ПРОЧИЕ ТЕОРИИ РАЗМОЛА
С развитием экспериментальных возможностей исследователи пришли к заключению, что ни химическая, ни физическая теории размола в отдельности не могут описать всю совокупность явлений, протекающих при обработке целлюлозных материалов в размалывающих устройствах. Создалось мнение, что на эти явления сообща влияют как химические, так и физико-механические процессы.
Курран, Симмондс и Чанг [32] исследовали в различных аспектах физические и химические воздействия, протекающие при размоле. Они пришли к выводу, что в процессе размола не происходят химические изменения свойств деллюлозы, но что прочность бумаги зависит не только от механического переплетения волокон. Такого же взгляда придерживались Кросс и Бьялков - ский [19], придававшие особое значение фактору набухания. Это явление было ими исследовано в различных растворах и на разных стадиях размола. Мак - Грегор [33] доказывал, что вода и целлюлоза при размоле не связываются JB определенных соотношениях. Даути [34] (Doughty^ занимался исследованиями в области прессования бумаги в мокром состоянии.
На основании этих новых сведений и в соответствии с выводами ряда исследователей Кемпбелл [35] создал физико-химическую теорию размола, названную теорией «частичной растворимости». Согласно этой теории часть водородных связей между соседними целлюлозными цепочками может быть разорвана водой, что влечет за собой появление структурных изменений в волокнах, расчленение молекул целлюлозы и частичный переход их в растворимое состояние При размоле сравнительно легко происходит разделение волокон на фибриллы, а при образовании бумажного полотна эти фибриллы вступают в непосредственный контакт между собой и соседними волокнами. При сушке бумаги вода из промежутков между молекулами волокнистого материала испаряется и расстояние между волокнами уменьшается, в результате чего создаются новые связи с частичной рекристаллизацией целлюлозных цепочек Этим и объясняется повышение прочности бумажного листа присушке. Кемпбелл первый обратил внимание на значительную величину сил поверхностного натяжения, действующих на волокна и фибриллы в процессе размола. Фибриллы вследствие этого образуют взаимные связи большой прочности. Работы, опубликованные Зотовой и Грингауз [23], Юнгом и Роуландом [21], Симмондсом [22], Кларком [36], Кемпбеллом [37] и другими авторами, содержат много новых данных о химических и физических свойствах волокон, используемых в бумажном производстве. Интересную работу о структурных изменениях целлюлозных материалов опубликовал Керр [20]. Стречен [38] объяснил возникновение связующих сил между волокнами в бумаге частичной растворимостью целлюлозы в воде и образованием «клейкого вещества», которое связывает волокна между собой. Он считал, что процессы, происходящие при размоле, имеют только физическую сущность.
В 40-х годах настоящего столетия во взглядах на размол целлюлозных материалов был достигнут значительный прогресс. В начале 1941 г. Хинчин Я. Г. [39] высказал предположение, что при размоле от макромолекул целлюлозы отделяются полярные гидроксилы, расположенные на поверхности фибрилл во внешней оболочке волокон. Адсорбция воды поверхностью волокон при этом возрастает. При испарении воды в процессе сушки бумаги полярные гидроксилы макромолекул соседних волокон сближаются и взаимосвязываются. Это и служит причиной повышения прочности бумаги. К такому же заключению пришли Эллис и Баас [40] при изучении с помощью инфракрасной спектроскопии водородных связей в сухой целлюлозе. И в этом случае были обнаружены водородные связи макромолекул целлюлозы через гидроксильные группы. ___
С объединением вглядов Стречена и Кемпбелла в 1943 г. выступил Кларк [41], предложив так называемую универсальную теорию размола. Согласно этой теории нативное целлюлозное волокно снаружи имеет нерастворимую в воде первичную оболочку, способную пропускать воду. Немолотая целлюлоза окружена этой оболочкой и тем самым волокна оказываются неспособными связываться между собой при сушке. Уже в первой стадии размола первичная оболочка волокна нарушается и обнажает фибриллы вторичной стенки клетки (вторичной оболочки). Этим создается возможность последующего фибриллирования волокон при продолжении размола. Одновременно размол, по утверждению Кларка, сопровождается набуханием целлюлозы и адсорбцией воды на поверхности волокон, что способствует образованию «двухмерной» коллоидной пленки на поверхности вторичной оболочки Известно, что в процессе размола увеличивается наружная поверхность волокон. Кларк считает, что это происходит вследствие развития фибриллирования При увеличении поверхности возрастает общее количество веществ, связывающих волокна между собой, так как с развитием поверхности и увеличением контакта целлюлозы с водой часть целлюлозных молекул будет переходить в раствор. Эти теоретические представления более правдоподобно объясняют повышение прочности бумаги при размоле целлюлозных волокон, но и они все же не смогли обойтись без таких гипотетических концепций, как «частичное растворение целлюлозы».
Стречен в 1945 г. [42] создал так называемую электронную теорию размола Причиной фибриллирования волокон Стречен считал не механическое трение, а то, что волокна при прохождении между ножами размалывающего устройства испытывают большое давление, в результате чего происходит быстрое перемещение воды, особенно в поверхностных слоях целлюлозы, с возникновением электрокинетического потенциала в двойном электрическом слое на границе раздела фаз целлюлоза — вода. Этот потенциал по величине зависит от первоначального электрокинетического потенциала между целлюлозой и водой и возрастает пропорционально удельному давлению и диэлектрической постоянной жидкости Под воздействием давления, испытываемого волокнами при размоле, потенциал увеличивается и достигает такой величины, что вторичная оболочка волокна начинает разрушаться, чем и объясняется фибрил - лирование. Однако следует отметить, что в настоящее время установлена неправдоподобность таких рассуждений. Невероятно, чтобы механическими усилиями, возникшими при размоле, можно было разрушить двойной электрический слой и добиться тем самым фибриллирования и «гидратации» волокон
При разработке теории размола был практически исследован •большой фактический материал о поведении волокон при размоле и формовании бумаги. Однако было бы ошибочным считать все истолкования, данные исследованным явлениям, правильными. Так, например, теория Кларка и электронная теория Отречена еще при их возникновении были взяты под сомнение в работах Хинчина, Эллиса и Бааса, Никитина и др. При правильном анализе этих работ и научных трудов, опубликованных за последнее время, можно прийти к формулированию современных взглядов на размол и образование бумаги.