Учёные нашли оптимальную температуру для производства долговечной бумаги

Ученые из Университета Карлстада раскрыли механизм ключевого процесса в производстве бумаги — ороговения целлюлозных волокон. Это явление, при котором бумага необратимо теряет свои свойства после высыхания и повторного увлажнения, детально описано в публикации журнала Nordic Pulp & Paper Research Journal.

Исследовательская группа под руководством доцента кафедры химической инженерии Бьёрна Шёстранда опровергла распространенное мнение о влиянии высоких температур. Эксперименты доказали, что главной причиной ороговения является именно удаление влаги из волокон. Когда фактор нагрева был изолирован от процесса сушки, выяснилось, что температура сама по себе почти не изменяет структуру целлюлозы.

В ходе работы была обнаружена нелинейная связь между температурным режимом и степенью ороговения. Наиболее благоприятным для сохранения качества материала оказался диапазон от 40 до 60 градусов Цельсия. В этой температурной зоне фиксируется минимум структурных повреждений, и волокна сохраняют максимальную прочность. Данный эффект является универсальным и проявляется в разных видах целлюлозы.

Ученые также выявили важные различия в поведении волокон, полученных из разной древесины. Целлюлоза лиственных пород подвержена более интенсивному ороговению по сравнению с хвойной. Причина кроется в более сложном строении ее волокон и их повышенной способности к набуханию в воде перед сушкой, что в итоге приводит к серьезным разрушениям при испарении влаги.

Была установлена прямая линейная зависимость: чем выше степень ороговения, тем значительнее потеря прочности готовой бумаги. Это открытие позволяет прогнозировать ухудшение механических свойств материала, анализируя микроскопические изменения в волокнах. Полученные результаты служат убедительным подтверждением гипотезы, согласно которой ведущую роль в процессе ороговения играют водородные связи между волокнами целлюлозы.

Источник:Phys.org