Определение породного состава целлюлозы и полуцеллюлозы из лист-венной древесины

УДК

676.16.022.6.031

DOI:

10.17238/ISSN0536-1036.2016.2.121

Аннотация

В настоящее время при производстве массовых волокнистых полуфабрикатов для бумаги и картона используется лиственная древесина. В России это преимущественно древесина березы и осины в разных соотношениях. Основные структурные элементы лиственной древесины в готовых полуфабрикатах – волокна либриформа сосудов. Анатомически волокна либриформа очень трудно различить между собой, но волокна сосудов имеют характерные диагностические признаки – строение перфорационной пластинки. У древесины осины она простая, у древесины березы – лестничная со многими перегородками. На основе указанных особенностей ранее авторами были разработаны метод компьютерной визуализации и алгоритм программы для распознавания волокон сосудов осины и березы. Данная программа предназначена для статистического анализа породного состава волокон древесины по микрофотографиям. Программа апробирована на образцах сульфатной небеленой целлюлозы, полученной из 100 % древесины осины и березы. Смеси готовили весовым методом с заданным соотношением волокон (шаг 10 %). В результате исследований установлено несовпадение ожидаемого и фактического количества сосудов осины и березы. Для оценки влияния соотношения пород лиственной древесины на свойства полуфабрикатов в лабораторных условиях смоделированы три способа получения полуфабрикатов, которые преимущественно используются при переработке древесины осины и березы: варка с зеленым щелоком, натронно-содовым способом и сульфатная варка. Из этих полуфабрикатов получены лабораторные образцы смешиванием их весовым методом (шаг 20 %) в интервале от 0 до 100 % одной из пород. Размол проводили в мельнице Йокро до
20 °ШР. Выполнен анализ основных показателей физико-механических свойств (разрывная длина, сопротивление раздиранию, собственная прочность волокна) лабораторных отливок из полуцеллюлозы (125 г/м²) и беленой сульфатцеллюлозы (60 г/м²).

Обнаружено различие между расчетным и фактическим соотношением количества сосудов в смесях с заданным процентным соотношением. Исследована зависимость соотношения композиционного состава на показатели физико-механических свойств. Показана динамика ухудшения прочностных свойств лабораторных образцов при увеличении в их композиции доли осинового волокна.

Сведения об авторах

Е.О. Окулова, асп.

А.В. Гурьев, канд. техн. наук, доц.

Северный (Арктический) федеральный университет им. М.В. Ломоносова,

наб. Северной Двины, д. 17, г. Архангельск, Россия, 163002;

e-mail: e.okulova@narfu.ru, a.guriev@narfu.ru

Ключевые слова

сосуды лиственной древесины, компьютерная визуализация, разрывная длина, сопротивление раздиранию, собственная прочность волокна

Литература

Список литературы

1. Бобров А. И., Мутовина М.Г., Бондарева Т.А., Малышкина В.К. Производство волокнистых полуфабрикатов из лиственной древесины. М.: Лесн. пром-сть, 1984.
248 с.

2. Галеева Н.А. Производство полуцеллюлозы и целлюлозы высокого выхода. М.: Лесн. пром-сть, 1970. 320 с.

3. ГОСТ 10070–74. Целлюлоза и полуцеллюлоза. Метод определения степени делигнификации. Введен 01.01.1975 .

4. Демидов М.Л., Миловидова Л.А., Гурьев А.В. Разработка и оптимизация режимов варки полуцеллюлозы из осины // Целлюлоза. Бумага. Картон. 2011. № 2.
С. 44 – 46.

5. Козубова Г.М., Зотова-Спановская Н.П. Диагностические признаки древесины и целлюлозных волокон, применяемых в целлюлозно-бумажной промышленности. Петрозаводск: Кар. филиал АН СССР, 1976. 152 с.

6. Мутовина М.Г., Бондарева Т.А., Фадеев Б.А., Грудинин В.П., Серебряков В.Н., Сумарокова Л.К. Влияние породного состава лиственной щепы на свойства целлюлозы//Технология волокнистых полуфабрикатов: сб. тр. / ЦНИИБ. М.: ВНИПИЭИлеспром, 1988. С. 96–100.

7. Никитин В.М., Оболенская А.В., Щеголев В.П. Химия древесины и целлюлозы. М.: Лесн. пром-сть, 1978. 386 с.

8. Окулова Е.О., Гурьев А.В. Компьютерная визуализация и идентификация волокон сосудов лиственной целлюлозы // Химия и технология растительных веществ: Материалы VIII Всерос. науч. конф. Калининград, 2013. С. 170.

9. Химия древесины / Пер. с финского Р.В. Заводова под ред. М.А. Иванова. М: Лесн. пром-сть, 1982. 400 с.

10. Шарков В.И., Куйбина Н.И. Химия гемицеллюлоз. М.: Лесн. пром-сть, 1972. 440 с.

11. Karlsson Н. Fiber Guide – Fibre analysis and process applications in the pulp and paper industry.AB Lorentzen @Wette, ISTA, Sweden, 2006. 120 p.

Поступила 30.04.15

Ссылка на английскую версию:

Determination of Species Composition of Hardwood Pulp and Semi-Chemical Pulp

UDC 676.16.022.6.031

DOI: 10.17238/issn0536-1036.2016.2.121

Determination of Species Composition of Hardwood Pulp and Semi-Chemical Pulp

E.O. Okulova, Postgraduate Student

A.V. Gur'ev, Candidate of Engineering Sciences, Associate Professor

Northern (Arctic) Federal University named after M.V. Lomonosov, Naberezhnaya Severnoy Dviny, 17, Arkhangelsk, 163002, Russian Federation;

e-mail: e.okulova@narfu.ru, a.guriev@narfu.ru

Currently, hardwood is used for production of mass fibrous semi-finished products for paper and cardboard. The wood of birch and aspen in different ratios is mainly used in Russia. The basic structural elements of deciduous wood in the semi-finished products are the fibers of a libriform of vessels. Anatomically the fibers of a libriform are very difficult to be distinguished, but the fibers of vessels have the characteristic diagnostic features – the structure of a perforation plate. In aspen wood it is simple, in birch wood it has a ladder structure with many partitions. On the basis of the specified features the authors developed a method of computer visualization and the program algorithm to detect an aspen and birch fiber vessels. This program is intended for the statistical analysis of the species composition of wood fibers according to micrographs. The program was tested on the samples of sulfate unbleached pulp produced from 100 % wood of aspen and birch. Mixtures were prepared by weighing with a predetermined ratio of fibers (10 % for a step). As a result of the researches the discrepancy of the expected and actual quantity of vessels of aspen and birch is established. To evaluate the effect of the ratio of hardwood species on the properties of semi-finished products in a laboratory three ways of semi-finished products were simulated, which are mainly used in the processing of wood of aspen and birch: cooking with green liquor and sodium-soda cooking and kraft pulping. Laboratory samples were obtained from these semi-finished products by mixing them by the gravimetric method (20 % for a step) in the range from 0 to 100 % of one of the species. Grinding was carried out in the Yokro's mill up to 20 °SR. The analysis of the main indicators of physical and mechanical properties (breaking length, tear resistance, strength of fibre) of laboratory castings of semi-chemical pulp (125 g/m²), and bleached sulphate pulp (60 g/m²) is conducted. The difference between the calculated and the actual ratio of the number of vessels in mixtures with a given percentage is found. The dependence of the ratio of the composite structure on the physical and mechanical properties is studied. The dynamics of deterioration in the strength properties of the laboratory samples with the increasing share of aspen fiber in their composition is demonstrated.

Keywords: hardwood vessel, computer visualization, breaking length, tear resistance, strength of fibre.

References

1. Bobrov A. I., Mutovina M.G., Bondareva T.A., Malyshkina V.K. Proizvodstvo voloknistykh polufabrikatov iz listvennoy drevesiny [Production of Hardwood Fibrous Semi-Finished]. Moscow, 1984. 248 p.

2. Galeeva N.A. Proizvodstvo polutsellyulozy i tsellyulozy vysokogo vykhoda [Production of High Yield Semi-Chemical Pulp and Pulp]. Moscow, 1970. 320 p.

3. GOST 10070–74. Tsellyuloza i polutsellyuloza. Metod opredeleniya stepeni delignifikatsii [State Standard 10070–74. Pulp and Semi-Chemical Pulp. Method for the Degree of Delignification Determination]. Moscow, 1975.

4. Demidov M.L., Milovidova L.A., Gur'ev A.V. Razrabotka i optimizatsiya re-zhimov varki polutsellyulozy iz osiny [Development and Optimization of Semi-Chemical Pulping of Aspen]. Bumaga. Tsellyuloza. Karton [Pulp. Paper. Board], 2011, no. 2, pp. 44–46.

5. Kozubova G.M., Zotova-Spanovskaya N.P. Diagnosticheskie priznaki drevesiny i tsellyuloznykh volokon, primenyaemykh v tsellyulozno-bumazhnoy promyshlennosti [Diagnostic Features of Wood and Cellulose Fibers Used in the Pulp and Paper Industry]. Petrozavodsk, 1976. 152 p.

6. Mutovina M.G., Bondareva T.A., Fadeev B.A., Grudinin V.P., Serebryakov V.N., Sumarokova L.K. Vliyanie porodnogo sostava listvennoy shchepy na svoystva tsellyulozy [Influence of the Species Composition of Hardwood Chips on the Properties of Cellulose]. Tekhnologiya voloknistykh polufabrikatov [Technology of Fiber Semi-Finished Products], 1988, pp. 96–100.

7. Nikitin V.M., Obolenskaya A.V., Shchegolev V.P. Khimiya drevesiny i tsellyulozy [Wood and Pulp Chemistry]. Moscow, 1978. 386 p.

8. Okulova E.O., Gur'ev A.V. Komp'yuternaya vizualizatsiya i identifikatsiya volokon sosudov listvennoy tsellyulozy [Computer Visualization and Identification of Vessels Fibers of Hardwood Pulp]. Khimiya i tekhnologiya rastitel'nykh veshchestv: Materialy VIII Vseros. nauch. konf. [Chemistry and Technology of Plant Substances. Proc. VIII Sci. Conf.]. Kaliningrad, 2012.

9. Khimiya drevesiny [Wood Chemistry]. Ed. by M.A. Ivanov. Moscow, 1982. 400 p.

10. Sharkov V.I., Kuybina N.I. Khimiya gemitsellyuloz [Hemicellulose Chemistry]. Moscow, 1972 p. 440 p.

11. Karlsson Н. Fiber Guide – Fibre Analysis and Process Applications in the Pulp and Paper Industry. 2006. 120 p.

Received on April 30, 2015