PMC

resultat och diskussion

Figur 1 visar flytande sorptionsegenskaper hos papper som behandlas i vatten (A), (vattenfri) etanol (B), (vattenfri) metanol (C), 1 N natriumhydroxid (D), upp till fem upprepande torknings-och vätningssteg. Det kan avslöjas att den högsta sorptionen inträffade med prov D (230,5% i 1: a cykeln och 179,8% i 5: e cykeln) följt av prov A (182,3% i 1: a cykeln och 170,6% i 5: e cykeln), prov B (109,4% i 1: A cykeln och 97.6% i 5: e cykeln) och prov C (101,5% i 1: A cykeln respektive 84,3% i 5: e cykeln). Upprepande torkning och vätning påverkar emellertid vanligtvis på minskande vätskeabsorption av Ark. Detta är inte förvånande eftersom ett antal forskare redan har rapporterat en bestämd korrelation mellan kemiska behandlingar och sorptionsegenskaper för cellulosamaterial .

dessa minskningar kan hänföras till en förändring i fiberpolymerstrukturen, såsom vätebindningar tvärbindningar eller eliminering av H-bindningsställen för vätskor. Eftersom alla vätskor som används i denna studie har vätebindningsförmåga och kan tränga in i pappersnätstrukturen, följt av substitution av-OH för cellulosa till cellulosavätebindningar. Dessutom kan stängningen av större porer som inte öppnas igen vid omvätning påverkas av höga ytspänningskrafter. Denna efterföljande stamhärdningsmekanism och krafter kan svetsas porerna och motstå mot vätskepenetration i viss grad. Dessa är i god överensstämmelse med de resultat som rapporterats av Wistara (1999) att torkade fibrer med högre initial svällningskapacitet har lägre förmåga att återställa .

emellertid har 1 N natriumhydroxidbehandlat prov (D) betydligt högre absorptionsvärde än andra. Efter 5: e upprepande vätningstorkningscykel visar provet d ungefär 6% högre absorption från prov a, 85% Från prov B respektive 114% från prov C (Figur 1). Det kan hänföras till omorientering av mikrofibriller och en bättre inriktning av cellulosakedjor i arknätstruktur som främjar ytterligare h-bindningsställen för vätska. Das och Chakraborty (2006) visade sig att under alkalibehandling skedde en gittertransformation från cellulosa-i till cellulosa-II och natriumhydroxid introducerar betydande förändringar i kristallinitet och orienteringsvinkel inom cellulosastrukturen . Dessa kan vara påverkar mindre kristallina regionen i cellulosa därmed ytterligare H-Bindning plats för vätskor.

den markerade effekten av natriumhydroxidtillägg till etanol (B) i termer av sorption av papper (E, F och G) framgår tydligt i Figur 2. Den högsta absorptionen erhölls med prov F (EtOH-NaOH 1:3 av vol) efter 1: a vätningstorkningscykel (185.7%) och ytterligare behandlingar decresing påverkar flytande sorption av papper men de är fortfarande betydligt högre än endast EtOH och lägre mängd NaOH inklusive system. Prov F visade ungefär 40-70% högre vätskeabsorption jämfört med prov B (109,4%) vid liknande vätningstorkningssteg (Figur 2). Det verkade som om ökningen av vätskeabsorptionen var nära relaterad till NaOH-innehållet i EtOH-systemet och omvänt relaterat till vätningstorkningssteget.

sorptionsegenskaperna hos papper vid proportionell blandning av metanol-och natriumhydroxidreaktionsbetingelser visas i Figur 3. I likhet med etanol-alkalisystem hittades också den högsta absorptionen av 162,3% med prov I (MeOH-NaOH 1:3 i volym) men efter 5: e vätningstorkningssteget. Man kan också observera att förlängd torkningsvätning vanligtvis påverkar 2-10% ökade vätskeabsorptionsegenskaper för prov I. Det kan emellertid inses att vätskeabsorptionen var positivt korrelerad med natriumhydroxidhalten i metanolsystemet.

dessa jämförelser mellan behandlingarna och de uppmätta resultaten avslöjar att natriumhydroxidsvaret hos cellulosa kan förutsägas ganska bra genom proportionell blandning med etanol (Figur 2) och metanol (Figur 3).

det rapporterades av Rowell att interaktionen mellan cellulosa och organiska vätskor huvudsakligen påverkades av lösningsmedlets pH, molstorleken och vätskans vätebindningskapacitet . De variabla sorptionsegenskaperna hos ark som behandlades med blandningar av etanol och metanol med alkali, vid liknande förhållanden visar tydligt att vätskeabsorptionen i pappersarkstrukturen är nära relaterad till vätskans natur (pH) och dess ytspänning som avslöjas i figurerna 1-3. Dessutom har det redan föreslagit att svullnad och sorptionsegenskaper hos papper under alkalibetingelser var högre än sura betingelser . Detta är förmodligen relaterat till fibrilöppningar, vilket påverkar cellulosaens svullnadskapacitet, är en viktig faktor för att förbättra absorptionspotentialen hos fibrerna.

Watanabe och hans grupp spekulerade i att cirka 3-7 viktprocent adsorberat vatten var ansvarig för stabiliseringen av H-bindningsnätet vid cellulosavattenytan . Men alla lösningsmedelssystem som används i denna studie har vätebindningspotential och de kan tränga in i webbstrukturen, följt av substitution av-OH för cellulosa till cellulosavätebindningar. Följaktligen kan inter-och intrachain H-bindningar av cellulosa bildas av lösningsmedelsmolekyler under absorption.

draghållfasthet hos papper har vanligtvis använts som en indikation på behandlingseffekterna på pappersstyrkan härledd från faktorer som fiberstyrka och bindning. De jämförande draghållfastheterna hos tio olika lösningsmedelsbehandlade papper med jämförelse med kontroll som har en styrka på 37,3 N / mm visas i Figur 4. Alla behandlingsförhållanden ger uppenbarligen en effekt av minskad styrka för papper. Efter 1: a vätningstorkningssteget observerades den högsta hållfasthetsförlusten med prov A (16,8 N/mm, -54,9%) följt av prov B (18,0 n/mm, -51,3%), prov F (18,6 N/mm, -50%). I allmänhet gynnar kontinuerligt vätningstorkning ytterligare styrka förlust av papper. Den lägsta styrkan hittades emellertid med prov B och D (13,0 N/mm, -65%) efter 5: e upprepande vätningstorkningssteg. Det är uppenbart att behandlingsförhållandena var för svåra, så att papperens hållfasthetsegenskaper minskade kraftigt. Dessutom verkar tillsatsen av alkali till både etanol och metanol (ej) ha mindre inverkan på styrkaförlust på papper.

arkens porösa struktur har ett stort inflytande på penetrationen av en vätska i nätverket. Vid papperskontakt med vätskor tenderar de att flytta från stora hålrum till mindre beroende på deras olika kapillärtryck. Lösningsmedel kan emellertid snabbt tränga in i fiber och påverka cellulosanedbrytningen. Det föreslogs av Atalla att dehydratiseringsprocessen av cellulosa främjar molekylär rörlighet kan resultera i att förbättra nivåerna av molekylär organisation. Denna molekylära organisation begränsar emellertid fibrernas kapacitet att reagera på stress i ett elastiskt läge utan misslyckande . De styrka resultaten som hittades för cellulosapapper i denna studie bestod av denna information.

vid utvärdering av draghållfastheten bör även papperssträckan vid brott (töjning %) övervägas. Det är en indikation på pappersförmågan att överensstämma med en önskad egenskap under ojämn dragspänning. Den jämförande sträckningen (som rapporterats, töjning vid brott %) av prover (a-J) visas i Figur 5. I allmänhet uppträder sträckningsegenskaper hos ark vanligtvis i strid med draghållfastheten. Det verkar som om upprepad vätningstorkning någon nivå påverkar sträckan i antingen ökning och minskning beror på lösningsmedelstyp och behandlingsstadium. Detta är något överraskande, med tanke på att hållfasthetsegenskaperna minskas avsevärt med alla behandlingsförhållanden.

efter 1: a vätningstorkningssteget hittades den högsta stretchförbättringen med prov G (26,8%) följt av med prov A (13,2%) och marginellt liknande stretchförbättringar med prov B, C, H, I och J (4-8%), i den ordningen. Men efter 5: e vätningstorkningssteget visar vissa papper betydligt högre stretch än obehandlade och/eller lägre behandlade prover. Den högsta sträckan observerades därför förbättring med prov E (59,5%) följt av prov i (49.8%), prov J (28,7%) respektive prov H (21%). Dessutom visar proverna B, C, D och F cirka 18-27% stretchförlust jämfört med kontroll.

styrkeutvecklingen såväl som fysiskt beteende hos papper är mycket komplicerade och beror på många faktorer som cellulosastruktur, särskilt på kristallin region, och H-Bindning av slumpmässigt lagda nätverkselement. Men i korthet är det uppenbart att hållfasthetsegenskaperna hos ark minskar avsevärt med flytande behandlingar, särskilt i sur miljö (B och C) men tillsatsen av alkali (NaOH) till både etanol och metanol lösningsmedel verkar ha mindre effekt på styrkaförlust, även en viss nivåförbättring på papperssträckan realiserad under olika förhållanden.

Simons stain är en praktisk teknik för att utvärdera porstrukturen hos cellulosafibrer, särskilt i återvinnings-och massaprocesser . Det kan ge ytterligare bevis på modifiering i cellulosamakromolekyl. När en blandning av två färgämnen (Direct Blue I och Fast Orange 15) appliceras på fibrer, kan det blå och/eller orange färgämnet absorberas till fibrer med beroende porstorlek. För fibrer med olika porstorleksfördelningsintervall kan färgen på den färgade fibern bero på förhållandet mellan ytarea som är tillgänglig för båda färgämnena. De kemiska strukturerna för båda färgämnena visas i Figur 6 .

Tabell 2 visar en sammanfattning av pappersproverna erhållna från olika förhållanden och deras färgningsegenskaper under ljusmikroskop. Det inses att papper erhållna från olika förhållanden visade varierande intensiteter av blå och orange fläck. Denna bedömning återspeglar emellertid inte några kvantitativa mätningar och att jämförelsen endast bör göras inom varje försökssats.

efter 1: a vätningstorkningssteget, utom prov B, visar andra enskilda lösningsmedelsbehandlade prover (a, C, D) intensiv ljusblå-orange färg. Dessutom pappersprover som behandlas med proportionella blandningar av EtOH, MeOH och NaOH (E-J) har olika nivå mellanliggande orange till mörkorange färg. Detta är tydliga bevis för att alkali tillsats till sura tillstånd effekter på ökning porstorlek av fibrer. Eftersom Direct Blue I har en mindre molekylstorlek(ca. 1 nm) och en svagare affinitet för cellulosa jämfört med direkt Orange 15, som har en större molekylstorlek (5-36 nm) och en starkare affinitet. Men efter 5: e vätningstorkningssteget färgade de flesta proverna mörkblå till ljusblå-orange färg med undantag för prov F (EtOH-NaOH, 1:3 av vol) som fibrerna fläckar mellanliggande orange och något mörkorange. Detta är tydliga bevis för att ökande alkalikoncentration i sura lösningsmedel kan vara effekter restaurering av fiberporstorlek och effekter mindre skadliga med kontinuerlig torkning och vätning. Det har redan nämnts ovan att direkt Orange 15-molekyler företrädesvis kan adsorberas på fiberytan där porstorleken är lämplig (t.ex. > 5 nm) för åtkomst till direkt Orange 15-molekyler. < 5 nm), där de direkta Orange 15-molekylerna inte är tillgängliga, kan de direkta blå i-molekylerna adsorberas. Därför, förhållandet mellan adsorberad direkt Orange 15 till adsorberad direkt blå i förväntas fungera som en indikator på porstrukturen, specifikt, porstorleken befolkningsfördelning av papperet. Simons fläckresultat är vanligtvis korrelerade med styrka och sorptionsegenskaper hos papper (figurerna 1-5).

FTIR-spektra för olika nivåer lösningsmedelsbehandlade pappersprover erhölls i intervallet 400-4000 cm-1. Emellertid hade det karakteristiska spektrumet av cellulosastrukturkoncentrat i intervallet 800-2000 cm−1 och de stora topparna i detta intervall identifierats. De jämförande FTIR-spektra av olika lösningsmedelsbehandlade papper efter 5: e upprepande torkvätningsstadiet visas i Figur 7 (a–g).

alla spektra uppvisar multimodal absorption i 600-1000 cm−1 –regionen på grund av-OH-grupper i cellulosa. C-H-vibrationen utanför planet tilldelades vid 750 cm-1. Bandet vid 900-1150 cm-1 tillskrivs C-C ut ur planetsträckningen, C-C−o sträcker sig vid 1060 cm-1; C-o−c symmetrisk sträckning 1150 cm-1 (figur 7a). Spektra av lösningsmedelsbehandlade prover (figur 7d–f) uppvisar emellertid den mer absorptionen i 800-1200 cm−1-regionen i förhållande till den obehandlade cellulosan, där en mer komplex OH-vibration i planet är dominerande. De mindre intensiva CH2 – CH2-vibrationerna (1450-1700 cm−1) och C-C och C-O-C-toppområdena (figur 7c, d, g) indikerar emellertid genereringen av ny ytkemi som är relaterad till lösningsmedelsinducerad/torkad kedjemodifiering. Young (1994) och Weise och Paulapuro (1996) fann att torkning påverkar sänkande avstånd mellan mikrofibriller och tvärbindningar i cellulosastruktur . Denna modifiering kan vara effekter nivå av H-bindningar i cellulosa. Resultatet som hittades med FTIR-utvärdering av cellulosaark som behandlades med olika lösningsmedel och kontinuerligt fuktade torkade cykler, stöder denna information. På grundval av FTIR-mätningar drogs slutsatsen att viss modifiering hade ägt rum under lösningsmedelsdiffusion och lösningsmedelsinducerad kedjemodifiering inträffade i cellulosastruktur.