Особливості властивостей бавовняної целюлози
Читайте також:
|
У волокнах насіння бавовнику целюлоза міститься у найбільш чистому вигляді. Тому характер змін хімічного складу та фізико-хімічних властивостей целюлози в процесі її синтезу у природі найбільш детально вивчений на прикладі формування целюлози в однорічних рослинах, особливо у бавовняному волокні.
Встановлено наявність у бавовняному волокні значних кількостей пектинових речовин у початковій стадії зростання та поступове убування їх у подальші періоди зростання.
Паралельно збільшенню вмісту целюлози у волокні змінюються механічні та фізико-хімічні властивості волокна:зменшується розчинність у лугу та підвищується міцність [4].
На малюнку 1.1 зображені мікрофотографії волокна сульфатної целюлози та кручених волокон бавовняної целюлози середньої довжини.
а – волокна сульфатної целюлози;
б – кручених волокон бавовняної целюлози середньої довжини.
Малюнок 1.1 – Мікрофотографії волокна сульфатної целюлози та кручених волокон бавовняної целюлози середньої довжини.
Як видно з мікрофотографії, волокна з сульфатної білої целюлози є прямими і плоскими, в той час як волокна бавовняної целюлози мають вигляд скручених стрічок (малюнки 1 і 2). Аналіз хімічного складу показав, що вибілена сульфатна целюлоза містить 91,8% -целюлози і близько 14% геміцелюлоз. На відміну від целюлози, бавовняна целюлоза майже не містить геміцелюлоз, а кількість -целюлози в ній досягає 98,5% (таблиця 1) [1].
Таблиця 1.1 - Хімічний склад волокон целюлози
| Характеристики | Сульфатна целюлоза | Бавовняна целюлоза |
| α-целюлоза, % | 91,8 | 98,5 |
| Геміцелюлози, % | 14,3 |
Значення поперечного розміру (L) та довжини (I) кристалітів, ступеня кристалічності (X) та частки аморфних областей (Y) у целюлозних зразках показані в таблиці 2.
Таблиця 1.2 - Характеристики кристалічної структури целюлозних зразків
| Зразок | Х | У | L,нм | I,нм |
| Деревна целюлоза | 0,63 | 0,37 | 6,7 | |
| Бавовняна целюлоза | 0,70 | 0,30 | 7,5 |
Як видно з таблиці 1.2 бавовняна целюлоза має більш впорядковану кристалічну структуру, ніж сульфатна біленацелюлоза.
У таблиці 1.3 представлена технічна характеристика бавовняної целюлози (з бавовняного волокна та бавовняного лінту) порівняно з вибіленою листяною та хвойною целюлозою [7].
Таблиця 1.3 - Технічна характеристика бавовняної целюлози
| Значення показників для: | |||
| Найменування показників | Біленої листяної целюлози | Біленої хвойної целюлози | Біленої бавовняної целюлози |
| Вміст целюлози, % | 80 – 90 | 85 – 90 | більше 93 |
| Ступінь полімеризації | 500 – 900 | 600 – 1100 | 300 – 1500 |
| Ступінь полімеризації целюлози в кристалічній частині | приблизно 100 – 200 | приблизно 300 | |
| Ступінь кристалічності, % | приблизно 0,60 | приблизно 0,70 | |
| Зміст геміцелюлоз, % | 10 – 15 | 15 – 25 | практично відсутні |
| Зміст залишкового лігніну, од. | менше 1 | менше 1 | Відсутнє |
| Вміст екстрактивних речовин, % | менше 0,1 | менше 0,1 | менше 0,1 |
| Зольність, % | 0,2 – 0,3 | 0,1 - 0,2 | менше 0,1 |
З таблиці 1.3 можна зробити такі висновки:
– завдяки тому, що бавовняна целюлоза містить велику міру кристалічності, ступінь полімеризації в кристалічних областях, то вона менше схильна в процесі старіння в порівнянні з деревними видами целюлози. Таким чином, папір, отриманий з бавовняної целюлози буде мати різні властивості міцності;
– практична відсутність лігніну та екстрактивнихречовин є перевагою бавовняної целюлози. У той же час у порівнянні з деревними білі целюлозами, а так само целюлоз з досить високими лужним резервом вплив на властивість паперу незначне;
- Початковий ступінь полімеризації бавовняної целюлози значною мірою залежить від сировинного джерела та способу її виробництва. Перевага має бути віддана целюлозі з високим початковим ступенем полімеризації [7].
Хімічний склад бавовняних волокон (у сухому вигляді) різних сортів представлений у таблиці 1.4 [6].
Таблиця 1.4 - Хімічний склад бавовняних волокон (у сухому вигляді)
| Компоненти | Сорт «Pima» | Сорт «Acala» | Гібридний сорт |
| Целюлоза, % | 96,4 | 94,3 | 94,5 |
| Пектин, % | 0,8 | 2,2 | 1,6 |
| Протеїн, % | 1,2 | 1,4 | 1,5 |
| Екстракти, % | 0,5 | 0,6 | 0,7 |
| Зольність речовини, % | 1,1 | 1,5 | 1,7 |
| Лігнін |
Як видно з таблиці 1.4, у волокон сорту «Pima» найбільш упорядкована надмолекулярна структура.
Структурні характеристики бавовняних волокон наведено у таблиці 1.5.
Таблиця 1.5 – Структурні властивості бавовняних волокон
| Характеристики | Сорт «Pima» | Сорт «Acala» | Гібридний сорт |
| X,% | |||
| H,нм | |||
| L,нм | |||
| a,нм | 0,788 | 0,790 | 0,789 |
| b,нм | 0,818 | 0,819 | 0,818 |
| c,нм | 1,034 | 1,034 | 1,034 |
| y° | 96,2 | 96,1 | 96,1 |
| Pcr, г/см³ | 1,624 | 1,618 | 1,622 |
| Po, г/см³ | 1,57 | 1,56 | 1,57 |
| Kor | 0,96 | 0,88 | 0,94 |
Як очевидно з таблиці 1.5 бавовняне волокно має високий рівень кристалічності – 66 – 68%.
Хімічний склад бавовняної целюлози (у сухому стані), отриманої з різних сортів бавовни, наведено в таблиці 1.6.
Таблиця 1.6 - Хімічний склад бавовняної целюлози
| Компоненти | Сорт «Pima» | Сорт «Acala» | Гібридний сорт |
| α – целюлоза, % | 99,2 | 98,5 | |
| β – целюлоза, % | 0,6 | 1,2 | 0,8 |
| Ash, % | 0,1 | 0,2 | 0,2 |
Параметри кристалічної структури бавовняної целюлози, отриманої з різних сортів бавовни, наведено у таблиці 1.7.
Таблиця 1.7 - Параметри кристалічної структури бавовняної целюлози
| Характеристики | Сорт «Pima» | Сорт «Acala» | Гібридний сорт |
| X,% | |||
| H,нм | |||
| L,нм | |||
| a,нм | 0,785 | 0,788 | 0,787 |
| b,нм | 0,818 | 0,818 | 0,818 |
| c,нм | 1,034 | 1,034 | 1,034 |
| y° | 96,3 | 96,2 | 96,2 |
| Pcr, г/см³ | 1,631 | 1,625 | 1,627 |
Як очевидно з таблиці 1.7 бавовняна целюлоза має високий рівень кристалічності – 70 – 72% з огляду на те, що рівень кристалічності у самих волокнах досить високий (таблиця 1.5) [6].
Для виробництва целюлозної маси, що постачається у листовому вигляді, необхідне скорочення довжини волокна. Бавовняне волокно є дуже довгим для формування паперу на папероробній машині. Скорочення довжини волокна досягається сухими та мокрими методами. Лінт також вимагає скорочення довжини волокна у процесі виготовлення целюлозної маси. У таблиці 1.8 показані дані аналізу фракційного складу класифікаторі Кларка для 11 видів товарної бавовняної целюлози [3].
Таблиця 1.8 - Фракційний склад бавовняної целюлози
| Целюлоза з різних видів бавовняної сировини | Фракційний склад целюлози, % | |||
| 8 міш | 14 міш | 30 міш | 100 міш |