Модификация волокна
Модификация волокон — это область исследований, в которой исследователи стремятся разрабатывать и применять технологии для придания новых свойств натуральным волокнам, например, бумажным , с целью повышения их функциональности. Области исследований в этой области включают множество различных технологий, среди которых широко используются химические модификации волокон. Одной из важных областей применения химических модификаций является обработка древесины для придания ей улучшенных свойств, таких как более высокие механические свойства, водонепроницаемость, меньшая гигроскопичность , устойчивость к бактериям и грибкам. Передача и адаптация технических знаний о модификации волокон, доступных для деревообрабатывающей отрасли, в секторе вторичной бумаги является инновационным использованием этих химических обработок, которое стало предметом исследований, проведенных в рамках проекта Fibre+, финансируемого совместно с ЕС. [1]
В состав Консорциума проекта вошли члены, представляющие Европейские ассоциации по производству бумаги и упаковки ( CEPI , FEFCO), а также научно-исследовательские институты, специализирующиеся на секторе древесины и бумаги для упаковки , а также компании, занимающиеся производством бумаги и упаковки. Основное внимание в проекте уделялось химической модификации переработанных волокон бумаги, а также изучению возможности переноса технологии модификации древесного волокна из деревообрабатывающего сектора в сектор бумаги и упаковки. Цель заключалась в улучшении свойств бумаги и упаковки, поскольку процесс переработки приводит к порче волокон.
Химическая модификация переработанных волокон, направленная на создание нового поколения упаковочной бумаги, более пригодной для вторичной переработки, менее гигроскопичной, жесткой и долговечной. высокий уровень переработки бумаги в Европе (который находится на уровне 72%) и, как следствие, важность переработки для экономики замкнутого цикла В основу данного исследования легли . Бумажная продукция является частью интегрированного углеродного цикла, основанного на фотосинтетическом преобразовании воды, углекислого газа на основе древесины , питательных веществ и солнечной энергии в возобновляемую биомассу . После потребления бумагу можно восстановить и использовать снова либо в качестве источника вторичных волокон, для производства переработанной бумаги, либо в качестве биотоплива . пакеты из волокна или гофрированные контейнеры из гофрированного картона В проекте рассматривались , поскольку они считаются наиболее известным конструкционным применением бумаги.
Попытки химической модификации
[ редактировать ]Модификация волокон химическими веществами или ферментами исследовалась при производстве древесноволокнистых плит . [2] [3] [4] Модификация волокон паром (паровая древесина) оказалась эффективным методом предварительной обработки при производстве термопластичных композитов. [5] Современные теории межволоконных связей в процессе производства бумаги основаны на общем признании модели водородных связей . Следовательно, все усилия по повышению прочности волокон связаны с их механическим избиением с целью создания более гибких и фрагментированных волокон для увеличения площади склеивания. Как следствие, возникают значительные недостатки с точки зрения коэффициента удержания воды, что приводит к плохим характеристикам обезвоживания и высокому потреблению энергии. Новые механизмы интерпретации и контроля межволоконных связей все еще находятся в стадии разработки. Одним из способов преодоления этих недостатков может быть молекулярное покрытие целлюлозных волокон с использованием полимеров, направленное на контролируемое энтропией смешивание полимеров и целлюлозного геля, что приводит к более высоким силам сцепления. теоретические результаты, а также экспериментальные данные о том, как нанесение полимерных слоев (например, карбоксиметилцеллюлозы ) и ферментов на целлюлозные волокна может привести к получению листов с высокой прочностью соединения без какого-либо механического воздействия. Уже были представлены [6] Однако эти попытки были еще далеки от промышленной реализации, их применение было бы дорогостоящим и не решило бы проблему доступности сырья.
Цель
[ редактировать ]Основываясь на этом современном уровне техники, целью проекта было изменение и, таким образом, улучшение характеристик различных типов восстановленных волокон, используемых для производства различных упаковочных сортов бумаги, используемых в качестве лайнера и гофрирующей среды для гофрированного картона. производство в Европе. Ожидается, что информация о фактических характеристиках композиции и составе упаковочных материалов поможет европейской упаковочной промышленности оценить источники поставок и принять подходящие методы и процессы для оптимального улучшения имеющихся ресурсов. В случае упаковки также необходимы научно-технические знания практических производственных взаимосвязей между характеристиками волокон, свойствами бумаги и свойствами гофрированного картона.
От модификации древесного волокна до бумажной технологии. Химическая модификация древесины направлена на изменение структуры матрицы клеточной стенки. Древесина свойства значительно улучшаются за счет преобразования гидрофильных ОН-групп в более крупные и гидрофобные группы. Также физическая фиксация модифицирующих химикатов в матрице клеточной стенки может значительно изменить свойства древесины. Помимо гидрофобного эффекта, обработка уменьшает объем клеточной стенки нанопор и, таким образом, уменьшает включение молекул воды в матрикс клеточной стенки. В макроскопическом масштабе модификация древесины может изменить важные свойства древесины, включая биологическую долговечность (устойчивость к грибкам), стабильность размеров, твердость и устойчивость к ультрафиолетовому излучению . [7]
Поскольку бумагу производят из древесных волокон, в бумажную технологию удалось перенести некоторые достижения, достигнутые в технологии древесины. Несколько технологий (например, химическая модификация, наноразмерные целлюлозы, полиэлектролиты , функциональные полимеры на основе целлюлозы, гемицеллюлозы и крахмала ) исследовались и использовались различными исследовательскими группами по всей Европе (например, PTS и Геттингенским университетом , Германия; Kungliga Tekniska högskolan (KTH) , Швеция.) Уже хорошо известны знания по химической модификации переработанных волокон. Адамопулос и Май (2011) модифицировали переработанные волокна соединениями N-метилола и глутаральдегидом , что привело к значительному улучшению характеристик волокна и характеристик бумажного листа. [8] Было обнаружено, что лабораторные листы, изготовленные из различных химически модифицированных переработанных волокон, превосходят по жесткости и гигроскопическим свойствам листы, изготовленные из немодифицированных волокон. [9] Целью проекта Fibre+ является использование существующих знаний о модификации волокон для адаптации, внедрения и распространения этой инновационной технологии на европейских предприятиях бумажного производства.
Результаты проекта Fibre+ по переработанному волокну для производства упаковочной бумаги и информацию о потенциальных разработках концепции Fibre+ можно найти на веб-сайте Fibre+, включая научные статьи, опубликованные в результате работы по НИОКР, проведенной в ходе проекта. [10] [11]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ 7-я рамочная программа - Схема финансирования МСП-AG - Соглашение о гранте № 315633 - http://www.fibreplus.org
- ^ Кшисик А.М., Дж.А. Янгквист, Р.М. Роуэлл, Дж.Х. Мюль, П. Чоу и С.Р. Шук (1993). «Возможность использования переработанных газет в качестве источника волокна для оргалитовых плит сухой обработки». Для. Прод. Дж . 43 : 53–58. ОСТИ 6276892 .
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ Гомес-Буэсо и др. 2000 г.
- ^ Мюллер и др. 2009 год
- ^ Такатани М., Ито Х. Осуги, С. Китаяма Т., Саэгуса М., Каваи С. и Окамото Т. (2000). «Влияние лигноцеллюлозного материала на свойства термопластичных полимерно-древесных композитов». Хольцфоршунг . 54 (2): 197–200. дои : 10.1515/HF.2000.033 . S2CID 137187547 .
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ Лейн и др. 2002 г., Густавссон 2003 г., Даниэльссон 2006 г., Эрхард 2010 г.
- ^ Хилл CAS (2006). Модификация древесины. Химические, термические и другие процессы . Уайли, Чичестер. ISBN 978-0-470-02172-9 .
- ^ Адамопулос и Май (2011).
- ^ Адамопулос и др. 2011 год
- ^ Хоссейнпурпия Р., Адамопулос С. и К. Май (2015). «Прочность на разрыв ручных листов из восстановленных волокон, обработанных N-метилолмеламином (NMM) и 1,3-диметилол-4,5-дигидроксиэтиленмочевиной (DMDHEU)». Журнал прикладной науки о полимерах . 132 (3). дои : 10.1002/APP.41290 .
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ Адамопулос С., Хоссейнпурпия Р. и К. Май (2014). «Прочность на разрыв ручных листов, изготовленных из мацерированных волокон массивной древесины, модифицированных сшивающими агентами». Хольцфоршунг . 69 (8): 959–966. дои : 10.1515/hf-2014-0216 . S2CID 137605505 .
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )