Учёные нашли оптимальную температуру для производства долговечной бумаги

Специалисты Университета Карлстада выяснили природу ороговения целлюлозных волокон — процесса необратимого изменения характеристик бумаги после высыхания и повторного намокания. Результаты работы опубликованы в Nordic Pulp & Paper Research Journal.

Исследователи под руководством доцента кафедры химической инженерии Бьёрна Шёстранда доказали, что ороговение происходит из-за удаления влаги из волокон, а не из-за воздействия высоких температур. Когда ученые отделили температурное воздействие от процесса сушки, выяснилось, что нагрев практически не влияет на структуру материала.

Эксперименты показали нелинейную зависимость между температурой и степенью ороговения. При сушке в диапазоне от 40 до 60 градусов Цельсия формируется зона минимальных структурных изменений, где материал сохраняет максимальную прочность. Этот эффект подтвердился на различных типах целлюлозы.

Исследование выявило различия между волокнами хвойных и лиственных пород. Целлюлоза из лиственной древесины подвергается более сильному ороговению из-за сложной структуры волокон и большего набухания в воде перед сушкой. Это приводит к более значительным разрушениям при удалении влаги.

Ученые установили прямую линейную связь между степенью ороговения и потерей прочности бумаги. Это позволяет количественно прогнозировать изменение механических характеристик материала на основе микроскопических изменений в структуре волокон. Полученные данные подтверждают гипотезу о ведущей роли водородных связей между волокнами в процессе ороговения.