CC BY
12
ИЗВЕСТИЯ
ТОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА
Том 175 1971
ОБЛАГОРАЖИВАНИЕ КАРАНДАШНОЙ ДОЩЕЧКИ СОДОВЫМ
СПОСОБОМ
II. В. КАРЕЛИНА, И. П. ЧАЩИН, В. В. КОЯИН, С. Н. КАРБАИНОВА
!(Представлена научной итоговой конференцией химико-технологического факультета)
В Советском Союзе в качестве сырья для изготовления карандашей используется кедровая древесина, которая по своим качествам не ^соответствует требованиям, предъявляемым карандашниками. Для 'производства карандаша требуется древесина, обладающая определенной эластичностью и окраской.
Целью даной работы является изменение чиночных свойств и цвета кедровой карандашной дощечки щелочным способом. В качестве такого реагента использовалась кальцинированная сода.
В противоположность большинству материалов, подвергаемых про-красу, древесина чрезвычанйо неоднородна как по физической структуре, так и по химическому составу. Эта неоднородность присуща не только древесине разных пород, обладающей разной плотностью, окраской, содержанием дубителей, смол и т. д., но и древесине одной породы. Плотность древесины, ее пористость и адсорбционная способность зависят от возраста дерева, характера разреза, условий хранения древесины и ряда других факторов.
По химическому составу древесина является комплексом весьма реакционноспособных инградиентов: целлюлозы, лигнина, гемицеллю-лозы и других соединений.
При воздействии на древесину различных химических веществ каждый из инградиентов реагирует по-своему.
Для лигнификации древесины или другого растительного сырья в Китае еще около 2000 лет назад начали применять щелочные реагенты. Впервые в Европе, по-видимому, применение щелочей для выработки бумаги из соломы было осуществлено в начале XVIII в., а в 1708— 1714 гг. в России на Богородицком бумажном заводе вблизи Москвы [1].
Почти 50 лет спустя, в 1765—1772 гг., этот способ использовал Шеффер [2] для обработки ячменной соломы известковым молоком в открытых резервуарах при относительно низких температурах.
Лишь в середине XIX в., в 1854 г., Мелье [2] запатентовал способ варки соломы в закрытых варочных котлах при повышенных температурах и давлении. Почти в то же время (1853—1956 гг.) способ варки со щелочью был впервые применен для получения целлюлозы из древесины [2].
Было замечено, что при обработке древесной щепы 1—5%-ными .водными растворами едкого натра в закрытых котлах при температуре
170—175° и соответствующем давлении (5 атм) почти весь лигнин и большая часть сопутствующих целлюлозе полисахаридов древесины могут быть переведены в раствор [2].
В производстве такую обработку называют натронной варкой целлюлозы, а получаемый при этом раствор — «черным щелоком».
Действию горячих щелочей легче всего подвергается лигнин, который является не индивидуальным химическим соединением, а смесью высокомолекулярных соединений, содержащих значительное количество метоксильных и гидроксильных групп.
Предполагают [3], что лигнин взаимодействует со щелочью с образованием фенолятных соединений, способных легко разлагаться угольной кислотой:
R —ОН + NaOH^R — ONa + Н20;
R —ONa + Н20 + СОо ->R — ОН -[- NaHC03.
i
Наиболее устойчива к действию щелочей целлюлоза, но и она при высокой температуре обработки (160°) заметно разрушается.
Большинство исследователей [4, 5] считает, что целлюлоза со щелочью в водных растворах образует молекулярные соединения типа (C6HI0O5)2-NaOH.
Некоторые же авторы [6] считают, что целлюлоза реагирует со щелочыо с образованием алкоголятов путем заменения металл-водорода в гидроксиле по обратимой реакции:
C12Hi909(0H) + Na0H^Ci2H!909(0Na) + Н20.
Химизм взаимодействия целлюлозы со щелочыо окончательно не установлен.
Гемицеллюлоза — смесь полисахаридов, близких по строению к целлюлозе, но обладающих меньшей химической стойкостью.
При действии горячих разбавленных растворов щелочей (в условиях варки) на гемицеллюлозу прежде всего гидролизуются гексозаны, а образующиеся при этом сахара претерпевают дальнейшее превращение в щелочной среде. Пентозаны же частично остаются в древесине.
В результате обработки измельченной древесины горячим раствором щелочи остается в остатке целлюлоза с примесью нерастворивше-гося лигнина и пентозанов.
Характерной особенностью целлюлозы после щелочной обработки является ее коричневый цвет, обусловленный присутствием окрашивающих веществ. Природа этих веществ, их химический состав и свойства изучены еще недостаточно. В настоящее время большинство исследователей [7] приходит к заключению о лигнинном характере этих веществ.
Методика проведения опытов
В закрытый автоклав загружают кедровую дощечку с влажностью 45—50% и заливают содовым 1—5%-ным раствором на 2/3 объема аппарата. Аппарат нагревают электрическим током до 147°С при давлении 4,3 ати и выдерживают дощечку при этой температуре от 1 до 4 часов. После этого содовый раствор сливают через нижний спуск и продувают аппарат острым паром при давлении 2 ати в течение 20 минут.'Затем быстро переносят дощечки в ванну, содержащую слой парафина в 5 см и слой воды в 20 см, с температурой 89—90°С. После 30 сек парафинирования дощечки вынимают из ванны, дают стечь парафину и помещают их па 10 минут в термостат с температурой 110°С. В-заключение дощечки сушат при температуре 100°С.
Чиночные свойства полученных таким образом дощечек после изготовления из них карандашей определялись на специальной зачиноч-ной машинке по числу оборотов ножа. Всего проведено 21 опыт. Результаты некоторых из них приводятся в таблице.
Таблица
№ Концентрация соды, % Продол я и-тельность Число обо-
п. п. выдержки, час ротов ножа
1 1 2 10,4
2 1 3 8,7
3 2 2 7,5
4 2 3 9
5 3 2 8,8
6 3 3 8,1
7 4 2 8,4
8 4 3 8
9 5 2 9Т08
Выводы
Наиболее хорошие результаты получились при обработке дощечки 2%-ным раствором соды в течение 2 часов и давлении 4,3 ата и температуре 147°С.
Карандаши, изготовленные из этих дощечек, обладают наилучшими чиночными свойствами (7,5 оборотов) и имеют более равномерную коричневатую окраску.
Недостатком способа является неравномерность протекания выщелачивания в различных направлениях, и это вызывает иногда значительное колебание прочности древесины, а также частичное коробление выщелоченной и высушенной дощечки.
ЛИТЕРАТУРА
1. Заозерская. Очерки по истории торговли и промышленности в России. (1928).
2. Н. Н. Непенин. Производство целлюлозы. (1940).
3. P. Kla son. В. Segerf eld, Arkiv f. Kerni, 4, 6, (1911).
4. И. А. Маколкин. ЖОХ, 12, 365, (1942).
5. 3. А. Роговин, H. H. Ill о p ы г и н а. Химия целлюлозы и ее спутников. М., 166, 190, (1953).
6. Н. Hibbert, Е. Per ci vol, Е. Cuthbertson. J. Am. Soc., § 2, 3257, (1930).
7. H. И. Никитин. Химия древесины, стр. 521, (1951).
