Большая часть полимеров, которые используются для нужд – синтетические.Основные материалы должны обладать потребительскими и технологическими свойствами. Потребительские – комплекс свойств определяющих качество рекламной продукции. Это: 1. Оптические свойства материала, обеспечивающие внешний вид и фактуру. 2. Эксплуатационные свойства такие как прочностные и деформационные, отвечающие за износостойкость и долговечность продукции. Технологические свойства – комплекс физико-химических свойств, зависящих от состава и строения, тоже определяющие качество материала. Это: оптимальный режим использования оборудования, способность к обработке, состав и структура материала (размер частиц, твердость), способность к деформации. Бумага Бумага – тонкий листовой или рулонный пористо-капиллярный материал, состоящий в основном из растительных волокон, переплетенных и скрепленных между собой поверхностными силами сцепления. Китай – родина бумаги. Достоинства бумаги: тонкая, гибкая, эластичная, легкая, пористо-капиллярная структура, ровная, гладкая поверхность, химически инертная, хорошо закрепляет краску на поверхности, легко отбеливается, компактна, технологична, легко утилизируется, возможна повторная переработка, санитарно гигиенична, биологически разрушаема, доступная и возобновляемая сырьевая база, высокие потребительские свойства. Недостатки бумаги: пожароопасна, гигроскопична, неоднородная структура, анизотропна, загнивает, двусторонность свойств, мнётся, пылит, рвётся, различия свойств в партиях бумаги. Сырье для производства бумаги: 1. Древесина хвойных пород (мягкая) 2. Древесина лиственных пород (твердая) 3. Стебли однолетних растений (лен, кукуруза, конопля, эспарто, кенаф, рожь, рис, овес) 4. Коробочки хлопка и отходы хлопкового производства 5. Вторичное сырье – макулатурная масса 6. Искусственные и синтетические волокна 7. Альтернативное сырье
Основные соединения, входящие в состав древесины Древесина: 1. Органические вещества 99% -Высокомолекулярные соединения – Низкомолекулярные соединения 3% (смолы, терпены, танниды) · Углеводная часть: полисахариды 70-80% Ароматическая часть лигнин 20-30% · Целлюлоза 40-55% - Гемицеллюлоза 20-30% (гексозаны, пентоназы) 2. Минеральные вещества СаСО3 Состав бумаги: 1. Растительные волокна 2. Искусственные волокна 3. Наполнители (минеральные вещества) 4. Проклеивающие вещества 5. Красящие вещества 6. Специальные добавки В зависимости от соотношения этих компонентов создается множество видов бумаг. Растительные волокна Растительные волокна – это клетчатка растений (природные полимеры, из которых строится оболочка клеток) В клетчатке растений присутствуют: Целлюлоза, гемицеллюлоза, природные смолы, жиры и красители, лигнин, небольшое количество неорганических веществ. 21.02.12 Лекция 2 Растительные волокна Состав и строение молекулы целлюлозы Чередование колец, повернутых относительно друг друга в противоположные стороны. Каждое звено соединяется 1,4 гликозидными связями с двумя соседними звеньями без разветвления молекулярной цепи. Это придает молекуле линейность, гибкость, эластичность. Гидроксильные группы придают гидрофильность и гигроскопичность. Благодаря этим группам целлюлоза поглощает влагу и удерживает ее. Целлюлоза – линейный стереорегулярный, полярный гетероцепной полимер, содержащий один тип составного повторяющего звена. Целлюлоза – прочное волокнистое вещество, опорная ткань всех растительных клеток, эластичный полимер, состоящий из остатков молекул β-глюкозы. Макромолекулы уложены в пучки (фибриллы) образуют плотную структуру, степень кристалличности доходит до 70%. Между молекулами возникает межмолекулярное взаимодействие, обеспечивающее прочность. Целлюлоза – светлый, неплавкий материал, нерастворимый в обычных растворителях. Простейшие представители целлюлозы - вата, фильтровальная бумага. Строение целлюлозного волокна Микрофибрилла (5-25нм) Водородные связи Микрофобрилла (до 400 нм) Длина волокон у лиственных пород – 0,7-2,5 нм, у хвойных – 3,0-5,0 нм, ширина волокон около 0,025 нм. Требования к волокнам: · Линейность, гибкость и эластичность · Способность к фибриллированию · Установление межмолекулярных связей Свойства бумаги зависят от природы растительных волокон, характера их обработки, содержания наполнителя, проклеивающих веществ, а также технологии отлива и отделки, благодаря чему бумага получается с разными свойствами. Бумагообразующие свойства зависят от сопутствующих веществ (инкрустирующих). Лигнин – нерегулярный аморфный полярный полимер желто-коричневого цвета. Лигнин оказывает сильное влияние на свойства бумаги – придает ей жесткость, хрупкость, мешает переплетению волокон из-за сетчатого строения полимерных молекул, делает бумагу рыхлой, менее прочной. Лигнин легко окисляется, т.к. содержит много реакционных групп и бумага, в волокнах которой он находится, быстро желтеет под действием света и тепла. Процесс получения волокон целлюлозы сводится к освобождению ее от лигнина и др. сопутствующих веществ. Для бумаги длительного срока пользования лигнин нужно удалять. Способы получения волокон: механический, химический. Механический – измельчение, расщепление сырья без удаления инкрустирующих веществ. Химический – удаление из сырья сопутствующих включений (варка сырья в растворах химических реагентов при повышенной температуре и давлении). Кора не используется в производстве бумаги. Дефибреры – измельчение древесины за счет абразивной поверхности (химический состав при этом не меняется) Рафинеры – размол древесины в дисковых мельницах (измельчение до отдельных волокон). При этом волокна получаются резаные, рваные, поврежденные. Размол древесной щепы Принцип размола – щепа проходит через систему ножей, один из которых неподвижен, а второй установлен на вращающемся барабане. Зазор между ножами регулируется. Проходя между ножами волокна режутся, укорачиваются или расщепляются в продольном направлении. Площадь поверхности волокна увеличивается. Тощий помол – укороченные волокна немного фибриллированные (между ножами малый зазор). Жирный помол – расщепленные раздавленные волокна без укорачивания (большой зазор между ножами). Влияние помола на свойства бумаги
Волокна древесины Древесина · Древесная масса: Белая, бурая, термомеханическая, химико-термомеханическая · Древесная целлюлоза: Сульфитная, сульфатная Примеры указаны по степени улучшения бумагообразующих свойств. Волокна древесной массы получают механическим способом. Волокна жесткие, плохо переплетающиеся, лигнин не удаляется. В древесной массе очень много крупных (костра) и мелких частиц (пыли), которые не способны образовывать межмолекулярные связи. Древесная масса применяется в производстве бумаг: газетной, книжно-журнальной, форзацная, обложечная, оформительская, мелованной для рекламных целей, картона, бумаг хозяйственного назначения. Свойства бумаги из волокон древесной массы Достоинства: Высокая светонепроницаемость; Более однородная и равномерная структура листа; Почти полное использование древесины (98%); Небольшое количество химических реагентов; Отсутствие газовых выбросов в атмосферу; Дешевые; Невысокие затраты на производство. Недостатки: Сравнительно низкая прочность бумаги; Невысокая гладкость поверхности; Высокая впитывающая способность, т.к. рыхлая пористая структура; Нестабильная белизна (быстро желтеет); Малый срок использования. Волокна древесной целлюлозы получают химическим способом. Древесина перерабатывается в щепу, сортируется по размеру и только потом подвергается химическому воздействию реагентов. Варка – полное выделение волокон целлюлозы из древесной ткани в неповрежденном виде при повышенной температуре и давлении. Выделение основано на взаимодействии реакционно активных групп лигнина с кислотами или щелочами. Сульфитная целлюлоза (pH < 6) Недостатки: Деструкция стенок волокон из-за гидролиза целлюлозы; Перерабатывается древесина с низким содержанием смоляных кислот (лиственные породы); Высокое содержание смолистых веществ в готовом полуфабрикате до 1,5%, образуются липкие отложения; Остаточное содержание лигнина до 4% (6%); Невозможна утилизация сульфитных растворов; Происходит загрязнение сточных вод; Кислая среда в дальнейшем ускоряет процесс старения; В офсетном способе печати кислые бумаги имеют проблемы с высыханием красочных слоев. Достоинства: Волокна легко отбеливаются; Достигается достаточная белизна; Высокие прочностные свойства; Более дешевый полуфабрикат (по сравнению с сульфатной). Выход полезного продукта составляет 45-55%. Сульфатная целлюлоза (pH > 7) Достоинства: Лигнин полностью удален Перерабатываются любые породы деревьев и недревесное сырье Высокая механическая прочность волокон Содержание смолистых веществ не превышает 0,2% pH бумаги нейтральная или щелочная возможность регенерации сточных вод Недостатки: Сложная, многостадийная, дорогостоящая отбелка Энергоемкое производство Выход полуфабриката составляет 40-45%. Волокна макулатурной массы Макулатура – все виды бумажно-картонных изделий, утративших первоначальную ценность, и отходы их производства, пригодные для повторного получения волокнистой массы. Макулатура – крупный резерв вторичных волокон Макулатурная масса используется в производстве газетной бумаги (до 14 %) Получение макулатурной массы 1. роспуск макулатуры на волокна 2. Механическая и химическая очистка распущенных волокон 3. Размол без укорачивания волокон 4. сортировка и повторная очистка волокон 5. Окончательный размол 6. Облагораживание
Использование макулатурной массы Волокна макулатурной массы применяется при производстве: Газет, суперкаландрированных видов бумаги с пониженной массой, переплетного картона, упаковочного картона. Лекция 3 Производство бумаги. Подготовка бумажной массы к отливу Производство бумаги Общая технологическая схема производства бумаги: Подготовка бумажной массы – Отлив бумаги – Отделка бумаги Подготовка бумажной массы: · Отбеливание волокон · Окончательный размол · Составление композиций по волокну · Введение наполнителей · Введение проклеивающих веществ · Введение подцветки · Разбавление бумажной массы Цель отбеливания волокон · Эстетически приятнее белые бумаги · Контрастность печати · При окрашивании волокон для получения цветного материала не происходит тоновых изменений цвета красящих веществ · Химическая стабильность и устойчивость волокон · Санитарно-гигиенические нормы (обеззараживание) На какие свойства бумаги влияет отбеливание? · На белизну (увеличивает и стабилизирует) · На светостойкость (увеличивает) · На прочность (уменьшает) Отбелка проводится в один или несколько этапов. Многостадийная отбелка более эффективна. Для отбелки используют сильные окислители (хлор, его производные, перекись водорода, озон). При отбелке волокон древесной массы природные красители и лигнин обесцвечивают, но не удаляют Со временем процессы окисления под действием света и тепла берут верх, и волокна древесной массы желтеют и стареют.
|
