РАЗМОЛ БУМАЖНОЙ МАССЫ

Активная поверхность волокон и поверхностное натяжение

При размоле происходит постепенное деление волокон. При каждом делении волокна или отделении различных частиц изменяется отношение величины поверхности и объема к весу абсолютно сухого волокнистого материала, т. е. изменяется
удельная поверхность и удельный объем этого материала. Вели­чина удельной поверхности и объема у волокнистых материалов, подвергнутых такому расщеплению, возрастает.

Активная поверхность волокна образуется на любых участках, раскрывающихся в процессе размола и набухания и ставших доступными воздействию воды. Вода разрушает связи побочных цепей полисахаридов, и ее молекулы — ориентированные ди­поли— связываются гидроксильными группами полисахаридов, находящимися на близком расстоянии. Адсорбция воды поверх­ностью волокон усиливается с'образованием поверхностной кол­лоидной пленки из адсорбированных ориентированных диполей воды. Этот коллоидный процесс, называемый гидратацией (в том смысле этого слова, какой ему придают бумажники), является одним из главных факторов, оказывающих влияние на формова­ние бумажного полотна.

К общей активной поверхности волокон относится, как было отмечено ранее, не только внешняя поверхность волокон и фибрилл, но также по­верхность внутренних пор и капилляров. Из этого следует, что для усиления гидратации и освобождения наибольшего количества гидроксильных групп наряду с внешним расчленением волокон путем их разрезания и продольного расщепления, наряду с внешним фибриллированием и отделением поверхност­ных слоен, существенно важное значение имеет также внутреннее расчлене­ние волокон в порах и капиллярах, т. е. внутреннее фибриллирование. Возра­стание гидратации пропорционально увеличению активной поверхности во­локон.

Молекулы воды на активной поверхности волокон связаны с полисахаридами, с одной стороны, при помощи индивидуальных связей через гидроксильные группы, с другой стороны, они удер­живаются на этой поверхности силами поверхностного натяже­ния. Такие силы возникают прежде всего в капиллярных образо­ваниях, а также и между волокнами бумажного листа. Силы поверхностного натяжения обладают относительно^болыной энер­гией. Их действием объясняется образование менисков. Так, на­пример, на стенку капилляра, эквивалентный радиус которого равен 0,02 jut, силами поверхностного натяжения создается дав­ление порядка 70 атм. Примерно такое же давление создается между фибриллами диаметром в 1 р,, находящимися на расстоя­нии в 0,2 \i. С уменьшением расстояния влияние сил поверхност­ного натяжения быстро возрастает. Механизм такого поверх­ностного натяжения, проявляющий себя и в бумажном листе при взаимодействии волокон, фибрилл и пучков фибрилл, был описан Кемпбеллом в 1933 г. [70]. Основное значение поверхност­ного натяжения состоит в том, что, с одной стороны, оно способ­ствует процессу собственно размола, а с другой — процессу фор­мования бумажного полотна и удаления воды из бумаги.

Лейн и Галлей [71] исследовали процесс удаления воды при формовании бумажного полотна и установили, что с исчезновением на поверхности обра­зующегося полотна бумаги зеркала воды из стенок каждого волокна выде-

Ляется вода, покрывающая всю его поверхность. Силы поверхностного натя­жения пропорциональны образовавшейся поверхности воды. Стягивая волокна, силы поверхностного натяжения способствуют снижению толщины бумаги. Как только отдельные волокна выступят из воды, они притягиваются друг к другу. Это продолжается до полного обезвоживания бумажного полотна, причем поверхности волокон сближаются настолько, что при высыхании соз­дается возможность образования водородных связей между молекулами по­лисахаридов, расположенных на соседних поверхностях.

Поверхностному натяжению и возможностям его регулирования посвя­щены работы ряда авторов [72, 73, 74]. Этими работами установлено, что при использовании реагентов, обладающих небольшим поверхностным натяжением, при применении недиссоциированных растворов и поверхностно-активных ве­ществ поверхностное натяжение между волокнами снижается. Образование достаточно прочных связей между волокнами при таких условиях оказывается невозможным, бумага получается рыхлая, с пониженной механической проч­ностью. При испытаниях, в которых участвовали авторы этой книґИ, разрыв­ная длина бумаги из сборной макулатуры, при окончательном роспуске кото­рой был использован смачиватель «Дюпон-30», понизилась на 15—18%. Набу - хаемость также снизилась на 10—12% [57].

Определение удельной поверхности волокон дает хорошее представление о развитии процесса размола и может быть ис­пользовано в тех случаях, когда аппаратура для измерения сте­пени помола по ІІІоппер-Риглеру оказывается недостаточно чувствительной.