Получение и изучение свойств волокнистого полуфабриката из стеблей хлопчатника натронным способом варки

В статье рассматривается возможность получения волокнистого полуфабриката из стеблей хлопчатника узбекского происхождения сорта С-6524 натронным способом варки. Установлено влияние расхода гидроксида натрия на выход, компонентный состав и физико-механические свойства целлюлозы. В качестве сырья использованы неокоренные стебли хлопчатника, предварительно измельченные до 4–5 см длиной, с содержанием целлюлозы 49,4%, лигнина 21,4% и зольностью 4,6%. Варку проводили при расходе NaOH в 10–50%, гидромодуле 10:1, температуре 155 С и продолжительности 120 мин. Установлено, что увеличение расхода щелочи приводит к снижению выхода полуфабриката с 50 до 29% и уменьшению содержания остаточного лигнина с 20,3 до 9,6%. Показано, что в диапазоне 17-40% содержание экстрактивных веществ и зольность изменяются незначительно. Выявлено снижение средней длины и ширины волокон и рост доли мелочи при увеличении расхода щелочи, а также изменение показателей, характеризующих состояние клеточной стенки. Максимальные прочностные характеристики бумаги достигаются при расходе NaOH в 40%, однако при 50% наблюдается их резкое снижение вследствие деструкции волокон. Установлено, что при расходе щелочи в 17-20% механические свойства бумаги, полученной из полуфабриката, соответствуют техническим условиям ведущих производителей тароупаковочных видов бумаги и картона. Данный факт подтверждается экспериментальными значениями физико-механических характеристик качества: разрывная длина – 4350–4380 м, сопротивление продавливанию – 231–253 кПа, прочность при растяжении – 4,17–4,35 кН/м, SCT и RCT – также в допустимых пределах. Практическая значимость результатов заключается в возможности использования стеблей узбекского хлопчатника для производства упаковочного картона.

1. Морозова Н.Ю. Экологические преимущества щелочной варки недревесного сырья // Технология целлюлозы. 2018. № 2. С. 21–25.

2. Оболенская А.В., Ельницкая З.П., Леонович А.А. Лабораторные работы по химии древесины и целлюлозы. М.: Экология, 1991. 320 с.

3. Отчет о размере, доле и прогнозе рынка бумажной упаковки до 2035 г. // Research Nester. 2025. URL: https://www.researchnester.com/ru/reports/paper-packaging-market/6141 (дата обращения: 16.11.2025).

4. Содиков И.С, Щербак Н.В. Получение волокнистого полуфабриката из стеблей хлопчатника для упаковочных видов бумаг // Проблемы механики целлюлозно-бумажных материалов: мат. VII межд. науч.-техн. конф. имени профессора В.И. Комарова. Архангельск, 2023. С. 286–289.

5. Содиков И.С., Щербак Н.В. Влияние расхода активной щелочи на изменение качественных показателей сульфатной целлюлозы из стеблей хлопчатника // Ломоносовские научные чтения студентов, аспирантов и молодых ученых-2024: мат. конф. Архангельск, 2024. С. 616-618.

6. Abd El-Sayed E., El-Sakhawy M., Sakhawy M. Non-wood fibers as raw material for pulp and paper industry // Nordic Pulp & Paper Research Journal. 2020. Vol. 35. P. 1– 10. DOI: 10.1515/npprj-2019-0064.

7. Akgül M., Tozlu A. Comparison of soda and soda-AQ pulps from cotton stalks // Bioresource Technology. 2009. Vol. 100, no. 24. P. 6680–6684.

8. Ali M., Byrd M. Soda-AQ pulping of cotton stalks // Pulping Conference. Proceedings of the Technical Association of the Pulp and Paper Industry. 2001. P. 1–5.

9. El-Saied H., Nada A.M.A., El-Ashmawy A.E. Soda-anthraquinone pulping of whole cotton stalks // Holzforschung. 1984. Bd. 38, h. 3. S. 167–170. DOI: 10.1515/hfsg.1984.38.3.167.

10. Eugenio M.E., Ibarra D., Martín-Sampedro R., Espinosa E., Bascón I., Rodríguez A. Alternative raw materials for pulp and paper production in the concept of a lignocellulosic biorefinery // Cellulose. 2019. P. 1-26. DOI: 10.5772/intechopen.90041.

11. Fahmy Y., Fahmy T.Y.A., Mobarak F., El-Sakhawy M., Fadl M.H. Agricultural residues (wastes) for manufacture of paper, board, and miscellaneous products: Background overview and future prospects // International Journal of ChemTech Research. 2017. Vol. 10, no. 2. P. 424–448.

12. Ferdous T., Ni Y., Quaiyyum M., Uddin M., Jahan M. Non-wood fibers: Relationships of fiber properties with pulp properties // ACS Omega. 2021. Vol. 6, iss. 33. P. 21613–21622. DOI: 10.1021/acsomega.1c02933.

13. Hellstén S., Lahti J., Heinonen J., Kallioinen M. Purification process for recovering hydroxy acids from soda black liquor // Chemical Engineering Research and Design. 2013. Vol. 91, no. 12. P. 2765–2774. DOI: 10.1016/j.cherd.2013.06.001.

14. Jiménez L., Rodríguez A. Valorization of agricultural residues by fractionation of their components // The Open Agricultural Journal. 2010. Vol. 4. P. 125–134. DOI: 10.2174/1874331501004010125.

15. Kürschner K., Hoffer A. Ein neues Verfahren zur Bestimmung der Cellulose in Hölzern und Zellstoffen // Tech. Chem. Pap. Zellst. Fabr. 1929. No. 26. S. 125–129.

16. Lami A.E. Pulp production from cotton stalks // Journal of Textile Engineering & Fashion Technology. 2021. Vol. 3, no. 1. P. 23–28. DOI: 10.33140/JTEFT.03.01.01.

17. Lee T.-J., Gwon J.-G., Youe W.-J., Oh Y., Ahn B.-J., Seo J.-H. Effect of soda-ethanol cooking with caustic extraction prior to bleaching on the properties of hardwood pulp // BioResources. 2022. Vol. 17, no. 2. P. 2884–2895. DOI: 10.15376/biores.17.2.2884-2895.

18. Prakash S., Radha R., Sharma K., Dhumal S., Senapathy M., Deshmukh V., Kumar M., Anitha T., Balamurugan V., Pandiselvam R., Kumar M. Unlocking the potential of cotton stalk as a renewable source of cellulose: A review on advancements and emerging applications // International Journal of Biological Macromolecules. 2024. Vol. 261. Art. no. 129456. DOI: 10.1016/j.ijbiomac.2024.129456.

19. Tarig K., Omer S., Taha O., Shomeina S. Suitability of Sudanese cotton stalks for alkaline pulping with additives // Iranica Journal of Energy and Environment. 2012. Vol. 3, no. 2. P. 167-172.

20. Zhang Y., Xu Y., Pei Y., Yin X. Green liquor desilication via black liquor combustion process for bamboo pulping // BioResources. 2023. Vol. 18, no. 1. P. 733–747. DOI: 10.15376/biores.18.1.733-747.