PMC

resultater og diskussion

Figur 1 viser flydende sorptionsegenskaber for papirer, der behandles i Vand (A), (vandfri) ethanol (B), (vandfri) methanol (C), 1 N natriumhydroksid (D), op til fem gentagne tørrings-og befugtningstrin. Det kan afsløres, at den højeste sorption forekom med prøve D (230,5% i 1.cyklus og 179,8% i 5. cyklus) efterfulgt af prøve a (182,3% i 1. cyklus og 170,6% i 5. cyklus), prøve B (109,4% i 1. cyklus og 97.6% i 5. cyklus) og prøve C (henholdsvis 101,5% i 1.cyklus og 84,3% i 5. cyklus). Imidlertid påvirker gentagelse af tørring og befugtning normalt på faldende væskeabsorption af ark. Dette er ikke overraskende, fordi en række forskere allerede har rapporteret en klar sammenhæng mellem kemiske behandlinger og sorptionsegenskaber for cellulosematerialer .

disse reduktioner kan tilskrives en ændring i fiberpolymerstrukturen, såsom hydrogenbindingstværbindinger eller eliminering af H-bindingssteder for væsker. Fordi alle væsker, der anvendes i denne undersøgelse, har hydrogenbindingsevne og kan trænge ind i papirnetværksstrukturen efterfulgt af substitution af-OH for cellulose til cellulose hydrogenbindinger. Desuden kan lukningen af større porer, som ikke genåbnes ved genvinding, påvirkes af høje overfladespændingskræfter. Denne efterfølgende strain-hærdning mekanisme og kræfter kan svejses porerne og modstå mod væskeindtrængning en vis grad. Disse er i god overensstemmelse med de resultater, der blev rapporteret af Vistara (1999), at tørrede fibre med højere indledende hævelseskapacitet har lavere evne til at genvinde .

imidlertid har 1 n natriumhydroksidbehandlet prøve (D) betydeligt højere absorptionsværdi end andre. Efter 5.gentagne befugtningstørringscyklus viser prøve D ca. 6% højere absorption fra prøve A, henholdsvis 85% Fra prøve B og 114% fra prøve C (Figur 1). Det kan tilskrives omorientering af mikrofibriller og en bedre tilpasning af cellulosekæder i arknetværksstruktur, der fremmer yderligere h-bindingssteder for væske. Das og Chakraborty (2006) blev fundet, at under alkalibehandling fandt en gittertransformation fra cellulose-i til cellulose-II sted, og natriumhydroksid introducerer betydelige ændringer i krystallinitet og orienteringsvinkel inden for cellulosestruktur . Disse kan påvirke mindre krystallinsk region i cellulose og dermed yderligere h-bindingssted for væsker.

den markante virkning af tilsætning af natriumhydroksid til ethanol (B) med hensyn til sorption af papir (E, F og G) er tydeligt tydeligt i figur 2. Den højeste absorption blev opnået med prøve F (EtOH-NaOH 1:3 ved vol) efter 1.befugtningstørringscyklus (185,7%) og yderligere behandlinger, der nedsætter påvirkningen på væskesorption af papirer, men de er stadig betydeligt højere end kun EtOH og lavere mængde NaOH inklusive systemer. 40-70% højere væskeabsorption sammenlignet med prøve B (109,4%) ved lignende befugtningstørringstrin (figur 2). Det så ud som om stigningen i væskeabsorptionen var tæt forbundet med NaOH-indholdet i EtOH-systemet og omvendt relateret til befugtningstørringstrin.

sorptionsegenskaberne af papirer ved proportional blanding af methanol og natriumhydroksidreaktionsbetingelser er vist i figur 3. I lighed med ethanol-alkali-systemet blev den højeste absorption på 162,3% også fundet med prøve i (MeOH-NaOH 1:3 ved vol), men efter 5.befugtningstørringstrin. Man kan også observere, at udvidet tørringsvædning normalt påvirker 2-10% øgede væskeabsorptionsegenskaber for prøve I. Det kan imidlertid realiseres, at væskeabsorptionen var positivt korreleret med natriumhydroksidindholdet i methanolsystemet.

disse sammenligninger mellem behandlingerne og de målte resultater viser, at cellulosens natriumhydroksidrespons kan forudsiges ganske godt ved proportional blanding med ethanol (figur 2) og methanol (figur 3).

det blev rapporteret, at interaktionen mellem cellulosemidler og organiske væsker hovedsageligt var påvirket af opløsningsmiddelets pH, molstørrelsen og væskens hydrogenbindingskapacitet . Imidlertid afslører de variable sorptionsegenskaber af plader, der behandles med blandinger af ethanol og methanol med alkali, under lignende betingelser klart, at væskeabsorptionen i papirarkstruktur tæt forbundet med væskens natur (pH) og dens overfladespænding som afsløret i figur 1-3. Desuden har det allerede foreslået, at hævelse og sorptionsegenskaber af papirer under alkalibetingelser var højere end sure betingelser . Dette er sandsynligvis relateret til fibrilåbninger, som er påvirker hævelse kapacitet af cellulose, er en vigtig faktor for at forbedre absorptionspotentialet af fibrene.

Ananabe og hans gruppe spekulerede i, at cirka 3-7 vægt % af adsorberet vand var ansvarlig for stabiliseringen af H-bindingsnetværket ved cellulose-vandoverfladen . Men alle opløsningsmiddelsystemer, der anvendes i denne undersøgelse, har hydrogenbindingspotentiale, og de kan trænge ind i banestrukturen efterfulgt af substitution af-OH for cellulose til cellulosebindinger. Derfor kan Inter-og intrachain H-bindinger af cellulose dannes af opløsningsmiddelmolekyler under absorption.

trækstyrke af papirer har normalt brugt som en indikation af behandlingen påvirker på papirstyrken afledt af faktorer som fiberstyrke og binding. De sammenlignende trækstyrker af ti forskellige opløsningsmiddel (A-J) behandlede papirer med sammenligning med kontrol, der har styrke på 37,3 N/mm, er vist i figur 4. Alle behandlingsbetingelser medfører tilsyneladende en effekt af nedsat styrke for papirer. Efter 1. befugtningstørringstrin blev det højeste styrketab observeret med prøve A (16,8 N/mm, -54,9%) efterfulgt af prøve B (18,0 N/mm, -51,3%), prøve F (henholdsvis 18,6 n/mm, -50%). Generelt favoriserer kontinuerlig befugtningstørring yderligere styrketab af papirer. Imidlertid er den laveste styrke fundet med prøve B og D (13,0 N/mm, -65%) efter 5.gentagne befugtningstørringstrin. Det er tydeligt, at behandlingsbetingelserne var for alvorlige, og papirernes styrkeegenskaber faldt kraftigt. Desuden synes tilsætningen af alkali til både ethanol og methanol (E-J) at have mindre indflydelse på styrketab på papirer.

den porøse struktur af arkene har stor indflydelse på indtrængningen af en væske i netværket. Ved papirkontakt med væsker har de en tendens til at bevæge sig fra store hulrum til mindre i henhold til deres forskellige kapillærtryk. Imidlertid kan opløsningsmidler hurtigt trænge ind i fiber og påvirke cellulosenedbrydning. Det blev foreslået af Atalla, at dehydreringsprocessen af cellulose fremmer molekylær mobilitet kunne resultere i forbedring af niveauer af molekylær organisation. Denne molekylære organisation begrænser imidlertid fibrenes kapacitet til at reagere på stress i en elastisk tilstand uden fiasko . Styrkeresultaterne fundet for cellulosepapir i denne undersøgelse bestod af disse oplysninger.

ved evaluering af trækstyrken skal også papirstykket ved brud (forlængelses %) overvejes. Det er tegn på papirets evne til at overholde en ønsket egenskab under ikke-ensartet trækspænding. Den sammenlignende strækning (som rapporteret, forlængelse ved brud%) af prøver (A-J) er vist i figur 5. Generelt opfører strækegenskaber af ark sig normalt i strid med trækstyrken. Det fremgår, at gentagen befugtning-tørring nogle niveau påvirker strækning i enten stigning og fald afhænger af opløsningsmiddel type og behandlingsstadium. Dette er noget overraskende, i betragtning af at styrkeegenskaberne reduceres betydeligt under alle behandlingsbetingelser.

efter 1. befugtningstørringstrin blev den højeste strækforbedring fundet med prøve G (26,8%) efterfulgt af med prøve a (13,2%) og marginalt lignende strækforbedringer med prøver B, C, H, I og J (4-8%) i den rækkefølge. Efter 5. befugtningstørringstrin viser nogle papirer imidlertid betydeligt højere strækning end ubehandlede og og/eller lavere behandlede prøver. Den højeste strækning blev der derfor observeret forbedring med prøve E (59,5%) efterfulgt af prøve i (49.8%), prøve J (28,7%), prøve H (21%). Desuden viser prøver B, C, D og F ca.18-27% strækningstab sammenlignet med kontrol.

styrkeudviklingen såvel som papirets fysiske opførsel er meget kompliceret og afhænger af mange faktorer, såsom cellulosestruktur, især på krystallinsk region, og H-binding af tilfældigt lagt netværkselementer. Men kort sagt er det tydeligt, at arkets styrkeegenskaber falder betydeligt med flydende behandlinger, især i surt miljø (B og C), men tilsætningen af alkali (NaOH) til både ethanol og methanolopløsningsmidler synes at have mindre effekt på styrketab, selv en vis niveauforbedring på papirstrækning realiseret under forskellige forhold.

Simons stain er en praktisk teknik til evaluering af porestrukturen af cellulosefibre, især i genanvendelses-og masseprocesser . Det kan give yderligere bevis for modifikation i cellulosemakromolekyle. Når en blanding af to farvestoffer (direkte blå i og hurtig Orange 15) påføres fibre, kan det blå og/eller orange farvestof absorbere til fibre med afhængig porestørrelse. For fibre med forskellige porestørrelsesfordelingsområder kan farven på den farvede fiber afhænge af forholdet mellem overfladeareal, der er tilgængeligt for begge farvestoffer. De kemiske strukturer af begge farvestoffer er vist i figur 6 .

tabel 2 viser en oversigt over papirprøverne opnået under forskellige betingelser og deres farvningsegenskaber under lysmikroskop. Det er indset, at papirer opnået fra forskellige forhold viste variable intensiteter af blå og orange plet. Denne vurdering afspejler dog ikke nogen kvantitative målinger, og at sammenligningen kun skal foretages inden for hvert forsøgssæt.

efter 1.befugtningstørringstrin, undtagen prøve B, viser andre enkeltopløsningsbehandlede prøver (A, C, D) intensiv lyseblå-orange farve. Desuden papirprøver, der behandles med proportionale blandinger af EtOH, MeOH og NaOH (E-J) har forskellige niveau mellemliggende orange til mørk orange farve. Dette er klart bevis for, at alkali tilsætning til sure tilstand virkninger på stigning porestørrelse af fibre. Fordi direkte Blå I har en mindre molekylær størrelse (ca. 1 nm) og en svagere affinitet for cellulose sammenlignet med direkte Orange 15, som har en større molekylstørrelse (5-36 nm) og en stærkere affinitet. Men efter 5. befugtningstørringstrin farvede de fleste prøver mørkeblå til lyseblå-orange farve med undtagelse af prøve F (EtOH-NaOH, 1:3 ved vol), som fibrene pletter mellemliggende orange og let mørk orange. Dette er klart bevis for, at stigende alkalikoncentration i sure opløsningsmidler kan være effekter restaurering af fiberporestørrelse og virkninger mindre skadelige ved kontinuerlig tørring og befugtning. Det har allerede anført ovenfor, at direkte Orange 15 molekyler fortrinsvis kan adsorberes på fiberoverfladen, hvor porestørrelsen er passende (f.eks. > 5 nm) til adgang til direkte Orange 15 molekyler. < 5 nm), hvor de direkte Orange 15 molekyler ikke er tilgængelige, kan de direkte blå i molekyler adsorberes. Derfor, forholdet mellem adsorberet direkte Orange 15 til adsorberet direkte Blå I forventes at tjene som en indikator for porestrukturen, specifikt, porestørrelsesfordelingen af papiret. Simons stain resultater er normalt korreleret med styrke og sorption egenskaber af papirer (figur 1-5).

FTIR−spektre af opløsningsmiddelbehandlede papirprøver på forskellige niveauer blev opnået i området 400-4000 cm-1. Imidlertid var det karakteristiske spektrum af cellulosestruktur koncentreret i området 800-2000 cm – 1, og de største toppe i dette interval var blevet identificeret. De sammenlignende FTIR-spektre af forskellige opløsningsmiddelbehandlede papirer efter 5.gentagende tørringsvådningstrin er vist i Figur 7 (A-g).

alle spektre udviser multimodal absorption i 600-1000 cm−1 –regionen på grund af-OH-grupper i cellulose. C-h-vibrationen uden for flyet blev tildelt 750 cm-1. Båndet ved 900-1150 cm-1 tilskrives C-C ud af flyet strækker sig, c-C−o strækker sig ved 1060 cm-1; C-O−c symmetrisk strækning 1150 cm-1 (Figur 7a). Spektre af opløsningsmiddelbehandlede prøver (figur 7d–f) udviser imidlertid den mere absorption i 800-1200 cm−1-regionen i forhold til den ubehandlede cellulose, hvor en mere kompleks OH-vibration i Plan er dominerende. De mindre intense CH2 – CH2-vibrationer (1450-1700 cm−1) og C-C og C-O-C spidsområder (figur 7c, d, g) angiver imidlertid dannelsen af ny overfladekemi, der er relateret til den opløsningsmiddelinducerede/tørrede kædemodifikation. Young (1994) og Paulapuro (1996) fandt, at tørring påvirker sænkning af afstanden mellem mikrofibriller og tværbindinger i cellulosestruktur . Denne ændring kan være effekter niveau af H-bindinger i cellulose. Resultatet fundet med FTIR-evaluering af celluloseplader, der behandles med forskellige opløsningsmidler og kontinuerligt befugtede tørrede cyklusser, understøtter denne information. På grundlag af FTIR-målinger blev det konkluderet, at en vis modifikation havde fundet sted under opløsningsmiddeldiffusion, og opløsningsmiddelinduceret kædemodifikation forekom i cellulosestruktur.