Формирование деформационных и прочностных свойств целлюлозы из бамбука в процессе размола

Установлены количественные закономерности, описывающие формирование деформационных и прочностных свойств сульфатной небеленой целлюлозы из бамбука Bambusa blumeana (число Каппа 17,3) в процессе размола. Свойства образцов изучали на лабораторных отливках массой 60 г/м2, изготовленных на листоотливном аппарате Estanit BBS-2, после размола на мельнице Йокро при концентрации 6% до степени помола 20, 30, 40 и 60 ШР. Испытания на растяжение проводили на образцах размерами 10015 мм, скорость растяжения 50 мм/мин. Анализ хода кривых напряжение–деформация показал, что изменение деформационного поведения целлюлозы из бамбука при размоле является типичным для целлюлозно-бумажных материалов. При увеличении степени помола кривые идут выше, увеличиваются жесткость в упругой области деформирования, общая деформация до разрушения и разрушающее напряжение. Выполненное сравнение с целлюлозой из древесины лиственных и хвойных пород показало, что поведение целлюлозы из бамбука при размоле во многом аналогично традиционным полуфабрикатам из северных пород древесины. Показано, что величины деформационных и прочностных характеристик у бамбуковой целлюлозы имеют более низкие значения. Однако степень изменения прочностных характеристик бамбука в результате размола выше, чем у хвойных и лиственных целлюлоз. Разрывная длина у бамбука при размоле от 20 до 60 ШР возрастает на 50% и приближается по величине (8000 м) к значениям лиственной и хвойной целлюлозы (8200 м). В наибольшей степени у целлюлозы из бамбука изменяется удлинение до разрыва, рост составляет 34–66% и достигает величины 3,73%, что выше, чем у лиственной (1,79%) и хвойной (2,65%). В отличие от лиственной и хвойной целлюлозы, при размоле бамбука выше 50 ШР не наблюдается снижения прочностных и упругих показателей. При 60 ШР прочность при растяжении целлюлозы из бамбука приближается к лиственной и хвойной, а деформация разрушения и ТЕА превышает их. Поэтому для достижения необходимого уровня прочностных свойств целлюлозы из бамбука требуется размол до более высокой степени помола.

1. Гурьев А.В., Дернов А.И., Дьякова Е.В. Оценка свойств волокон в структурированном и неструктурированном состояниях. Ч. I. Полуфабрикаты для тарного картона // Целлюлоза. Бумага. Картон. 2013. № 1. С. 67–70.

2. Казаков Я.В., Манахова Т.Н. Бумагообразующий потенциал хвойной небеленой целлюлозы: современный взгляд через автоматический анализатор волокна // Целлюлоза. Бумага. Картон. 2013. № 5. С. 34–39.

3. Комаров В.И., Казаков Я.В. Анализ механического поведения целлюлознобумажных материалов при приложении растягивающей нагрузки // Лесной вестник МГУЛ. 2000. № 3 (12). С.52–62.

4. Кларк Дж. Технология целлюлозы (наука о целлюлозной массе и бумаге, подготовка массы, переработка её в бумагу, методы испытаний) / пер. с англ. А.В. Оболенской, Г.А. Пазухиной. М.: Лесн. пром-сть, 1983. 456 с.

5. Кхоа Х.М., Макаров М.И., Казаков Я.В., Окулова Е.О. Бумагообразующие свойства целлюлозы из древесины тропических пород // Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии. 2020. № 231. С. 196–208.

6. Кхоа Х.М., Макаров М.И., Окулова Е.О., Казаков Я.В. Прочностные и деформационные свойства целлюлозы из древесины тропических пород // Проблемы механики целлюлозно-бумажных материалов: матер. V Междунар. науч.- техн. конф. (Архангельск, 11–14 сентября 2019 г.) / Сев. (Арктич.) федер. ун-т им. М.В. Ломоносова. Архангельск: САФУ, 2019. С. 136–140.

7. Лебедев И.В. Моделирование структуры и деформационных характеристик бумажного листа: дисс. … канд. техн. наук. Архангельск, 2017. 153 с.

8. Лебедев И.В., Казаков Я.В., Чухчин Д.Г., Романенко К.А. О взаимосвязи удельной поверхности волокон лиственной и хвойной целлюлозы с их деформационно-прочностными свойствами // Проблемы механики целлюлозно-бумажных материалов: матер. IV Междунар. науч.-техн. конф. (Архангельск, 14–16 сентября 2017 г.) / Сев. (Арктич.) федер. ун-т им. М.В. Ломоносова. Архангельск: САФУ, 2017. С. 228–233.

9. Манахова Т.Н. Влияние структурно-морфологических свойств волокна на деформативность и прочность хвойной сульфатной небеленой целлюлозы: дисс. … канд. техн. наук. Архангельск, 2014. 170 с.

10. Марченко Р.А., Решетова Н.С., Алашкевич Ю.Д. Сравнительная оценка показателей размола при ножевом и безножевом способах // Химия растительного сырья. 2012. № 1. С. 191–198.

11. Ушаков А.В., Алашкевич Ю.Д., Кожухов В.А., Ковалев В.И. Современное состояние и перспективы совершенствования процесса размола волокнистых полуфабрикатов высокой концентрации (обзор) // Химия растительного сырья. 2020. № 4. С. 315–329. DOI: 10.14258/jcprm.2020048251

12. Akinlabi E.T., Kwame A.-Fenin, Damenortey R.A. Bamboo The Multipurpose Plant // Springer International Publishing AG, 2017.

13. Chen Z., Zhang H., He Z., Zhang L., Yue X. Bamboo as an emerging resource for worldwide pulping and papermaking // BioResources. 2019. 14(1), pp. 3–5.

14. Jahan M.S., Chowdhury D.A.N., Islam M.K. Effects of Cooking Conditions on the Bleachability of Bamboo Kraft Pulp // Kami-pa-gi-kyō-shi, 2008. 62(4). P. 60–67.

15. Jahan M.S., Sarkar M., Rahman M.M. Mixed cooking of bamboo with hardwood // Cellulose Chemistry and Technology. 2017. 51(3–4). P. 307–312.

16. Kamthai S., Puthson P. The Physical Properties, Fiber Morphology and Chemical Compositions of Sweet Bamboo (Dendrocalamus asper Backer) // Kasetsart J. (Nat. Sci.). 2005. 39. P. 581–587.

17. Mera F.A.T., Xu C. Plantation management and bamboo resource economics in China // Revista Ciencia Y Tecnología. 2014. 7(1). P. 1–12.

18. Monga S., Thapliyal B.P., Tyagi S., Naithani S. Relationship between Strength Properties and Fiber Morphological Characteristics of S. officinarum – Part-1: Regression and Artificial Neural Networks Analysis // International Journal of Science and Research (IJSR). 2017. Vol. 6, iss. 1. P. 1549–1556.

19. Rao A.N., Dhanarajan G., Sastry C.B. Recent Research on Bamboos // Proceedings of the International Bamboo Workshop, Hangzhou, People’s Republic of China, October 6–14, 1985. 200 p.

20. Tripathi S.K., Mishra O.P., Bhardwaj N.K., Varadhan R. Pulp and papermaking properties of bamboo species Melocanna baccifera // Cellulose Chem. Technol. 2018. 52 (1-2). P. 81–88.

21. Osorio L., Trujillo E., Van Vuure A.W., Verpoest I. Morphological aspects and mechanical properties of single bamboo fibers and flexural characterization of bamboo/epoxy composites // Journal of Reinforced Plastics and Composites. 2011. 30(5). P. 396–408.

22. Bhonde D., Nagarnaik P.B., Parbat D.K., Waghe U.P. Physical and Mechanical Properties of Bamboo (Dendrocalmus Strictus) // International Journal of Scientific & Engineering Research. 2014. Vol. 5, iss. 1. P. 455–459.

23. Wahab R., Mohamed A., Mustafa M.T., Hassan A. Physical characteristics anatomical and properties of bamboo // Journal of Biological Sciences. 2009. 9 (7). P. 753–759.