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

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

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

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

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

1.4.Контроль за процессом размола

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

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

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

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

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

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

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

1.5.Направление процесса размола

Чтобы судить наиболее полно о процессе размола массы, не­обходимо контролировать не только степень помола, но и длину волокна. Соотношение в изменении этих двух показателей, назван­ное нами коэффициентом ужирнения К,  позволяет судить о направ­лении процесса размола : идет ли он в сторону гидратации (ужирнения), или в направлении механического укорочения во­локон.

1.6. Влияние размола на свойства бумаги

 При размоле массы с большим удельным давлением сопротив­ление готовой бумаги разрыву, излому и раздиранию было го­раздо ниже, чем при размоле исходного волокна при меньшем удельном давлении. Причина этого заключается в том, что в пер­вом случае процесс размола направлен больше в сторону укоро­чения волокна, а во втором — в сторону гидратации. Об этом можно судить по кривой изменения средней длины волокна при размоле и по коэффициенту ужирнения.

При размоле сульфатной целлюлозы наблюдаются те же за­кономерности, однако бумага получается при этом с большим сопротивлением разрыву, раздиранию и излому; само волокно ос­тается более длинным, хотя приходится применять при размоле более высокое удельное давление.

Рассмотрим типичное развитие основных свойств готовой бу­маги, происходящее в процессе размола исходной целлюлозы, и выясним закономерности, обусловливающие развитие этих свойств.

Примерно также изменяется и кривая сопротивления бумаги излому, но обычно эта кривая достигает максимума несколько раньше, т. е. при несколько меньшей степени помола целлюлозы, чем кривая разрывной длины. Кривая сопротивления раздиранию также имеет переломную точку, но она достигается раньше в первой стадии размола целлюлозы, а далее кривая снижается, следуя за из­менением длины волокна при размоле.

Следова­тельно, на показатель разрывной длины бумаги наибольшее влия­ние оказывают силы связи между волокнами, на показатель сопро­тивления  излому они влияют меньше, а на  показатель сопро­тивления  раздиранию  еще мень­ше,   преобладающее  же влияние на него оказывает длина волокна. Положение точки перегиба кривых прочности  может   изме­няться в зависимости от применяемого удельного давления  при размоле и исходной  прочности  самого  волокна.  

Наиболее важными факторами, определяющими прочность бумаги являются: межволоконные силы связи, зависящие от вели­чины связанной поверхности и от концентрации связей на еди­нице площади контакта, длина волокон и отношение длины воло­кон к его ширине, прочность волокон, их гибкость и эластичность, ориентация волокон и распределение связей в листе бумаги, т. е. ее однородность.

Относительное значение перечисленных выше факторов раз­лично для разных показателей прочности бумаги. Так, для сопро­тивления бумаги разрыву (разрывная длина) первостепенное зна­чение  имеют силы  связи и  прочность волокон, тогда  как длина волокна, как и гибкость и эластичность волокон, имеет меньшее значение. Наоборот, для сопротивления бумаги излому первосте­пенное значение имеет наряду с длиной волокна и его прочностью эластичность волокон, а силы связи между волокнами здесь не играют такой большой роли, так как при испытании на излом бумага не испытывает большого напряжения на растяжение] Для сопротивления раздиранию наибольшее значение имеет длин*"а во­локон и их прочность, значительного же развития сил связи для этого показателя не требуется, и максимальное значение сопротив­ления раздиранию бумаги достигается уже при относительно не­большой величине межволоконных сил связи. Наоборот, усиление связей за счет размола или введения связующего снижает сопро­тивление бумаги раздиранию, так как облегчает разрыв волокон в плотной структуре листа.

При всех видах разрушения бумаги рвутся не только связи между волокнами, но и сами волокна. Количественные соотноше­ния разрыва связей и разрыва волокон могут быть весьма различ­ными и зависят главным образом от развития сил связи: чем сла­бее силы связи, тем легче они разрушаются и меньше рвутся сами волокна и, наоборот, чем сильнее развиты межволоконные силы связи и длиннее волокна, тем больше рвутся волокна и меньше разрушаются связи между ними.

Показатели объемного веса бумаги, впитывающей способности и воздухопроницаемости зависят главным образом от сил связи между волокнами. Кривая изменения впитывающей способности бумаги в зависимости от степени помола целлюлозы является как бы обратным изображением кривой соответствующего развития межволоконных связей в бумаге. По мере того, как эти силы связи растут, волокна сближаются между собой, поры в бумаге умень­шаются, что и приводит к понижению впитывающей способности.

Зависимость деформации бумаги после увлажнения от степени помола исходной целлюлозы носит линейный характер: деформа­ция бумаги увеличивается с повышением степени помола целлю­лозы. На этот показатель, кроме сил связи, влияют и другие факторы: ориентация волокон, условия отлива и сушки бумаж­ного полотна и др.

Из приведенных данных видно, что процесс размола целлю­лозы оказывает большое влияние на все основные свойства гото­вой бумаги. Главными определяющими факторами при этом яв­ляются изменения размеров волокон и величины межволоконных связей в бумаге.

1.7. Технологические факторы, влияющие на процесс размола

К факторам, определяющим процесс размола волокнистых ма­териалов, его скорость, экономичность и направление или харак­тер размола, относятся : продолжительность размола; удельное давление при размоле; концентрация массы; вид размалывающей гарнитуры; окружная скорость размалывающих органов; кислот­ность и температура массы при размоле; свойства волокнистых материалов; влияние гидрофильных добавок.

Из этих факторов главными управляемыми факторами про­цесса являются первые два, т. е. время размола и удельное дав­ление при размоле. Концентрация массы является вспомогатель­ным управляемым фактором. Остальные факторы практически ос­таются постоянными, неуправляемыми.

1.8. Продолжительность размола

От этого фактора зависят степень помола массы, укорочение и расщепление волокон, а также развитие межволоконных сил связи. В роллах периодического действия размол массы чере­дуется с длительными перерывами, когда волокна проходят через обратный канал ванны ролла. Поэтому процесс размола растяги­вается на несколько часов, тогда как при размоле в аппаратах непрерывного действия он протекает значительно быстрее, за не­сколько секунд. Однако и при размоле массы в аппаратах непре­рывного действия время размола (или время пребывания массы непосредственно в аппарате) является не менее важным факто­ром, позволяющим регулировать процесс. Увеличение времени обработки материалов в аппаратах непрерывного действия обычно достигается путем дросселирования массы на выходе из размалы­вающего аппарата при помощи задвижки, увеличения коэффици­ента рециркуляции массы или путем установки нескольких аппа­ратов последовательно в одном потоке. Это будет изложено под­робнее в разделе о непрерывном размоле массы.

Продолжительность размола массы в роллах периодического действия зависит от требуемых параметров массы, от конструкции ролла и типа применяемой гарнитуры, от удельного давления при размоле, свойств самого волокнистого материала и некоторых Других технологических факторов. Она может колебаться в преде­лах от 0,5—1 ч при размоле целлюлозы для бумаги с садким по­молом до 18—24 ч при производстве тончайшей конденсаторной бумаги.

При увеличении продолжительности размола пропускная спо­собность любого размалывающего аппарата понижается, при этом между пропускной способностью и временем обработки наблю­дается обратно пропорциональная зависимость. Соответственно повышается эффект обработки: увеличивается степень помола массы, изменяется средняя длина волокна и повышается проч­ность бумаги.

1.9. Удельное давление при размоле

Удельное давление при размоле влияет на характер размола (направление процесса), его скорость и эффективность. Так, если при размоле какого-либо волокнистого материала постепенно по­вышать удельное давление от нуля до высокого значения, то вна­чале волокна будут только расчесываться, затем начнут расщеп­ляться, раздавливаться и, наконец, укорачиваться. При этом ре­жущее действие размалывающей гарнитуры будет возрастать, а гидратирующее и фибриллирующее—снижаться, в результате чего прочность бумаги на разрыв, раздирание и излом будет сни­жаться, а пухлость и пористость бумаги при одинаковой степени помола массы будут повышаться.

Удельное давление при размоле связано с величиной зазора между размалывающими поверхностями рабочей части аппарата. В роллах, имеющих весовое или поршневое присадочное устройство ролльного барабана, величина зазора является функцией удель­ного давления, концентрации массы и свойств волокна. Между ножами размалывающих органов образуется волокнистая про­слойка, толщина которой тем меньше, чем выше удельное давле­ние, ниже концентрация, выше степень помола массы.

При работе с постоянным давлением зазор между ножами ус­танавливается автоматически и определяется степенью сжатия волокнистой прослойки. При размоле, по мере того как волокна измельчаются, гидратируются и становятся более пластичными, величина зазора между размалывающими поверхностями аппа­рата постепенно уменьшается. При размоле в роллах старой кон­струкции, не имеющих весового устройства, когда ролльный ба­рабан жестко закреплен в определенном положении с помощью винтового присадочного устройства и сохраняет постоянный зазор между ножами, по мере измельчения волокна и изменения свойств волокнистой прослойки размалывающий эффект постепенно ос­лабевает. Поэтому в процессе размола массы применяют ступен­чатую присадку ролльного барабана.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6