ИК-СПЕКТРОСКОПИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ БУМАГИ, СОДЕРЖАЩЕЙ ОТХОДЫ ПОЛИЭФИРНОГО ВОЛОКНА

АННОТАЦИЯ

В статье проведен спектроскопический анализ новых видов бумаг, содержащих отходы полиэфирного волокна. Изготовлены отливки бумаг и спектроскопические исследования проведены с использованием прибора BRUKER. Установлено, что отходы полиэфирного волокна, входящие в состав хлопковой целлюлозы, можно рассматривать как альтернативное волокнистое сырье, а также можно печатать цветные изображения на их поверхности.

ABSTRACT

The article carries out a spectroscopic analysis of new types of papers containing polyester fiber waste. Paper castings were made and spectroscopic studies were carried out using a BRUKER device. It has been established that waste polyester fiber, which is part of cotton pulp, can be considered as an alternative fibrous raw material, and color images can also be printed on their surface.

Ключевые слова: бумажная масса, спектроскопический анализ, степень помола, синтетические отходы, цветная печать.

Keywords: paper pulp, spectroscopic analysis, degree of grinding, synthetic waste, color printing.

Введение. В мировой практике особое значение приобретает совершенствование исследований по созданию бумажной продукции из альтернативного и вторичного сырья. В этом направлении проведение целевых научных исследований по созданию технологии получения новых видов бумаги и картона с удовлетворительными физико-механическими свойствами с использованием волокнистых отходов, образующихся на промышленных предприятиях с целью экономия дорогостоящего целлюлозного сырья, установление теоретических основ и закономерностей взаимодействия различных волокон между собой, с полимерами являются важными задачами.

Замена определенной части целлюлозы при производстве печатной бумаги отходами волокна, используемыми в текстильной промышленности, может оказать существенное влияние на химические и физические свойства бумаги [1-3].

Экспериментальная часть. В ходе исследований определенную часть хлопковой целлюлозы заменили отходами полиэфирного (лавсанового) волокна и изучили влияние соотношения волокон на свойства бумаги, степени измельчения, упрочняющих добавок и процесса прессования и сушки на прочность бумаги.

Получение образцов бумаг и оценка их качества осуществлялись в испытательном центре бумажной фабрики СП Global Komsco Daewoo в соответствии с утвержденным технологическим регламентом. Отливки, содержащие волокна хлопковой целлюлозы и отходы полиэфирного волокна, были отобраны в разных пропорциях. Размол волокнистых материалов осуществляли в аппарате Массролл-22,5 (РФ). Степень помола целлюлозных волокон составляла 50-55° Шоппера-Ринглера. Образцы бумаг изготавливались на листоотливной машине фирмы «Рапид» (Германия). Для получения бумаги, содержащей хлопковую целлюлозы с отходами полиэфирного волокна массой ≈ 80 г/м², хлопковую целлюлозу измельчают до 50-55 °SHR, а затем очищенные и разрезанные на кусочки длиной 2-5 мм полиэфирные волокна смешиваются другими волокнистыми материалами [4-6].

В состав бумажной массы добавляли дополнительные наполнители и клеи. Расход материалов в расчете на 1 т бумаги составил: Хлопковая целлюлоза 0 - 100%; отходы полиэфирного волокна 2 – 50%; каолин (Al₂O₃·2SiO₃·2H₂O) - 145 кг/т; В качестве клея была выбрана смесь дегтярных кислот, содержащая канифольный клей (С₂₀Н₃₀О₂) -25,7 кг/т и Al₂(SO₄)₃18H₂O, состоящая из сульфата алюминия и модифицированного катионного крахмала (МКК), карбоксиметилцеллюлозы NaКМЦ и акриловой эмульсии, и в таком порядке были изготовлены отливки бумаг.

ИК-спектроскопический анализ проводился с целью определения межмолекулярного взаимодействия состава бумаги и изменения сильных электростатических взаимодействий, а также интенсивности и ширины полос поглощения спектра, а также степени их изменения. Для определения этих параметров использовался прибор ИК-спектрометр BRUKER.

Полученные результатам эксперимента параметры инфракрасных спектров поглощения образцов бумаги, содержащих отходы хлопковой целлюлозы и полиэфирного волокна, представлены на рисунках 1-4. Натуральные и синтетические волокна, входящие в состав экспериментальной бумаги, имеют упорядоченные и неупорядоченные спектры в среднем диапазоне 400-4000 см^-1 вследствие взаимодействия с печатными красителями различных СН–, С–О–С– и ОН-группы и сложность структуры хлопковой целлюлозы. При добавках и наполнителях мы видим сшивку макромолекул бумаги, содержащих хлопковую целлюлозу и отходы полиэфирного волокна [7-8].

Рисунок 1. Спектроскопический анализ образцов бумаги, содержащей 100% ХЦ и канифольный клей

На рис. 1-4 показаны характеристические линии поглощения образца бумаги, содержащего отходы полиэфирного волокна.

При спектроскопическом анализе образцов бумаги, содержащих 80 % ХЦ (хлопковая целлюлоза), 20 % ОПЭВ (отходы полиэфирного волокна) и канифольный клей, линии поглощения в диапазоне 3340–3260 см^-1 относятся к валентным колебаниям OН-связей, а в 2990-2850 см^-1 относится к валентным колебаниям СР-групп (рис. 2). Область 1750-1700 см^-1 относятся к валентным колебаниям связи карбонильной (С=О) группы.

Линии поглощения в областях 1431–1434 см^-1 относятся к СН₂- и СН-группам, а области 1310–1380 см^-1 и 1160 см^-1 относятся к деформационным колебаниям OН- и СН-групп. СOС-валентные колебания демонстрируют линии поглощения при 1059 см^-1 (асимметричные) и 900 см^-1 (симметричные). Линии поглощения в диапазоне 560-708 см^-1 в основном относятся к деформационным колебаниям OН-групп и другим видам колебаний С-С-связей.

Спектроскопический анализ образцов бумаги, содержащих 80 % ХЦ, 20 % ОПЭВ и клея МКК (модифицированный карионный крахмал), показал, что в результате цветов, нанесенных на образцы в областях 1726 см^-1, 1638 см^-1, 1159 см^-1, 735 см^-1, 695 см^-1 значительное увеличение интенсивностей в соответствующих максимумах поглощения связей групп С=О, СОС, -ОН  свидетельствует об усилении связей этих функциональных групп (рис. 2). Значительное уменьшение интенсивности линий поглощения валентных колебаний OН-групп в районе 3330 см^-1 показывает, что связь бумаги с красками происходит за счет этих функциональных групп, а уширение сигнала за счет образования дополнительных межмолекулярных водородных связей.

Рисунок 2. Спектроскопический анализ образцов бумаги, содержащей 80 % ХЦ, 20 % ОПЭВ и клей МКК

Спектроскопический анализ образцов бумаги, содержащих 80 % ХЦ, 20 % ОПЭВ и клея NаМКЦ, показывает, что различия в интенсивности максимумов поглощения в указанных выше областях свидетельствуют о том, что прочность связи при взаимодействии красок с бумаги и краски выше в образцах №3 и №4 (рис. 3).

Рисунок 3. Спектроскопический анализ образцов бумаги, содержащей 80 % ХЦ, 20 % ОПЭВ и клей NaКМЦ

Спектроскопический анализ образцов бумаги, содержащих 80 % ХЦ, 20 % ОПЭВ и клей АЭ (акриловая эмульсия), показал, что в ИК-спектре существуют водородные связи гидроксильной (-ОН) группы при 3336 см^-1 (рис. 4). Это указывает на то, что валентные колебания связей и валентные колебания связей С-Н ароматического кольца наблюдались в области 3065-3033 см^-1. В области 2930 см^-1 находятся валентные колебания sp³-гибридизированных связей С-Н, а в области 1727 см^-1 - валентные колебания, связанные с карбонильной (С=О) группой. Поглощения в диапазоне 1636-1558 см^-1 являются характерными колебаниями ароматических колец. Область поглощения при 1497–1437 см^–1 указывает на деформационные колебания групп CH₂– и CH–, а при 1317–1372 см^–1 и 1163 см^–1 – групп OH– и CH–. Валентные асимметричные и симметричные колебания связи С-О-С появляются в области 1054-913 см^-1. Линии поглощения в области 737-696 см^-1 относятся к деформационным колебаниям ОН-групп, а в области 556-445 см^-1 - к колебаниям образования взаимных гидроксильных связей С-С, С-Н.

Рисунок 4. Спектроскопический анализ образцов бумаги, содержащей 80 % ХЦ, 20 % ОПЭВ и клея АЭ

В ИК спектре область поглощения при 3331 см^-1 указывает на валентные колебания гидроксильных (-ОН) связей (группа -ОН участвовала в слабой водородной связи) и валентные колебания sp³-гибридизованных связей С-Н в области 2900 см^-1. Поглощение в области 1654 см^-1 является характерным валентным колебанием связи С=С. В области поглощения 1428–1314 см^-1 наблюдаются деформационные асимметричные и симметричные колебания групп СН₂– и СН–, а в областях 1108–983 см^-1 — интенсивные колебания, характерные для -ОН-группы первичных спиртов. В диапазоне 556-433 см^-1 связи С-С, С-Н относятся к скелетным колебаниям [9-10].

Заключение. Результат анализа ИК-спектров экспериментальных работ показал, что интенсивность компонентов бумаги и краски по ширине экспозиции в образцах была высокой. На основании данных спектроскопических исследований по химическому строению экспериментальных образцов бумаги показано, что отходы полиэфирного волокна, входящие в состав хлопковой целлюлозы, можно рассматривать как альтернативное волокнистое сырье, а также можно печатать цветные изображения на их поверхности.

Список литературы:

1. Eshbaeva U.J. Ofset paper with the introduction of synthetic polymers and its printing and technical properties: Doctor. Dissertation work − Tashkent: -TIТLI. − 2017. −p.234.
2. Ешбаева У.Ж., Джалилов А.А., Рафиков А.С. Бумага из текстильных отходов. Монография. LAP LAMBERT Academic Publishing. Düsseldorf. Germany. − 2018. −С.130.
3. Eshbaeva U.J., Jalilov A.A., Rafikov A.S. Paper with the introduction of synthetic polymers. Monograph. −Т.: Kamalak. −2018. −pp.208.
4. Eshbaeva U.J., Jalilov A.A., Rafikov A.S. Paper from textile waste. Monograph.LAP LAMBERT Academic Publishing. Düsseldorf. Germany. −2018. − pp.130.
5. Eshbaeva U.J., Jalilov A.A., Development of Technology for Producing Multilayer Paper and Cardboard Containing Synthetic Fibers // “NVEO – Natural Volatiles & Essential Oils”. -2021, Vol. 5, -P. 10637-10644.
6. У.Ж. Ешбаева. А. Нишанов Бумага с введенеием синтетических волокон. Монография. LAP LAMBERT Academic Publishing Düsseldorf, Germany. - 2021. -С.112.
7. У.Ж. Ешбаева. А.А. Джалилов, Ф. Тураев. Бумага с введенеием химических волокон. Монография. -Ташкент. -ИПАК “Шарк”. -2022. -С. 102.
8. Ешбаева У.Ж., Джалилов А.А. Технология получения бумаги на основе хлопковой целлюлозы с введением отходов синтетических волокон. Северный (Арктический) федеральный университет М.В.Ломоносова. VIII Международная конференция «Физикохимия растительных полимеров».           – Архангельск. -2019. 1-5 июль.
9. Eshbaeva U.J., A.A. Djalilov, D.R. Safaeva, A.A. Saodatov. Composite multilayer materials for packing. 51th Annual Conference of the International Circle.  - Tashkent. - 2019.
10. Ешбаева У.Ж., Джалилов А.А., Балтабаева Б.Ю. ИК-спектрические исследования многослойных целлюлозных материалов. Международный научно-практический семинар по теме «Инновационные технологии в отделке текстильных материалов и в бумажном производстве».  - Ташкент. -2019. 14 декабрь.