полос поглощения связывалось с рассеянием излучения на естественной неоднородности древесного материала, которое благодаря высокому качеству спилов оказалось достаточно малым, чтобы препятствовать детальному исследованию спектров поглощения. Для оценки параметров Н-связей производилась деконволюция полос поглощения ОН-групп гауссовыми компонентами. Для корректного выделения поглощения гидроксильными группами первоначально деконволюции подвергается весь фрагмент, включающий в себя полосы поглощения как метиленовыми, так и гидроксильными группами. В дальнейшем анализировались только параметры контуров деконволюции, относящиеся к гидроксильным группам. Принималось, что каждая компонента деконволюции может быть ассоциирована с определенным типом Н-связи. Определялся сдвиг частот компонент деконволюции относительно собственной частоты колебаний изолированной гидроксильной группы, не охваченной по этой причине Н-связью. Для определения энергии Н-связей использовались литературные данные по корреляции энергии Н-связи с частотным сдвигом. Относительная плотность Н-связей оценивалась по отношению площадей контуров деконволюции. Оказалось, что энергии Н-связей всех исследованных образцов для всех типов Н-связей совпадают или весьма близки друг к другу, однако их плотности различаются. Наиболее близко совпадают распределения плотностей связей по энергиям в конденсаторной бумаге и спелой ели. Оказалось, что плотности наиболее сильных межмолекуляр-ных водородных связей в древесине лиственных пород отличаются от их энергии древесине хвойной. Оценка величин водородных связей позволяет различать гидроксильные группы глюкозы и адсорбированной воды

Работа посвящена проблемам качества текстильной целлюлозы.

Методами рентгеноструктурного анализа и растровой электронной микроскопии доказана эффективность предварительной обработки суровых хлопчатобумажных тканей кипящей водой с охлаждением непосредственно в растворе гидроксида натрия для повышения скорости полиморфного перехода целлюлозы и равномерности морфологических изменений волокон по объему текстильных материалов.

Липкие включения, присутствующие на целлюлозном волокне, подчас создают серьезные препятствия, называемые «смоляными затруднениями». В настоящее время не существует универсального и действенного метода для их устранения. Предлагаемый способ обработки целлюлозы синергетическими смесями поверхностно-активных веществ (ПАВ) и ферментов позволит сочетать в себе как традиционные, так и прогрессивные технологии обессмоливания. Для оценки качества работы таких композиций в работе проанализировано влияние самих смесей и их индивидуальных компонентов на состояние смолы в сульфатной небеленой лиственной целлюлозе. Выбор объекта исследования обусловлен тем, что проблемы со смолой особо остро проявляются именно при производстве данного волокнистого полуфабриката. Общая смолистость целлюлозы была определена экстракционно-гравиметрическим методом. Состояние смолы (коагулированная, капсулированная или диспергированная) оценивалось методом микроскопии. Установлено, что обессмоливающее действие неионогенных ПАВ взаимно активируется при их совместном присутствии. Однако при действии смеси неионогенного ПАВ и фермента липазы наблюдается небольшое снижение общей смолистости. Установлено, что независимо от природы веществ все реагенты проявили хорошие диспергирующие свойства. Показано снижение содержания коагулированной смолы средних размеров при одновременном росте количества диспергированной смолы и при практически полном отсутствии крупных смоляных агломератов, что наиболее важно для обессмоливания. Тенденция изменения состояния смолы при действии синергетической смеси неионогенных ПАВ, вероятно, обусловлена диффузионно-солюбилизационным механизмом обессмоливания. Анализ обессмоливающего действия выбранных реагентов и их смесей показал, что имеющиеся исследования по проблеме снижения смолистости целлюлозы смесями ферментов и ПАВ не дают исчерпывающей оценки и необходимо детальное исследование многофакторного процесса обессмоливания. Для цитирования: Смит Р.А., Демьянцева Е.Ю., Андранович О.С. Анализ состояния смолы при обессмоливании сульфатной лиственной целлюлозы // Лесн. журн. 2019. № 4. С. 168–178. (Изв. высш. учеб. заведений). DOI: 10.17238/issn0536-1036.2019.4.168 *Статья опубликована в рамках реализации программы развития научных журналов в 2019 г.
Sticky inclusions in fiber often create a serious obstruction called as «pitch troubles». At the present time there is no universal and effective method for their elimination. The proposed approach of cellulose treatment with synergistic mixtures of surfactants and enzymes will allow combining both traditional and progressive deresination technologies. The influence of the mixtures of deresination agents and their individual components on the resin forms in the sulphate non-bleached short fiber (leaf) pulp was analyzed to assess the functional efficiency of these compositions. The target of research choice is due to the fact that pitch troubles particularly occur in the manufacturing of sulphate short fiber pulp. The total resin content of the cellulose was determined by the extraction-gravimetric method. The resin forms (coagulated, encapsulated or dispersed) were evaluated by microscopy. It has been established that the deresination action of nonionic surfactantsis mutually activated in the joint presents. However, a small reduction of total resin content is observed under the deresination action of a mixture of nonionic surfactant and lipase. At the same time, all reagents showed good dispersing properties regardless of their nature. A decrease in the coagulated resin content of medium size with a simultaneous increase in the dispersed resin amount and with the almost complete absence of large resin agglomerates was shown to be most important for deresination. The trend of resin forms under the effect of synergistic mixture of nonionic surfactants is probably due to the diffusion-solubilization mechanism of the deresination action. Analysis of the deresination action of selected reagents and their mixtures has shown that the existing studies on problem of reducing cellulose pitch content with mixtures of surfactants and enzymesdoes do not give an overarching assessment, so a detailed study of the multifactor deresination process is needed. For citation: Smith R.A., Demyantseva E.Yu., Andranovich O.S. Analysis of resin forms in the process of sulphate hardwood cellulose deresination. Lesnoy Zhurnal [Forestry Journal], 2019, no. 4, pp.168–178. DOI: 10.17238/issn0536-1036.2019.4.168 *The article was published in the framework of implementation the development program of scientific journals in 2019

Представлена методика количественной оценки распределения локальных растягивающих (продольных), сжимающих (поперечных) и сдвиговых деформаций в образце целлюлозно-бумажного материала и результаты ее использования при приложении к образцу одноосной растягивающей нагрузки. Применение данной методики позволило установить значения, степень неоднородности и закономерности изменения локальных деформаций в образце картона топлайнер, обладающего неоднородной и анизотропной структурой, в зависимости от общей величины деформации образца и направления ориентации волокон в нем. В основе методики лежит испытание образцов с предварительно нанесенной сеткой точек на растяжение с постоянной скоростью, в процессе которого выполняются фотофиксация образцов и регистрация кривой «нагрузка–удлинение». С применением специального программного обеспечения осуществляется определение координат узлов сетки и их смещения при растяжении. Анализ данных и вычисление локальных деформаций производится с применением алгоритмов метода конечных элементов. Экспериментально установлено, что при увеличении угла преимущественной ориентации волокон в образцах картона машинного направления локальные продольные деформации возрастают, поперечные уменьшаются, а сдвиговые имеют максимум 45°. Подтвержден рост средней величины абсолютных значений локальных деформаций всех видов при увеличении общей деформации образца. Установлено, что неоднородность локальных деформаций, оцениваемая по среднеквадратическому отклонению, возрастает с увеличением их абсолютной величины, а тенденции изменения зависят от направления ориентации волокон в структуре образца. Для цитирования: Романова А.Н., Казаков Я.В., Малков А.В. Количественная характеристика полей локальных деформаций в образце картона топлайнер при одноосном растяжении // Изв. вузов. Лесн. журн. 2020. № 1. С. 180–189. DOI: 10.37482/0536- 1036-2020-1-180-189.
The paper presents the method for quantifying the distribution of local tensile (longitudinal), compressive (transverse) and shear strains in a sample of pulp and paper material. The results of its use for the sample of top-liner board when uniaxial tensile testing are provided. Applying this method, we have determined the values, the degree of heterogeneity and change patterns of local strains in inhomogeneous and anisotropic structure of the sample, depending on the total strain and the direction of fiber orientation. The method is based on constant-speed tensile testing of samples with a pre-applied dot matrix to their surface. The test is accompanied with photo fixing and recording a load-elongation curve. The coordinates and displacements of dots are determined by means of the specially designed software. The analysis of data and calculation of local deformations are performed by finite elements method (FEM) algorithms. The outcomes have shown that the local longitudinal deformations increased, transverse – decreased, and shear – had their maximum at 45° to machine direction (MD) when increasing the angle of preferential fiber orientation to MD in the board samples. The rise of the average absolute values of all components of local strains when increasing total deformation in the sample was confirmed. As it has been found, the heterogeneity of local strains, estimated through the standard deviation, rose when increasing their absolute value; the trends of changing depend on the fiber orientation direction in the sample structure. For citation: Romanova A.N., Kazakov Ya.V., Malkov A.V. Quantitative Characteristics of Local Strain Fields in a Top-Liner Board Sample under Uniaxial Tension. Lesnoy Zhurnal [Russian Forestry Journal], 2020, no. 1, pp. 180–189. DOI: 10.37482/0536-1036-2020-1- 180-189.

Представлены результаты сравнительной оценки величины и вариации физикомеханических характеристик картона-лайнера с использованием разрушающих и неразрушающих методов измерения. На образцах картона-лайнера с массой 115, 140 и 170 г/м2, отобранных с картоно-делательной машины в виде срезов с тамбура длиной 6 300 мм, выполнены измерения и получены профили механических характеристик – толщины, сопротивления продавливанию, сопротивления сжатию короткого образца, жесткости при изгибе, а также характеристик, измеренных неразрушающими методами – ультразвуковым с применением Lorentzen&Wettre TSO-tester и оптическим с применением PTA-Line Formation Tester. Установлено, что при низкой степени изменчивости толщины (коэффициент вариации 1,6…3,7 %) и индекса жесткости при растяжении в машинном направлении (2,1…2,9 %) картона по ширине картоноделательной машины вариация механических характеристик существенно (в 4–8 раз) выше. Причиной этого является высокая неоднородность структуры, при этом с уменьшением массы 1 м2 картона вариация практически всех характеристик повышается. По результатам анализа профилей характеристик по ширине картоноделательной машины установлено, что вариация сопротивления продавливанию, сжатию и изгибу складывается из вариации индекса формования (по соседним точкам), вариации толщины и жесткости при растяжении (зависимость от положения точки по ширине машины). Сделан вывод, что для снижения вариации механических характеристик, недостаточно управлять только массой 1 м2, влажностью и толщиной, а также контролировать угол между максимальным индексом жесткости при растяжении и жесткостью при растяжении в машинном направлении, необходимо управлять качеством формования, а также намечать мероприятия по снижению флокулирования бумажной массы и струйности при работе напорного ящика. По результатам корреляционного анализа подтверждено существование зависимости между стандартными физико-механическими характеристиками и характеристиками, определяемыми неразрушающими методами. Полученные результаты позволяют сделать предположение о возможности прогнозирования величин сопротивления продавливанию, жесткости при изгибе и сопротивления сжатию короткого образца крафт-лайнера на основании не только измерения толщины и профиля индекса жесткости при растяжении, но и с учетом неоднородности структуры картона, оцениваемой на анализаторе формования. Причем все исходные данные могут быть получены неразрушающими методами, а в перспективе и с применением оn-line технологий измерения. Результаты позволят повысить достоверность оценки качества картона.

В целлюлозно-бумажной промышленности крахмал используется в качестве связующего вещества для повышения прочности картона при его поверхностной проклейке, проклейки в массе и как связующее вещество в составе мелованного покрытия. Для повышения показателей физико-механических свойств картона в технологии нередко применяют биомодификацию крахмала. Целью работы явилось изучение влияния биокаталитической обработки крахмала картофельного на показатели физикомеханических свойств картона на основе макулатуры. В качестве целлюлозного носителя использовали картон лабораторного изготовления, состоящий на 70 % из лиственной полуцеллюлозы и на 30 % из макулатурной массы МС-5Б (ГОСТ 10700–97). В качестве связующего вещества использовали крахмал картофельный, предварительно обработанный ферментами изоамилазой Pseudomonas amyloderamosa или пуллуланазой Bacillus licheniformis (Optimax L-1000). Образцы картона в виде квадрата с длиной стороны 14 см пропитывали крахмальным клейстером, обработанным ферментами в течение 3 ч при температуре 50 °С и постоянном перемешивании в расчете 200 ед. активности фермента на 1 г сухих веществ. Пропитанные целлюлозные носители высушивали конвективно на пластинах из органического стекла при комнатной температуре. Испытание материалов на растяжение проводили согласно ИСО 1924-2–85 на лабораторном испытательном комплексе, включающем разрывную машину ТС 101-0,5б (г. Иваново) и компьютер. В результате проведенных экспериментов было установлено, что предварительная обработка крахмала ферментом изоамилазой приводит к небольшому увеличению прочностных характеристик картона по сравнению с картоном, пропитанным неферментированным крахмалом, тогда как обработка крахмала пуллуланазой снижает практически все исследованные показатели.

На процесс выделения сульфатного мыла из черного щелока влияет большое число факторов: породный состав древесины, физические свойства и состав компонентов щелока. Основы процесса достаточно широко изучены, но влияние некоторых факторов требует дополнительных исследований. Вместе с тем в связи с разнообразием породного состава перерабатываемой древесины и различными условиями варки состав и свойства щелока могут значительно отличаться и выделение мыла на разных предприятиях не всегда подчиняется установленным исследованиями закономерностям. Целью работы стало определение оптимальных параметров для выделения сульфатного мыла из полуупаренного черного щелока от варки смешанных пород древесины, а также подбор расхода добавок, позволяющих увеличить выход сульфатного мыла. Исследование построено на принципах математического моделирования процессов и проведено в лабораторных условиях. Для получения математической модели процесса съема мыла в зависимости от выбранных переменных и определения оптимальных значений параметров процесса использовали метод планированного эксперимента в виде ротатабельного композиционного униформ-плана второго порядка. В ходе эксперимента варьировали следующие факторы: температуру, продолжительность отстаивания мыла и плотность щелока. По итогам эксперимента определены оптимальные значения этих факторов для выделения сульфатного мыла из щелока, построена математическая модель процесса, найдены оптимальные параметры для эффективного отстаивания сульфатного мыла. Приведение производственных условий съема мыла к оптимальным может увеличить съем мыла с полуупаренных щелоков на 20 %. В результате оценки влияния добавок поверхностно-активных веществ различной природы в черный щелок разной плотности на полноту выделения сульфатного мыла подобраны их оптимальные дозировки, дающие наибольший положительный эффект – прирост съема мыла на 15 %.

В Российской Федерации на большинстве бумажных фабрик наблюдается значительный перерасход энергии, по разным оценкам – до 40 %, обусловленный низким уровнем технического, научного и кадрового обеспечения. При этом осуществляется выпуск продукции с неконкурентоспособными потребительскими свойствами. Таким образом, оптимизация конструкций и применяемых технологий, включая температурные режимы сушки, является актуальной задачей. Сушильная часть бумагоделательной машины – ее самая энергоемкая часть, при этом оказывает значительное влияние на показатели механической прочности и другие свойства бумаги, в том числе структурно-размерные. На сушку бумажного полотна затрачивается 72–77 % от общего количества расходуемой машиной энергии. Цель работы – анализ влияния температуры сушки на прочностные и структурно-размерные свойства бумаги, с возможностью применения полученных закономерностей на действующих предприятиях отрасли, а также для дальнейших научных исследований. Приведены результаты изучения влияния вида целлюлозы, степени помола, массы 1 м2 и температуры сушки на прочностные и структурно-размерные свойства лабораторных образцов бумаги. В ходе исследования изготовлены и испытаны лабораторные отливки массой от 60 до 120 г/м2 из сульфатной беленой хвойной и лиственной целлюлозы, размолотой до степени помола от 20 до 50 °ШР. Температуру сушки материала варьировали от 80 до 140 °С. В результате анализа полученных образцов бумаги выявлено значительное влияние температуры сушки на прочностные и структурно-размерные свойства бумаги. Увеличение температуры сушки с 80 до 140 °С оказывает наибольшее влияние на структурно-размерные свойства бумаги, изготовленной из массы большей степени помола, и на прочностные свойства бумаги, изготовленной из массы меньшей степени помола, при использовании в качестве сырья как хвойной, так и лиственной сульфатной беленой целлюлозы.

Качество продукции является ключевым индикатором положительно- го результата работы целлюлозно-бумажных производств. Влажность – один из основных показателей качества бумаги. Рассматривая профиль влажности по ширине бумажного полотна, можно судить о возможных недостатках технологического оборудования, своевременное устранение которых улучшит потребительские свойства бумаги и повысит экономическую эффективность производства. Цель исследования – оценка соответствия результатов измерений влажности требованиям технологического регламента при установившемся и переходном режимах работы бумагоделательной машины, а также однородности профиля влажности в поперечном направлении. Для оценки качества работы автоматизированной системы управления влажностью бумажного полотна обработаны данные со сканирующего устройства при высоком и низком разрешении с помощью статистических методов. Определено, что при установившемся режиме работы бумагоделательной машины влажность соответствует требованиям регламента с доверительной вероятностью 0,95; при переходном режиме работы – превышает верхнюю границу на 6 %. Выявлено, что автоматизированная система управления влажностью устраняет данное нарушение за 340 с. В качестве критерия оценки однородности профиля влажности по ширине бумажного полотна использован коэффициент вариации. Подтверждена гипотеза о наличии линии тренда в профиле влажности по ширине бумажного полотна, и с помощью методов регрессионного анализа получено уравнение линии тренда. При устраненном технологическом факторе, систематически влияющем на однородность, проведено моделирование профиля влажности. Доказано, что устранение недостатка уменьшит коэффициент вариации, а значит улучшит однородность профиля на 41,2 % при установившемся режиме работы бумагоделательной машины. При переходном режиме работы профиль влажности улучшается незначительно. Предложенный алгоритм исследования профиля влажности бумаги, его моделирование после корректирующих воздействий на объект управления могут быть использованы в системах регулирования качества бумаги в поперечном направлении. Для цитирования: Коряковская Н.В., Бедердинова О.И. Контроль и регулирование влажности бумажного полотна // Изв. вузов. Лесн. журн. 2022. № 1. С. 188–204. DOI: 10.37482/0536-1036-2022-1-188-204

Проведены комплексные эколого-физиологические исследования на уровне организма реакции растений сосны обыкновенной на изменение плодородия почвы в целях получения количественных показателей функционирования листового аппарата, корневой системы и характера их взаимосвязи. Биологическую продуктивность рассчитывали по В.М. и Е.В. Лебедевым, чистую продуктивность фотосинтеза – по А.А. Ничипоровичу, минеральную продуктивность – по В.М. Лебедеву. В условиях микрополевого опыта на серой лесной почве изучена реакция 2–3-летних растений сосны обыкновенной на внесение на фоне Р60К60 по 30, 60, 120 и 240 кг/га азота. Выявлено, что увеличение уровня азотного питания привело к изменению эколого-физиологических показателей работы корневой системы и листового аппарата (отношения корневого потенциала к фотосинтетическому, поглощения азота единицей активной поверхности корней в сутки, чистой продуктивность фотосинтеза, биологической продуктивности растений). Уровень азотного питания практически не влиял на чистую продуктивность фотосинтеза, но способствовал повышению биологической продуктивности в 1,2–1,5 раза. Рост уровня азотного питания привел к изменению соотношения между величинами корневого и фотосинтетического потенциалов в пользу листового аппарата. Между фотосинтетическим потенциалом и приростом сухой массы установлена высокая положительная связь (r = 0,931–0,992), между отношением корневого потенциала к фотосинтетическому и поглощением азота – высокая отрицательная корреляция (r = –(0,843–0,963)). Максимальное значение биологической продуктивности у сосны было отмечено при дозе азота 120 кг/га. Дальнейшее повышение уровня азотного питания привело к уменьшению этого показателя и оказалось токсичным. Реакция сосны на снижение плодородия почвы (вследствие его высокой инерционности) определена в результате ретроспективного комплексного эколого-физиологического анализа табличных данных фитомассы, составленных В.А. Усольцевым, для древостоев, произраставших в европейской и азиатской частях России в возрастной период от 10–20 до 150–300 лет. Естественное снижение плодородия почвы во всех регионах с возрастом древостоев сосны от 25 до 100 лет вызвало уменьшение поглощения азота в 18,5–84,5 раза, чистой продуктивности фотосинтеза – в 3,4–18,0 раз. Корреляция между возрастом растений и поглощением азота и чистой продуктивностью фотосинтеза варьировала от –0,714 до –0,870 и от –0,894 до –0,991 соответственно. Снижение активности работы фотосинтетического аппарата и корневой системы отрицательно сказалось на биологической продуктивности, которая упала от 2,8 до 4,0 раз в зависимости от региона. Связь биологической продуктивности с возрастом была высокая отрицательная (коэффициент корреляции варьировал от –0,572 до –0,783). Связь минеральной продуктивности с биологической продуктивностью и чистой продуктивностью фотосинтеза во всех случаях была высокой положительной: от 0,907 до 0,994 и от 0,757 до 0,932 соответственно. Начиная с 25 лет, растения адаптировались к снижению почвенного плодородия путём увеличения отношения корневого потенциала к фотосинтетическому, которое, в зависимости от региона, в течение онтогенеза выросло от 4,8 до 12,5 раза. Такая неспецифическая реакция подтверждается высокой положительной корреляцией (r = 0,947–0,997) отношения корневого потенциала к фотосинтетическому с возрастом дерева. Для цитирования: Лебедев В.М., Лебедев Е.В. Эколого-физиологические особенности реакции сосны обыкновенной на уровень плодородия почвы как показатель адаптации к условиям среды // Лесн. журн. 2019. № 6. С. 92–103. (Изв. высш. учеб. заведений). DOI: 10.17238/issn0536-1036.2019.6.92.
Comprehensive ecological and physiological studies (on the organism level) of plant response of Scots pine to changes in soil fertility were carried out in order to obtain quantitative parameters of the leaf apparatus and root system functioning and nature of their interrelation. Biological productivity was calculated according to V.M. Lebedev and E.V. Lebedev (2006), net productivity of photosynthesis – according to A.A. Nichiporovich (1955), and mineral productivity – according to V.M. Lebedev (1998). The response of 2–3-year-old scots pine plants was studied for fertilization with 30, 60, 120 and 240 kg/ha of nitrogen against the fertilizer application rate of Р60К60 under the conditions of a microfield experiment on gray forest soil. An increase in the level of nitrogen nutrition led to a change in the ecological and physiological parameters of the root system and leaf apparatus functioning: the ratio between root and photosynthetic potential, nitrogen absorption by the unit of the active surface of roots per day, net productivity of photosynthesis, and biological productivity of plants. The nitrogen status slightly affected the net productivity of photosynthesis, however drove up an increase in biological productivity by 1.2–1.5 times. An increase in the nitrogen status led to a change in the ratio between the values of root and photosynthetic potentials in favor of the leaf apparatus. A high positive correlation (0.931–0.992) between the photosynthetic potential and increase in dry mass; and a high negative correlation (–(0.843–0.963)) between the ratio of root potential to photosynthetic potential and nitrogen uptake were established. The maximum of pine biological productivity was observed at a nitrogen rate of 120 kg/ ha. A further increase of the nitrogen status led to a decrease in biological productivity and was found to be toxic. The response of pine to a decrease in soil fertility (due to its slow response) was determined as a result of a retrospective comprehensive ecological and physiological analysis of tabular phytomass data compiled by V.A. Usol’tsev (2002) for tree stands growing in the European and Asian parts of Russia in the age range from 10–20 to 150–300 years. The natural decrease in soil fertility of pine stands with the age from 25 to 100 years in all the regions caused a decrease in nitrogen uptake by 18.5–84.5 times, and net productivity of photosynthesis by 3.4–18.0 times. The correlation between plant age, nitrogen uptake, and net productivity of photosynthesis ranged from –0.714 to –0.870 and –0.894 to –0.991, respectively. The decrease in the activity of photosynthetic apparatus and root system adversely affected the biological productivity, which fell from 2.8 to 4.0 times depending on the region. The relationship between biological productivity and age was high negative (correlation coefficient ranged from –0.572 to –0.783). The relationship between mineral productivity with biological productivity and net productivity of photosynthesis in all cases was high positive from 0.907 to 0.994 and from 0.757 to 0.932, respectively. Starting from the age of 25, the plants adapted to a decrease in soil fertility by increasing the ratio of root to photosynthetic potential, which grew from 4.8 to 12.5 times during ontogenesis depending on the region. This nonspecific reaction is confirmed by the high positive correlation (from 0.947 to 0.997) of the ratio of root to photosynthetic potential with the tree age. For citation: Lebedev V.M., Lebedev E.V. Ecological and Physiological Features of the Scots Pine Reaction to the Soil Fertility Level as an Indicator of Adaptation to Environmental Conditions. Lesnoy Zhurnal [Russian Forestry Journal], 2019, no. 6, pp. 92–103. DOI: 10.17238/ issn0536-1036.2019.6.92

Основная проблема промышленных способов получения таллового масла – значительные его потери с отходами производства. Причиной является присутствие в сырье лигнина, вызывающего эмульгирование масла в кислой воде с образованием стойкой эмульсии. Известные способы ее разрушения либо малоэффективны, либо связаны со значительными затратами энергии. Уменьшить количество эмульсии можно удалением лигнина из сульфатного мыла, как правило, промывкой в щелочной среде. Целью настоящей работы являлось изучение промывки сульфатного мыла в кислой среде с оптимизацией режима по минимуму содержания лигнина в мыле, а также оценка соответствия показателей качества таллового масла из промытого мыла требованиям российских стандартов. Показано, что при правильном выборе режима промывки оседание лигнина принципиально не препятствует его отделению от мыла. Путем по-строения четырехфакторного дробного эксперимента подобраны оптимальные значения факторов, влияющих на отделение лигнина при промывке. Проведен анализ качественных показателей получаемого после промывки таллового масла, реализована оценка уровня качества относительно требований технических условий на сырое талловое масло. Установлено, что промывка кислой водой, оказывает положительное действие на качество масла.

Современная выпарная станция – это энергосберегающее производство упаренного щелока с высоким содержанием сухих веществ для обеспечения минимальных выбросов SO2 из содорегенерационного котла. Такие станции оснащены аппаратами типа падающей пленки (Falling Film) и состоят из 5–7 ступеней. Необходимость совершенствования и создания новых концентраторов черного щелока обусловлена повышенным вниманием к вопросам охраны окружающей среды и желанием получать щелок с более высокой теплотворной способностью. Физические свойства черного щелока зависят от его состава и оказывают существенное влияние на подбор выпарных аппаратов и проектирование выпарных вакуумных установок. К основным свойствам, учитываемым в процессах выпарки и сжигания, относятся: плотность, вязкость, поверхностное натяжение, теплота сгорания и температура кипения. Важнейшими для процесса выпаривания щелока являются такие его характеристики, как вязкость, влияющая на способность к перекачиванию и конструктивные особенности, и плотность, с помощью которой контролируют содержание сухих веществ и процесс выпарки на основных стадиях регенерации щелока. Исследование выполнено в целях определения математической зависимости плотности черного щелока от содержания сухих веществ для хвойной целлюлозы высокого выхода. В задачи исследования входило: проанализировать влияние температуры и концентрации сухих веществ на плотность черного щелока от варки хвойной целлюлозы высокого выхода по технологическому потоку производства; разработать математическую модель зависимости плотности черного щелока сульфатной хвойной целлюлозы высокого выхода от концентрации и температуры; провести сравнительную апробацию результатов математической и корреляционной зависимости TAPPI. Получены математическая зависимость плотности черного щелока от температуры и содержания сухих веществ, необходимая для оперативных технологических расчетов отделов регенерации химикатов в сульфатном производстве волокнистых полуфабрикатов для картона, а также на основании проведенных исследований, регрессионного анализа и математической обработки результатов – уравнение математической зависимости, позволяющее с наибольшей точностью вычислить плотность черного щелока от сульфатной варки хвойной целлюлозы высокого выхода: ρ = 0,974 + 0,0071x – 0,0002t – 0,000007xt – 0,00000045t2 – 0,0000045x2. Проведена сравнительная апробация результатов разработанной математической зависимости и корреляционной зависимости (опубликованной в TAPPI) плотности черного щелока от содержания сухих веществ, обнаружен высокий уровень сопоставимости предложенных математических уравнений. Для цитирования: Севастьянова Ю.В., Топтунов Е.А., Щербак Н.В., Солнцев П.В. определение математической зависимости плотности черного щелока от содержания сухих веществ (хвойная ЦВВ) // Изв. вузов. Лесн. журн. 2021. № 1. С. 192–200. DOI: 10.37482/0536-1036-2021-1-192-200
A modern evaporator station is an energy-saving production of evaporated liquor with high dry matter content for ensuring the minimum SO2 emissions from the soda recovery boiler. Such stations are equipped with Falling Film devices and consist of 5–7 stages. The necessity to improve and create new black liquor concentrators is driven by the increased attention to environmental issues and the wish to produce liquor with a higher calorific value. The physical properties of black liquor depend on its composition and have a significant impact on the selection and design of evaporators. The main properties considered in the evaporation and combustion processes are density, viscosity, surface tension, heating value and boiling temperature. One of the most important characteristics of the liquor evaporation is its viscosity, since it determines the ability of the liquor to pump and affects the design features. Another equally important characteristic is density. With its help, the dry matter content and evaporation process in the main stages of the liquor regeneration are regulated. The study was carried out to determine the mathematical dependence of the black liquor density on the dry matter content for high yield softwood pulp. The study objectives were the following: analyze the effect of the dry matter temperature and concentration on the density of black liquor obtained from cooking high yield softwood pulp according to the technological flow of production; develop a mathematical model of dependence of the black liquor density of high yield sulphate softwood pulp on the concentration and temperature; conduct the TAPPI comparative testing of the results of mathematical and correlation dependences. A mathematical dependence of the black liquor density on the temperature and dry matter content required for immediate technological calculations of chemical regeneration departments in sulphate production of semi-finished products for cardboard was obtained. The following equation of mathematical dependence based on the conducted research, regression analysis, and mathematical processing of the results was obtained: ρ = 0.974 + 0.0071x – 0.0002t – 0.000007xt – 0.00000045t2 – 0.0000045x2 (where ρ – density, g/cm3; x – dry matter content, %; t – temperature, °C). It allows calculating with the highest accuracy the density of black liquor obtained from cooking high yield softwood sulphate pulp. Comparative testing of the results of the developed mathematical dependence and correlation dependence (published by TAPPI) of black liquor density on the dry matter content was carried out. A high level of comparability of the proposed mathematical equations was found. For citation: Sevastyanova Yu.V., Toptunov Е.А., Shcherbak N.V., Solntsev P.V. Determination of the Mathematical Dependence of the Black Liquor Density on the Dry Matter Content (High Yield Softwood Pulp). Lesnoy Zhurnal [Russian Forestry Journal], 2021, no. 1, pp. 192–200. DOI: 10.37482/0536-1036-2021-1-192-200

На основе комплексного анализа данных физико-химических свойств ферментативно-модифицированной хлопковой шелухи и результатов спектрофотометрии выявлено, что ферментативный гидролиз полисахаридов хлопковой шелухи обеспечивает высвобождение красящих веществ ароматической природы, а также фрагментов лигнина с развитой хромофорной системой и диффундирование их в раствор.

Изучена возможность протекания представленного процесса в растворах оснований, где в качестве катиона, помимо натрия, выступают литий и калий. Полученные результаты сопоставлены с данными для гидроксида натрия.

В статье приведен анализ нестабильности процессов отбора отработанных сульфитных щелоков после варки на стадии промывки целлюлозы в варочных котлах периодического действия объемом 320 м3. Изучена кинетика промывки сульфитной целлюлозы методом вытеснения в варочных котлах. Показана теоретическая возможность определения констант промывки целлюлозы при высокой температуре и давлении. Для стабилизации и повышения эффективности высокотемпературной промывки целлюлозы необходимо использовать гидрораспределители для промывной жидкости, повышенную температуру вытесняющей жидкости и избыточное давление в котле, превышающее давление при конечной сдувке при варке целлюлозы. На основании кинетики промывки сульфитной целлюлозы сделан вывод о двух периодах промывки: первый протекает во внешнедиффузионной области, второй – во внутридиффузионной области. Для повышения эффективности высокотемпературной промывки целлюлозы в варочных промышленных котлах объемом 320 м3 предложено устанавливать гидрораспределители для промывной жидкости, осуществлять медленную регулируемую закачку промывной жидкости в котел с повышенной температурой. При производстве сульфитной целлюлозы средней жесткости гидравлическое давление в варочном котле необходимо под-держивать в пределах (4,5…6,0)105 Па во время отбора крепкого щелока из котла. Для мягких сульфитных целлюлоз гидравлическое давление в котле снижают до (2,5…3,0)105 Па. Изучение кинетики промывки проведено в варочных котлах, оборудованных гидрораспределителями с регулируемой закачкой промывной жидкости и гидравлическом давлении не более 3,0105 Па. Щелок в варочных котлах отбирали при повышенной температуре и гидравлическом давлении, что позволило значительно повысить эффективность промывки. Так, концентрация сухих веществ, идущих на выпарку, повысилась на 1…3 %, что позволило снизить энергозатраты на 0,13 Гкал при выработке жидких лигносульфонатов, в два раза уменьшились выбросы диоксида серы в атмосферу, значительно улучшились промстоки от варочно-промывочного цеха по биохимическому и химическому потреблению кислорода.

Исследовано течение растворов нитратов целлюлозы во вращающейся вокруг своей оси трубе. Сравнение экспериментальных и теоретических результатов показало их хорошую проходимость. Получена зависимость для определения коэффициента сопротивления при течении неньютоновской жидкости во вращающейся трубе.

The objective of this research was to conduct studies of the influence of the sizing complexes dimensions and rosin sizing methods proceeding in the modes of homocoagulation and heteroadagulation on the temperature regime of paper and cardboard drying. The drying regime ensures the sintering and melting processes of coarse (existing technology) and fine (developed technology) sizing complexes with the formation of a hydrophobic film on the surface, responsible for such values indicators for glued types of paper and cardboard, as the degree of sizing by the bar method and absorbency with onesided wetting. Coarse electroneutral sizing complexes gauged 4200–6000 nm are formed in the second phase of electrolyte coagulation of hydrodispersions of modified rosin (HMR). The ratio of HMR : electrolyte is 1: 3. The rosin sizing process takes place in the mode of homocoagulation, since such complexes are not able to distribute evenly and adhere firmly to the surface of the fibers and the hydrophobic film formed of them is heterogeneous in thickness and area. Fine sizing complexes have a size of 180–220 nm and an electrokinetic potential from +30 to +50 mV. They are peptized particles formed from coagulates (2000 nm), first formed in the first area of electrolyte coagulation of HMR, when the ratio of HMR : electrolyte (first batch) is 1 : 1, and then subjected to further disaggregation (peptization) into the presence of peptide ions Al3+, introduced into the pulp with the second portion of the electrolyte in a ratio of 1 : 0.8. It has been established that reducing the size of sizing complexes from 4200–6000 to 180–220 nm due to the shift of the rosin sizing process from the homocoagulation mode to the heteroadagulation mode helps to reduce energy consumption in the drying part of paper-making and cardboard-making machines by 2–3 % or more. This process is facilitated by lowering the temperature of not only the last 4–6 drying cylinders located at the end of the second group – from 130 to 115–120 °C, but also the first 2–4 drying cylinders of the third group – from 115 to 100–105 °C. For citation: Chernaya N.V., Fleisher V.L., Bogdanovich N.I. Reduction of Energy Consumption of Paper аnd Cardboard Machines in Production of Glued Paper and Cardboard. Lesnoy Zhurnal [Forestry Journal], 2019, no. 5, pp. 188–193. DOI: 10.17238/issn0536- 1036.2019.5.188.
Изучено влияние размеров проклеивающих комплексов и способов канифольной проклейки в режимах гомокоагуляции и гетероадагуляции на температурный режим сушки бумаги и картона, обеспечивающий спекание и плавление крупнодисперсных (традиционная технология) и мелкодисперсных (разработанная технология) проклеивающих комплексов с образованием на поверхности волокон гидрофобной пленки, отвечающей за степень проклейки по штриховому методу и впитываемость при одностороннем смачивании клееных видов бумаги и картона. Крупнодисперсные электронейтральные проклеивающие комплексы, имеющие размер 4200…6000 нм, образуются во второй области электролитной коагуляции гидродисперсий модифицированной канифоли (ГМК). Соотношение ГМК : электролит – 1 : 3. Процесс канифольной проклейки протекает в режиме гомокоагуляции, поскольку такие комплексы не способны равномерно распределяться и прочно фиксироваться на поверхности волокон, а образовавшаяся из них гидрофобная пленка является неоднородной по толщине и площади. Мелкодисперсные проклеивающие комплексы имеют размер 180…220 нм, их электрокинетический потенциал 30…50 мВ. Они представляют собой пептизированные частицы, образовавшиеся из коагулятов (2000 нм), сформированных сначала в первой области электролитной коагуляции ГМК, когда соотношение ГМК : электролит (первая порция) 1 : 1, а затем подвергшихся дезагрегированию (пептизации) в присутствии ионов-пептизаторов Аl3+, введенных в бумажную массу со второй порцией электролита в соотношении 1 : 0,8. Установлено, что уменьшение размеров проклеивающих комплексов от 4200…6000 до 180…220 нм за счет смещения процесса канифольной проклейки из режима гомокоагуляции в режим гетероадагуляции способствует сокращению энергопотребления в сушильной части бумагоделательных и картоноделательных машин на 2…3 % и более. Это вызвано снижением температуры не только последних 4–6 сушильных цилиндров, расположенных в конце второй группы, от 130 до 115…120 оС, но и первых 2–4 сушильных цилиндров третьей группы – от 115 до 100…105 оС. Для цитирования: Chernaya N.V., Fleisher V.L., Bogdanovich N.I. Reduction of Energy Consumption of Paper and Cardboard Machines in Production of Glued Paper and Cardboard // Лесн. журн. 2019. № 5. С. 188–193. (Изв. высш. учеб. заведений). DOI: 10.17238/issn0536-1036.2019.5.188/

Рассмотрены свойства целлюлозы, полученной из отходов льняного производства (костры) пероксидно-ацетатным методом с использованием в качестве катализатора концентрированной серной кислоты. Лабораторные варки костры с содержанием целлюлозы 38,5 %, лигнина 15,0 % и зольностью 4,1 % проводили при гидромодуле 1:10. Расход катализатора составлял 1,0; 0,5 и 0,25 % от объема варочного раствора. Определены химические и структурно-морфологические свойства образцов по стандартным методикам. Установлено, что пероксидно-ацетатный способ варки целлюлозы из костры льна с использованием серной кислоты в качестве катализатора позволяет в одну ступень получить полуфабрикат с белизной более 79 % и числом микро-Каппа на уровне 3 единиц. Найдено оптимальное количество катализатора в варочном растворе – 0,5 % от объема, которое способствует улучшению качественных показателей льняной целлюлозы – уменьшению содержания лигнина, повышению белизны, снижению зольности и сохранению средней длины волокна. Показано, что снижение рас-хода катализатора до 0,25 % (об.) приводит к получению продукта с повышенным выходом (40 %), пониженными белизной и содержанием α-целлюлозы, что свидетельствует о сохранении углеводного комплекса в процессе варки, уменьшении доли ко-ротковолокнистых фракций и увеличении доли длинноволокнистых фракций за счет меньшего повреждения волокна в технологическом процессе. Для цитирования: Арсеньева Д.Ю., Казаков Я.В., Окулова Е.О. Лагунов А.Ю. Закономерности процесса пероксидно-ацетатной делигнификации недревесного целлюло-зосодержащего сырья в присутствии сернокислотного катализатора // Лесн. журн. 2019. № 3. С. 143–151. (Изв. высш. учеб. заведений). DOI: 10.17238/issn0536-1036.2019.3.143
The paper considers the properties of cellulose obtained from flax production wastes (shive) by peroxide-acetate method using concentrated sulfuric acid as a catalyst. Pulping of flax shive with 38.5 % of cellulose, 15 % of lignin, and 4.1 % of ash were carried out under the laboratory conditions with 1:10 hydromodulus. The catalyst consumption was 1.0, 0.5 and 0.25 % of the pulping solution volume. Chemical and structural-morphological properties of obtained samples were determined by standard methods. It has been found that the use of peroxide-acetate method of flax shive pulping using sulfuric catalyst allows to obtain a semi-finished product with more than 79 % of whiteness and Kappa of 3 units in one step. The most optimal ratio of the catalyst in the pulping solution is 0.5 % by the volume to the pulping solution, which contributes to the quality improvement of flax cellulose: lignin content reducing, whiteness increasing, ash content decreasing, and mean fiber length maintaining. It is shown that reduction in catalyst consumption to 0.25 % (vol.) leads to manufacturing a product with an increased yield (40 %), reduced whiteness and α-cellulose content, which indicates the preservation of the carbohydrate complex during pulping, decrease in the short fiber fractions proportion, and increase in the long fiber proportion due to the reduced fiber damage in the process. For citation: Arsenyeva D.Yu., Kazakov Ya.V., Okulova E.O., Lagunov A.Yu. Peroxide-Acetate Delignification Patterns of Non-Wood Raw Material Containing Cellulose in the Presence of Sulfuric Catalyst. Lesnoy Zhurnal [Forestry Journal], 2019, no. 3, pp. 143–151. DOI: 10.17238/issn0536-1036.2019.3.143

Инновационным решением для целлюлозно-бумажной промышленности в условиях динамично развивающегося рынка лесопромышленной продукции является биорефайнинг, основанный на комплексной и глубокой переработке древесного сырья с получением продуктов, имеющих высокую добавленную стоимость, и минимизацией отходов. Выделение из отработанных щелоков органических веществ, представляющих вторичные продукты производства в технологии переработки древесины, – актуальная задача биорефайнинга. Существующая технология выделения побочного продукта (сульфатного мыла) из отработанных щелоков технологически сложна и энергоемка. Все это делает процесс получения сульфатного мыла для предприятий целлюлозно-бумажной промышленности малопривлекательным, несмотря на то, что оно является сырьем для изготовления широкого ассортимента продуктов с высокой добавленной стоимостью (биологически активные вещества, талловое масло, канифоль и др.). Представлены коллоидно-химические характеристики сульфатного мыла, выделенного из черных щелоков от варки различных пород древесины. Предложен способ его извлечения, основанный на агрегации частиц мыла за счет введения деэмульгатора. Установлено, что при добавлении неионогенного поверхностно-активного вещества (неонола АФ 9-6) в раствор сульфатного мыла существенно снижается молекулярно-растворенная часть мыла, при этом дисперсная составляющая представленной системы возрастает до 98 %. В результате наблюдается ухудшение агрегативной и седиментационной устойчивости и, как следствие, укрупнение частиц мыла. Методом динамического светорассеяния зафиксировано увеличение в 4 раза размеров частиц мыла при введении деэмульгатора. Это позволит повысить скорость седиментации сульфатного мыла в черном щелоке в десятки раз и ускорить процесс его отстаивания. Предложенный способ может стать основой наукоемкой технологии извлечения побочного продукта из производственных растворов предприятий целлюлозно-бумажной промышленности. Для цитирования: Андранович О.С., Демьянцева Е.Ю., Филиппов А.П., Смит Р.А. Деэмульгирование сульфатного мыла при введении неиногенного поверхностноактивного вещества // Лесн. журн. 2019. № 6. С. 224–232. (Изв. высш. учеб. заведений). DOI: 10.17238/issn0536-1036.2019.6.224.
Biorefining based on comprehensive and advanced processing of wood raw materials with getting the products of a high added value and waste reduction is an innovative solution at the fast-growing market of the pulp and paper industry. Isolation of organic substances, which represent by-products in wood processing technology, from spent liquors is an urgent issue of biorefining. The current technology of sulphate soap extraction (which is a byproduct) from spent liquors is process complicated and energy-intensive. All this makes the sulphate soap extraction disadvantageous, despite the fact that the soap is a raw material for production of a wide range of products with a high added value: bioactive substances, tall oil, rosin, etc. This article presents the colloid-chemical properties of sulphate soap separated from black liquors of various wood species pulping. A method of sulfate soap extraction based on soap particles aggregation through addition of a demulsifier is proposed. It was found that with addition of non-ionic surfactant neonol AF 9-6 into the solution of sulphate soap, the molecularly dissolved part of the soap is significantly reduced, while the dispersed component of the presented system increases up to 98 %. As a result, deterioration of aggregative and sedimentation stability and, as a consequence, aggregation of soap particles are observed. A size quadruplication of soap particles was recorded with addition of demulsifier by the method of dynamic light scattering. This will allow to increase the sedimentation rate of sulfate soap in black liquor dozens of times and speed up its sedimentation. The proposed method can be the foundation of a High-Tech technology of by-product separation from production solutions of the pulp and paper enterprises. For citation: Andranovich O.S., Demiantseva E.Yu., Filippov A.P., Smit R.A. Sulphate Soap Demulsifying with Addition of Non-Ionic Surfactant. Lesnoy Zhurnal [Russian Forestry Journal], 2019, no. 6, pp. 224–232. DOI: 10.17238/issn0536-1036.2019.6.224

Основными породами лиственного древесного сырья для предприятий целлюлозно-бумажной промышленности России остаются береза и осина, которые имеют существенные различия в плотности и морфологии волокна, что оказывает существенное влияние как на технологию производства целлюлозы, так и на ее свойства. Результаты ранее выполненного исследования свидетельствуют, что экономически целесообразно увеличивать содержание древесины березы в составе лиственного сырья только до 70 %. Дальнейшее повышение приводит к неоправданному росту затрат на производство беленой целлюлозы из-за увеличения расхода белящих реагентов. Однако расход реагентов на отбелку связан не только с породным составом древесины, но и с реакционной способностью компонентов, входящих в состав технической целлюлозы, в первую очередь – лигнина, реакционная способность которого в значительной сте-пени зависит от условий варки. Проведено исследование влияния параметров варки лиственной древесины при содержании в древесном сырье 70 % березы на белимость (способность целлюлозы к отбелке). Ее обычно оценивают по расходу диоксида хлора на 1 ед. Каппа. В лабораторных условиях были проведены варки древесины и получены образцы целлюлозы с числом Каппа 17…18. Установлено, что положительное влияние на белимость целлюлозы из такого сырья оказывает повышение концентра-ции активной щелочи до 60 г/л, что соответствует расходу активной щелочи 18,0 % в ед. Na2O, и сокращение продолжительности стоянки на конечной температуре до 40 мин (температура варки 156 ºС). Последующее проведение двухступенчатой кислородно-щелочной обработки позволяет дополнительно повысить белимость лиственной сульфатной целлюлозы.

Известно, что комплекс потребительских свойств бумаги и картона в производственных условиях формируется под влиянием параметров работы трех основных частей бумаго- или картоноделательных машин: формующей, прессовой и сушильной. При этом лабораторное моделирование образцов бумаги или картона, например в целях оптимизации композиционного состава и свойств, зачастую ограничено набором возможных влияющих параметров. В частности, это относится к моделированию процесса прессования, поскольку в отличие от формования и сушки образцов требует специализированного оборудования, которое позволяло бы надежно регулировать и поддерживать требуемое давление. Одним из вариантов такого оборудования является лабораторный пресс TECHPAP 2011-004, который позволяет проводить обработку модельных образцов бумаги или картона массой 20…600 г/м2 при изменении усилия прижима (линейного давления прессования) от 2 до 6 кг/см, а также выполнять многократное прессование не только при фиксированной, но и изменяемой нагрузке. В данной работе представ-лены результаты лабораторного моделирования воздействия давления прессования в различных условиях и проанализировано влияние данного фактора на разные группы свойств флютинга. В качестве объектов исследования приняты лабораторные изотропные образцы флютинга из традиционных первичных полуфабрикатов (хвойная целлюлоза высокого выхода и лиственная нейтрально-сульфитная полуцеллюлоза) и макулатуры различного качества. Следует отметить, что в экспериментах направленно использовались стандартные лабораторные отливки. Это позволило исключить влияние анизотропии на формирование структуры и свойств образцов. Обработку влажных образцов флютинга проводили при одно- и многократном прохождении отливок через пресс. Результаты изменения сухости образцов флютинга при использовании лабораторного пресса показали хорошую степень приближения к реальным условиям прессования на бумагоделательной машине. Диапазон изменения сухости полотна в лабораторных условиях составил от 17 до 42 %, следовательно, используемое давление прессования можно сопоставлять со значениями, характерными для современных прессовых частей машины. При этом отмечены принципиальные отличия воздействия условий прессования на формирование физико-механических характеристик флютинга из первичных и вторичных волокон. Показано, что использование параметров прессования при выработке флютинга из макулатуры требует учитывать специфику вторичных волокон, прошедших многократную переработку и характеризующихся ороговением клеточной стенки волокон и повышенной хрупкостью.

Представлены результаты разработки технологического режима получения бисульфитной лиственной целлюлозы высокого выхода на магниевом основании для производства различных видов тарного картона. Надежная и эффективная технология регенерации химикатов и тепла, реализуемая при бисульфитном способе варки, дает возможность применять его в условиях самостоятельного сульфитного производства. Исследовано влияние продолжительности стоянки на конечной температуре на выход целлюлозы и число каппа: стоянка на конечной температуре 160 °С более 40 мин приводит к нарушению избирательности варочного процесса; стоянка до 70 мин сопровождается снижением выхода целлюлозы на 6 % при постоянном значении числа каппа полуфабриката. В процессе варки использован гидромодуль 5, расход SO2 – 15,0 %, рН варочного раствора – 4,3…4,5, продолжительность пропитки при 120 °С – 35 мин, варки при температуре 160 °С – 40 мин. Режим позволяет получить полуфабрикат высокого выхода 60…65 % c числом каппа 58…60 ед. без стадии горячего размола. В соответствии со стандартами Российской Федерации оценены характеристики механической прочности образцов, полученных в ходе эксперимента. Сопротивления продавливанию и плоскостному сжатию, разрывная длина и разрушающее усилие сопоставимы с показателями промышленного образца лиственной нейтрально-сульфитной полуцеллюлозы при выходе полуфабриката 75…78 %. Показано, что присутствие коры в технологической щепе в количестве 7,5 % сопровождается снижением выхода бисульфитной лиственной полуцеллюлозы на 4,5 % и механической прочности – на 7,8 %. Для цитирования: Королева Т.А., Миловидова Л.А., Дряхлицын А .A. Получение лиственной целлюлозы высокого выхода бисульфитным способом // Изв. вузов. Лесн. журн. 2021. № 3. С. 161–169. DOI: 10.37482/0536-1036-2021-3-161-169 Финансирование: Работа выполнена в Инновационно-технологическом центре «Современные технологии переработки биоресурсов Севера» Северного (Арктического) федерального университета им. М.В. Ломоносова, г. Архангельск
The article presents the results of the development of a technological mode for obtaining bisulfite hardwood pulp of high yield on a magnesium base for the production of various types of containerboard. The reliable and effective chemical and heat recovery technology implemented in the bisulfite method allows to use it in independent sulfite process. The effect of the duration of stay at the final temperature on the pulp yield and kappa number was studied when developing the technological mode of cooking. It was found that the increase in the duration of stay at the final temperature of 160 °C more than 40 min leads to violations of the selectivity of the cooking process. Increasing the duration of stay at the final temperature up to 70 min is accompanied by a decrease in pulp yield by 6 % at a constant value of the kappa number of the semi-finished product. Technological cooking mode: hydromodule 5, SO2 consumption 15.0 %, cooking solution pH 4.3–4.5, impregnation time at 120 °C – 35 min, cooking duration at 160 °C – 40 min. The mode allows to get a semi-finished product with a high yield of 60–65 % with a kappa number of 58–60 units without a hot grinding stage. An assessment of the mechanical strength characteristics of the laboratory samples of bisulfite pulp was carried out in accordance with the standards of the Russian Federation. The obtained values of bursting strength, resistance to flat compression, breaking strength, and breaking stress were comparable with the values of the industrial sample of hardwood neutral sulfite semi-chemical pulp with a semi-finished product yield of 75–78 %. It is shown that the presence of bark in the technological chips in the amount of 7.5 % is accompanied by a decrease in the yield of bisulfite hardwood pulp by 4.5 % and mechanical strength by 7.8 %. For citation: Koroleva T.A., Milovidova L.A., Dryakhlitsyn A.A. Production of High-Yield Hardwood Pulp by Bisulfite Cooking. Lesnoy Zhurnal [Russian Forestry Journal], 2021, no. 3, pp. 161–169. DOI: 10.37482/0536-1036-2021-3-161-169 Funding: The research was carried out at the Innovative facilities Engineering and Innovation Center “Advanced Northern Bioresources Processing Technologies” of the Northern (Arctic) Federal University named after M.V. Lomonosov, Arkhangelsk, Russia.

Рост объемов химической переработки целлюлозы для производства санитарно-гигиенических и медицинских изделий, упаковки, а также наполнителей для пищевых продуктов обуславливает появление новых требований к качеству сырья. Особенно остро задача улучшения характеристик целлюлозы встала в связи с эпидемией COVID-19: спрос на одноразовые нетканые материалы, непосредственно контактирующие с кожным покровом человека, увеличился в разы. Технология отбелки сульфатной целлюлозы ECF, использующая диоксид хлора как отбеливающий реагент, доминирует в процессе производства беленой целлюлозы во всем мире. Образующиеся в результате отбелки хлорсодержащие соединения загрязняют не только сточные воды, но и сам продукт. В ближайшее время следует ожидать, что целлюлозу, изготовленную с использованием отбеливателей на основе соединений хлора, могут запретить в производстве санитарно-гигиенических изделий и упаковки для пищевых продуктов. Если продукция предприятий целлюлозно-бумажной промышленности не будет соответствовать международным требованиям, то на рынке целлюлозы возникнет дефицит сырья для указанных видов товаров. Наиболее перспективным направлением модернизации существующих схем отбелки как с точки зрения расходных показателей процесса, так и с точки зрения качества получаемой целлюлозы является использование на первой ступени кислородно-щелочной отбелки. Определение содержания общего и органически связанного хлора в целлюлозных материалах в соответствии с ISO 11480:2017 на усовершенствованной установке показало, что внедрение схем отбелки с использованием кислородно-щелочных средств позволит обеспечить рекомендуемый уровень содержания соединений хлора при сохранении необходимых характеристик целлюлозы для изготовления медицинских и санитарно-гигиенических изделий, упаковки под пищевые продукты. Однако высокое качество готовой продукции, удовлетворяющее требованиям потребителей, возможно только при условии контроля содержания хлора на всех этапах производства целлюлозы, поскольку количественные показатели концентрации данного вещества остаются близкими к верхнему допустимому пределу. Для цитирования: Софронова Е.Д., Липин В.А., Дубовый В.К., Суставова Т.А. Минимизация содержания хлора в беленой сульфатной целлюлозе для санитарно-гигиенических изделий и упаковки пищевых продуктов // Изв. вузов. Лесн. журн. 2021. № 3. С. 186–195. DOI: 10.37482/0536-1036-2021-3-186-195
The increasing consumption of pulp for chemical processing, including production of sanitary tissue products and other medical products, food packaging, as well as fillers for food products leads to new requirements for the quality of raw materials. The task of improving the characteristics of pulp has become particularly acute in connection with the COVID-19 epidemic: the demand for disposable nonwoven materials in direct contact with the human skin has increased several times over. The elemental chlorine free (ECF) sulfate pulp bleaching process, which uses chlorine dioxide as a bleaching agent, dominates bleached pulp production worldwide. The chlorine-containing compounds formed as a result of bleaching pollute not only waste water, but also the product itself. In the near future, it is expected that paper products made with chlorine-based bleaches may be banned for the production of sanitary tissue products and food packaging. If the products of the pulp and paper industry do not meet international consumer requirements, the pulp market for these purposes may face undesirable results. The most promising direction of modernization the existing bleaching schemes, both in terms of the process consumption parameters and the quality of the produced pulp, is the use of oxygen-alkaline bleaching in the first stage. Determination of total and organically bound chlorine content in pulp materials in accordance with ISO 11480:2017 on the advanced plant has shown, that the introduction of bleaching schemes using oxygen-alkaline agents will ensure the recommended content of chlorine compounds while maintaining the necessary characteristics of pulp for the manufacture of medical and sanitary tissue products, food packaging. However, high quality of finished products that meet consumers’ requirements is possible only if the chlorine content is controlled at all stages of pulp production, since the quantitative indicators of this substance content remain close to the upper allowable limit. For citation: sofronova e.D., Lipin v.A., Dubovy v.K., Sustavova t.A. Minimizing the Chlorine Content in bleached sulfate pulp for sanitary tissue products and food packaging. Lesnoy Zhurnal [Russian Forestry Journal], 2021, no. 3, pp. 186–195. DOI: 10.37482/0536- 1036-2021-3-186-195.

Представлены результаты исследований процесса быстрого пиролиза древесины. Определены зависимости скорости абляционного пиролиза древесины от силы и скорости механического воздействия на образец.

Изучено изменение содержания лигнина в льняном волокне в процессе выделения из него целлюлозы путем окислительной и гидролитической деструкции.

Для придания прочности в сухом и влажном состояниях на волокнистые материалы наносятся традиционные полимеры (полиэтилен, полипропилен, полистирол, полиэтилентерефталат), а также в композицию вводятся формальдегидные смолы. Однако такие волокнистые материалы плохо подвергаются вторичной переработке и не под-лежат экономически эффективной утилизации. В связи с этим поиск полимерных веществ для улучшения свойств волокнистых материалов весьма актуален. Цель наших исследований – разработка способа ферментативной обработки растительных белков, предназначенных для улучшения физико-механических и деформационных характеристик волокнистых материалов. В качестве растительного белка был использован глютен пшеничный, получаемый из возобновляемых источников растительного сырья. В соответствии с поставленной целью разработан биокаталитический способ об-работки глютена, позволяющий получить биополимер с необходимыми реологическими свойствами и технологически пригодный для нанесения на волокнистые материалы. Показано влияние ферментных препаратов протеолитического и ксиланазного действия на физико-механические и деформационные характеристики волокнистых материалов. Применение биомодификации растительного биополимера – глютена, позволяет снижать энергозатраты на производство и получать биоразлагаемые волокнистые материалы. Практическая значимость представленной работы обусловлена заменой формальдегидных смол, используемых для производства нетканых материалов, бумаги, картона, древесноволокнистых плит, на биомодифицированные расти-тельные полимеры. Пропитка волокнистого материала глютеном, обработанным ферментными препаратами, увеличивает прочностные и деформационные характеристики: растяжимость – до 29 %, жесткость – до 96 %, разрушающую нагрузку – до 54 %, влагопрочность – до 54 % по отношению к контрольному образцу картона. Полученные результаты показывают потенциальную возможность применения биокаталической обработки глютена для улучшения физико-механических свойств бумаги и картона.

В настоящее время одним из направлений развития целлюлозно-бумажной промышленности является био-рефайнинг, основанный на комплексной и глубокой переработке древесного сырья с получением продуктов, имеющих высокую добавленную стоимость, при сокращении количества отходов. В число актуальных задач био-рефайнинга входит усовершенствование технологии выделения вторичных продуктов (сульфатного мыла) из отработанных щелоков с увеличением выхода, качества получаемого продукта и снижением загрязнения окружающей среды. Сложность и энергоемкость процесса извлечения сульфатного мыла из отработанных щелоков обуславливается многими факторами, в т. ч. породой, используемой для варки древесины, составом экстрактивных веществ, способом подготовки древесины к делигнификации. Сульфатное мыло, выделяемое в основном отстаиванием из черного щелока, представ- ляет собой многокомпонентную эмульсию, в составе которой преобладают смоляные и жирные кислоты, а также содержится небольшое количество неомыляемых веществ и примесь лигнина. Низкая степень извлечения связана и с отсутствием систематизированных данных о взаимном влиянии компонентов сульфатного мыла. Установлены закономерности межмолекулярного взаимодействия индивидуальных компонентов вторичного продукта – сульфатного мыла. Методами кондуктометрии и тензиометрии определены критические концентрации мицеллообразования и депрессия поверхностного натяжения растворов поверхностно-активных олеата натрия, абиетата натрия и их смесей вариативного состава. С использованием псевдофазной модели Рубина–Розена проведен детальный анализ смешанных мицелл и адсорбционных слоев. Объяснены механизмы взаимодействия компонентов в смесях. В смешанных растворах обнаружено превалирование влияния более поверхностно-активного олеата натрия на состав мицелл и адсорбционных слоев. Однако максимальный синергетический эффект мицеллообразования в смесях наблюдается при преимущественном содержании абиетата натрия. Анализ экспериментальных данных и результат моделирования сульфатного мыла позволили объяснить сложность его извлечения из щелоков после варки древесины с присутствием лиственных пород в количестве более 30 %: причина – сниженное содержание смоляных кислот в черном щелоке. Для цитирования: Якубова О.С., Демьянцева Е.Ю., Смит Р.А., Дубовый В.К. Анализ мицеллообразования и адсорбционных слоев бинарных смесей компонентов сульфатного мыла // Изв. вузов. Лесн. журн. 2021. № 6. С. 196–205. DOI: 10.37482/0536-1036-2021-6-196-205
Currently, the main trend of the pulp and paper industry development is bio-refining. It is based on integrated and deep processing of wood raw materials to obtain products with higher value added and reduced amount of waste. One of the high priority tasks of bio-refining is improvement of technology of by-product (sulphate soap) extraction from spent liquor with an increase in the yield and quality of the resulting product and a decrease in the level of environmental pollution. The complexity and energy intensity of sulphate soap extraction from spent liquor depends on many factors, including the species used for wood cooking, composition of extractives, the method of wood preparation for delignification, etc. Sulphate soap is a multicomponent emulsion with a predominant content of resin and fatty acids, small amount of unsaponifiable substances and an admixture of lignin, which is mainly extracted from waste liquior by settling. The low degree of its extraction is associated with the absence of systematical data on the mutual influence of the sulphate soap components. In this work, the patterns of intermolecular interaction of the individual components of the by-product (sulphate soap) are found. For this purposes the critical concentration of micelle formation (CCM) and surface tension depression of surface-active sodium oleate and sodium abietate and their mixtures of varying compositions were determined by the methods of tensiometry and conductometry. A detailed analysis of its mixed micelles and adsorption layers was carried out using the Rubin–Rosen pseudophase model. The interaction mechanisms of components in mixtures are explained. The impact on the composition of micelles and adsorption layers of the more surface-active sodium oleate was detected in mixed solutions. A maximum synergistic effect of micelle formation was observed in mixtures with a predominant content of sodium abietate. Analysis of experimental data and the result of sulphate soap modeling allow substantiating the complexity of its extraction from waste liquor after wood cooking with the presence of hardwood over 30 %, which is explained by the reduced content of resin acids in black liquor. For citation: Yakubova O.S., Demiantseva E.Yu., Smit R.A., Dubovy V.K. Analysis of Micelle Formation and Adsorption Layers of Binary Mixtures of Sulphate Soap Components. Lesnoy Zhurnal [Russian Forestry Journal], 2021, no. 6, pp. 196–205. DOI: 10.37482/0536- 1036-2021-6-196-205

Исследовано влияние механоакустического воздействия, реализуемого в роторно-импульсных аппаратах, на реологические и пленкообразующие свойства суспензий микрокристаллической целлюлозы в растворах хитозана. Установлено, что механическая активация суспензий позволяет в несколько раз увеличить прочность сформованных из них пленок.

В технологии производства бумаги и картона для придания им прочности во влажном состоянии применяют синтетические связующие вещества, далеко не безвредные для человека и окружающей среды. В связи с этим весьма актуален поиск биологически безопасных связующих, в частности биополимеров, для придания влагопрочности бумаге и картону. Цель наших исследований – повышение влагопрочности картона обработкой биомодифицированным глютеном. В соответствии с поставленной целью показано влияние биокаталитически обработанного глютена на деформационные свойства картона. Глютен пшеничный обрабатывался ферментными препаратами: гидролазой, трансферазой и липазой. При обработке картона в глютен вносили L-цистеин. Применение биомодифицированного глютена позволяет получать биоразлагаемые волокнистые материалы с наименьшими энергозатратами из возобновляемых источников сырья. Практическая значимость работы обусловлена заменой формальдегидных смол и/или синтетических полимеров, используемых для придания прочности во влажном состоянии бумаге и картону, на биомодифицированные растительные полимеры. Показано увеличение (по отношению к контрольному образцу) прочностных характеристик картона: пропитанного биомодифицированным глютеном (трансглутаминазой) – удлинение до 19 % для продольного и поперечного направлений в сухом и влажном состояниях; пропитанного липопаном – удлинение до 28 % для продольного и поперечного направлений во влажном состоянии. Полученные результаты показывают потенциальную возможность применения биокаталически обработанного глютена для повышения влагопрочности бумаги и картона. Кроме того, получаемые материалы являются биоразлагаемыми.

Исследовано влияние модификации картона на комплекс его поверхностных свойств. Поверхностные свойства картона рассчитывали исходя из значений краевого угла смачивания 5 различных жидкостей. Впитываемость образцов определяли методом полного погружения и капельным способом. Оценено влияние обработки картона полилактидным и крахмальным покрытиями на его смачиваемость и впитываемость. Было установлено, что при нанесении биоразлагаемых полимеров на картон происходит изменение свободной поверхностной энергии: обработка полилактидным покрытием уменьшает эту характеристику примерно на 37 %, крахмальным – незначительно увеличивает (около 3 %). При нанесении полилактидного покрытия впитываемость картона при полном погружении снижается в 1,7 раз, при нанесении крахмального покрытия эта характеристика незначительно возрастает (на 6 %). Подобные зависимости отмечены при изучении капельной впитываемости картона: полилактидное покрытие предотвращало впитываемость капли воды, время впитываемости картона при обработке крахмальным покрытием уменьшается. Показана возможность изменения свойств целлюлозно-бумажных материалов с помощью униполярного коронного разряда. Придание электретного состояния целлюлозно-бумажным материалам оценивали по значениям потенциала поверхности, напряженности электростатического поля и эффективной поверхностной плотности электрических зарядов. При обработке постоянным коронным разрядом исходных образцов картона и картона, модифицированного крахмалом или полилактидом, происходит уменьшение поверхностной энергии в среднем на 20...25 %. Это приводит к тому, что впитываемость модифицированного картона при полном погружении становится меньше, чем у исходного картона, а время впитываемости капли воды увеличивается примерно в 1,3 раза. Для цитирования: Басырова С.И., Галиханов М.Ф., Галеева Л.Р. Поверхностные свойства модифицированного картона // Лесн. журн. 2019. № 6. С. 233–240. (Изв. высш. учеб. заведений). DOI: 10.17238/issn0536-1036.2019.6.233
The influence of cardboard modification on the complex of its surface properties is studied. The cardboard surface properties were calculated based on the contact angle values of five different liquids. The samples absorbency was determined by the methods of full immersion and drop infusion. The effect of cardboard processing with polylactide and starch coatings on its wetting ability and absorbency was assessed. It was found that free surface energy changes when applying biodegradable polymers to cardboard; it decreases by approximately 37 % when applying polylactide coating, and it slightly increases (by approximately 3 %) when applying starch coating. The absorbency of completely immersed cardboard decreases in approximately 1.7 times when applying polylactide coating; this cardboard characteristic slightly increases (by approximately 6 %) when applying starch coating. Similar dependences were observed in the study of dripping absorbency of cardboard. Polylactide coating prevented the absorption of a drop of water, and the absorption time of the cardboard decreased during processing with starch coating. The changeability of properties of pulp and paper materials with the use of a unipolar corona discharge is shown. Imparting an electretretic state to pulp and paper materials was evaluated by the surface potential values, electrostatic field intensity, and effective surface electric charge density. The surface energy decreases by 20–25 % on average while processing with the permanent corona discharge of the initial samples of cardboard and cardboard modified with starch or polylactide. As a result, the absorbency of the modified cardboard with full immersion grows less than that of the original cardboard, and the absorption time of a drop of water increases in approximately 1.3 times. For citation: Basirova S.I., Galikhanov M.F., Galeeva L.R. Surface Properties of Modified Cardboard. Lesnoy Zhurnal [Russian Forestry Journal], 2019, no. 6, pp. 233–240. DOI: 10.17238/ issn0536-1036.2019.6.233

Установлены состав и константа устойчивости образующихся комплексов, найдены оптимальные условия получения.

Измельченные в порошок бумажно-смоляные пленки, состоящие из пропиточной меламинокарбамидоформальдегидной смолы и беленой целлюлозы, представляются перспективными наполнителями фанерных клеев, позволяющими увеличить вязкость клеевой композиции и обеспечить химическое взаимодействие с компонентами карбамидоформальдегидных смол. Установлено, что условная вязкость клея при введении в карбамидоформальдегидную смолу 4...6 % бумажно-смоляных пленок повышается на 80...110 %, однако рост вязкости сопровождается увеличением продолжительности желатинизации клея на 25...35 %. Реакционную способность пленок, обусловленную возможностью совместной поликонденсации карбамидо- и меламинокарбамидоформальдегидных олигомеров, изучали путем определения остаточных гидроксиметильных групп в отвержденных клеевых композициях. Согласно полученным результатам, при введении в смолу бумажно-смоляных пленок, содержание непрореагировавших гидроксиметильных групп увеличивается с 1,0 % в композиции без наполнителя до 2,5 % в композиции с 10 % пленок. Выявили, что содержание непрореагировавших гидроксиметильных групп в отвержденном клее на 90 % зависит от продолжительности желатинизации клеевой композиции. Для ускорения отверждения клея заменили хлорид аммония на более эффективный отвердитель МО-4СБ, позволя- ющий при массовой доле 4...5 % сократить продолжительность желатинизации на 15 %. Содержание гидроксиметильных групп в отвержденном клее с 4 % бумажно-смоляных пленок и 4...5 % МО-4СБ составило 0,6...0,7 %, что на 30...40 % меньше, чем в смоле без наполнителей. Образцы 3-слойной фанеры из композиции, содержащей 4 % наполнителя и 4 % модификатора-отвердителя МО-4СБ, имели прочность клеевого шва при скалывании на 15 % выше по сравнению контролем, изготовленным по традиционной ре- цептуре из клея, содержащего 8 % каолина и 1 % хлорида аммония. Прирост прочности позволил сократить норму расхода клея на 15 % с сохранением физико-механических показателей на уровне требований ГОСТ 3916.1–2018. Таким образом, использование 4 % бумажно-смоляных пленок в качестве наполнителя клея из карбамидоформальдегидной смолы повышает вязкость клеевой композиции до уровня существующих минеральных наполнителей, а также увеличивает прочность и водостойкость отвержденного полимера. Рост физико-механических показателей обеспечивается за счет сополиконденсации карбамидо- и меламинокарбамидоформальдегидных олигомеров. Однако для приемлемой скорости реакции требуется использовать более эффективные отвердители, чем хлорид аммония.

Значительная часть технологической щепы для целлюлозно-бумажного производства, а также производства древесных плит производится в древесно-подготовительных цехах деревоперерабатывающих предприятий. Одной из основных операций технологического процесса является окорка балансов, которая выполняется в окорочных барабанах. Длина баланса, поступающего в окорочный барабан, обычно не превышает 1,2 м. Это обоснованно позволяет пренебречь его возможным поперечным изгибом во время обработки ввиду его большой жесткости. Однако в последнее время в практике зарубежных древесно-подготовительных участков стала практиковаться окорка длинномерных лесоматериалов. Это позволяет существенно повысить производительность древесноподготовительных линий, уменьшить энергоемкость и снизить потери древесины на стадии окорки. При окорке длинномеров сбег и деформации изгиба оказывают существенное влияние на качество окорки. В развитие ранее выполненных исследований нами рассматривается окорка хлыстов и длинномеров в барабане, который значительно короче хлыстов. В этой связи появляется актуальная проблема исследования качества окорки длинномеров в укороченных барабанах. Цель работы – применение численного моделирования для оценки влияния изгиба длинномеров с учетом их сбега. В качестве инструмента исследования использован комплекс программ конечно-элементного анализа ANSYS. По результатам моделирования обоснована адекватность предлагаемой методики моделирования, применение которой позволило подтвердить ранее сформулированную гипотезу о том, что не только соударение, но и возникающие при изгибе деформации и напряжения могут вызвать разрушение материала, ослаблять силы сцепления коры с древесиной и силы сцепления слоев коры между собой.

Mechanical properties are crucial in assessing the paper quality. Deformation and strength properties of paper are determined by the strength and stiffness of the interfiber and intermolecular hydrogen bonds. The contribution ratio of interfiber and intermolecular hydrogen bonds to the strength of paper can be changed by adjusting the degree of its anisotropy. The article presents the results on a study of the deformation properties of laboratory anisotropic paper samples from kraft bleached softwood pulp with a beating degree of 30 °SR. The samples had basic weight of 90 g/m2 and the degree of stiffness anisotropy TSIMD/CD of 1.75–4.08. They were made by using Techpap SAS automatic dynamic handsheet former (Grenoble, France), with varying forming parameters – diameter of the nozzle, motion speed of the forming wire, and injecting speed of pulp. Deformation properties were determined by tensile test and processing of the stress-strain dependence (σ−ε). The outcomes have shown that, an increase of the fiber orientation degree in paper structure by changing the forming parameters caused a change in the nature of the paper deformation under tension. Increasing the fiber orientation degree in the structure of paper made it possible to increase the strength by 55 %, tensile stiffness by 63 % in the machine direction, while reducing the extensibility by 10 %. In the cross direction, it was possible to decrease tensile stiffness by 33 %, strength by 55 %, and increase the extensibility by 5 %. Anisotropy of tensile strength was 1.73–6.00. The greatest effect was obtained for the elasticity modulus in the pre-failure zone E2 (2.8–38.6). It means that, fiber orientation had a key importance when large deformations in the samples took place. The established quantitative regularities allowed optimizing the values of the deformation and strength properties of paper, and their ratio in the machine direction and cross direction due to the variation of the forming parameters. For citation: Rech D., Potasheva A.N., Kazakov Ya.V. Regulating the Deformation Properties of Paper by Varying the Degree of Its Anisotropy. Lesnoy Zhurnal [Russian Forestry Journal], 2021, no. 5, pp. 174–184. DOI: 10.37482/0536-1036-2021-5-174-184
Механические свойства являются ключевыми при оценке качества бумаги и определяются прочностью и жесткостью межволоконных и межмолекулярных водородных связей. Вклад разных видов связей в прочность образца возможно менять регулированием степени анизотропии бумаги. Исследованы деформационные свойства лабораторных анизотропных образцов бумаги из беленой хвойной целлюлозы при степени помола 30 °ШР, массе 90 г/м2, со степенью анизотропии жесткости TSIMD/CD (отношение индексов жесткости при растяжении, TSIMD к TSICD) 1,75…4,08. Образцы были изготовлены на динамическом листоотливном аппарате TechPap SAS (г. Гренобль, Франция) при переменных параметрах отлива: скорости сетки, скорости струи, диаметре форсунки. Деформационные и прочностные свойства определены испытанием на растяжение с получением зависимости «напряжение–деформация». Показано, что увеличение степени ориентации волокна за счет варьирования параметров отлива делает прочность в машинном направлении больше на 55 %, жесткость при растяжении – на 63 %, снижает растяжимость на 10 %; в поперечном направлении возможно уменьшение жесткости при растяжении на 33 %, прочности – на 55 %, увеличение растяжимости на 5 %. Анизотропия прочности при растяжении составила 1,73…6,00. Наибольший эффект получен для модуля упругости в области предразрушения – 2,8…38,6, т. е. ориентация волокна имеет ключевое значение при больших деформациях образцов. Установленные количественные закономерности позволяют оптимизировать величины деформационных и прочностных показателей бумаги и их соотношение в машинном и поперечном направлениях за счет варьирования параметров отлива. Для цитирования: Rech D., Potasheva A.N., Kazakov Ya.V. Regulating the Deformation Properties of Paper by Varying the Degree of Its Anisotropy // Изв. вузов. Лесн. журн. 2021. № 5. С. 174–184. DOI: 10.37482/0536-1036-2021-5-174-184

Комплексная переработка торфа является важной хозяйственной проблемой. Методом электрохимического синтеза авторами получены хелатные соединения железа с гуминовыми кислотами, которые рекомендуется использовать в качестве кормовой добавки. В связи с образованием вторичного ресурса (целлолигнина) возникает проблема создания технологии его переработки на экономически эффективные продукты. Целлолигнин содержит большое количество целлюлозы, что делает его привлекательным сырьем для биотехнологической переработки микроорганизмами. Однако в целлолигнине содержится лигнин, препятствующий ферментативному гидролизу целлюлозы до простых сахаров, что обусловливает необходимость поиска способов его предварительной обработки. Целлолигнин может использоваться в качестве питательного субстрата для культивирования мицелиальных грибов рода Trichoderma, так как для них характерно проявление ксиланазной и целлюлазной активности, которая способствует ферментативному гидролизу целлолигнина. Цель работы – определение ферментативной активности при культивировании штамма мицелиального гриба Trichoderma reesei M18 на питательных средах из целлолигнина торфа. Для повышения ферментативной активности мицелиального гриба в питательную среду, содержащую целлолигнин торфа в твердой фазе, вводили мультиэнзимный комплекс, включающий целлюлазные и ксиланазные ферменты и редуцирующие вещества. Также в экспериментах целлолигнин обрабатывали бисульфитном натрия, после чего лигнин растворялся и клетчатка становилась более доступной для ассимилирования грибом. Установлена целесообразность культивирования мицелиального гриба Trichoderma reesei M18 на питательных средах из целлолигнина торфа, предварительно обработанного бисульфитом натрия. Показано, что внесение в питательную среду на основе целлолигнина, обработанного бисульфитом натрия, мультиэнзимных комплексов, содержащих целлюлазы и ксиланазы, способствует повышению ферментативной активности Trichoderma reesei M18, что увеличивает синтез белка и, соответственно, биомассы. Предварительная обработка целлолигнина торфа бисульфитом натрия рекомендуется для биоконверсии мицелиальным грибом Trichoderma reesei M18 с получением из биомассы адсорбента микотоксинов. Биомасса мицелиальных грибов Trichoderma reesei M18, выращенная на целлолигнине торфа, использована для получения адсорбентов микотоксинов, которые успешно испытаны in vivo.

Поддержание здоровья и работоспособности населения – одна из основных задач здравоохранения. Проживание в неблагоприятных климатических условиях Севера и работа в условиях действия опасных производственных факторов развитой на территории Архангельской области целлюлозно-бумажной промышленности может приводить к существенному снижению адаптационных возможностей организма. Важнейшую роль в обеспечении адекватного ответа на действие раздражителей и запуске процесса адаптации играют нейроэндокринная, сердечно-сосудистая системы и система крови, которые отражают качественные и количественные изменения в организме, являясь при этом надежными маркерами гомеостаза. Целью исследования было изучить адаптационный потенциал рабочих целлюлозно-бумажного производства, показывающий уровень функционирования системы кровообращения, и оценить их эндокринный профиль в зависимости от выявленных функциональных возможностей организма. Материалы и методы. В исследовании принимали участие рабочие производственных цехов Соломбальского целлюлознобумажного комбината (г. Архангельск) – 50 мужчин в возрасте 22–60 лет, с индексом массы тела 19–25, не состоявшие на учете у врача-эндокринолога. В сыворотке крови методом радиоиммунного анализа определялись уровни тироксинсвязывающего глобулина, эстрадиола, методом иммуноферментного анализа – концентрации общего кортизола, тиреотропина, тироксина, трийодтиронина, прогестерона, тестостерона, инсулина, С-пептида, соматотропина. Результаты. Исследование показало, что 2/3 обследованных работников целлюлозно-бумажного комбината находились в состоянии напряжения механизмов адаптации, состояние двух человек соответствовало физиологической норме, которая характеризуется хорошей и удовлетворительной адаптацией. Для обследуемых со снижением адаптационных возможностей до состояния неудовлетворительной адаптации было характерно повышение уровня кортизола, тироксинсвязывающего глобулина, эстрадиола, С-пептида, инсулина на фоне уменьшения соотношения половых гормонов (тестостерон/эстрадиол), уровней тестостерона и прогестерона. Авторы рекомендуют при проведении периодических медицинских осмотров рабочих целлюлозно-бумажного производства осуществлять оценку структуры здоровья коллективов с анализом эндокринного профиля и контролировать изменения, происходящие с течением времени.

Необходимость совершенствования существующей технологии обессмоливания целлюлозы (снижения расхода использующихся при этом проверхностно-активных веществ и уменьшения экологической нагрузки) – обусловила сочетание существующих методов удаления смолы с ферментативной обработкой. основой механизма обессмоливания целлюлозы амфифильными соединениями является процесс солюбилизации смолистых веществ, поэтому установление закономерностей данного процесса и его регулирование предопределяют успешность реализации выбранной технологии. С использованием спектрофотометрии, рН-метрии и метода динамического светорассеяния исследованы особенности солюбилизации триолеина и канифоли в системах на основе индивидуальных неионогенных поверхностно-активных веществ, фермента липазы, а также их синергетических смесей с определением солюбилизационных емкостей мицелл и возможного механизма встраивания в них солюбилизата. Установлено, что синтамид-5 обладает невысокой обессмоливающей способностью, несмотря на высокую солюбилизационную емкость его мицелл и получение агрегатов с гидродинамическим радиусом до 98 нм после диффузии канифоли в них. Вероятно, для успешного обессмоливания целлюлозных полуфабрикатов более предпочтительны компактные мицеллярные структуры с развитой поверхностью, которые реализуются в смешанных системах амфифильных соединений, в том числе с присутствием в них синтамида-5. Введение липазы приводит к увеличению солюбилизационной емкости смешанных агрегатов и возрастанию интенсивности встраивания молекул солюбилизата. При этом в зависимости от природы амфифильного соединения имеет место различный механизм встраивания солюбилизата в мицеллы. определение размеров ассоциатов в смешанных системах показало отсутствие денатурации фермента, что прогнозирует успешное применение таких кооперативных систем для обессмоливания волокнистых полуфабрикатов. Установлено, что солюбилизирующая способность изучаемых систем на объектах, моделирующих смолу, коррелируется с их обессмоливающей способностью относительно различных волокнистых полуфабрикатов. Для цитирования: Смит Р.А., Демьянцева Е.Ю., Андранович о.С., Филиппов А.П. особенности солюбилизирующего действия амфифильных соединений при обессмоливании целлюлозы // Изв. вузов. Лесн. журн. 2021. № 1 . С. 180–191. DOI: 10.37482/0536- 1036-2021-1-180-191 Благодарность: За содействие в проведении исследования ферментного препарата методом электрофореза в полиакриламидном геле авторы благодарят ведущего инженера лаборатории № 5 ИВС РАН В.В. Захарова
The necessity to improve the existing technology of pulp deresination, in particular, to reduce the surfactants consumption and decrease the environmental load, led to a combination of existing methods of resin removal with the use of enzymatic treatment. The basis of the pulp deresination mechanism by amphiphilic compounds is the solubilization of resinous substances. Thus, the establishment of the patterns of this process and its control predetermines the success of implementation of the selected technology. The features of solubilization of triolein and rosin in the lipase-based systems of individual nonionic surfactants, the enzyme, as well as their synergistic mixtures with the determination of solubilization capacities of micelles and the possible mechanism of solubilizate incorporation into them were studied using spectrophotometry, pH measurement and dynamic light scattering. It was found that synthamide-5 has a low deresination capability in spite of the high solubilization capacity of its micelles and the production of aggregates with a hydrodynamic radius up to 98 nm after diffusion of rosin into them. It is likely that compact micellar structures with a developed surface, which are implemented in mixed systems of amphiphilic compounds, including the presence of synthamide-5 in them, are more preferable for successful deresination of pulp semi-finished products. The addition of lipase leads to an increased solubilization capacity of mixed aggregates and an increase in the intensity of solubilizate molecules incorporation. Thus, depending on the nature of the amphiphilic compound, there is a different mechanism for solubilizate incorporation into micelles. Determination of the size of associates in mixed systems showed the absence of enzyme denaturation, which predicts the successful application of such cooperative systems for deresination of fiber semi-finished products. It is found that the solubilizing capability of the studied systems on resin modeling objects correlates with their deresination capability with respect to different fiber semi-finished products. For citation: Smit R.A., Demiantseva E.Yu., Andranovich O.S., Filippov A.P. Features of Solubilizing Effect of Amphiphilic Compounds during Pulp Deresination. Lesnoy Zhurnal [Russian Forestry Journal], 2021, no. 1, pp. 180–191. DOI: 10.37482/0536-1036-2021-1- 180-191 Acknowledgements: The authors are grateful to V.V. Zakharov, leading engineer of Laboratory No. 5 of the Institute of Macromolecular Compounds of the Russian Academy of Sciences (IMC RAS), for his assistance in the study of the enzyme preparation by electrophoresis in polyacrylamide gel.

В работе использовано число Масона в качестве критерия подобия для анализа общих закономерностей в электрореологическом эффекте в дисперсиях полисахаридов.

Исследовано влияние макроциклических добавок на процесс переноса водяных паров в диацетате целлюлозы, а также набухание этого полимера в воде и в растворах НNO[3].

Работа посвящена исследованию ЖК-состояния растворов производных целлюлозы.

Цель исследования – разработка методов определения тепловых потерь в сушильных цилиндрах. экспериментальные исследования их температуры выполнены в сушильной части бумагоделательной машины при установившемся режиме работы. Определены средние, предельные и допустимые статистические характеристики температур сушильных цилиндров. По минимально-допустимым уровням температур выявлены сушильные цилиндры с повышенным содержанием конденсата и обоснован ремонт системы отвода конденсата для снижения тепловых потерь (расхода пара). Установлена причина неравномерной сухости бумажного полотна по ширине. Конденсатное кольцо на внутренней стенке по краям сушильных цилиндров приобретает утолщение из-за влаги, поступающей с торцевых крышек от действия центробежных сил. Конденсат выводят из сушильных цилиндров сифоном с приводной стороны. Поэтому на лицевой стороне сушильных цилиндров конденсатная пленка имеет бόльшую толщину, чем на приводной стороне, а бумажное полотно просыхает хуже. Односторонний вывод конденсата и физический эффект центробежного сгона конденсата с торцевых крышек на боковую внутреннюю поверхность сушильных цилиндров приводят к тому, что бумажное полотно имеет меньшую сухость с лицевой стороны. Применение теплоизоляции торцевых крышек будет способствовать равномерной сухости по ширине бумажного полотна. Данные экспериментальных исследований температуры обработаны методами математической статистики для определения уровня тепловых потерь при контактной сушке бумажного полотна на сушильных цилиндрах от торцевых крышек к окружающему воздуху. Расчет тепловых потерь выполнен по уточненной методике исследования тепловых процессов при контактной сушке бумажного полотна. Установлено, что применение теплоизоляции торцевых крышек сушильных цилиндров обеспечивает снижение расхода пара на контактную сушку бумажного полотна без ущерба для технологического процесса. Результаты исследования можно применить для сокращения тепловых потерь в сушильной части бумагоделательных машин на цилиндрах, не имеющих теплоизоляции торцевых крышек. Например, для бумагоделательной машины, состоящей из 56 цилиндров диаметром 1500 мм, производительностью 7000 кг/ч абсолютно сухой бумаги, теплоизоляция их торцевых крышек экономит расход пара на сушку бумажного полотна до 223 кг/ч. Разработаны и апробированы методы обнаружения сушильных цилиндров с повышенным содержанием конденсата по допустимым уровням температуры и уточненный метод определения тепловых потерь при контактной сушке бумажного полотна на сушильных цилиндрах. Для цитирования: Сиваков В.П., Вураско А.В., Куцубина Н.В. экспериментальное и теоретическое исследование тепловых потерь в сушильных цилиндрах // Изв. вузов. Лесн. журн. 2021. № 2. С. 169–179. DOI: 10.37482/0536-1036-2021-2-169-179
The research purpose is to develop methods for determination of heat losses in drying cylinders. Experimental study of temperature of drying cylinders performed in the drying section of a paper machine during its steady-state operation. Medium, maximum and permissible statistical characteristics of drying cylinder temperatures were defined. The drying cylinders with increased condensation concentration were determined by the minimally permissible temperature levels and the repair of the condensation drainage system to reduce heat losses (steam consumption) was justified. The cause of uneven dryness of the paper web across the width has been determined. The condensate ring on the inner wall at the edges of the drying cylinders gets thickened due to moisture coming from the end caps from the action of centrifugal forces. The condensation is removed from the drying cylinders with a siphon on the drive side. Therefore, on the front side of the drying cylinders condensate film has a greater thickness, and the paper web dries worse. The single-sided condensate disposal and the physical effect of centrifugal condensate runoff from the end caps to the side inner surface of the drying cylinders cause a lower dryness from the front side of the paper web. The use of thermal insulation of end caps will contribute to uniform dryness across the width of the paper web. The results of experimental studies were processed by methods of mathematical statistics in order to describe the thermal losses during contact drying of the paper web on drying cylinders with and without thermal insulation of the end caps to the ambient air. The calculation of heat losses is carried out according to the refined method of researching thermal processes in contact drying of paper web. It is found, that the use of thermal insulation of the end caps of the drying cylinders provides a reduction in steam consumption for contact drying of the paper web without affecting the technological process. The research results can be used to reduce heat losses in the drying section of paper machines on cylinders that do not have thermal insulation of the end caps. For instance, for a paper machine consisting of 56 cylinders with a diameter of 1500 mm and a capacity of 7000 kg/h of absolutely dry paper, insulating their end caps saves up to 223 kg/h of steam for drying the paper web. Methods of detection of drying cylinders with increased content of condensation on permissible levels of temperature is developed and approved. A refined method for determining thermal losses during contact drying of the paper web on drying cylinders has been developed. For citation: Sivakov V.P., Vurasko A.V., Kutsubina N.V. Experimental and Theoretical Study of Heat Losses in Drying Cylinders. Lesnoy Zhurnal [Russian Forestry Journal], 2021, no. 2, pp. 169–179. DOI: 10.37482/0536-1036-2021-2-169-179

Задача работы состояла в оценке целесообразности отбелки бисульфитной целлюлозы с высоким содержанием остаточного лигнина (7,5 %) по Elemental Chlorine Free (ECF)-технологии пероксидом водорода в кислой среде и хлоритом натрия, сульфитной целлюлозы – по Total Chlorine Free (TCF)-технологии пероксидом водорода по разработанным авторами схемам. Отбелки проводили в лабораторных условиях. Условия обработки целлюлозы на отдельных ступенях отбелки оптимизированы с использованием программного пакета статистического анализа Statgraphics V.5.0. Показано, что обе схемы отбелки довольно жестких бисульфитной и сульфитной целлюлозы характеризуются мягким окислительным воздействием на компоненты целлюлозы и дают положительные результаты по выходу, показателям качества целлюлозы, а также обеспечивают высокую степень обессмоливания целлюлозы по общей и «вредной» смоле, что способствует устранению «смоляных затруднений». Основные показатели промывных вод указывают, что по уровню загрязненности сточных вод предлагаемые технологии отвечают современным требованиям. Предлагаемая схема отбелки по ECF-технологии с заменой кислородно-щелочной обработки пероксидной делигнификацией и диоксида хлора растворимым в воде взрывобезопасным хлоритом натрия разработана для отбелки сульфатной и бисульфитной жесткой целлюлоз и может быть с успехом внедрена на любом действующем предприятии целлюлознобумажной промышленности без значительных капитальных затрат. Внедрение TCFсхемы пероксидом водорода также не требует больших вложений