Целлюлоза своими руками
Не так давно, в начале 19 века людям потребовалось так много бумаги, что они спешно нашли замену тряпичному источнику сырья для её производства. Таким новым источником стала древесина. Дерево, растущее довольно самостоятельно и постоянно возобновляющееся, вырастающее снова на месте срубленного, прекрасно помогло людям в их стремлении жить в окружении бумаги, картона и изделий из них.
Разберёмся, на каких предприятиях изготавливают бумагу. Как происходит предварительная обработка древесины и превращение её или в клетчатку или в древесную массу? Какая бумага может быть получена и из первой, и из второй?
Где делают бумагу
Бумага делается на нескольких типах предприятий.
- Есть совсем немного предприятий, где сохранился ручной, его ещё называли черпальным, способ изготовления бумаги. Здесь делают, черпая по листику в небольших количествах, уникальную бумагу, используют особенное сырьё и уникальные приемы. Иногда, как в Германии, Италии и других странах это совмещено с музеями бумаги, в ряде азиатских стран в Китае, Японии, Корее сохранились кустарные, часто семейные мастерские производства бумаги для рисования, для декоративных, эксклюзивных работ.
- Настоящее промышленное производство, где бумага производится круглосуточно и отправляется заказчикам железнодорожными вагонами и большегрузным автотранспортом, размещается на бумажных фабриках. Особенность бумажных фабрик в том, что сюда для изготовления бумаги поступает не древесина, а продукты, полученные из неё, на целлюлозном или древесно – массном заводе. Это могут быть цеха больших целлюлозно — бумажных предприятий (они могут называться лесопромышленными комплексами – ЛПК). Бумажные фабрики получают тот самый промежуточный продукт: целлюлозу или древесную массу.
- Самую глубокую или полную переработку древесины производят на лесопромышленных комплексах (ЛПК). ЛПК включает в себя несколько предприятий, которые перерабатывают древесину полностью, без отходов. Здесь получают пиломатериалы (доски, брус и пр.), из отходов делают целлюлозу, а из неё бумагу и картон, из отходов целлюлозного производства получают дрожжи, спирт, скипидар, различные ароматические материалы (в том числе ванилин), смолы, лаки и пр. Отходы бумажного производства идут на изготовление строительных и других материалов. На схеме структура лесопромышленного комплекса, на котором работают тысячи людей разных специальностей.
Чтобы приступить к изготовлению бумаги, нужно древесину, во-первых, подготовить к производству: рассортировать, измельчить, а во-вторых, преобразовать её в промежуточный продукт, и таких продуктов может быть два: клетчатка – она же целлюлоза (так её называют на предприятиях) и древесная масса. Эти продукты очень разные по свойствам и это учитывается при производстве бумаги.
Подготовка древесины к производству
Поступает древесина на лесную биржу целлюлозного завода или лесопромышленного комплекса. Стволы деревьев здесь называют балансами. Они достигают нескольких метров длиной.
Балансы хранятся на лесной бирже в штабелях или в кучах.
Здесь же , как показано на фото в заголовке, хранится щепа и опилки.
Для производства бумаги используются хвойные и лиственные породы деревьев. Из хвойных: ель, сосна, пихта, лиственница. Из них получают так называемую “мягкую” целлюлозу. Из лиственных: тополь, осина, берёза, бук, эвкалипт -“твёрдую”.
Балансы проходят ряд стадий переработки на специализированном оборудовании.
Распиливаются, с них снимается кора (кора или идёт на переработку в ценные продукты, о которых поговорим отдельно, или сжигается с получением тепла для производства целлюлозы и бумаги);
Удаляется кора на высокопроизводительных окорочных барабанах. Они наклонены. С приноднятой стороны загружают укороченные балансы-коротьё, в барабан поступает вода и вращаясь с балансов сдирается кора от тренья об острые выступы стенок барабана и при трение брёвен друг о друга.
Окорённая древесина поступает в рубительные машины, которые измельчают её. Так выглядит щепа полученная из рубительной машины. Дальше она проходит сортировочные машины, где удаляется мелочь и слишком крупные щепки.
Как отмечалось в посте 1, древесина может использоваться в виде отходов от деревопереработки, и тогда она приходит в разной степени измельчения и загрязнения. Её тоже пропускают по цепочке измельчающего и очистного оборудования, чтобы получить щепу необходимого качества.
Варка целлюлозы
Производство бумаги происходит на бумажных фабриках, которые иногда бывают самостоятельными предприятиями. В этом случае они покупают для производства бумаги не древесину, а тот самый промежуточный продукт из преобразованной древесины — клетчатку (её называют бумажники, как вы уже знаете, целлюлозой) и второй промежуточный продукт – древесную массу.
Целлюлоза производится на целлюлозных заводах.
Древесная щепа поступает на варку в варочный котёл.
В ходе варки, как в обыкновенной домашней скороварке на вашей кухне где к нагреванию добавляется и давление образующегося водяного пара, происходит выделение из древесины как из кусочков курицы, растворимых веществ. Эти растворимые вещества очень ценные и хотя их нельзя использовать в пищу как куриный бульон, из них получают после переработки много полезных веществ.
Варят древесину разными способами, но наиболее распространены варочные бульоны, состоящие из кислотных или щелочных растворов. В результате получается сульфитная или сульфатная целлюлоза. Щелочная (сульфатная) варка более универсальная и более широко распространена. Она справляется с варкой любой древесины и более экономична.
Варка происходит в котлах. На рисунке котёл непрерывной сульфатной варки целлюлозного завода. Сверху загружается щепа, которая поднимается на высоту верхней горловины котла элеватором. Высота котла превышает 70 м, диаметр в нижней части больше 12 м.
В котёл подаётся варочный раствор и смесь щепы и варочного раствора нагревается до 160 градусов. Варка продолжается несколько часов. Снизу, ещё в котле, целлюлоза первый раз промывается и горячей выгружается в приёмный бассейн.
Вернёмся к курице – роль, которой у нас выполняет щепа. После удаления бульона – варочного раствора, щепа только начинает распадаться на волокна. Основу этих волокон составляет клетчатка или целлюлоза. Целлюлоза – очень прочное вещество, она выдерживает нагрузку более высокую, чем сталь. Неудивительно, что деревья достигают такой высоты и не ломаются при сильных порывах ветра.
Важно заметить, что бульон на целлюлозном заводе, как у хорошей хозяйки пускается в дело. Часть его используется для возврата в производство для добавления к свежему варочному раствору. Часть используется для получения многих полезных веществ восков, смол, мыла, лекарственных веществ, лаков и пр.
Цвет у волокон целлюлозы после варки тёмно-коричневый (на рисунке справа). После варки в горячем виде она на специальных мельницах распускается на волокна, промывается от варочного раствора , становится светлее. Затем она отбеливается и снова промывается, становясь всё белее.
Иногда целлюлолозу после варки не отбеливают, тогда она меньше теряет свои прочностные свойства и прекрасно подходит для изготовления крепкого гофрокартона.
Из такой целлюлозы производят мешочную бумаги. Такую целлюлозу называют ещё “крафт-целлюлозой”, а бумагу из неё “крафт-бумагой”.
Два потока после варки
Промытая целлюлоза в водной среде может разделяться на ДВА ПОТОКА.
1. Один подаётся на сетку отливной машины, где формируется толстая папка целлюлозы, которая подсушивается, разрезается на листы пакуется в кипы и поступает на рынок, в том числе, целлюлозный завод продаёт её и бумажным фабрикам;
Листовая целлюлоза после отбелки и сушки выглядит так. Внешне, она уже похожа на бумагу! Но сходство только поверхностное. Чтобы из целлюлозы получить бумагу придётся ещё потрудиться.
2. Если целлюлозный завод и бумажная фабрика образуют единое предприятие, а это бывает часто — другая часть целлюлозы идёт на эту бумажную фабрику, входящую в состав целлюлозно-бумажного комбината без сушки “жидким потоком” вместе с водой. Волокна такой целлюлозы лучше сохраняют свои прочностные качества и имеют большие возможности для образования связей между собой. А это важно для производства бумаги.
Из деревьев получают техническую целлюлозу (в ней есть остатки других элементов древесины, главный из которых лигнин).
Природная, очень чистая целлюлоза содержится в хлопке. Хлопок тоже варят и отбеливают.
Из хлопковой целлюлозы делают, например, банкнотную бумагу для бумажных денег.
Древесно-массное производство
Если древесину не варить, чтобы выделить из неё клетчатку, то можно преобразовать её в продукт, пригодный для производства бумаги другим способом. Этот продукт называется древесной массой. Все вещества, входящие в древесину, остаются в древесной массе.
Первоначально древесную массу получали, прижимая окорённые балансы к вращающемуся абразивному (шершавому) камню, которые вырезали из природной породы. На рисунке схема машины для получения древесной массы истиранием древесных брёвнышек — “коротья”.
Так выглядят камни дефибрёров
В современном производстве древесную массу чаще получают размалывая не коротьё, а щепу на специальных мельницах с предварительным подогревом или пропиткой химикатами для удаления некоторого количества растворимых веществ и улучшения свойств древесной массы.
Дисковые рафинёры-мельницы для размола щепы и получения древесной массы.
Древесная масса позволяет почти до 2 раз уменьшать расход древесины на производство бумаги. Особенность древесной массы в том, что она даёт меньшую прочность бумаги, потому что прочные целлюлозные волокна в ней, закрыты другими компонентами. Волокна в ней не такие гибкие, как у целлюлозы, их поверхность не раскрыта и между волокнами древесной массы в бумажном листе не образуются прочные связи, какие возникают между волокнами целлюлозы.
Если положить рядом газету и лист офисной или тетрадной бумаги, то можно увидеть различие по белизне. В газетной бумаге до 80 % древесной массы и она слабее и не такая белая, как офисная, в которой, как правило, 100% целлюлозы.
Древесную массу тоже можно отбеливать для использования в более высококачественной бумаге. На рисунке показана термо-механическая древесная масса после отбелки. Такую массу вполне добавляют в белые виды офисной, писчей и печатной бумаги.
Теперь мы знаем, что бумагу, как и картон, можно производить и из целлюлозы и из древесной массы, а чаще производят из их смеси. Происходит это на бумагоделательной машине. О производстве бумаги на ней поговорим в другом посте.
Все, что нужно для ее изготовления:
- вода;
- макулатура;
- пластмассовая ванночка;
- кухонный смеситель;
- экран с рамой (смотрите на фото);
- деревянные плиты;
- поролоновая губка;
- полотенца.
Начинаем делать бумагу своими руками в домашних условиях
Пошаговый вариант с фото и видео
ШАГ 1 : Измельчаем бумагу
Разорвите макулатурную бумагу на мелкие части, как показано на фото и замочите ее на ночь в воде. Если использовать теплую воду, то можно обойтись несколькими часами.
ШАГ 2 : Используем блендер и делаем целлюлозу
Заполните блендер водой и добавьте мокрую бумагу, которую вы сделали, используя инструкцию в шаге №1. Перемешивайте состав и снова добавляйте бумагу, чтобы образовалась целлюлоза.
Внимание! Чем больше в составе целлюлозы, чем толще получится бумага!
ШАГ 3 : Делаем форму листа
- экран с рамой, как показано на следующем фото;
- в раму установите мелкий сетчатый экран;
- используйте ванночку (чан) большого размера.
Формируем форму листа:
Заливаем в чан наше содержимое (целлюлоза + вода). Перемешиваем. Рамой зачерпываем массу со дна и наносим на сетчатый экран, как видно из видео – урока. Встряхиваем форму горизонтальными движениями в разные стороны до формирования формы листа. Затем остановитесь и дайте время, чтобы вода слилась с формы через сетчатый экран.
ШАГ 4 : Удаляем влагу
Переносим лист из рамы на абсорбирующую войлочную поверхность для извлечения остатков влаги.
Бумажное изделие промокните губкой, эти вы снимаете остатки влаги. Накройте лист нежным полотенцем. Затем можно использовать валик для раскатки листа.
ШАГ 5 : Изделие прессуем
Судя по картинке вы уже догадались, что лист нужно отпрессовать. Используйте деревянные доски и войлочную ткань, как показано на фото, устанавливайте их на твердой (бетонной) поверхности.
ШАГ 6 : Сушка
Используйте большие листы (гладкую фанеру) для размещения и сушки готовых изделий. Время сушки, в зависимости от влажности помещения, – до 3-х дней.
Примечание: если у вас осталась неиспользованная целлюлоза, вы можете ее сохранить. Слейте всю воду, соберите целлюлозу в форму шара и дайте ему высохнуть. Через некоторое время вы можете ее снова разорвать, намочить и заняться производством настоящей бумаги.
Как быстро сделать новую бумагу из старой бумаги самостоятельно?
Пошаговый вариант № 2 с фото
В общем процедура изготовления бумаги в домашних условия очень похожа, только не нужно изобретать и конструировать никаких экранов с рамой. Мы используем для нанесения целлюлозы обычный лист бумаги. Это придаст нашему домашнему производству наибольшее ускорение. Фотографии показывают этот процесс довольно подробно. Изучайте и начинайте.
Как своими руками сделать бумагу из деревянных опилок?
Пошаговое изготовление
Судя по тому, что вы читаете 3-й вариант для производства бумаги в домашних условиях, мы расскажем как сделать бумагу из обычных деревянных опилок. Весь процесс вы увидите по шагам на фотографиях расположенных ниже.
Из чего только не делают бумагу: из крапивы, из хлопка и льна, из травы и водорослей, из ваты и войлока, из обычных листьев и листьев чая. А самое удивительно, что уже научились делать бумагу из камня.
Ниже представлена схема гидролиза целлюлозы
Гидролиз целлюлозы
Получение бумаги
Гидролиз крахмала
Чистая целлюлоза
Как Вы думаете,что входит в состав бумаги?! На сомом деле – это материал, который представляет собой очень тонко переплётённые волокна целлюлозы. Некоторые из таких волокон объединены водородной связью (связь, образующаяся между группами - OH – гидроксильная группа). Способ получения бумаги во 2-м веке до нашей эры уже был известен в древнем Китае. На тот момент бумагу изготавливали из бамбука или хлопка. Позже – в 9 веке нашей эры этот секрет попал в Европу. Для получения бумаги уже в средние века использовались льняные или хлопковые ткани.
Но только в 18 веке нашли наиболее удобный способ получения бумаги – из дерева. А такую бумагу, которой мы сейчас пользуемся, начали изготавливать лишь в 19 веке.
Главным сырьём для получения бумаги является целлюлоза. Сухое дерево содержит приблизительно 40% такой целлюлозы. Остальная часть дерева – это различные полимеры, состоящие из сахаров различных видов, в том числе фруктозы, сложных веществ – фенолспиртов, различных дубильных веществ, солей магния, натрия и калия, эфирных масел.
Получение целлюлозы
Получение целлюлозы связано с механической переработкой древесины и затем проведение химических реакций с опилками. Хвойные деревья измельчают до мелких опилок. Эти опилки помещают в кипящий раствор, содержащий NaHSO4 (гидросульфид натрия) и SO2 (сернистый газ). Кипячение проводят при высоком давлении (0,5 МПа) и в течении длительного времени (около 12 часов). При этом в растворе происходит химическая реакция, в результате которой получается вещество гемицеллюлоза и вещество лигнин (лигнин - это вещество, представляющее собой смесь ароматических углеводородов или ароматическую часть дерева), а также основной продукт реакции – чистая целлюлоза, которая выпадает в виде осадка в ёмкости, где проводится химическая реакция. Кроме того, в свою очередь лигнин взаимодействует с сернистым газом в растворе, в результате чего получается этиловый спирт, ванилин, различные дубильные вещества, а также дрожжи пищевые.
Дальнейший процесс получения целлюлозы связан с измельчением осадка при помощи роллов, в результате чего получаются частицы целлюлозы около 1 мм. А когда такие частицы попадают в воду, то сразу набухают и образуют бумагу. На этом этапе бумага ещё не похожа на себя и выглядит, как взвесь волокон целлюлозы в воде.
На следующем этапе бумаге придают её основные свойства: плотность, цвет, прочность, пористость, гладкость, для чего в ёмкость с целлюлозой добавляют глину, оксид титана, оксид бария, мел, тальк и дополнительные вещества, связывающие волокна целлюлозы. Дальше волокна целлюлозы обрабатывают специальным клеем на основе смолы и канифоли. В его состав входят резинаты. Если добавить в этот клей алюмокалиевые квасцы, то происходит химическая реакция и образуется осадок резинатов алюминия. Это вещество способно обволакивать целлюлозные волокна, что придаёт им влагонепроницаемость и прочность. Получившаяся масса равномерно наносится на движущуюся сетку, где она отжимается и высыхает. Здесь уже формирование бумажное полотно. Для придания бумаге большей гладкости и блеска её пропускают сначала между металлическими, а затем между плотными бумажными валами (проводят каландрирование), после чего бумагу режут на листы специальными ножницами.
Как вы думаете, почему со временем желтеет бумага!?
Оказывается, молекулы целлюлозы, которые были выделены из дерева, состоят из большого числа структурных единиц типа С6Н10О5, которые под действием ионов атома водорода в течении определённого времени теряют между собой связи, что приводит к нарушению общей цепочки. При таком процессе бумага приобретает хрупкость и теряет свой первоначальный цвет. Ещё происходит, как говорят, подкисление бумаги. Для того, чтобы восстановить разрушающуюся бумагу, применяют гидрокарбонат кальция Са(НСО3)2), который позволяет временно снизить кислотность.
Есть и другой – более прогрессивный способ, связанный с применением вещества диэтилцинка Zn(C2H5)2. Но это вещество может самовоспламеняться на воздуха и даже в близости от воды!
Применение целлюлозы
Кроме того, что целлюлозу используют для производства бумаги, ещё пользуются очень полезным её свойством этерификации c различными неорганическими и органическими кислотами. В процессе таких реакций образуются сложные эфиры, которые и нашли применение в промышленности. При самой химической реакции связи, которыми связаны фрагменты молекулы целлюлоза, не разрываются, а получается новое химическое соединение с эфирной группой -COOR-. Одним из важных продуктов реакции является ацетат целлюлозы, который образуется при взаимодействии уксусной кислоты (или её производных, например уксусного альдегида) и целлюлозы. Это химическое соединение широко используется для изготовления синтетических волокон, например, ацетатного волокна.
Ещё один полезный продукт - тринитрат целлюлозы. Он образуется при нитровании целлюлозы смесью кислот: концентрированной серной и азотной. Тринитрат целлюлозы широко используется при изготовлении бездымного пороха (пироксилина). Существует ещё динитрат целлюлозы, который применяется для изготовления некоторых видов пластмасс и органических стекол.
Перейти на английский
Cellulose. Getting cellulose. Getting paper
Наноцеллюлоза — материал, представляющий собой набор наноразмерных волокон целлюлозы с высоким отношением сторон(длины к ширине). Типичная ширина такого волокна — 5-20 нм, а продольный размер варьируется от 10 нм до нескольких микрон. Материал обладает свойством псевдопластичности, т.е. является вязким при обычных условиях и ведёт себя как жидкость при физическом взаимодействии(тряске, взбалтывании и т.п.). Его удивительные свойства позволяют создавать на его основе сверхлёгкие и сверхпрочные материалы, такие, например, как аэрогель(eng).
Если мы сможем совершить последний шаг, мы произведем самый значимый переворот в сельском хозяйстве. Появятся фермы, производящие наноцеллюлозу — в больших количествах и недорого. Она может стать сырьём для постоянного производства биотоплива и многих других продуктов. Кроме того, данные водоросли поглощают углекислый газ, связанный с глобальным потеплением.
Ресурс Gizmodo составил список самых интересных потенциальных применений перспективного материала:
Армейская броня
Благодаря тому, что наноцеллюлоза состоит из плотно упакованного массива игловидных кристаллов, она невероятно прочна. На самом деле, она имеет отношение прочность/вес в 8 раз большее, чем нержавеющая стать(eng), что позволяет создавать из неё лёгкие и прочные бронежилеты.
Супергибкие экраны
Наноцеллюлоза — прозрачный, гибкий и прочный материал, поэтому может быть использована как замена пластику или стеклу. Компания Pioneer уже изучает его в своих исследованиях по созданию супертонких и гибких экранов(eng).
Фильтры
Структура наноцеллюлозы напоминает графен, поэтому так же может быть использована для создания разного рода фильтров(eng). Подобные фильтры, возможно, смогут делать морскую воду пригодной для питья или удалять вредные вещества из сигаретного дыма(eng).
Гибкие батареи
Замените толстые и жёсткие разделители внутри батарей гибкими аналогами из наноцеллюлозы. Сделайте оболочку из графена — и мы получим гибкие батареи, о которых так мечтаем(eng).
Ультраабсорбирующие аэрогели
Из-за своей лёгкости и прочности, наноцеллюлоза может быть использована для создания пены, которая может выдержать до 10,000 больше собственного веса. Которая, как результат, является пористой и супер-абсорбирующей. Это можно использовать, например, для создания медицинских повязок.
Невероятно энергоэффективные автомобили
Компания Ford считает(eng), что возможно использовать новый материал для создания различных частей автомобиля — от деталей кузова до обшивки салона, тем самым доведя его вес до 400 кг.
Биотопливо
Не большая инструкция по получению Нитрата Целлюлозы
Короче все очень просто, Берется Серная(H2SO4) и Азотная кислота(HNO3)
Я юзал 68% Азотку и 98% серку:
Смешивал их в пропорции 7:3(70% Серки и 30% Азотки)
Я рассчитывал на 300мл, поэтому взял 90мл 68% Азотки:
И добавил туда 210 мл 98% Серки:
Все это дело немного разогрелось и я, закрыв крышкой, поставил это в морозилку =)))
На следующий день я приготовил на столе обычную вату (целлюлозу) и стакан на 500мл + две чашки Петри, одна как подставка для стакана, а вторая в дальнейшем сыграет роль крышки =)))
После того как содержимое бутылки я перелил в стакан, я начал туда кидать маленькими кусочками вату.
Кидал до того момента, пока вся вата не заполнила стакан. Смысл в том, чтоб вся вата была пропитана нитровальной смесью(Азотка и серка):
Ну а дальше поставил в шкаф(Темное и прохладное место). Все это дело должно храниться минимум 5-6 часов, но можно и день, и два(Испытано. Хуже не становится). Один раз у меня это все неделю лежало в шкафу, так как не было времени достать и промыть, и ни чего не испортилось =)))
Ну а дальше все промываем. Разумеется, надеваем перчатки на руку и какую-нибудь тряпку на лицо + Защитные очки. Достаем из стакана вату(по кусочкам) и быстро промываем под холодной водой! Очень важно сделать все быстро, так как при попадании на ватку воды кислота в ней нагревается и может привести к потере продукта и его качеству. Вата начинает желтеть или ещё хуже, просто "сгорает" в горячей кислоте! Поэтому важно промывать именно маленькие порции, чтоб избежать большого количества кислоты, так как маленькое количество смыть намного проще, чем большое. Ну и после промывки рекомендуется промыть вату раствором пищевой соды, но и, разумеется, промыть опять (от соды) =)))
После всех этих промывок от кислоты, вату хорошенько выжимаем и вываливаем на листок бумаги:
Потом самая важная деталь - чтоб вата получилась как надо, её надо хорошенько разжать, чтоб она была такая воздушная, как и с самого начала:
На этой фотке вата ещё мокрая, но уже приняла свой объем, после того как она высохнет её уже будет очень сложно отличить от обычной ваты, но она горит намного лучше, чем обычная вата =)
На фото сжигание ваты на ладони =)
Из-за очень высокой скорости горения она не успевает обжечь руку(тоже самое, что провести над зажигалкой палец)
Разумеется, сначала она испытывается на железной пластине(а то мало ли что) и только когда вы видите, что кусочек этой ваты сгорает моментально с легким хлопком, можете смело сжигать её на ладони!
Я этой "игрушкой" уже давно играюсь. Различные огненные шары из рук пускаю. Девчонки сначала пугались, но ничего, привыкли, теперь даже нравится, Просят у меня и сами прикалываются с этой херней!
Можно запихать в бычок от сигареты, зажать одну сторону, поджечь и бычок прикольно полетит в соседа, ну и т.д. Долго рассказывать сколько приколов можно придумать с этой ватой. А самое главное, что никто и никогда тебя за неё не остановит, даже если менты тебя проверят и найдут её, то скажешь обычная вата, из носа кровь течет, так что я беру всегда с собой вату =)))
Короче наслаждайтесь =) Но смотрите огонь это не шутки, будьте все же осторожны(Хоть рукам и не больно, но волосы спалит моментально, Так что близко к лицу ни в коем случае не подносить. )
Читайте также: