Модификация волокна - Википедия - Fiber modification

Модификация волокна это область исследований, в которой исследователи стремятся разрабатывать и применять технологии для придания новых свойств натуральным волокнам, таким как волокна бумага, чтобы увеличить их функциональность. Области исследований в этой области включают множество различных технологий, среди которых широко используются химические модификации волокон. Одним из важных направлений применения химических модификаций является обработка дерево для придания ему улучшенных свойств, таких как более высокие механические свойства, водонепроницаемость, меньше гигроскопичность, бактериальная и грибковая устойчивость. Передача и адаптация технических знаний по модификации волокна, доступных для лесного сектора, в сектор переработанной бумаги - это новаторское использование этих химических обработок, которое было предметом исследований, проведенных в рамках совместно финансируемого ЕС проекта под названием Fiber +.[1]

В консорциум проекта вошли члены, представляющие Европейские ассоциации производителей бумаги и упаковки (CEPI, FEFCO) и научно-исследовательские институты, специализирующиеся на древесине и бумаге для сектор упаковки и компании по производству бумаги и упаковки. В центре внимания проекта была химическая модификация переработанного волокна из бумаги, изучение возможности переноса технологии модификации древесного волокна из сектора древесины в сектор бумаги и упаковки. Цель заключалась в том, чтобы улучшить свойства бумаги и упаковки, поскольку процесс вторичной переработки приводит к порче волокон.

Химическая модификация переработанных волокон направлена ​​на создание нового поколения упаковочной бумаги, отличающейся большей пригодностью для вторичной переработки, меньшей гигроскопичностью, жесткостью и долговечностью. Высота переработка отходов доля бумаги в Европе (которая находится на уровне 72%) и, как следствие, важность вторичной переработки для круговая экономика, были в основе этого исследования. Бумажные изделия являются частью интегрированного цикл углерода на основе фотосинтетический преобразование воды, углекислый газ, питательные вещества и солнечная энергия в возобновляемые источники древесины биомасса. После потребления бумагу можно регенерировать и снова использовать в качестве источника вторичных волокон, для производства переработанной бумаги или в качестве биотопливо. Пакеты из волокна или гофрированные контейнеры из гофрированный картон были теми, которые были рассмотрены в проекте, поскольку они считаются наиболее заметным структурным применением бумаги.

Попытки химической модификации

Модификация волокна химикатами или ферменты были исследованы в производстве древесноволокнистые плиты.[2][3][4] Модификация волокна паром (древесина, взорванная паром) оказалась эффективным методом предварительной обработки при производстве термопласт композиты.[5]Современные теории межволоконного соединения в процессе изготовления бумаги основаны на общем признании водородная связь модель. Следовательно, все усилия по повышению прочности волокна связаны с механическим биением волокон с целью создания более гибких и фрагментированных волокон для увеличения площади соединения. Как следствие, достигаются значительные недостатки в отношении степени удержания воды, что приводит к плохому обезвоживанию и высокому потреблению энергии. Новые механизмы для интерпретации и контроля межволоконного соединения все еще появляются. Одним из способов преодоления этих недостатков может быть молекулярное покрытие целлюлоза волокна с использованием полимеры ориентированный на энтропия контролируемое смешивание полимеров и геля целлюлозы, что приводит к более высоким силам сцепления. Теоретические результаты, а также экспериментальные данные о том, как наносить полимерные слои (например, карбоксиметилцеллюлоза ) и ферменты на целлюлозных волокнах могут привести к получению листов с высокой прочностью скрепления без каких-либо механических ударов.[6] Однако эти попытки были еще далеки от промышленного внедрения, и их применение было бы дорогостоящим и не решило бы проблему доступности сырья.

Цель

Основываясь на этом современном состоянии, цель проекта состояла в том, чтобы модифицировать и, таким образом, улучшить характеристики различных типов рекуперированных волокон, используемых для производства разнообразной бумаги упаковочного качества, используемой в качестве подкладочного картона и гофрированной среды для гофрированного картона. производство в Европе. Ожидается, что информация о фактических характеристиках композиции и составе упаковочных материалов поможет европейской упаковочной промышленности оценить свои источники поставок и принять подходящие методы и процессы для оптимального улучшения имеющихся ресурсов. В случае упаковки также необходимы научно-технические знания о практических производственных отношениях между характеристиками волокна, свойствами бумаги и свойствами гофрированного картона.

От модификации древесного волокна до бумажной технологии химическая модификация древесины направлена ​​на изменение структуры матрицы клеточной стенки. Свойства древесины значительно улучшаются за счет преобразования гидрофильный OH-группы в более крупные гидрофобный группы. Кроме того, физическая фиксация модифицирующих химикатов в матрице клеточной стенки может значительно изменить свойства древесины. Помимо гидрофобного эффекта, процедуры уменьшают объем клеточная стенка нанопоры и, таким образом, уменьшают включение молекул воды в матрицу клеточной стенки. В макроскопическом масштабе модификация древесины может изменить важные свойства древесины, включая биологическую стойкость (устойчивость к грибкам), стабильность размеров, твердость и УФ-стабильность.[7]

Поскольку бумагу производят из древесных волокон, стало возможным перенести некоторые разработки, достигнутые в древесной технологии, на бумажную. Несколько технологий (например, химическая модификация, наноразмерные целлюлозы, полиэлектролиты, функциональные полимеры на основе целлюлозы, гемицеллюлозы и крахмал ) были исследованы и использовались различными исследовательскими группами по всей Европе (например, PTS и Геттингенский университет, Германия; Kungliga Tekniska högskolan (KTH), Швеция.) Уже имеются хорошо обоснованные знания о химической модификации вторичного волокна. Adamopoulos и Mai (2011) модифицировали переработанные волокна соединениями N-метилола и глутаральдегид со значительным улучшением характеристик волокна и характеристик бумажного листа.[8] Было обнаружено, что лабораторные листы, изготовленные из различных химически модифицированных переработанных волокон, обладают более высокой жесткостью и гигроскопичностью, чем листы, изготовленные из немодифицированных волокон.[9] Целью проекта Fiber + является развитие имеющихся знаний о модификации волокна для адаптации, внедрения и распространения этой инновационной технологии на МСП в Европе.

Результаты проекта Fiber + по переработанному волокну для упаковочной бумаги и информацию о потенциальных разработках концепции Fiber + можно найти на веб-сайте Fiber +, включая научные статьи, которые были опубликованы в результате работы RTD, выполненной в ходе проекта.[10][11]

Рекомендации

  1. ^ 7-я рамочная программа - Схема финансирования SME-AG - Соглашение о гранте № 315633 - http://www.fibreplus.org
  2. ^ Кшысик А.М., Я.А. Янгквист, Р. Роуэлл, Дж. Мюль, П. Чоу и С.Р. Шук (1993). «Возможность использования переработанных газет в качестве источника волокна для древесноволокнистых плит сухой обработки». За. Prod. J. 43: 53–58. OSTI  6276892.CS1 maint: несколько имен: список авторов (связь)
  3. ^ Gomez-Bueso et al. 2000 г.
  4. ^ Мюллер и др. 2009 г.
  5. ^ Такатани М., Ито Х. Осуги, S ,. Китайма, Т., Саегуса, М., Кавай, С. и Окамото, Т. (2000). «Влияние лигноцеллюлозного материала на свойства термопластичных полимеров / древесных композитов». Holzforschung. 54 (2): 197–200. Дои:10.1515 / HF.2000.033.CS1 maint: несколько имен: список авторов (связь)
  6. ^ Laine et al. 2002, Густавссон 2003, Даниэльссон 2006, Эрхард 2010.
  7. ^ Hill CAS (2006). Модификация древесины. Химические, термические и другие процессы. Уайли, Чичестер. ISBN  978-0-470-02172-9.
  8. ^ Адамопулос и Май (2011).
  9. ^ Adamopoulos et al. 2011 г.
  10. ^ Хоссейнпурпиа, Р., Адамопулос, С. и К. Май (2015). «Прочность на растяжение листов из восстановленных волокон, обработанных N-метилолмеламином (NMM) и 1,3-диметилол-4,5-дигидроксиэтиленмочевиной (DMDHEU)». Журнал прикладной науки о полимерах. 132 (3). Дои:10.1002 / APP.41290.CS1 maint: несколько имен: список авторов (связь)
  11. ^ Адамопулос, С., Хоссейнпурпиа, Р., и К. Май (2014). «Предел прочности при растяжении листов, изготовленных из мацерированных волокон из массивной древесины, модифицированной сшивающими агентами». Holzforschung. 69 (8): 959–966. Дои:10.1515 / hf-2014-0216.CS1 maint: несколько имен: список авторов (связь)

внешняя ссылка