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

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

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.

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.

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.

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.

Журнал является комплексным печатным органом высших учебных заведений лесотехнического профиля. Публикует научные статьи по всем отраслям лесного дела, сообщения о внедрении законченных исследований в производство, о передовом опыте в лесном хозяйстве и лесной промышленности.

Представлены материалы докладов по фундаментальным и прикладным исследованиям в области механики целлюлознобумажных материалов по следующим направлениям: физические основы и методы оценки механического поведения целлюлознобумажных материалов; новые технологические решения для повышения уровня механических свойств технической целлюлозы, бумаги и картона; перспективы развития ресурсосберегающих способов получения целлюлозно-бумажных материалов из рециркулируемого сырья; цифровизация и инноватика в технологии ЦБП, растительных нанокомпозитов и биополимеров.

Журнал является комплексным печатным органом высших учебных заведений лесотехнического профиля. Публикует научные статьи по всем отраслям лесного дела, сообщения о внедрении законченных исследований в производство, о передовом опыте в лесном хозяйстве и лесной промышленности.

Представлен материал, охватывающий вопросы модификации молекулярной, аморфно-кристаллической и надмолекулярной структур природных целлюлоз химическими и электрофизическими и радиационно-химическими методами и исследования их физико-химических свойств с точки зрения последующей химической переработки.

В учебном пособии описан широкий комплекс вопросов развития научной и технической мысли, связанной с процессом ручного производства, распространения и изучения бумаги с водяными знаками (филигранями). Обобщены результаты анализа российской и иностранной фундаментальной и важнейшей прикладной литературы XVIII–XX вв. по истории бумаги, филиграней и ручного бумажного производства в Европе и Америке. Характеристика всех направлений 250-летнего развития науки об истории бумаги ручного производства и методах ее идентификации в историческом исследовании приводит к выводу, что процесс первоначального накопления знаний закончен. Кризис современного филиграноведения связан с недостаточной продуктивностью и точностью его методов. Для преодоления кризиса введено базовое понятие вида бумаги как физического объекта с набором поддающихся инструментальному изучению и разумных по информационному объему показателей, обоснованы практические методы снятия и математической обработки этих показателей. Системный подход к истории производства, торговли и потребления бумаги реализован в графиках вероятностного хронологического распределения бытования ее видов для разных эпох и регионов. На их основе выводятся коэффициенты к новой формуле датировки любой бумаги и филиграней с заданными степенями вероятности. Система количественного анализа бумаги любого числа видов, в сущности, преодолевает кризис филиграноведения путем превращения его в точную науку. Широчайшие практические возможности современного филиграноведения демонстрируются на примере комплексного дипломатического анализа дела о смерти царевича Дмитрия Углицкого. Книга снабжена алфавитным и тематическим указателями всех филиграноведческих трудов, имеющих справочное значение.

Биомасса дерева является не только сырьем, но и источником энергии, поэтому рациональное использование лесных ресурсов – одна из задач, стоящих перед производителями. Повышение спроса на «зеленые» технологии приводит к поиску новых путей глубокой переработки древесины и волокнистых полуфабрикатов на ее основе. В связи с этим актуальны исследования в области получения порошковых микроструктурированных целлюлоз из волокнистых полуфабрикатов, содержащих существенное количество лигнина, – химико-термомеханической массы из древесины ели и осины. Для получения порошковых целлюлоз были использованы модифицированные методики, в основе которых классические схемы гидролиза целлюлозы. Установлено, что наиболее мелкодисперсный образец с высоким содержанием порошковой целлюлозы получен при обработке соляной кислотой беленой химико-термомеханической массы из осины.

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.

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.

Мелованные виды бумаги и картона получают путем нанесения на основу меловальной суспензии, в композицию которой входят пигменты, полимеры-связующие и технологические добавки. На изменение физико-механических и прочностных свойств как всего материала, так и покрытия оказывают влияние полимеры-связующие. На российском рынке в качестве связующих при меловании бумаги и картона используют в основном импортные латексы (дисперсии). В то же время укрепляются позиции российских производителей синтетических дисперсий, которые прочно завоевывают рынок лакокрасочной промышленности. Целью данной работы является исследование возможности использования синтетических дисперсий российского производства в качестве связующих при меловании бумаги. В работе рассматривается влияние мономерного состава, природы эмульгирующей системы и функциональных мономеров, используемых при синтезе стирол-акриловых дисперсий, на физико-механические, печатные и оптические свойства чистоцеллюлозной мелованной бумаги. Меловальное покрытие наносили на универсальной пилотной установке с помощью шаберажесткого лезвия. Исследования образцов мелованной бумаги проводили в соответствии с международными стандартами ИСО. Наилучшие показатели по требуемым свойствам для чистоцеллюлозной мелованной бумаги наблюдаются у образцов, для которых в качестве связующих использовали дисперсии с температурой стеклования 0 °С, двойной системой (анионного и неионогенного) эмульгаторов и функциональных мономеров с амино-, силоксановыми группами. Результаты показывают возможность разработки рецептуры стирол-акрилатных дисперсий, обеспечивающих показатели качества мелованной бумаги на том же уровне, который достигается при использовании импортных дисперсий.

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

Исследовано влияние факторов режима загрузки на деформацию суспензии «щепа–щелок» в питателе загрузочной циркуляции варочного котла. Показано, что на деформацию суспензии при загрузке расходуется мощность, потребляемая насосом высокого давления. В ходе эксперимента решались следующие задачи: установить по экспериментальным данным зависимость деформации суспензии «щепа–щелок», выполняемой насосом высокого давления в каналах ротора питателя загрузочной циркуляции варочного котла; получить уравнения и численные значения масштабов подобия параметров для деформации суспензии в каналах ротора питателя и экспериментальной модели; определить мощность, расходуемую насосом высокого давления при деформации суспензии «щепа–щелок» в канале ротора питателя загрузочной циркуляции. Использованы следующие методы: полного факторного эксперимента; подобия и анализа размерностей. На основе методов подобия и анализа размерностей составлены уравнения для расчета и определены численные значения следующих масштабов подобия типового питателя и модели: геометрического, коэффициента Пуассона, сил деформации и трения, гидравлических радиусов, работы сил деформации, скорости, деформации и времени нагружения. Зависимость деформации суспензии при подаче из зоны низкого в зону высокого давления загрузочной циркуляции исследована на модели. Установлено, что относительная деформация возрастает пропорционально времени нагружения и давлению и обратно пропорционально жидкостному модулю. Максимальная мощность, расходуемая насосом на деформацию сырья в канале ротора питателя, определена по расчетным параметрам процесса деформации. Показано, что при расчетах привода насоса высокого давления необходимо учитывать расход мощности не только на транспортирование щепы в трубопроводе, но и на деформацию суспензии в питателе загрузочной циркуляции варочного котла.

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.

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.

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

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.

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.

Предмет исследования – санитарно-гигиеническая бумага. Объект – массоподводящая часть и круглосеточное формующее устройство напуска суспензии бумажной массы на сетку. Цель – выявление факторов, обуславливающих колебания массы санитарно-гигиенической бумаги, и уменьшение колебаний массы 1 м2 бумаги, снижение неравномерности прочности в продольном и поперечном направлениях полотна бумаги. Методология работы состоит в изучении пульсации бумажной массы, колебаний массы снятых с янки-цилиндра (без крепирования) образцов полотна бумаги, определении разрывного усилия полотна бумаги в продольном и поперечном направлениях для установления влияния пульсации бумажной массы на колебания массы и прочности полотна бумаги. Исследования выполнены при выработке санитарно-гигиенической бумаги массой 17…18 г/м2 на установившейся рабочей скорости машины 5 м/с. В массонапускном устройстве преобладают пульсации бумажной массы в низкочастотном спектре 0,14…1,35 Гц. Изготовлены образцы бумаги прямоугольной формы 432×230 мм. Размер 432 мм принят в продольном направлении движения бумаги в машине и равен 0,125 длины наружной окружности круглосеточного цилиндра. Размер 230 мм – наиболее распространенная на предприятиях ширина полотна бумаги в товарной бобине. Образцы изготовлены из одного полотна бумаги последовательно без промежуточных вырезов. Установлено, что частоты колебаний массы образцов на 86 % совпадают с частотами пульсации бумажной массы и на 14 % зависят от других факторов. Преобладают колебания частоты 1,45 Гц. Амплитуда отклонения массы образцов бумаги на этой частоте от среднего арифметического значения достигает 0,026 г. Разрывное усилие образцов в машинном направлении в 5,6 раза больше, чем в поперечном. Это вызвано отсутствием регулирования частоты вращения перфорированного вала и засорением его отверстий. Значительное изменение скорости потока бумажной массы на коротком цилиндрическом участке вакуумных камер в сочетании с низким качеством промывки сетки круглосеточного цилиндра приводят к синхронности низкочастотной пульсации бумажной массы и колебаний массы образцов бумаги и, соответственно, бумажного полотна. Колебания массы бумажного полотна обуславливают частые обрывы бумаги и снижение качества товарной продукции.

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.

Установлена целесообразность применения в меловальной пасте разработанной бинарной системы синтетических соединений, состоящей из карбамидоформальдегидного олигомера (2 мас. ч. к массе меловальной пасты) и латекса (16 мас. ч.). Она заменяет традиционно применяемый комплекс природных соединений: модифицированный крахмал (3 мас. ч.), Na-КМЦ – натрий-карбоксиметилцеллюлозу (2 мас. ч.) и казеиновый клей (1 мас. ч) в присутствии латекса (16…32 мас. ч.). Свойства полученных образцов меловальных паст соответствовали установленным нормам, о чем свидетельствовали вязкость по ВЗ-4 (13…17 с), содержание сухих веществ (50…54 %) и рН (9,0…10,5). Предложенный карбамидоформальдегидный олигомер совмещается с присутствующими компонентами и в отличие от природных соединений не повышает уровень вязкости меловальной пасты, обладает высокой когезионной силой, участвуя в «связывании» частиц пигментов между собой, имеет необходимую адгезионную способность для обеспечения прочной связи нанесенного меловального слоя с поверхностью бумаги и картона, не препятствует равномерному распределению частиц пигментов на поверхности основы и придает меловальной пасте стабильную устойчивость. Эти эффекты можно объяснить дополнительным присутствием в карбамидоформальдегидном олигомере положительно заряженных азотсодержащих групп – аминных и амидных. Последние способствуют усилению когезионных и адгезионных взаимодействий в меловальных пастах и сформированных из них меловальных покрытиях. Рассмотрение среза мелованной бумаги (картона) показало, что одна часть связующего вещества непосредственно примыкает к основе (бумаге (картону)), проникая в ее поры и капилляры, другая – окружает частицы пигментов, третья – занимает (полностью или частично) промежутки между частицами. На примере модельных образцов легкомелованной газетной бумаги и полиграфического картона показано повышение стойкости поверхности к выщипыванию и разрывной длины на 6,0…8,5 и 15…20 % соответственно, что позволяет рассматривать карбамидоформальдегидный олигомер как альтернативный заменитель природных соединений. При этом белизна (85…87 %) и гладкость (250…265 с) соответствуют установленным требованиям. Изменение рецептуры меловальной пасты является оправданным с экономической точки зрения, поскольку материальные затраты на производство мелованной бумажнокартонной продукции уменьшаются на 1…2 %. Для цитирования: Черная Н.В., Богданович Н.И., Карпова С.В., Мисюров О.А. Применение карбамидоформальдегидного олигомера для улучшения качества бумажно-картонной продукции // Изв. вузов. Лесн. журн. 2020. № 6. С. 182–193.
The applicability of the developed binary system of synthetic compounds in coating paste, consisting of urea-formaldehyde oligomer (2 pts. wt. to the coating paste weight) and latex (16 pts. wt.), is found. It replaces the generally used complex of natural compounds, such as modified starch (3 pts. wt.), Na-CMC (2 pts. wt.), and casein glue (1 pts. wt.), in the presence of latex (16–32 pts. wt.). The properties of the coating paste samples met the standards, as evidenced by the viscosity according to the viscometer VZ-4 (13–17 s), the content of dry substances (50–54 %) and pH (9.0–10.5). The proposed urea-formaldehyde oligomer is combined with the present components and, as compared to natural compounds, does not increase the viscosity of the coating paste, has a high cohesive force, participating in the binding of pigment particles with one another, has the necessary adhesive capacity for ensuring a stable bond of the applied coating layer with the surface of paper and cardboard, does not prevent the uniform distribution of pigment particles on the base surface, and gives stability to the coating paste. These phenomena can be explained by the supplementary presence of positively charged nitrogen-containing groups (amine and amide) in the ureaformaldehyde oligomer. The latter contribute to the enhancement of cohesive and adhesive interactions in coating pastes and coatings composed of them. Assessment of a section of the coated paper (cardboard) showed that one part of the binder adjoins the base (paper, cardboard) penetrating into its pores and capillaries, the other surrounds the pigment particles, and the third occupies (completely or partially) the spaces between the particles. An increase in the surface resistance to plucking and breaking length by 6.0–8.5 and 15–20 %, respectively, is shown on the samples of light-coated newsprint and polygraphic cardboard. This allows considering the urea-formaldehyde oligomer as an alternative to natural compounds. Herewith, whiteness (85–87 %) and smoothness (250–265 s) meet the requirements. Changing the formulation of the coating paste is economically justified, since material costs for the production of coated paper and cardboard products are reduced by 1–2 %. For citation: Chornaya N.V., Bogdanovich N.I., Karpova S.V., Misyurov O.A. Application of Urea-Formaldehyde Oligomer for Quality Improvment of Paper and Cardboard Products. Lesnoy Zhurnal [Russian Forestry Journal], 2020, no. 6, pp. 182–193. DOI: 10.37482/0536- 1036-2020-6-182-193.

Представлены материалы докладов по фундаментальным и прикладным исследованиям по следующим направлениям: биоконверсия растительного сырья, создание высокоэффективных биокатализаторов для использования в химико-лесном комплексе, фундаментальные и прикладные основы ферментативных методов анализа в химико-лесном комплексе, ферментные технологии в целлюлозно-бумажной промышленности, современные методы очистки сточных вод, лесная биотехнология

Рассмотрены основные виды древесной массы, технологии различных ее производств, в частности, подробно рассказано о получении сырья для производства дефибрерной и рафинерной древесной массы. Приведены краткие сведения об основном технологическом оборудовании.

Журнал является комплексным печатным органом высших учебных заведений лесотехнического профиля. Публикует научные статьи по всем отраслям лесного дела, сообщения о внедрении законченных исследований в производство, о передовом опыте в лесном хозяйстве и лесной промышленности.

Приведены современные представления о структуре целлюлозы и нитратов целлюлозы, рассмотрены основные химические, физические, физико-химические и энергетические свойства последних, также теоретические основы процессов получения НЦ. Обсуждены преимущества и недостатки основных методов получения НЦ, особенности процесса нитрования целлюлозы смесями азотной, серной кислот и воды, факторы, влияющие на него.

Журнал является комплексным печатным органом высших учебных заведений лесотехнического профиля. Публикует научные статьи по всем отраслям лесного дела, сообщения о внедрении законченных исследований в производство, о передовом опыте в лесном хозяйстве и лесной промышленности.

Журнал является комплексным печатным органом высших учебных заведений лесотехнического профиля. Публикует научные статьи по всем отраслям лесного дела, сообщения о внедрении законченных исследований в производство, о передовом опыте в лесном хозяйстве и лесной промышленности.