Особенности изменения структурно-морфологических свойств целлюлозы из бамбука при размоле. C. 146–159

УДК

676.16.022.6.034

DOI:

10.37482/0536-1036-2023-2-146-159

Аннотация

Древесина тропических растений, в том числе бамбука, обладает большим потенциалом из-за быстрого роста, простоты выращивания, низкой стоимости и характеристик, ценных для целлюлозно-бумажной промышленности. Рассмотрены структурно-морфологические свойства небеленой целлюлозы, полученной сульфатным способом из древесины бамбука Bambusa blumeana, местом произрастания которого является Республика Вьетнам. Сульфатная варка проведена на автоклавной системе CAS 420. Бамбуковая целлюлоза имела выход 41,7 %, число каппа – 17,3. Структурно-морфологические свойства волокна измерены на автоматическом анализаторе волокна L&W Fiber Tester, после размола на мельнице Йокро до 60 °ШР. Цифровые микрофотографии получены на микроскопе ImagerM2m Carl Zeiss. Выполнено сравнение динамики структурно-размерных свойств целлюлозы из бамбука и производственной хвойной и лиственной небеленой целлюлозы. Установлено, что при общем, аналогичном лиственной и хвойной целлюлозе, характере изменения свойств при размоле: уменьшении средней длины волокна (с 1,90 до 1,21 мм), числа изломов на волокно (с 0,78 до 0,72), средней длины сегмента (с 1,17 до 0,86 мм), увеличении средней ширины (с 17,8 до 20,6 мкм), фактора формы (с 81,7 до 85,6), содержания мелочи (с 1,8 до 7,0 %) – изменение структурно-размерных характеристик волокна у целлюлозы из бамбука происходит в наибольшей степени. Пониженная ширина волокон при их высокой длине обеспечивает наибольший коэффициент вытянутости волокон (от 106,6 у неразмолотой до 58,8 при 60 °ШР) по сравнению с хвойной (81,3…60,6) и особенно лиственной (44,4…36,0) целлюлозой. Это приводит к уменьшению фактора формы и более легкому повреждению волокон в условиях гидромеханического воздействия при размоле, что выражается в изменении числа изломов на волокне. Максимальные изменения в структуре, размерах, форме волокна и содержании мелочи происходят уже в первые 10 мин размола, отсюда следует вывод о низкой прочности бамбуковых волокон и их легкой повреждаемости. Можно предположить, что использование небеленой целлюлозы из бамбука в композиции бурых видов бумаги не приведет к повышению их прочности.

Сведения об авторах

Хоанг Минь Кхоа, аспирант; ResearcherID: GXG-6942-2022, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-6731-0033
Я.В. Казаков*, д-р техн. наук, проф.; ResearcherID: J-4634-2012, ORCID: https://orcid.org/0000-0001-8505-5841
Е.О. Окулова, учебный мастер; ResearcherID: S-6096-2019, ORCID: https://orcid.org/0000-0003-1798-1872
Северный (Арктический) федеральный университет им. М.В. Ломоносова, наб. Северной Двины, д. 17, г. Архангельск, Россия, 163002; hoangminhkhoa.vfu@gmail.com, j.kazakov@narfu.ru*, e.okulova@narfu.ru

Ключевые слова

целлюлоза из бамбука, бумагообразующие свойства, структурно-морфологические свойства целлюлозы, размол целлюлозы, длина волокна, ширина волокна, фракционный состав

Для цитирования

Кхоа Х.М., Казаков Я.В., Окулова Е.О. Особенности изменения структурно-морфологических свойств целлюлозы из бамбука при размоле // Изв. вузов. Лесн. журн. 2023. № 2. С. 146–159. https://doi.org/10.37482/0536-1036-2023-2-146-159

Литература

1. Белоглазов В.И., Комаров В.И., Дьякова Е.В., Гурьев А.В. Структурно-размерные свойства волокон полуфабрикатов как фактор, определяющий качество тарного картона // Проблемы механики целлюлозно-бумажных материалов: материалы I Междунар. науч.-техн. конф., Архангельск, 13–17 сент. 2011 г. Архангельск: САФУ, 2011. С. 57–63. 

2. Гурьев А.В., Дернов А.И., Дьякова Е.В. Оценка свойств волокон в структурированном и неструктурированном состояниях. Часть I. Полуфабрикаты для тарного картона // Целлюлоза. Бумага. Картон. 2013. № 1. С. 67–70. 

3. Казаков Я.В. Характеристика геометрических параметров волокон целлюлозных полуфабрикатов с использованием вероятностных методов // Химия растит. сырья. 2014. № 1. С. 269–275. https://doi.org/10.14258/jcprm.1401269

4. 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. 

5. Лебедев И.В. Моделирование структуры и деформационных характеристик бумажного листа: дис. … канд. техн. наук. Архангельск, 2017. 150 с.

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

7. Aprianis Y., Novriyanti E., Akbar O.T. The Characteristics of Thorny Bamboo (Bambusa blumeana) for Dissolving Pulp. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 2020, vol. 415, no. 1, p. 012024. https://doi.org/10.1088/1755-1315/415/1/012024

8. Chen Z., Zhang H., He Z., Zhang L., Yue X. Bamboo as an Emerging Resource for Worldwide Pulping and Papermaking. Bioresources, 2018, vol. 14, no. 1, pp. 3–5. https://doi.org/10.15376/biores.14.1.3-5

9. Draft Strategy for the Development of Forestry in Vietnam for the Period 2006–2020. Vietnam Administration of Forestry. (In Vietnamese). Available at: https://tongcuclamnghiep.gov.vn/LamNghiep/Index/chien-luoc-phat-trien-lam-nghiep-viet-nam-giai-doan-2006-2020-626 (accessed 25.03.23).

10. Ferdous T., Quaiyyum M.A., Bashar S., Jahan M.S. Anatomical, Morphological and Chemical Characteristics of Kaun Straw (Seetaria-Ltalika). Nordic Pulp & Paper Research Journal, 2020, vol. 35, no. 2, pp. 288–298. https://doi.org/10.1515/npprj-2019-0057

11. 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. Carbohydrate Polymers, 2015, vol. 115, pp. 785–803. http://dx.doi.org/10.1016/j.carbpol.2014.08.047

12. Hagaev O., Zou X. A New Concept to Characterize Fiber Development in Refining and Mechanical Pulp Quality for LWC and SC Grades. Pulp and Paper, Canada, Ontario, 2007, vol. 108, pp. 50–56.

13. Haiyan Ni, Yonggui Li, Shiwei Fu. Morphological Structure and Properties of Bamboo Shell Fiber. Journal of Natural Fibers, 2018, vol. 15, no. 4, pp. 586–595. https://doi.org/10.1080/15440478.2017.1349710

14. Kamthai S., Puthson P. The Physical Properties, Fiber Morphology and Chemical Compositions of Sweet Bamboo (Dendrocalamus asper Backer). Natural Science, 2005, vol. 39, pp. 581–587.

15. Karlsson H., Rinnevuo T. Fibre Guide: Fibre Analysis and Process Applications in the Pulp and Paper Industry. Sweden, Kista, AB Lorentzen and Wettre Publ., 2006. 120 p.

16. Lee K.-S., Song W.-Y., Shin S.-J. Elucidating Soda and Soda-Anthraquinone Pulping Characteristics of Korean Bamboo Species. Peolpeu Jong’i Gi’sul, 2016, vol. 48, no. 3, p. 44. https://doi.org/10.7584/ktappi.2016.48.3.044

17. Li B., Bandekar R., Zha Q., Alsaggaf A., Ni Y. Fiber Quality Analysis: OpTest Fiber Quality Analyzer versus L&W Fiber Tester. Industrial and Engineering Chemistry Research, 2011, vol. 50, no. 22, pp. 12572–12578. http://dx.doi.org/10.1021/ie201631q

18. Marja-Sisko, Ilvessalo-Pfäffli Leaf Fibers. Fiber Atlas: Identification of Papermaking Fibers. Springer Series in Wood Science. Ed. by T.E. Timell. Heidelberg, Springer-Verlag Berlin Publ., 1995. 400 p. https://doi.org/10.1007/978-3-662-07212-7

19. Mera F.A.T., Xu C. Plantation Management and Bamboo Resource Economics in China. Ciencia y Tecnología, 2014, vol. 7, no. 1, pp. 1–12. https://doi.org/10.18779/cyt.v7i1.93

20. Monga S., Thapliyal B.P., Tyagi S., Naithani S. Relationship between Strength Properties and Fiber Morphological Characteristics of S. Officinarum. International Journal of Science and Research, 2017, vol. 6, no. 1, pp. 1549–1556. https://doi.org/10.21275/ART20164484

21. Sharma A.K., Dutt D., Upadhyaya J.S., Roy T.K. Anatomical, Morphological, and Chemical Characterization of Bambusa tulda, Dendrocalamus hamiltonii, Bambusa balcooa, Malocana baccifera, Bambusa arundinacea, and Eucalyptus tereticornis. Bioresources, vol. 6, no. 4, pp. 5062-5073. http://dx.doi.org/10.15376/biores.6.4.5062-5073

22. Song B., Deng H., Tan L., Liu H. Fiber Structure and Basic Properties of Bamboo Pulp. Advanced Materials Research, 2011, vol. 332-334, pp. 874–877. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMR.332-334.874

23. Tripathi S.K., Mishra O.P., Bhardwaj N.K., Varadhan R. Pulp and Papermaking Properties of Bamboo Species Melocanna baccifera. Cellulose Chemical Technology, 2018, no. 52, pp. 81–88. Available at: https://www.cellulosechemtechnol.ro/pdf/CCT1-2(2018)/p.81-88.pdf

24. Wai N.N., Nanko H., Murakami K. A Morphological Study on the Behavior of Bamboo Pulp Fibers in the Beating Process. Wood Science and Technology, 1985, vol. 19, no. 3, pp. 211–222. https://doi.org/10.1007/BF00392050