PMC

Výsledky a Diskuse

Obrázek 1 ukazuje, tekuté sorpční vlastnosti dokumentů, které jsou zpracovány ve vodě (A), (bezvodý) etanol (B), (bezvodý) methanol (C), 1 N hydroxid sodný (D), až pět opakování vysychání a smáčení fáze. To může být zjištěno, že nejvyšší sorpční došlo u vzorku D (230.5% v 1. cyklu a 179.8% v 5. cyklu) následuje vzorek (182.3% v 1. cyklu a 170.6% v 5. cyklu), vzorek B (109.4% v 1. cyklu a 97.6% v 5. cyklu) a vzorek C (101,5% v 1. cyklu a 84,3% v 5. cyklu). Opakované sušení a smáčení však obvykle ovlivňuje snížení absorpce listů kapalinou. To není překvapující, protože řada badatelů už ohlásila definitivní korelace mezi chemické ošetření a sorpční vlastnosti celulózových materiálů .

toto snížení lze přičíst ke změně vlákna polymerní struktury, jako jsou vodíkové vazby křížové odkazy nebo odstranění H-lepení míst pro kapaliny. Protože všechny kapaliny použité v této studii mají schopnost vodíkové vazby a mohou proniknout do struktury papírové sítě, následované substitucí-OH pro celulózu na celulózové vodíkové vazby. Navíc uzavření větších pórů, které se po navlhčení znovu neotevřou, může mít vliv na síly vysokého povrchového napětí. Tento následný mechanismus vytvrzování a síly mohou být svařeny póry a odolávat proti pronikání kapaliny do určité míry. Tyto jsou v dobré shodě s výsledky, které uvádí Wistara (1999), že sušené vlákna s vyšší počáteční otok kapacity mají nižší schopnost reswell .

1 n vzorek ošetřený hydroxidem sodným (D) má však podstatně vyšší absorpční hodnotu než ostatní. Po 5. opakování smáčení-vysoušení, vzorek D vykazuje přibližně o 6% vyšší absorpci vzorku, 85% ze vzorku B a 114% ze vzorku C, v tomto pořadí (viz Obrázek 1). To lze přičíst k přeorientování z mikrovlákna a lepší zarovnání celulózových řetězců v listu síťové struktury, které podporují další H-lepení míst pro kapaliny. Das a Chakraborty (2006) bylo zjištěno, že během alkálií, mřížky transformace z celulózy-I celulóza-II se konal a hydroxid sodný přináší značné změny v krystaličnosti a natočení do buničité struktury . Ty mohou být ovlivněny méně krystalickou oblast v celulóze tedy další h-lepení místo pro kapaliny.

výrazný účinek přidání hydroxidu sodného k ethanolu (B) z hlediska sorpce papíru (E, F A G) je jasně patrný na obrázku 2. Nejvyšší absorpce byla získána s vzorku, F (EtOH-NaOH 1:3 obj.) po 1. smáčení-vysoušení (výši 185,7%) a další ošetření decresing vliv na tekuté sorpce papíry, ale oni jsou stále výrazně vyšší, než jen EtOH a nižší množství NaOH včetně systémů. Vzorek F ukázal přibližně 40-70% vyšší absorpční kapaliny porovnat vzorek B (109.4%) na podobné smáčení-vysoušení fázích (Obrázek 2). Zdálo se, jako by zvýšení absorpční kapaliny byl úzce spjat s NaOH obsah EtOH systému a nepřímo úměrná smáčení-vysoušení fázi.

sorpční vlastnosti papírů při proporcionální směsi reakčních podmínek methanolu a hydroxidu sodného jsou znázorněny na obrázku 3. Podobné ethanol-alkalický systém, nejvyšší absorpce 162.3% bylo také zjištěno, s vzorek jsem (MeOH-NaOH 1:3 obj.), ale po 5. smáčení-vysoušení fázi. Lze také pozorovat, že rozšířené sušení-smáčení obvykle ovlivňuje 2-10% zvýšené absorpční vlastnosti kapaliny pro vzorek I. je však možné si uvědomit, že absorpce kapaliny byla pozitivně korelována s obsahem hydroxidu sodného v systému methanolu.

Tato srovnání mezi procedury a naměřené výsledky ukazují, že hydroxid sodný reakce celulózy lze předvídat docela dobře proporcionální směsi s ethanolem (Obrázek 2) a methanolu (Obrázek 3).

To bylo hlásil, Rowell, že interakce mezi cellulosics a organické kapaliny byl ovlivněn především rozpouštědlo, pH, molární velikost, a vodíkové vazby kapacita kapaliny . Nicméně, proměnné sorpční vlastnosti listů, které léčeni směsi ethanolu a methanolu s alkalickými, za obdobných podmínek jasně vyplývá, že absorpční kapaliny do list papíru struktura úzce souvisí s povahou kapaliny (pH) a její povrchové napětí, jak ukázal, v Číslech 1-3. Kromě toho již navrhl, že bobtnání a sorpční vlastnosti papírů v alkalických podmínkách byly vyšší než kyselé podmínky . To je pravděpodobně souvisí s vlákenné otvory, které je ovlivňuje otoky kapacita celulózy, je důležitým faktorem pro zlepšení absorpce potenciálu vlákna.

Watanabe a jeho skupina spekulovali, že přibližně 3-7% hmotnostních adsorbované vody je odpovědné za stabilizaci sítě h-vazby na povrchu celulózy a vody . Ale, všechno rozpouštědlo systémy použité v této studii mají vodíkové vazby potenciál a mohou proniknout do struktury webu, následuje nahrazení -OH pro celulózy na celulóza vodíkových vazeb. Proto mohou být inter a intrachainové h-vazby celulózy tvořeny molekulami rozpouštědla během absorpce.

pevnost v tahu papírů se obvykle používají jako indikace léčby ovlivňuje na pevnost papíru odvozené z faktorů, jako je pevnost vláken, a lepení. Srovnávací pevnosti v tahu deseti různých papírů ošetřených rozpouštědlem (a-J) ve srovnání s kontrolou, které mají pevnost 37,3 N / mm, jsou znázorněny na obrázku 4. Všechny léčebné stavy zřejmě způsobují účinek snížené síly papíru. Po 1. smáčení-vysoušení fázi, nejvyšší ztrátu pevnosti byl pozorován u vzorku A (16.8 N/mm, -54.9%), následuje vzorek B (O 18,0 N/mm, -51.3%), vzorek F (18.6 N/mm, -50%), resp. Obecně platí, že nepřetržité smáčení-sušení podporuje další ztrátu pevnosti papírů. Avšak nejnižší pevnost zjištěná u vzorku B A D (13,0 N/mm, -65%) po 5. opakovaném stupni smáčení-sušení. Je zřejmé, že podmínky léčby byly příliš závažné, a tak se pevnostní vlastnosti papírů prudce snížily. Kromě toho se zdá, že přidání alkálie k ethanolu i methanolu (E-J) má menší vliv na ztrátu pevnosti na papírech.

porézní struktura plechů má zásadní vliv na pronikání kapaliny do sítě. Při kontaktu papíru s kapalinami mají tendenci se pohybovat z velkých dutin do menších podle různých kapilárních tlaků. Rozpouštědla však mohou rychle proniknout do vlákna a ovlivnit degradaci celulózy. Atalla navrhl, že dehydratační proces celulózy podporuje molekulární mobilitu, což by mohlo vést ke zvýšení úrovně molekulární organizace. Tato molekulární organizace však omezuje schopnost vláken reagovat na stres v elastickém režimu bez selhání . Výsledky pevnosti zjištěné pro celulózový papír v této studii spočívaly v těchto informacích.

při hodnocení pevnosti v tahu je třeba vzít v úvahu také úsek papíru při přetržení (%prodloužení). Svědčí o schopnosti papíru přizpůsobit se požadované vlastnosti při nerovnoměrném tahovém namáhání. Srovnávací úsek (jak je uvedeno, prodloužení při přetržení %) vzorků (A-J) je znázorněn na obrázku 5. Obecně platí, že roztahovací vlastnosti plechů se obvykle chovají v rozporu s pevností v tahu. Zdá se, že opakované smáčení-sušení některé úrovně ovlivňuje úsek buď zvýšení a snížení závisí na typu rozpouštědla a fázi léčby. To je poněkud překvapivé, vzhledem k tomu, že pevnostní vlastnosti jsou při všech podmínkách léčby značně sníženy.

Po 1. smáčení-vysoušení fázi, nejvyšší úsek zlepšení bylo zjištěno u vzorku G (26.8%), následuje s vzorek (13.2%), a nepatrně podobný úsek vylepšení se vzorky B, C, H, i a J (4-8%), v tomto pořadí. Po 5. stupni smáčení-sušení však některé papíry vykazují podstatně vyšší roztažení než neošetřené a/nebo méně ošetřené vzorky. Nejvyšší úsek, tedy zlepšení, bylo pozorováno u vzorku E (59,5%) následovaného vzorkem I (49.8%), vzorek J (28,7%), vzorek H (21%). Vzorky B, C, D A F navíc vykazují přibližně 18-27% ztrátu roztažení ve srovnání s kontrolou.

síla vývoj, jakož i fyzické chování papíry jsou velmi komplikované a záviset na mnoha faktorech, jako je struktura celulózy zejména na krystalické oblasti, a H-lepení náhodně podle síťových prvků. Ale ve zkratce, je zřejmé, že pevnostní vlastnosti listů výrazně snížit s tekutým léčby, zejména v kyselém prostředí (B a C), ale kromě alkalických kovů (NaOH), aby se i ethanol a methanol rozpouštědla zdá, že mají menší vliv na ztrátu pevnosti, dokonce i některé úrovně zlepšení na úseku papíry realizované v různých podmínkách.

Simons stain je praktická technika pro hodnocení struktury pórů celulózových vláken, zejména v recyklačních a rozvlákňovacích procesech . Může poskytnout další důkazy o modifikaci makromolekuly celulózy. Když směs dvou barviv (Direct Blue jsem a Rychle Orange 15) je aplikován na vlákna, modré a/nebo oranžové barvivo může absorbuje do vláken s v závislosti velikosti pórů. U vláken s různým rozsahem distribuce velikosti pórů může barva obarveného vlákna záviset na poměru povrchové plochy přístupné oběma barvivům. Chemické struktury obou barviv jsou znázorněny na obrázku 6 .

Tabulka 2 ukazuje přehled papír vzorky získané z různých podmínek a jejich barvení vlastnosti pod světelným mikroskopem. Je zjištěno, že papíry získané z různých podmínek vykazovaly proměnlivou intenzitu modré a oranžové skvrny. Toto hodnocení však neodráží žádná kvantitativní měření a srovnání by mělo být provedeno pouze v rámci každé experimentální sady.

Po 1. smáčení-vysoušení fázi, s výjimkou vzorku B, další jeden rozpouštědla zpracované vzorky (A, C, D) ukazuje intenzivní světle modrá-oranžová barva. Vzorky papíru, které byly ošetřeny proporcionálními směsmi EtOH, MeOH a NaOH (E-J), mají navíc různou úroveň střední oranžové až tmavě oranžové barvy. To je jasný důkaz, že alkálie přidání k kyselým stavu účinky na zvýšení velikosti pórů vláken. Protože Direct Blue I má menší molekulární velikost (cca. 1 nm) a slabší afinitu k celulóze ve srovnání s přímým oranžovým 15, který má větší molekulární velikost (5-36 nm) a silnější afinitu. Ale po 5. smáčení-vysoušení fázi, většina vzorků obarví tmavě modré až světle modré-oranžové barvy s výjimkou vzorku F (EtOH-NaOH, 1:3 obj.) vlákna, které skvrny středně oranžové a mírně tmavě oranžové. To je jasný důkaz, že zvyšující se koncentrace alkálií v kyselých rozpouštědlech mohou být účinky obnovení velikosti pórů vláken a účinky méně škodlivé při kontinuálním sušení a smáčení. Již výše bylo uvedeno, že přímé oranžové 15 molekuly mohou být přednostně adsorbovány na povrchu vláken, kde je velikost pórů vhodná (např. > 5 nm) pro přístup k přímým oranžovým 15 molekulám. < 5 nm), kde přímé oranžové 15 molekuly nejsou přístupné, mohou být adsorbovány přímé modré i molekuly. Proto se předpokládá, že poměr adsorbované přímé oranžové 15 k adsorbované přímé modré I bude sloužit jako indikátor struktury pórů, konkrétně distribuce populace pórů papíru. Výsledky simonsových skvrn jsou obvykle korelovány se silou a sorpčními vlastnostmi papírů (obrázky 1-5).

spektra FTIR různých vzorků papíru ošetřených rozpouštědlem byly získány v rozmezí 400-4000 cm−1. Bylo však identifikováno charakteristické spektrum koncentrátu celulózové struktury v rozmezí 800-2000 cm−1 a hlavní píky v tomto rozmezí. Srovnávací FTIR spektra různých papírů ošetřených rozpouštědlem po 5. opakujícím se stupni sušení-smáčení jsou znázorněna na obrázku 7 (a-g).

Všechna spektra vykazují multimodální absorpci v oblasti 600-1000 cm-1 díky-OH skupinám v celulóze. Vibrace C-H mimo rovinu byly přiřazeny při 750 cm−1. Pás na 900-1150 cm-1 je přičítán C-C z roviny protahování, c-C-o protahování na 1060 cm-1; C-O-C symetrické protahování 1150 cm−1 (obrázek 7a). Spektra vzorků ošetřených rozpouštědlem (obrázek 7d-f) však vykazují větší absorpci v oblasti 800-1200 cm−1 Vzhledem k neošetřené celulóze, kde je dominantní složitější vibrace OH v rovině. Nicméně, méně intenzivní CH2–CH2 – vibrace (1450-1700 cm−1) a C-C a C-O-C plochy píků (Obrázek 7c, d, g) označuje tvorbu nové povrchové chemie, který souvisí s rozpouštědlem vyvolaná/sušené řetězce úprav. Young (1994) a Weise a Paulapuro (1996) zjistili, že sušení ovlivňuje snížení vzdálenosti mezi mikrovlákna a křížové odkazy v celulózové struktury . Tato modifikace může mít vliv na hladinu h-vazeb v celulóze. Výsledek zjistil, s FTIR hodnocení celulózy listy, které zachází s různými rozpouštědly a neustále smáčené-sušené cyklů, podpora této informace. Na základě měření FTIR byl učiněn závěr, že v průběhu difúze rozpouštědlem došlo k určité modifikaci a ve struktuře celulózy došlo k modifikaci řetězce vyvolané rozpouštědlem.