CC BY
56
УДК 633.522:57:631.52
О Ф. БОГДАНОВА, О.П. ДОМБРОВСЬКА, С.С.БАБ1Ч, А.Г. ДОМБРОВСЬКИЙ
Херсонський нацюнальний техшчний унiверситет
ВИЗНАЧЕННЯ МОЖЛИВОСТ1 ОДЕРЖАННЯ ВОЛОКНИСТИХ НАП1ВФАБРИКАТ1В З НЕНАРКОТИЧНИХ КОНОПЕЛЬ
У cmammi науково обтрунтовано придатнкть основних складових ненаркотичних конопель (лубу, волокна) до застосування в целюлозно-паперовш промисловостi. Розглянуто актуальну проблему замши iмпортноi деревног сировини на вiтчизняну - ненаркотичш коноплi. У роботi було проведено до^дження фiзико-механiчних характеристик целюлозних напiвфабрикатiв i-з визначенням найкращих .зразюв для поеднання гх в сумш з деревною сировиною та подальшого використання в паперовш промисловостi.
Ключовi слова: варка, целюлоза, ненаркотичнi коноплi, натвфабрикати, фiзико-механiчнi показники.
О.Ф. БОГДАНОВА, Е.П.ДОМБРОВСКАЯ, С.С. БАБИЧ, А.Г. ДОМБРОВСКИЙ
Херсонский национальный технический университет
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ПОЛУЧЕНИЯ ВОЛОКНИСТЫХ ПОЛУФАБРИКАТОВ ИЗ
НЕНАРКОТИЧЕСКОЙ КОНОПЛИ
В статье научно обоснована пригодность основных составляющих ненаркотической конопли (луба, волокна) к применению в целлюлозно-бумажной промышленности. Рассмотрена актуальная проблема замены импортного древесного сырья на отечественное - ненаркотическую коноплю. В работе было проведено исследование физико-механических характеристик целлюлозных полуфабрикатов с определением лучших образцов для соединения их в смеси с древесным сырьем и дальнейшего использования в бумажной промышленности.
Ключевые слова: варка, целлюлоза, ненаркотическая конопля, полуфабрикаты, физико-механические показатели.
O. BOGDANOVA, O. DOMBROVSKA, S. BABICH, A. DOMBROVSKYI
Kherson National Technical University
DETERMINATION OF THE POSSIBILITY OF OBTAINING FIBER SEMI-FINISHED PRODUCTS
FROM DRUG-FREE HEMP
The article substantiates scientifically the suitability of the main components of non-narcotic hemp (bast, fiber) for use in the pulp and paper industry. The actual problem of replacing imported wood raw materials with domestic non-narcotic hemp is considered. In the work, a study was made of the physical and mechanical characteristics of cellulosic semi-finished products with the determination of the best samples for their combination in a mixture with wood raw materials andfurther use in the paper industry.
Keywords: cooking, cellulose, drug-free hemp, semi-finished products, physical and mechanical properties.
Постановка проблеми
Украша багата не лише деревною сировиною, а й р1зномаштними однор1чними рослинами з високим вмютом целюлози. Сшьське господарство, виробляючи щор1чно у великш шлькосп зернов1, техшчш та шш1 культури, мае у своему розпорядженш величезш ресурси поб1чних продукпв. Кр1м того, у нашш кра!ш велик! площ1 зайняп дикорослими однор1чними та двор1чними рослинами, а також е значш запаси в1дход1в переробки рослинно! сировини на промислових тдприемствах.
Номенклатура вах поб1чних продукпв, що можуть бути використаш як сировина для целюлозно-паперово! промисловосп, дуже велика. З уах вид1в недеревно! рослинно! сировини визнаш придатними для отримання паперу й картону: солома злакових культур (пшенична, житня, рисова); стебла кукурудзи, олшних та шших техшчних культур (бавовнику, льону-кучерявця, соняшнику, рицини, рапсу, хмелю, тютюну, картопл1, кок-сагизу); дикоросл1 рослини (очерет, осока, виноградна
лоза, чагарникова верба), вщходи перероблення льону, конопель i бавовни (закостричене коротке волокно, лляна та конопляна костриця) тощо.
За сво!ми властивостями ва цi види недеревно!' сировини можна подiлити на двi групи. До першо! вiдносяться волокна льону-довгунця, льону-кучерявця, конопель, джуту, а також бавовняш та прядильнi вiдходи з рiзним ступенем закостриченостi. Усi щ види сировини мiстять 75 -85 % целюлози, 1-2 % лптану та мають мiцне й довге волокно завдовжки до 10 мм i бiльше. Друга група включае iншi вищезазначенi види сировини, як мiстять вiд 35 до 52 % целюлози, 13-22 % л1гшну, 18-27 % пентозашв. Довжина волокон в них коротша за волокна рослин першо! групи.
До першо! групи входять найбшьш щнт види сировини, яш застосовуються для виробництва спецiальних високояк1сних дорогих видiв паперу. Потреба в сировинi для виготовлення цього виду продукцп порiвняно невелика й при правильному плануванш може бути повшстю задоволена.
Для друго! групи сировини потрiбнi складнiшi технологи хiмiчного оброблення. Ця сировина може бути використана для виготовлення багатьох видiв паперу й особливо для виробництва тарного картону.
За запасами та можливютю освоення найближчими роками найбшьше значення для довгодiючих i нових шдприемств мае такий вид сировини, як солома, очерет, стебла бавовника, лляна й конопляна костриця та коротке закостричене волокно цих культур.
Кра!ни СНД останшм часом почали виявляти защкавлешсть у використаннi рiзних видiв недеревно! сировини. Вихщ целюлозно! напiвмаси з короткого волокна льону та конопель досягае 67 %. Крiм того, перероблення короткого волокна цих культур дозволить уникнути операцп розмелювання, що в свою чергу скорочуе витрати електроенергi! на 30-40 % .
Укра!на мае у своему розпорядженш величезнi ресурси соломи, як1 дозволяють розвивати широкомасштабне виробництво паперу. Сшьське господарство й целюлозно-паперова промисловiсть застосовують лише близько 30 % вщ зiбрано! кiлькостi соломи, або 17 % вщ урожаю. Невикористана на фермах солома також може бути передана паперовш промисловосп [1, 2]. Сучасний рiвень розвитку технiки та технологш дозволяе переробляти солому в целюлозу, папiр i картон рiзними способами [3, 4].
Пiд час вибору сировини з метою одержання целюлози для целюлозно-паперово! промисловостi необхщно враховувати вуглеводний склад, морфологiчну будову волокна, а також його фiзико -хiмiчнi властивостi.
Бажано, щоб сировина мала достатньо високий вмiст а-целюлози та низький вмiст пентозанiв. Структура волокна повинна бути такою, щоб забезпечити легкий доступ хiмiкатiв до молекул целюлози; нецелюлозш домшки повинш розмiщуватися в клiтинах таким чином, щоб !х можна було легко видалити; вмiст паренхiмних клiтин мае бути низьким. Важливу роль в одержанш яшсно! целюлози вiдiграе також однорщшсть волокон i невисокий вмют лiгнiну та дiоксиду кремнiю [5, 6].
З уах видiв рослинно! сировини, що використовуеться в целюлозно -паперовш промисловосп, найбiльший вмiст целюлози мае бавовна - 95-97 %. Порiвняно багап целюлозою луб'яш волокна таких техшчних рослин як льон, конопл^ джут, рамi, кенаф, в яких вмiст целюлози досягае 63 -67 %, у той час як рiзнi породи деревини в середньому мютять 40-55 % целюлози.
Отже, з уах наведених представнишв рослин, бавовна мае найвищу хiмiчну чистоту та мiстить дуже мало нецелюлозних домiшок. Наявнiсть лiгнiну в техшчному лiнтi, який використовуеться з метою отримання целюлози для хiмiчного перероблення, зумовлюеться тiльки механiчними домшками фрагментiв коробочок i лушпайок. Нецелюлозш компоненти в бавовш не мають хiмiчних зв'язк1в iз целюлозою, що спрощуе промислове одержання целюлози. На вщмшу вiд бавовни, у деревиш мiститься значно менше целюлози. У хвойнш деревинi порiвняно з листяною деревиною при практично однаковому вмгсп целюлози знаходиться б№ше лiгнiну, смол, ж^в та воск1в, але менше пентозашв.
Так лубоволокнистi технiчнi культури, як коношл, кенаф, джут, льон, складаються з луб'яних волокон та деревно! частини (кострицi) i, на вщмшу вiд бавовняного волокна, мютять бiльше рiзноманiтних нецелюлозних домiшок, яш неоднорiднi за структурою. Хiмiчний склад волокна лубоволокнистих рослин значно вiдрiзняеться вiд хiмiчного складу деревно! частини стебла. Луб'яш волокна мiстять бшьше целюлози й менше лiгнiну та пентозашв, шж костриця. Для луб'яних волокон потрiбне бiльш м'яке хiмiчне оброблення, нiж для видiлення целюлози з кострищ, тому з техшчних культур складно отримати яшсну целюлозу без значного зменшення мiцностi волокна.
У результата варiння целюлози неволокнисп кл1тини частково розчиняються, але за рахунок механiчного вкорочення волокон шд час перероблення та видування маси шсля варiння збiльшуеться к1льк1сть дрiбного волокна в целюлозi. Целюлоза, одержана з бавовняного лшта, складаеться лише з чистих трахе!дних волокон, а целюлоза з ялини складаеться на 90 % iз трахе!д i на 10 % з неволокнистих клiтин та дрiбного волокна. Букова целюлоза на 74 % складаеться iз склеренхiмних волокон i «нульового» волокна (15 % клiтин серцевинних промешв, 11 % судин). Солом'яна та очеретяна целюлоза шсля варшня мютить до 33 % дрiбних паренхiмних кл1тин, шматочк1в судин, клiтин ешдермюу й коротких склеренхiмних клiтин iз вузлiв. Через неоднорiднiсть целюлози ускладнюеться !! подальше
пеpеpoблення на етеpи та естеpи, тому ^и oдеpжaннi целюлoзи з листян^ пopiд велику увагу пpидiляють видаленню дpiбнoгo вoлoкнa. Видалення дpiбниx клггин i3 сoлoм'янoï целюлoзи, кpiм тдвищення ïï oднopiднoстi, спpияe ще й видаленню зoли.
Мopфoлoгiчнa стpyктypa oтpимaнoï целюлoзи залежить як вiд виду poслиннoï сиpoвини, так i вщ pежимy вapiння. Для вoлoкoн бaвoвни xapaктеpнa нaявнiсть пеpвиннoï та втopиннoï клiтиннoï стiнoк, як1 вiдpiзняються щльтстю poзтaшyвaння мiкpoфiбpил i ïx opieнтaцieю вздoвж oсi вoлoкнa пiд кутом 450 , щo e oдним iз вaжливиx фaктopiв, як1 впливають на pеaкцiйнy здaтнiсть целюлoзи. %му пiд час вapiння пoтpiбнo не тшьки видалити нецелюлoзнi дoмiшки, а й зpyйнyвaти та poзпyшити пoвеpxневi й пpипoвеpxневi шapи вoлoкнa.
У зв'язку з oбмеженiстю сиpoвиннoï бази Укpaïни, пiд час виpoбництвa целюлoзи для целюлoзнo-пaпеpoвoï пpoмислoвoстi нaйбiльш дoцiльнo викopистoвyвaти теxнiчнi кyльтypи та вiдxoди ïx пеpеpoбки [7]. йсильки кoнoплi мають oднi з нaймiцнiшиx poслинниx вoлoкoн (poзpивнa дoвжинa 3,3-6,0 км, тoдi як у бaвoвни вoнa стaнoвить 2,3-3,6 км), тo саме вoни викopистoвyються свiтoвoю целюлoзнo-пaпеpoвoю пpoмислoвiстю для oдеpжaння висoкoмiцнoгo пaпеpy.
Aнaлiз останшх дослiджень i публiкaцiй
З нayкoвo-теxнiчнoï лiтеpaтypи вiдoмo, щo в Aвстpaлiï з кoнoплянoï целюлoзи oдеpжyють спецiaльнi види пaпеpy для банктат, aкцiй, фiльтpiв, пaкетикiв для чаю, у США та Kaнaдi сoлoмy кoнoпель пеpеpoбляють у целюлoзy для виpoбництвa oфiснoгo, бaнкнoтнoгo, цигapкoвoгo па ropy та пaпеpy для aвiaпoшти, у Бpитaнськiй Koлyмбiï - для виpoбництвa емiсiйнoгo та дpyкapськoгo пaпеpy, в Сгипп - як склaдoвy кoмпoзицiï для вигoтoвлення piзниx видiв rn^py.
У Kaнaдi та Apгентинi, де виpoIцyють льoн i кoнoплi, з кoстpицi виpoбляють целюлoзy для opTO^ та oбгopткoвoгo пaпеpy.
Вiтчизнянa целюлoзнo-пaпеpoвa пpoмислoвiсть не викopистoвye кoнoплi як сиpoвинy для виpoбництвa целюлoзи, rnœpy та кapтoнy [8, 9]. У нашш кpaïнi кoнoплi завжди виpoщyвaли тiльки для пoтpеб текстильнoï пpoмислoвoстi.
У пpoцесi пеpвиннoгo пеpеpoблення ^тепель на вoлoкнo луб'яна вoлoкнистa частина (20 -28 % ввд маси стебла), вщщлжться вiд деpевнoï, yтвopюeться дoвге вoлoкнo, кopoтке вoлoкнo (83 -85 % ввд зaгaльнoгo виxoдy вoлoкнистoï маси) та кoстpиця, втвд якoï стaнoвить близькo 55 % ввд маси сoлoми. Kopoтке вoлoкнo й кoстpиця e вiдxoдaми виpoбництвa, тoмy виpiшення пpoблеми ïx пеpеpoблення та paцioнaльнoгo викopистaння e актуальним завданням сьoгoдення.
Oстaннiм чaсoм у ^aïrax Gвpoпейськoгo Coюзy дoвге й кopoтке вoлoкнo кoнoпель зaстoсoвyeться для виpoбництвa тканин та oдягy - 50 %, меблевoï oббивки - 13 %, шшт виpoбiв для дoмaшньoгo гoспoдapствa - 20 %, мшшв i кaнaтiв - 17 %. Зapaз кoнoпляне вoлoкнo викopистoвyeться в aвтoмoбiлебyдyвaннi такими кoмпaнiями, як AUDI, BMW, Opel, Saab Volkswagen. Пеpевaгoю röro e те, io плaстикoвi детaлi сaлoнy aвтoмoбiлiв не мoжyть бути yтилiзoвaнi, а детал1 з кoнoпляними вoлoкнaми внaслiдoк ïx бioлoгiчнoгo пеpеpoблення пеpетвopюються на гумус.
Ще oдним цiкaвим нaпpямкoм зaстoсyвaння вoлoкнa кoнoпель e медицина - для виpoбництвa пеpев'язyвaльниx мaтеpiaлiв i xipypгiчниx нитoк.
Iз кoнoплянoï' кoстpицi виготовляють кoстpoблoки та кoстpoплити для бyдiвництвa й меблевoï' пpoмислoвoстi, а татож пaливнi бpикети.
Ha сьoгoднi в У^аш експopтyeться майже все дoвге кoнoпляне вoлoкнo висoкoï якoстi. Kopoтке вoлoкнo iз зaкoстpиченiстю 10-24 % викopистoвyeться oбмеженo в текстильнiй пpoмислoвoстi для виpoбництвa мaлoцiннoï' пpoдyкцiï' - теxнiчниx тканин, мoтyзoк, шпагату. Зaлишoк вoлoкнa експopтyeться за демпiнгoвими цшами, oскiльки вiдсyтнi теxнoлoгiï' йoгo пеpеpoблення. Зaстoсyвaння кopoткoгo вoлoкнa ненapкoтичниx кoнoпель у целюлoзнo-пaпеpoвiй пpoмислoвoстi дасть мoжливiсть paцioнaльнo викopистoвyвaти вiдxoди кoнoплепеpеpoбниx зaвoдiв та oтpимyвaти вiтчизнянy сиpoвинy для пoтpеб yкpaïнськиx пiдпpиeмств. Завдяки висoкiй вpoжaйнoстi кoнoпель пopiвнянo з деpевинoю xвoйниx i листяниx пopiд деpев, великoмy вмiстy целюлoзи (майже 80 %) та низьтому вмiстy л^шну у вoлoкнi, а тaкoж вишким як1сним xapaктеpистикaм пaпеpy, вигoтoвленoгo на oснoвi кoнoплянoï целюлoзи (висoким шказникам бiлoстi, aбсoлютнoгo oпopy пpoдaвлювaнню та aбсoлютнoгo oпopy poздиpaнню), кoнoплi e кoнкypентoспpoмoжнoю сиpoвинoю для вигoтoвлення piзнoмaнiтниx видiв пaпеpy: цiннoгo, теxнiчнoгo фiльтpyвaльнoгo, цигapкoвoгo, дpyкapськoгo тoщo. Пaпip iз вoлoкнa кoнoпель вигoтoвляють у Krnaï, Iндiï, США, кpaïнax Пiвденнoï Aмеpики, Iспaнiï, Великoбpитaнiï' та iншиx деpжaвax. Пopiвнюючи piвень poзвиткy кoнoпляpствa та кoнoплепеpеpoблення в Укpaïнi з шшими деpжaвaми свiтy, неoбxiднo зазначити, io ця кyльтypa, маючи величезний штенщал, у нaшiй кpaïнi не викopистoвyeться в пoвнoмy oбсязi.
Ha бaзi iнститyтi лyб'яниx кyльтyp HAAH У^аши (м. Глyxiв Cyмськoï' oблaстi) ствopенi у^ашськими селекцioнеpaми Cенченкoм Г.I., Мигалем М.Д., Виpoвцем В.Г., Лaйкo I.M. та iн. ненapкoтичнi сopти ^тепель ,як1 виpoщyють у тaкиx деpжaвax, як Aвстpaлiя, Aвстpiя, Великoбpитaнiя, ^нада, Hiдеpлaнди, Hiмеччинa, Чеxiя, Фiнляндiя та ш. [1, 4, 5]. Завдяки виведенш yкpaïнськими
вченими бюлопчнш особливосп рослини, яка полягае у ввдсутносп психотропно! сполуки тетрапдроканнабшолу в сукупностi з високою продуктивною, технiчнi сорти конопель дозволили зберегти коноплярство в таких кра!нах, як Францiя, Росiя, Канада, Китай та вщродити галузь у вах без винятку економiчно розвинених кра!нах свiту.
Отже, свiтовий i вичизняний досвiд використання коноплесировини сввдчить, що вирощування й перероблення конопель знаходяться в Укра!нi у кризовому сташ, зумовленому вiдсугнiстю попиту на довге та коротке конопляне волокно на внутршньому споживчому ринку.
Виходу коноплепереробно! галузi з кризи можна досягти шляхом розроблення новiтнiх технологiй оброблення соломи та трести конопель, як дозволять отримувати волокно з новими технолопчними властивостями, що вiдповiдатимуть вимогам технологш !х подальшого використання в текстильнш, фармацевтичнiй, целюлозно-паперовш та шших галузях промисловостi.
Тому вдосконалення юнуючих технологiй одержання трести та розроблення ново! технологи мехашчного оброблення стебел трести конопель, яка сприятиме розширенню сфери застосування одержаного з не! волокна, е актуальним завданням галузь
Формулювання мети дослiдження
Метою даних експериментальних дослщжень е визначення придатносп основних складових ненаркотичних конопель для отримання рiзних целюлозних напiвфабрикатiв та подальшого застосування !х в композицшному паперi.
Викладення основного матерiалу дослвдження
Пiд час виробництва волокнистих нашвфабрикапв iз конопляно! сировини для целюлозно-паперово! промисловостi необхiдно враховувати !! хiмiчний склад, анатомiчну та морфолопчну будову, фiзико-механiчнi властивостi.
Характерною особливютю анатомiчно!' будови конопель е наявшсть луб'яного волокнистого та деревного шарiв. Перший шар становить 30-40 % вщ усього стебла, а другий - вщповщно 60-70 %. У луб'яному шарi розташованi найцiннiшi целюлозш волокна, !х вмiст дорiвнюе 60-70 %.
Хiмiчний склад конопляно! сировини, що потенцшно розглядаеться як сировина для отримання волокнистих напiвфабрикатiв, наведено в табл. 1.
Таблиця 1
Хiмiчний склад та довжина волокон конопляно'1 сировини_
Хiмiчний склад та довжина волокон Стебло Волокно
волокниста частина або луб деревна частина або костриця одержане з паренцево!трести
Целюлоза, % 66,0-70,4 37,1-39,4 65,1-68,5
Л^нш, % 3,7-6,0 21,0-32,9 5,0-7,5
Гемщелюлоза, % 7,0-7,4 18,9-21,2 3,5-4,5
Довжина волокон, мм 5,0-55,0 0,60-0,75 5,0-55,0
Як видно з даних табл. 1, хiмiчний склад волокна конопель значно в1дазняеться ввд хiмiчного складу костриц1. Луб'янi волокна мютять 66,0-70,4 % целюлози й до 6,0 % л^шну, а костриця мктить 37,1-39,4 % целюлози та 21,0-32,9 % лк-ншу.
Порiвняльний аналiз розмiрiв волокон, що мiстяться в луб'яному шар^ та волокон, яш розташованi в кострицi, сввдчить, що першi мають бiльшу довжину, i це зумовлюе !х природну мщшсть. Довжина луб'яних волокон коливаеться в межах 5,0-55,0 мм, а довжина волокон, що знаходяться в кострищ, становить 0,60-0,75 мм.
Таким чином, вщмшшсть у хiмiчному складi волокон та !х довжиш зумовлюе необхщшсть роздiлення цих двох фракцiй перед початком варшня конопляно! сировини, а також !х окремого використання для виготовлення рiзних за призначенням целюлозних нашвфабрикап.
Аналiз iснуючих вимог до тдготовки деревно! сировини для !! подальшого хiмiчного перероблення дозволив визначити найбшьш рацiональнi технологiчнi режими варшня конопляно! сировини [6, 10]. Шд час хiмiчного оброблення соломи й вiдходiв коноплезаводiв бiлими лугами як хiмiчнi реагенти застосовували: !дкий натр, !дкий натр i сульфiт натрш, !дкий натр i моносульфiт натрш. Варiння здiйснювали перiодичним методом в автоклавi при модулi ванни 1:8 i рН середовища 9-11. Залежно вiд ступеня хiмiчного та мехашчного оброблення рослинно! сировини були отримаш рiзнi волокнистi напiвфабрикати: деревна маса, натвцелюлоза, целюлоза.
Для одержання деревно! маси оброблення сировини здшснювали при температурi 5-95 °С протягом 30-60 хв, потiм вiдпрацьований розчин вщокремлювали, а отриманий волокнистий натвфабрикат додатково розмелювали.
Процес виробництва хiмiчно! деревно! маси iз соломи, короткого конопляного волокна та кострищ складаеться з таких основних операцш:
1. Сортування та рiзання сировини.
2. Приготування варильного розчину.
3. Хiмiчне оброблення варильним розчином.
4. Вщдшення вiд вщпрацьованого лугу.
5. Механiчний подiл на волокна.
6. Зневоднення та сушшня.
Виробництво напiвцелюлози складаеться з двох стадш оброблення: хiмiчного та мехашчного. Пiд час хiмiчного оброблення з недеревно! сировини видаляеться лiгнiн i гемiцелюлози, а в процесi мехашчного оброблення тд дiею гарячого розмелювання вiдбуваеться подiл на волокна. Варшня конопляно! сировини здiйснювали при температурi 90-180 °С протягом 1-3,5 годин. Технолопя варiння конопляно! сировини включае так1 операцi!:
1. Пiдготовка сировини.
2. Приготування варильного розчину.
3. Варшня.
4. Розмелювання при t = 90-100 °С.
5. Промивання маси.
6 Вщжимання до сухостi 60 % i бiльше.
7. Сортування.
Загальна схема виробництва целюлози з короткого волокна та конопляно! кострищ складаеться з таких стадш:
1. Шдготовка сировини (очищення кострищ ввд пилу та рiзання короткого волокна).
2. Приготування варильного розчину.
3. Замочування сировини у варильному розчиш протягом 24 год.
4. Промивання.
5. Очищення, зневоднення та сушшня.
Варшючи рН середовища на рiзних стадiях варшня, час i склад варильного розчину, можна отримати рiзнi волокнистi натвфабрикати з наперед заданими властивостями.
Результати варшня компоненпв конопляного стебла лужними способами наведенi в табл. 2 -5 .
Таблиця 2
Технолопчний режим варшня конопляно'1 кострищ натронним способом_
Режим варшня Склад варильного розчину Натвфабрикат
температура, оС тривалють, хв №ОН, г/л вихщ % категорiя натвфабрикату
5-95 30-60 20-30 85,1-90,3 д.м. i н.ц.
90-120 30-150 10-15 83,3-90,3 д.м. i н.ц.
120-140 180 15-30 80,1-70,7 н.ц.
160-170 180-300 30-40 59,5-69,7 н.ц. i ц.в.в.
170-180 180 45-50 37,0-43,0 ц.в.в.
180 180-300 20-40 58,5-52,4 ц.в.в.
180-190 60 60 62,5 ц.в.в.
180-190 120-140 50-60 32,5-34,7 ц.в.в.
Примггка: д.м. - деревна маса; н.ц. - натвцелюлоза; ц.в.в. - целюлоза високого виходу; ц.н.в. -целюлоза нормального виходу, н.ц.в.в. - натвцелюлоза високого виходу.
Таблиця 3
Режим варшня Склад варильного розчину Натвфабрикат
температура, оС тривалють, хв №ОН, г/л вихщ % категорiя натвфабрикат у
160-170 180-300 15-30 90,0-83,8 д.м. i н.ц.в.в.
180 180-300 30-40 81,2-75,7 н.ц.в.в. i н.ц.
180-190 300 50-60 72,3-70,1 н.ц.
180-190 120-300 70-80 69,5-66,8 н.ц.
180-190 180-240 80-100 65,2-62,1 н.ц.
180-190 180-300 100-110 63,1-60,1 н.ц.
Таблиця 4
Технолопчний режим варшня короткого конопляного волокна _натронним способом_
Режим варшня Склад варильного розчину Нашвфабрикат
температура, оС тривалють, хв NaOH, г/л вихщ % кaтегорiя нашвфабрикат у
120-140 180 15-30 85,2-75,1 н.ц.
160-170 180-300 30-40 65,1-70,5 н.ц.
170-180 180-300 20-40 60,5-57,4 ц.в.в.
170-180 180-240 45-50 45,1-43,7 ц.н.в.
180-190 120-240 50-60 35,7-38,6 ц.н.в.
Таблиця 5
Технолопчний режим варшня конопляно'1 соломи нейтрально-сульф^ним способом для _отримання волокнистих нашвфабрика^в_
Режим варшня Склад варильного розчину Нашвфабрикат
температура,°С тривалють, хв NaOH, NaSOs, г\л вихщ % кaтегорiя
160-170 180-300 20-10 78,4-82,4 н.ц.
160-170 180-300 30-20 72,1-76,6 н.ц.
160-170 180-300 40-30 72,3-70,1 н.ц.
180-190 180-300 40-15 60,5-64,1 ц.в.в.
180-190 180-300 40-30 62,2-60,1 ц.в.в.
180-190 180-300 50-20 56,5-50,1 ц.н.в.
Для дослщжень використовували солому сорту однодомних ненаркотичних конопель Золотошсьш 15. 1з соломи видшили луб та отримали паренцеве волокно в лабораторному aBTOKraBi АВК-3.
Варшня целюлози здшснювали в кислотостiйкому сталевому aвтоклaвi мiсткiстю 0,5 л у лабораторних умовах кафедри товарознавства,стандартизацй' та сертифжацп.
З метою перевiрки результатав лабораторних дослiджень у виробничих умовах було проведено серш випробувань в Украшському нaуково-дослiдному iнститутi паперу та в лaборaторiях ТОВ «Цюрупинська паперова компашя» .
Слiд зазначити, що одержана як натронним, так i нейтрально-сульфпним способом целюлоза пiсля розпускання в дезiнтегрaторi та промивання добре подмлася на пучки й окремi волокна. Целюлоза з виходом 60 % мае достатньо низький стушнь делiгнiфiкaцiï, що надал1 не повинно ускладнювати процес ïï вибiлювaння.
Залежно вiд умов i тривaлостi обробки складових конопляноï сировини рiзними хiмiчними реагентами при рiзних температурах и тиску в результата дел^нофжацп можна одержать волокнистi нaпiвфaбрикaти з рiзним к1льк1сним виходом, а саме: деревинна целюлоза, нашвцелюлоза, целюлоза нормального виходу та целюлоза високого виходу.
Одержання рiзних волокнистих нaпiвфaбрикaтiв з ненаркотичних конопель значною мiрою залежить вiд складових ненаркотичних конопель та способу делнтфшаци.
Для повного ощнювання якостi ненаркотично1' конопляноï сировини, а саме соломи та пaренцевоï трести конопель як вхвдно1" дослiджувaноï сировини для отримання целюлози, визначали 1'х фiзико-мехaнiчнi показники за ГОСТ 11008-64 «Солома конопляная. Технические условия» та ГОСТ 6729-60 «Треста конопляная. Технические условия». Волопсть зразюв вишрювали за стандартною методикою. Показники якоста сировини визначали за середньою вологiстю зразк1в: для зразшв лубу - 9,8 %; для паренцевого волокна - 10,2 %. У результата дослщжень було встановлено, що вмют лубу в соломi конопель у середньому дорiвнюе 40,7 %, а середне розривне навантаження лубу становить 36,7 кгс. Вщповщно середнiй вмiст паренцевого волокна в треста дорiвнюе 38,5 %, а розривне навантаження волокна в середньому становить 33,3 кгс.
Кшьшсть деревних домшок у вах зразках не перевищувала 1 %.
Перед проведенням досл^жень зразки подрiбнювaли до розмiрiв 15 -25 мм.
Температуру варшня постшно пiдтримувaли на рiвнi 170 °С упродовж прийнятого часу варшня.
Шсля термохiмiчного оброблення одержану целюлозу розпускали в лабораторному дезiнтеграторi, а попм промивали. Пiсля промивання отриману целюлозну масу вiджимали, висушували до постшно! маси та визначали загальний вихiд целюлози, який у середньому становив 60 %.
Вибiлювання здшснювали двома способами. Для першого способу застосовували так реагенти, як перекис водню, силжат, сода кальцинована, змочувач, для другого - перекис водню, силiкат, змочувач, хлористий магнiй
Показники якостi целюлози,одержано! з лубу та паренцового ненаркотичного конопляного волокна, наведено в табл.6.
Таблиця 6
Фiзико-мехашчш показники целюлози, одержано'1 з рiзних складових конопляно'1 сировини
(луб, волокно) нейтрально-сульфiтним способом
Фiзико-механiчнi показники целюлози Значення показник1в
луб волокно
1. Густина, г/см3 0,82 0,70
2. Розривна довжина, м 6294 6230
3. Абсолютний отр продавлюванню, кПа 393 349
4. Абсолютний отр роздиранню, мН 1280 2293
5. Злам, ч.д.п. 4076 4000
6. Бшизна, % 53,0 55,7
7.Ступень дел^нофжацп, од. Каппа 11.60 14,98
8.Повiтропроникнiсть л/(м2-с), при Др=200Па та Б=10 см2 630 690
Аналiзуючи фiзико-механiчнi показники одержаних зразшв, треба зазначити, що целюлоза, отримана нейтрально-сульфiтним способом iз показниками виходу 66,4-71,9 %, бшосп 53,0-55,7 %, ступеня дел^шфшаци 11,60-14,98 од. Каппа, опору на зламування 4000-4076 к.п.п. та опору роздиранню 1280-2293 мН, за своею яшстю не поступаються показникам целюлозу, одержано! з деревини.
Яшсш показники наведенi у табл. 6 сввдчать про високий показник повиропроникносп (630690), виготовленого волокнистого натвфабрикату як iз конопляного лубу,так i волокна.
В свою чергу, використання лубу, замiсть волокон конопель дозволить зменшити витрати на отримання целюлози високо! якостi, знизить собiвартiсть виготовлено! з не! продукцi!. До того ж, луб вважаеться збагаченою сировиною у порiвняннi iз соломою та трестою, а також вш легко висушуеться, пакуеться, транспортуеться i у повiтряно-сухому станi придатний до тривалого застосування.
Отриманий волокнистий натвфабрикат мае висок1 показники якостi. Висока мщшсть комплексних рослинних волокон обумовлена великою шльшстю елементарних волокон, з'еднаних у луб'яш пучки. Проте тд час виробництва паперу мiцнiсть волокон може не вплинути на мщшсть кшцевого продукту, якщо в процеа розмелювання вони не будуть роздшет на окремi, добре фiбрильованi волокна.
Враховуючи висок1 показники мiцностi, отриманий волокнистий натвфабрикат можна використовувати в композицп при виробництвi високомiцних, довговiчних i спецiальних видiв паперу. Однак для цього одержаному натвфабрикату необхщно надати вiдповiдного вигляду - вибiлити.
Осшльки луб'янi волокна конопель мiстять незначну к1льк1сть лiгнiну, а пiсля термохiмiчного оброблення отриманий матерiал мае стутнь делiгнiфiкацi! 11,60-14,98 од. Каппа, то целюлозу з таким вмютом Мгншу можна класифiкувати як легко вибiлювану.
Таким чином, виробничi випробування тдтверджують можливiсть одержання целюлози з ненаркотичних конопель (лубу та волокна). Виявлено, що отриманi зразки целюлози, особливо одержано! нейтрально-сульфпним способом, мають висош показники механiчно! мiцностi та повиропроникносп.
Висновки
На основi результатiв проведених дослiджень можна зробити висновок, що целюлоза, отримана з волокон i лубу ненаркотичних конопель, характеризуеться високим рiвнем фiзико-механiчних показник1в, як1 не поступаються показникам целюлози, одержано! з деревини, а за деякими параметрами навиъ перевершують !х. Така целюлоза може використовуватися для виготовлення рiзних видiв паперу, зокрема i спещальних: фiльтрувального,офiсного, друкарського, жиро- i вологостшкого тощо.
Крiм того, сучаснi селекцшш сорти ненаркотичних конопель характеризуються високою врожайшстю, тому !х використання дозволить виршити важливу екологiчну проблему збереження лiсiв.
Список використано'1 л^ератури
1. Выровец В.Г. Селекция и семеноводство конопли в Украине / В.Г. Выровец, В.П. Сытник, М. Орлов // Зб. наук. пр. - Глухiв, 1н-ту луб'яних культур УААН, 2000. - С. - 25-33.
2. Голобородько П.А. Льонарство та коноплярство: проблеми i перспективи / П.А. Голобородько,
B.П. Ситник, В.Г. Баранник: зб. наук. пр. «Селекщя, технолопя виробництва та первинно! переробки льону i конопель». - Глухiв: 1нститут луб'яних культур УААН, 2000. - С. 3-15.
3. Дейкун 1.М. Розробка технологш одержання лляно! целюлози для хiмiчно! переробки: дис. на здобуття наук. ступеня канд. техн. наук: 05.07.05 / Дейкун 1рина Михайл1вна. - К., 2005. - 171 с.
4. Пушкар Г.О. Проблеми формування асортименту товарiв з волокна конопель / Г.О. Пушкар, Б.Д. Семак // Вестник ХНТУ. - 2014. - № 4 (51). - С. 117 - 122.
5. Плязетдшов Р.Н. Розвиток наукових основ створення шновацшних технологш первинно! переробки луб'яних культур: дис. доктора техн. наук: 05.18.01 / Плязетдшов Рубшь Нуртдшович. - Херсон, 2009. - 255 с.
6. Лялша Н.П. Перспективш напрямки одержання еколопчно! продукцп х техшчних конопель / Н.П. Лялша, О.Ф. Богданова, Н.1. Резвих: материалы IX международной конференции [«Стратегии качества в промышленности и образовании»]: (Варна (Болгария), 31 мая - 7 июня 2013 г.). - Варна, 2013. - С. 29-32.
7. Богданова О.Ф. Анал1з конкурентоспроможносп та товарознавча оцшка продукцп шдприемств <^рми Акант+К» та «Велам» / О.Ф. Богданова, Н.П. Лялша, Н.1. Резвих // Товарознавчий вiсник: зб. наук. пр. Луцького нацюнального технiчного ушверситету. - Вип. 5. - Луцьк, 2012.-
C. 98.
8. Товарознавство i стандартизащя продукцi! безнаркотичних конопель: [монографiя] / [Чурсша Л.А., Богданова О.Ф., Лялша Н.П., Резвих Н.1.]; пiд ред. Л.А. Чурсшо!. - Херсон: ПП Вишемирський В.С., 2012. - 308 с.
9. Пашин Е.Л. Основы сельскохозяйственного производства конопли: [учеб. пособ.] / Е.Л. Пашин, Л.В. Пашина. - Кострома: КГТУ, 2004. - 47 с.
10. Шейченко В.О. До питання одержання лубоволокнисто! сировини з технiчних конопель / В.О. Шейченко, 1.О. Маринченко: зб. наук. ст. «Сшьськогосподарсьш машини». - Вип. 29-30. -Луцьк: ред.-вид. вщдш ЛНТУ, 2014. - С. 168-174.
