РАЗМОЛ БУМАЖНОЙ МАССЫ

Разрушение поверхностной оболочки волокна и внешнее фибриллирование

При размоле волокон в роллах или каком-либо другом устройстве происходит, с одной стороны, непосредственное воз­действие на волокна размалывающего органа, а с другой — вза­имное трение и смятие волокон. Эти механические воздействия разрушают внешнюю оболочку волокна — первичную стенку, а в некоторых случаях и внешний слой вторичной стенки, что способствует ускорению набухания.

При разрушении и отделении от волокна первичной оболочки облегчается фибриллирование вторичной стенки клетки, что по­зволяет освободить большое число гидроксильных групп, способ­ных к образованию межволоконных связей. Этим и объяс­няется резкое повышение прочности бумаги в начальной стадии размола [60, 61].

На поверхности освободившихся фибрилл адсорбируется вода и просходит диспергирование целлюлозы, в результате чего образуется желатинообразная целлюлозная пленка. Процессы фибриллирования, поверхностной адсорбции воды и желатини - зации целлюлозы происходят вследствие коллоидно-физических явлений при взаимодействии воды и целлюлозы. Среди специа­листов бумажного производства совокупность этих явлений при­нято обозначать термином «гидратация» Выражение гидрата­ция в этом случае уже теряет свое первоначальное значение, а выражает лишь коллоидно-физический характер рассматри­ваемого явления.

Фибриллы в своем большинстве образуются из поверхност­ных слоев вторичной клеточной стенки. Пр* набухании проис­ходит увеличение объема волокна. Фибриллы в нижних слоях вторичной стенки ориентированы главным образом вдоль оси волокна. Фибриллы в верхних слоях той же стенки уложены большей частью в поперечном направлении. При набухании под воздействием давления увеличивающихся по объему внутренних слоев вторичной стенки происходит разрушение наружных слоев с образованием на определенных расстояниях кольцевых пере­тяжек. Это уменьшает поперечное сечение волокон и способ­ствует дальнейшему набуханию с образованием шаровых взду­тий. В первичной оболочке волокна фибрилл мало, поэтому они сами по себе не имеют существенного значения. Однако их уда­ление облегчает проникновение воды во внутренние области волокна.

Фибриллы, удаленные из внешних и средних слоев вторичной клеточной стенки, увеличивают поверхность, приходящуюся на единицу веса абсолютно сухого волокна (удельная поверх­ность). Освобожденная поверхность дополнительно поглощает воду, увеличивая таким образом удельный объем вещества (объем, приходящийся на единицу веса абсолютно сухого во­локна). Измерением удельной поверхности и удельного объема было установлено [62], что, например, сульфатная целлюлоза, имеющая при помоле 16°ШР удельную поверхность, равную 17 000 см2/г, и удельный объем 3,5 см3/г, в результате размола до 46°ШР увеличила удельную поверхность в 2 раза, а удельный объем в 1,6 раз. При 90°ШР у этой целлюлозы удельная поверх­ность возросла в 4 раза, а удельный объем больше чем в 2 раза по сравнению с первоначальным. В конце размола (в рассмат­риваемом случае конечный помол был равен 98°ШР) удельная поверхность сульфатной целлюлозы удесятерилась, а удельный объем возрос в 4,5 раза. При дальнейшем продолжении размола можно прийти к снижению степени помола в W. lk уменьше­нию удельного объема (вследствие полной деструкции волокон), однако удельная поверхность при этом будет продолжать уве­личиваться.

Фибриллы представляют собой образования мельчайших волоконец и от исходного волокна отделяются обычно пучками. По нашим исследованиям средняя ширина пучка фибрилл сульфитной целлюлозы составляет 5—8 р, а хорошо размолотой сульфатной целлюлозы — около 5 р. Некоторые исследо­ватели сообщают, что фибриллы от воколон отделяются в виде тонких пере­гибающихся и перекручивающихся пленок. Эти пленки часто принимают за индивидуальные фибриллы. Толщина таких пленок бывает порядка 1000— 2000 А (0,1—0,2 р) [63, 64]. Фибриллы обладают большой гибкостью и при сое­динении с соседними фибриллами и волокнами образуют пространственные связи и прочные соединения. Такой тип фибрилл характерен для хорошо де - лигнифицированной целлюлозы. Древесные не полностью делигнифицирован - ные волокна при фибриллировании дают нитевидные фибриллы.

На значение внешнего фибриллирования волокон нет единой точки зрения. Некоторые исследователи считают, что внешнее фибриллирование является главной причиной повышения общей активной поверхности волокон, на которой образуются водород­ные мостики. Такого взгляда придерживаются, например, Иванов [61] и Кларк [60]. Другие исследователи [65] утверждают, что большей прочности можно достичь и при использовании таких материалов, у которых ни при каких условиях нельзя наблюдать внешнего фибриллирования волокон. Доказано, что при поверх­ностной обработке ультразвуком щелочной целлюлозы была достигнута высокая степень внешнего фибриллирования волокон, а бумага из такой массы обладала низкими механическими свойствами [66]. Из сказанного следует, что значение внешнего фибриллирования не следует переоценивать. Изучением влияния внешнего фибриллирования волокон на прочностные свойства бумаги с 1949 по 1952 г. занимались Робертсон и Мезон [52], Корт [67] и др. Однако в конечном итоге однозначная зависи­мость прочности бумаги от внешнего фибриллирования не уста­новлена.

Результаты упомянутых выше исследований позволяют сде­лать вывод, что внешнее фибриллирование оказывает второ­степенное влияние на образование активной поверхности воло­кон. Преобладающая часть этой поверхности образуется в связи с повышением пластичности и гибкости волокон под действием внутреннего фибриллирования.

Внешнее фибриллирование может оказать влияние на повы­шение прочности бумаги преимущественно в тех случаях, когда формуемая бумага должна иметь рыхлую структуру. При высо­кой степени фибриллирования сомкнутость бумаги повышается и улучшаются ее поверхностные свойства. У волокон, активная поверхность которых понижена, внешнее фибриллирование будет способствовать удалению неактивных участков поверхности и освобождению более прочных слоев. Удаленные же фибриллы смогут выполнить в бумаге роль органического наполнителя.