Изучение физико-механических свойств и процесса биоразложения модифицированной мешочной бумаги

УДК

676.26

DOI:

10.17238/issn0536-1036.2017.5.150

Аннотация

В работе исследованы механические cвойства немодифицированной и модифицированной мешочной бумаги (с поверхностной обработкой крахмальным или полилактидным покрытиями и униполярным (отрицательным) коронным разрядом), изучен процесс их биоразложения. Полимерное покрытие наносили растворным методом, обработку в поле отрицательного коронного разряда проводили при подаваемом на электрод напряжении 30 кВ в течение 30 с. Исследование мешочной бумаги показало увеличение ее прочностных характеристик при нанесении полимерных покрытий. После обработки целлюлозно-бумажных материалов в поле отрицательного коронного разряда незначительно уменьшилась прочность в продольном (машинном) направлении и увеличилась в поперечном. Полагаем, что снижение механических свойств связано с ослаблением волокон вследствие деструкции макромолекул целлюлозы, а возрастание прочности происходит благодаря упрочнению сил связи между волокнами. Биоразлагаемость целлюлозно-бумажных материалов определяли аэробным разложением (компостированием, когда разложение органических веществ идет с потреблением свободного кислорода или воздуха). Исследования показали, что мешочная бумага полностью разлагается после 3 мес. При нанесении на нее полилактидного покрытия срок биоразложения сокращается до 2,5 мес., крахмального – до 1,5 мес. Обработка целлюлозно-бумажных материалов в коронном разряде еще более ускоряла процесс биоразложения: для мешочной бумаги и бумаги с крахмальным покрытием – до 1,5 мес., для бумаги с полилактидным покрытием – до 2 мес.

Сведения об авторах

А.И. Назмиева, асп.

М.Ф. Галиханов, д-р техн. наук, проф.

Л.Р. Мусина, канд. техн. наук

Казанский национальный исследовательский технологический университет,

ул. К. Маркса, д. 68, г. Казань, Республика Татарстан, Россия, 420015;

e-mail: mgalikhanov@yandex.ru, L.musina@yandex.ru, nazmievaalsu@yandex.ru

Ключевые слова

мешочная бумага, полилактид, крахмал, униполярный коронный разряд, биоразложение

Для цитирования

Назмиева А.И., Галиханов М.Ф., Мусина Л.Р. Изучение физико-механических свойств и процесса биоразложения модифицированной мешочной бумаги // Лесн. журн. 2017. № 5. С. 150–158. (Изв. высш. учеб. заведений). DOI: 10.17238/issn0536-1036.2017.5.150

Литература

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 

1. Вураско А.В., Фролова Е.И., Стоянов О.В. Повышение сорбционных свойств технической целлюлозы из недревесного растительного сырья // Вестн. Казан. технол. ун-та. 2014. Т. 17, № 1. C. 41–43.

2. Гайнанова Г.А., Галиханов М.Ф., Мусина Л.Р., Назмиева А.И., Тюрикова В.В. Влияние поверхностной обработки мешочной бумаги полилактидным покрытием и коронным разрядом на ее барьерные свойства // Вестн. Казан. технол. ун-та. 2016.
Т. 19, № 14. С. 119–122.

3. Галиханов М.Ф., Жигаева И.А., Миннахметова А.К., Дебердеев Р.Я., Муслимова А.А. Электретные свойства композиций сополимеров этилена с винилацетатом с крахмалом // Изв. Рос. гос. педагог. ун-та им. А.И. Герцена. 2009. № 79. С. 115–119.

4. Галиханов М.Ф., Мусина Л.Р. Изменение показателей физико-механических свойств гофрокартона при его покрытии полиэтиленом // Лесн. журн. 2012. № 5.
С. 143–148. (Изв. высш. учеб. заведений).

5. Жолнерович Н.В., Черная Н.В., Лях К.А. Исследование прочностных свойств мешочной бумаги // Тр. БГТУ. Сер. 4: Химия, технология органических веществ и биотехнология. 2008. Т. 1, № 4. С. 280–283.

6. Карпунин И.И., Кузьмич В.В., Балабанова Т.Ф. Классификация биологически разлагаемых полимеров // Наука и техника. 2015. № 5. С. 53–59.

7. Перепелкина А.А., Галиханов М.Ф., Мусина Л.Р. Влияние термической
обработки и электрофизического воздействия на сопротивление продавливанию целлюлозно-бумажного материала // Вестн. Казан. технол. ун-та. 2013. Т. 16, № 7.
С. 113–114.

8. Рагимов Я.Г., Абасов С.А., Алигулиев Р.М., Хитеева Д.М., Эльмира Джалал Кызы. Исследование деструктивных процессов в полиэтилене, происходящих под действием электрического поля // Высокомолекулярные соединения. Сер. Б. 1982. Т. 24, № 6.
С. 406–409.

9. Технология целлюлозно-бумажного производства. В 3 т. Т. II. Производство бумаги и картона. Ч. 2. Основные виды и свойства бумаги, картона, фибры и древесных плит. СПб.: Политехника, 2006. 499 с.

10. Azharonok V.V., Filatova I.I., Voshchula I.V., Dlugunovich V.A., Tsaryuk O.V., Gorzhanova T.N. Change in the Optical Properties of Paper when Exposed to the Magnetic Component of a High-Frequency Electromagnetic Field // Journal of Applied Spectroscopy. 2007. Vol. 74, no. 4. Pp. 465‒471.

11. Choi S.-G., Kerr W.L. Swelling Characteristics of Native and Chemically Modified Wheat Starches as a Function of Heating Temperature and Time // Starch. 2004.
Vol. 56, iss. 5. Pp. 181‒189.

12. Galikhanov M.F., Zhigaeva I.A., Minnakhmetova A.K., Deberdeev R.Ya. Biodegradability of Electret Polymer Materials // Russian Journal of Applied Chemistry. 2008.
Vol. 81, no. 7. Pp. 1258‒1261.

13. Lim L.-T., Auras R., Rubino M. Processing Technologies for Poly (Lactic Acid) // Progress in Polymer Science. 2008. Vol. 33, iss. 8. Pp. 820‒852.

14. Nair L.S., Laurencin C.T. Biodegradable Polymers as Biomaterials // Progress in Polymer Science. 2007. Vol. 32, iss. 8-9. Pp. 762‒798.

15. Perepelkina A.A., Galikhanov M.F., Musina L.R. Effect of Unipolar Corona Discharges on Properties of Pulp-and-Paper Materials // Surface Engineering and Applied Electrochemistry. 2015. Vol. 51, no. 2. Pp. 138‒142. 

Поступила 02.04.17

Ссылка на английскую версию:

Physical and Mechanical Properties and the Process of Biodegradabilityof Modified Sack Paper

UDC 676.26

DOI: 10.17238/issn0536-1036.2017.5.150

Physical and Mechanical Properties and the Process of Biodegradability of Modified Sack Paper

A.I. Nazmieva, Postgraduate Student

M.F. Galikhanov, Doctor of Engineering Sciences, Professor

L.R. Musina, Candidate of Engineering Sciences

Kazan National Research Technological University, ul. K. Marksa, 68, Kazan, Republic of Tatarstan, 420015, Russian Federation; е-mail: mgalikhanov@yandex.ru, L.musina@yandex.ru, nazmievaalsu@yandex.ru

The paper studies the mechanical properties unmodified and modified sack paper (with the surface treatment with starch or polylactide coatings and unipolar (negative) corona discharge) and the process of their biodegradability. The polymer coating is applied by a solution method; the processing in the negative corona discharge field is carried out with a voltage of 30 kV applied to the electrode for 30 seconds. The study of sack paper shows an increase of its strength characteristics when applying polymer coatings. The strength in the longitudinal (machine) direction decreases slightly and increases in the transverse direction after the processing of pulp and paper materials in the field of negative corona discharge. The decrease of mechanical properties is due to the fibers weakening because of the destruction of cellulose macromolecules, and the strength enhancement is due to the hardening of the bonding strength between the fibers. Biodegradability of pulp and paper materials is determined by the aerobic decomposition method (composting, when the decomposition of organic substances proceeds with the consumption of free oxygen or air). Sack paper completely decomposes after 3 months. When a polylactide coating is applied on it, the biodegradation period is reduced to 2.5 months, for the starch coating ‒ 1.5 months. The processing of pulp-and-paper materials in corona discharge accelerates the process of biodegradation: for sack paper and paper with starch coating ‒ up to 1.5 months, for paper with polylactide coating ‒ up to 2 months.

Keywords: sack paper, polylactide, starch, unipolar corona discharge, biodegradability.

REFERENCES

1. Vurasko A.V., Frolova E.I., Stoyanov O.V. Povyshenie sorbtsionnykh svoystv tekhnicheskoy tsellyulozy iz nedrevesnogo rastitel'nogo syr'ya [Increase of Sorption Properties of Technical Pulp from Non-Wood Vegetable Raw Materials]. Vestnik Kazanskogo tekhnologicheskogo universiteta [Herald of Kazan Technological University], 2014, vol. 17, no. 1, pp. 41–43.

2. Gaynanova G.A., Galikhanov M.F., Musina L.R., Nazmieva A.I., Tyurikova V.V. Vliyanie poverkhnostnoy obrabotki meshochnoy bumagi polilaktidnym pokrytiem i koronnym razryadom na ee bar'ernye svoystva [Influence of Surface Treatment of Sack Paper by Polylactide Coating and Corona Discharge on Its Barrier Properties]. Vestnik Kazanskogo tekhnologicheskogo universiteta [Herald of Kazan Technological University], 2016, vol. 19, no. 14, pp. 119–122.

3. Galikhanov M.F., Zhigaeva I.A., Minnakhmetova A.K., Deberdeev R.Ya., Muslimova A.A. Elektretnye svoystva kompozitsiy sopolimerov etilena s vinilatsetatom s krakhmalom [Electret Properties of Composite of Ethylene-Vinyl Acetate Copolymer with Amylase]. Izvestiya Rossiyskogo gosudarstvennogo pedagogicheskogo universiteta
im. A.I. Gertsena [Izvestia: Herzen University Journal of Humanities & Science], 2009, no. 79, pp. 115–119.

4. Galikhanov M.F., Musina L.R. Izmenenie pokazateley fiziko-mekhanicheskikh svoystv gofrokartona pri ego pokrytii polietilenom [Change оf Physical-and-Mechanical Properties оf Corrugated Board Covered with Polyethylene]. Lesnoy zhurnal [Forestry journal], 2012, no. 5, pp. 143–148.

5. Zholnerovich N.V., Chernaya N.V., Lyakh K.A. Issledovanie prochnostnykh svoystv meshochnoy bumagi [Study Strength Properties of Sack Paper]. Trudy BGTU.
Ser. 4: Khimiya, tekhnologiya organicheskikh veshchestv i biotekhnologiya [Proceedings of BSTU. Ser. 4: Chemistry, Organic Substances Technology and Biotechnology], 2008,
vol. 1, no. 4, pp. 280–283.

6. Karpunin I.I., Kuz'mich V.V., Balabanova T.F. Klassifikatsiya biologicheski razlagaemykh polimerov [Classification of Biodegradable Polymers]. Nauka i tekhnika [Science & Technique], 2015, no. 5, pp. 53–59.

7. Perepelkina A.A., Galikhanov M.F., Musina L.R. Vliyanie termicheskoy obrabotki i elektrofizicheskogo vozdeystviya na soprotivlenie prodavlivaniyu tsellyulozno-bumazhnogo materiala [Impact of Heat Treatment and Electrophysical Influence on the Burst Strength of Pulp and Paper Material]. Vestnik Kazanskogo tekhnologicheskogo universiteta [Herald of Kazan Technological University], 2013, vol. 16, no. 7, pp. 113–114.

8. Ragimov Ya.G., Abasov S.A., Aliguliev R.M., Khiteeva D.M., El'mira Dzhalal kyzy. Issledovanie destruktivnykh protsessov v polietilene, proiskhodyashchikh pod deystviem elektricheskogo polya [Investigation of Destructive Processes in Polyethylene under the Action of the Electric Field]. Vysokomolekulyarnye soedineniya. Ser. B [Polymer Science. Ser. B], 1982, vol. 24, no. 6, pp. 406–409.

9. Tekhnologiya tsellyulozno-bumazhnogo proizvodstva. V 3 t. T. II. Proizvodstvo bumagi i kartona. Ch. 2. Osnovnye vidy i svoystva bumagi, kartona, fibry i drevesnykh plit [Technology of Pulp and Paper Production. In 3 Volumes. Vol. II. Manufacture of Paper and Cardboard. Part 2. The Main Types and Properties of Paper, Cardboard, Fiber and Wood Boards]. Saint Petersburg, Politekhnika Publ., 2006. 499 p. (In Russ.)

10. Azharonok V.V., Filatova I.I., Voshchula I.V., Dlugunovich V.A., Tsaryuk O.V., Gorzhanova T.N. Change in the Optical Properties of Paper when Exposed to the Magnetic Component of a High-Frequency Electromagnetic Field. Journal of Applied Spectroscopy, 2007, vol. 74, no. 4, pp. 465‒471.

11. Choi S.-G., Kerr W.L. Swelling Characteristics of Native and Chemically Modified Wheat Starches as a Function of Heating Temperature and Time. Starch, 2004, vol. 56, iss. 5, pp. 181‒189.

12. Galikhanov M.F., Zhigaeva I.A., Minnakhmetova A.K., Deberdeev R.Ya. Biodegradability of Electret Polymer Materials. Russian Journal of Applied Chemistry, 2008, vol. 81, no. 7, pp. 1258‒1261.

13. Lim L.-T., Auras R., Rubino M. Processing Technologies for Poly(Lactic Acid). Progress in Polymer Science, 2008, vol. 33, iss. 8, pp. 820‒852.

14. Nair L.S., Laurencin C.T. Biodegradable Polymers as Biomaterials. Progress in Polymer Science, 2007, vol. 32, iss. 8-9, pp. 762‒798.

15. Perepelkina A.A., Galikhanov M.F., Musina L.R. Effect of Unipolar Corona Discharges on Properties of Pulp-and-Paper Materials. Surface Engineering and Applied Electrochemistry, 2015, vol. 51, no. 2, pp. 138‒142. 

Received on April 02, 2017

---

For citation: Nazmieva A.I., Galikhanov M.F., Musina L.R. Physical and Mechanical Properties and the Process of Biodegradability of Modified Sack Paper. Lesnoy zhurnal [Forestry journal], 2017, no. 5, pp. 150–158. DOI: 10.17238/issn0536-1036.2017.5.150