Комплексная оценка свойств волокон и межволоконных взаимодействий в структуре целлюлозных материалов

• Автор: Дернов, Александр Игоревич
• Шифр специальности: 05.21.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Архангельск
• Количество страниц: 135 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
1.1 Фундаментальные свойства волокон целлюлозных полуфабрикатов: виды, особенности, методы определения
1.2 Оценка прочности целлюлозных волокон - прямые методы испытаний
1.3 Оценка прочности волокон в структуре целлюлозно-бумажных материалов. Косвенные методы испытаний
1.4 Выводы по обзору литературы и постановка задач эксперимента
2 МЕТОДИКИ ЭКСПЕРИМЕНТА
2.1 Химический анализ волокнистых полуфабрикатов
2.2 Определение структурно-морфологических характеристик волокна
2.3 Фракционирование полуфабрикатов в лабораторных условиях
2.4 Изготовление образцов и подготовка их к испытаниям
2.5 Определение когезионной способности волокон
2.6 Определение стандартных показателей механической прочности
2.7 Получение и математическая обработка кривой зависимости "напряжение-
деформация"
2.8 Определение собственной прочности волокон
2.9 Определение вязкости разрушения образцов полуфабрикатов
2.10 Метрологические характеристики лабораторного оборудования
2.11 Статистическая обработка результатов исследований
3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
3.1 Исследование прочности волокон и межволоконных взаимодействий в структуре целлюлозных материалов из различных полуфабрикатов
3.2 Оценка и взаимосвязь свойств волокон в структурированном и неструктурированном состояниях

3.3 Взаимосвязь свойств волокон в структуре с физико-механическими характеристиками целлюлозных материалов
3.4 Влияние длины волокон на формирование структуры и физикомеханические характеристики целлюлозных материалов
3.5 Анализ изменения свойств волокон в структуре целлюлозного материала с позиций контроля технологического процесса
3.5.1 Общие положения
3.5.2 Влияние технологических процессов на комплекс свойств волокон лиственной сульфатной беленой целлюлозы
3.5.3 Влияние технологических процессов на комплекс свойств волокон хвойной беленой целлюлозы
4 ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
В условиях современного целлюлозно-бумажного производства, характеризующегося непрерывностью процессов и высокотоннажностью выпуска продукции, задачи многостороннего, объективного и оперативного контроля свойств полуфабрикатов на всех стадиях технологической цепочки являются приоритетными. Своевременное выявление возникающих проблем и их устранение служит гарантией получения продукции требуемого и регулируемого качества.
Традиционные подходы к оценке качества при производстве целлюлозы, бумаги и картона базируются на использовании периодического отбора образцов с их последующим анализом с помощью отдельных специальных методов. Эти методы зачастую отличаются при получении полуфабрикатов и при выработке готовой продукции, что не позволяет корректно сопоставлять результаты измерений и принимать оперативные меры по регулированию и оптимизации технологических параметров. Устранение подобного дисбаланса возможно лишь на основе комплексного подхода, позволяющего на всех стадиях производства, - от выделения волокон из древесины до формирования структуры бумаги или картона - помимо общепринятых стандартных методов использовать универсальный способ комплексной оценки фундаментальных свойств целлюлозных волокон.
Таким образом, практическая реализация указанного подхода требует упрощения процедуры оценки параметров структуры целлюлозных материалов, повышения универсальности и точности проводимых исследований и измерений (в том числе в производственных условиях) и является перспективной с точки зрения получения новых знаний и актуальной для практического применения.
Целью настоящей диссертационной работы является исследование совокупности параметров, характеризующих прочность, геометрические размеры и межволоконные взаимодействия в структуре как универсальных критериев оценки и регулирования свойств волокон целлюлозы в технологических процессах.
Для реализации поставленной цели сформулированы следующие задачи.
1. Проанализировать основные разновидности целлюлозных полуфабрикатов с позиций количественного ранжирования прочности волокон в структуре материала.

2 МЕТОДИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
2.1 Химический анализ волокнистых полуфабрикатов
Определение содержания целлюлозы в волокнистом полуфабрикате проводили азотно-спиртовым методом (методом Кюршнера), описанным в [168].
Определение содержания легкогидролизуемых полисахаридов в волокнистом полуфабрикате проводили с помощью кипячения его воздушно-сухой навески с 2 %-ным раствором НС1 по методике, представленной в [168]. Определение массовой доли редуцирующих веществ в гидролизатах проводили эбулиостатическим методом, представленным в [168].
Содержание остаточного лигнина в образцах различных видов целлюлозы находили методом спектроскопии диффузного отражения в ультрафиолетовой области. Образцы целлюлозы готовили в виде лабораторных отливок. УФ-спектры отражения записывали на спектрофотометре ЦУ-ЗбОО (компании 5Штаски) с применением интегрирующей сферы ЬШТ-ЗЮО и сравнивали с образцом с известным содержанием лигнина, определявшимся с помощью стандартной методики согласно ГОСТ 11960-79 [169].
Предварительно проводили калибровку прибора с применением стандартного образца ВаБСД Далее записывали спектр диффузного отражения для образца сравнения при диапазоне волн 240...800 нм с разрешением 1 нм и конвертировали его в единицы Кубелки-Мунка пропорциональные оптической плотности (рисунок 2.1), используя встроенную функцию программного обеспечения прибора, по уравнению
уАМД. (2.1)
2Ям у
где Ям — абсолютное диффузное отражение;
/3- коэффициент поглощения;
5- коэффициент рассеяния света.