Обзор СМИ от 25 февраля 2025 года
ЦЕЛЛЮЛОЗНАЯ МЕЛОЧЬ: ХАРАКТЕРИСТИКИ, ВЛИЯНИЕ НА МЕХАНИЧЕСКИЕ И ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА БУМАГИ И КАРТОНА. ЧАСТЬ 1 и 2
Ute Henniges, Thomas Rosenau, Antje Potthast, Cellulosic fines: properties and effects. Ute Henniges, Thomas Rosenau, Antje Potthast. University of Natural Resources and Life Sciences, Vienna. 2016
Основным источником целлюлозы является древесина. Это главный компонент удлиненных клеток, называемых волокнами. Волокна представлены фибриллами, структура которых представляет собой клеточные стенки, являющиеся основой механической прочности древесины и материалов из нее. Существует множество механических и/или химических процессов для выделения волокон из матрицы древесины, то есть создания древесной массы. Любая древесная масса содержит волокна разной длины, а также другие древесные элементы и фрагменты. Размеры варьируются от нескольких миллиметров (1-5 мм) (для длинных волокон) вплоть до коллоидных древесных смол размерами от 0,1 до 1 мкм. Самые маленькие компоненты называются «мелочью», которые обычно определяются как частицы волокнистой суспензии, которые могут проходить через отверстия определенного размера. Официальные стандарты предполагают отделение мелочи от длинноволокнистой фракции с помощью металлической плиты с круглыми отверстиями диаметром 76 мкм. Это соответствует наиболее часто используемому устройству, сетке номер 200, что соответствует 200 нитям на 1 погонный дюйм. Поэтому часто используется обозначение «фракция P200».
В зависимости от вида массы мелочь может содержать короткие волокна, фрагменты стенок волокон и др. Что отличает мелочь от растворенных и коллоидных субстанций, которые также проходят через сетку №200? С одной стороны, такие частицы удерживаются на фильтровальной бумаге, с другой стороны, их можно увидеть в оптический микроскоп. Некоторые авторы используют термин «целлюлозная мелочь», чтобы включить в это понятие коллоидный целлюлозный материал (иногда называемый микромелочь), исключая растворенные вещества и коллоидные древесные смолы.
В то же время неорганические пигменты, наполнители, латекс, кристаллы солей и осадки, которые также могут быть представлены в волокнистой суспензии в процессе производства бумаги и проходить через сетку номер 200, не считаются мелочью. Волокнистую массу также производят из растений, не только из деревьев (например, из джута, конопли, жмыха сахарного тростника или из пшеничной соломы). Эта масса также содержит огромное количество мелочи. Эта статья, однако, рассматривает только целлюлозную мелочь из древесины.
Большая доля бумажной массы используется для производства бумаги и картона. Некоторые исследования характеристик и взаимодействий мелочи сфокусированы на производстве вискозы, особенно на том, как удалить мелочь из этого процесса, но большинство исследований мелочи проведены в области производства бумаги и картона. Ранние всесторонние исследования часто имели отношение к мелочи из механической древесной массы. В результате последующие обзоры были сосредоточены на мелочи в механической массе, в которой эта фракция составляет 20-40% в общей массе и является ключевой в механических характеристиках конечного продукта – бумаги. Мелочь механической массы обычно классифицируется по морфологии, она делится на волокнистые и неволокнистые материалы. Более поздние исследования показали, что существует взаимосвязь между формой мелочи и ее происхождением; волокнистые материалы имеют тенденцию образовываться позже в процессе производства бумажной массы.
В химической бумажной массе гораздо меньше мелочи, ее содержание от менее 1 процента до 15%. Ранние исследования мелочи в химической массе определили высокое содержание смол, следовательно, это означает необходимость удаления мелочи, особенно из сульфитной массы, чтобы избежать различных проблем в последующих процессах. В то время как мелочь является не обязательной частью процесса при производстве вискозы, в производстве бумаги мелочь играет существенную роль, особенно вторичная мелочь, которая образуется в процессе механического размола массы. Взаимодействие мелочи с другими компонентами в волокнистой суспензии является одинаково важным для оптимизации дозирования добавок и для формирования характеристик конечного продукта. Таким образом, мелочь оказывает воздействие на отбелку, удержание наполнителей, оборотную воду. Она способствует увеличению прочности и других характеристик листа.
Происхождение мелочи
Волокна выделяются из древесины и проходят определенные процессы перед тем, как превратиться в финальный продукт. Одновременно с этим образуется мелочь. Хотя первой точкой, где происходит возникновение мелочи является резка древесины в щепу, эта мелочь в значительной степени удаляется перед варкой целлюлозы с помощью разных типов сортирующего оборудования.
Термины «первичная мелочь» и «вторичная мелочь» обычно используются, чтобы описать фракции технической целлюлозы, но они также могут быть применены к разным типам бумажной массы: первичная мелочь - это та, которая возникает в первичном процессе варки целлюлозы, тогда как вторичная мелочь создается при дальнейшей разработке волокон, как например, в течение размола.
Образование мелочи в процессах химической варки целлюлозы
В процессе химической варки целлюлозы используется сравнительно небольшое механическое воздействие; по большей части, неповрежденные клетки отделены, и распределение конечной длины волокна такое же, как и в древесине. В результате здесь имеются немногочисленная первичная мелочь. Мелочь включает едва ли не любые волокнистые фрагменты, но по большей части лучевые клетки, и в случае с лиственной древесиной также сосуды, которые отделяются в процессе варки. Химическая целлюлоза из лиственной древесины содержит больше первичной мелочи, чем из хвойной, благодаря более сложной анатомии. После варки волокна становятся более лентовидными, чем волокна в механической массе, но они недостаточно гибкие, чтобы сформировать прочные бумажные листы; это достигается с помощью механической обработки, называемой размолом. Главные эффекты размола – это высвобождение мелочи, а также внутренняя и внешняя фибрилляция, некоторая деформация и укорочение волокон. Большая часть этой вторичной мелочи образуется в процессе предварительного размола. В крафт-целлюлозе первичная мелочь превышает по весу вторичную, хотя количество вторичной мелочи выше.
Образование мелочи при производстве механической массы
Существует два основных типа механической варки целлюлозы: первый – процесс производства механической массы, когда окоренные бревна измельчаются путем прессования об вращающийся каменный вал; в другом процессе, называемом рафинированием, древесная щепа измельчается между вращающимися дисками. Один из наиболее часто используемых типов размола на сегодняшний день, называемым термомеханической варкой целлюлозы, включает предварительную обработку щепы паром. Если в процесс предварительной обработки щепы включены химикаты, размягчающие лигнин, то это называется химико-термомеханическая масса. Во всех этих процессах значительная часть древесины превращается в мелочь. Фракция волокнистой суспензии, которая проходит через сетку номер 200, ниже в химикотермомеханической массе (20% и ниже); термомеханическая масса содержит около 30% мелочи, в то время как древесная масса содержит 30-40%.
Количество мелочи, образующееся в процессе производства термомеханической массы растет вместе со специфическим потреблением энергии и практически не зависит от породы древесины. В случае с древесной массой вид древесины влияет на содержание мелочи. Это имеет малое практическое значение, с тех пор как ель является преобладающим материалом для механического производства целлюлозы, особенно в процессе изготовления древесной массы.
Морфология мелочи
Морфология мелочи тесно связана с ультраструктурой древесины. Клетки, которые составляют большую часть целлюлозы как лиственной, так и хвойной древесины являются трахеидами или волокнами либриформа, соответственно. Стенки этих клеток содержат несколько слоев разной структуры и состава. Эти слои характеризуются плотностью и расположением целлюлозных микрофибрилл, и названы по порядку, в котором они сформированы по мере роста клетки. Соседние клетки соприкасаются со срединной пластиной, содержащей, по большей части, лигнин и всего несколько целлюлозных фибрилл. От срединной стенки к полости клетки окружены тонкой первичной стенкой, толстой вторичной стенкой, разделенной на слои S1 и S2, и тонкой третичной стенкой. Как можно увидеть на рисунке 1, фибриллы плотные и структурированные во вторичной стенке, что дает обоим слоям S1 и S2 пластинчатый вид. В зависимости от типа целлюлозы, мелочь может включать короткие волокна, волокна и фрагменты клеточной стенки, фибриллярный материал вторичной стенки и части срединной пластины. Слой, состоящий из трахеид или волокон либриформа, также содержит систему обмена водных растворов, к которой волокна присоединены с помощью разных типов пор в их стенках; например, окаймленными впадинами, которые представляют собой толстые центральные части некоторых пористых мембран. Поры также соединяют просветы соседних волокон. Части этой проводящей системы образованы мелкой фракцией: целыми или разрушенными сосудами, лучевыми клетками и другими паренхимными клетками.
Мелочь в производстве бумаги и картона
Содержание мелочи влияет на широкий спектр свойств целлюлозы и бумажного полотна. С одной стороны, мелочь повышает прочность листа, улучшает связи между волокнами, следовательно, улучшает прочность во влажном и сухом состоянии, с другой стороны, высокое содержание мелких частиц приводит к ухудшению обезвоживания и белимости.
Влияние на механические свойства
В ранних научных исследованиях о влиянии мелочи в древесной массе на свойства бумаги рассматривались такие типы мелочи, называемые «распушенные фибриллы» и «древесная мука», выделенные сеткой примерно на 50 процентов шире, чем современные стандарты. Оба типа мелочи добавлялись в целлюлозу, не содержащую мелких частиц.
Добавление древесной муки ухудшило такие механические свойства бумаги, как разрывная длина и сопротивление излому, но фибриллы улучшали эти свойства непропорционально их добавлению с максимальным увеличением разрывной длины и сопротивлению излому при концентрации мелких волокон около 20%, длинных волокон - 80%. Основной вывод более поздних исследований заключался в том, что соотношение волокон и мелочи является определяющим фактором для многих свойств бумаги; свойства конкретного волокна и мелочи также играют роль, но менее важную.
Прочность бумажного полотна намного выше, если оно изготовлено только из мелочи, чем если только из длинных волокон. Прочность во влажном состоянии полотна из смеси волокна и мелочи в равных долях в пять раз выше, чем у бумажного полотна только из длинных волокон; также она немного выше, если используется материал с высоким содержанием фибрилл, чем если мелочь состоит в основном из древесной муки. Также отмечается, что максимум прочности во влажном состоянии наблюдается, когда все пустые пространства между волокнами заполнены мелочью. Таким образом, в зависимости от типа мелочи и волокон существует теоретический оптимум в соотношении мелочи и волокон, при котором начальная прочность во влажном состоянии максимальна, при этом статические и динамические прочностные характеристики достаточно хорошие. Эта точка была названа «предельным состоянием».
Сравнение различных видов волокнистых суспензий с помощью анализа изображений показало, что в TMМ и химических целлюлозах фибриллы легче отличимы от других типов мелочи, чем в механической массе, где мелочь часто находится между очень длинными, очень тонкими фибриллами и частицами с низким аспектным отношением. Это может быть причиной того, что добавление мелочи, богатой фибриллами, увеличивает индекс прочности на разрыв и плотность листа бумаги в большей степени, чем такое же количество мелочи, богатой хлопьями, в TMМ. Наличие мелочи улучшает сопротивление бумаги как из механической массы, так и из TMМ к механическим нагрузкам в различных направлениях — аксиальном и радиальном в плоскости бумаги, а также в Z-направлении; это примерно соответствует сопротивлению растяжения, сопротивлению бумаги на разрыв и прочности по Скотту (прочность внутреннего соединения). Сопротивление листа бумаги на разрыв, содержащего только мелочь ниже, чем у бумаги без мелочи, но этот показатель самый высокий для содержания мелочи около 20 процентов. Мелочь также вносит нелинейный вклад в показатель длины разрыва с резким увеличением при низком содержании мелочи.
Основной эффект от мелочи относительно механических свойств бумаги заключается в том, что она уплотняет сеть волокон, увеличивая количество межволоконных связей, которые являются основным фактором прочности бумажного листа помимо прочности отдельных волокон. Если межволоконных связей больше, расстояния между волокнами становятся короче, и свободного пространства становится меньше. Следовательно, в высушенной бумаге возникает больше напряжения, что уменьшает усадку и повышает сопротивление разрыву. Мелочь в TMМ более эффективна для образования связей, чем стандартные химические вспомогательные вещества для увеличения прочности. А также мелочь в целлюлозе «приближает» волокна друг к другу, создавая более тонкий и менее пористый лист бумаги. Этот эффект уплотнения листа увеличивается с содержанием фибрилл в фракции мелочи.
В некоторых исследованиях сравнивали добавление различных типов мелочи к одному типу длинных волокон. Наблюдаемые тенденции были довольно схожи: добавление мелочи химической бумажной массы увеличивает индекс прочности на разрыв и плотность листа больше, чем такое же количество мелочи TMМ. Это было определено для мелочи от беленой и небеленой крафт-целлюлозы, но также от хвойной сульфитной целлюлозы и даже от крафт-целлюлозы, прошедшей цикл переработки. В зависимости от фракции длинных волокон существует определенное количество мелочи TMМ (например, 45%), за пределами которого дальнейшее увеличение не происходит или даже наблюдается снижение сопротивления разрыву. Как первичная, так и вторичная мелочь химической целлюлозы улучшает прочностные свойства бумаги, хотя эффекты более выражены для вторичной мелочи.
Влияние на оптические свойства
Некоторые исследования рассматривают влияние мелочи на оптические свойства бумаги. Для многих целей бумага должна быть белой и непрозрачной. Для мелочи механической массы коэффициент поглощения света в три-четыре раза выше, чем у фракции длинных волокон; вклады отдельных фракций суммируются. Коэффициент рассеяния света целлюлозы в основном зависит от фракции длинных волокон. Добавление мелочи механической массы увеличивает этот показатель; до определенного уровня содержания мелочи абсолютное увеличение зависит только от количества этой мелочи. Этот уровень был оценен как 15 процентов.
Мелочь химической целлюлозы обладает высоким содержанием фибрилл; их добавление может снизить коэффициент рассеяния света, но на том уровне, на котором они обычно присутствуют в химической целлюлозе, они не оказывают значительного влияния на оптические свойства получаемой бумаги.
Из-за более высокого содержания ионов металлов, лигнина и экстрактивных веществ, мелочь требует больше химикатов для отбеливания, чем фракция длинных волокон. Для достижения более высоких значений белизны механические массы часто отбеливают пероксидом водорода. Для TMМ и древесной массы это менее эффективно при более высоком содержании мелочи; этот недостаток частично компенсируется лучшим рассеянием света. При отбеливании крафт-целлюлозы можно достичь более высокой конечной белизны, потребляя меньше активного хлора, если первичная мелочь удалена заранее; в случае хвойной целлюлозы это соответствует удалению лучевых клеток, что также приводит к более эффективному отбеливанию. Кроме того, белизна немного меньше подвержена воздействию старения для массы, отбеленной без мелочи. Также было доказано, что отбеливание крафт-целлюлозы пероксидом водорода более эффективно после удаления первичной мелочи.
СКРЕПКА ЭКСПО 2025: НОВЫЕ КОЛЛЕКЦИИ И ТРЕНДЫ КАНЦЕЛЯРСКОГО РЫНКА
Международная мультитематическая В2В выставка «Скрепка Экспо» завершила свою работу на площадке выставочного комплекса «Тимирязев Центр» в Москве. Мероприятие проходило в 32-й раз и объединило профессионалов рынка канцелярских товаров, материалов для хобби и творчества, обучения, игрушек и прочих.
Как сообщают организаторы, все три дня выставки «Скрепка Экспо» показали высокую активность – на стендах экспонентов «кипела» работа: поставщики и производители вели переговоры с действующими и потенциальными клиентами, посетители выставки знакомились с новыми трендовыми коллекциями представленной продукции.
Генеральный партнер мероприятия – «Группа “Илим”» – представляла на своем стенде офисные бумаги «Илим Стандарт» и «Илим Профи», объемы продаж которых за год превысили 38 млн пачек. «По итогам прошлого года объем российского рынка офисных бумаг оценивается примерно в 470 тыс. тонн. Мы начали производство офисных бумаг в январе 2024 года. За это время бумага «Илим» завоевала около 18% российского рынка, несмотря на непростую ситуацию на рынке белых бумаг. Эти результаты говорят о доверии наших клиентов к качеству нашей продукции»,– заявил директор службы по продажам белых бумаг «Группы “Илим”» Артём Мянник.
Бумажно-беловую продукцию (тетради, дневники, скетчпады, блокноты, этикетки) презентовали «Маяк Канц» (входит в состав холдинга «Маяк»), компания «КАМА», УП «Бумажная фабрика» Гознака (Беларусь), «Белгородская областная типография», «Полотняно-Заводская бумажная мануфактура» (ПЗБМ) и другие компании.
«На стенде были представлены новые школьные коллекции тетрадей, блокнотов и альбомов на 2025 год. «Скрепка Экспо» собрала целую армию ценителей канцтоваров и стала настоящим полем для общения, обмена идеями и, конечно же, улыбок. <..> Мы провели множество плодотворных встреч, на которых предварительно были заключены договоренности по условиям работы и поставкам нашей продукции», – делятся впечатлениями в «ПЗБМ».
Так, в числе новинок – серия из 12-ти предметных тетрадей «Калейдоскоп». Они выполнены в черном цвете, а корешки – разноцветными, что, по словам производителя, не только добавляет оригинальности, но и упрощает процесс поиска тетради нужного предмета в рюкзаке. «Обложка тетрадей изготовлена из прочного картона с полноцветным принтом на обороте. Мы использовали современные технологии печати: матовую ламинацию и УФ-лак Брайля. Скруглённые углы помогут сохранить аккуратный внешний вид на протяжении всего года. Внутренний блок выполнен из высококачественной офсетной бумаги с серой линовкой, что обеспечивает комфортное написание», – уточняет производитель.
Пеналы и ежедневники с шуточными и мотивирующими лозунгами, необычные шариковые ручки, карандаши, калькуляторы и прочие канцтовары – на стендах экспонентов полное разнообразие продукции.
Виртуозы канцелярского рынка
В 2024 году организаторы выставки «Скрепка Экспо» запустили новый проект – премию «Виртуозы канцелярского рынка». Ее главная цель – признание заслуг, достижений, профессиональных и личных качеств человека, работающего в индустрии канцелярских товаров. Победителей премии определяют в пяти номинациях: виртуоз маркетинговых инициатив, виртуоз-производитель, виртуоз оптовых продаж, виртуоз розничных продаж, маэстро канцелярского рынка.
Церемония награждения премии прошла в рамках выставки «Скрепка-Экспо», где чествовали представителей отрасли, проявивших себя наиболее ярко в предыдущем году. Тех, кто не просто работает в отрасли, а формирует ее будущее, вдохновляет коллег и задает новые тренды.
