Теория пр оц есса размола

Эти изменения в свойствах массы и бумаги настолько значительны, что 
трудно объяснить их только одним механическим измельчением волокон. 
Поэтому не удивительно, что первыми теориями размола были химические 
теории. Их авторы Кросс и Бивен полагали, что вода при размоле вступает 
в химическое взаимодействие с целлюлозой, образуя желатинообразный 
гидрат. Отсюда и произошел термин г и д р а т а ц и я п р и р а з м о л е , ши­
роко применяемый в бумажном производстве, хотя в настоящее время в 
этот термин вкладывают несколько иное содержание. Другой автор хими­
ческой теории Ш вальбе полагал, что при размоле могут получаться гидро- 
и оксицеллюлоза, образующие слизь, которая склеивает волокна в бумаж­
ном листе при сушке [1].
Химическая теория размола волокнистых материалов сыграла извест­
ную положительную роль: она способствовала применению при размоле 
ролльных добавок (крахмала, производных целлюлозы и других гидро­
фильных коллоидов), ускоряющих процесс размола и повышающих проч­
ность бумаги.
Последующие исследования, посвященные выяснению изменения хи­
мического состава волокна при размоле, показали несостоятельность хи­
мических теорий этого процесса. Исследования Кресса, Бьялковского [1], 
Керрена [2] и других ученых показали, что химический состав волокна 
и его рентгенограмма при размоле не изменяются. Происходит лишь не­
большое уменьшение степени полимеризации целлюлозы, увеличивается 
растворимость в щелочах и гидролизное число. Эти явления объясняются 
увеличением поверхности и доступности целлюлозного волокна для дей­
ствия щелочных и кислотных реагентов, а также частичным разрушением 
целлюлозных цепей при длительном размоле.
Позднее была выдвинута физическая теория размола. Ее авторы Стре- 
чен (1926) и Кемпбелл (1932) пытались объяснить свойства, приобретае­
мые массой и бумагой при размоле, только одним физическим процессом 
измельчения волокон. При этом Стречен придавал большое значение про­
цессу фибриллирования, объясняя связь между волокнами в бумаге меха­
ническим переплетением поверхностных фибрилл, а Кемпбелл — силам 
поверхностного натяж ения воды, под влиянием которых волокна сближ а­
ются при сушке и образуют лучший контакт друг с другом.
Ф изическая теория размола также не могла объяснить причину воз­
никновения межволоконных связей в бумаге и потерю прочности ее после 
увлажнения. Позже эти авторы выдвинули гипотезу «частичной раствори­
мости» целлюлозы в воде и «рекристаллизацию» целлюлозных цепей при 
сушке, чтобы объяснить природу межволоконных связей в бумаге.
Дж. Кларк в 1943 г. выдвинул другую теорию размола [3]. У Отречена 
он взял его концепцию о фибрилляции волокна, а у Кемпбелла — идею ча­
стичной растворимости целлюлозы в воде и действие поверхностного натя­
жения при сушке. Эти представления он дополнил своими наблюдениями о
38

влиянии первичной стенки на набухание и фибрилляцию волокон» Однако 
и эту теорию нельзя было признать вполне удовлетворительной;
Еще раньше Я. Г. Хинчин [4] высказал предположение, что при размоле 
происходит освобождение полярных гидроксильных групп у макромолекул 
целлюлозы, находящихся на поверхности микрофибрилл наружных стенок 
волокна, и что, по-видимому, через эти группы соседние волокна связыва­
ются между собой в бумажном листе. Однако это предположение ничем не 
подтверждалось.
В 1940 г. Эллисом и Бассом было установлено, что межмолекулярное 
взаимодействие между цепями целлюлозы в клеточных оболочках волок­
на осущ ествляется через гидроксильные группы за счет водородной связи. 
Как известно, водородная связь — особый вид межмолекулярного взаи­
модействия, осуществляемого атомами водорода между двумя другими 
электроотрицательными атомами, например кислородом, фтором, азотом 
или хлором. Этот вид связи проявляется у веществ, обладающих высоким 
дипольным характером. Энергия водородной связи находится в пределах 
3—8 
к к а л / м о л ь .
Она значительно больше энергии связи сил ван дер Ва- 
альса, но меньше энергии химической связи [5].
Водородная связь через кислород, типа ОН. . . О возникает при рас­
стояниях между атомами 2,55—2,75 А, Полагают, что в ориентированных 
участках целлюлозы гидроксильные группы целиком включены в водо­
родную связь, а в аморфных — частично. При намокании целлюлозного 
материала вода проникает в доступные участки аморфной целлюлозы и 
разрушает водородную связь, заменяя ее менее прочной водной связью 
также через водородный мостик. При дальнейшем набухании целлюлозы в 
отдельных ее участках образуются не только мономолекулярные, но и по- 
лимолекулярные водные пленки, причем связь между цепями ослабевает, 
а гибкость и пластичность волокон повышаются.
На рис. 8 дано схематичное изображение водородной связи в сухой цел­
люлозе и водородной связи через мономолекулярную и полимолекулярную 
пленку воды во влажной целлюлозе.
Открытие водородной связи в целлюлозных материалах сыграло важ­
ную роль в развитии современной теории размола. В основу ее положена 
гипотеза, что межволоконная связь в бумаге имеет ту же природу, что и 
мёжмолекулярные связи в целлюлозе. Основные положения современной 
теории размола были сформулированы автором еще в 1947 г. [6]. Одновре­
менно аналогичные взгляды на процесс размола были высказаны и други­
ми исследователями. Тем не менее полное признание теория водородной 
связи в бумаге получила только в 1957 г. на Кембриджском симпозиуме 
после обстоятельных работ Корте и Шашек [7], Геллея [8], Ван дер Аккера 
[9], Ниссена [10], Кемпбелла [11], Гиртца [12] и др.
В современной теории размола особое значение придается слоисто­
му, 
фибриллярному строению волокна, содержанию в нём гемицеллюлоз, 
способствующих набуханию и фибрилляции волокон. Благодаря этим
39

процессам при размоле волокно становится гибким и пластичным, увели­
чивается связанная поверхность между волокнами и образуются межволо- 
конные связи в готовой бумаге [13, 14, 15].
Исходя из современного уровня знаний, процесс размола можно объ­
яснить следующим образом. При размоле в водной среде волокна целлю-
.о ч
,1

жүктеу/скачать 17,63 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: