Облагораживание макулатуры в производстве бумаги





Скачать 493.24 Kb.
НазваниеОблагораживание макулатуры в производстве бумаги
страница1/4
Дата публикации03.12.2014
Размер493.24 Kb.
ТипАвтореферат
100-bal.ru > Химия > Автореферат
  1   2   3   4


На правах рукописи

Агеев Максим Аркадьевич



ОБЛАГОРАЖИВАНИЕ МАКУЛАТУРЫ

В ПРОИЗВОДСТВЕ БУМАГИ


05.21.03 – технология и оборудование химической переработки

биомассы дерева; химия древесины

Автореферат диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Екатеринбург – 2008

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Уральский государственный лесотехнический университет» на кафедре химии древесины и технологии целлюлозно-бумажных производств
Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Смолин Александр Семенович

доктор технических наук, профессор Руденко Анатолий Павлович

доктор химических наук Демин Валерий Анатольевич

Ведущая организация:

ГОУ ВПО «Архангельский государственный технический университет»


Защита состоится «14» ноября 2008 г. в 10-00 на заседании диссертационного совета Д 212.253.01 в ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет» по адресу: 660049, г. Красноярск, пр. Мира, 82.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Сибирского государственного технологического университета

Отзывы на автореферат в двух экземплярах просьба направлять в адрес ученого секретаря диссертационного совета

Автореферат разослан «____»_________________2008 г.


Ученый секретарь

диссертационного совета Исаева Е.В.

Актуальность работы

Анализ научно-технической литературы, данные иностранных фирм, рекламные материалы в период с 1994 по 2005 годы показывают, что бумага завтрашнего дня будет характеризоваться возросшим содержанием макулатурного волокна. Производство бумаги и картона из вторичных волокон растет быстрыми темпами, примерно в два раза быстрее, чем производство бумаги из свежих полуфабрикатов. Этому способствуют как экономические, так и экологические факторы.

Широкое использование макулатуры при производстве бумаги объясняется меньшей энергоемкостью и трудоемкостью, более низкими затратами на охрану окружающей среды, значительно более низкими капитальными затратами на строительство новых предприятий.

В то же время на пути широкого использования макулатуры имеется ряд проблем.

В ряду таких проблем наиболее важными являются более низкие бумагообразующие свойства макулатурных волокон, причем снижающиеся по мере числа циклов ее переработки. Многочисленные научные исследования и практика использования макулатуры показывает, что после трех-четырех циклов ее переработки вторичные волокна становятся непригодными для производства бумаги. Поэтому задача улучшения бумагообразующих свойств и сохранения их в процессах циклической переработки является актуальной.

Другой важной проблемой, тормозящей широкое использование макулатуры при производстве высококачественных видов бумаги, является отсутствие в России одной из самых перспективных технологий ее переработки, широко распространенной на Западе – облагораживания – и его основного процесса – флотации. Отсутствует оборудование и технологии облагораживания. Научно-технические публикации носят единичный и разрозненный характер. Отсутствуют теоретические исследования, позволяющие научно-обоснованно проводить расчеты флотации типографской краски и рационально проектировать оборудование.

Традиционное рассмотрение процесса флотации, в котором основное внимание уделяется физико-химическим основам формирования агрегата пузырек-частица, недостаточно для решения проблемы флотации типографской краски. Флотационная система волокно–частица краски–пузырек характеризуется довольно сложной гидродинамикой, которая совершенно не разработана. Все найденные нами работы рассматривают движение газового пузырька в дисперсной среде, подчиняющейся ньютоновскому реологическому закону, в то время как волокнистая суспензия обладает особыми реологическими свойствами. Она может находиться в двух состояниях: структурированном и диспергированном в зависимости от приложенных градиентов скоростей, концентраций, компонентного состава, степени разработанности волокна и т.д. и поэтому требует критического отношения к возможности использования сведений из гидродинамики чистой воды для расчета гидравлического режима процесса флотации типографской краски.

Таким образом, задача разработки технологии флотационного облагораживания макулатуры с целью использования ее для производства газетной и других печатных и упаковочных видов бумаги, разработка методики расчета флотации малых (безынерционных) частиц, а также гидродинамики процесса является актуальной и важной.

Изложенные в диссертации результаты получены в ходе выполнения работ по Федеральной целевой научно-технической программе «Исследования и разработка по приоритетным направлениям развития науки и техники гражданского назначения», подпрограмма «Комплексное использование древесного сырья», направление 02 – новые экологически чистые технологии, при выполнении проекта №980/6 по инновационной подпрограмме «Биологические системы, биотехнологические процессы и переработка растительного сырья, в ходе выполнения гранта для молодых ученых в области гуманитарных, естественных и технических наук (приказ Госкомвуза РФ №856 от 08.05.97 г., и во время полугодовой командировки в институт бумаги при техническом университете в г. Дармштадт (Германия) под руководством проф. Л. Гетчинга.

На основании изложенного вытекают цели и задачи работы:

Цель работы: разработать теоретические основы процесса облагораживания макулатуры с внедрением результатов работы в производство.

Задачи исследования:

  • Определить причины снижения бумагообразующих свойств вторичных волокон при многократном их использовании с учетом реологических характеристик, понятия «необратимого ороговения». Теоретически и экспериментально обосновать возможность их улучшения.

  • Обосновать гидродинамический режим процесса флотации, используя достижения отечественной школы гидродинамики волокнистых суспензий (О.А.Терентьев, И.Д.Кугушев и др.). Теоретически и экспериментально обосновать гидродинамический режим в ячейке флотатора.

  • Выявить закономерности акта взаимодействия малая частица-пузырек, оценить наиболее существенные факторы, влияющие на процесс флотации.

  • Предложить механизм отделения типографской краски от макулатурного волокна.

  • Практически реализовать результаты облагораживания макулатуры. Разработать рациональную технологическую схему облагораживания.

Научная новизна.

  • Расширены представления о причинах «необратимого ороговения», как следствия действия усадочных напряжений и образования низкомолекулярных монолитных пленок, и установлены возможности улучшения бумагообразующих свойств путем дополнительной технологической обработки.

  • Впервые применена теория растворов полимеров Флори и Хаггинса для объяснения улучшения бумагообразующих свойств макулатуры при ее дополнительной обработке горячим низкоконцентрированным водным раствором щелочи.

  • Показана полезность использования реологической модели поведения бумажного полотна в процессах высыхания-увлажнения с учетом представления о структурном стекловании.

  • Впервые рассмотрено движение пузырька воздуха в диспергированном потоке волокнистой суспензии низкой концентрации, и получены решения распределения скоростей и давлений.

  • Разработана модель флотации типографской краски, включающая набор дифференциальных уравнений в частных производных, хорошо согласующаяся с экспериментальными результатами.

  • Предложен механизм отделения типографской краски от волокон, основанный на реакции омыления жирных кислот, входящих в состав связующего краски.

Практическая значимость.

  • Предложена рациональная технологическая схема процесса облагораживания макулатуры, обеспечивающая реализацию принципа recycling.

  • Предложен метод расчета элементарного акта взаимодействия пузырек-частица на основе теории ДЛФО.

  • Предложен метод расчета гидродинамического режима ячейки флотатора, обеспечивающего максимальную производительность по извлекаемой краске.

  • Разработаны методы и приборы для автоматического измерения размеров пузырьков и частичек краски.

  • Показаны экологические и экономические преимущества использования облагороженной макулатуры.

  • Основные научные положения и практические решения нашли конкретное воплощение в учебном процессе при организации учебно-исследовательской и научной работы студентов, курсовом и дипломном проектировании, курсах лекций и издании методических пособий для студентов специальности 240406 Технология химической переработки древесины.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на ежегодных научно-практических конференциях: «Вклад ученых и специалистов в развитие химико-лесного комплекса» (г.Екатеринбург, УГЛТА 1997-1999 гг.); Восьмой международной конференции молодых ученых «Синтез, исследование свойств, модификация и переработка высокомолекулярных соединений» (г. Казань, 1996 г.); Первой региональной конференции «Роль инноваций в экономике Уральского региона» (г. Екатеринбург, 1998 г.); Международных научно-технических конференциях «Техноген» (г. Екатеринбург, 1997, 1998 гг.); Научно-техническом семинаре «Экологические проблемы промышленных регионов» (г. Екатеринбург, 1998 г.); Девятой Всероссийской студенческой научной конференции «Проблемы теоретической и экспериментальной химии» (г. Екатеринбург, УрГУ, 1999 г.); Международном симпозиуме «Техника и технология экологически чистых химических производств» (г. Москва, кафедра ЮНЕСКО Московской государственной академии химического машиностроения, 1997 г.), Международном симпозиуме Zellcheming-Expo-98, (Baden-Baden, Германия, 1998 г.), Международном научном симпозиуме студентов, аспирантов и молодых ученых «Молодежь и наука – третье тысячелетие (г. Москва, 1996 г.), V-ой Молодежной научной школе – конференции по органической химии (г. Екатеринбург, 2002 г.), II-ой Международной научно-практической конференции «Экология: образование, наука, промышленность и здоровье» (г. Белгород, 2004 г.), Всероссийской научно-практической конференции и выставке студентов, аспирантов и молодых ученых «Энерго и ресурсосбережение. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии УГТУ-УПИ (г. Екатеринбург, 2004 г.)

Достоверность результатов предопределяется корректностью физических, физико-химических, химических методов исследования и анализа, используемых в целлюлозно-бумажной промышленности, коллоидной химии, механике дисперсных систем, а также международных стандартных методах исследований флотационного облагораживания макулатуры, разработанных союзом производителей бумаги (PTS).
На защиту выносятся:

  • Теоретическое и практическое обоснование регулирования бумагообразующих свойств волокон макулатуры.

  • Методы расчета элементарного акта флотации малых частиц типографской краски и гидродинамического режима ячейки флотатора.

  • Аналитическая модель флотации типографской краски, включающая набор дифференциальных уравнений в частных производных.

  • Механизм отделения типографской краски от волокна.

  • Рациональная технология процесса облаграживания макулатуры.

  • Экономическая и экологическая оценка использования облагороженной макулатуры.

Структура и объем работы. Диссертация изложена на 423 страницах машинописного текста, содержит 25 таблиц, 116 рисунков. Список цитируемой литературы включает 237 наименований. В приложении представлены экономические расчеты, акты опытно-промышленных выработок, акты о внедрении НИР в учебный процесс.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы цели и задачи работы.

В первой главе представлена ретроспектива использования макулатуры в бывшем СССР, России и за рубежом. Также рассмотрено современное состояние использования макулатуры, приведены ресурсы макулатуры в России по регионам (рисунок 1), а также представлен глобальный мировой баланс переработки вторичного волокна. Представлена структура ассортимента продукции, производимой из макулатуры в России и в мире (рисунок 2).




Рисунок 1 – Суммарные ресурсы макулатуры по регионам России



А Б

Рисунок 2 – Структура ассортимента продукции, выпускаемой из макулатуры в России (А) и в мире (Б) в 2001 г.
Представлены перспективы использования вторичного волокна. Проведен анализ состояния оборудования и технологий по переработке макулатуры. Рассмотрены проблемы переработки макулатуры в зависимости от видов загрязнений. Поставлены задачи, которые необходимо решить в работе.

Регулирование бумагообразующих свойств

Большинством исследователей установлено, что бумагообразующие свойства вторичных волокон значительно хуже первичных. Экспериментальные исследования, проведенные нами, так же подтверждают эти результаты. На рисунках 3 и 4 представлены физико-механические показатели отливок из первичных и вторичных волокон при различных градусах помола.



Рисунок 3 – Зависимость физико-механических показателей первичных и вторичных волокон от степени помола
На рисунке 4 показано уменьшение степени набухания волокон и разрывной длины отливок после нескольких циклов обработки (роспуска, отлива и сушки). Видно, что самое большое снижение бумагообразующих свойств наблюдается после 1-го цикла обработки, а после последнего цикла – наименьшее.

Рисунок 4 – Зависимость свойств бумаги от числа циклов переработки
Наложение кривых разрывной длины и степени набухания при одинаковых циклах переработки показывает их симбатное изменение.

На рисунке 5 представлена обработка рисунка 4, позволяющая установить зависимость между разрывной длиной и степенью набухания для всех циклов переработки макулатуры как гидро-термообработанной, так и подверженной обычной переработке. На основе этого графика можно утверждать, что степень


Рисунок 5 – Влияние степени набухания волокна на разрывную длину
набухания оказывает существенное влияние на бумагообразующие свойства бумаги и что между набуханием волокна и разрывной длиной существует пропорциональная зависимость.

Большинство исследователей считают, что ухудшение бумагообразующих свойств и, в частности, разрывной длины связано с «необратимым ороговением» волокон, одним из объяснений которого Э.Л. Аким считает образование во время сушки бумаги нерастворимых в воде монопленок из гемицеллюлоз, препятствующих набуханию волокон макулатуры при повторной обработке. В этом случае повторное образование бумажного листа возможно только за счет создания новых поверхностей волокон, фибрилл и т.п., что реализуется только при усиленном размоле. Если первичные волокна обладали хорошо развитой удельной поверхностью (высокая степень помола), образование новых, свежих поверхностей происходит со значительными трудностями и только за счет дальнейшего измельчения волокон, при этом количество мелкого волокна с увеличением числа циклов переработки возрастает, а водоудерживающая способность, которая, по Кларку, может служить мерой способности волокон образовывать прочный бумажный лист, снижается. Таким образом, можно ожидать, что увеличение мелочи будет снижать бумагообразующие свойства волокон. Литературные данные о влиянии мелкого волокна, находящегося в бумажной массе, немногочисленны и носят противоречивый характер.

В нашей работе рассмотрено влияние мелочи, т.е. волокна, отделенного на фракционаторе с размером сетки №24, на бумагообразующие свойства бумаги из первичных и вторичных волокон. Для исследований использовали мелочь из молотой небеленой крафт-целлюлозы Новолялинского ЦБК, а также мелочь из распущенной и размолотой мешочной макулатуры.

Представленные на рисунке 6 результаты показывают, что добавление в макулатурную массу мелочи, отделенной путем фракционирования в предыдущем цикле переработки, повышает степень помола, которая косвенно характеризует водоудерживающую способность (набухание) волокон и разрывную длину бумажного листа из макулатуры.

Повышение степени помола и разрывной длины оказывается пропорциональным увеличению доли мелочи в макулатурной суспензии.


Рисунок 6 – Влияние мелкого волокна на разрывную длину и степень помола бумаги из макулатуры
Из рисунка 7 видно, что мелочь, полученная из молотой целлюлозы, имеет более высокую набухаемость, в то время, как мелочь из макулатурной массы имеет более низкую степень набухания.


Рисунок 7 – Зависимость набухаемости макулатурной массы от степени помола при содержании различной мелочи
Мелочь, извлеченная из макулатуры гидро-термообработанной по ниже приведенному режиму, имеет промежуточную степень набухания, это говорит о том, что часть монопленок, находящихся на поверхности волокон макулатуры, в растворе NaOH набухла и вместе с фибриллами отщепилась от волокон. Это подтверждает эффективность термообработки макулатуры в слабой щелочной среде. На рисунке 6 представлены результаты испытаний разрывной длины отливок из крафт-целлюлозы, макулатуры, обработанной и необработанной в зависимости от количества заданной мелочи.

Для того чтобы установить роль водонерастворимых монопленок, образующихся при сушке бумаги, в работе была проведена гидро-термообработка макулатуры в автоклаве при температуре 95 0С в присутствии 1,5 % NaOH в течение 30 мин. Результаты представлены на рисунке 4. Сравнение кривых на рисунке показывает, что бумагообразующие свойства гидро-термообработанной макулатуры значительно выше свойств волокон, распущенных традиционным способом. В работе была предпринята попытка теоретически объяснить растворение монопленок, препятствующих восстановлению поверхностей волокон и фибрилл в процессе роспуска, с помощью теории растворов полимеров Флори и Хаггинса.

Теория растворов полимеров Флори и Хаггинса предсказывает максимальное взаимодействие (растворение) при приблизительно равных величинах параметров растворимости полимера и растворителя. Параметр растворимости воды связан с плотностью энергии когезии и определяется по теплоте испарения.

Поскольку целлюлозу нельзя «испарить» без разложения, значение параметра растворимости для нее можно определить расчетным путем по инкрементам энергии отдельных атомов и групп атомов.

Расчеты, приведенные в диссертации, показывают, что параметры растворимости воды и целлюлозы совпадают с точностью до 5 % при условии взаимодействия с водой только гидроксильных групп глюкозидного звена. Это означает, что водородные связи между волокнами, фибриллами, микрофибриллами не препятствуют роспуску макулатуры, как это утверждается некоторыми исследователями.

С этих же позиций в работе рассмотрено взаимодействие с водой при повторном увлажнении макулатуры монопленок гемицеллюлоз, которые образовались на поверхности бумажного полотна в результате их растворения в горячей воде при сушке бумаги.

Используя данные А.А. Аскадского по инкрементам энергии отдельных атомов и групп атомов гемицеллюлоз (в качестве гемицеллюлоз взято одно соединение полисахаридов (пентозаны (С5H8O4)n), получили следующие результаты:

,

, .

Т.к. параметр растворимости воды равен гемицеллюлозные пленки, образованные на поверхности волокон, растворяться не будут. Это и подтверждается экспериментально, поскольку для набухания различных макулатур требуется очень большое время.

Для ускорения растворения монопленок на поверхности волокон и улучшения бумагообразующих свойств макулатуры в работе предлагается гидротермическая обработка не водой, а раствором щелочи, параметр растворимости которого наиболее близок к параметру растворимости монопленки. Для раствора NaOH в воде с концентрацией 1,5 % параметр растворимости равен . Т.е. расчеты параметра растворимости гемицеллюлоз (пентозанов) и 1,5 %-й щелочи показывают их удовлетворительную сходимость. Это может означать, что роспуск макулатуры и ее последующий размол осуществляется не только за счет образования свежих поверхностей, но и за счет разрушения образованных при получении бумаги водородных связей между волокнами, фибриллами и т.д., а также растворения образованных при сушке бумаги монопленок в горячем низкоконцентрированном водном растворе щелочи.

Мокрая целлюлоза находится в высокоэластическом состоянии, а сухая застеклована. При сушке целлюлозы происходит изменение физического состояния. Происходящее за счет удаления пластификатора (воды) стеклование целлюлозы осуществляется в условиях значительных усадочных напряжений.

Общеизвестно, что усадочные напряжения , возникающие в высыхающих гидрофильных системах, являются суммарной величиной ряда напряжений, отнесенных к соответствующей площади поперечного сечения абсолютно сухого вещества твердой фазы, образующей структуру (рисунок 8).

, (1)

где - сжимающее напряжение, обусловленное только поверхностным натяжением жидкости на периметре поперечного сечения испытуемого образца;

- напряжение капиллярных сил, действующих в плоскости поперечного сечения на линии пересечения всех встречающихся там менисков;

- напряжение упругого сопротивления структуры;

- напряжение когезионного и адгезионного взаимодействия в точках вторичных контактов, возникающих при сближении элементов структуры в процессе высыхания.

Возникновение и развитие усадочных напряжений в бумаге и картоне имеют существенные особенности. Литературные данные по этому вопросу крайне ограничены и противоречивы.

В связи с этим одной из важных задач, поставленных в диссертации, явилось рассмотрение вклада каждой составляющей усадочных напряжений в образовании структуры, прочностных показателей бумаги и картона и возможность перехода из застеклованного состояния в высокоэластическое и наоборот, и на основании этого объяснить причины возникновения явления «необратимого ороговения».

Первая составляющая усадочных напряжений вызывается силами поверхностного натяжения воды между отдельными структурными элементами бумажного полотна (волокна, фиблиллы, микрофибрилы и др.).

Усадка между волокнами проявляется в процессе сушки задолго до появления внутренней усадки (внутри волокна), так как в это время испаряется только капиллярная, свободная влага, пропорционально количеству которой изменяется величина усадки. Величина усадки характеризует плотность структуры и, следовательно, способность бумаги к повторному роспуску.


Рисунок 8 – Механическая модель действия молекулярных сил в высыхающих системах
Величина сжимающего напряжения на единице площади, обусловленного поверхностными натяжениями жидкости, определяется величиной периметра смачивания . Силы поверхностного натяжения действуют в межволоконном пространстве, стягивая волокна между собой, в результате чего расстояние между волокнами уменьшается. Для суспензий, состоящих из частиц различного размера (волокна, фибриллы, частицы наполнителя, клея и т.п.), очень сложно оценить размер частиц и пор. Поэтому в работе предлагается использовать величину удельной поверхности.

Удельная поверхность есть поверхность волокон, отнесенная к единице объема твердой фазы. Величина внешней поверхности волокон сильно зависит от их диаметра (толщины).

Из многочисленных способов определения удельной поверхности в работе использован метод Робертсона и Мэзона, основанный на принципе фильтрации через волокнистый слой.

, (2)

где - пористость;

- коэффициент фильтрации;

- вязкость.

Результаты определения удельной поверхности по формуле (2) и сжимающих напряжений представлены в таблице 1.

Сжимающее напряжение от поверхностного натяжения на единице поверхности рассчитано по формуле и действует до тех пор, пока в бумажном полотне имеется свободная вода, т.е. до сухости 65-70 %. После этого пленка воды разрывается, и сушка идет за счет удаления гидратной и капиллярной влаги.

Таблица 1 – Значение удельной поверхности сульфатной небеленой целлюлозы

Степень помола

, м23

, м/с

Сжимающее напряжение, МПа

20

40

60

80

1,1

5,1

12,0

16,0

0,730

0,630

0,110

0,085

0,065

0,300

0,710

0,960


По мере испарения жидкости в порах структуры образуются микромениски – вогнутые поверхности раздела жидкость – воздух, на которых, в соответствии с уравнением Лапласа , возникает скачок гидростатического давления – так называемое капиллярное давление, которое вызывает вторую составляющую усадочных напряжений - напряжения капиллярных сил.

В таблице 2 представлены расчеты величины напряжений в структурных единицах бумаги в зависимости от капиллярного давления.
Таблица 2 – Результаты расчетов изменения капиллярного давления

Размер капилляра, мкм

Содержание воды, %

30

25

20

15

10

5

30

Капил-лярные силы, МПа

0,03

0,04

0,05

0,06

0,10

0,20

2

0,50

0,57

0,73

1,00

1,50

3,40

0,2

4,70

5,40

7,30

10,30

14,00

34,00

0,01

94,79

111,60

140,61

186,72

285,20

570,30


Третьей составляющей усадочного напряжения является напряжение упругого сопротивления структуры , противодействующее остальным составляющим усадочных напряжений.

Используя представления о возникновении и развитии напряжений при воздействии на бумажное полотно сил поверхностного натяжения и капиллярных сил, поведение бумажного полотна во время сушки можно описать с помощью реологических моделей.

В первоначальный период сушки, когда в бумажном полотне находится свободная и капиллярная влага, волокна макулатуры находятся в высокоэластическом состоянии. В этот период сушки (до влажности 29 %) волокна, находясь в высокоэластическом состоянии, обладают низким модулем упругости и низкой вязкостью. Если процесс сушки в этот период идет настолько быстро, что в бумажном полотне за счет деформации волокон возникли напряжения, которые не успели отрелаксировать, и часть деформации волокон «заморозилась» за счет возникших с другими волокнами связей, то в этом случае мы имеем релаксирующую среду, которую можно описать реологической моделью Максвелла, (рисунок 9).




Рисунок 9 – Условное изображение модели Максвелла

Деформация пружины определяется уравнением

. (3)

Для идеально вязкой среды (среды Ньютона) – уравнением

. (4)

Для модели Максвелла напряжения в пружине и амортизаторе одинаковы, а деформация равна сумме деформаций этих элементов

. (5)

Дифференцируя уравнение (5) и подставляя значения из (3) и (4), получим

. (6)

При испытании модели Максвелла на релаксацию напряжения в бумажном полотне спадают во времени по экспоненциальному закону, стремясь при к нулю с постоянной времени , называемой временем релаксации.

В модели Максвелла существуют два различных механизма релаксации: механизм упругой релаксации и механизм течения. Относительное значение роли упругости и вязкости зависит не только от величин и , но также и от времени экспериментального исследования (шкалы времени эксперимента).

Записав уравнение (6) в форме

, (7)

, (8)

увидим, что если напряжение действует на модель Максвелла в течение времени , много больше, чем время релаксации (шкала времени модели) т.е. , то действие механизма вязкого течения будет сказываться намного больше, чем механизма упругости.

Из (8) при . Если , то действие механизма упругости сказывается значительно сильнее, чем действие механизма вязкости, что видно из (7), где при .

При испытаниях за короткий промежуток времени, когда экспериментальная шкала времени много меньше шкалы времени модели , модель Максвелла ведет себя как идеально упругое тело.

При очень длительных испытаниях модель Максвелла ведет себя как идеально вязкая жидкость. Когда же , наблюдается явно выраженное действие как механизма упругости, так и механизма вязкости (течения).

Физический смысл объяснения представленной реологической модели заключается в следующем: при высокой скорости сушки время сушки бумажного полотна уменьшается. Количество удаляемого пластификатора (воды) в единицу времени возрастает. В волокнах, наряду со скольжением друг относительно друга, возникают упругие деформации, препятствующие уплотнению бумажного листа. Релаксация напряжений в волокнах не успевает за удалением пластификатора. Поэтому к концу сушки (свободная влага полностью удалена, волокна из высокоэластического состояния перешли в застеклованное) напряжения упругого сопротивления возросли, и структура бумажного полотна получается рыхлая с большим содержанием пор и с низкой прочностью из-за сниженного количества контактов между волокнами. Процесс образования рыхлой и непрочной структуры еще более усиливается, если время релаксации велико.

По данным В.И. Комарова, для бумаги из сульфатной целлюлозы , а коэффициент вязкости . При переходе бумажного полотна из застеклованного состояния в высокоэластическое реологические свойства его существенно изменяются. Так, Э.Л. Аким, ссылаясь на G.M. Bryanta, указывает, что для целлюлозных материалов в воде величина модуля упругости составляет порядка 10 и вязкость порядка 104 . Учитывая, что между свойствами отливок и свойствами суспензии существует четкая корреляция, методом интерполирования можно оценить модуль упругости и коэффициент вязкости конкретного бумажного полотна для любой влажности.

При производстве мешочной бумаги на Новолялинском ЦБК время сушки при скорости буммашины 120 м/мин составляет 40 с. Время релаксации напряжений в застеклованном состоянии составляет с. Т.е. и из (7) получаем, что напряжения «замороженные» (засушенные) в структуре бумаги составляют: , где -относительная деформация бумажного полотна в сушильной части буммашины. При увлажнении такой бумаги «замороженные» упругие напряжения в волокнах способствуют роспуску бумаги на волокна. Таким образом, знание предыстории макулатуры позволяет прогнозировать способность ее к последующему роспуску при увлажнении, и, следовательно, позволяет регулировать бумагообразующие свойства путем дополнительного технологического воздействия.

Четвертой составляющей усадочных напряжений является напряжение когезионного и адгезионного взаимодействия в точках вторичных контактов, возникающее при сближении элементов структуры в процессе высыхания до расстояний 2,5-2,8 Å, связанном с образованием водородных связей.

Проведенные нами расчеты показали, что усадочные напряжения, возникающие в бумаге после высушивания, составляют .

Используя представления о целлюлозных волокнах как о природном полимере, применив понятие параметра растворимости теории растворов Флори и Хаггинса, в работе мы предложили обоснованную технологию обработки макулатуры для улучшения ее бумагообразующих свойств с помощью воздействия на нее слабым раствором щелочи при температуре его кипения в течение 30 мин. Результаты расчета параметра растворимости были представлены выше.
  1   2   3   4

Добавить документ в свой блог или на сайт

Похожие:

Облагораживание макулатуры в производстве бумаги iconПрограмма по формированию навыков безопасного поведения на дорогах...
Задача Один лист цветной бумаги стоит 2,37р, а другой 1,26р. Сколько стоят два листа бумаги? На сколько первый лист бумаги дороже...
Облагораживание макулатуры в производстве бумаги iconУчебное пособие для студентов среднего профессионального образования
Пластмассы находят применение не только в производстве товаров хозяйственного и культурно-бытового назначения, но широко используются...
Облагораживание макулатуры в производстве бумаги iconРабочая учебная программа дисциплины
Предметом изучения являются современные интенсивные плазмохимические технологии, применяемые в производстве или имеющие перспективы...
Облагораживание макулатуры в производстве бумаги iconРабочая учебная программа дисциплины
Предметом изучения являются современные интенсивные плазмохимические технологии, применяемые в производстве или имеющие перспективы...
Облагораживание макулатуры в производстве бумаги iconКоммерческое предложение на мини–заводы (паровые) по переработке макулатуры в туалетную бумагу
Ооо «Омский Бумажный Завод» отечественный производитель бумагоделательного оборудования
Облагораживание макулатуры в производстве бумаги iconПрограмма по формированию навыков безопасного поведения на дорогах...
Бумага. Свойства бумаги. Сгибание бумаги. Изготовление поделки «Бабушкин сундучок»
Облагораживание макулатуры в производстве бумаги iconПрограмма по формированию навыков безопасного поведения на дорогах...
Тема: Изготовление изделий из бумаги и картона. Моделирование из полосок бумаги. Аппликация «Подсолнухи»
Облагораживание макулатуры в производстве бумаги icon«О состоянии конкуренции на рынке газетной бумаги»
Министерства, а именно: Прикамским, Карельским, Коми, Южно-Сибирским и Нижегородским, провело исследование товарного рынка газетной...
Облагораживание макулатуры в производстве бумаги iconУрок-соревнование Тема: Закрепление знания о компонентах и результате действия сложения
Оборудование: Эмблемы «Пифагорики» и «Архимедики», цветные геометрические фигуры из бумаги, 2 плаката с числами, 4 полоски бумаги...
Облагораживание макулатуры в производстве бумаги iconПрограмма учебной дисциплины «Компьютерные технологии в науке и производстве приборов»
«Компьютерные технологии в науке и производстве приборов» является частью профессионального цикла дисциплин подготовки студентов...
Облагораживание макулатуры в производстве бумаги icon«Свойства, характеристика и область применения электроизоляционной бумаги»
Целью данной работы является исследование свойств, характеристик и области применения электроизоляционной бумаги
Облагораживание макулатуры в производстве бумаги iconПрограмма по формированию навыков безопасного поведения на дорогах...
Материал: изображение Государственного флага России; флажок; образцы-флажки нашей страны, выполненные из бумаги; большой лист бумаги...
Облагораживание макулатуры в производстве бумаги iconПрограмма по формированию навыков безопасного поведения на дорогах...
...
Облагораживание макулатуры в производстве бумаги iconПрограмма по формированию навыков безопасного поведения на дорогах...
Материалы и оборудование: компьютер, тетрадь, учебник, карандаши, листки бумаги для изготовления оригами, полоски цветной бумаги,...
Облагораживание макулатуры в производстве бумаги iconПрограмма по формированию навыков безопасного поведения на дорогах...
Оборудование: проектор, экран, компьютер, учебник М. Т. Студеникина «Основы светской этики» для 4 и 5 классов, большое сердце и маленькие...
Облагораживание макулатуры в производстве бумаги iconПрограмма по формированию навыков безопасного поведения на дорогах...
Цели урока: Обучать приёмам складывания бумаги на основе иллюстраций и описания каждого промежуточного этапа изготовления изделия;...


Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
100-bal.ru
Поиск