Строение исходных волокон во многом определяет их бума-гообразующие свойства. Волокна трубчатого строения способствуют получению пухлых видов бумаги, обладающих повышенной впитывающей способностью. Такие волокна требуют больше времени для фибриллирования. Из волокон ленточного строения обычно получается плотная прочная бумага с сомкнутой поверхностью. Толстостенные волокна (с толщиной стенки 6—8 мкм) легче фибриллируются, а тонкостенные (1,5—2 мкм) более подвержены поперечной рубке.
Волокна твердых пород древесины, как правило, обеспечивают непрозрачность, пухлость, воздухопроницаемость и впитывающую способность бумаги. Волокна мягких пород, наоборот, придают бумаге относительно более высокую прозрачность, плотную структуру и высокие показатели сопротивления разрыву (табл. 1).
Сырьем для изготовления разных полуфабрикатов является древесина девяти основных пород, используемых в различных соотношениях: ели, сосны, пихты, ольхи, лиственницы, тополя, березы, осины, бука. Наряду с этими породамивмень-шем количестве используется также древесина эвкалипта, каштана, липы, дуба, клена и других пород. Указанное сырье делится на две группы: хвойные и лиственные породы древесины, отличающиеся между собой по химическому составу н морфологическим признакам, известным студентам из курса химии древесины и целлюлозы. Эти различия определяют н различия в свойствах волокон соответствующих полуфабрикатов.
Основным полуфабрикатом для производства бумаги является целлюлоза — продукт варки растительного сырья
| I, ЗАВИСИМОСТЬ СВОЙСТВ БУМАГИ ОТ МОРФОЛОГИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЫ и ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА ВОЛОКОН (ПО ВУЛЬЧУ) Свойства бумаги | Влияние увеличения | Отношение к поперечному сечения стенок волокон к их общему числу поперечному сечению | ||
| содержания | длина волокон | |||
| гемицеллюлоз | лигнина | |||
| Разрывная длина | Весьма положительно | Весьма отрицательно | Ограничено | Весьма отрицательно |
| Сопротивление продавливанию | То же | То же | То же | То же |
| Сопротивление излому | >> | >> | Положительно | >> |
| Плотность | >> | Отрицательно | Отрицательно | >> |
| Прозрачность | >> | То же | Положительно | >> |
| Постоянства размеров | Весьма отрицательно | Положительно | Отрицательно | Весьма положительно |
| Сопротивлению разрыву | То же | То же | Весьма положительно | Положительно |
| Светонепрницаемость | >> | >> | Отрицательно | Весьма положительно |
| Пористость | >> | >> | Положительно | То же |
с кислотой (сульфитный метод), щелочью (сульфатный) или методом, являющимся модификацией указанных методов (би-сульфитный, полисульфидный и др.). Выход обычной целлюлозы из древесины в зависимости от вида древесины и способа ее варки находится в пределах от 46 до 53%. Целлюлоза высокого выхода характеризуется выходом выше 53 и до 65 %.
При сравнении свойств сульфатной и сульфитной целлюлозы легко видеть, что волокна сульфатной целлюлозы при всех прочих равных условиях придают бумаге, как правило, более высокие показатели механической прочности по сопротивлениям разрыву, излому, продавливанию и надрыву, повышенное удлинение до разрыва, термостойкость, долговечность и меньшую прозрачность, чем волокна сульфитной целлюлозы, особенно полученные в результате варки на кальциевом основании. Поэтому сульфатная целлюлоза успешно используется для изготовления прочных упаковочных видов бумаги, мешочной бумаги, а также бумажной пряжи и шпагата.
Бумага, изготовленная из волокон сульфатной целлюлозы, обладает более высокими показателями диэлектрических свойств, благодаря чему многие виды сульфатной бумаги и применяются в качестве электроизоляционных (кабельная, телефонная, конденсаторная и др.). Волокна сульфатной целлюлозы более гибкие, на их поверхности меньше микротрещин, они труднее размалываются, меньше укорачиваются при размоле по сравнению с волокнами сульфитной целлюлозы.
Добавка сульфатной целлюлозы к сульфитной в композицию бумаги уменьшает склонность бумаги к скручиванию и несколько повышает ее начальную прочность во влажном состоянии. Именно в связи с последним обстоятельством, а также для некоторого увеличения растяжимости бумаги применяют небольшую добавку полубеленой сульфатной целлюлозы в композицию газетной бумаги. Выход сульфатной целлюлозы на 3—4 % ниже, чем сульфитной, при равной степени делигнификации и на 6—7 % ниже, чем бисульфитной. Небе-леаап сульфатная целлюлоза темнее небеленой сульфитной и труднее отбеливается.
Применение в производстве бумаги полуфабрикатов из лиственных пород древесины привлекает технологов-бумажников не только потому, что лиственная древесина дешевле хвойной и ее использование расширяет сырьевую базу для бумажной промышленности. Это само по себе очень важно, но не исчерпывает преимущества применения полуфабрикатов из лиственной древесины.
Наличие лиственной целлюлозы в композиции бумаги приводит к получению более однородной структуры листа, в котором короткие волокна лиственной целлюлозы заполняют пространства между длинными волокнами (трахеидами) хвойной целлюлозы. В результате изготовляется бумага с меньшей склонностью к короблению и скручиваемости, меньшей разносторонностью, лучшим удержанием минерального наполнителя и меньшей деформацией при намокании.
При использовании в композиции бумаги лиственной целлюлозы возрастает непрозрачность листа, особенно если применяется беленая сульфатная лиственная целлюлоза. Возрастают также гладкость бумаги и ее впитывающая способность. в том числе и к типографской краске. Совокупность этих свойств обеспечивает улучшение печатных свойств бумаги
При использовании в композиции бумаги лиственной целлюлозы возрастает непрозрачность листа, особенно если применяется беленая сульфатная лиственная целлюлоза. Возрастают также гладкость бумаги и ее впитывающая способность, в том числе и к типографской краске. Совокупность этих свойств обеспечивает улучшение печатных свойств бумаги.
Полуфабрикаты из лиственных пород древесины придают бумаге ощущение мягкости — свойства важного для санитарнобытовых видов бумаги и бесшумности при перелистывании (нотная бумага, бумага для текстов радио и телевизионных дикторов из натронной беленой лиственной целлюлозы). Вместе с тем полуфабрикаты из лиственной древесины повышают жесткость коробочного и других видов картона главным образом за счет повышения толщины полотна при одной и той же массе I м' картона.
Таким образом, полуфабрикаты из лиственных пород древесины придают бумажной продукции ряд ценных свойств. Однако есть и недостатки при использовании лиственной древесины. Из-за повышенной плотности эта древесина в воде тонет, что исключает ее сплав. Обычный метод мокрой окорки для лиственной древесины не пригоден. Различия в химическом составе и морфологическом строении лиственных и хвойных пород древесины требуют их раздельной варки. Поэтому для лиственных пород древесины на целлюлозном заводе должен быть отдельный технологический поток варки, промывки, очистки и отбелки целлюлозы.
Точно так же на бумажной фабрике для полуфабрикатов" из лиственной целлюлозы должен быть самостоятельный технологический поток ее переработки и в первую очередь раздельный размол лиственной и хвойной целлюлозы. Совместный размол этих полуфабрикатов допустим лишь при малом содержании лиственной целлюлозы в композиции бумаги.
Использование лиственной целлюлозы в бумажном производстве приводит к некоторому снижению. отдельных показателей механической прочности бумаги, существенному уменьшению влагопрочности и поверхностной прочности. Эти затруднения в значительной степени могут быть преодолены установлением необходимого режима размола лиственной целлюлозы, введением в бумажную массу связующих, а также поверхностной обработкой бумаги. Вместе с тем следует также иметь в виду, что использование лиственной целлюлозы влечет За собой повышенное содержание мелких волокон в сточной воде, увеличивает нагрузку на работу улавливающей аппаратуры.
Помимо целлюлозы массовым полуфабрикатом в производстве бумаги является древесная масса — продукт механического истирания древесины (белая), с предварительной пропаркой древесины (бурая), механического истирания древесины с одновременной термообработкой (термомеханическая или ТММ) и термомеханическая с одновременной обработкой химикатами (химико-термомеханическая, или ХТММ). По виду оборудования, используемого для получения древесной массы, различают дефнбрерную древесную массу (ДДМ) и рафинерную древесную массу( РДМ).
Выход белой древесной массы из древесины составляет 95—98 %, а разновидностей ТММ — от; 85 до 94 %'. Белая древесная масса содержит практически все компоненты, имеющиеся в природной древесине. Это накладывает отпечаток на бумагообразующие свойства волокон древесной массы, которые в отличие от волокон целлюлозы являются жесткими и хрупкими. Они имеют неправильную форму и меньшую длину. При введении в композицию бумаги эти волокна обычно уменьшают ее механическую прочность, гладкость, сомкнутость поверхности и долговечность Пухлость бумаги при этом повы-ша1;тся.
Древесная масса — основной полуфабрикат в производстве Газетной бумаги и широко используется а композиции и других видов бумаги для печати, а также при изготовлении обойной, мундштучной бумаги и картона.