Введение к работе
Актуальность темы. Электрокинетические и адсорбционные явления относятся к фундаментальным характеристикам гидросуспензий растительных волокон. Их исследование представляет собой одно из актуальных направлений химии целлюлозы и бумаги. Немаловажным фактором развития данного направления является влияние коллоидно-химических параметров на процессы переработки растительных волокон в бумажную массу и последующего изготовления бумаги, что и определяет практическую значимость выполняемых исследований. Образующийся при контакте растительных волокон с полярными жидкостями электрокинетический потенциал, или, кратко, -потенциал, а также характер его изменения определяют степень взаимодействия растительных волокон с химическими вспомогательными веществами (ХВВ) и оказывают непосредственное влияние на процессы подготовки и отлива бумажной массы. Несмотря на очевидную ценность исследований в данном направлении, в химии мокрой части БДМ (Wet End Chemistry в англоязычной литературе) в дисциплине, основным объектом исследования которой является процесс формования бумаги и взаимодействия компонентов бумажной массы, отсутствует четкое представление о связи функциональных групп целлюлозы с её -потенциалом. В последнее время контролю изменений электрокинетических параметров бумажной массы, в том числе при помощи стандартных приборов, стали уделять повышенное внимание. Такое повышенное внимание в отрасли обуславливает необходимость исследования этих приборов, интерпретации получаемых на них данных, а также особенностей воздействия внешних факторов, например, влияния основных факторов технологии на показатель катионной потребности. Получение такой информации повысит точность регулирования параметров мокрой части БДМ.
Целью данной работы является комплексное исследование влияния процессов подготовки бумажной массы на изменение электрокинетических свойств гидросуспензий растительных волокон.
В соответствии с целью работы были поставлены следующие задачи:
1. Провести сравнительный анализ влияния содержания функциональных групп и физико-химических параметров на -потенциал растительных волокон.
2. Исследовать влияние факторов размола, фракционирования и дозирования ХВВ на изменение электрокинетических свойств растительных волокон.
3. Изучить воздействие основных факторов технологии на результаты анализа показателя катионной потребности.
4. Оценить возможность использования отечественного титранта для определения показателя катионной потребности.
Научная новизна:
подтверждена обоснованность гипотезы о роли гидроксильных групп в образовании -потенциала растительных волокон;
установлено сложное, многофакторное влияние размола на изменение -потенциала целлюлозных волокон;
показана зависимость -потенциала целлюлозы от дозировки низкозамещенного катионного крахмала с прохождением кривой через минимум;
установлено снижение содержания карбоксильных групп при размоле и фракционировании древесной целлюлозы и незначительное его повышение при размоле и фракционировании хлопковой целлюлозы;
установлено влияние размола целлюлозы на адсорбцию катионных полиэлектролитов разной молекулярной массы;
получена зависимость показателя катионной потребности от времени размола целлюлозы и влияния физико-химических параметров.
Практическая значимость работы заключается в возможности использования полученных данных для анализа действия дополнительных факторов при интерпретации изменений электрокинетических параметров бумажной массы. Результаты работы предлагают расширенное научное обоснование для оптимизации дозировок ХВВ. Исследована возможность применения разных методик коллоидного титрования для изучения показателя катионной потребности и замены импортных титрантов на отечественные аналоги. Соответствующие испытания проведены в ЗАО «Картонтара» (г. Майкоп). Изучено изменение показателя катионной потребности в зависимости от факторов технологии, что позволяет осуществлять его точный мониторинг в производственных условиях. Полученные данные по электрокинетическим характеристикам растительных волокон в зависимости от факторов технологии являются основой регулирования химии мокрой части БДМ.
Автор защищает следующие положения:
гипотезу возникновения -потенциала растительных волокон и построения двойного электрического слоя (ДЭС) с участием гидроксильных групп целлюлозы;
изменение -потенциала растительных волокон в зависимости от продолжительности размола для различных видов целлюлозы и добавок катионных полиэлектролитов;
данные по адсорбции катионных полиэлектролитов разной молекулярной массы в зависимости от вида целлюлозы и времени ее размола;
результаты по исследованию показателя катионной потребности в зависимости от вида растительных волокон, времени размола и влияния физико-химических параметров с использованием усовершенствованных методов коллоидного титрования.
Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на следующих международных научных и научно-практических конференциях: «Современные технологии и системы подготовки бумажной массы», 28-29 февраля 2008 г., СПб.; «Химия в ЦБП», 11-12 декабря 2008 г., СПб.; «Физикохимия растительных полимеров», 14-17 июня 2011 г., Архангельск, выступление отмечено дипломом; «Возобновляемые ресурсы», 21-24 июня 2011 г., СПб.
Публикации. Основные результаты исследования изложены в 8 публикациях (2 статьи опубликованы в журналах ВАК и 6 тезисов докладов).
Объём и структура работы. Диссертация включает следующие разделы: введение, обзор литературы, методическую и экспериментальную часть, выводы, список использованной литературы из 145 наименований. Общий объём диссертации 143 страницы, 47 рисунков, 21 таблица и 8 приложений.
