КОМПЛЕКСНАЯ ХИМИЧЕСКАЯ ПЕРЕРАБОТКА ДРЕВЕСИНЫ

Работа добавлена на сайт samzan.net:

ГОУ ВПО Архангельский государственный технический университет

Кафедра технологии целлюлозно-бумажного производства

ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ

ПО ТЕХНОЛОГИИ цбп

мЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

К ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ ПО КУРСУ

“кОМПЛЕКСНАЯ ХИМИЧЕСКАЯ ПЕРЕРАБОТКА

ДРЕВЕСИНЫ”

аРХАНГЕЛЬСК

2009

ГОУ ВПО Архангельский государственный технический университет

Кафедра технологии целлюлозно-бумажного производства

ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ

ПО ТЕХНОЛОГИИ цбп

мЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

К ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ ПО КУРСУ

“кОМПЛЕКСНАЯ ХИМИЧЕСКАЯ ПЕРЕРАБОТКА ДРЕВЕСИНЫ”

аРХАНГЕЛЬСК

2009

1 Производство целлюлозы

1.1 Анализ технологической щепы

Технологической щепой, используемой в производстве целлюлозы, полуцеллюлозы и рафинерной древесной массы, называют кусочки древесины установленного размера: длина 15÷30 мм, ширина 16÷20 мм и толщина 3÷5 мм.

Щепу для производства волокнистых полуфабрикатов получают в древесно-подготовительном цехе (ДПЦ) путем измельчения балансов или отходов лесопиления. Щепа может поставляться на целлюлозно-бумажное предприятие и в готовом виде.

Подготовка древесного сырья к процессу варки или рафинирования состоит из следующих операций. Это распиловка, окорка и рубка балансов в щепу, сортирование щепы. Технологическая щепа, поставляемая предприятию в готовом виде также, также подвергается сортированию. В процессе сортирования щепы получаются отходы в виде крупной щепы и опилок. Крупная щепа подвергается дополнительному измельчению, опилки обычно используют в качестве топлива.

К качеству технологической щепы предъявляются определенные требования, установленные ГОСТ 15815-83 – Щепа технологическая. Технические условия (данные таблиц 1 и 2) или внутризаводскими стандартами. Качество щепы характеризуют следующие показатели:

1. Фракционный состав щепы;

2. Засоренность (присутствие коры и гнили);

3. Характер отруба;

4. Влажность щепы;

5. Породный состав.

Таблица 1 – Фракционный состав и показатели засоренности щепы

Сорт щепы	Засоренность, % не более	Допустимый остаток, %
	кора	гниль	минеральные примеси	на ситах с отверстиями диаметром, мм	на под-доне
				30	20, 10*	5
Ц-1 – для сульфитной целлюлозы и ДМ	1,0	1,0	0,1	≤ 3	≥ 86	10	1,0
Ц-2 – для сульфитной целлюлозы, ДМ и сульфатной целлюлозы с регламентируемой сорностью	1,5	3,0	0,3	≤ 5	≥ 84	10	1,0
Ц-3 – для товарной целлюлозы с нерегламентируемой сорностью	3,0	7,0	0,3	≤ 6	≥ 81	10	3,0

* Суммарный остаток на двух ситах

Таблица 2 – Породный состав щепы

Щепа для варки	Хвойная	Лиственная	Смесь*
			Хвойная	Лиственная
Сульфитной целлюлозы	100 (ель, пихта)	100 (береза, осина, тополь, бук)	≥ 90	≤ 10
Сульфатной целлюлозы	100 (все породы)	100 (все породы)	≤ 10	≥ 90
Вискозной целлюлозы	100 (все породы)	-	-	-
Моносульфитной полуцеллюлозы	-	100 (все породы)	-	-

* Соотношение пород древесины устанавливают по согласованию с потребителем

Содержание коры и гнили в технологической щепе

Приборы:

1.  Технические весы с точностью взвешивания до 0,1 г

Содержание коры и гнили в щепе определяется обычно весовым методом, ручной сортировкой. Навеску щепы 1 кг взвешивают с точностью до 0,1 г и рассыпают на столе. Из образца щепы отбирают  и отдельно взвешивают частицы коры и гнили на весах с той же точностью. 

Массовую долю коры и гнили (Х) с точностью до 0,1 % вычисляют по формуле:

Х = ∙100,             (1)

где m1 – масса коры и гнили, г;

m2 – масса навески с корой и гнилью, г.

Определение фракционного состава щепы

Приборы:

1. Анализатор ситовой механический марки АГЛ-М;

2. Набор сит с отверстиями диаметром 30, 20, 10 и 5 мм;

3. Весы с точностью взвешивания до 1,0 г;

4. Секундомер.

Для сортирования щепы, набор, состоящий из четырех сит с отверстиями диаметром 30, 20, 10 и 5 мм и сплошного поддона устанавливают на подвижном основании анализатора. Набор сит затягивают стяжками.

Навеску щепы, после отбора из нее коры и гнили помещают на верхнее сито ситового набора. Включают анализатор и просеивают навеску в течение 1 мин. Выполняют три параллельных определения.

Фракцию щепы (Х) на каждом сите с точностью до 0,1 % вычисляют по формуле:

Х = ∙100,            (2)

где m1 – масса фракции щепы на сите, г;

m2 – масса навески без коры и гнили, г.

Определение влажности щепы

Приборы:

1. Технические весы с точностью взвешивания до 0,1 г;

2. Сушильный шкаф.

Влажность щепы является одним из важнейших факторов, влияющих на ход варочного процесса. В производстве сульфитной целлюлозы влажность обуславливает характер пропитки щепы кислотой, а в производстве сульфатной целлюлозы – объем щелоков, закачивающих в варочный котел.

Навеску щепы около 100 г высушивают в сушильном шкафу до постоянной массы при температуре 105±3 оС. Проводят два параллельных определения. Вычисления проводят с точностью до 1 %. Относительную влажность щепы (В, %) определяют по формуле:

В = ∙100,     (3)

где m1 – масса навески щепы до высушивания, г;

m2 – масса навески щепы после высушивания, г.

1.2 Анализ щелоков сульфатной варки

В качестве варочного реагента для щелочных варок используют белый щелок, активными компонентами которого являются смесь гидроксида натрия NaOH и сульфида натрия Na2S. Содержание в щелоке NaOH и Na2S называют активной щелочью. Состав белого щелока может быть охарактеризован как термином «активная щелочь», так и термином «эффективная щелочь» NaOH + 1/2Na2S. Кроме этих соединений, в белом щелоке присутствуют карбонат натрия Na2CO3, сульфат натрия Na2SO4, тиосульфат натрия Na2S2O3. Все соли натрия, содержащиеся в белом щелоке и титруемые кислотой, называют общей щелочью. Присутствие в белом щелоке солей натрия (кроме сульфида) обусловлено неполнотой протекания реакции каустизации в каустизационном отделе и реакций восстановления при работе содорегенерационного котла.

Так как соединений натрия в белом щелоке много, для выражения количественной характеристики (концентрации) применяют единицы Na2O или единицы NaOH. Путем пересчета через эквиваленты можно определить содержание компонентов щелока (таблица 3).

Суммарное количество активной щелочи, выраженное в единицах Na2O и отнесенное к массе абсолютно сухой щепы, называют − расход активной щелочи на варку. Расход щелочи на варку определяется свойствами древесины и качеством получаемого волокнистого полуфабриката. Обычно расход активной щелочи составляет 14–23 % в ед. Na2O (18–30 % ед. NaOH).

Таблица 3 − Соотношения молекулярных масс натриевых соединений

Соединение	Коэффициент перевода в единицы Na2O	Коэффициент перевода Na2O в данное соединение
Na2O	1,000	1,000
NaOH	0,775	1,290
Na2CO3	0,585	1,710
Na2S	0,795	1,258
Na2SO4	0,437	2,290

Концентрация активной щелочи в белом щелоке в производственных условиях обычно составляет 95÷110 г/л в ед. Na2O.

Белый щелок готовят путем каустизации зеленого щелока, который получают растворением в воде плава – продукта сжигания и озоления отработанного (черного) щелока.

Основным компонентом зеленого щелока является карбонат натрия (Na2CO3) и сульфид натрия (Na2S). Сода составляет 50÷60 % от общей массы всех компонентов, входящих в состав зеленого щелока. Кроме того, в зеленом щелоке также могут присутствовать в незначительном количестве гидроксид натрия, сульфит натрия и другие натриевые соли.

Карбонат натрия является малоактивным химическим соединением, поэтому необходимо его превратить в один из главных активных компонентов − гидроксид натрия. Процесс превращения Na2CO3 в NaOH называется процессом каустизации.

Процесс каустизации осуществляют негашеной известью (СаО) при температуре 80÷100 ºС и непрерывном перемешивании. В результате реакции между Na2CO3 и СаО большая часть соды превращается в NaOH.

1.2.1 Анализ зеленого щелока

Определение общей щелочи в зеленом щелоке

Посуда и реактивы:

Коническая колба вместимостью 250 мл;

Пипетка вместимостью 5 мл;

Мерный цилиндр на 50 мл;

Бюретка на 25 мл;

Раствор соляной кислоты (HCl) 1 н.;

Индикатор метиловый оранжевый.

В коническую колбу вместимостью 250 мл, куда предварительно налито около 50 мл дистиллированной воды, вносят пипеткой 5 мл зеленого щелока, добавляют несколько капель индикатора – метилового оранжевого и быстро титруют из бюретки 1 н. раствором соляной кислоты (НСl) до перехода желтой окраски в розовую. Выполняют два параллельных определения.

Содержание общей щелочи (ОЩ, г/л в ед. Na2O) рассчитывают по формуле:

ОЩ = ,     (4)

где V1 – объем 1 н. раствора соляной кислоты, пошедшей на титрование, мл;

К – поправка к титру 1 н. HCl,  (1 мл 1 н. раствора HCl соответствует 0,031 г Na2O или 0,040 г NaOH).

Определение активной щелочи в зеленом щелоке

Для определения активной щелочи из щелока выводят карбонат натрия путем осаждения его хлористым барием (BaCl2).

Посуда и реактивы:

Мерная колба вместимостью 100 мл;

Коническая колба вместимостью 250 мл;

Пипетки вместимостью 20, 10 мл;

Бюретка на 25 мл;

Раствор соляной кислоты (HCl) 1 н.;

Раствор хлористого бария (BaCl2) 20 %-ный;

Индикатор метиловый оранжевый.

В мерную колбу вместимостью 100 мл вносят пипеткой 10 мл зеленого щелока, приливают 10 мл 20 %-ного раствора BaCl2, доливают в колбу до метки дистиллированной водой, дают отстояться осадку или фильтруют его через плотный фильтр.

Затем отбирают пипеткой 20 мл фильтрата в коническую колбу на 250 мл, добавляют несколько капель метилового оранжевого и титруют из бюретки 1 н. раствором НСl до перехода желтой окраски в розовую. Выполняют два параллельных определения.

Содержание активной щелочи (АЩ) г/л (в ед. Na2O) рассчитывают по формуле:

АЩ = ,         (5)

где V2 – объем 1 н. раствора соляной кислоты, пошедшей на титрование, мл;

К – поправка к титру 1 н. HCl.

Вычисление содержания карбоната натрия в зеленом щелоке

Содержание общей и активной щелочи в зеленом щелоке позволяет рассчитать содержание в нем карбоната натрия Na2CO3.

Объем 1 н. раствора соляной кислоты (HCl, мл), соответствующий содержанию в 10 мл зеленого щелока соды, составляет:

V3 = 2V1 – 5V2     (6)

где V1 – объем 1 н. раствора соляной кислоты, пошедшей на титрование при определении содержания общей щелочи в зеленом щелоке, мл;

V2 – объем 1 н. раствора соляной кислоты, пошедшей на титрование при определении активной щелочи в зеленом щелоке, мл.

Содержание карбоната натрия (С) в зеленом щелоке с учетом разбавления анализируемой пробы и объема отобранного для анализа раствора составляет (г/л в ед. Na2CO3):

С =      (7)

1.2.2 Определение расхода извести, необходимого для проведения реакции каустизации

Расход извести (СаО), необходимый для каустизации зеленого щелока, рассчитывают по уравнению:

Na2CO3 + СаО + Н2О → 2NaOH + СаСО3     (8)

Так как негашеная известь содержит ряд примесей (вода, карбонаты, оксиды), понижающие ее активность, то в пробе извести необходимо определить содержание активного оксида кальция.

Определение содержания активного оксида кальция в извести

Определение содержания активного оксида кальция (СаО) производится путем гашения извести водой и нейтрализации гидроксида кальция соляной кислотой.

Приборы, посуда и реактивы:

1.  Технические весы с точностью взвешивания до 0,1 г;
2.  Коническая колба вместимостью 250 мл;
3.  Мерный цилиндр на 100 мл;
4.  Бюретка на 25 мл;
5.  Раствор соляной кислоты (HCl) 1 н.;
6.  Индикатор фенолфталеин.

Навеску извести 0,5 г, взятую на технических весах, вносят в коническую колбу и гасят горячей дистиллированной водой в количестве 100 мл (цилиндром). К полученной суспензии добавляют несколько капель фенолфталеина и титруют с выдержкой 1 н. раствором НСl до исчезновения розовой окраски.

Содержание активного СаО (Р) в % рассчитывают по формуле:

Р = ,     (9)

где V – объем 1 н. растворам соляной кислоты, пошедшей на титрование, мл;

m – масса, анализируемой пробы извести, г.

Расчет расхода извести, необходимого для каустизации

Расчет необходимого количества извести проводят исходя из предположения, что реакция каустизации проходит до конца. При этом условии (в соответствии со стехиометрическим уравнением) на 1 часть Na2CO3 требуется 0,53 части активного СаО. Тогда теоретический расход извести (G) может быть рассчитан по формуле:

G = 0,53∙С∙V∙,      (10)

где C – содержание соды в зеленом щелоке, г/л

V – объем зеленого щелока, взятого для каустизации, л (V = 0,25 л);

Р – содержание активного СаО в извести, %.

1.2.3 Проведение процесса каустизации зеленого щелока

Приборы и посуда:

1.  Технические весы с точностью взвешивания до 0,1 г;
2.  Электроплитка;
3.  Термометр;
4.  Фарфоровый стакан вместимостью 400-500 мл;
5.  Стеклянная палочка.

В фарфоровый стакан вместимостью 400-500 мл заливают 250 мл (0,25 л) зеленого щелока и нагревают на электроплитке до температуры 95-100 ºС. Если зеленый щелок имеет высокую концентрацию взвешенных частиц, его необходимо предварительно отфильтровать. В нагретый щелок при осторожном перемешивании добавляют предварительно рассчитанную и взвешенную навеску извести (G). Размешивание ведут до конца процесса каустизации, поддерживая температуру в указанных пределах, но, не допуская кипения. Уровень жидкости в стакане поддерживают постоянным, добавляя по необходимости горячую воду.

Процесс каустизации ведут 1-1,5 часа, после чего дают отстояться полученному белому щелоку или отфильтровывают его и проводят анализ полученного белого щелока.

1.2.4 Анализ белого щелока

Определение общей щелочи в белом щелоке

Определение общей щелочи производится путем титрования точного объема белого щелока раствором соляной кислоты (НСl).

Посуда и реактивы:

1.  Коническая колба вместимостью 250 мл
2.  Пипетка вместимостью 5 мл
3.  Мерный цилиндр на 50 мл
4.  Бюретка на 25 мл
5.  Раствор соляной кислоты (HCl) 1 н.
6.  Индикатор метиловый оранжевый
7.  Индикатор фенолфталеин

В коническую колбу вместимостью 250 мл вносят пипеткой 5 мл белого щелока, добавляют цилиндром 50 мл дистиллированной воды свободной от СО2 (свежепрокипяченной), добавляют несколько капель фенолфталеина и титруют из бюретки 1 н. раствором соляной кислоты до обесцвечивания раствора оттитровывая ½ Na2CO3 + ½ Na2S + NaOH, записывают объем HCl, пошедший на титрование (V1), затем добавляют несколько капель метилового оранжевого и титруют до появления розовой окраски, оттитровывая ½ Na2CO3 + ½ Na2S, записывают объем раствора HCl, пошедший на титрование  (V2). Выполняют два параллельных определения.

Содержание общей титруемой щелочи (ОЩ) г/л в ед. Na2O рассчитывают по формуле:

ОЩ = ,      (11)

где V1 – объем 1 н. HCl, пошедшей на титрование смеси ½ Na2CO3 + ½ Na2S + NaOH, мл;

V2 – объем 1 н. HCl, пошедшей на титрование смеси ½ Na2CO3 + ½ Na2S, мл;

К – поправка к титру 1 н. раствора HCl.

Определение активной щелочи в белом щелоке

Для определения активной щелочи из щелока выводят карбонат натрия и сульфат натрия путем осаждения хлористым барием (BaCl2).

Посуда и реактивы:

1.  Мерная колба вместимостью 50 мл
2.  Коническая колба вместимостью 250 мл
3.  Пипетки вместимостью 20, 5 мл
4.  Мерный цилиндр 10 мл
5.  Бюретка на 25 мл
6.  Раствор соляной кислоты (HCl) 1 н.
7.  Раствор хлористого бария (BaCl2) 20 %-ный
8.  Индикатор метиловый оранжевый

В мерную колбу вместимостью 50 мл вносят пипеткой 5 мл белого щелока, приливают 2 мл 20 %-ного раствора BaCl2, доливают в колбу до метки дистиллированной воды, дают отстояться осадку или фильтруют через плотный фильтр.

Затем отбирают пипеткой 20 мл фильтрата в коническую колбу на 250 мл, добавляют несколько капель метилового оранжевого и титруют из бюретки 1 н. раствором соляной кислоты до перехода желтой окраски в розовую. Выполняют два параллельных определения.

Содержание активной щелочи (АЩ) г/л в ед. Na2O рассчитывают по формуле:

АЩ = ,      (12)

где V3 – объем 1 н. соляной кислоты HCl, пошедшей на титрование, мл;

К – поправка к титру 1 н раствора HCl.

Определение сульфида натрия в белом щелоке

Метод йодометрического титрования сульфида основан на способности сульфид-иона (S2-) окисляться в кислой среде йодом до элементарной серы. Для уменьшения потерь серы в виде сероводорода (H2S), образующегося в кислой среде, определение ведут методом обратного титрования:

S2- + I2 → S + 2Н+ + 2I      (13)

Избыток йода оттитровывают тиосульфатом натрия (Na2S2O3):

I2 + 2 Na2S2O3 = 2NaI + Na2S4O6      (14)

Посуда и реактивы:

1.  Коническая колба вместимостью 250 мл;
2.  Пипетки вместимостью 5, 2 мл;
3.  Мерный цилиндр 50 мл;
4.  Бюретка на 25 мл;
5.  Раствор йода I2 1 н.;
6.  Раствор серной кислоты (H2SO4) 20 %-ный;
7.  Раствор тиосульфата натрия (Na2S2O3) 0,1 н.;
8.  Раствор крахмала 1 %-ный.

В коническую колбу вместимостью 250 мл вносят пипеткой 5 мл 1 н. раствора I2, добавляют пипеткой 5 мл раствор 20 %-ной H2SO4, 30 мл цилиндром дистиллированной воды и пипеткой 2 мл белого щелока, добавляют 5-10 капель крахмала. Избыток выделившегося йода оттитровывают 0,1 н. раствором Na2S2O3 до обесцвечивания раствора. Выполняют два параллельных определения.

Содержание сульфида натрия (S) в щелоке г/л в ед. Na2O рассчитывают по формуле:

S = ,      (15)

где V – объем 0,1 н. раствора тиосульфата натрия Na2S2O3, пошедшей на титрование избытка йода, мл;

К, – поправочный коэффициент к титру раствора 1 н. I2;

К2 – поправочный коэффициент к титру раствора 0,1 н. Na2S2O3.

После определения концентрации общей, активной щелочи и сульфида натрия можно рассчитать содержание гидроксида натрия и карбоната натрия (г/л в ед. Na2O) в белом щелоке:

NaOH = (V1 – V2)∙0,031∙200 = 6,2∙(V1 – V2)       (16)

Na2CO3 = (V1 + V2 – 2,5V3)∙0,031∙200 = 6,2∙(V1 + V2 – 2,5V3)∙      (17)

1.2.5 Анализ черного щелока

Определение активной щелочи в черном щелоке

Концентрацию активной щелочи определяют путем титрования щелока соляной кислотой после предварительного осаждения сульфата натрия и карбоната натрия хлористым барием (BaCl2).

Посуда и реактивы:

1.  Раствор соляной кислоты (HCl) 0,1 н.
2.  Раствор хлористого бария (BaCl2) 20 %-ный
3.  Фенолфталеин
4.  Мерная колба вместимостью 100 мл
5.  Коническая колба вместимостью 250 мл
6.  Пипетки вместимостью 10 мл
7.  Мерный цилиндр на 50 мл, 25 мл
8.  Бюретка на 25 мл

В мерную колбу вместимостью 100 мл наливают 50 мл горячей дистиллированной воды (замеренной цилиндром), прибавляют из пипетки 10 мл черного щелока, около 15 мл раствора BaCl2 и перемешивают. Затем содержимое колбы охлаждают до комнатной температуры и аккуратно, во избежание пенообразования, доводят до метки дистиллированной водой. После осаждения осадка отбирают пипеткой 10 мл осветленного раствора в коническую колбу и титруют 0,1 н. раствором HCl в присутствии фенолфталеина до исчезновения розовой окраски. Выполняют два параллельных определения.

Содержание активной щелочи (АЩ) г/л в ед. Na2O (1 мл 1 н. раствора HCl соответствует 0,031 г Na2O) рассчитывают по формуле:

АЩ = ,      (18)

где V – объем 0,1 н. раствора соляной кислоты, пошедшей на титрование, мл;

К – поправка к титру 0,1 н. HCl.

Определение содержания сухих веществ в черном щелоке

Приборы и посуда:

1.  Аналитические весы с точность взвешивания 0,0001 г;
2.  Стеклянный бюкс;
3.  Сушильный шкаф;
4.  Пипетка на 1 мл;
5.  Фильтровальная бумага.

Для определения содержания сухих веществ в черном щелоке берут плотный фильтр диаметром 100 мм или из фильтровальной бумаги вырезают полоску размером 50×50 мм, помещают в бюкс и высушивают в сушильном шкафу при температуре 105±3 ºС в течение 30 мин до постоянной массы, затем охлаждают в эксикаторе 10 мин и взвешивают.

Затем на фильтр равномерно распределяют из пипетки 0,8 – 1,0 мл черного щелока. Бумажный фильтр помешают в сушильный шкаф, подсушивают и взвешивают через каждые 15 мин, доводя фильтр до постоянной массы. Выполняют два параллельных определения.

Содержание сухих веществ (СВ) в черном щелоке в г/л рассчитывают по формуле:

СВ = ,      (19)

где m1 – масса фильтра со щелоком, г;

m2 – масса фильтра, г;

V – объем щелока, мл.

1.3 Анализ целлюлозы

Определение числа Каппа целлюлозы

Определение числа Каппа, показывающее содержание остаточного лигнина в целлюлозе, перманганатным способом основано на определении расхода перманганата калия при обработке целлюлозы (полуцеллюлозы). Число Каппа выражается количеством миллилитров 0,1 н. раствора КМnО4, расходуемого на обработку 1 г абсолютно сухой целлюлозы в течение 10 минут.

Приборы, посуда, реактивы:

1.  Гомогенизатор;
2.  Мешалка с частотой вращения 800-1000 мин-1;
3.  Стакан на 1000 мл;
4.  Секундомер;
5.  Пипетки вместимостью 50 мл, 25 мл, 10 мл;
6.  Мерные цилиндры вместимостью 500 мл, 50 мл;
7.  Бюретка на 25 мл;
8.  Стакан химический на 150-200 мл;
9.  Раствор перманганата калия (КМnО4) 0,1 н.;
10.  Раствор тиосульфата натрия (Na2S2O3) 0,2 н.;
11.  Раствор серной кислоты (H2SO4) 4 н.;
12.  Раствор йодистого калия (KJ) 1,0 М;
13.  Раствор крахмала 0,4 %-ный.

Навеску воздушно-сухой целлюлозы (1,0 – 10,0 г) берут с точностью до 0,0001 г с таким расчетом, чтобы расход раствора КМnО4 составлял примерно 50 % от взятого на реакцию. Навеска определяется в зависимости от содержания лигнина. Влажность целлюлозы определяют заранее.

Подготовленную навеску разбивают в 270 мл дистиллированной воды в гомогенизаторе до исчезновения комочков. После чего массу переносят в стакан на 1000 мл. Сосуд споласкивают 100 мл дистиллированной воды, которую также выливают в реакционный стакан.

Реакционный стакан устанавливают на магнитную мешалку. Пробу тщательно размешивают и приливают реакционную смесь 50 мл 0,1 н. раствора КМnО4 (пипеткой) и 50 мл раствора 4 н. H2SO4 (цилиндром), предварительно отмеренные в стаканчик, в момент добавления реакционной смеси в стакан с анализируемой пробой целлюлозы включают секундомер. Стаканчик из-под реакционной смеси споласкивают 30 мл дистиллированной воды в реакционный стакан. Общий объем жидкости в реакционном стакане должен составлять 500 мл. Глубина воронки при перемешивании 25 мм. Время проведения реакции 10 мин. Через 5 мин после начала реакции в стакане замеряют температуру.

Через 10 мин в реакционный стакан добавляют 10 мл 1 М раствора йодида калия (KJ), чтобы остановить реакции окисления лигнина. Не прекращая перемешивания, выделившийся йод оттитровывают из бюретки 0,2 н. раствором тиосульфата натрия (Na2S2O3) до соломенного цвета. Затем добавляют 5-10 капель крахмала и титруют по каплям до обесцвечивания.

Параллельно определяют расход 0,2 н. раствора Na2S2O3 на титрование холостой пробы. Для этого в реакционный стакан наливают 370 мл дистиллированной воды и смесь, состоящую из 25 мл 0,1 н. раствора КМnО4 (пипеткой), 25 мл дистиллированной воды и 50 мл раствора 4 н. H2SO4 (цилиндром), предварительно отмеренный в стакан и размешивают мешалкой. Стакан споласкивают 30 мл дистиллированной воды. Общий объем смеси также составляет 500 мл. Затем добавляют 10 мл 1 М раствора KJ и, не прекращая перемешивания, оттитровывают выделившийся йод 0,2 н. раствором Na2S2O3. Температура реакции при титровании холостой пробы должна быть 25 °С. Выполняют два параллельных определения. Разница между полученными результатами не должна превышать 1 %.

Степень делигнификации (Х) вычисляют по формуле:

Х = · [1 + 0,013·(25-t)],      (20)

где d – коэффициент пересчета на 50 %-ный расход КМnО4, зависящий от величины V (таблица 2.4);

m – навеска абсолютно сухой целлюлозы, г.;

t – температура реакционной смеси, °С;

V – объем 0,1 н. раствора КМnО4, мл;

V = ,      (21)

где н. – нормальность раствора Na2S2O3, – 0,2;

V1 – рассчитанный объем раствора Na2S2O3, пошедший на титрование холостой пробы, мл;

V1 = a – (0,5 а – b),      (22)

где a – объем 0,2 н. раствора Na2S2O3, теоретически необходимого для титрования 50 мл 0,1 н. раствора КМnО4, a = 25 мл;

b – объем 0,2 н. раствора тиосульфата натрия, израсходованный на титрование холостой пробы, мл;

V2 – объем 0,2 н. раствора тиосульфата натрия, израсходованный на титрование анализируемой пробы, мл.

Таблица 4 – Зависимость между объемом 0,1 н. раствора КМnО4 и коэффициентом d

V, мл	d		V, мл	d		V, мл	d		V, мл	d
15,0	0,958		20,5	0,981		26,0	1,004		31,5	1,028
15,5	0,960		21,0	0,983		26,5	1,006		32,0	1,030
16,0	0,962		21,5	0,985		27,0	1,009		32,5	1,033
16,5	0,964		22,0	0,987		27,5	1,011		33,0	1,035
17,0	0,966		22,5	0,989		28,0	1,013		33,5	1,037
17,5	0,968		23,0	0,991		28,5	1,015		34,0	1,039
18,0	0,970		23,5	0,994		29,0	1,017		34,5	1,042
18,5	0,972		24,0	0,996		29,5	1,019		35,0	1,044
19,0	0,075		24,5	0,998		30,0	1,022
19,5	0,977		25,0	1,000		30,5	1,024
20,0	0,979		25,5	1,002		31,0	1,024

Определение числа Каппа беленой целлюлозы по методу

микро-Каппа

Для определения небольших количеств остаточного лигнина в целлюлозе на различных ступенях отбелки обычно используют  метод микро-Каппа. Так как в реакции участвуют  меньшие количества лигнина, то для анализа готовятся  растворы с низкими концентрациями реагентов и на реакцию используют меньшие объемы растворов. Для определения степени делигнификации берут навеску воздушно-сухой целлюлозы с точностью до 0,0001 г с таким расчетом, чтобы расход 0,05 н. раствора перманганата калия КМnО4 составлял от 40 до 60 %.

Приборы, посуда, реактивы:

1.  Гомогенизатор;
2.  Мешалка с частотой вращения 800-1000 мин-1;
3.  Стакан реакционный на 500 мл;
4.  Секундомер;
5.  Пипетки вместимостью 20 мл, 10 мл;
6.  Мерные цилиндры вместимостью 100 мл, 25 мл;
7.  Бюретка на 25 мл;
8.  Стакан химический на 100 мл;
9.  Раствор перманганата калия (КМnО4) 0,05 н.;
10.  Раствор тиосульфата натрия (Na2S2O3) 0,05 н.;
11.  Раствор серной кислоты (H2SO4) 4 н.;
12.  Раствор йодистого калия (KJ) 1,0 н.;
13.  Раствор крахмала 0,5 %-ный.

Подготовленную навеску тщательно размешивают в 100 мл дистиллированной воды в реакционном стакане на 500 мл.

В химический стакан на 100 мл отмеряют 20 мл 0,05 н. раствора КМnО4 (пипеткой) и 20 мл раствора 4 н. H2SO4 (цилиндром). Приготовленную смесь выливают в реакционный стакан с целлюлозой, не прекращая перемешивания, и включают секундомер. Стакан из-под реакционной смеси споласкивают 60 мл дистиллированной воды. Общий объем жидкости в реакционном стакане должен составлять 200 мл. Время проведения реакции 10 мин. Через 5 мин после начала реакции в стакане замеряют температуру.

Через 10 мин от начала реакции в реакционный стакан добавляют 10 мл 1 н. раствора KJ. Не прекращая перемешивания, выделившийся йод титруют из бюретки 0,05 н. раствором тиосульфата натрия Na2S2O3 до соломенного цвета. Затем добавляют 5-10 капель крахмала и титруют по каплям до обесцвечивания.

Параллельно определяют расход 0,05 н. раствора Na2S2O3 на титрование холостой пробы. Для этого в реакционный стакан наливают 100 мл дистиллированной воды и смесь, состоящую из 20 мл 0,1 н. раствора КМnО4 (пипеткой) и 20 мл раствора 4 н. раствора H2SO4 (цилиндром), предварительно отмеренный в стакан и размешивают мешалкой. Стакан из-под смеси споласкивают 60 мл дистиллированной воды. Общий объем смеси также составляет 200 мл. Затем добавляют 10 мл 1 н. раствора KJ и, не прекращая перемешивания, оттитровывают выделившийся йод 0,05 н. раствором Na2S2O3. Температура реакции при титровании холостой пробы должна быть 25 °С. Выполняют два параллельных определения. Разница между полученными результатами не должна превышать 1 %.

При этом идут следующие реакции:

2 КМnО4 + 10 KJ + 8 H2SO4 = 5 J + 6 К2SО4 + 2 МnSO4 + 8 H2O      (23)

J2 + 2 Na2S2O3 = 2 NaJ + Na2S4O6      (24)

Степень делигнификации (Х) вычисляют по формуле:

Х = · [1 + 0,013·(25-t)],      (25)

где V – объем 0,05 н. раствора КМnО4, мл

V = ,      (26)

V1 – объем 0,05 н. раствора Na2S2O3, пошедший на титрование холостой пробы, мл;

V2 - объем 0,05 н. раствора Na2S2O3, израсходованный на титрование анализируемой пробы, мл;

н – нормальность раствора Na2S2O3,  0,05;

m – навеска абсолютно сухой целлюлозы, г;

d – коэффициент пересчета на 50 %-ный расход КМnО4, (таблица 5);

t – температура реакционной смеси, °С.

Таблица 5 – Зависимость между объемом 0,05 н. раствора КМnО4 и коэффициентом d (% к 20 мл раствора)

, мл	d	, мл	d	, мл	d
40	0,979	47	0,994	54	1,009
41	0,981	48	0,996	55	1,011
42	0,983	49	0,998	56	1,013
43	0,985	50	1,000	57	1,015
44	0,987	51	1,002	58	1,017
45	0,989	52	1,004	59	1,019
46	0,991	53	1,006	60	1,021

1.4 Проведение ступеней отбелки целлюлозы

Основной целью процесса отбелки целлюлозы является повышение её белизны за счет удаления оставшегося после варки лигнина и придание ей определенных физико-химических свойств.

Белизна поверхности целлюлозы определяется ее способностью отражать свет. Повышение этой способности достигается либо путем обесцвечивания окрашивающих веществ, содержащихся в небеленой целлюлозе, либо путем их удаления. Окрашивающие вещества представляют собой в основном остаточный лигнин, содержащий различные хромофорные группы, свойства которого зависят от способа варки целлюлозы и вида древесины. При отбелке целлюлозы используют две группы химических реагентов. В первую группу входят химикаты, которые преимущественно разрушают хромофорные группы, но не растворяют лигнин, во вторую – реагенты, полностью разрушающие остаточный лигнин.

Современные схемы отбелки – это многоступенчатые схемы, в которых используется сочетание последовательных обработок различными реагентами. Как правило, первые ступени отбелки – это делигнифицирующие ступени, на которых удаляется основная масса остаточного лигнина. В качестве делигнифицирующего реагента  в прошлом веке   использовался  молекулярный хлор, в  современных схемах отбелки используются кислородно-щелочная делигнификация, обработка озоном, пероксидом водорода, диоксидом хлора. Для добелки целлюлозы используются диоксид хлора и пероксид водорода.

Все существующие способы отбелки в зависимости от используемых реагентов подразделяются на три группы:

– с использованием хлора и его соединений;

– без использования молекулярного хлора (ECF);

– без использования хлора и его соединений (TCF).

Схемы отбелки, в которых используются хлорсодержащие реагенты, характеризуются «фактором Каппа» – это отношение расхода активного хлора, заданного на первую делигнифицирующую ступень (D0) отбелки к числу Каппа целлюлозы, поступающей в отбелку. Фактор Каппа (KF) рассчитывают по следующей формуле:

KF = ,      (27)

где G – расход хлорсодержащих реагентов, в ед. активного хлора, заданных на первую ступень отбелки, % от массы абсолютно сухой целлюлозы;

К – число Каппа целлюлозы, поступающей на отбелку.

При выборе технологии отбелки необходимо учитывать следующие общие принципы:

- современная линия отбелки должна обладать высокой гибкостью, т.е. позволять варьировать используемые отбеливающие реагенты и последовательность ступеней отбелки, чтобы обеспечить возможность в широких пределах изменять белизну и другие показатели качества получаемой целлюлозы, приспосабливаясь к требованиям потребителя;

- в технологической схеме отбелки должны чередоваться щелочные и кислые ступени. При изменении рН среды меняется степень набухания клеточной стенки целлюлозных волокон. К кислой среде капилляры клеточной стенки сжимаются, в щелочной среде – расширяются. «Насосный» эффект улучшает диффузию реагентов внутрь клеточной стенки и обратную диффузию продуктов реакции, т.е. повышает скорость процесса отбелки;

- перед отбельными ступенями с использованием кислорода, озона, пероксида водорода или в начале схемы на ступени хелатирования должно быть предусмотрено удаление тяжелых металлов, которые поступают в технологический процесс с древесиной и водой и вызывают деструкцию целлюлозы;

- первой ступенью отбелки должна быть кислородно-щелочная обработка, что позволяет вернуть отработанный раствор, не содержащий соединений хлора, в систему регенерации варочных химикатов и значительно уменьшить вредность сбрасываемых стоков. КЩО образует с варкой единый блок водооборота;

- все ступени отбелки целесообразно проводить на одном температурном и концентрационном уровне, что, в сочетании с системами рекуперации тепла, обеспечивает существенную экономию энергоресурсов;

- для промывки целлюлозы после ступеней отбелки, особенно после КЩО, желательно использовать современные высокоэффективные промывные аппараты: фильтры давления, фильтр-прессы, двухбарабанные прессы. Снижение потерь химикатов и экономия воды быстро окупают более высокую стоимость этих аппаратов.

При бесхлорной отбелке (схемы TCF) в качестве отбеливающих реагентов применяют молекулярный кислород, пероксид водорода, озон, надкислоты. Используют также ферменты, повышающие белимость целлюлозы и снижающие расход белящих реагентов.

При ECF отбелке в дополнение к бесхлорным реагентам применяют диоксид хлора, наилучший реагент для заключительных ступеней отбелки.

Кислород – самый дешевый и доступный реагент. Технология отбелки кислородом хорошо отработана.

Озон – имеет наиболее высокий окислительный потенциал, 1 кг озона заменяет при отбелке 2,5 – 3,0 кг диоксида хлора, поэтому относительно высокие капитальные затраты на генераторы озона окупаются благодаря экономии диоксида хлора.

Пероксид водорода – распространённый отбеливающий реагент. Применяется, в основном, на потоке сульфатной хвойной целлюлозы. Наилучшие результаты применение пероксида водорода дает в середине и в конце схемы отбелки. Его применение в качестве делигнифицирующего реагента на первых ступенях отбелки требует больших его расходов (35…40 кг/т целлюлозы). Существует ряд модификаций пероксидной ступени, на использовании которой в сочетании с КЩО и обычной пероксидной ступенью построен ряд TCF – схем.

Надкислоты – эффективны. Только начали применяться в промышленном масштабе. Стоимость такой отбелки выше, чем озоном, что препятствует использованию надкислот в обычных схемах отбелки.

До настоящего времени основным дискуссионным вопросом в области отбелки целлюлозы остается выбор типа технологической схемы (ECF или TCF). Каждый вариант имеет свои положительные и отрицательные стороны. Однако, сегодня при создании новых технологических линий, основное внимание до сих пор уделяется ECF отбелке.

Из схем ECF за основу выбрана следующая схема:

КЩО – Д – ЩО2 – П – Д – П

Предпочтение этой схеме отдается по причине, что все отдельные элементы данной технологии или внедрены или апробированы на предприятиях, а все необходимые химикаты – кислород, пероксид водорода и двуокись хлора являются доступными.

1.4.1 Анализ белящих реагентов

Анализ раствора диоксида хлора

При обычных условиях двуокись хлора ClO2 – газ желто-зеленого цвета. Водный раствор ClO2 используется в качестве отбеливающего реагента.

Посуда и реактивы:

1.  Пипетка вместимостью 1 мл
2.  Мерный цилиндр вместимостью 50 мл
3.  Колба коническая вместимостью 250 мл
4.  Бюретка на 25 мл
5.  Кислота соляная (НСl) 1:3
6.  Раствор йодистого калия (КJ) 10 %-ный
7.  Раствор тиосульфата натрия (Na2S2O3) 0,1 н.
8.  Раствор крахмала

В коническую колбу вместимостью 250 мл с притертой пробкой наливают цилиндром 50 мл дистиллированной воды, 5 мл (пипеткой) соляной кислоты НСl и 5 мл 10 %-ного раствора йодистого калия КJ. Пипеткой вносят 1 мл анализируемого раствора ClO2, при этом погружают  кончик пипетки в раствор, находящийся в колбе. Колбу закрывают крышкой и ставят в темное место на 5 мин, затем добавляют 5-10 капель крахмала и титруют 0,1 н. раствором тиосульфата натрия (Na2S2O3) до обесцвечивания раствора. Выполняют два параллельных определения.

Содержание двуокиси хлора в растворе (С) в г/л рассчитывают по формуле (1 мл раствора 0,1 н. раствора тиосульфата натрия соответствует 0,00135 г двуокиси хлора ClO2):

С =  = 1,35·V·K,      (28)

где V – объем раствора 0,1 н. Na2S2O3, пошедший на титрование, мл;

К – поправочный коэффициент к титру 0,1 н. раствора Na2S2O3.

Анализ раствора пероксида водорода

Посуда и реактивы:

1.  Пипетка вместимостью 10 мл
2.  Мерный цилиндр вместимостью 25 мл
3.  Колба коническая вместимостью 250 мл
4.  Бюретка на 25 мл
5.  Кислота серная (Н2SO4) 1:4
6.  Раствор перманганата калия (KMnO4) 0,1 н.

В коническую колбу вместимостью 250 мл помещают пипеткой 1 мл раствора пероксида водорода Н2О2, добавляют цилиндром 20 мл раствора серной кислоты Н2SO4 и титруют 0,1 н. раствором перманганата калия KMnO4 до появления устойчивого розового окрашивания в течение 1 мин. Параллельно титруют контрольную пробу с 10 мл дистиллированной воды. Выполняют два параллельных определения.

Содержание пероксида водорода (Н) в г/л рассчитывают по формуле (1 мл раствора 0,1 н. раствора перманганата калия соответствует 0,0017 г пероксида водорода):

Н = ,      (29)

где V1 – объем 0,1 н. раствора KMnO4, пошедший на титрование анализируемой пробы, мл;

V2 – объем 0,1 н. раствора KMnO4, пошедший на титрование холостой пробы, мл;

К – поправочный коэффициент к титру 0,1 н. раствора KMnO4.

1.4.2 Проведение основных ступеней отбелки

При проведении отбелки необходимо выбрать условия ступени, к которым относятся концентрация массы, рН, температура продолжительность, расходы химикатов. Пример условий основных ступеней отбелки представлен в таблице 6.

Таблица 6 – Условия отбелки целлюлозы для химической переработки

Ступень отбелки	Реагент	Кон-ция реагента, г/л	Расход реагента, кг/т	Кон-ция массы, %	Т, °С	, мин	Потери волокна, %
КЩО	NaOH	100	20	12	95	60	4,0
Д0	ClO2	14	30	12	75	60	1,0
Щ	NaOH	100	12	12	80	120	1,0
ЩГ	NaOCl	8	45	15	35	180	0,4
ХО	NaOH	100	20	16	20	90	8,0
Д1 Д2	ClO2	14	12	12	75	180	0,3
			8
К	Н2SO3	3	0,5	16	20	-	0,05

Пример расчета процесса отбелки. Провести две ступени отбелки (D0 и ЩП) сульфатной лиственной целлюлозы (15 г а.с.в.) после энзимной обработки с числом Каппа 14 единиц, коэффициент сухости целлюлозы 0,93.

Общая схема отбелки: D0–ЩП1 – D1 –ЩП2 –D2 – К.

Условия на ступени D0: концентрация массы 12 %; рН массы 2…3; продолжительность обработки – 1 час; температура – 70 °С, расход диоксида хлора задается по фактору Каппа (КF = 0,20).

Ступень обработки необходимо  начинать с определения  содержания активного хлора в растворе диоксида хлора. Допустим, что содержание  активного хлора в растворе 14,0 г/л.

Расход диоксида хлора GClO2 (кг/т) на ступень D0 рассчитывают исходя из заданного фактора Каппа:

GClO2 = ЧК·KF·10=14·0,20·10=28 ,

где ЧК – число Каппа целлюлозы;

KF – фактор Каппа;

10 – коэффициент перевода единиц.

В пересчете на 15 г а.с.в. это составит, г:

Необходимое количество диоксида хлора GClO2 будет содержать в следующем объеме его раствора (концентрация 14 г/л) VClO2 , мл:

=30

При концентрации массы 12 % общий объем жидкости, мл  составит:

Необходимая навеска воздушно-сухой целлюлозы, г:

Тогда следует добавить воды, мл:

110-(1,1+30+1)=77,9,

где 1,1 – вода, содержащаяся в целлюлозе;

1,0 – количество 1 н. Н2SO4 для создания необходимого уровня рН среды.

Две пробы целлюлозы по 15 г а.с.в с известной влажностью и степенью делигнификации, по которой  определяют расход диоксида хлора на ступень D0, взвешивают на технических весах и загружают в банки с широким горлом с плотными крышками. В подготовленную массу в правильной последовательности вводят белящие реагенты и расчетное количество воды. Сначала добавляется расчетное количество воды с химикатами для создания необходимого уровня рН среды, после чего вводятся белящие реагенты. Содержимое банок тщательно перемешивают и выдерживают на водяной бане при заданной температуре необходимое количество времени.

По истечении требуемого на ступень отбелки времени проводится промывка целлюлозной массы горячей водой (температура 60-70 С) на воронке Бюхнера с хлопчатобумажным фильтром. В промытой массе определяют степень делигнификации целлюлозы.

Определение степени промывки целлюлозы можно провести, измеряя pH фильтрата с помощью универсальной индикаторной бумаги.

Условия на ступени ЩП1: концентрация массы 12 %; рН массы 10…11; продолжительность обработки – 2 часа; температура – 80 °С, расход пероксида водорода  задается преподавателем.

Ступень обработки необходимо  начинать с определения концентрации в растворе перекиси водорода. Допустим, что концентрация Н2О2 2,7 %, что примерно соответствует концентрации 27 г/л.

Допустим, что расход пероксида водорода GН2О2  (кг/т) на ступень ЩП1 составляет 10 кг/т, в пересчете на 15 г а.с.в. это составит, г:

Необходимое количество пероксида водорода GН2О2   будет содержать в следующем объеме его раствора (концентрация 27 г/л) VН2О2,  мл:

На эту ступень кроме, пероксида водорода подается раствор NaOH в количестве 10…12 кг/т. В лабораторных условиях для щелочения обычно используется 1 н. раствор, с концентрацией 40 г/л, расчет аналогичен предыдущему.

При концентрации массы 12 % общий объем жидкости, мл  составит:

Необходимая навеска воздушно-сухой целлюлозы, г:

Тогда следует добавить воды, мл:

110-(1,1+5,6+3,8)=99,5 ,

где 1,1 – вода, содержащаяся в целлюлозе;

5,6 – расчетное количество раствора перекиси водорода, мл;

3,8  – количество 1 н. NaOH.

1.4.3 Контроль за процессом отбелки

Полноту использования белящих реагентов (N) диоксида хлора и пероксида водорода определяют по разнице между количеством реагента, заданного на отбелку, и количеством реагента, оставшегося в фильтрате после отбелки:

N = ,      (30)

где с1 – концентрация раствора белящего реагента, г/л;

V1 – объем раствора белящего реагента, взятого на отбелку, мл;

с2 – содержание белящего реагента в фильтрате после разбавления массы до концентрации 1 %;

V2 – объем жидкости после разбавления массы до концентрации 1 %.

2 Производство бумаги

Для придания бумаге некоторых специфических свойств применяются проклеивающие вещества, минеральные наполнители, а также красители для окраски и подцветки бумаги.

К числу проклеивающих относятся вещества, которые сообщают бумаге водостойкость, а также те, которые связывают волокна в бумажном листе между собой и тем самым способствуют повышению механической прочности бумаги. Первые обычно называют гидрофобизирующими проклеивающими веществами, вторые – связующими проклеивающими веществами.

К числу гидрофобизирующих проклеивающих материалов относятся: обычная и модифицированная канифоль, парафин, стеараты, латекс, воски и др.

К числу связующих проклеивающих материалов относятся: крахмал и его производные, животный клей, производные целлюлозы (метилцеллюлоза, карбоксиметилцеллюлоза), синтетические полимеры – поливиниловый спирт, поливинилацетат, полиакриламид и другие.

Минеральные наполнители оказывают влияние на многие свойства бумаги: снижаются толщина бумаги, упругость, деформация, прозрачность бумаги и увеличиваются объемная масса, пористость, и впитывающая способность, гладкость после каландрирования, повышается белизна. Наряду с положительными свойствами наполнители придают бумаге и отрицательные качества: снижают механическую прочность и степень проклейки, повышают пылимость и разносторонность бумаги.

В качестве наполнителей применяют каолин, гипс, мел, тальк, асбестин, бланфикс, сульфид цинка, диоксид титана, а также искусственные силикатные наполнители (силен и волокнистый наполнитель).

Красители, применяемые в бумажном производстве, делятся на минеральные и органические. Среди них имеются естественные и искусственные. Наибольшее применение для крашения бумаги нашли органические синтетические красители – основные, кислотные, прямые, а также пигменты.

Основные красители (аурамин, родамин, метиленовый голубой, хризондин и др.) по своей химической природе являются солями органического основания и серной, соляной, азотной, уксусной или щавелевой кислот.

При крашении краситель сначала адсорбируется волокном, а затем диффундирует с поверхности вглубь волокна до тех пор, пока не наступит равновесие между концентрациями красителя в растворе и в волокне, при котором краситель равномерно распределяется в толще волокна. Основные красители хорошо окрашивают волокна древесной массы и небеленой целлюлозы, богатые лигнином и гемицеллюлозами.

По своему химическому составу кислотные красители (метаниловый желтый, метиловый оранжевый, фуксин и т.д.) являются натриевыми, реже калиевыми или аммониевыми солями ароматических сульфокислот и сульфокарбоксикислот.

Эти красители имеют сродство к животному волокну и хорошо окрашивают шерсть, шелк и полиамидные волокна. Для закрепления кислотного красителя на волокне необходимо добавлять сернокислый алюминий, который образует с анионом красителя окрашенный лак, осаждаемый на волокне.

Прямые красители (конго красный, диазо-черный, прямой бордо и другие) представляют собой натриевые соли сульфокислот и сульфокарбоновых кислот сложных ароматических соединений. Они имеют непосредственное сродство к целлюлозе и окрашивают очищенные, делигнифицированные волокна целлюлозы и тряпичной полумассы лучше, нежели древесную массу. Полагают, что прямые красители удерживаются на волокне водородными связями, возникающими между ауксохромными группами красителя (OH, NH2 и NO) и первичными гидроксильными группами целлюлозы и гемицеллюлоз.

Канифольная проклейка

Цель проклейки, и частности канифольной, заключается в том, чтобы сделать бумагу в той или иной степени непроницаемой для воды и водных растворов, т.е. пригодной для письма чернилами и тушью или нанесения по ней печати размытыми способами.

Проклейка практически осуществляется двумя способами: осаждением клея на волокнах (проклейка в массе) и нанесением пленок из растворов клеящих веществ на готовую бумагу (поверхностная проклейка).

При проклейке в массе клей перемешивается с волокнистой массой (до или после размола) и осаждается на волокне сернокислым алюминием. При этом смоляные частицы фиксируются на волокне и при последующим отливе и сушке бумаги на бумагоделательной машине приобретают свойства гидрофобности, сообщая эти свойства бумаге. Процесс проклейки очень сложен и до сих пор изучен недостаточно.

При проклейке бумажной массы в основном происходят следующие реакции.

При варке канифоли со щелочью образуется резинат натрия:

C19H29COOH + NaOH = C19H29COONa + H2O                              (31)

Резинат натрия, введенный с клеем в бумажную массу, подвергается гидролизу и образуется мелкодисперсная коллоидная смола и едкий натр:

C19H29COONa + H2O = C19H29COOH + NaOH      (32)

Едкий натр поглощается волокном (примерно 60 %) и уходит из сферы действия.

Смола и целлюлозное волокно в водной суспензии несут отрицательный заряд и отталкиваются друг от друга. При добавлении сернокислого алюминия происходит электролитическая коагуляция клея. Ионы алюминия вступают также в обменную реакцию с одно- и двухвалентными катионами золы волокна, вызывая тем самым понижение отрицательного заряда целлюлозы; в реакции с резинатом натрия и солями жесткости воды. Сернокислый алюминий подвергается гидролизу и в зависимости от рН среды может находиться в диссоциированном (в ионной форме):

2Al3+ + 3SO42- + 6HOH = 2Al(OH)3 + 6H+ + 3SO42-       (33)

и в недиссоциированном состоянии или в форме гидрооксда алюминия:

Al2(SO4)3 + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2SO4,      (34)

Водные растворы солей алюминия содержат бесцветные ионы Al3+, в значительной степени гидратированные. В зависимости от кислотности среды они могут переходить в гидроксид алюминия через следующие переходные формы:

Al3+ = Al(OH)2+ = Al(OH)2+ = Al(OH)3      (35)

Согласно теории Томаса, ионы алюминия эффективны для проклейки бумаги, потому что они могут устанавливать со смолой и целлюлозой координационную связь через гидроксильные группы:

(36)

Диссоциированная часть сульфата алюминия вступает в химическую реакцию с резинатом натрия, которая происходит почти мгновенно:

6C19H29COONa + Al2(SO4)3 = 2(C19H29COO)3Al + 3Na2SO4     (37)

Резинат алюминия нерастворим в воде и тотчас выпадает в осадок, оседая на волокне. Эта реакция происходит при рН массы 4,5 и ниже.

Гидроксид алюминия адсорбирует из раствора трехвалентные ионы алюминия и приобретает сильный положительный заряд. Имея большую поверхность и заряд, он коагулирует взвеси в том числе и коллоидную смолу, которая, адсорбируя на своей поверхности гидроксид алюминия, оседает на волокнах. Свободная смола в виде белых смоляных шариков частично адсорбируется хлопьевидным осадком резината алюминия, а частично осаждается на волокнах в результате электролитической коагуляции.

Для получения хорошей проклейки необходимо поддерживать оптимальную активную кислотность в пределах рН 4,5...5,5 (в зависимости от вида клея и применяемой производственной воды).

Процесс проклейки бумаги завершается во время сушки, при этом смоляной осадок размягчается, подвергается спеканию и делается гидрофобным. Полагают, что при спекании полярные карбоксильные группы смоляных кислот ориентируются внутрь, стремясь уменьшить свободную энергию поверхности, а гидрофобные группы ориентируются наружу, чем и обуславливается эффект проклейки. Наилучшая проклейка бумаги достигается при двухстадийной сушке: в первой стадии, до сухости бумажного полотна 60...65 %, средняя температура сушки не должна превышать 70 С, а во второй стадии сушки, до конечной сухости, температура должна быть 110...120 С.

Наполнение бумаги

При выработке многих видов бумаги в композицию вводят минеральные наполнители.

Об удержании наполнителя в бумаге судят по ее зольности. Зная зольность волокна и потери массы наполнителя при прокаливании, легко подсчитать его в бумаге. Удержание наполнителя может происходить за счет фильтрации (механического удержания), адсорбции (вследствие понижения отрицательного заряда наполнителя, перезарядки и координационной связи с катионом алюминия) и за счет флокуляции (при добавлении флокуляторов: полиакриламида, алюмината натрия, манногалактанов и т.д.). При использовании вспомогательных веществ (полиакриламида и других флокуляторов) тонкодисперсные фракции наполнителя удерживаются главным образом благодаря процессам адсорбции и флокуляции, а грубодисперсные – при фильтрации через волокнистый слой. На удержание наполнителей влияют: свойства самого наполнителя (форма, размер частиц, растворимость), свойства бумажной массы (вид волокна, степень помола), режим работы бумагоделательной машины, степень использования оборотных вод и применение флокулирующих веществ.

Крашение и подцветка бумаги

При крашении и подцветке бумаги следует соблюдать определенный порядок введения красителя и сернокислого алюминия. Кислотный и прямой красители рекомендуется добавлять в массу до введения сульфата алюминия, основной краситель – после.

Размол волокнистых полуфабрикатов

Размол волокнистых материалов – один из основных процессов производства, определяющий многие характерные свойства готовой бумаги. В настоящее время твердо установлено два вида явлений, одновременно происходящих при размоле: чисто механическое воздействие размалывающей гарнитуры на растительные волокна с изменением их формы и размеров и коллоидно-химическое воздействие, проявляющееся в виде гидратации волокон.

При размоле происходит укорачивание волокон и более важный процесс расщепления волокон в продольном направлении на тончайшие волоконца – фибриллы. При этом значительное увеличение (развертывание) наружной поверхности волокон приводит к усилению адсорбции воды, сопровождаемой набуханием волокон и повышением их гибкости, и создание условий для установления между волокнами связей, определяющих основные свойства бумаги (механическую прочность, впитывающую способность, воздухопроницаемость и др.). При фибрилляции на наружной поверхности волокон освобождаются гидроксильные группы, которые при сближении волокон на расстояние 2,4...2,7 А, образуют водородные связи.

Наряду с водородными связями между волокнами в бумаге проявляются силы Ван-дер-Ваальса. Определенную роль играют чисто механические силы сцепления за счет шероховатости сопряженных поверхностей (силы трения, которые наиболее характерны для волокон древесной массы).

Необходимо сказать о терминах «размол» и «помол». Размол – это процесс, а помол – результат данного процесса. Поэтому следует говорить о времени размола и степени помола. Когда мы говорим о характере размола, то подразумеваем характер ведения процесса (присадку и тип размалывающей гарнитуры, время и другие факторы). Когда речь идет о характере помола, то под этим подразумевается получение длинно- и коротковолокнистой фракции, наличие или отсутствие в массе фибрилл, слизи и т.д.

На характер и направление размола, его скорость и экономичность влияют продолжительность размола, удельное давление, температура, концентрация массы и ряд других факторов.

2.1 Изготовление отливок бумаги в лабораторных условиях

2.1.1 Проведение размола целлюлозы

При изготовлении бумаги в лабораторных условиях размол волокнистых полуфабрикатов может производиться в лабораторном ролле или в центробежном размалывающем аппарате (ЦРА). Предварительно определяют влажность проб полуфабрикатов и замачивают их для набухания. Для набухания, роспуска и размола целлюлозных материалов применяют дистиллированную воду. Пробу с влажностью не менее 12 % подвергают набуханию в течение 30 минут, с меньшей влажностью – в течение 1 часа.

Лабораторный ролл имеет вместимость 4 л. Размол волокнистого материала проводят при концентрации массы 1 %, что соответствует загрузке в него 40 г абсолютно сухой целлюлозы (объем суспензии 4 л). Для составления композиции бумаги после завершения размола отбирают необходимое количество размолотой целлюлозы.

Устройство ролла показано на рисунке 1. Лабораторный ролл состоит из металлической ванны 2, разделенной на два канала перегородкой 6, горки 1 с планкой, вылегчивающего устройства 4, размольного барабана 3 и приводного шкива 5 на валу. Привод осуществляется ременной передачей от электродвигателя с частотой вращения 1450 об/мин. Ванна ролла имеет отверстие для слива суспензии 7. Во время работы размольный барабан и горка закрываются металлическим кожухом.

1 – горка; 2 – ванна; 3 – размольный барабан; 4 – вылегчивающее устройство; 5 – приводной шкив;

6 – перегородка; 7 – отверстие для слива суспензии

Рисунок 1 – Лабораторный ролл

Целлюлозу перед загрузкой в ролл тщательно сепарируют на быстроходной лабораторной мешалке. Затем волокнистую массу количественно переносят в ванну ролла так, чтобы общий объем суспензии составил 4 л. При необходимости целлюлозную суспензию подвергают дополнительному роспуску, включая ролл при

вылегченном барабане на 5...15 минут. Затем ролл присаживают вращением вылегчивающего устройства «на себя» (присадка барабана ролла проводится на слух) и ведут размол до заданной степени помола. Контроль процесса размола осуществляют путем периодического определения степени помола и (или) средней длины волокна. Время между определениями составляет 8...10 минут.

При достижении заданной степени помола обязательно вылегчивают барабан ролла, выключают электродвигатель и массу количественно переносят из ролла через отверстие в ведро, учитывая требуемую степень разбавления. После завершения работы ролл тщательно промывают водой. Массу разбавляют до концентрации 0,5 %.

Лабораторный контроль за процессом размола целлюлозы

Лабораторные методы контроля процесса размола основаны на скорости удаления воды из массы. Масса различной степени помола при обезвоживании ее на сетке отдает воду с различной скоростью. Различают жирный помол, т.е. состояние массы, когда волокна значительно расщеплены и гидратированы и вследствие этого медленно обезвоживаются и садкий помол, при котором волокна не расщеплены и слабо гидратированы. Такая масса быстро обезвоживается.

Кроме фибриллирования и гидратации при размоле происходит неизбежное укорачивание волокон. Поэтому для оценки процесса размола определяют характеристики: степень помола, среднюю длину волокна и величину межволоконных сил связи.

Определение степени помола массы

Степень помола массы определяется на аппарате СР-2 (рисунок.2) и выражается в градусах Шоппер-Риглера (ШР). Верхняя, снимающаяся часть аппарата представляет собой цилиндр 1, дно которого изготовлено из одинарной миткалевой сетки № 40. Сетчатое дно цилиндра закрывается клапаном 2, края которого обтянуты уплотняющим резиновым кольцом. Неподвижная нижняя часть аппарата выполнена в виде конуса 3, укрепленного на устойчивом штативе 4, и имеет два отверстия: центральное узкое 5 (диаметр 3,1 мм) и боковое широкое 6 (диаметр 12,5 мм). Отверстия расположены так, что вода, стекающая через слой массы и сетку из верхнего цилиндра, может уходить через боковое отверстие лишь тогда, когда скорость стекания ее больше, чем пропускная способность центрального отверстия. Сетка аппарата должна находиться в строго горизонтальном положении, поэтому перед началом работы аппарат выравнивают по уровню, который вмонтирован в основание аппарата. Сетка должна быть ровной, без прогибов, натянута и очищена от остатков волокон. Перед испытанием дно цилиндра закрывается коническим клапаном, который опускается в цилиндр с помощью маховичка с ручкой. Подъем клапана во время испытания производится нажатием рычажка, освобождающего маховичок.

Для определения степени помола берут 2 г абсолютно сухого волокна. Например, при концентрации массы в ролле 1 % такое количество абсолютно сухой целлюлозы содержится в 200 мл суспензии. Пробу помещают в мерный цилиндр и затем разбавляют водой до 1 л. Так как скорость водоотдачи волокнистой массы в сильной степени зависит от вязкости воды, степень помола необходимо определять при температуре воды в пробе 20 С. Повышение температуры на 1 С снижает степень помола на 0,46 ШР.

Хорошо перемешав массу путем переливания из одной кружки в другую, ее выливают в цилиндр аппарата, сетка которого закрыта клапаном. Затем поднимают клапан, масса обезвоживается на сетке, а вода поступает в нижнюю часть аппарата. Жирная масса отдает воду медленно, и почти вся вода успевает уйти через центральную вертикальную трубу с узким отверстием. Садкая масса быстро отдает воду, она не успевает пройти через узкое отверстие центральной трубки и, наполнив коническую часть воронки, уходит через широкую боковую трубку.

1 – цилиндр с сеткой; 2 –- клапан; 3 – нижняя коническая часть; 4 – штатив; 5 – центральное отверстие; 6 – боковое отверстие Рисунок 2 – Устройство прибора СР-2 для определения степени помола

Объем воды в боковом цилиндре замеряют с точностью до 10 мл и определяют степень помола массы, ШР:

,       (38)

где V – количество воды, которое вытекло через боковое отверстие, мл.

Определение следует проводить в двух параллельных пробах. По окончании работы сетку аппарата следует тщательно промыть.

2.1.2 Расчеты и составление композиционного состава бумаги

Перед выполнением лабораторной работы задается состав бумаги по волокну, зольность, степень проклейки, масса 1 м2, влажность, а также концентрации растворов химикатов. В соответствии с этими показателями производятся расчеты необходимого количества материалов для составления композиции бумаги.

Допустим, что надо приготовить писчую бумагу, обладающую следующими свойствами: масса 1 м2 60 г, степень проклейки 1,25 мм, зольность 8 %, влажность 7 %, в составе волокна 100 % беленой сульфатной целлюлозы, степень помола целлюлозы 28  ШР.

По заданию общее количество волокнистого материала при размоле в ролле составляет 40 г в пересчете на абсолютно сухую массу.

Если влажность целлюлозы 10 %, то необходимо взвесить на технических весах следующее количество полуфабриката, г:

       (39)

Расход проклеивающих веществ ведут на 40 г абсолютно сухого волокнистого материала. Различают слабую (0,25...0,5 мм), среднюю (0,75...1,25 мм) и высокую степень проклейки (1,5 мм). Расход канифольного клея, устанавливается в зависимости от требуемой степени проклейки бумаги,  представлен в таблице 7.

Таблица 7 – Расход канифольного клея в зависимости от требуемой степени проклейки бумаги

Степень проклейки, мм	0,25...0,5	0,75...1,25	1,5
Расход клея к массе абсолютно сухого волокна, %	1...1,5	1,5...2,5	3...3,5

В рассматриваемом случае для получения степени проклейки 1,25 мм можно ввести в массу 2 % клея. Тогда количество клея, г:

400,02=0,8      (40)

При концентрации клея 20 г/л это составит, мл:

     (41)

Сернокислого алюминия Al2(SO4)3, как правило, задается в 1,5–2 раза больше, чем клея (чем больше свободной смолы в клее, тем меньше вводится сернокислого алюминия), тогда его количество составит, г:

         (42)

При концентрации раствора Al2(SO4)3 80 г/л потребуется раствора, мл:

     (43)

Для получения зольности бумаги 8 % нужно ввести каолина (с учетом степени удержания каолина в лабораторных условиях 50 % и потерь при прокаливании каолина 14 %), г:

     (44)

При концентрации каолиновой суспензии 150 г/л для наполнения бумажной массы нужно взять суспензии, мл:

     (45)

Краситель растворяют до концентрации 5 г/л и вводят его в количестве 0,005...0,05 % (от массы волокна) для подцветки и 0,2...1,0 % для крашения массы.

Проклейка бумажной массы производится в фарфоровом стакане вместимостью 4...5 л при концентрации массы около 1 % и постоянном перемешивании. Дозировка проклеивающих и наполняющих веществ должна точно соответствовать их количеству, полученному по расчету композиции. Первым добавляется канифольный клей, после перемешивания в течение 10...15 мин добавляется раствор сернокислого алюминия. Размешивание сернокислого алюминия в массе также продолжается 10...15 мин. Порядок введения наполнителя не оказывает существенного влияния на результаты проклейки. Однако существует мнение, что если бумага клееная, то наполнитель (каолин) вводится одновременно с клеем; при сильноклееных видах бумаги подачу наполнителя производят после сернокислого алюминия. В этом случае после введения каолина дополнительно размешивают массу еще 15 мин.

При крашении и подцветке бумаги следует соблюдать определенный порядок введения красителей: если в композицию бумаги входит только целлюлоза, то кислотный и прямой красители добавляют в массу до введения сернокислого алюминия, а основной краситель – после сернокислого алюминия. Если в композицию бумаги входит древесная масса, то предварительно, во избежание получения пятнистой (мраморной) окраски, закрашивают одну древесную массу до получения равномерной окраски всей массы, после чего добавляют размолотую целлюлозу, размешивают и производят проклейку и наполнение бумажной массы.

2.1.3 Изготовление лабораторных отливок

Лабораторные образцы бумаги готовят из предварительно подготовленной бумажной массы на листоотливном аппарате (приборе) ЛА-3, схема которого представлена на рисунке 3. Аппарат состоит из следующих основных частей: станины 1, предназначенной для размещения основных узлов аппарата; отливного устройства (формующей камеры) 2 для получения отливки на сетке № 40 диаметром 200 мм при вакууме 26,6 кПа; двух сушильных камер 3 и 4 для сушки влажных отливок при температуре 100 С и вакууме 95 кПа; вакуум-насоса, расположенного внизу аппарата слева 5; парообразователя для получения насыщенного водяного пара для нагрева сушильных камер, расположенного внизу аппарата справа 6; панелей управления 7 и 8.

На панели управления 7, расположенной над сушильными камерами находятся: общее пусковое устройство аппарата 9; тумблер включения двигателя вакуум-насоса 10; тумблер включения электронагревателя парообразователя 11; вакуумметр сушильных камер 12; два реле времени для установки продолжительности сушки в сушилках 13 и 14.

На наклонной панели управления 8 расположены: шарнирный клапан для опорожнения отсасывающей камеры 15; вакуумметр, для контроля за величиной вакуума в листоотливной камере 16; кран для подачи воды в формующую камеру аппарата 17; кран для подключения вакуума к отсасывающей камере 18; краны для подключения вакуума к сушилкам 19. Краны 17, 18, 19, 20 имеют два положения: «О» – открыто; «З» – закрыто.

Перед началом отлива необходимо подготовить аппарат к работе. При этом краны 17, 18, 19, 20 должны быть в положении «З», а электроприборы отключены.

а	б
1 – станина; 2 – отливное устройство (формующая камера); 3, 4 – сушильные камеры; 5 – вакуум-насос; 6 – парообразователь; 7, 8 – панели управления; 9 – пусковое устройство; 10, 11 – тумблеры включения двигателя вакуум-насоса и электронагревателя парообразователя; 12 – вакуумметр; 13, 14 – реле времени; 15 – клапан для опорожнения отсасывающей камеры; 16 – вакуумметр; 17 – кран для подачи воды; 18, 19, 20 – краны для подключения вакуума к отсасывающей камере и к сушилкам; 21 – воронка; 22 – размешивающее устройство; а – вид спереди; б – вид сверху Рисунок 3 – Схема аппарата модели ЛА-3 для изготовления лабораторных образцов бумаги

При подготовке аппарата ЛА-3 к работе необходимо:

1.  Подключить аппарат к водопроводной сети, открыв общий вентиль. Обязательно проверить поступает ли вода на вакуум-насос!
2.  Проверить наличие воды в парообразователе по уровнемеру. Уровень воды должен быть не ниже красной черты, нанесенной на уровнемере. При необходимости в парообразователь добавляется дистиллированная вода через воронку, помещенную в отверстие 21 в станине прибора.
3.  Включить аппарат с помощью пускового устройства 9.
4.  Включить вакуум-насос тумблером 10 и электронагреватель парообразователя тумблером 11. Время разогрева сушильных камер составляет 15...20 мин.
5.  Проверить показания вакуумметров формующей и сушильных камер. Для этого краны 18, 19, 20 поочередно переводят в положение «О» – открыто.

После подготовки и проверки аппарата приступают к изготовлению отливок бумаги.

Приготовленную бумажную массу размешивают, затем отбирают порцию массы предварительно рассчитанного объема, необходимую для получения отливок с заданной массой 1 м2. Площадь поверхности сетки листоотливного аппарата составляет 0,0314 м2. Если требуется приготовить отливки массой 1 м2 60 г, то на одну отливку требуется:

600,03140,93 = 1,7 г абсолютно сухого волокна (при влажности готовой бумаги 7 %).

При концентрации массы 0,5 % объём суспензии составит:

мл        (46)

Листоотливную сетку смачивают водой и накладывают на опорную решетку формующей камеры, ребра которой должны быть расположены параллельно оси шарнира. Формующую камеру закрывают и прижимают к фланцу отсасывающей (вакуумной) камеры ручкой-зажимом.

Кран 17 переводят в положение «О» и заполняют формующую камеру водой до отметки 7 л. После этого кран 17 переводят в положение «З» и заливают в формующую камеру подготовленную волокнистую суспензию требуемой композиции, из которой формируется отливка. Далее, открывая кран 17, доливают воду в загрузочную камеру до отметки 8 л. Кран закрывают.

Осторожно, не допуская образования пены и не касаясь сетки, перемешивают суспензию размешивающим устройством 22. Затем, открыв нажатием вниз клапан 15, спускают воду из формующей камеры в отсасывающую камеру. При этом на сетке начинает формироваться слой волокнистой массы. После того как уровень суспензии в формующей камере снизится до отметки 2 л, клапан 15 отпускают, и одновременно подключают к отсасывающей камере вакуум-насос переводом крана 18 в положение «О». Когда под действием разрежения вся жидкость из формующей камеры будет удалена, образовавшаяся на сетке отливка дополнительно обезвоживается в течение 10 с. Затем кран 18 закрывают. После этого освобождают ручку-замок и откидывают корпус формующей камеры «от себя» до упора, при этом открывается клапан, обеспечивающий опорожнение вакуумной камеры.

На мокрую отливку накладывают картонный лист массой 200 г/м2 или полотно сукна. По картону (сукну) прокатывают под собственной массой валик, обтянутый фетром. Далее отливку снимают с сетки при помощи приспособления для сдува или вручную.

Сушку отливок проводят в одной из сушильных камер, управляемых кранами 19 и 20 и работающих автономно. Для этого открывают крышку сушильной камеры, приподняв ручку-замок и откинув камеру «от себя», на сушильную сетку помещают картон (сукно) с находящейся сверху отливкой, накрывают ее листом тонкой гладкой бумаги, закрывают крышку, поворотом крана 19 или 20 в положение «О» подключают вакуум-насос, устанавливают реле времени на 4...6 мин поворотом рукоятки реле времени 13 или 14 по часовой стрелке. При этом зажигается сигнальная лампа. По окончании заданного времени сушки сигнальная лампа гаснет и раздается щелчок.

По окончании сушки кран 19 или 20 переводят в положение «З», открывают крышку сушилки, вынимают высушенную отливку, отделяют от картона (сукна) и покровной бумаги и взвешивают на квадрантных или технических весах.

Если масса готовой отливки не соответствует заданной, то вводится поправка к объему отмеряемой волокнистой суспензии. Например, масса отливки равна 2,0 г вместо заданной, тогда следует уменьшить объем волокнистой суспензии на одну отливку до:

мл       (47)

В отдельных случаях при расчете массы готовой отливки учитывают массу химикатов, вводимых в композицию (например, при изготовлении отливок высокозольных бумаг), возможный промой мелкого волокна, а также задают пределы варьирования массы отливки с учетом отклонений, допускаемых стандартами.

Изготовляют 6...8 отливок для всесторонних испытаний полученных образцов бумаги.

По окончании работы тумблеры пароперегревателя и вакуум-насоса переводят в нерабочее горизонтальное положение. Ручки кранов должны находиться в положении «З». Аппарат отключают от электросети и закрывают подачу воды.

2.2 Определение свойств бумаги

В настоящее время вырабатывается множество различных видов бумаги, обладающих иногда совершенно противоположными свойствами. Многообразие областей применения бумаги определяет многообразие требований, к ней предъявляемых. Все многочисленные свойства бумажной продукции подразделяют по ряду качественных признаков на следующие основные группы:

1.  Структурно-размерные: формат, масса 1м2, толщина, плотность, пухлость, воздухопроницаемость, просвет, дырчатость.
2.  Композиция: состав по волокну, зольность, влажность, наличие специальных добавок.
3.  Механические и упруго-пластические: сопротивление разрыву (прочность на разрыв), излому, продавливанию, раздиранию, надрыву, смятию, истиранию, удлинение при разрыве, жесткость при изгибе, мягкость, скручиваемость, стойкость поверхности к выщипыванию и др.
4.  Оптические: белизна, светопроницаемость, прозрачность и непрозрачность, лоск, цвет, оттенок.
5.  Гидрофобные и гидрофильные: степень проклейки, впитывающая способность, водонепроницаемость, смачиваемость, промокаемость, капиллярная впитываемость, гигроскопичность.
6.  Химическая чистота бумаги: щелочность, кислотность, наличие минеральных включений, присутствие катионов – свинца, железа, меди, натрия, ртути и др. и анионов – хлоридов, сульфатов, сульфитов, сульфидов и др.
7.  Специальные: печатные свойства, влагопрочность, термостойкость, долговечность, пылимость, диэлектрические потери, жиро- и паронепроницаемость, бактерицидность и др.

2.2.1 Подготовка образцов бумаги к испытаниям

Для получения воспроизводимых результатов перед испытанием образцы бумаги подвергают кондиционированию в стандартных условиях, так как показатели бумаги сильно меняются в зависимости от ее равновесной влажности. Согласно ГОСТ 13523–78 кондиционирование и последующее испытание образцов должны проводиться в одном из трех указанных ниже режимов:

•  относительная влажность воздуха (502) %, температура (232)С;
•  относительная влажность воздуха (652) %, температура (202)С;
•  относительная влажность воздуха (652) %, температура (272)С.

Режим кондиционирования указывается в стандартах на продукцию, но чаще всего предусматривается 1-й режим.

В помещении, где проводят испытания бумаги, должен быть установлен кондиционер для автоматического поддержания заданных параметров воздуха. Контроль относительной влажности воздуха ведется с помощью гигрометров или психрометров.

В лаборатории для предварительного кондиционирования образцов используют эксикаторы. Заливая в эксикатор серную кислоту плотностью 1,206 г/см3, получают в его воздушном пространстве при температуре 23 С относительную влажность, равную 50 %. При кондиционировании образцов в эксикаторе необходимо следить, чтобы серная кислота не попала на бумагу, так как образцы в этом случае разрушатся. Время кондиционирования образцов должно составлять не менее 2 часов.

2.2.2 Определение структурно-размерных и композиционных

свойств бумаги

Определение продольного и поперечного направлений бумаги

(ГОСТ 7585–74)

В бумажном листе, изготовленном на бумагоделательной машине, различают два направления, которые обуславливают физико-механические свойства: продольное (машинное), совпадающее с направлением движения полотна на машине, и поперечное, перпендикулярное продольному.

Определить продольное и поперечное направления в бумаге можно следующим образом.

1 – машинное; 2 – поперечное направление волокон Рисунок 4 – Определение машинного и поперечного направлений в бумаге

Из испытываемого листа бумаги при помощи ножа по двум взаимно перпендикулярным направлениям вырезают две полоски бумаги размером 20015 мм, складывают их вместе и зажимают с одного конца пальцами (рисунок 4). Полоски прогнутся, а свободные концы их будут или лежать один на другом, или расходиться.

Продольному (машинному) направлению в первом случае будет соответствовать нижняя полоска (1), а во втором – верхняя (1), и, наоборот, поперечному направлению в первом случае – верхняя полоска (2), во втором – нижняя. Продольное и поперечное направления должны быть определены для каждого листа испытываемой бумаги и помечены стрелками.

Определение толщины бумаги (ГОСТ 27015–86)

Прибор для измерения толщины образцов предназначен для измерения толщины образцов из бумаги и картона в диапазоне от 0 до 6 мм с точностью до 0,001 мм.

Основу измерительной части прибора составляет одномикронный растровый датчик перемещения и блок микропроцессорный. Вращение двигателя обеспечивает перемещение штока датчика вверх-вниз.

Функционально блок микропроцессорный состоит из следующих устройств: блок питания; канал измерения перемещения; управляющий микроконтроллер; энергонезависимое ОЗУ; жидкокристаллический буквенно-цифровой дисплей; клавиатура (две клавиши – ИЗМЕРЕНИЕ/ПУСК/ТАВ (верхняя кнопка) и ОБНУЛЕНИЕ/СТОП/ENTER (нижняя кнопка)).

Блок микропроцессорный обеспечивает прием и преобразование информации в цифровую форму от растрового датчика перемещения, определяет в процессе работы толщину образца, осуществляет управление работой двигателя.

При включении прибора в сеть шток датчика должен находиться в крайнем верхнем положении - рабочее состояние прибора. Показание датчика перемещения, которое высвечивается на экране жидкокристаллического буквенно-цифрового дисплея, должно соответствовать ориентировочно от 6,500 до 6,650 мм.

Перед работой необходимо убедиться в правильности и точности измерения толщины. Точность измерения толщины образца зависит от точности обнуления датчика перемещения в крайней нижней точке. Процесс обнуления датчика осуществляется автоматически. Если двигатель стоит, то функция нижней кнопки – вход в диалоговый режим работы, в котором можно выбрать режим обнуления и режим настройки. При повторном двойном нажатии нижней кнопки автоматически начинается, режим обнуления датчика перемещения, аналогичный циклу основного измерения, с той лишь разницей, что в крайней нижней точке осуществляется обнуление датчика, а на предметном столе не должно быть образца.

Для измерения толщины образца нажимаем клавишу ПУСК (верхняя клавиша на передней панели прибора), при этом осуществляется запуск двигателя, шток датчика начинает движение вниз и в крайнем нижнем положении осуществляется измерение толщины образца. Показание датчика перемещения соответствует фактическому расстоянию между штоком датчика и предметным столом, на который помещен образец. Если между штоком датчика в самой нижней точке (в этот момент шток датчика находится в свободном состоянии) и предметным столом нет образца, то показание датчика перемещения должно быть равно нулю.

После произведенного замера шток датчика автоматически возвращается в исходное положение (крайне верхнее), после чего двигатель останавливается и на нижней строке буквенно-цифрового дисплея высвечивается измеренная толщина образца. Цикл измерения закончен. Если в процессе испытания необходимо остановить двигатель, то нужно нажать нижнюю кнопку на передней панели прибора,
Рисунок 2.5 – Прибор для измерения толщины

выполняющую в процессе движения двигателя функцию клавиши СТОП. Показание датчика перемещения сохраняется в энергонезависимой памяти микропроцессорного блока после выключения прибора из сети.

Режим настройки обеспечивает ввод или сброс основных параметров измерительной части микропроцессорного блока, ввод коэффициентов пересчета канала измерения перемещения, переход в режим индикации кода датчика перемещения и свободного вращения двигателя, в котором не производится измерение толщины образца, а при запуске двигателя нажатием верхней кнопки ПУСК он продолжает непрерывно двигаться до нажатия кнопки СТОП (нижней кнопки). В этом режиме производится проверка механической части прибора и датчика перемещения.

Толщину замеряют в  10 образцах  бумаги и рассчитывают среднее арифметическое.

Определение массы 1м2 бумаги (ГОСТ 13199–88)

С помощью ножа или металлического шаблона вырезают 10 образцов бумаги размером 200250 мм (отклонения не должны превышать  0,5 мм). Метод определения основан на взвешивании испытываемых образцов на аналитических или лабораторных технических весах.

Масса 1м2 бумаги, г,

,       (48)

где ∑m – суммарная масса образцов бумаги, г; n – количество образцов; (200250).10–6 – площадь одного образца, м2.

Результат округляют до 0,01 г/м2 при массе 1 м2 бумаги менее 25 г; до 0,1 г/м2 – от 25 до 100 г включительно и до 1 г/м2 — свыше 100 г.

Определение плотности и удельного объема бумаги

(ГОСТ 27015–86)

Плотность бумаги, т.е. массу 1 см3 бумаги в граммах, определяют, исходя из толщины и массы 1 м2 бумаги, определенных на одних и тех же образцах, г/см3:

,      (49)

где m1m – масса 1м2, г;  – толщина, мкм.

Удельный объём бумаги, см3/г,

,       (50)

где m1m – масса 1м2, г;  – толщина, мкм.

Результаты в обоих случаях округляют до 0,01.

Определение влажности  (ГОСТ 50316–92)

Влажность бумаги обычно определяют высушиванием навески в сушильном шкафу при температуре 100...105 С до постоянной массы. В бюкс с притертой крышкой помещают около 2 г бумаги и взвешивают с точностью до 0,0002 г. Открытый бюкс и крышку помещают в сушильный шкаф и высушивают до постоянной массы при (1052) С. Первую сушку проводят не менее 0,5 ч.

По окончании сушки бюкс закрывают крышкой, помещают в эксикатор для охлаждения до температуры окружающего воздуха и взвешивают. Масса считается постоянной, если после повторного высушивания в течение 0,5 ч разность масс при взвешивании не будет превышать 0,1 % от первоначальной навески.

Влажность бумаги, %,

,       (51)

где mб – масса пустого бюкса, г;

mб1 – масса бюкса с навеской до высушивания, г;

mб2 – масса бюкса с навеской после высушивания, г.

Определение влажности бумаги занимает меньше времени, если для высушивания используют лампу инфракрасного света. Анализ проводят следующим образом.

Около 2 г бумаги в виде листков размером 100100 мм помещают в высушенный до постоянной массы бюкс и взвешивают с точностью до 0,0002 г. Затем бумагу вынимают из бюкса и кладут на подставку под инфракрасной лампой. Сушку производят 5–6 мин, в процессе сушки листочки время от времени переворачивают пинцетом. Повторные сушки до постоянной массы производят в течение 3 мин. Одновременно на подставке выдерживают пустой бюкс.

По окончании сушки бумагу быстро свертывают, кладут в бюкс и, закрыв крышкой, помещают в эксикатор для охлаждения, после чего производят взвешивание.

Для быстрого приближенного определения влажности неклеенных видов бумаги и целлюлозной папки используют также электровлагомер.

Определение зольности (ГОСТ 7629–93)

Навеску бумаги около 2 г, взвешенную с точностью до 0,0002 г, нарезают на небольшие полоски и помещают в прокаленный и доведенный до постоянной массы фарфоровый тигель, затем ее обугливают в муфельной печи при температуре (30010) С. Обугливание можно производить на электрической плитке под тягой. Следует избегать воспламенения бумаги в процессе обугливания, так как это ведет к потере золы. Тигель с обугленной бумагой прокаливают в муфельной печи при температуре (80050) С в течение 2 часов.

Вынутый из муфеля тигель охлаждают в эксикаторе до комнатной температуры, а затем взвешивают с точностью до 0,0002 г. После взвешивания тигель вновь помещают в муфель для контрольного прокаливания на 30...40 мин, охлаждают в эксикаторе и взвешивают. В случае необходимости контрольные прокаливания продолжают до получения постоянной массы золы, т.е. разница между результатами двух последующих взвешиваний должна составлять не более 0,5 мг. При определении зольности на отдельном образце параллельно определяют влажность бумаги.

Массовая доля золы в процентах к абсолютно сухой бумаге

,       (52)

где mт1 – масса прокаленного тигля с золой, г;

mт – масса прокаленного тигля, г;

mт2 – навеска воздушно-сухой бумаги, г; W – влажность бумаги, %.

За результат принимают среднее арифметическое двух параллельных определений с точностью: до 0,01 % – при зольности до 1 %; до 0,1 % – при зольности от 1 до 10 %; до 1 % – свыше 10 %.

2.2.3 Определение показателей механической прочности бумаги

Одним из основных свойств многих видов бумаги является механическая прочность, которая для каждого вида бумаги регламентируется стандартом. На прочность бумаги оказывают влияние большое количество переменных факторов, в том числе прочность и длина исходных волокон, структура листа, которая характеризуется степенью и характером переплетения волокон между собой, степенью уплотнения; наличие в бумаге веществ неволокнистого характера, которые могут увеличивать или уменьшать прочность бумажного полотна.

Ниже приведены основные методы, принятые для определения механической прочности бумаги.

Определение сопротивления бумаги разрыву (ГОСТ 13525.1–79)

Для характеристики сопротивления бумаги разрыву пользуются понятием разрывной длины. Разрывная длина– это длина (м, км) полоски испытуемой бумаги шириной 15 мм, которая, будучи подвешена за один конец, оборвалась бы под собственным весом.

В настоящее время некоторые исследователи считают, что пользуясь показателем разрывной длины, мы отходим от параметра, непосредственно характеризующего механическую прочность бумаги — разрушающего напряжения р, которое можно высчитать, разделив разрушающее усилие на площадь поперечного сечения образца (Н/м2). Следует отметить, что бумага является вязкоупругим материалом, поэтому разрушающее напряжение зависит от времени действия нагрузки на образец. Этот показатель механической прочности является условным, соответствующим условно принятой заранее постоянной скорости проведения испытания. Помимо разрывной длины и разрушающего напряжения, сопротивление бумаги разрыву характеризуют разрушающее усилие, удельное сопротивление разрыву и индекс прочности при растяжении.

Для определения сопротивления бумаги разрыву применяются вертикальные разрывные машины с тензометрическим датчиком и электронной системой измерения.

Разрушающее усилие (F) определяют как среднее арифметическое результатов десяти измерений в машинном или поперечном направлении, либо среднее арифметическое измерений в обоих направлениях и выражают в Н (кгс) с точностью до 0,1 Н (0,01 кгс) при F до 50 Н (5 кгс) или до 1 Н (0,1 кгс) при F свыше 50 (5) до 500 Н (50 кгс).

Разрывная длина L (м) определяется по формуле:

              (53)

где l0– длина полоски между зажимами, м;

F – разрушающее усилие (среднее арифметическое десяти измерений), Н; m – средняя длина полоски;

b – ширина полоски, м;

m1м2 – масса 1м2 бумаги, г.

Результат округляют до 50 м при L до 5000 м или до 100 м при L свыше 5000 м.

Удельное сопротивление разрыву  FУД  (кН/м (кгс/мм)) определяется:

      (54)

Индекс прочности при растяжении JР  (Нм/г) определяется по формуле:

      (55)

Числовое значение индекса прочности равно числовому значению разрывной длины (в метрах), умноженному на 9,8110-3.

Разрушающее напряжение при растяжении р  (МПа (кгс/мм2)):

,      (55)

где F – разрушающее усилие, Н;

b – ширина полоски, мм;

– толщина бумаги, мм.

Результат округляют с точностью до 1 МПа (0,1 кгс/мм2).

Для испытаний нарезают образцы бумаги шириной (150,1) мм. Длина образцов зависит от требуемого расстояния между зажимами. Например, при расстоянии 100 мм длина полосок бумаги с учетом припуска для закрепления в зажимах должна быть 140...160 мм.

При определении показателей сопротивления разрыву бумаги промышленного изготовления испытывают по 10 образцов в машинном и поперечном направлениях. В случае испытаний бумаги лабораторного изготовления берут 10 образцов, нарезанных из разных отливок.

Определение сопротивления бумаги разрыву можно проводить на различных разрывных машинах. На рисунке 6представлена вертикальная разрывная машина.

Рисунок 6 - Вертикальная разрывная машина F81838

После зажима образца бумаги при нажатии кнопки «Start» начинается измерение. При разрыве образца показатели выводятся на дисплей компьютера, подвижный зажим возвращается в исходное положение. При использовании программного обеспечения на компьютере, в меню измерений прочность на разрыв представляется в числовом и графическом виде, удлинение при растяжении – в %. Эти данные можно сохранить для дальнейшего анализа, расчета статистических величин, Гауссового распределения и др.

Определение сопротивления бумаги разрыву на горизонтальной разрывной машине (рисунок 7).

Горизонтальная машина фирмы «BÜCHEL-VAN DER KORPUT» это автоматический, полностью управляемый микропроцессором тестер для измерения предела прочности на растяжение (или усилия), удлинения, энергии разрыва (ТЕА) и разрывной длины.

Рисунок 7 – Горизонтальная машина фирмы «BÜCHEL-VAN DER KORPUT»

Перед испытанием необходимо ввести установки параметров теста. При настройке тестера задаются единицы измерения усилия, приложенного для растяжения образца (кН/м, Н), скорость испытания, расстояние между зажимами, номер образца, ширина образца, масса 1м2 испытуемого образца, направление теста, дата проведения испытания и параметры вывода результатов теста.

Наибольшее расстояние между зажимами – 300 мм; скорость измерения регулируется в диапазоне – 2…300 мм/мин; стандартная измерительная ячейка - 500 Н (по выбору 250 или 1000 Н); цена деления шкалы – 0,01 Н. Ошибка определения не более 1 % в диапазоне 1 – 500 Н.

После установки параметров теста устанавливаем испытуемый образец в зажим, он автоматически зажимается. Образец должен быть вставлен, прямо безо всяких искривлений. Подвижный зажим начинает движение с постоянной скоростью до момента разрыва образца. После разрыва подвижный зажим возвращается в исходное положение, и на дисплее появляются результаты испытания, включая время теста. При проведении серии замеров на дисплей выводятся статистические величины

Результаты испытания индицируются на дисплее и через порт RS232С передаются на компьютер или принтер.

Когда образец разорван или площадь контакта в пределах 10 мм, то результат испытания следует стереть.

Тест можно прервать в любую минуту, нажав кнопку СТОП. При этом результаты теста автоматически стираются из памяти.

Для получения оптимальных результатов испытуемые образцы должны иметь длину от 270 до 300 мм (минимальная длина 218 мм). Края должны быть ровными, неповрежденными. Проводится 10 параллельных определений.

Определение сопротивления раздиранию (ГОСТ 13525.3–78)

Сопротивление раздиранию характеризуется усилием в мН, необходимым для раздирания предварительно надрезанного образца бумаги на определенную длину. Этот показатель не находится в прямой зависимости от сопротивлений разрыву и продавливанию. Известно, что рыхлая (пухлая) бумага, обладающая не высоким сопротивлением разрыву, обнаруживает более высокое сопротивление раздиранию, чем плотная и прочная на разрыв бумага.

Различают абсолютное и относительное сопротивление раздиранию. Абсолютное сопротивление раздиранию листа бумаги, определяемое на приборе для испытания бумаги на раздирание, соответствует показаниям этого прибора, выраженным в миллиньютонах (мН) при условии, что в аппарат вложено одновременно 16 листов бумаги. Если принять число листов, равным n, то для определения величины абсолютного сопротивления бумаги раздиранию нужно умножить полученный результат на поправочный коэффициент 16/n.

Относительное сопротивление раздиранию листа бумаги Rr представляет собой сопротивление, которое оказывает лист испытуемой бумаги массой 1 м2 100 г. Исходя из предпосылки, что сопротивление раздиранию пропорционально массе квадратного метра бумаги (что в действительности не совсем правильно), можно получить относительное сопротивление раздиранию листа бумаги путем умножения величины абсолютного сопротивления раздиранию на коэффициент 100/.

На сопротивление раздиранию влияют следующие факторы: условия сушки, длина волокна, прочность отдельного волокна, межволоконные силы связи и все факторы, способствующие росту пухлости бумаги (увеличение толщины используемых волокон, применение минеральных наполнителей в композиции бумаги и др.). Таким образом, сопротивление бумаги раздиранию, в первую очередь, зависит от структуры бумажного полотна (массы 1 м2, пухлости, ориентации волокон), а также от длины и прочности волокон, из которых изготовлена бумага.

Для определения сопротивления раздиранию используют приборы типа Р-1, РБ или другие аналогичной конструкции.

Основной частью аппарата Р-1  для определения сопротивления раздиранию (рисунок 8) является качающийся маятник 2, имеющий форму сегмента. Маятник установлен на станине 8 в шарикоподшипниках на горизонтальной оси. Когда маятник поднят на некоторую высоту, он обладает запасом потенциальной энергии, равной произведению высоты поднятия на массу маятника. Если размаху маятника при падении воспрепятствовать каким-либо сопротивлением, а именно, усилием, необходимым для раздирания надрезанного образца бумаги, то часть накопленной маятником потенциальной энергии затратится на преодоление этого усилия, что выразится в уменьшении высоты подъема при обратном ходе маятника. Угол отклонения маятника после раздирания характеризует усилие, необходимое для раздирания образца бумаги.

	1 – установочный винт; 2 – маятник; 3 – шкала; 4 – стрелка; 5 – неподвижный зажим; 6 – нож; 7 – подвижный зажим; 8 – станина; 9 – пружина
Рисунок 8 – Аппарат Р-1 для определения сопротивления бумаги раздиранию

Таким образом, принцип испытания бумаги на приборе Р-1 заключается в определении работы, затраченной на раздирание бумаги на определенную длину, считая от конца первичного надреза, произведенного укрепленным на станине прибора ножом с ручкой 6. Для закрепления образцов прибор оснащен двумя зажимами. Неподвижный зажим 5 укреплен на станине 8, подвижный зажим 7 размещен на маятнике 2.На дуге маятника укреплена шкала 3 с делениями в граммах с диапазоном от 0 до 100 и ценой одного 16 г. На оси маятника установлено кольцо со стрелкой 4.

Перед испытанием маятник находится в поднятом состоянии и удерживается в этом положении при помощи пружины 9, служащей одновременно и для торможения маятника после разрыва испытуемого образца. К прибору прилагается специальный нож для нарезания образцов.

Перед испытанием проверяют нулевое положение аппарата. Для этого освобождают маятник 2 нажатием тормозной пружины 9 и, не отпуская ее, проверяют, совпадает ли черта, нанесенная на середину маятника с краем тормозной пружины. Если совпадения нет, то добиваются этого, меняя положение тормозной пружины. Затем проверяют нулевое положение стрелки 4. Для этого заводят маятник влево до упора в тормозную пружину 9. Устанавливают стрелку 4 вертикально, чтобы она касалась упорной пластины. Нажимают тормозную пластину, освобождая маятник. Он совершает колебательные движения – 2...3 качания. После этого тормозную пластину освобождают и маятник останавливается. Если аппарат установлен правильно, то стрелка должна показывать нулевое положение шкалы. В противном случае нулевого положения стрелки добиваются при помощи установочного винта 1, повторяя всю процедуру. Проверив нулевое положение, заводят маятник влево до останова, при этом оба зажима будут находиться рядом (с промежутком 2...3 мм), а их щели будут расположены на одной линии.

Образцы для испытаний нарезают специальным ножом, они должны иметь размеры (451)  (630,1) мм. Меньшая сторона образцов, предназначенных для испытаний в машинном направлении, должна совпадать с поперечным направлением, и наоборот. Одновременно испытывают несколько образцов (четное число) в зависимости от прочности бумаги, подбирая количество образцов с таким расчетом, чтобы показания прибора находились в пределах от 20 до 80 % шкалы маятника.

Образцы вставляют в зажимы и закрепляют с помощи винтов. При этом необходимо, чтобы нижние края образцов доходили до основания зажима, а часть образца, укрепленная в подвижном зажиме, составляла на менее 25 мм. Образцы надрезают ножом, два раза нажимая на его ручку 6. После надреза длина раздираемой части составляет 430,5 мм. Затем нажатием на тормозную пластину освобождают маятник, который при падении раздирает образец бумаги. После 2...3 качаний маятник притормаживают и после полного его останова считывают показания прибора. Прибор приводят в исходное положение, остатки образцов удаляют из зажимов и проводят следующее испытание.

Если направление линии раздирания отклоняется от линии надреза более чем на 10 мм, то результат не учитывают и проводят дополнительное испытание. Всего проводят не менее 5 определений для каждого направления бумаги.

Абсолютное сопротивление раздиранию Rа, мН:

,       (56)

где R – среднее арифметическое показаний по шкале, мН;

n – число одновременно раздираемых образцов.

Относительное сопротивление раздиранию Rо, мН:

,       (57)

где Ra – абсолютное сопротивление раздиранию, мН;

m1м2 – масса 1 м2 бумаги, г.

Результаты округляют до 10 мН.

Определение прочности на излом при многократных перегибах

(ГОСТ 13525.2–80)

Прочность бумаги на излом при многократных перегибах (сопротивление излому) характеризует ее способность противостоять многократному изгибу и выражается числом двойных перегибов (180), выдерживаемых полоской бумаги, на которую действует растягивающая сила, равная (9,910,2) Н, до разрушения по линии изгиба.

Этот показатель зависит от длины волокон, из которых образована бумага, их прочности, гибкости и сил связи между волокнами. Поэтому наиболее высоким сопротивлением излому обладает бумага, состоящая из длинных, прочных, гибких и прочно связанных между собой волокон.

Определение сопротивления излому производится на приборах И-1–2, И-2–1 или И-1М.

Прибор И–1–2 состоит из станины 11 с укрепленными на ней колонками 2, в которых помещены патроны 1 со спиральными пружинами внутри (рисунок 9). Пружины оканчиваются с одного конца зажимами 4, с другого – шайбами для регулировки натяжения пружин. Штифты 3 служат для закрепления патрона при отводе его в сторону при натяжении пружин перед началом испытания. Для изгиба бумаги служит приспособление 5, смонтированное на подставке 10 и состоящее из двух пар металлических роликов, между которыми образуется параллельная щель. В этой щели находится стальная пластинка с вертикальной прорезью, в которую вставляется испытуемая полоска бумаги.

1 – патроны; 2 – колонки; 3 – штифты; 4 – зажимы; 5 – приспособление для изгиба бумаги; 6 – счетчик числа оборотов; 7 – ручка колеса; 8 – выключатель; 9 – рычаг; 10 – подставка; 11 – станина Рисунок  9 –  Аппарат И-1-2 для определения сопротивления бумаги излому

Пластинка укреплена на ползуне, двигающемся с помощью шатуна, соединенного с валом колеса. К нему с помощью винтовой передачи присоединяется счетчик числа оборотов 6. За один оборот колеса образец бумаги подвергается одному двойному перегибу, следовательно, счетчик показывает число двойных перегибов.

Поперек станины проходит штанга, заканчивающаяся на одном конце выключателем 8, другой конец ее входит в углубление колеса, чтобы закрепить его в том положении, когда прорезь стальной пластинки находится на одной линии с центральными точками обоих зажимов.

Перед началом испытания аппарат устанавливают в нулевое положение. Для этого запирают колесо, поворачивая выключатель 8 от себя и осторожно вращая колесо ручкой 7 до застопоривания. Приподнимают вверх головки штифтов 3 для ослабления пружин и устанавливают стрелки счетчика 6 на «0».

Нарезают по 10 образцов испытуемой бумаги в машинном и поперечном направлениях шириной (150,1) мм и длиной (1000,1) мм (к прибору прилагается специальный шаблон). Все образцы перед испытанием подвергают кондиционированию, испытания проводят в комнате со стандартными параметрами воздуха (температура, относительная влажность), так как сопротивление бумаги излому особенно чувствительно к равновесной влажности испытуемой бумаги.

Испытуемую полоску бумаги помещают в прорезь механизма изгиба и закрепляют ее концы в зажимах 4 винтами. Провисание и перекос образца не допускаются. Одновременно отводят в стороны левый и правый патроны. При этом натягиваются пружины и полоска бумаги находится под натяжением 10 Н. Подключают счетчик 6 к валу колеса, поднимая рычаг 9 вверх, при этом автоматически включается электродвигатель. После разрыва образца счетчик автоматически отключается независимо от дальнейшего вращения колеса. Записывают показания счетчика, запирают колесо при помощи выключателя, ослабляют пружины, вынимают разорванный образец. Далее испытания продолжают в описанной последовательности.

Результаты испытаний образцов, выскользнувших из зажима или разорвавшихся не по линии изгиба, не учитывают. Число двойных перегибов определяют с точностью до 1 и подсчитывают для каждого направления отдельно. Результаты испытания выражают или средним арифметическим ряда полученных значений, или медианой – серединным значением ряда чисел двойных перегибов, расположенных в возрастающем или убывающем порядке. Для десятичленного ряда медиана будет равна полусумме пятого и шестого членов ряда. Полученный результат округляют до единицы при числе двойных перегибов от 1 до 100, до 10 при числе двойных перегибов от 101 до 1000 и до 100 при числе двойных перегибов свыше 1000.

Определение сопротивления продавливанию (ГОСТ 13525.8–86)

Сопротивление продавливанию является одним из основных показателей прочности многих видов бумаг, хотя и является чисто эмпирическим критерием, зависящим как от сопротивления разрыву, так и от растяжимости. Различают абсолютное сопротивление продавливанию, относительное сопротивление продавливанию – приведенное к массе 1 м2 бумаги 100 г и индекс продавливания – абсолютное сопротивление продавливанию отнесенное к массе 1 м2 бумаги. Сопротивление продавливанию равно максимальному давлению, которое выдерживает непосредственно перед разрушением образец бумаги в форме кружка диаметром (30,50,025) мм.

Метод заключается в том, что на зажатый по окружности образец бумаги воздействует постепенно и равномерно нарастающее гидростатическое давление, передаваемое через резиновую диафрагму, которое фиксируется в момент разрушения образца. Сопротивление бумаги продавливанию определяют на приборах ПГБ, ПР-1 или СПБ.

Прибор ПГБ состоит из корпуса, в котором смонтированы: насос с электроприводом, реле давления, узел прижима образца, испытательная камера (камера продавливания), распределительный клапан, три манометра и система трубопроводов (рисунок 10). Для заполнения гидросистемы применяется дистиллированный глицерин. Первый манометр предназначен для контроля прижима образца, выдерживающего давление не свыше 0,15 МПа. Второй манометр служит для измерения давления продавливания до 0,2 МПа. Если испытуемый образец выдерживает большее давление, то второй манометр отключается при помощи распределительного клапана и автоматически подключается третий манометр,

	предел измерения которого составляет 1,0 МПа. Манометры имеют буксирные стрелки, фиксирующие давление, при котором произошло разрушение образца. Возврат стрелок на нулевые отметки производится при помощи ручек, расположенных на циферблате манометров.
Рисунок 10 – Аппарат ПГБ для определения сопротивления бумаги продавливанию

Реле давления предназначено для включения электродвигателя в начале испытания и автоматического реверсирования его при разрушении образца, а также в том случае, когда образец не разрушился при достижении давления в системе более 0,8 МПа. Реле включают при помощи кнопки, после чего глицерин подается сначала в узел прижима образца бумаги, а затем – в испытательную камеру. Давление создаваемое глицерином в камере, передается на зажатый образец через резиновую диафрагму.

После разрушения образца давление в системе прибора резко падает, что вызывает разрыв электрической цепи реле давления, реверс двигателя и возврат узлов и деталей прибора в исходное положение.

Из листов бумаги вырезают 20 образцов размером 7070 мм без морщин и трещин. На одной и той же стороне каждого образца (сеточной или внешней) делают пометку. Половину образцов испытывают одной стороной к диафрагме, половину – другой.

Включают прибор в сеть с помощью тумблера, при этом загорается индикаторная лампочка «СЕТЬ». Образец помещают между верхним и нижним опорными кольцами узла прижима. Нажимают кнопку «ИСПЫТАНИЕ», при этом также загорается индикаторная лампочка. После разрушения образца гаснет индикаторная лампочка «ИСПЫТАНИЕ», двигатель реверсирует и испытанный образец освобождается. В зависимости от величины давления, при котором произошло разрушение, снимают и записывают показания одного из манометров. После остановки двигателя вынимают разрушенный образец и устанавливают буксирные стрелки на нулевые отметки шкалы манометров. Далее испытания продолжают в описанной последовательности.

Испытания, в ходе которых образец соскользнул между прижимными поверхностями или произошел разрыв образца по периметру, не учитывают. Допускается испытывать одновременно несколько образцов, сложенных одной и той же стороной вверх, при условии, что сопротивление продавливанию пакета не менее 70 кПа. Полученное значение в этом случае делят на количество образцов.

Абсолютное сопротивление продавливанию Па, кПа, вычисляют как среднее арифметическое полученных значений. Результаты округляют до трех значащих цифр. Относительное сопротивление продавливанию По, кПа выражают так:

,       (58)

где Пa – абсолютное сопротивление продавливанию, кПа;

m1м2 – масса 1 м2 бумаги, г.

Индекс продавливания Jп, кПа м2/г рассчитывают по формуле:

,       (59)

где Пa – абсолютное сопротивление продавливанию, кПа;

2.2.4 Микроскопическое исследование волокон целлюлозных полуфабрикатов

Микроскопический метод анализа находит широкое применение при определении состава бумаги, равномерности провара или отбелки целлюлозы, при визуальном наблюдении изменений структуры волокна в процессе размола, при качественной оценке древесной массы и т.д. При исследовании состава бумаги применяются в большинстве случаев обыкновенные микроскопы с увеличением до 350 раз.

Техника приготовления препарата

Приборы и реактивы

1.  Предметные стекла из бесцветного стекла размером 75  25 мм;
2.  Покровные стекла размером 20  20 мм и толщиной 0,15...0,18 мм;
3.  Препарировальные иглы;
4.  Подставочки для предметного стекла;
5.  Сетка в виде ковшичка для отмывки волокон от красителя (сетка № 40 или № 48);
6.  Стеклянный стакан диаметром, соответствующим ободку сетки; набор пробирок в штативе;
7.  Кристаллизатор;
8.  Промывалка;
9.  Спиртовка;
10.   Полоски фильтровальной бумаги;
11.   Чистые тряпочки;
12.   Набор реактивов для закраски волокон;
13.   Набор образцов волокнистых материалов.

Покровные стекла перед употреблением необходимо осторожно протереть мягкой тряпочкой, так как мутность или загрязненность их ухудшает видимость препарата. После работы стекла следует сложить в кристаллизатор с чистой водой. Отделив в воде покровные стекла от предметных, промыть их, обработать хромовой смесью и снова промыть дистиллированной водой. После промывки стекла осторожно вытереть тряпочкой или фильтровальной бумагой.

Для приготовления препарата берут чистое предметное стекло, помещают его в подставку и укрепляют пружинами. Небольшой кусочек сухой или влажной массы переносят на предметное стекло, закрашивают 1–2 каплями реактива или увлажняют дистиллированной водой (если препарат будет рассматриваться без окраски) и тщательно раздергивают препарировальными иглами на отдельные волокна. Затем препарат покрывают чистым покровным стеклом, подводя его сбоку, чтобы избежать попадания пузырьков воздуха. Избыток жидкости, выступающей из под стекла, удаляют фильтровальной бумагой. Приготовленный препарат просматривают на свет, обращая внимание на равномерность распределения волокон и на отсутствие пузырьков воздуха, затрудняющих рассмотрение препарата в микроскоп. Убедившись, что препарат приготовлен правильно, помещают его на предметный столик микроскопа для исследования.

В случае испытания неклеенных бумаг, для приготовления препарата достаточно полоски этих бумаг поместить в дистиллированную воду, после чего их легко можно раздергать на отдельные волокна препарировальными иглами на предметном стекле.

При испытании клееных бумаг поступают следующим образом. Берут небольшой кусочек бумаги (1,5 см2), помещают в ступку, смачивают 1 %-ным раствором едкого натра и, разминая, доводят до кашицеобразного состояния. Затем массу переносят в пробирку, приливают небольшое количество 1 %-ной щелочи и энергичным встряхиванием пробирки разбивают массу до однородной волокнистой суспензии. Суспензию выливают на сетку, погружают в стакан с водой и смывают массу от клея и наполнителя путем постукивания стеклянной палочкой по ободку сетки. Промывать сетку нужно осторожно, чтобы исключить потери мелкого волокна.

После промывки сетку снимают со стакана и ставят на двойной слой фильтровальной бумаги. Затем из частично обезвоженной массы берут препарировальной иглой небольшой кусочек, переносят на предметное стекло, снимают избытки воды фильтровальной бумагой и готовят препарат, как указано выше.

Окраска препарата

При определении композиции бумаги часто пользуются микрохимическим методом анализа. По этому методу волокна, обработанные красителем, рассматривают в микроскоп. Под действием красителя волокна целлюлозы, древесной массы, тряпичной полумассы принимают специфическую окраску, которая позволяет различать их. Универсальным реактивом является раствор хлор-цинк-йода (реактив Херцберга), представляющий собой насыщенный раствор хлористого цинка с небольшой добавкой йода. Окраска волокон зависит от содержания лигнина в образце. Хлорцинкйод окрашивает одревесневшие волокна (древесную массу) в желтый цвет, небеленую древесную целлюлозу – в фиолетовый, беленую – в синий, хлопковую и льняную – в розовый. Для закраски волокон при микроскопических исследованиях можно пользоваться также обычными красителями, например метиленовым синим, конго красным, малахитовым зеленым и т.д. Для распознавания древесной массы используются также спиртовый соляно-кислый раствор флюроглюцина и раствор сернокислого анилина. Первый окрашивает древесную массу в ярко-красный цвет, второй – в желтый цвет. При исследовании необходимо обращать внимание на тщательность приготовления раствора красителя и на точное выполнение каждого способа окраски волокон. Для получения равномерной окраски препарата во всех случаях необходимо следить за тем, чтобы краситель был взят с избытком и тщательно перемешан с волокном. Иначе окраска препарата может быть неравномерной.

Зарисовка препарата

Для фиксации картины, наблюдаемой в поле зрения микроскопа, препараты зарисовывают. Зарисовку препаратов производят от руки, простым карандашом, в определенном масштабе, например 10:1. Отдельные волокна и препарат в целом следует зарисовывать схематично, обращая внимание на характерные особенности, но при обязательном соблюдении соотношений между шириной и длиной волокна и размерами поля зрения. К числу характерных особенностей относят наличие пор, слизи, пучков или обрывков волокон, сосудов, фибрилл и т.д. Обращают также внимание на длину волокон и форму их концов, так как эти признаки являются характерными для каждого вида волокон.

Зарисовку волокон надо производить при малом увеличении микроскопа, только отдельные детали (например, строение окаймленнных пор) следует зарисовать при большом увеличении. На сделанном рисунке отдельные волокна и характерные детали препарата помечают цифрами и дают пояснения. Под каждым рисунком необходимо также указать название вида волокон (сульфитная целлюлоза, древесная масса и т.д.). Для предварительного ознакомления со строением различных видов волокон можно воспользоваться микрофотографиями.

Характеристика волокнистых материалов

1) Древесная масса

Для древесной массы характерно наличие волокон с оторванными концами, обрывками волокон, фибрилл и слизи. Наряду с тонкими и короткими волокнами в белой древесной массе часто встречаются пучки волокон с оборванными концами. Длина волокон древесной массы колеблется от 0,05 до 1,5 мм, ширина нерасщепленных волокон 0,003...0,04 мм. Как было указано, древесная масса окрашивается раствором хлор-цинк-йода в характерный для одревесневших волокон желтый цвет. При рассмотрении в микроскоп окрашенных препаратов в древесной массе из хвойной древесины наблюдаются окаймленные поры, отчетливо выступающие на поверхности волокон. Характерным является также наличие сердцевинных лучей у пучков волокон.

В древесной массе из лиственной древесины волокна с окаймленными порами отсутствуют, но встречаются характерные для лиственной древесины сосуды различной длины и формы в виде коротких толстых трубочек с ситовидным строением.

Волокна бурой древесной массы по внешнему виду приближаются к волокнам целлюлозы. Цвет волокон при окраске раствором хлор-цинк-йода также местами приближается к синей окраске целлюлозы. Пучков волокон в бурой древесной массе меньше, чем в белой.

Химическая древесная масса вырабатывается главным образом из лиственной древесины. По внешнему виду она еще больше похожа на целлюлозу, чем бурая. В ней в основном содержатся длинные волокна, мало мелочи и слизи, значительно меньше пучков волокон. Хлор-цинк-йодом волокна химической древесной массы окрашиваются в сине-желтый цвет, причем одна часть волокон имеет больше синей окраски, другая часть больше желтой.

2) Хвойная целлюлоза

Древесина хвойных пород на 90...95 % состоит из длинных отмерших волокон трахеид. Различают трахеиды весеннего и осеннего происхождения. На долю первых приходится 20...30 %, вторых 60...65 %. Весенние трахеиды имеют широкие полости, тонкие стенки, тупые концы. Отношение ширины к длине трахеид 1:100. Осенние трахеиды обычно более тонкие, имеют заостренные концы и узкие полости. Отношение ширины к длине трахеид 1:400. Морфологические особенности трахеид сохраняются и в волокнах технической целлюлозы.

3) Еловая целлюлоза

Волокна (трахеиды) еловой целлюлозы имеют широкую лентообразную форму с заостренными или тупыми концами. Длина волокон колеблется от 2,5 до 3,8 мм, ширина приблизительно 0,04 мм. У большинства волокон посередине имеется канал. При рассмотрении в микроскоп можно наблюдать, что хорошо проварившиеся волокна, подобно хлопку, склонны образовывать перевитости. Характерной особенностью трахеид является наличие на их боковой поверхности окаймленных пор, имеющих вид кружков с двойным ободком. Окаймленные поры достаточно отчетливо видны у жестких целлюлоз средней жесткости. У мягких и особенно беленых целлюлоз они вырисовываются обычно слабее или пропадают вовсе. Волокна сульфитной еловой и сульфатной целлюлоз окрашиваются раствором хлорцинкйода в синий цвет.

4) Сосновая целлюлоза

Единственным признаком трахеид сосновой древесины является наличие у них, кроме окаймленных, широких простых пор, расположенных обычно перпендикулярно оси волокна в количестве четырех-пяти штук подряд. По остальным признакам трахеиды сосны ничем не отличаются от трахеид ели и пихты. Длина сосновых волокон колеблется от 2,5 до 5,5 мм при средней ширине 0,045 мм. Сосновая целлюлоза (сульфатная и сульфитная) окрашивается раствором хлорцинкйода в синий цвет.

Для отличия сульфатной целлюлозы от сульфитной при окраске микропрепаратов применяют реактив Висбора, состоящий из смеси 1 %-ного раствора фуксина, 2 %-ного раствора малахитовой зелени и 0,5 %-ного раствора соляной кислоты Указанные растворы смешиваются в следующей пропорции: 4,4 мл 1%-ного раствора фуксина; 2,2 мл 2 %-ного раствора малахитовой зелени; 20,2 мл 0,5 %-ного раствора соляной кислоты и 100 мл дистиллированной воды. Реактив должен быть вишнево-синего цвета, без осадков. Его хранят в капельнице из темного стекла с хорошо прошлифованной пипеткой.

Препарат готовят следующим образом: берут небольшой кусочек испытуемой целлюлозы, помещают его в пробирку, приливают реактив примерно на 1/4 высоты пробирки, нагревают и кипятят на пламени спиртовки в течение 2 мин. Затем массу выливают на сетку, промывают водой и часть ее переносят на предметное стекло для рассмотрения под микроскопом. Волокна сульфатной целлюлозы окрашиваются в зеленый цвет, а волокна сульфитной – в фиолетовый или темно-красный. Беленая сульфатная целлюлоза окрашивается слабо, у нее окрашиваются поры, которые выступают на бесцветных волокнах в виде точек.

5) Лиственная целлюлоза

В древесине лиственных пород содержится 30...40 % волокна либриформа, 20...40 % сосудов, 10....20 % серцевинных лучей, 2...12 % паренхимных клеток. Основная масса лиственной целлюлозы состоит из относительно коротких волокон либриформа длиной 0,7...0,5 мм и шириной приблизительно 0,025 мм. Волокна имеют веретенообразную форму. Они тонкие, с заостренными концами. Поры у волокон либриформа очень мелкие, иногда щелевидные, расположенные наклонно к оси волокна. Характерными для лиственных пород являются сосуды, находящиеся в целлюлозе в виде коротких и широких клеток, усеянных большим количеством простых и щелевидных пор, придающих сосудам вид сетки. Ширина сосудов колеблется от 0,02 до 0,5 мм. Волокна лиственной целлюлозы окрашивается хлорцинкйодом в синий цвет.

6) Полуцеллюлоза

Полуцеллюлоза в настоящее время находит большое применение: небеленая – в производстве упаковочных бумаг и картонов, а беленая – для различных видов бумаг. Вырабатывается она в основном из лиственной древесины (но может вырабатываться и из хвойных пород). Полуцеллюлоза состоит из длинных волокон, сохранивших характерные особенности породы древесины, из которой она изготовлена. Волокна полуцеллюлозы окрашиваются хлорцинкйодом в синий цвет, но так как в ней остается значительное количество лигнина, на синих волокнах видны желтые участки.

7) Хлопок

Волокна хлопка представляют собой одноклеточные волоски, покрывающие семена хлопчатника. Естественная длина волокон колеблется от 10 до 60 мм при ширине 0,02...0,04 мм. Длина волокон линтера составляет 10...15 мм. Средняя длина волокон в бумаге составляет приблизительно 1...2 мм в зависимости от характера и степени помола. При размоле хлопок с трудом разделяется на фибриллы и гораздо легче дает коротковолокнистую садкую массу. При рассмотрении в микроскоп препарата, приготовленного из хлопковой полумассы, можно наблюдать, что волокна хлопка имеют широкую, ровную, лентообразную форму с тупозаостренными концами. Посредине волокна проходит канал (до 2/3 ширины волокна). При сильном увеличении канал кажется испещренным мелкими косыми штрихами. Поры и утолщения у волокон совершенно отсутствуют. Характерным для волокна хлопка является спиральное расположение фибрилл в клеточной стенке. Хлор-цинк-йодом хлопковое волокно окрашивается в розовый цвет.

8) Синтетические волокна

Помимо натуральных, в бумажном производстве все большее применение находят синтетические волокна (нейлон, лавсан, винол, нитрон и другие), которые довольно легко отличить от других волокон. Это длинные, круглые или плоские волокна. Полиамидные волокна (нейлон) хлорцинкйодом окрашиваются в ярко-желтый цвет, полиакрилонитрильные (нитрон) – в темно-желтый, полиэфирные (лавсан) – бледно-желтый, поливинилспиртовые волокна (винил) хлорцинкйодом не окрашиваются.

Определение размеров волокон

Измерение длины и ширины волокон производится при помощи микроскопа с окулярной микролинейкой, представляющей собой небольшое круглое стекло, в середине которого нанесена шкала с делениями, рисунке 11. Цена деления окулярной линейки изменяется в зависимости от силы увеличения микроскопа.

Рисунок 11 – Окулярная измерительная линейка микроскопа

Абсолютное значение одного деления шкалы (в микрометрах или миллиметрах) определяется перед началом работы согласно увеличению микроскопа, при котором предполагается производить измерение волокон.

Например, для микроскопа «БИОЛАР», имеющего обойму сменных объективов 5, 10, 20 и 40, при увеличении окуляра 8 цена деления будет составлять в зависимости от увеличения объектива:

5 – 0,01863; 10 – 0,00900; 20 – 0,00475; 40 – 0,00235.

При измерении длины волокон препарат должен содержать меньше волокон, чем препарат для определения композиции, чтобы можно было измерить каждое волокно в данном поле зрения. Поместив на предметный столик микроскопа исследуемый препарат, измеряют все волокна не менее чем в двух полях зрения. Допустим, что длина одного волокна равна 80 делениям окулярной микролинейки при увеличении объектива 5, тогда абсолютная его длина равна 0,0186380 = 1,49 мм. Если измеряемое волокно окажется длиннее окулярной линейки, то сначала измеряют часть волокна (например, до изгиба, поры, узелка и т.д.), затем перемещают препарат и производят новое измерение. Полученные при первом и втором измерениях данные складывают и, умножив на значение одного деления линейки, находят искомую длину волокна. Аналогичным образом производят измерение толщины волокна.

Результаты измерений длины записывают в специально подготовленную таблицу. Измерив все волокна четырёх полей зрения, суммируют их длины и, поделив на количество волокон, определяют среднюю длину волокна. Для расчета характеристики средневзвешенной длины волокна, часто применяемой в бумажном производстве, учитывают весовые коэффициенты каждой фракции волокна.

Важной характеристикой волокнистого полуфабриката является фракционный состав по длине волокна. При таком анализе подсчитывают количество волокон, попадающих по длине в пределы каждого класса, и выводят процентное соотношение волокон в каждом классе. Результат представляют в виде таблицы или гистограммы.

Среднюю длину волокна рассчитывают по следующим формулам:

Среднеарифметическая длина  

      (60)

Средневзвешенная по длине   

      (61)

Средневзвешенная по массе  

           (62)

где  ni – количество волокон внутри класса i;

li – средняя длина волокон класса i;

m – количество классов волокон.

При математической обработке результатов микроскопических измерений целесообразно применять ЭВМ с использованием специально разработанных программ.

Определение состава бумаги по волокну

В зависимости от технических требований, предъявляемых к различным видам бумаги, в ее состав может входить один или несколько видов волокон в строго определенном соотношении. Состав бумаги по волокну обычно называют композицией. При исследовании композиции бумаги определяют: вид волокон, из которых состоит бумага; процентное соотношение различных волокон; степень помола бумажной массы. Последнее определение проводят при специальных исследованиях.

Качественный анализ состава бумаги проводят путем рассмотрения в микроскоп препаратов, закрашенных хлор-цинк-йодом. Количественное определение волокнистых материалов, входящих в состав бумаги, может быть выполнено несколькими способами (например, методом глазомерного определения или методом подсчета волокон). Ниже описывается метод определения композиции бумаги путем подсчета волокон.

Из исследуемого образца бумаги или бумажной массы приготовляют пять препаратов средней плотности, закрашивают хлор-цинк-йодом и рассматривают три-четыре поля зрения. Сначала определяют качественный состав бумаги по волокнам, затем – процентное соотношение волокон.

Подсчет волокон ведут следующим образом. Условно за единицу измерения длины волокон принимают диаметр поля зрения. Устанавливают препарат в любом месте, удобном для подсчета волокон по каждому виду в данном поле зрения, и записывают их число в лабораторный журнал. При этом необходимо учитывать длину волокон. После подсчета количества волокон в данном поле зрения тот же препарат передвигают в другое поле зрения и снова подсчитывают все волокна и т.д.

Допустим, что в композицию бумаги входят два вида волокон: целлюлоза и древесная масса. При подсчете волокон получены данные, приведенные в таблице. Всего волокон в десяти полях зрения 60,2+112=172,2. Для определения процентного содержания берется отношение количества волокон данного материала к общему количеству волокон композиции. Композиция бумаги в рассмотренном примере содержит 35 % целлюлозы и 65 % древесной массы. Аналогичным образом поступают, когда в состав бумаги входят три или четыре волокнистых компонента.

Таблица 11 – Результат определения состава бумаги по волокну

Поле зрения	Количество волокон
	целлюлозы	древесной массы
1 2 3 4 ... 10	2,5 3,0 5,0 2,8 ... 3,0	7,25 8,50 6,50 5,00 .... 6,75
Итого	60,2	112,00

Необходимо заметить, что правильность приготовления и окраски препаратов имеет особое значение. Раствор хлор-цинк-йода должен давать правильную окраску волокон. При необходимости его качество следует проверить путем закраски бумаги известной композиции или путем закраски отдельных волокон.

ЛИТЕРАТУРА

Оглавление

1 Производство целлюлозы
1.1 Анализ технологической щепы	4
1.2 Анализ щелоков сульфатной варки	7
1.2.1 Анализ зеленого щелока	9
1.2.2 Определение расхода извести, необходимого для проведения реакции каустизации	12
1.2.3 Проведение процесса каустизации зеленого щелока	13
1.2.4 Анализ белого щелока	14
1.2.5 Анализ черного щелока	18
1.3 Анализ целлюлозы	20
1.4 Проведение ступеней отбелки целлюлозы	26
1.4.1 Анализ белящих реагентов	30
1.4.2 Проведение основных ступеней отбелки	32
1.4.3 Контроль за процессом отбелки	35
2 Производство бумаги	36
2.1 Изготовление отливок бумаги в лабораторных условиях	43
2.1.1 Проведение размола целлюлозы	43
2.1.2 Расчеты и составление композиционного состава	47
2.1.3 Изготовление лабораторных отливок	50
2.2 Определение свойств бумаги	54
2.2.1 Подготовка образцов бумаги к испытаниям	55
2.2.2 Определение структурно-размерных и композиционных свойств бумаги	56
2.2.3 Определение показателей механической прочности бумаги	63
2.2.4 Микроскопическое исследование волокон целлюлозных полуфабрикатов	79
Литература	93

1. статья 12 и обеспечения единого порядка организации на предприятиях в учреждениях и организациях связи рабо
2. Китообразные
3. Статья- Зависть - ключ к просветлению
4. Фоминск 8 мая Псков СпасоЕлеазаровский монастырь Знакомство с Псковом
5. Воздействие перемен по месту работы на сотрудников организации
6. Шапка Мономаха Состав свинина или говядина 300 г картофель 4 шт яйца 34 шт свекла 1 шт
7. Тема 1. ЗАГАЛЬНІ ПИТАННЯ РОЗРАХУНКУ МІЦНОСТІ І СТІЙКОСТІ ГРАВІТАЦІЙНИХ ГРЕБЕЛЬ 1
8. Вариант 4 Выполнил студент гр
9. Общее строение органа глаза
10. Еспенбет поэмасы
11. Тема- Електронні автоматичні мости і їх повірка Виконав- ст
12. Ну вот поеду помирать
13. Тема урока- Объекты
14. Лекция 3 ОСНОВЫ ПОТОЧНОЙ ОРГАНИЗАЦИИ СТРОИТЕЛЬСТВА Общие положения поточного строительства
15. Контрольна робота Виконала студентка групи МТУз 1 Перевірила
16. западе с Киргизией на севере с Китаем на востоке с Афганистаном на юге
17. КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА ПО КУРСУ УПРАВЛЕНЧЕСКИЙ УЧЁТ Задание 1
18. Реферат- Специфика анализа Интернет-контента
19. готовому вигляді
20. Методика аудиторской проверки учета основных средств

Материалы собраны группой SamZan и находятся в свободном доступе