Введение к работе
Актуальность работы. Среди целлюлозно-бумажных материалов,
используемых в упаковочной промышленности, по объему выпуска и
потребления можно выделить мешочную бумагу, к основным
преимуществам которой относят экологичность (способность к
биоразложению), высокие прочностные характеристики, легкость, дешевизну и доступность сырья, удобство при эксплуатации и транспортировке. Однако при длительных перевозках, при хранении в условиях повышенной влажности, воздействии атмосферных осадков и т.п. наблюдается снижение механической прочности мешочной бумаги, что, в свою очередь, приводит к нарушению целостности упаковки и порче упакованного продукта.
Для повышения качества целлюлозно-бумажных материалов, расширения
возможности ее использования применяют, например, введение
упрочняющих и проклеивающих веществ в состав материала, ламинирование полиэтиленом, полипропиленом, поверхностную обработку парафиновыми, клеевыми композициями и др. Поверхностная обработка полимерными покрытиями является перспективным и актуальным направлением при производстве новых видов бумаги и картона. Но многие синтетические полимеры практически не способны ассимилироваться микрофлорой почвы. Для улучшения комплекса свойств мешочной бумаги, можно предложить поверхностную обработку мешочной бумаги биоразлагаемыми полилактидом или крахмалом. Крахмал является полисахаридом и входит в объемный состав большинства видов бумаг, в т.ч. – мешочной. Полилактид получают из возобновляемого растительного сырья, и он обладает физико-механическими свойствами, не уступающими традиционным синтетическим полимерам, перерабатывается в изделия всеми методами переработки пластмасс.
В то же время, встречаются работы, показывающие, что физические поля различной природы улучшают те или иные свойства целлюлозно-бумажных материалов. Одним из перспективных направлений в современной физике и материаловедении является модифицирование свойств диэлектриков с помощью воздействия электростатического поля, например, поля коронного разряда. Поэтому особый интерес представляют исследования свойств целлюлозно-бумажных материалов с сочетанием методов поверхностной обработки и воздействия поля коронного разряда.
В связи с этим целью работы является изучение влияния поверхностной обработки биоразлагаемыми полимерными покрытиями и униполярным коронным разрядом на физико-механические, сорбционные свойства мешочной бумаги.
Для достижения данной цели были поставлены следующие задачи:
- оценить влияние полилактидного и крахмального покрытий на комплекс
свойств (прочностные, сорбционные) мешочной бумаги;
- оценить влияние обработки униполярным коронным разрядом на
свойства целлюлозно-бумажных материалов;
- раскрыть причины изменения свойств мешочной бумаги при ее
модификации;
- оценить биоразлагаемость полученных целлюлозно-бумажных
материалов и ее зависимость от действия униполярного коронного разряда;
- предложить сферу применения модифицированной мешочной бумаги
исходя из повышенного уровня ее эксплуатационных свойств.
Объектом исследования являются мешочная бумага с поверхностной обработкой биоразлагаемыми полимерами и униполярным коронным разрядом. Предметом исследования являются прочностные, барьерные характеристики и биоразлагаемость данного материала.
Методологическая, теоретическая и эмпирическая база исследования.
Методологической основой исследования являлись положения о комплексе
свойств исходных компонентов, выступающих в качестве основных
факторов, формирующих эксплуатационные свойства бумаги. Теоретической
базой исследований являлись работы ученых по исследованию
модифицирования бумаги. Эмпирическую основу составляли исследования физических и механических свойств объекта обработки, таких как: сорбционные характеристики, плотность и толщина, прочности на сжатие, на разрыв, на растяжение модифицированной бумаги.
Научная новизна работы. Получены следующие новые данные:
Получены следующие новые данные:
- создан новый материал на основе бумаги и полилактида, обладающий
улучшенным комплексом свойств и биоразлагаемостью;
- улучшение механических свойств мешочной бумаги при покрытии
поверхности крахмалом и полилактидом (на 10-15%), благодаря
дополнительному полимерному слою на поверхности материала;
- улучшение барьерных свойств мешочной бумаги при нанесении
полилактидного покрытия;
- улучшение механических и барьерных свойств мешочной бумаги с
полилактидным покрытием при обработке коронным разрядом;
- улучшение биоразлагаемости мешочной бумаги и мешочной бумаги с
крахмальным, полилактидным покрытиями при обработке в поле коронного
разряда, что связано с протекающей при этом деструкцией биоразлагаемых
полимеров и макромолекул целлюлозы;
- усиление межволоконного взаимодействия мешочной бумаги при
обработке в поле отрицательного коронного разряда, происходящее за счет
возрастания потенциала двойного электрического слоя на поверхности
волокон под действием носителей заряда, инжектируемых в объем бумаги.
Практическая ценность работы. Предложены способы улучшения эксплуатационных свойств целлюлозно-бумажных материалов с помощью обработки полимерными покрытиями и униполярным коронным разрядом.
Опытно-промышленные испытания мешочной бумаги с поверхностной обработкой полилактидом проведены на ООО УПП «Картонажно-
полиграфические изделия» (акт опытно-промышленных испытаний
прилагается).
Соответствие диссертации паспорту научной специальности.
Основные результаты диссертационной работы соответствуют п.3 «Химия и технология целлюлозно-волокнистых полуфабрикатов и композиционных материалов», п.6 «Химия и технология бумаги и картона», п.7 «Технология изделий и упаковки из бумаги и картона», из паспорта специальности 05.21.03 «Технология и оборудование химической переработки биомассы дерева; химия древесины».
Апробация работы. Результаты работы представлены на
XIV Международной конференции молодых ученых «Пищевые технологии и
биотехнологии» (2015, Казань); XV Международной конференции молодых
ученых «Пищевые технологии и биотехнологии» (2016, Казань); III и
IV Международных научно-технических конференциях «Проблемы
механики целлюлозно-бумажных материалов» (2015, 2017, Архангельск); Международной научно-практической конференции «В.И. Вернадский: устойчивое развитие регионов» (2016, Тамбов); Международной научно-практической конференции «Новые решения в области упрочняющих технологий: взгляд молодых специалистов» (2016, Курск); Международной конференции «Композит – 2016» (2016, Энгельс); XIV Международной конференции «Физика диэлектриков» (2017, Санкт-Петербург).
Личный вклад заключается в сборе и анализе литературных данных по теме диссертационных исследований, проведении экспериментальных исследований (определение сопротивления продавливанию, сопротивления раздиранию, трещиностойкости и др.), в формулировании выводов по сделанной работе. Автору принадлежат основные опубликованные и использованные в диссертации идеи, и работы.
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликованы 4 статьи в журналах, рекомендованных ВАК для опубликования результатов диссертаций, 10 работ в сборниках научных трудов и материалах международных конференций.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 3 глав, заключения и списка литературы. Работа изложена на 114 страницах, содержит 43 рисунка, 21 таблицу. Библиографический список включает 151 наименование.