Научный журнал

Современные наукоемкие технологии

ISSN 1812-7320

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 0,940

• Авторы
• Файлы

Мусихин П.В. Сигаев А.И.

Статья в формате PDF

145 KB

Борщевик относится с семейству Сельдерейные (Apiaceae) или Зонтичные (Heracleum). За мощный облик борщевик прозван ботаниками травой Геракла (Heracleum).

К почве не требователен, но, учитывая многолетнее произрастание на одном месте (до 20 лет), рекомендуется высеивать на достаточно плодородных почвах, заправленных органическими и минеральными удобрениями. Цветение борщевика начинается в первой половине июля, созревание семян - в начале августа. Урожай зеленой массы 500-900 ц/га, семян 2-11 ц/га.

 Из истории целлюлозно-бумажной промышленности, известно, что выделение целлюлозы возможно из однолетних растений. Исходя из этого, мы в своей работе поставили цель - исследовать борщевик Сосновского, как дополнительный источник сырья для целлюлозно-бумажной промышленности.

Заготовка борщевика Сосновского производилась в зимнее время и одним из первых исследований в нашей работе было определение влажности.

Мы использовали экспрессный метод высушивания в сушильном шкафу и определили среднюю влажность исследуемого материала, которая составила - 1,098%.

В состав растительных тканей, кроме органических веществ, входят минеральные вещества, состав и количество которых зависит от природы растительной ткани, условий ее произрастания. Количество минеральных веществ определяли по количеству золы, которая образуется после сжигания растительных тканей. После выполнения серии опытов получили среднее содержание минеральных веществ - 4,46%.

В состав растительной ткани входят вещества, хорошо растворимые в воде и в различных органических растворителях. Они называются экстрактивными веществами. К ним относятся: фенолы, минеральные вещества, углеводы, стерины, эфирные масла, смоляные и жирные кислоты. Для количественного определения этих веществ мы применяли экстракцию водой при 25ºС и при 100ºС, а также ацетоном.

После проведения исследования и расчетов, получили содержание веществ экстрагируемых водой при 100ºС, в среднем, - 16,3%, экстрагируемых водой при 25ºС, в среднем, составляет - 14,55%, экстрагируемых ацетоном, составляет - 1,14%.

При обработке борщевика смесью концентрированной азотной кислоты и этилового спирта (метод Кюршнера и Хоффера) лигнин нитруется, частично окисляется и переходит в раствор спирта. Азотная кислота в большей степени оказывает гидролизующее действие на гемицеллюлозу, чем на целлюлозу. Исследованием определено, что содержание целлюлозы в борщевике Сосновского составляет - 39,65%.

Твердость растению придает лигнин. Лигнин является одной из главных составных частей растительных тканей. Содержание его колеблется в пределах 20-30%. Лигнин представляет собой полимерное соединение и его содержание определяют как остаток после удаления из растительной ткани экстрактивных веществ и полисахаридов. Мы применили метод с 72%-ной серной кислотой в модификации Комарова. Этот метод является наилучшим, в том отношении, что он дает наиболее высокий выход лигнина с максимальным содержанием метоокислов. После же исследования и необходимых расчетов, среднее содержание лигнина составило - 20,35%.

Задачей процесса получения технической целлюлозы (варки) является выделение в неповрежденном виде волокна как структурного элемента растительной ткани. Это достигается, прежде всего, растворением межклеточного вещества и удалением лигнина из растительного сырья.

Варка проводилась в лабораторном котле со следующей характеристикой: емкость котла - 10 л, подогрев электрический, давление атмосферное.

Постоянными параметрами варок были приняты: температура 100ºС и время варки - 3часа.

В качестве варочного раствора использовался гидрооксид натрия (NaOH) с содержанием общей щелочи 41,5 г/л в ед.NaOH (32,16 г/л в ед. Na₂O), а расход активной щелочи изменялся от 16 до 30% к массе от абсолютно сухой сечки.

Количество варочного раствора, необходимого для натронной варки, определялось исходя из количества сечки, расхода активной щелочи и гидромодуля.

Таблица 1. Результаты варок борщевика Сосновского

Общий выход составил около - 67%.

После варки, промывки и сортирования в лабораторных условиях получили волокнистую массу коричневого цвета, содержащую нормальное волокно, непроваренную сечку малых размеров и слизь.

Жесткость целлюлозы является одним из важнейших ее показателей и характеризуется количеством оставшегося лигнина в целлюлозе после варки. Жесткость целлюлозы определяли перманганатным методом. Единицей ее измерения является перманганатное число.

Метод основан на окислении лигнина перманганатом калия и последующем йодометрическим его титрованием в условиях, установленных ГОСТ 10070-74.

Полученные волокна были подвергнуты микроскопическому исследованию, которые предварительно обрабатывались раствором хлорцинкйода: длинные, лентообразные волокна полученного полуфабриката приобрели сине-фиолетовую окраску. Это является доказательством, что исследуемый полуфабрикат, в основном, состоит из волокон целлюлозы.

Далее целлюлоза была подвергнута размолу.

Цель размола волокнистых материалов заключается в следующем: придать волокнистому материалу определенную степень гидратации, сделать волокна гибкими, пластичными, увеличить их поверхность, обеспечить лучший контакт и связь волокон в бумажном листе. Размол проводили в мельнице ЦРА.

Во время размола растительных волокон в водной среде происходит механический процесс укорочения волокон и их продольного расщепления на фибриллы и коллоидно-химический процесс, называемый гидратацией волокон, который начинается с их набухания и придает волокнам способность связываться между собой в прочный лист. Качество размолотой бумажной массы определяется степенью помола и средней длиной волокна.

Из размолотой целлюлозы до 30ºШР были изготовлены образцы для испытания на механические показатели. Разрывная длина представляет собой расчетную длину полоски бумаги, при которой она разрывается от собственной тяжести у линии отвеса. Показатели разрывного усилия определяли на аппарате РМБ-10 в кгс и выполнили пересчет в метры.

Далее отливки были испытаны на сопротивление раздиранию, которое определяется на приборе Р-1 (прибор Эльмендорфа). Сопротивление бумаги раздиранию - это величина усилия, необходимого для раздирания предварительно надрезанного образца бумаги, выраженная в ньютонах.

Таблица 2. Физико-механические показатели целлюлозы, полученной из борщевика Сосновского.

Вывод:

• мы получили новый волокнистый полуфабрикат из однолетнего растительного сырья - борщевика Сосновского;
• сравнивая полученные данные химического состава борщевика Сосновского с другими однолетними растениями и древесиной различных пород, и мы определили, что он близок по его содержанию к тростнику[4].
• с целью достижения более высоких механических показателей полуфабриката, необходимо продолжить исследования по отработке режимов и способов варки целлюлозы;
• изучить взаимодействие его с отбеливающими химикатами;
• полученную целлюлозу предлагаем применять, согласно литературным данным [5], для производства внутренних слоев упаковочных видов картона, частично заменив древесное сырье на борщевик Сосновского.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Козмол Ф. Производство бумаги в теории и на практике. - М.: Лесная промышленность, 1962.
2. Лендьел П., Морваи Ш. Химия и технология целлюлозного производства. - М.: Лесная промышленность, 1978.
3. Овдейчук В.П. Лабораторный практикум по технологическому контролю. - М.: Лесная промышленность, 1964.
4. Сергеева А.С. Технологический контроль целлюлозно-бумажного производства. -М.: Лесная промышленность, 1969.
5. Хойер Д. Производство картона. - М.: Лесная промышленность, 1977.
6. Шитов Ф.А. Технология бумаги и картона. - М.: Лесная промышленность, 1978.

Библиографическая ссылка