Свойства сульфатной целлюлозы высокого выхода из ветвей осины как волокнистого полуфабриката для производства компонентов гофрокартона

Выполнено сравнение свойств сульфатной целлюлозы высокого выхода из ветвей осины (Populus tremula L.) с точки зрения ее пригодности в качестве волокнистого полуфабриката для производства компонентов гофрокартона. Полученный при раздельной варке сульфатным способом в лабораторных условиях по разработанному режиму волокнистый полуфабрикат из ветвей осины по сравнению с целлюлозой из ствола имеет схожие характеристики по выходу (60,2 и 61,8%) и числу каппа (52 и 54 ед.). У полученной ЦВВ определен комплекс фундаментальных, деформационных и прочностных свойств. Установлено, что, обладая на 32% меньшей длиной волокна (0,59 против 0,86 мм) и на 22% меньшей собственной прочностью волокна (нулевая разрывная длина 11,3 против 14,5 км), на 24,3% меньшей грубостью (14,3 против 18,9 мг/м), при этом она обладает большей на 2,3% (2,43 против 2,37 МПа) величиной сил связи, которые отвечают за упругие свойства бумаги. Целлюлоза из ветвей осины имеет разрывную длину ниже на 15%, сопротивление раздиранию – на 24%, модуль упругости – на 20%, жесткость при изгибе – на 15%, жесткость при растяжении – на 11%. Однако различия в величине сопротивления продавливанию и сопротивления сжатию не превышают 3%. Отличия обусловлены разницей в размерах, грубости и собственной прочности волокон при компенсирующем воздействии состояния поверхности и структуры клеточной стенки, которые претерпевают изменения в результате гидромеханического воздействия при размоле, что сопровождается развитием межволоконных сил связи и способности к уплотнению во влажном состоянии. Сделан вывод, что сульфатная целлюлоза высокого выхода, полученная из древесных отходов в виде ветвей осины, имеет высокий потенциал для использования в композиции картона, не требуя внесения существенных изменений в технологи, при этом давая экологический и экономический эффект.

1. Балыбердин К.И., Казаков Я.В., Албаррам Ф. Получение и свойства сульфатной целлюлозы из лесосечных отходов осины // Безопасность и охрана труда в лесозаготовительном деревообрабатывающем производствах. 2024. №5 (17). С. 30–38. DOI: 10.33920/pro-05-2405-04.

2. Васильева Т.В. Обзор сложившихся тенденций использования древесных отходов за рубежом // Лесной вестник. 2002. № 4. С. 71–73.

3. Иванов С.Н. Силы сцепления волокон в бумаге // Бумажная промышленность. 1948. №3. С. 8–17.

4. Иванов С.Н. Технология бумаги. М.: Школа бумаги, 2006. 696 с.

5. 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.

6. 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.: Лесная промышленность, 1983. 456 с.

7. Комаров В.И., Казаков Я.В. Связь фундаментальных свойств (по Кларку) неразмолотой сульфатной небеленой целлюлозы с характеристиками деформативности и прочности // ИВУЗ. Лесной журнал. 1993. № 2-3. С. 112–116.

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

9. Кононов Г.Н., Веревкин А.Н., Сердюкова Ю.В., Жукова В.А. Древесина как химическое сырье. История и современность. IV. Делигнификация древесины как путь получения целлюлозы. Часть II // Лесной вестник / Forestry Bulletin, 2022. Т. 26, № 2. С. 69–84. DOI: 10.18698/2542-1468-2022-2-69-84

10. Коробов В.В., Рушнов Н.П. Переработка низкокачественного сырья (проблемы безотходной технологии). М.: Экология, 1991. 288 с.

11. Кузнецова А.А. Осина в Карелии // Труды лесоинженерного факультета ПетрГУ. 2003. Вып. 4. 53 с.

12. Кхоа Х.М., Казаков Я.В., Окулова Е.О. Особенности изменения структурно-морфологических свойств целлюлозы из бамбука при размоле // ИВУЗ. Лесной журнал. 2023. № 2. С. 146–159. DOI: 10.37482/0536-1036-2023-2-146-159.

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

14. Миловидова Л.А., Комарова Г.В., Королева Т.А., Севастьянова Ю.В. Сульфатная варка целлюлозы: учеб. пособ. Архангельск: Северный (Арктический) федеральный университет им. М. В. Ломоносова, 2019. 175 с.

15. Пекарец А.А., Ерохина О.А., Новожилов В.В., Мандре Ю.Г., Аким Э.Л. Упруго-релаксационные свойства древесины лиственницы и их роль при получении древесных и древесно-угольных брикетов // ИВУЗ. Лесной журнал. 2020. № 1. С. 200–208. DOI: 10.37482/0536-1036-2020-1-200-208.

16. Полянин И.А., Макаров В.Е. Изготовление технологической щепы из некондиционной и пневой древесины с последующей ее переработкой // Современные наукоемкие технологии. 2016. Вып. 10, ч. 2. С. 292–297.

17. Сафин Р.Г., Саттарова З.Г. Хабибуллин И.Г., Зиатдинов Р.Р., Степанова Т.О. Современные направления переработки лесных ресурсов //Вестник технологического университета. 2015. Т. 18, № 21. С. 90–93.

18. Хакимова Ф.Х., Носкова О.А. Отходы лесозаготовок – сырье для волокнистых полуфабрикатов производства картона // Вестник Пермского национального политехнического университета. Химическая технология и биотехнология. 2017. № 2. С. 128–142. DOI: 10.15593/2224-9400/2017.3.11.

19. Хакимова Ф.Х., Хакимов Р.Р., Носкова О.А. Молодая древесина ели и березы – полноценное сырье для целлюлозно-бумажной промышленности // Химия растительного сырья. 2018. №3. С. 261–270. DOI:10.14258/jcprm.2018033782.

20. Хакимова Ф.Х., Синяев К.А., Хакимов Р.Р., Носкова О.А. Молодая тонкомерная древесина от рубок ухода за лесом – резерв сырья для производства целлюлозы и бумаги // Лесной вестник / Forestry Bulletin. 2020. Т. 24, № 2. С. 88–97. DOI: 10.118698/2542-1468-2020-2-88-97.

21. Hunt K., Gee W., Hussein A., Reath S., Watson P. Kraft pulping opportunities from Canadian aspen // PACWEST Conference. Jasper (Alberta), 2002.

22. Latha A., Arivukarasi M.C., Keerthana C.M., Subashri R., Vishnu Priya V. Paper and Pulp Industry Manufacturing and Treatment Processes–A Review// Paper and Pulp Industry Manufacturing and Journal of Engineering Research & Technology (IJERT). 2018. Vol. 6, iss. 2. DOI: 10.17577/IJERTCON011.

23. Riki J.T.B., Standa O.A., Oluwadara A.O. Anatomical and chemical properties of wood and their practical implications in pulp and paper production // Journal of Research in forests, Wild life and the Environment. 2019. Vol.11, iss. 3. P. 358–368.

24. Rullifank K.F., Roefinal M.E., Kostanti M., Sartika L., Evelyn. Pulp and paper industry: An overview on pulping technologies, factors, and challenges // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020. Vol. 845. Art. no. 012005. DOI: 10.1088/1757-899X/845/1/012005.

25. Salman A.L. Paper (its origins, functions, and development of its industry throughout history) // Damascus University Journal for Engineering Sciences. 2006. Vol. 22, no. 2. P. 155–191. (In Arab.)

26. Wong A. Review of Pulping and Papermaking Properties of Aspen. Edmonton: Canada-Alberta Forest Resource Development Agreement Canadian Forestry Service, 1987. 82 p.

27. Xu E.C., Sabourin M.J. Process selection for chemimechanical pulping of aspen // Journal of Pulp and Paper Technical Association of Canada. 2002. No. 3 (103). P. 36–39.