192
21 марта 2025
Основным источником целлюлозы является древесина. Это главный компонент удлиненных клеток, называемых волокнами. Волокна представлены фибриллами, структура которых представляет собой клеточные стенки, являющиеся основой механической прочности древесины и материалов из нее. Существует множество механических и/или химических процессов для выделения волокон из матрицы древесины, то есть создания древесной массы. Любая древесная масса содержит волокна разной длины, а также другие древесные элементы и фрагменты. Размеры варьируются от нескольких миллиметров (1-5 мм) (для длинных волокон) вплоть до коллоидных древесных смол размерами от 0,1 до 1 мкм. Самые маленькие компоненты называются «мелочью», которые обычно определяются как частицы волокнистой суспензии, которые могут проходить через отверстия определенного размера. Официальные стандарты предполагают отделение мелочи от длинноволокнистой фракции с помощью металлической плиты с круглыми отверстиями диаметром 76 мкм. Это соответствует наиболее часто используемому устройству, сетке номер 200, что соответствует 200 нитям на 1 погонный дюйм. Поэтому часто используется обозначение «фракция P200».
Рис. 1. Структура клеточной стенки
В зависимости от вида массы мелочь может содержать короткие волокна, фрагменты стенок волокон и др. Что отличает мелочь от растворенных и коллоидных субстанций, которые также проходят через сетку №200? С одной стороны, такие частицы удерживаются на фильтровальной бумаге, с другой стороны, их можно увидеть в оптический микроскоп. Некоторые авторы используют термин «целлюлозная мелочь», чтобы включить в это понятие коллоидный целлюлозный материал (иногда называемый микромелочь), исключая растворенные вещества и коллоидные древесные смолы.
В то же время неорганические пигменты, наполнители, латекс, кристаллы солей и осадки, которые также могут быть представлены в волокнистой суспензии в процессе производства бумаги и проходить через сетку номер 200, не считаются мелочью. Волокнистую массу также производят из растений, не только из деревьев (например, из джута, конопли, жмыха сахарного тростника или из пшеничной соломы). Эта масса также содержит огромное количество мелочи. Эта статья, однако, рассматривает только целлюлозную мелочь из древесины.
Большая доля бумажной массы используется для производства бумаги и картона. Некоторые исследования характеристик и взаимодействий мелочи сфокусированы на производстве вискозы, особенно на том, как удалить мелочь из этого процесса, но большинство исследований мелочи проведены в области производства бумаги и картона. Ранние всесторонние исследования часто имели отношение к мелочи из механической древесной массы. В результате последующие обзоры были сосредоточены на мелочи в механической массе, в которой эта фракция составляет 20-40 % в общей массе и является ключевой в механических характеристиках конечного продукта – бумаги. Мелочь механической массы обычно классифицируется по морфологии, она делится на волокнистые и неволокнистые материалы. Более поздние исследования показали, что существует взаимосвязь между формой мелочи и ее происхождением; волокнистые материалы имеют тенденцию образовываться позже в процессе производства бумажной массы.
В химической бумажной массе гораздо меньше мелочи, ее содержание от менее 1 процента до 15%. Ранние исследования мелочи в химической массе определили высокое содержание смол, следовательно, это означает необходимость удаления мелочи, особенно из сульфитной массы, чтобы избежать различных проблем в последующих процессах. В то время как мелочь является не обязательной частью процесса при производстве вискозы, в производстве бумаги мелочь играет существенную роль, особенно вторичная мелочь, которая образуется в процессе механического размола массы. Взаимодействие мелочи с другими компонентами в волокнистой суспензии является одинаково важным для оптимизации дозирования добавок и для формирования характеристик конечного продукта. Таким образом, мелочь оказывает воздействие на отбелку, удержание наполнителей, оборотную воду. Она способствует увеличению прочности и других характеристик листа.
Происхождение мелочи
Волокна выделяются из древесины и проходят определенные процессы перед тем, как превратиться в финальный продукт. Одновременно с этим образуется мелочь. Хотя первой точкой, где происходит возникновение мелочи является резка древесины в щепу, эта мелочь в значительной степени удаляется перед варкой целлюлозы с помощью разных типов сортирующего оборудования.
Термины «первичная мелочь» и «вторичная мелочь» обычно используются, чтобы описать фракции технической целлюлозы, но они также могут быть применены к разным типам бумажной массы: первичная мелочь - это та, которая возникает в первичном процессе варки целлюлозы, тогда как вторичная мелочь создается при дальнейшей разработке волокон, как например, в течение размола.
Образование мелочи в процессах химической варки целлюлозы
В процессе химической варки целлюлозы используется сравнительно небольшое механическое воздействие; по большей части, неповрежденные клетки отделены, и распределение конечной длины волокна такое же, как и в древесине. В результате здесь имеются немногочисленная первичная мелочь. Мелочь включает едва ли не любые волокнистые фрагменты, но по большей части лучевые клетки, и в случае с лиственной древесиной также сосуды, которые отделяются в процессе варки. Химическая целлюлоза из лиственной древесины содержит больше первичной мелочи, чем из хвойной, благодаря более сложной анатомии. После варки волокна становятся более лентовидными, чем волокна в механической массе, но они недостаточно гибкие, чтобы сформировать прочные бумажные листы; это достигается с помощью механической обработки, называемой размолом. Главные эффекты размола – это высвобождение мелочи, а также внутренняя и внешняя фибрилляция, некоторая деформация и укорочение волокон. Большая часть этой вторичной мелочи образуется в процессе предварительного размола. В крафт-целлюлозе первичная мелочь превышает по весу вторичную, хотя количество вторичной мелочи выше.
Образование мелочи при производстве механической массы
Существует два основных типа механической варки целлюлозы: первый – процесс производства механической массы, когда окоренные бревна измельчаются путем прессования об вращающийся каменный вал; в другом процессе, называемом рафинированием, древесная щепа измельчается между вращающимися дисками. Один из наиболее часто используемых типов размола на сегодняшний день, называемым термомеханической варкой целлюлозы, включает предварительную обработку щепы паром. Если в процесс предварительной обработки щепы включены химикаты, размягчающие лигнин, то это называется химико-термомеханическая масса. Во всех этих процессах значительная часть древесины превращается в мелочь. Фракция волокнистой суспензии, которая проходит через сетку номер 200, ниже в химикотермомеханической массе (20% и ниже); термомеханическая масса содержит около 30% мелочи, в то время как древесная масса содержит 30-40%.
Количество мелочи, образующееся в процессе производства термомеханической массы растет вместе со специфическим потреблением энергии и практически не зависит от породы древесины. В случае с древесной массой вид древесины влияет на содержание мелочи. Это имеет малое практическое значение, с тех пор как ель является преобладающим материалом для механического производства целлюлозы, особенно в процессе изготовления древесной массы.
Морфология мелочи
Морфология мелочи тесно связана с ультраструктурой древесины. Клетки, которые составляют большую часть целлюлозы как лиственной, так и хвойной древесины являются трахеидами или волокнами либриформа, соответственно. Стенки этих клеток содержат несколько слоев разной структуры и состава. Эти слои характеризуются плотностью и расположением целлюлозных микрофибрилл, и названы по порядку, в котором они сформированы по мере роста клетки. Соседние клетки соприкасаются со срединной пластиной, содержащей, по большей части, лигнин и всего несколько целлюлозных фибрилл. От срединной стенки к полости клетки окружены тонкой первичной стенкой, толстой вторичной стенкой, разделенной на слои S1 и S2, и тонкой третичной стенкой. Как можно увидеть на рисунке 1, фибриллы плотные и структурированные во вторичной стенке, что дает обоим слоям S1 и S2 пластинчатый вид. В зависимости от типа целлюлозы, мелочь может включать короткие волокна, волокна и фрагменты клеточной стенки, фибриллярный материал вторичной стенки и части срединной пластины. Слой, состоящий из трахеид или волокон либриформа, также содержит систему обмена водных растворов, к которой волокна присоединены с помощью разных типов пор в их стенках; например, окаймленными впадинами, которые представляют собой толстые центральные части некоторых пористых мембран. Поры также соединяют просветы соседних волокон. Части этой проводящей системы образованы мелкой фракцией: целыми или разрушенными сосудами, лучевыми клетками и другими паренхимными клетками.
Рис. 1. Структура клеточной стенки
В зависимости от вида массы мелочь может содержать короткие волокна, фрагменты стенок волокон и др. Что отличает мелочь от растворенных и коллоидных субстанций, которые также проходят через сетку №200? С одной стороны, такие частицы удерживаются на фильтровальной бумаге, с другой стороны, их можно увидеть в оптический микроскоп. Некоторые авторы используют термин «целлюлозная мелочь», чтобы включить в это понятие коллоидный целлюлозный материал (иногда называемый микромелочь), исключая растворенные вещества и коллоидные древесные смолы.
В то же время неорганические пигменты, наполнители, латекс, кристаллы солей и осадки, которые также могут быть представлены в волокнистой суспензии в процессе производства бумаги и проходить через сетку номер 200, не считаются мелочью. Волокнистую массу также производят из растений, не только из деревьев (например, из джута, конопли, жмыха сахарного тростника или из пшеничной соломы). Эта масса также содержит огромное количество мелочи. Эта статья, однако, рассматривает только целлюлозную мелочь из древесины.
Большая доля бумажной массы используется для производства бумаги и картона. Некоторые исследования характеристик и взаимодействий мелочи сфокусированы на производстве вискозы, особенно на том, как удалить мелочь из этого процесса, но большинство исследований мелочи проведены в области производства бумаги и картона. Ранние всесторонние исследования часто имели отношение к мелочи из механической древесной массы. В результате последующие обзоры были сосредоточены на мелочи в механической массе, в которой эта фракция составляет 20-40 % в общей массе и является ключевой в механических характеристиках конечного продукта – бумаги. Мелочь механической массы обычно классифицируется по морфологии, она делится на волокнистые и неволокнистые материалы. Более поздние исследования показали, что существует взаимосвязь между формой мелочи и ее происхождением; волокнистые материалы имеют тенденцию образовываться позже в процессе производства бумажной массы.
В химической бумажной массе гораздо меньше мелочи, ее содержание от менее 1 процента до 15%. Ранние исследования мелочи в химической массе определили высокое содержание смол, следовательно, это означает необходимость удаления мелочи, особенно из сульфитной массы, чтобы избежать различных проблем в последующих процессах. В то время как мелочь является не обязательной частью процесса при производстве вискозы, в производстве бумаги мелочь играет существенную роль, особенно вторичная мелочь, которая образуется в процессе механического размола массы. Взаимодействие мелочи с другими компонентами в волокнистой суспензии является одинаково важным для оптимизации дозирования добавок и для формирования характеристик конечного продукта. Таким образом, мелочь оказывает воздействие на отбелку, удержание наполнителей, оборотную воду. Она способствует увеличению прочности и других характеристик листа.
Происхождение мелочи
Волокна выделяются из древесины и проходят определенные процессы перед тем, как превратиться в финальный продукт. Одновременно с этим образуется мелочь. Хотя первой точкой, где происходит возникновение мелочи является резка древесины в щепу, эта мелочь в значительной степени удаляется перед варкой целлюлозы с помощью разных типов сортирующего оборудования.
Термины «первичная мелочь» и «вторичная мелочь» обычно используются, чтобы описать фракции технической целлюлозы, но они также могут быть применены к разным типам бумажной массы: первичная мелочь - это та, которая возникает в первичном процессе варки целлюлозы, тогда как вторичная мелочь создается при дальнейшей разработке волокон, как например, в течение размола.
Образование мелочи в процессах химической варки целлюлозы
В процессе химической варки целлюлозы используется сравнительно небольшое механическое воздействие; по большей части, неповрежденные клетки отделены, и распределение конечной длины волокна такое же, как и в древесине. В результате здесь имеются немногочисленная первичная мелочь. Мелочь включает едва ли не любые волокнистые фрагменты, но по большей части лучевые клетки, и в случае с лиственной древесиной также сосуды, которые отделяются в процессе варки. Химическая целлюлоза из лиственной древесины содержит больше первичной мелочи, чем из хвойной, благодаря более сложной анатомии. После варки волокна становятся более лентовидными, чем волокна в механической массе, но они недостаточно гибкие, чтобы сформировать прочные бумажные листы; это достигается с помощью механической обработки, называемой размолом. Главные эффекты размола – это высвобождение мелочи, а также внутренняя и внешняя фибрилляция, некоторая деформация и укорочение волокон. Большая часть этой вторичной мелочи образуется в процессе предварительного размола. В крафт-целлюлозе первичная мелочь превышает по весу вторичную, хотя количество вторичной мелочи выше.
Образование мелочи при производстве механической массы
Существует два основных типа механической варки целлюлозы: первый – процесс производства механической массы, когда окоренные бревна измельчаются путем прессования об вращающийся каменный вал; в другом процессе, называемом рафинированием, древесная щепа измельчается между вращающимися дисками. Один из наиболее часто используемых типов размола на сегодняшний день, называемым термомеханической варкой целлюлозы, включает предварительную обработку щепы паром. Если в процесс предварительной обработки щепы включены химикаты, размягчающие лигнин, то это называется химико-термомеханическая масса. Во всех этих процессах значительная часть древесины превращается в мелочь. Фракция волокнистой суспензии, которая проходит через сетку номер 200, ниже в химикотермомеханической массе (20% и ниже); термомеханическая масса содержит около 30% мелочи, в то время как древесная масса содержит 30-40%.
Количество мелочи, образующееся в процессе производства термомеханической массы растет вместе со специфическим потреблением энергии и практически не зависит от породы древесины. В случае с древесной массой вид древесины влияет на содержание мелочи. Это имеет малое практическое значение, с тех пор как ель является преобладающим материалом для механического производства целлюлозы, особенно в процессе изготовления древесной массы.
Морфология мелочи
Морфология мелочи тесно связана с ультраструктурой древесины. Клетки, которые составляют большую часть целлюлозы как лиственной, так и хвойной древесины являются трахеидами или волокнами либриформа, соответственно. Стенки этих клеток содержат несколько слоев разной структуры и состава. Эти слои характеризуются плотностью и расположением целлюлозных микрофибрилл, и названы по порядку, в котором они сформированы по мере роста клетки. Соседние клетки соприкасаются со срединной пластиной, содержащей, по большей части, лигнин и всего несколько целлюлозных фибрилл. От срединной стенки к полости клетки окружены тонкой первичной стенкой, толстой вторичной стенкой, разделенной на слои S1 и S2, и тонкой третичной стенкой. Как можно увидеть на рисунке 1, фибриллы плотные и структурированные во вторичной стенке, что дает обоим слоям S1 и S2 пластинчатый вид. В зависимости от типа целлюлозы, мелочь может включать короткие волокна, волокна и фрагменты клеточной стенки, фибриллярный материал вторичной стенки и части срединной пластины. Слой, состоящий из трахеид или волокон либриформа, также содержит систему обмена водных растворов, к которой волокна присоединены с помощью разных типов пор в их стенках; например, окаймленными впадинами, которые представляют собой толстые центральные части некоторых пористых мембран. Поры также соединяют просветы соседних волокон. Части этой проводящей системы образованы мелкой фракцией: целыми или разрушенными сосудами, лучевыми клетками и другими паренхимными клетками.
Для иллюстрации использовано фото Freepik
