Вплив світловіддалення на механічні, гідрофобні та теплові властивості високоміцних формованих волокнистих матеріалів

Предмети

Анотація

Вступ

Формований волокнистий матеріал - це новий матеріал, що швидко розвивався в останні роки, і його можна широко використовувати в упаковці, логістиці та інших галузях як хороший замінник пластику та твердих деревних матеріалів 1. Традиційні формовані волокнисті матеріали, як правило, формують методом одиночного всмоктування з щільністю 0,22–0,33 г · см −3 і зазвичай використовують для упаковки дрібних та легких виробів 2,3. Однак високоміцні формовані волокнисті матеріали (HMFM) щільністю 0,8–1,1 г · см −3 формуються в процесі гарячого пресування із застосуванням в якості сировини целюлозних рослинних целюлоз, які відповідали вимогам великої структури та високих навантажень ємність. Можна застосовувати для великої та важкої упаковки механічного обладнання, збірної тари, а також для польових робіт 4 .

Традиційні формовані волокнисті матеріали беруть макулатуру як основну сировину 5. Основним типом волокон макулатури є хімічні волокна целюлози, і більша частина лігніну видаляється в процесі целюлози. Міжволокнистий зв’язок в основному залежав від міжмолекулярного водневого зв’язку та ван-дер-ваальсових сил між сусідніми поверхнями волокна 6. Короткі і жорсткі волокна з макулатури нелегко сприяли зовнішній фібриляції через багаторазове збивання та сушіння 7,8,9. Отже, важко формувати HMFM з високою щільністю та високою міцністю в традиційному процесі формування з відносно низькою температурою та тиском. З метою поліпшення фізичної працездатності механічної пульпи у цьому дослідженні використовували видалення лігніну для утворення HMFM 10 .

Світлоделігніфікація може спричинити зміни фізичних властивостей та зовнішніх поверхнево-активних груп волокон, що забезпечує можливість поліпшення властивостей HMFM. Для поліпшення механічних, гідрофобних та інших властивостей HMFM, HMFM до і після обробки світлою делігніфікацією готували методом гарячого пресування. Хімічний склад та морфологія волокон целюлози до та після обробки хлоритом натрію досліджувались відповідно до стандартів хімічного аналізу сировини для виготовлення паперу та методів мікроскопічного спостереження та математичної статистики відповідно. Склад зовнішньої поверхні, мікроструктуру та теплові властивості HMFM досліджували за допомогою рентгенівської фотоелектронної спектроскопії (XPS), скануючої електронної мікроскопії (SEM) та диференціальної скануючої калориметрії (DSC) відповідно. Порівняно та проаналізовано вплив світло-делігніфікації на фізико-механічні властивості (щільність, міцність на розрив та міцність на вигин) та гідрофобні властивості HMFM. Він може бути використаний як теоретична підтримка для дослідження механізму формування та оптимізації виробництва HMFM.

Результати

Морфологія волокна та аналіз хімічного складу

Делігніфікація світла може спричинити зміни в морфології та хімічному складі волокон, що, в свою чергу, вплинуло на показники HMFM. Середнє та загальне значення розмірів наведено в таблиці 1.

Загальне значення довжин волокон STP становило від 495,5 до 808,3 мкм, що було меншим порівняно із значенням волокон UTP. Однак загальне значення діаметрів волокон STP коливається від 14,3 до 19,3 мкм, що було більше, ніж для волокон UTP. Це призвело до зменшення пропорції волокон STP. Середнє значення розмірів волокна також показало ті самі зміни, що і загальне значення. Довжина волокна зменшилася, діаметр збільшився, а співвідношення сторін зменшилося після світлової делігніфікації. Зменшення пропорції може послабити механічне зшивання волокон. Однак збільшення діаметра забезпечувало більшу площу контакту між волокнами, що було корисно для поліпшення міцності зчеплення між волокнами. Загальне значення товщини стінок волокна STP коливалось від 3,5 до 3,9 мкм, що було менше, ніж для волокон UTP. Це може бути пов’язано з видаленням лігніну з поверхні волокна, що призводить до зменшення товщини стінок волокна та збільшення м’якості волокна, що було корисно для збільшення компактності між волокнами. У таблиці 2 наведено врожайність та хімічний склад.

Вихід STP зменшився на 20,3% порівняно з UTP. На додаток до розкладання та розчинення лігніну та інших композицій, на нього можуть впливати зміни деяких дрібних волокон, що призвело до збільшення втрат маси під час промивання. Після світлової делігніфікації відношення голоцелюлози до вмісту лігніну коливалося від 2,8 до 7,0, що свідчить про значну зміну складу волокон. Вміст лігніну значно зменшився на 54,0%, а вміст голоцелюлози та α-целюлози відповідно збільшився. Однак вміст пентозану суттєво не збільшився. Світлова делігніфікація зменшила кількість пентозану в голоцелюлозі з 22,0% до 19,9%, демонструючи певний ступінь деградації геміцелюлози.

Фізико-механічні властивості HMFM

Механічна міцність є одним з найважливіших показників для характеристики продуктивності HMFM. Щільність та механічні властивості наведені в таблиці 3 та на рис. 1.