PMC

Resultater Og Diskusjon

Figur 1 viser flytende sorpsjonsegenskaper av papirer som behandles i vann (A), (vannfri) etanol (B), (vannfri) metanol (C), 1 n natriumhydroksid (D), opptil fem gjentatte tørke-og fuktingstrinn. Det kan avsløres at den høyeste sorptionen oppstod med prøve D (230,5% i 1. syklus og 179,8% i 5. syklus) etterfulgt av prøve A (182,3% i 1. syklus og 170,6% i 5. syklus), prøve B (109,4% i 1. syklus og 97.6% i 5. syklus), og prøve C (101,5% i 1.syklus og 84,3% i 5. syklus), henholdsvis. Imidlertid påvirker gjentatt tørking og fukting vanligvis på å redusere væskeabsorpsjon av ark. Dette er ikke overraskende fordi en rekke forskere allerede har rapportert en klar sammenheng mellom kjemiske behandlinger og sorpsjonsegenskaper for cellulosematerialer .

disse reduksjonene kan tilskrives en endring i fiberpolymerstrukturen, for eksempel hydrogenbindinger tverrbindinger eller eliminering Av h-bindingssteder for væsker. Fordi alle væskene som brukes i denne studien har hydrogenbindingsevne og kan trenge inn i papirnettverksstrukturen, etterfulgt av substitusjon av-OH for cellulose til cellulose hydrogenbindinger. Videre kan lukking av større porer som ikke gjenåpnes ved rewetting, påvirkes av høy overflatespenningskrefter. Denne påfølgende belastning-herding mekanisme og krefter kan sveises porene og motstå mot væske penetrasjon noen grad. Disse er i god overensstemmelse Med resultatene rapportert Av Wistara (1999) at tørkede fibre med høyere innledende hevelsekapasitet har lavere evne til å reswell .

imidlertid har 1 n natriumhydroksidbehandlet prøve (D) betydelig høyere absorpsjonsverdi enn andre. Etter 5. gjentatt fukttørkingssyklus viser prøven d omtrent 6% høyere absorpsjon fra prøve a, 85% fra prøve B og 114% fra prøve C, henholdsvis (Figur 1). Det kan tilskrives omorientering av mikrofibriller og en bedre justering av cellulosekjeder i arknettverksstruktur som fremmer ytterligere h-bindingssteder for væske. Das og Chakraborty (2006) ble funnet at under alkalibehandling fant en gittertransformasjon fra cellulose-I TIL cellulose-II sted, og natriumhydroksyd introduserer betydelige endringer i krystallinitet og orienteringsvinkel innen cellulosestruktur . Disse kan påvirke mindre krystallinsk region i cellulose, og dermed ytterligere h-bindingssted for væsker.

den markerte effekten av natriumhydroksidtilsetning til etanol (B) når det gjelder sorpsjon av papir (E, F Og G) er tydelig tydelig i Figur 2. Den høyeste absorpsjonen ble oppnådd med prøve F (Etoh-NaOH 1:3 ved vol) etter 1. fukttørkingssyklus (185,7%) og ytterligere behandlinger som dekreserer påvirker væskesorpsjon av papirer, men de er fortsatt betydelig høyere enn Bare Etoh og lavere Mengde NaOH inkludert systemer. Prøve F viste omtrent 40-70% høyere væskeabsorpsjon sammenlignet med prøve B (109,4%) ved lignende fukttørketrinn (Figur 2). Det virket som om økningen av væskeabsorpsjonen var nært knyttet Til NaOH-innholdet I EtOH-systemet og omvendt relatert til fukttørringstrinn.

sorpsjonsegenskapene til papirer ved proporsjonal blanding av metanol og natriumhydroksidreaksjonsforhold er vist i Figur 3. I likhet med etanol-alkali-systemet ble den høyeste absorpsjonen av 162,3% også funnet med prøve I (MeOH-NaOH 1: 3 ved vol), men etter 5.tørketrinn. Man kan også observere at utvidet tørkevetting vanligvis påvirker 2-10% økte væskeabsorpsjonsegenskaper for prøve I. det kan imidlertid realiseres at væskeabsorpsjonen var positivt korrelert med natriumhydroksydinnhold i metanolsystemet.

disse sammenligningene mellom behandlingene og de målte resultatene viser at natriumhydroksidresponsen av cellulose kan forutsies ganske godt ved proporsjonal blanding med etanol (Figur 2) og metanol (Figur 3).

Det ble rapportert Av Rowell at samspillet mellom cellulosika og organiske væsker hovedsakelig ble påvirket av løsningsmiddelets pH, den molare størrelsen og væskens hydrogenbindingskapasitet . Imidlertid viser de variable sorpsjonsegenskapene til ark som behandles med blandinger av etanol og metanol med alkali, ved lignende forhold klart at væskeabsorpsjonen i papirarkstrukturen er nært knyttet til væskens natur (pH) og overflatespenningen som vist i Figur 1-3. Videre har det allerede foreslått at hevelse og sorpsjonsegenskaper av papirer i alkaliforhold var høyere enn sure forhold . Dette er sannsynligvis relatert til fibrilåpninger, som påvirker hevelseskapasiteten til cellulose, er en viktig faktor for å forbedre absorpsjonspotensialet til fibrene.

Watanabe og hans gruppe spekulerte på at omtrent 3-7 wt % av adsorbert vann var ansvarlig for stabiliseringen Av H-bindingsnettet på cellulose-vannoverflaten . Men alle løsningsmiddelsystemene som brukes i denne studien har hydrogenbindingspotensial, og de kan trenge inn i webstrukturen, etterfulgt av substitusjon av-OH for cellulose til cellulosehydrogenbindinger. Derfor kan inter og intrachain h-bindinger av cellulose dannes av løsningsmiddelmolekyler under absorpsjon.

Strekkfasthet av papirer har vanligvis brukt som en indikasjon på behandlingen påvirker på papiret styrke avledet fra faktorer som fiber styrke, og liming. De komparative strekkstyrkene til ti forskjellige løsningsmiddelbehandlede papirer med sammenligning med kontroll som har styrke på 37,3 N / mm er vist i Figur 4. Alle behandlingsforhold gir tilsynelatende en effekt av redusert styrke for papirer. Etter 1. tørketrinn ble det høyeste styrketapet observert med prøve a (16,8 N/mm, -54,9%) etterfulgt av prøve B (18,0 N/mm, -51,3%), prøve F (18,6 N/mm, -50%), henholdsvis. Vanligvis favoriserer kontinuerlig fukttørking ytterligere styrke tap av papirer. Imidlertid er den laveste styrken funnet med prøve B Og D (13.0 N/mm, -65%) etter 5th gjentatt fukttørketrinn. Det er tydelig at behandlingsforholdene var for alvorlige, og dermed ble styrkeegenskapene til papirene kraftig redusert. Videre synes tilsetningen av alkali til både etanol og metanol (Ej) å ha mindre innvirkning på styrketap på papirer.

den porøse strukturen av arkene har en stor innflytelse på inntrengning av en væske inn i nettverket. Når papirkontakt med væsker, har de en tendens til å bevege seg fra store hulrom til mindre i henhold til deres forskjellige kapillærtrykk. Imidlertid kan løsningsmidler raskt trenge inn i fiber og påvirke celluloseforringelsen. Det ble foreslått av Atalla at dehydreringsprosessen av cellulose fremmer molekylær mobilitet kan resultere i å øke nivåene av molekylær organisasjon. Denne molekylære organisasjonen begrenser imidlertid fibrens kapasitet til å reagere på stress i elastisk modus uten feil . Styrkeresultatene som ble funnet for cellulosepapir i denne studien besto av denne informasjonen.

når man vurderer strekkfastheten, bør også papirstrekningen ved brudd (forlengelse %) vurderes. Det er en indikasjon på papirets evne til å samsvare med en ønsket egenskap under ikke-ensartet strekkspenning. Den komparative strekk (som rapportert, forlengelse ved brudd %) av prøver (A-J)er vist i Figur 5. Generelt oppfører strekkegenskaper av ark seg vanligvis i strid med strekkfasthet. Det ser ut til at gjentatt fukttørking noe nivå påvirker strekk i enten økning og reduksjon avhenger av løsningsmiddeltype og behandlingsstadium. Dette er noe overraskende, med tanke på at styrkeegenskapene er betydelig redusert med alle behandlingsforhold.

Etter 1. tørketrinn ble den høyeste strekkforbedringen funnet med prøve G (26,8%) etterfulgt av med prøve A (13,2%), og marginalt lignende strekkforbedringer med prøver B, C, H, I og J (4-8%), i den rekkefølgen. Men etter 5. tørketrinn viser noen papirer betydelig høyere strekk enn ubehandlede og og / eller lavere behandlede prøver. Den høyeste strekningen ble derfor observert med prøve E (59,5%) etterfulgt av prøve I (49.8%), prøve j (28,7%), prøve h (21%), henholdsvis. Videre viser prøver B, C, D og F omtrent 18-27% strekktap sammenlignet med kontroll.

styrkeutviklingen samt fysisk oppførsel av papirer er svært komplisert og avhenger av mange faktorer som struktur av cellulose, spesielt på krystallinsk region, Og H-binding av tilfeldig lagt nettverkselementer. Men kort sagt er det tydelig at styrkeegenskapene til arkene reduseres betydelig med flytende behandlinger, spesielt i surt miljø (B Og C), men tilsetningen av alkali (NaOH) til både etanol og metanolløsningsmidler ser ut til å ha mindre effekt på styrketap, til og med en viss gradforbedring på strekk av papirer realisert under forskjellige forhold.

Simons stain Er en praktisk teknikk for å evaluere porestrukturen av cellulosefibre, spesielt i resirkulerings-og masseprosesser . Det kan gi ytterligere bevis på modifikasjon i cellulose makromolekyl. Når en blanding av To fargestoffer (Direct Blue I og Fast Orange 15) påføres fibre, kan det blå og/eller oransje fargestoffet absorbere til fibre med avhengig porestørrelse. For fibre med et forskjellig porestørrelsesfordelingsområde, kan fargen på den fargede fiberen avhenge av forholdet mellom overflateareal som er tilgjengelig for begge fargestoffer. De kjemiske strukturer av begge fargestoffer er vist i Figur 6 .

Tabell 2 viser et sammendrag av papirprøver oppnådd fra ulike forhold og deres fargeegenskaper under lysmikroskop. Det er innsett at papirer hentet fra forskjellige forhold viste variable intensiteter av blå og oransje flekk. Denne vurderingen gjenspeiler imidlertid ikke noen kvantitative målinger, og at sammenligningen bare skal gjøres innenfor hvert eksperimentelt sett.

etter 1. tørketrinn, unntatt prøve B, viser andre enkeltløsningsbehandlede prøver (A, C, D) intensiv lyseblå-oransje farge. Videre har papirprøver som behandles med proporsjonale blandinger Av EtOH, MeOH og NaOH (Ej) forskjellige nivå mellomliggende oransje til mørk oransje farge. Dette er klart bevis på at alkali tillegg til sure tilstand effekter på økning porestørrelse av fibre. Fordi Direkte Blå jeg har en mindre molekylær størrelse (ca. 1 nm) og en svakere affinitet for cellulose sammenlignet Med Direkte Oransje 15, som har en større molekylær størrelse (5-36 nm) og en sterkere affinitet. Men etter 5. tørketrinn farget de fleste prøvene mørkblå til lyseblå-oransje farge med unntak av prøve F (EtOH-NaOH, 1: 3 by vol) som fibrene flekker mellomliggende oransje og litt mørk oransje. Dette er klare bevis på at økende alkali konsentrasjon i sure løsemidler kan være effekter restaurering av fiber porestørrelse og effekter mindre skadelig med kontinuerlig tørking og fukting. Det har allerede nevnt ovenfor At Direkte Oransje 15 molekyler fortrinnsvis kan adsorberes på fiberoverflaten der porestørrelsen er passende (f. eks. > 5 nm) for å få tilgang Til Direkte Oransje 15 molekyler. For de små kapillære porene (f. eks. < 5 nm), hvor De Direkte Oransje 15 molekylene ikke er tilgjengelige, Kan De Direkte Blå i-molekylene adsorberes. Derfor er forholdet mellom adsorbert Direkte Oransje 15 til adsorbert Direkte Blå jeg forventet å tjene som en indikator på porestrukturen, nærmere bestemt porestørrelsespopulasjonsfordelingen av papiret. Simons flekkresultater er vanligvis korrelert med styrke og sorpsjonsegenskaper av papirer (Figur 1-5).

FTIR-spektrene av papirprøver behandlet med forskjellige nivåer av oppløsningsmidler ble oppnådd i området 400-4000 cm-1. Imidlertid hadde det karakteristiske spekteret av cellulosestrukturkonsentrat i området 800-2000 cm-1 og de store toppene i dette området blitt identifisert. De komparative FTIR-spektrene av forskjellige løsningsmiddelbehandlede papirer etter 5. gjentatt tørkevettingstrinn er vist i Figur 7 (a-g).

alle spektra utviser multimodal absorpsjon i 600-1000 cm−1-regionen på grunn AV-OH-grupper i cellulose. Den utvendige C – h-vibrasjonen ble tildelt ved 750 cm-1. Bandet på 900-1150 cm-1 tilskrives C-C ut av flyet som strekker seg, C-C-o strekker seg ved 1060 cm-1; C-O – c symmetrisk strekker seg 1150 cm – 1 (Figur 7a). Spektrene av løsningsmiddelbehandlede prøver (Figur 7d–f) viser imidlertid mer absorpsjon i 800-1200 cm−1-regionen i forhold til ubehandlet cellulose, hvor en mer kompleks I-PLAN OH-vibrasjon er dominerende. Imidlertid indikerer de mindre intense CH2–CH2 – vibrasjonene (1450-1700 cm−1) Og C-C og C-O-c toppområdene (Figur 7c, d, g) genereringen av ny overflatekjemi som er relatert til løsningsmiddelinducert/tørket kjedemodifisering. Young (1994) Og Weise Og Paulapuro (1996) fant at tørking påvirker senkeavstanden mellom mikrofibriller og kryssforbindelser i cellulosestruktur . Denne modifikasjonen kan være effektnivå Av H-bindinger i cellulose. Resultatet funnet MED FTIR evaluering av celluloseplater som behandles med ulike løsemidler og kontinuerlig fuktet-tørket sykluser, støtter denne informasjonen. PÅ grunnlag AV FTIR-målinger ble det konkludert med at noen modifikasjoner hadde funnet sted under løsemiddeldiffusjon og løsemiddelindusert kjedemodifisering forekom i cellulosestruktur.