Влияние породного состава и параметров сульфатной варки на прочностные и деформационные характеристики лиственной сульфатной целлюлозы Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

УДК 676.16

М.Е. Романов, Т.А. Королева, \В.И. Комаров, Л.А. Миловидова

Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова

Королева Татьяна Алексеевна родилась в 1974 г., окончила в 1996 г. Архангельский государственный технический университет, доцент кафедры информатики Северного (Арктического) федерального университета имени М.В. Ломоносова. Имеет около 20 печатных работ в области отбелки сульфатной целлюлозы.

E-mail: tataak@mail.ru

Миловидова Любовь Анатольевна родилась в 1946 г., окончила в 1970 г. Архангельский лесотехнический институт, кандидат технических наук, доцент кафедры технологии ЦБП Северного (Арктического) федерального университета имени М.В. Ломоносова. Имеет более 100 печатных трудов в области производства беленых волокнистых полуфабрикатов. E-mail: lmilovidova@mail.ru

ВЛИЯНИЕ ПОРОДНОГО СОСТАВА И ПАРАМЕТРОВ СУЛЬФАТНОЙ ВАРКИ НА ПРОЧНОСТНЫЕ И ДЕФОРМАЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЛИСТВЕННОЙ СУЛЬФАТНОЙ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ

Исследовано влияние увеличения доли березовой древесины в составе древесного сырья при сульфатной варке на прочностные и деформационные характеристики лиственной сульфатной целлюлозы.

Ключевые слова: лиственная беленая целлюлоза, сульфатная варка, прочностные и деформационные характеристики целлюлозы.

Технология производства лиственной беленой целлюлозы с включением ступени кислородно-щелочной обработки позволяет использовать целлюлозу после варки с числом каппа 17...19. Результаты представленной исследовательской работы показали, что такой уровень числа каппа целлюлозы может быть получен по нескольким режимам варки (табл. 1) при использовании в качестве сырья смеси древесины березы и осины в соотношении 70:30. Для всех приведенных режимов варки не было выявлено ухудшения избирательности варочного процесса.

Для более полной оценки качества образцов целлюлозы (масса 1 м отливки -75 г, степень помола - 30° ШР) были определены фундаментальные, прочностные и деформационные характеристики. Результаты экспериментов приведены в табл. 2 и на рис. 1, 2.

Таблица 1

Режимы варки лиственной древесины (соотношение березы и осины 70:30)

Параметры варки

№ Концентрация Температура, Продолжительность

режима варки варочного щелока, г/л °С стоянки, мин

1 58 153 80

2 156 60

3 156 80

4 159 40

5 159 60

6 60 153 60

7 156 40

8 62 156 40

Рис. 1. Влияние режимов варки на фундаментальные (а, в, д) и прочностные (б, г, е) свойства лиственной сульфатной целлюлозы: а - нулевая разрывная длина, б - разрывная длина, в - силы связи, г - сопротивление раздиранию, д - плотность отливки, е - сопротивление продавливанию

Как видно из представленных данных, все образцы целлюлозы имели высокий уровень значений сил связи ^св, характерный для лиственной целлюлозы. Четкой зависимости изменения этого показателя от условий варки в данном случае не прослеживается. Можно отметить лишь некоторое снижение ^св для образца целлюлозы, полученного при варке с начальной концентрацией активной щелочи 62 г/л в ед. №20 и температуре варки 156 °С.

Повышение температуры варки до 156 °С при начальной концентрации активной щелочи 60...62 г/л (табл. 2, режимы 7, 8 ) и проведение варки при начальной концентрации активной щелочи 58 г/л и температуре 159 °С (режим 5) сопровождается некоторым снижением прочности волокна

Рис. 2. Влияние режимов варки на деформационные свойства лиственной сульфатной целлюлозы: а - энергия разрушения, б - жесткость при разрушении, в - разрушающее напряжение, г - начальный модуль упругости

Снижение разрывной длины Ь зафиксировано только для образцов целлюлозы, полученных при варках на температуре 156 °С с высокой концентрацией активной щелочи 60 и 62 г/л и на максимальной температуре 159 °С с начальной концентрацией активной щелочи 58 г/л. Для остальных образцов целлюлозы изменение разрывной длины находилось в пределах ошибки определения.

Изменение сопротивления раздиранию и продавливанию также было незначительным и находилось в пределах ошибки определения, изменение деформационных характеристик - в пределах установленных ошибок эксперимента.

Некоторое снижение начального модуля упругости Е\ и жесткости при растяжении зафиксировано только для образцов, полученных при проведении варки на температуре 156 °С и начальной концентрации активной щелочи 60 и 62 г/л в ед. Na2O. Для этих же образцов, снижается и разрывная длина. Заметное повышение начального модуля упругости Е\ для целлюлозы, полученной при варке на температуре 156 °С, начальной концентрации активной щелочи 58 г/л и максимальной продолжительности стоянки 80 мин (режим 3), можно объяснить повышением плотности отливки р и, следовательно, снижением ее толщины. Этот факт подтверждается снижением сопротивления продавливанию Яа.

Таблица 2

Влияние условий варки на характеристики лиственной сульфатной целлюлозы

Параметры варки Вязкость, мл/г Фундаментальные свойства Деформационные свойства Прочностные свойства

№ режима варки Концентрация варочного щелока Ыа20, г/л Температура, °С Продолжительность стоянки, мин Число каппа ¿0, м Рщ. МПа Р, г/см3 Ей МПа ТЕА, Дж/м2 % МПа кН/м м мН По, кПа

1 2 3 4 5 6 7 8 СКО 58 60 62 153 156 156 159 159 153 156 156 80 60 80 40 60 60 40 40 17,6 18,9 18,1 18,3 17,5 17,5 17,2 16,2 950 950 1000 1100 900 1000 1100 1100 50 17000 16700 16700 16000 15600 16500 13600 13600 1000 3,53 4,20 4,17 3,85 3,51 4,32 3,73 3,45 0,82 0,83 0,85 0,85 0,84 0,83 0,84 0,82 6600 6600 7600 6700 6800 6400 6400 250 103 109 120 126 127 113 115 7 2,56 2,61 2,73 2,85 2,70 3,18 2,80 0,20 72,8 73,2 75.0 75.2 78.1 69.3 68,7 3,0 570 580 620 580 580 540 540 21 8600 8800 9100 8900 8300 8600 8300 8200 350 340 400 340 410 350 350 350 350 50 690 730 700 730 714 610 630 680 50

Примечание, ¿о - нулевая разрывная длина; - силы связи; р - плотность отливки; Е\ - начальный модуль упругости; ТЕА - энергия разрушения образца; Б, - жесткость при растяжении; стр - разрушающее напряжение; ер - деформация; - разрывная длина; /?а - сопротивление раздиранию; По - сопротивление продавливанию.

С ростом начальной концентрации активной щелочи уменьшается и жесткость при растяжении

Таким образом, при проведении варки лиственной щепы, содержащей 70 % березы и 30 % осины, в интервале температур 153... 159 °С и при начальной концентрации активной щелочи 58 г/л в ед. для образцов целлюлозы с числом каппа 17.19 отсутствует влияние изменения условий варки на фундаментальные, деформационные и прочностные характеристики. Некоторое снижение прочности волокна, разрывной длины и некоторых деформационных характеристик (Е\, Л',) происходит при одновременном повышении температуры варки до 156 °С и начальной концентрации активной щелочи до 60.62 г/л.

Поступила 13.04.11

M.E. Romanov, T.A. Korolyova, \V.I. Komarov, L.A. Milovidova

Northern (Arctic) Federal University named after M.V. Lomonosov

The Effect of Species Selection and Kraft Pulping Parameters on Strength and Deformation Characteristics of Hardwood (HW) Pulp.

The effect of birchwood on strength and deformation characteristics in the process of kraft pulping has been investigated.

Keywords: hardwood, bleached pulp, kraft pulping, strength and deformation characteristics of pulp.