книги из ГПНТБ / Березин, Борис Иванович. Полиграфические материалы учебник для учащихся полиграфических техникумов

они имеют много достоинств: совершенно бесцветны, имеют вы­ сокий блеск и чрезвычайно эластичны; но их применение связа­ но с трудностями, главными из которых являются взрывоопас­ ность коллоксилина и необходимость при работе с ним применять растворители, вредно влияющие на здоровье. Иногда нитроцел­ люлозные лаки идут для изготовления красок глубокой печати, в особенности для трехкрасочного печатания.

Из коллоксилина изготовляют прозрачную пластическую массу — целлулоид, применяемую в полиграфии для матрици­ рования при изготовлении гальваностереотипов и для изготовле­ ния текстовых диапозитивов и негативов в глубокой печати и в офсете. Нитроцеллюлозную мастику (раствор коллоксилина в органических растворителях в смеси с пластификаторами и пиг­ ментами) наносят на поверхность хлопчатобумажных тканей в процессе производства переплетного ледерина (см. § 140). Коллоксилин в виде спирто-эфирного раствора, называемого кол­ лодием, используют для изготовления светочувствительных слоев в мокроколлодионном копировальном процессе.

серной кислоты. Наибольшее значение имеет диацетат целлюло­ зы [С6Н8О3(О • СН3СО)2],, известный под названием ацетилцел­ люлозы.

Ацетилцеллюлоза отличается от нитроцеллюлозы полной не­ горючестью, из нее в смеси с пластификаторами получают проз­ рачные пластины и пленки, которые применяют, например, для изготовления многокрасочных прозрачных альбомов наглядных пособий, а также для изготовления бронзовой и красочной (цветной) фольги для тиснения на переплетах. Широкому рас­ пространению ацетилцеллюлозы, несмотря на ее негорючесть, мешает нерастворимость в большинстве растворителей. Ацетил­ целлюлозные пластины применяются в процессе получения мат­ риц для гальваностереотипов.

Применение целлюлозы в промышленности огромно. Из нее делают бумагу, искусственный шелк, лаки и краски, прозрачные пленки и пластины, пластические массы, клеящие вещества, взрывчатые вещества и многое другое. Хлопковая целлюлоза применяется для изготовления хлопчатобумажных тканей и ни­ ток. Гидролизная промышленность превращает древесину

(опилки) в глюкозу, а затем в этиловый спирт.

Гемицеллюлозы — полисахариды, сопутствующие целлюлозе

в различных растениях и, в отличие от нее, легко гидролизую­ щиеся разбавленными минеральными кислотами до моносахари­ дов — пентоз и гексоз. Гемицеллюлозы растворяются при кипя­ чении с разбавленными водными растворами щелочей, образуя густые растворы, из которых могут быть выделены, после ней­ трализации, спиртом. По своему характеру гемицеллюлозы занимают среднее положение между крахмалом и целлюлозой (клетчаткой). Гемицеллюлозы разделяют на гексозаны, пост­ роенные из остатков гексоз (главным образом ксилозы), и

пентозаны, состоящие из остатков пентоз (главным образом маннозы). Гемицеллюлозы выполняют в растениях функции ре­ зервных питательных веществ и способствуют защите растений от инфекций.

Гемицеллюлозы не являются вредными примесями целлю­ лозных волокон, так как облегчают процесс массного размола

(см. § 9) и в известной степени способствуют упрочению струк­ туры бумаги.

Лигнин (от латинского слова лигнум — дерево) содержит­ ся в древесине различных пород в количестве 20—30%. Выде­ ленный из древесины, например, действием 70-процентной серной кислотой, лигнин имеет вид коричневого порошка, не раствори­ мого в воде и в органических растворителях.

Процесс образования лигнина в растениях, так же как и его химическое строение, еще не установлен. Появляется он только в одревесневших мертвых клетках растительной ткани и при­ дает последней твердость, как бы «цементируя» отдельные клет­ ки растительной ткани в прочную твердую древесину.

Лигнин, в отличие от целлюлозы, менее химически устойчив, он растворяется в разбавленных щелочах и некоторых минераль­ ных кислотах. Лигнин способен к фотохимическим реакциям; поэтому бумага, изготовленная из древесной массы, содержа­ щей лигнин, темнеет под действием света, теряет механическую прочность и становится ломкой.

Для качественного распознавания лигнина в одревесневших тканях и в бумаге, содержащей древесную массу, имеются цвет­ ные реакции. Так, например, солянокислый раствор флороглюци­ на дает пурпурно-красное окрашивание, водный раствор серно­ кислого анилина — ярко-желтое окрашивание.

Основным структурным звеном лигнина является аромати­ ческий бета-оксиконфериловый спирт сложного строения.

§ 5. ПРОИЗВОДСТВО ЦЕЛЛЮЛОЗЫ

Целлюлоза, как уже было сказано, устойчива к действию разбавленных кислот и щелочей, в то время как лигнин, геми­ целлюлозы и другие инкрустирующие вещества в них растворя­ ются. Таким образом, в результате воздействия на измельченную

22 Полиграфические материалы

древесину водных растворов кислот или щелочей при соответствующим образом подобранном технологическом режиме — варке (концентрация химических реагентов, температура, давление, продолжительность) — удается почти полностью перевести в раствор лигнин, а также вещества, сопутствующие целлюлозе, и получить почти неповрежденные волокна целлюлозы.

В нашей стране целлюлозу изготовляют главным образом из ели, в сравнительно меньших количествах из сосны, а также из деревьев лиственных пород и соломы хлебных злаков.

Получение целлюлозы достигается обработкой древесины растворами веществ, способных растворять лигнин и гемицел­ люлозы, не затрагивая практически самой целлюлозы (клет­ чатки) .

В промышленности применяются кислотный и щелочной спо­ собы изготовления целлюлозы.

Кислотный способ иначе называется сульфитным, так как древесину варят в растворе бисульфита кальция Са(Н30з)2 с избытком сернистого газа SO2.

Бисульфит кальция в водной среде распадается на сернистую кислоту и сернокислый кальций по схеме

Са (HSO3)2 H2SO3 + Са SO3

бисульфит серная сернистокислый кальция кислота кальций

Сернистая кислота, будучи непрочной, выделяет сернистый газ SO2

H2SO3 Н2О -j- SO2

сернистая вода сернистый газ кислота

Чтобы сохранить сернистую кислоту как химический реагент, растворяющий лигнин, варочную кислоту готовят с избытком SO2. Таким образом, химическими реагентами в процессе сульфитной варки древесины будут Са(Н8Оз)2, H2SO3 и SO2.

Сульфитный способ варки применяется преимущественно для изготовления целлюлозы из ели и не может применяться для изго­ товления целлюлозы из сосны из-за повышенной смолистости этой породы дерева: слабая сернистая кислота не может растворить смолы, имеющиеся в древесине сосны.

При щелочном способе изготовления целлюлозы (сульфатный и содовый) основными химическими реагентами являются едкий натр NaOH, сернистый натрий Na2S и сульфогидрат натрия NaHS. Сернистый натрий в водной среде гидролизуется с обра­ зованием едкого натра и сульфогидрата натрия по схеме

ствует с едким натром и сульфогидратом натрия, образуя соот­ ветственно: в первом случае—щелочной лигнин и во втором — тиолигнин. Оба эти соединения лигнина растворяются в водных растворах едкого натра, что и используется для извлечения лиг­ нина из древесины в процессе производства целлюлозы. Тиолиг­ нин растворяется в водных растворах едкого натра гораздо быстрее и полнее, чем щелочной лигнин. Вот почему предпочита­ ют пользоваться сульфатным способом производства целлюлозы, при котором для восстановления потерь химических реагентов применяется сульфат натрия. Отработанные щелока упаривают и сжигают в присутствии сульфата натрия. При этом сульфат нат­ рия восстанавливается углем до сернистого натра по схеме.

Na2SO4 -J- 2С —> Na2S Ц- 2СОг

Различные соединения натрия, имеющиеся в варочном раст­ воре, при сжигании переходит в соду ЦагСОз, которую переводят затем в едкий натр действием негашеной извести.

Целлюлозу варят по сульфитному способу в стальных котлахавтоклавах цилиндрической формы емкостью до 300 л«3. Варку целлюлозы производят в течение 10—15 часов при давлении пара около 5—6 ат. Первоначальная температура варки 100°, после­ дующая 145—150°.

В процессе варки (при температуре 145—150° и давлении па­ ра 5—6 ат) сернистая кислота растворяет гемицеллюлозы и всту­ пает в реакцию с лигнином, образуя лигносульфоновые кислоты. Находящийся в варочной кислоте сернистокислый кальций нейтра­ лизует эти кислоты, превращая их в кальциевые соли и тем самым предотвращая разрушительное действие лигносульфоновых кис­ лот на целлюлозу.

По окончании процесса варки целлюлозу выгружают через нижний люк котла в бассейн, называемый сцежей, где ее промы­ вают, чтобы освободить от отработанного варочного раствора.

Промытая целлюлоза не представляет собой однородной волок­ нистой массы; в ней имеются размягченные, но сохранившие свою форму щепки, непроваренные сучки, песчийки, попавшие вместе с водой, и тому подобные загрязнения. Дальнейшую обработку целлюлозы производят в сепараторе— механизме, разбивающем сгустки, комки, целлюлозы.

После выхода из сепаратора целлюлозу сильно разбавляют во­ дой и подают в сучколовитель для удаления из целлюлозы сучков. Сучколовитель представляет собой медленно вращающийся в на­

клонном положении цилиндрический резервуар с сетчатой, щелевидной поверхностью, имеющей отверстия шириной 3 мм. Волок­ на целлюлозы, взвешенные в воде, проходят через эти отверстия, сучки же задерживаются сеткой.

Очищенную от сучков целлюлозу пропускают через песочник, т. е. через плоский неглубокий желоб длиной около 30 м, с косо поставленными на дне перегородками. Взвешенные в воде волокна целлюлозы, медленно двигаясь по желобу, очищаются от песка и других тяжелых посторонних загрязнений, которые осаждаются на дно желоба и задерживаются перегородками.

После этого целлюлозу пропускают через центробежную сорти­ ровку, где ее очищают от грубых, неразработанных пучков воло­ кон, костры и пр., а затем, если это требуется, отбеливают и обез­ воживают.

В зависимости от полноты удаления из древесины лигнина различают три марки целлюлозы: мягкая, содержащая до 2% лигнина и других инкрустирующих веществ, средняя — до 5% и жесткая — до 7%.

Волокна целлюлозы на этой стадии ее обработки не имеют чисто белого цвета, они имеют свинцово-серый оттенок, поэтому некоторое количество вырабатываемой целлюлозы подвергают от­ белке. Такую целлюлозу называют беленой и применяют для из­ готовления высокосортной печатной бумаги и других видов бума­ ги ответственного применения.

Отбелку сульфитной целлюлозы производят окислителями. Обычно применяются водные растворы хлорной извести СаС1гО или гипохлорита кальция Са(ОС1)г, гипохлорита натрия NaOCl, а также перекиси водорода Н2О2.

Хлорная известь, или, как ее называют, белильная известь, в

Хлорноватистая кислота неустойчива и распадается с выделением закиси хлора СЬО по схеме:

2 НС1О & С12О + Н2О

хлорноватисзакись вода тая кислота хлора

Белящими свойствами в этом случае при pH=9 обладает ион сернистой кислоты ОСК. Закись хлора CljO, по мере расходова­ ния хлорноватистой кислоты, присоединяя воду, образует хлор­

новатистую кислоту.

Обычно белящий раствор подкисляют соляной кислотой до рН= 1, в этом случае реакция идет с выделением хлора

ляется теперь основным сырьем бумагоделательного производ­ ства; из нее изготовляются печатные и многие другие виды бумаги.

Волокна лиственной целлюлозы значительно короче волокон хвойной целлюлозы; поэтому их обычно применяют в смеси с дру­ гими, более длинными волокнами. Лиственная целлюлоза прида­

весная целлюлоза.

По окончании процесса варки щелоки сливаются и целлюло­ за вымывается из котла в сцежу, где и промывается тщательно водой. Идущая в производство печатной и писчей бумаги соло­ менная целлюлоза подвергается отбелке белильной известью.

Соломенная целлюлоза имеет тонкую структуру и содержит до 35% клеток неволокнистого строения; ее механическая проч­ ность невысока. Но тонкие и мелкие волокна соломенной целлю­ лозы легко поддаются размолу (легко гидратируются) и при отливке бумаги обеспечивают ей однородную структуру. Бумага с соломенной целлюлозой приобретает хорошую пластичность, особенно при некотором увлажнении бумаги. Поэтому беленую соломенную целлюлозу применяют в смеси с беленой сульфитной целлюлозой для выработки высококачественных печатной и пис­ чей бумаги и особенно для матричного картона.

§ 6. ИЗГОТОВЛЕНИЕ ТРЯПИЧНОЙ ПОЛУМАССЫ

Тряпичная полумасса — это полуфабрикат бумагоделательно­ го производства, состоящий из хлопковых или лубяных (лен, конопля) волокон. Тряпичная полумасса получается переработ­ кой тряпья — ношеной ткани и старых (отслуживших) льно­

на, но несколько более длинные и толстые, а поэтому и гораздо прочнее льняных. Концы конопляных волокон раздвоены. При микроскопическом исследовании по внешнему виду бывает труд­ но отличить волокна льна от волокон пеньки. Но волокна льна легко и без остатка растворяются в реактиве Швейцера (в ам­ миачном растворе гидрата окиси меди), тогда как волокна пеньки растворяются медленно и не полностью.

Льно-пеньковая беленая тряпичная полумасса, вследствие ее исключительной механической прочности и долговечности, приме­ няется для изготовления высокосортной бумаги, от которой тре­ буется высокая механическая прочность и долговечность: доку­ ментная, картографическая, чертежная, фототипная, а также для тонкой бумаги: словарная, папиросная и копировальная.

Хлопчатобумажная беленая полумасса из-за постоянства ее химического состава, высокого содержания целлюлозы, полного отсутствия лигнина, хорошей механической прочности, долговеч­ ности, хорошей впитывающей способности, мягкости применяется для изготовления высокосортной нотной, бюварной, фильтроваль­ ной бумаги и основы для пергамента; небеленая хлопчатобумаж­ ная полумасса применяется для изготовления основы для фибры,

толя, стелечных картонов и пр.

Тряпичная полумасса в печатных бумагах применяется обыч­ но в смеси с беленой сульфитной целлюлозой.

Как уже указывалось, волокна хлопка, льна и конопли по­ ступают на бумажные фабрики главным образом в виде тряпья ношеной ткани, отработанных мешков, канатов, сетей и пр., кото­ рые перерабатывают и получают волокнистую массу — полуфаб­ рикат, называемый тряпичной полумассой. Кроме тряпья, для изготовления тряпичной полумассы применяют короткие хлопко­

вые волокна— линт и делинт. .

Из продезинфицированного и высушенного тряпья удаляют пыль и другие загрязнения на специальных машинах отпылителях. После этого тряпье сортируют по природе волокна, степени его изношенности, толщине, цвету и по степени загрязнения. Отсортированное тряпье рубят механической тряпкорубкой на куски размером 5—6 см, вторично очищают от пыли и разрыхля­ ют на отпылителе. Затем тряпье подвергают химической обра­ ботке— варке с раствором гашеной извести Са(ОН)2 в сталь­ ных шарообразной формы котлах, вращающихся вокруг горизон­ тальной оси. Варка тряпья с 8—15%-ным раствором гашеной извести продолжается 3—12 часов при температуре 130 150 и при давлении пара 3—5 ат. Варка тряпья производится с целью его очистки от жировых загрязнений и клеящих веществ (ап­ прета), ослабления искусственной окраски красителями и облег­ чения последующего размола на полумассу, т. е. разделения на отдельные нити. Если тряпье очень сильно загрязнено, то варку