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

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

Древесина тропических растений, в том числе бамбука, обладает большим потенциалом из-за быстрого роста, простоты выращивания, низкой стоимости и характеристик, ценных для целлюлозно-бумажной промышленности. Рассмотрены структурно-морфологические свойства небеленой целлюлозы, полученной сульфатным способом из древесины бамбука Bambusa blumeana, местом произрастания которого является Республика Вьетнам. Сульфатная варка проведена на автоклавной системе CAS 420. Бамбуковая целлюлоза имела выход 41,7 %, число каппа – 17,3. Структурно-морфологические свойства волокна измерены на автоматическом анализаторе волокна L&W Fiber Tester, после размола на мельнице Йокро до 60 °ШР. Цифровые микрофотографии получены на микроскопе ImagerM2m Carl Zeiss. Выполнено сравнение динамики структурно-размерных свойств целлюлозы из бамбука и производственной хвойной и лиственной небеленой целлюлозы. Установлено, что при общем, аналогичном лиственной и хвойной целлюлозе, характере изменения свойств при размоле: уменьшении средней длины волокна (с 1,90 до 1,21 мм), числа изломов на волокно (с 0,78 до 0,72), средней длины сегмента (с 1,17 до 0,86 мм), увеличении средней ширины (с 17,8 до 20,6 мкм), фактора формы (с 81,7 до 85,6), содержания мелочи (с 1,8 до 7,0 %) – изменение структурно-размерных характеристик волокна у целлюлозы из бамбука происходит в наибольшей степени. Пониженная ширина волокон при их высокой длине обеспечивает наибольший коэффициент вытянутости волокон (от 106,6 у неразмолотой до 58,8 при 60 °ШР) по сравнению с хвойной (81,3…60,6) и особенно лиственной (44,4…36,0) целлюлозой. Это приводит к уменьшению фактора формы и более легкому повреждению волокон в условиях гидромеханического воздействия при размоле, что выражается в изменении числа изломов на волокне. Максимальные изменения в структуре, размерах, форме волокна и содержании мелочи происходят уже в первые 10 мин размола, отсюда следует вывод о низкой прочности бамбуковых волокон и их легкой повреждаемости. Можно предположить, что использование небеленой целлюлозы из бамбука в композиции бурых видов бумаги не приведет к повышению их прочности.

В учебном пособии представлены основные вехи и современные тенденции газетного дизайна в России и за рубежом, теоретические положения подкреплены иллюстративным материалом и примерами оформления печатных СМИ. Книга включает в себя лекционный материал, планы практических занятий и методические рекомендации по их проведению, тематику докладов и рефератов, контрольные вопросы и списки рекомендуемой литературы к каждой теме, итоговую проверочную работу по пройденному курсу «Технология компьютерной верстки». Повышают просветительский потенциал пособия медиаобразовательные технологии, которые автор использует в изложении темы верстки газеты в настольной издательской системе. Для преподавателей, аспирантов, студентов вузов, а также широкого круга специалистов, работающих в сфере СМИ.

В учебном пособии освещен широкий круг вопросов, связанных с бумагой. Этот материал рассмотрен в сфере полиграфии, художественного творчества, а также как культурно-историческое явление, обладающее в зависимости от эпохи и страны уникальным своеобразием. Сделана попытка предугадать предназначение бумаги в будущем и найти ресурсы для успеха этого материала на фоне стремительного развития новейших технологий. Издание предоставляет студентам богатую теоретическую и практическую базу по изготовлению бумаги как ручного литья, так и промышленного производства, содержит целый спектр методических рекомендаций по использованию различных сортов бумаги для дизайна, полиграфии и объемно-пространственного моделирования.

Конспект лекций «Бытовые электротехнические товары. Товары культурно-бытового назначения» разработан в соответствии с ФГОС третьего поколения. Лекции предназначены для студентов, обучающихся по программам высшего образования направления подготовки «Торговое дело» (квалификация (степень) «бакалавр»).

Представлен экономико-математический анализ ценовой динамики на целлюлозу российских и мировых производителей. Подробно рассмотрена методология и представлен процесс построения прогноза на основе исследования трендов, сезонных и циклических составляющих динамики цен. Апробированная схема анализа временных рядов может быть использована при обработке ценовых данных на разные виды лесобумажной продукции.

Многослойное формование улучшает многие прочностные свойства картона. Целью настоящего исследования является изучение многослойного формования картона как одного из факторов повышения и регулирования его прочности, деформативности и трещиностойкости. Подобные исследования применительно к массовым видам картона проводились еще в 90-х гг. прошлого века А.С. Смолиным и Г.З. Аксельродом. В настоящей работе особое внимание уделено современным и актуальным на сегодняшний день характеристикам упаковочных видов картона: сопротивлению сжатию по методу SCT, энергии внутренних связей по Скотт–Бонду и сопротивлению развитию трещин. Представлены результаты испытаний модельных образцов картона широкого диапазона композиций по волокну с использованием как первичных (беленых и небеленых) полуфабрикатов нормального и высокого выхода, так и вторичных во-локон. Продемонстрирована возможность моделирования многослойного формования, позволяющего целенаправленно изменять физико-механические характеристики и получать материалы с заданными потребительскими свойствами.

Размол волокнистых материалов является одним из ключевых процессов обработки растительных волокон в целях придания им бумагообразующих свойств. При размоле растительных волокон в водной среде происходит как чисто механический (укорачивание и продольное расщепление волокон на фибриллы), так и коллоидно-химический (набухание и гидратация волокон) процессы. Цель работы – изучение влияния преимущественного укорачивающего или фибриллирующего размола, смоделированного в лабораторных условиях, на прочностные и деформационные характеристики волокнистых полуфабрикатов. Преимущественное укорочение волокон наблюдается при размоле массы низкой концентрации, в ходе которого на каждое волокно, попадающее между ножами размалывающего аппарата, приходится большее удельное давление. Для получения сильно фибриллированных волокон, напротив, следует подвергать размолу массу высокой концентрации, в процессе которого каждому волокну будет соответствовать меньшее удельное давление и большее взаимное трение волокон, способствующее их расчесыванию и расщеплению. В связи с этим моделирование укорачивающего или фибриллирующего размола при разной концентрации массы проведено в лабораторных условиях с использованием трех видов раз-малывающего оборудования – лабораторного ролла, мельниц Йокро и PFI. Объектами исследования служили образцы хвойной небеленой целлюлозы высокого и нормального выхода. Продемонстрирована возможность моделирования преимущественного укорачивания или фибриллирования волокон при лабораторном размоле, что позволяет целенаправленно изменять бумагообразующие свойства волокон и получать бумажный лист с заданными потребительскими свойствами.

Для получения количественных данных о работе листового аппарата и корневой системы, а также показателей биологической продуктивности и депонирования углерода растениями лиственницы сибирской в онтогенезе использованы экологические, физиологические, агрохимические и балансовые методы исследования, а также характеристики почвенно-климатических условий мест произрастания и собственные результаты модельных опытов авторов. Табличные данные массы корней, хвои, стволов и сучьев, приведенные на 1 га для древостоев Iа–V классов бонитета Архангельской области, пересчитывали на среднее (по массе) растение по возрастам. Биологическую продуктивность определяли по относительному увеличению сухой массы растения в сравниваемых периодах, чистую продуктивность фотосинтеза – по формуле, приведенной А.А. Ничипоровичем (1955), минеральную продуктивность – по В.М. Лебедеву (1998). Установлен характер реакции растений на истощение почвенных ресурсов с возрастом, затрагивающий физиологические, функциональные и морфологические процессы и биологическую продуктивность растений. В древостоях всех классов бонитета с 25 до 300 лет отмечено снижение чистой и биологической продуктивности фотосинтеза и депонирования углерода в зависимости от бонитета соответственно в 4,1–8,1; 15,7–19,9 и 5,6–10,7 раза, поглощения азота, фосфора и калия – соответственно в 20,4–42,2; 24,3–53,1 и 24,0–50,2 раза. Показатели резко изменялись до возраста 75–80 лет, после чего относительно стабилизировались, оставаясь на низком уровне. При этом отношение корневого потенциала к фотосинтетическому в течение онтогенеза увеличилось в 4,5–5,4 раза. За счет этого усилилось снабжение растения элементами питания для поддержания фотосинтеза, биологическая продуктивность снижалась не так резко, как чистая продуктивность фотосинтеза и минеральная продуктивность. Представленные материалы существенно дополняют знания о биологии древесных растений, способствуют расширению исследований в области экологии и физиологии древесных растений и служат теоретической основой для разработки агротехнических приемов управления продукционным процессом. Предложенный комплексный физиологический анализ таблиц фитомассы древостоев позволяет получать количественные данные о работе листового аппарата и корневой системы древесных растений на уровне организма в онтогенезе, устанавливать характер их взаимосвязи. В древостоях всех бонитетов в ответ на снижение поглощения минеральных элементов активизировалась неспецифическая адаптивная реакция, приводящая к росту активной части корневой системы относительно поверхности хвои для увеличения подачи элементов в надземную часть в целях поддержания фотосинтеза на жизненно необходимом уровне и стабилизации биологической продуктивности.

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.

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.

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/

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.

Предложен алгоритм создания математической модели структуры бумажного листа, обладающего такими же свойствами, как и реальный бумажный материал, что позволяет анализировать и прогнозировать его свойства. Представлено три основных этапа создания этой модели. На первом этапе с использованием экспериментальных данных находят параметры распределения основных геометрических характеристик волокна (длины, ширины, кривизны). На основе этих параметров и выявленных зависимостей вычисляют геометрические характеристики каждого моделируемого волокна. На втором этапе осуществляют трехмерное моделирование отдельных волокон. Оно включает расчет траектории волокон, расчет поперечного сечения и трехмерное представление каждого волокна с учетом выявленных на предыдущем этапе зависимостей. На третьем этапе полученные модели отдельных целлюлозных волокон укладываются в единую волокнистую сетку заданной площади, образуется 3D-модель бумажного листа. При этом изгиб волокон в пространстве реализуется за счет операций математической морфологии с учетом параметров исходного сырья. Предлагаемый алгоритм создания трехмерной модели бумажного листа используется с применением прикладного программного обеспечения, позволяющего не только получать визуальную модель листа бумаги, но и проводить анализ и прогнозирование свойств целлюлозно- бумажных материалов без использования обширной инструментально-экспериментальной базы.

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

В настоящее время при производстве массовых волокнистых полуфабрикатов для бумаги и картона используется лиственная древесина. В России это преимущественно древесина березы и осины в разных соотношениях. Основные структурные элементы лиственной древесины в готовых полуфабрикатах – волокна либриформа сосудов. Анатомически волокна либриформа очень трудно различить между собой, но волокна сосудов имеют характерные диагностические признаки – строение перфорационной пластинки. У древесины осины она простая, у древесины березы – лестничная со многими перегородками. На основе указанных особенностей ранее авторами были разработаны метод компьютерной визуализации и алгоритм программы для распознавания волокон сосудов осины и березы. Данная программа предназначена для статистического анализа породного состава волокон древесины по микрофотографиям. Программа апробирована на образцах сульфатной небеленой целлюлозы, полученной из 100 % древесины осины и березы. Смеси готовили весовым методом с заданным соотношением волокон (шаг 10 %). В результате исследований установлено несовпадение ожидаемого и фактического количества сосудов осины и березы. Для оценки влияния соотношения пород лиственной древесины на свойства полуфабрикатов в лабораторных условиях смоделированы три способа получения полуфабрикатов, которые преимущественно используются при переработке древесины осины и березы: варка с зеленым щелоком, натронно-содовым способом и сульфатная варка. Из этих полуфабрикатов получены лабораторные образцы смешиванием их весовым методом (шаг 20 %) в интервале от 0 до 100 % одной из пород. Размол проводили в мельнице Йокро до 20 °ШР. Выполнен анализ основных показателей физико-механических свойств (разрывная длина, сопротивление раздиранию, собственная прочность волокна) лабораторных отливок из полуцеллюлозы (125 г/м2) и беленой сульфатцеллюлозы (60 г/м2). Обнаружено различие между расчетным и фактическим соотношением количества сосудов в смесях с заданным процентным соотношением. Исследована зависимость соотношения композиционного состава на показатели физико-механических свойств. Показана динамика ухудшения прочностных свойств лабораторных образцов при увеличении в их композиции доли осинового волокна.

Рациональное использование бумагообразующего потенциала вторичного волокна за счет максимального сохранения исходной длины и других его структурно-морфологических характеристик при использовании мягких режимов размола является одним из основных принципов подготовки макулатурной массы. Изменение структурно-морфологических свойств вторичного волокна при мягком размоле у влагопрочной макулатуры связано с ее особенностями, которые обусловлены продолжительной тепловой и реагентно-щелочной обработкой сырья в процессе роспуска. Цель работы – исследование структурно-морфологических свойств вторичного волокна, полученного из влагопрочного сырья при мягком размоле. Анализ свойств вторичного волокна выполнен по 2 взаимодополняющим направлениям – характеристика собственно вторичных волокон (1-я часть работы) и характеристика частиц волокнистой мелочи (2-я часть). Установлено, что вторичные волокна до и после размола в целом имеют близкую форму распределения по длине к первичным волокнам беленой сульфатной хвойной целлюлозы, средняя длина которых после первого цикла использования уменьшается незначительно. Рубки вторичных волокон в соответствии с рассчитанными коэффициентами укорочения волокон практически не происходит, а повышение степени помола волокнистой массы связано преимущественно с процессами внешнего и внутреннего фибриллирования. Отмечается, что бережное механическое воздействие при размоле волокнистой массы не сопровождается увеличением ширины вторичных волокон и снижением коэффициента их вытянутости по длине и по массе, значения которого соответствуют полуфабрикатам с высоким бумагообразующим потенциалом (66,3…66,5 и 83,6…84,3). Показано, что мягкий размол волокнистой массы, полученной в условиях ускоренного роспуска влагопрочной макулатуры с применением персульфата натрия и моноперсульфата калия, приводит к определенному распрямлению волокон – это проявляется в увеличении их среднего фактора формы. Ускоренный роспуск обеспечивает в среднем 60 %, а мягкий размол в среднем 40 % от общего эффекта повышения фактора формы вторичных волокон за счет использования комбинации таких условий массоподготовки.

Работа посвящена проблемам качества текстильной целлюлозы.

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

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

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.

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

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.