Структурно-морфологические свойства вторичного волокна из влагопрочного сырья при мягком размоле. Часть 1. Характеристика волокон.C.157-172

УДК

676.038:676.017.44

DOI:

10.37482/0536-1036-2022-5-157-172

Аннотация

Рациональное использование бумагообразующего потенциала вто- ричного волокна за счет максимального сохранения исходной длины и других его структурно-морфологических характеристик при использовании мягких режимов размола является одним из основных принципов подготовки макулатурной мас- сы. Изменение структурно-морфологических свойств вторичного волокна при мягком размоле у влагопрочной макулатуры связано с ее особенностями, которые обусловлены продолжительной тепловой и реагентно-щелочной обработкой сырья в процессе роспуска. Цель работы – исследование структурно-морфологических свойств вторичного волокна, полученного из влагопрочного сырья при мягком размоле. Анализ свойств вторичного волокна выполнен по 2 взаимодополняющим направлениям – характеристика собственно вторичных волокон (1-я часть рабо- ты) и характеристика частиц волокнистой мелочи (2-я часть). Установлено, что вторичные волокна до и после размола в целом имеют близкую форму распреде- ления по длине к первичным волокнам беленой сульфатной хвойной целлюлозы, средняя длина которых после первого цикла использования уменьшается незначи- тельно. Рубки вторичных волокон в соответствии с рассчитанными коэффициента- ми укорочения волокон практически не происходит, а повышение степени помола волокнистой массы связано преимущественно с процессами внешнего и внутрен- него фибриллирования. Отмечается, что бережное механическое воздействие при размоле волокнистой массы не сопровождается увеличением ширины вторичных волокон и снижением коэффициента их вытянутости по длине и по массе, значения которого соответствуют полуфабрикатам с высоким бумагообразующим потенци- алом (66,3…66,5 и 83,6…84,3). Показано, что мягкий размол волокнистой массы, полученной в условиях ускоренного роспуска влагопрочной макулатуры с применением персульфата натрия и моноперсульфата калия, приводит к определенному распрямлению волокон – это проявляется в увеличении их среднего фактора фор- мы. Ускоренный роспуск обеспечивает в среднем 60 %, а мягкий размол в среднем 40 % от общего эффекта повышения фактора формы вторичных волокон за счет использования комбинации таких условий массоподготовки.

Сведения об авторах

А.А. Пенкин¹*, канд. техн. наук, доц.; ResearcherID: GUS-7006-2022, ORCID: https://orcid.org/0000-0001-5773-6797
Я.В. Казаков², д-р техн. наук, проф.; ResearcherID: J-4634-2012,ORCID: https://orcid.org/0000-0001-8505-5841
¹Белорусский государственный технологический университет, ул. Свердлова, д. 13 а, Минск, Республика Беларусь, 220006; penkin@belstu.by*
²Северный (Арктический) федеральный университет им. М.В. Ломоносова, наб. Северной Двины, д. 17, г. Архангельск, Россия, 163002; j.kazakov@narfu.ru

Ключевые слова

сульфатная хвойная беленая целлюлоза, влагопрочная макулатура, роспуск макулатурной массы, вторичное волокно, мягкий размол, структурно-морфо- логические свойства

Для цитирования

Пенкин А.А., Казаков Я.В. Структурно-морфологиче- ские свойства вторичного волокна из влагопрочного сырья при мягком размоле. Часть 1. Характеристика волокон // Изв. вузов. Лесн. журн. 2022. № 5. С. 157–172. https://doi.org/10.37482/0536-1036-2022-5-157-172

Литература

1. Казаков Я.В. Характеристика геометрических параметров волокон целлюлоз- ных полуфабрикатов с использованием вероятностных методов // Химия растит. сырья. 2014. № 1. С. 269–275.Kazakov Y.V. The Characteristic of Geometrical Parameters of Cellulose Fibers in Pulp Using Probabilistic Approach. Khimija Rastitel’nogo Syr’ja = Chemistry of plant raw material, 2014, no. 1, pp. 269–275. (In Russ.). https://doi.org/10.14258/jcprm.1401269
2. Пенкин А.А. Рециклинг влагопрочной бумаги санитарно-гигиенического назначения. Ч. 1. Кинетика дезинтеграции вторичного сырья при роспуске // Химия растит. сырья. 2022. № 1. С. 355–365.Penkin A.A. Recycling of Wet-Strength Tissue Paper. Part 1. Kinetics of Paper Disin- tegration at Repulping Process. Khimija Rastitel’nogo Syr’ja = Chemistry of plant raw mate- rial, 2022, no. 1, pp. 355–365. (In Russ.). https://doi.org/10.14258/jcprm.2022019893
3. Пузырев С.С., Тюрин Е.Т., Логинова Т.В., Ковалева О.П. Особенности переработки трудноразволокняемой макулатуры // Целлюлоза. Бумага. Картон. 2006.№ 10. С. 40–44.Puzyrev S.S., Tyurin E.T., Loginova T.V., Kovaleva O.P. Peculiarities of Processing of Pulp with Low Grade of Fiber Elutriation. Tsellyuloza. Bumaga. Karton, 2006, no. 10,pp. 40–44. (In Russ.).
4. Смолин А. Вторичные волокна в современной технологии ЦБП // ЛесПромИнформ. 2015. № 4(110). С. 146–148.Smolin A.S. Secondary Fibers in Modern Technology of Pulp and Paper Industry.LesPromInform, 2015, no. 4(110), pp. 146–148. (In Russ.).
5. Технология целлюлозно-бумажного производства: в 3 т. Т. II. Производство бумаги и картона. Ч. 1. Технология производства и обработки бумаги и картона. СПб.: Политехника, 2005. 423 с.Technology of Pulp and Paper Production: In 3 Vol. Vol. 2. Production of Paper and Cardboard. Part 1: Technology of Paper and Cardboard Production and Processing. Saint Pe- tersburg, Politekhnika Publ., 2005. 423 p. (In Russ.).
6. Area M.C., Popa V.I. Wood Fibres for Papermaking. Shawbury, Smithers Rapra Technology Ltd., 2014. 106 p.
7. Bajpai P. Recycling and Deinking of Recovered Paper. London, Elsevier, 2014. 304 p. https://doi.org/10.1016/C2013-0-00556-7
8. Bajpai P. Pulp and Paper Industry: Chemicals. Amsterdam, Elsevier, 2016. 327 p. https://doi.org/10.1016/C2014-0-02795-5
9. Belgacem M.N., Pizzi A. Lignocellulosic Fibers and Wood Handbook: Re- newable Materials for Today’s Environment. Weinheim, Wiley, 2016. 704 p. https://doi. org/10.1002/9781118773727
10. Chen T., Xie, Y., Wei Q., Wang X., Hagman, O., Karlsson O., Liu J. Effect of Refining on Physical Properties and Paper Strength of Pinus massoniana and China Fir Cellulose Fibers. BioResources, 2016, vol. 11, no. 3, pp. 7839–7848. https://doi.org/10.15376/ biores.11.3.7839-7848
11. Debnath M., Salem K.S., Naithani V., Musten E., Hubbe M.A., Pal L. Soft Me- chanical Treatments of Recycled Fibers Using a High-Shear Homogenizer for Tissue and Hygiene Product. Cellulose, 2021, vol. 28, pp. 7981–7994. https://doi.org/10.1007/s10570-021-04024-0
12. Espy H.H. The Mechanism of Wet-Strength Development in Paper: A Review.TAPPI Journal, 1995, vol. 78, no. 4, pp. 90–99.
13. Espy H.H., Geist G.W. Persulfates as Repulping Reagents for Neutral/Alkaline Wet-Strength Broke. TAPPI Journal, 1993, vol. 76, no. 2, pp. 139–142.
14. Ferdous T., Quaiyyum M.A., Bashar S., Jahan M.S. Anatomical, Morphological and Chemical Characteristics of Kaun Straw (Seetaria-Italika). Nordic Pulp & Paper Re- search Journal, 2020, vol. 35, iss. 2, pp. 288–298. https://doi.org/10.1515/npprj-2019-005715. Fu Y., Wang R., Li D., Wang Z., Zhang F., Meng Q., Qin M. Changes in the Mi- crostructure and Properties of Aspen Chemithermomechanical Pulp Fibres during Recy- cling. Carbohydrate Polymers, 2015, vol. 117, pp. 862–868. https://doi.org/10.1016/j.carb- pol.2014.10.036
16. Gharehkhani S., Sadeghinezhad E., Kazi S.N., Yarmand H., Badarudin A., Safaei M.R., Zubir M.N.M. Basic Effects of Pulp Refining on Fiber Properties – A Review. Carbohy- drate Polymers, 2015, vol. 115, pp. 785–803. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2014.08.047
17. Holik H. Handbook of Paper and Board. Weinheim, Wiley, 2013. 992 p. https:// doi.org/10.1002/9783527652495
18. Hubbe M.A., Venditti R.A., Rojas O.J. What Happens to Cellulosic Fibers during Papermaking and Recycling? A Review. BioResources, 2007, vol. 2, no. 4, pp. 739–788. https://doi.org/10.15376/biores.2.4.739-788
19. Karlsson H. Fibre Guide: Fibre Analysis and Process Applications in the Pulp and Paper Industry. Kista, AB Lorentzen & Wettre, 2006. 120 p.
20. Karlsson H. et al. Online Standardized Measurements of Pulp and Stock Quality. 65th Appita Annual Conference and Exhibition: Conference Technical Papers. Carlton, Vic., Appita Inc., 2011, pp. 251–258.
21. Kerekes R.J. Characterizing Refining Action in PFI Mills. TAPPI Journal, 2005, vol. 4, no. 3, pp. 9–13.
22. Lin B., He B., Liu Y., Ma L. Correlation Analysis for Fiber Characteristics and Strength Properties of Softwood Kraft Pulps from Different Stages of a Bleaching Fi- ber Line. BioResources, 2014, vol. 9, no. 3, pp. 5024–5033. https://doi.org/10.15376/ biores.9.3.5024-5033
23. Molin U., Daniel G. Effects of Refining on the Fibre Structure of Kraft Pulps as Revealed by FE-SEM and TEM: Influence of Alkaline Degradation. Holzforschung, 2004, vol. 58, iss. 3, pp. 226–232. https://doi.org/10.1515/HF.2004.035
24. Motamedian H.R., Halilović A.E., Kulachenko A. Mechanisms of Strength and Stiffness Improvement of Paper after PFI Refining with a Focus on the Effect of Fines. Cellu- lose, 2019, vol. 26, pp. 4099–4124. https://doi.org/10.1007/s10570-019-02349-5
25. Obokata T., Isogai A. The Mechanism of Wet-Strength Development of Cellulose Sheets Prepared with Polyamideamine-Epichlorohydrin (PAE) Resin. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 2007, vol. 302, iss. 1-3, pp. 525–531. https://doi. org/10.1016/j.colsurfa.2007.03.025
26. Saito T., Isogai A. Novel Method to Improve Wet Strength of Paper. TAPPI Jour- nal, 2005, vol. 4, no. 3, pp. 3–8.
27. Shen X., Li B., Mo W., Chai X.-S. Effects of a PFI Refiner’s Operational Parame- ters on the Swellability of Recycled Fiber. TAPPI Journal, 2020, vol. 19, no. 5, pp. 239–246. https://doi.org/10.32964/TJ19.5.239
28. Siqueira E.J., Salon M.-C.B., Belgacem M.N., Mauret E. Carboxymethylcellu- lose (CMC) as a Model Compound of Cellulose Fibers and Polyamideamine Epichlorohy- drin (PAE) – CMC Interactions as a Model of PAE – Fibers Interactions of PAE-Based Wet Strength Papers. Journal of Applied Polymer Science, 2015, vol. 132, iss. 26, art. 42144. https://doi.org/10.1002/app.42144
29. Wistara N.J., Young R.A. Properties and Treatments of Pulps from Recycled Pa- per. Part I. Physical and Chemical Properties of Pulps. Cellulose, 1999, vol. 6, pp. 291–324. https://doi.org/10.1023/A:1009221125962
30. Xu F., Zhong X., Sun R.C., Lu Q. Anatomy, Ultrastructure and Lignin Distribution in Cell Wall of Caragana Korshinskii. Industrial Crops and Products, 2006, vol. 24, iss. 2,pp. 186–193. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2006.04.002
31. Yang D., DiFlavio J.-L., Gustafsson E., Pelton R. Wet-Peel: A Tool for Compar- ing Wet-Strength Resins. Nordic Pulp and Paper Research Journal, 2018, vol. 33, iss. 4,pp. 632–646. https://doi.org/10.1515/npprj-2018-0013
32. Yang R., Luettgen C. Repulping of Wet Strength Paper Towel with Potassium Monopersulfate. TAPPI Journal, 2020, vol. 19, no. 9, pp. 463–470. https://doi.org/10.32964/ TJ19.9.463
33. Yang X., Berglund L.A. Recycling without Fiber Degradation – Strong Paper Structures for 3D Forming Based on Nanostructurally Tailored Wood Holocellulose Fibers. ACS Sustainable Chemistry & Engineering, 2020, vol. 8, no. 2, pp. 1146–1154. https://doi. org/10.1021/acssuschemeng.9b06176