Внутреннее фибриллирование волокон
Как было отмечено, аморфные и кристаллические полисахариды размещаются во вторичной стенке в коаксиальных слоях. На внешней и внутренней поверхности отдельных слоев (ламе- лей), состоящих в основном из кристаллической целлюлозы, размещены связанные между собой зоны аморфных полисахаридов, соединяющих примыкающие слои в компактные образования. Устойчивая и упругая структура вторичной целлюлозной стенки может быть нарушена в процессе внутреннего фибриллирования.
Внутреннее фибриллирование проявляемся в волокнах при пропитке водой участков расположения аморфных полисахаридов. При этом проникающей водой разрушаются побочные связи между молекулами полисахаридов, что приводит к высвобожде-
нию отдельных слоев ориентированных фибрилл, которые затем при сушке способны непосредственно связываться между собой. Внутреннее фибриллирование ведет к изменениям структуры набухшей вторичной стенки клетки и способствует возрастанию ее эластичности и упругости. При значительном внутреннем фиб - риллировании массы коаксиально расположенные слои микрофибрилл целлюлозы могут соскальзывать относительно друг друга, причем вода, проникающая в слои, занятые аморфными полисахаридами, играет роль смазки [68].
При проведении размола деформация клеточных стенок осуществляется при помощи размалывающего устройства и путем взаимного трения волокон. Эта деформация может быть упругой или пластической. При упругой деформации волокно после исчезновения вызвавшей ее силы возвращается в первоначальное состояние. Упругая деформация характерна для сухих и недостаточно внутренне фибриллирован - ных волокон (случай А на рис. 12). При пластической деформации форма волокна изменяется под действием приложенных сил и его структура претерпевает перегруппировку. После исчезновения деформирующей силы вновь приобретенная форма волокна сохраняется. Пластическая деформация, как отмечает Эмертон [68], наблюдается прежде всего у волокон, подвергшихся внутреннему фибриллированию (случай В на рис. 12).
С точки зрения бумажного производства наиболее полезна пластическая деформация. Воздействия при пластической деформации, многократно повышая эластичность размалываемого волокнистого материала, создают предпосылки к тому, чтобы при формовании бумажного полотна отдельные волокна и их части могли более полно огибать частички других волокон и образовывать наибольшую активную поверхность контакта с образованием водородных связей.
|
|
|
Рис. 12 Схематическое изображение упругой и пластической деформации волокон: А — упругая деформация; по снятии нагрузки волокно возвращается к первоначальной форме; В — пластическая деформация, при которой происходит необратимая перегруппировка структурных элементов волокна |
Вместе с деформациями, вызываемыми действием размалывающих устройств и взаимным трением волокон, имеются и другие причины, ведущие
к изменению структуры волокон. Углубления, поры и мелкие капилляры, имеющиеся в стенке клетки, при размоле заполняются водой, которая в них задерживается силами поверхностного натяжения. В наиболее мелких волосяных капиллярах этим силам соответствуют огромные давления порядка 500 атм [69]. При испарении воды силы поверхностного натяжения стягивают стенки капилляров до полного их смыкания, как показано на рис. 13, что приводит к дальнейшему разрушению структуры клеточной стенки. Это явление также относится к внутреннему фибриллированию.
|
|
|
Рис. 13. Постепенное коробление (стягивание) стенок капилляров под действием поверхностного натяжения при испарении воды |
Набухание и раздавливание волокон, при проведении процесса размола создают условия для возникновения внутреннего фибриллирования. При внутреннем фибриллировании происходит разделение вторичной стенки волокна на тонкие слои, вследствие чего волокно становится более эластичным и мягким. Вследствие утончения прочных слоев микрофибрилл во вторичной стенке в 1,5 раза повышается податливость волокна и в 16 раз увеличивается его гибкость.
В последние годы внутреннему фибриллированию волокон придается большое значение. На прочность бумаги оно оказывает не меньшее влияние, чем внешнее фибриллирование. Посредством развития внутреннего фибриллирования создается возможность повышения эластичности и пластичности волокон. Внутреннее фибриллирование способствует развитию поверхностных связей и в целом активной поверхности волокон. Увеличением внутреннего фибриллирования объясняется быстрый рост прочностных показателей бумаги уже в начальных стадиях процесса размола [68].
