PMC

resultaten en bespreking

figuur 1 toont vloeibare sorptie-eigenschappen van papier dat wordt behandeld in water (a), (watervrij) ethanol (B), (watervrij) methanol (C), 1 n natriumhydroxide (D), tot vijf opeenvolgende droog-en bevochtigingsstadia. Er kan worden aangetoond dat de hoogste sorptie plaatsvond bij Monster D (230,5% in de 1e cyclus en 179,8% in de 5e cyclus) gevolgd door monster A (182,3% in de 1e cyclus en 170,6% in de 5e cyclus), Monster B (109,4% in de 1e cyclus en 97.6% in 5e cyclus) en monster C (respectievelijk 101,5% in 1e cyclus en 84,3% in 5e cyclus). Het herhalen van drogen en bevochtigen heeft echter meestal invloed op het verminderen van de vloeistofabsorptie van vellen. Dit is niet verwonderlijk omdat een aantal onderzoekers al een duidelijke correlatie hebben gemeld tussen chemische behandelingen en sorptie-eigenschappen voor cellulosematerialen .

deze reducties kunnen worden toegeschreven aan een verandering in de vezelpolymeerstructuur, zoals waterstofbruggen of het elimineren van H-bindingsplaatsen voor vloeistoffen. Omdat alle vloeistoffen die in deze studie worden gebruikt, waterstofbindingen hebben en in de papiernetstructuur kunnen doordringen, gevolgd door vervanging van-OH voor cellulose door cellulose waterstofbindingen. Bovendien kan de sluiting van grotere poriën die niet heropenen bij het opnieuw inwerken van invloed zijn op hoge oppervlaktespanning krachten. Deze volgende spanning-verharding mechanisme en krachten kunnen worden gelast de poriën en weerstand bieden tegen vloeistof penetratie een bepaalde mate. Deze zijn in goede overeenstemming met de resultaten gemeld door Wistara (1999) dat gedroogde vezels met hogere initiële zwelling capaciteit hebben een lagere capaciteit om te reswell .

1 n met natriumhydroxide behandeld Monster (D) heeft echter een aanzienlijk hogere absorptiewaarde dan andere. Na de vijfde herhaalde bevochtigings-droogcyclus blijkt Monster D Een ongeveer 6% hogere absorptie uit monster A, 85% Uit Monster B en 114% uit Monster C (figuur 1). Het kan worden toegeschreven aan de heroriëntatie van microvezels en een betere uitlijning van celluloseketens in de structuur van het plaatnetwerk die extra h-bindingsplaatsen voor vloeistof bevorderen. Das and Chakraborty (2006) bleek dat tijdens de alkalibehandeling een roostertransformatie van cellulose-I naar cellulose-II plaatsvond en natriumhydroxide aanzienlijke veranderingen in kristalliniteit en oriëntatie hoek binnen cellulose structuur introduceert . Deze kunnen worden beà nvloedt minder kristallijn gebied in cellulose vandaar verdere h-bindingsplaats voor vloeistoffen.

het uitgesproken effect van de toevoeging van natriumhydroxide aan ethanol (B) in termen van sorptie van papier (E, F en G) is duidelijk zichtbaar in Figuur 2. De hoogste absorptie werd verkregen met monster F (EtOH-NaOH 1: 3 door vol) na de eerste bevochtigings-droogcyclus (185,7%) en verdere behandelingen die de vloeibare sorptie van papier verminderen, maar ze zijn nog steeds aanzienlijk hoger dan alleen EtOH en lagere hoeveelheid NaOH inclusief systemen. Monster F vertoonde een ongeveer 40-70% hogere vloeistofabsorptie in vergelijking met monster B (109,4%) in vergelijkbare bevochtigings-droogstadia (Figuur 2). Het leek erop dat de toename van de vloeistofabsorptie nauw verband hield met het NaOH-gehalte in het EtOH-systeem en omgekeerd met het bevochtigings-droogstadium.

de sorptie-eigenschappen van papier bij proportioneel mengsel van methanol en natriumhydroxide reactieomstandigheden zijn weergegeven in Figuur 3. Net als bij het ethanol-alkali-systeem werd de hoogste absorptie van 162,3% ook gevonden bij Monster I (meoh-NaOH 1:3 vol) maar na de 5e fase van bevochtiging en drogen. Men kan ook opmerken dat uitgebreid drogen-bevochtigen gewoonlijk 2-10% verhoogde vloeibare absorptieeigenschappen voor monster I. men kan zich echter realiseren dat de vloeistofabsorptie positief gecorreleerd was met het natriumhydroxidegehalte in methanolsysteem.

uit deze vergelijkingen tussen de behandelingen en de meetresultaten blijkt dat de natriumhydroxiderespons van cellulose vrij goed kan worden voorspeld door proportioneel mengsel met ethanol (Figuur 2) en methanol (Figuur 3).Rowell meldde dat de interactie tussen cellulosica en organische vloeistoffen voornamelijk werd beïnvloed door de pH van het oplosmiddel, de molaire grootte en de waterstofbindingscapaciteit van de vloeistof . Uit de variabele sorptie-eigenschappen van platen die onder vergelijkbare omstandigheden met mengsels van ethanol en methanol met alkali zijn behandeld, blijkt echter duidelijk dat de vloeistofabsorptie in de structuur van de vellen papier nauw verband houdt met de aard van de vloeistof (pH) en de oppervlaktespanning, zoals blijkt uit de figuren 1-3. Bovendien heeft zij reeds voorgesteld dat de zwellings-en sorptieeigenschappen van papier in alkaliomstandigheden hoger waren dan zure omstandigheden . Dit is waarschijnlijk gerelateerd aan fibrilopeningen, die invloed heeft op de zwelling capaciteit van cellulose, is een belangrijke factor om absorptiepotentieel van de vezels te verbeteren.

Watanabe en zijn groep speculeerden dat ongeveer 3-7 gew. % van het geadsorbeerde water verantwoordelijk was voor de stabilisatie van het H-bond-netwerk aan het cellulosewateroppervlak . Maar alle oplosmiddelsystemen die in deze studie worden gebruikt, hebben waterstofbindingspotentieel en kunnen in de webstructuur doordringen, gevolgd door vervanging van-OH van cellulose door cellulose waterstofbindingen. Vandaar, kunnen inter en intrachain H-bindingen van cellulose door oplosmiddelmoleculen tijdens absorptie worden gevormd.

de treksterkte van papier wordt gewoonlijk gebruikt als indicatie van de invloed van de behandeling op de papiersterkte afgeleid van factoren zoals vezelsterkte en binding. De relatieve treksterkte van tien verschillende met oplosmiddel (A-J) behandelde papiersoorten met een vergelijking met de controle met een sterkte van 37,3 N/mm is weergegeven in Figuur 4. Alle behandelingsomstandigheden leiden blijkbaar tot een effect van verminderde sterkte voor papieren. Na het eerste bevochtigings-droogstadium werd het hoogste sterkteverlies waargenomen met respectievelijk monster A (16,8 N/mm, -54,9%) gevolgd door monster B (18,0 N/mm, -51,3%) en monster F (18,6 N/mm, -50%). In het algemeen, voortdurend bevochtigen-drogen gunsten verdere sterkte verlies van papier. Echter, de laagste sterkte gevonden met monster B en D (13,0 N/mm, -65%) na de 5e herhalende bevochtigings-droogfase. Het is duidelijk dat de behandelingsomstandigheden te streng waren, waardoor de sterkte-eigenschappen van de papieren sterk afnamen. Bovendien lijkt de toevoeging van alkali aan zowel ethanol als methanol (E-J) minder invloed te hebben op het krachtverlies op papier.

de poreuze structuur van de platen heeft een grote invloed op de penetratie van een vloeistof in het netwerk. Wanneer papier contact met vloeistoffen, hebben ze de neiging om te verplaatsen van grote holten in kleinere volgens hun verschillende capillaire druk. Oplosmiddelen kunnen echter snel in vezels doordringen en de afbraak van cellulose beïnvloeden. Het werd voorgesteld door Atalla dat het dehydratatieproces van cellulose moleculaire mobiliteit zou kunnen resulteren in het verbeteren van niveaus van moleculaire organisatie. Nochtans, beperkt deze moleculaire organisatie de capaciteit van vezels om aan spanning in een elastische wijze zonder mislukking te reageren . De sterkte resultaten gevonden voor cellulose papier in deze studie bestond uit deze informatie.

bij de bepaling van de treksterkte moet ook rekening worden gehouden met de breukstrook (rek%). Het is indicatief voor het vermogen van papier om te voldoen aan een gewenste eigenschap onder niet-uniforme trekspanning. De vergelijkende rek (zoals gerapporteerd, rek bij breuk %) van de monsters (A-J) is weergegeven in Figuur 5. In het algemeen gedragen rekeigenschappen van platen zich meestal in tegenstelling tot treksterkte. Het blijkt dat herhaalde bevochtiging-drogen van een bepaald niveau van invloed op stretch in beide toename en van afname afhankelijk van het type oplosmiddel en de behandelingsfase. Dit is enigszins verrassend, gezien het feit dat de sterkte eigenschappen zijn aanzienlijk verminderd met alle behandelingen voorwaarden.

na het eerste bevochtigings-droogstadium werd de hoogste stretchverbetering gevonden met monster G (26,8%) gevolgd door monster A (13,2%) en enigszins vergelijkbare stretchverbeteringen met monsters B, C, H, I en J (4-8%), in die volgorde. Na de vijfde bevochtigings-droogfase vertonen sommige papieren echter een aanzienlijk hogere rek dan onbehandelde en/of lager behandelde monsters. De hoogste rek, dus verbetering werd waargenomen met monster E (59,5%) gevolgd door monster I (49.8%), Monster J (28,7%), Monster H (21%). Bovendien tonen monsters B, C, D en F ongeveer 18-27% rekverlies vergeleken met controle.

de sterkteontwikkelingen en het fysieke gedrag van papier zijn zeer gecompliceerd en hangen af van vele factoren, zoals de structuur van cellulose, vooral op Kristallijn gebied, en H-binding van willekeurig gelegde netwerkelementen. Maar in het kort, het is duidelijk dat de sterkte eigenschappen van platen aanzienlijk afnemen met vloeibare behandelingen vooral in zure omgeving (B en C), maar de toevoeging van alkali (NaOH) aan zowel ethanol en methanol oplosmiddelen lijkt minder effect te hebben op het verlies van sterkte, zelfs enige niveauverbetering op strook papier gerealiseerd in verschillende omstandigheden.

Simons vlek is een praktische techniek voor het evalueren van de poriestructuur van cellulosevezels, met name bij recycling-en verpulpprocessen . Het kan aanvullend bewijsmateriaal over wijziging in cellulosemacromolecule verstrekken. Wanneer een mengsel van twee kleurstoffen (Direct Blue I en Fast Orange 15) wordt toegepast op vezels, de blauwe en/of oranje kleurstof kan absorbeert vezels met afhankelijk poriegrootte. Voor vezels met een verschillende poriegrootte distributie bereik, de kleur van de gekleurde vezel kan afhangen van de verhouding van het oppervlak toegankelijk voor beide kleurstoffen. De chemische structuren van beide kleurstoffen zijn weergegeven in Figuur 6 .

Tabel 2 geeft een overzicht van de papiermonsters die onder verschillende omstandigheden zijn verkregen en hun kleuringseigenschappen onder lichtmicroscoop. Men beseft dat papier verkregen uit verschillende omstandigheden toonde variabele intensiteit van blauwe en oranje vlek. Dit cijfer geeft echter geen kwantitatieve metingen weer en de vergelijking dient alleen binnen elke experimentele reeks te worden gemaakt.

na de eerste bevochtigings-droogfase, met uitzondering van monster B, vertonen andere met één oplosmiddel behandelde monsters (A, C, D) een intensieve lichtblauw-oranje kleur. Bovendien hebben papiermonsters die behandeld zijn met proportionele mengsels van EtOH, MeOH en NaOH (E-J) verschillende niveaus tussenliggende oranje tot donkeroranje kleur. Dit is duidelijk bewijs dat alkali-toevoeging aan zure voorwaarde effecten op verhoging poriegrootte van vezels. Omdat Direct Blue I een kleinere moleculaire grootte heeft (ca. 1 nm) en een zwakkere affiniteit voor cellulose in vergelijking met Direct Orange 15, die een grotere moleculaire grootte heeft (5-36 nm) en een sterkere affiniteit. Maar na de 5e fase van bevochtiging-drogen, de meeste van de monsters gekleurd donkerblauw tot licht blauw-oranje kleur met uitzondering van monster F (EtOH-NaOH, 1:3 door vol) die de vezels vlekken tussenliggende oranje en licht donkeroranje. Dit is duidelijk bewijs dat het verhogen van de alkaliconcentratie in zure oplosmiddelen effecten herstel van vezel poriegrootte en effecten minder schadelijk met continu drogen en bevochtigen kan zijn. Het heeft hierboven reeds verklaard dat Direct Orange 15 moleculen bij voorkeur aan het vezeloppervlak kunnen worden geadsorbeerd waar de poriegrootte geschikt is (bv. > 5 nm) om toegang te krijgen tot Direct Orange 15 moleculen. Voor de kleine capillaire poriën (bv. < 5 nm), waar de Direct Orange 15 moleculen niet toegankelijk zijn, kunnen de Direct Blue I moleculen worden geadsorbeerd. Daarom wordt verwacht dat de verhouding van geadsorbeerd Direct Oranje 15 tot geadsorbeerd Direct blauw I dient als een indicator van de poriestructuur, in het bijzonder de poriegrootte populatieverdeling van het papier. Simons vlekresultaten worden meestal gecorreleerd met sterkte en sorptie eigenschappen van papier (figuren 1-5).

de FTIR-spectra van verschillende met oplosmiddel behandelde papiermonsters werden verkregen in een bereik van 400-4000 cm-1. Het karakteristieke spectrum van cellulosestructuurconcentraat in het bereik van 800-2000 cm-1 en de belangrijkste pieken in dit bereik waren echter geïdentificeerd. Figuur 7 (a-g) toont de vergelijkende FTIR–spectra van verschillende met oplosmiddelen behandelde papiersoorten na de vijfde herhaalde droog-bevochtigingsfase.

alle spectra vertonen multimodale absorptie in het 600-1000 cm−1 Gebied door –OH groepen in cellulose. De C-H-trilling buiten het vliegtuig werd toegewezen op 750 cm-1. De band op 900-1150 cm-1 wordt toegeschreven aan C-C uit het vlak stretching, C-C-O stretching op 1060 cm-1; c-O-c symmetrisch stretching 1150 cm-1 (Figuur 7a). De spectra van met oplosmiddelen behandelde monsters (figuur 7d–f) vertonen echter de meer absorptie in het gebied van 800-1200 cm−1 ten opzichte van de onbehandelde cellulose, waar een complexere in-plane Oh-trilling dominant is. De minder intense CH2–CH2 – trillingen (1450-1700 cm−1) en C-C-en C-O-C-piekgebieden (figuur 7c, d, g) duiden echter op het ontstaan van nieuwe Oppervlaktechemie die verband houdt met de door oplosmiddelen geïnduceerde/gedroogde kettingwijziging. Young (1994) en Weise and Paulapuro (1996) ontdekten dat drogen de verlaging van de afstand tussen microvezels en dwarsverbindingen in de cellulosestructuur beïnvloedt . Deze wijziging kan effecten niveau van H-bindingen in cellulose. Het resultaat gevonden met FTIR evaluatie van cellulose vellen die behandeld met verschillende oplosmiddelen en continu bevochtigd-gedroogd cycli, ondersteunen deze informatie. Op basis van FTIR-metingen werd geconcludeerd dat enige modificatie had plaatsgevonden tijdens de diffusie van oplosmiddelen en oplosmiddelgeïnduceerde ketenmodificatie in de cellulosestructuur.