Казаков Яков Владимирович – доктор технических наук, профессор, профессор кафедры
наб. Северной Двины, д. 17, 163002, Архангельск
Kazakov Yakov V. – Dr. Sci. (Engineering), Professor, Professor of the Department
17, Severnaya Dvina Embankment, 163002, Arkhangelsk
Чухчин Дмитрий Германович – кандидат технических наук, доцент, профессор кафедры
наб. Северной Двины, д. 17, 163002, Архангельск
Chukhchin Dmitry G. – Ph. D., Associate Professor, Professor of the Department
17, Severnaya Dvina Embankment, 163002, Arkhangelsk
Ямова Мария Михайловна – аспирант
наб. Северной Двины, д. 17, 163002, Архангельск
Yamova Maria M. – Postgraduate Student
17, Severnaya Dvina Embankment, 163002, Arkhangelsk
Флейшер Вячеслав Леонидович – доктор технических наук, доцент, проректор
ул. Свердлова, 13а, 220006, Минск
Fleisher Viachaslau L. – Dr. Sci. (Engineering), Associate Professor, Vice-Rector for Research
13A, Sverdlov Str., 220006, Minsk
Предложена и описана технология определения состава бумаги по волокну с применением ИК-НПВО-спектроскопии, позволяющая повысить скорость и репрезентативность измерения. Технология включает идентификацию микроскопическим методом волокон определенного вида в композиции бумаги и определение процентного содержания волокон, отличных от волокон лиственной и хвойной сульфатной целлюлозы, используя полученные калибровочные зависимости. Применяли стандартные лабораторные отливки двух видов с различным составом по волокну: из хвойной и лиственной беленой товарной сульфатной целлюлозы (в соотношении 50 : 50 %) с добавлением беленой химико-термомеханической массы взамен лиственной и хвойной в количестве от 5 до 40 % и из небеленой сульфатной хвойной (21 ед. каппа) и лиственной (16 ед. каппа) целлюлозы, в композицию которой вводили небеленую целлюлозу из бамбука (17 ед. каппа) в количестве от 10 до 50 %. С использованием ИК-НПВО-спектроскопии установлено, что увеличение доли беленой химико-термомеханической массы или бамбуковой целлюлозы приводит к систематическим изменениям спектральных характеристик бумаги, обусловленным различиями в содержании и составе лигнина, гемицеллюлоз и экстрактивных веществ компонентов бумаги. Для количественной оценки изменений в спектрах выбраны соотношения интенсивностей аналитических полос, не зависящие от условий съемки спектра: 1 500, 1 400, 1 110 см–1 для беленой химико-термомеханической массы и 1 070, 667, 1 736, 1 580 см–1 для бамбуковой целлюлозы. На основе установленных калибровочных зависимостей получены уравнения регрессии, позволяющие определять содержание беленой химико-термомеханической массы или бамбуковой целлюлозы в образцах бумаги по соотношению интенсивностей аналитических полос в ИК-спектрах. Предложенный метод существенно превосходит традиционные химические и микроскопические подходы по скорости, воспроизводимости и трудозатратам и может быть полезен на целлюлозно-бумажных предприятиях для оперативного контроля композиций.
A technology for determining the fiber composition of paper using IR-ATR spectroscopy is proposed and described, allowing for increased rapidity and representativeness of the measurements. The technology includes microscopic identification of a certain type of fiber in the paper composition; and determination of the percentage content of fibers other than hardwood and softwood kraft pulp, using the obtained calibration dependencies. The experiment involved standard laboratory handmade sheets of two types with different fiber compositions: from softwood and hardwood bleached commercial kraft pulp (in a 50 : 50 ratio) with the addition of bleached chemical-thermomechanical pulp instead of hardwood and softwood in an amount of 5 to 40%; and from unbleached kraft softwood (kappa number 21) and hardwood (kappa number 16) pulp, into the composition of which unbleached bamboo pulp (kappa number 17) was introduced in an amount of 10 to 50 %. Using IR-ATR spectroscopy, it was found that an increase in the proportion of bleached chemical-thermomechanical pulp or bamboo pulp leads to systematic changes in the spectral characteristics of the paper, due to differences in the content and composition of lignin, hemicelluloses and extractive substances of the paper components. To quantitatively assess the changes in the spectra, the intensity ratios of the analytical bands were selected that are independent of the spectrum recording conditions: 1 500, 1 400, 1 110 cm–1 for bleached chemical-thermomechanical pulp and 1 070, 667, 1 736, 1 580 cm–1 for bamboo pulp. Based on the established calibration relationships, regression equations were derived for determining the bleached chemical-thermomechanical pulp or bamboo pulp content in paper samples based on the intensity ratio of analytical bands in IR spectra. The proposed method significantly outperforms traditional chemical and microscopic approaches in terms of speed, reproducibility, and labor costs and can be useful in pulp and paper mills for the rapid monitoring of compositions.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.