Ключевые слова

0536-1036

Известия высших учебных заведений. Лесной журнал

Lesnoy Zhurnal (Russian Forestry Journal)

ФГАОУ ВО «Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова»

10.37482/0536-1036-2026-3-150-162

https://journals.narfu.ru/index.php/fj/article/view/2652

ТЕХНОЛОГИЯ ХИМИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ДРЕВЕСИНЫ И ПРОИЗВОДСТВО ДРЕВЕСНО-ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИТОВ

TECHNOLOGY OF CHEMICAL WOOD PROCESSING AND PRODUCTION OF WOOD-POLYMER COMPOSITES

Оценка эффективности использования Na-КМЦ в технологическом потоке влагопрочной бумаги

Performance Evaluation of Na-CMC in the Wet-Strength Paper Process Flow

Гораздова

В.В.

Гораздова

В.В.

Gorazdova

Victoria V.

vgorazdova@ukobf.com

0000-0003-4732-7791

GWC-4729-2022

Кулебякина

А.А.

Кулебякина

А.А.

Kulebyakina

Anastasia A.

kulebyakina.a@edu.narfu.ru

0009-0008-7864-7900

NXC-3407-2025

Дернова

Е.В.

Дернова

Е.В.

Dernova

Elena V.

edernova@ukobf.com

0000-0002-7869-9646

HKE-0047-2023

Дулькин

Д.А.

Дулькин

Д.А.

Dulkin

Dmitriy A.

ddulkin@ukobf.com

0000-0001-6517-2979

HKD-9977-2023

Компания «Объединенные бумажные фабрики»; Северный (Арктический) федеральный университет им. М.В. Ломоносова (Москва, Россия; г. Архангельск, Россия) The Consolidated Paper Mills Company; Northern (Arctic) Federal University named after M.V. Lomonosov (Moscow, Russia; Arkhangelsk, Russia)

Северный (Арктический) федеральный университет им. М.В. Ломоносова (г. Архангельск, Россия) Northern (Arctic) Federal University named after M.V. Lomonosov (Arkhangelsk, Russia)

АО «Троицкая бумажная фабрика» (г. Кондрово, Калужская обл., Россия) JSC "Troitskaya Paper Mill" (Kondrovo, Kaluga Region, Russia)

15 06 2026

2026

3 150 162 14 10 2025 13 01 2026 12 01 2026

2026

Гораздова В.В., Кулебякина А.А., Дернова Е.В., Дулькин Д.А.

Gorazdova V.V., Kulebyakina A.A., Dernova E.V., Dulkin D.A.

CC BY 4.0

https://journals.narfu.ru/index.php/fj/article/view/2652

Выполнен комплексный анализ эффективности использования натрий-карбоксиметилцеллюлозы (Na-КМЦ) в производстве влагопрочной бумаги. Na-КМЦ – это водорастворимая анионная модификация целлюлозы, получаемая этерификацией целлюлозы хлорацетатом натрия в щелочном растворе. Образующийся полимер отличается высоким уровнем гидрофильности благодаря наличию карбоксильных (-COO⁻) и гидроксильных (-OH⁻) групп, что обеспечивает высокую растворимость этого соединения в воде и формирование стабильных коллоидных растворов. Исследовано влияние Na-КМЦ на процесс подготовки бумажной массы и эксплуатационные свойства конечной продукции. Показано, что применение Na-КМЦ оказывает комплексное положительное воздействие на физико-механические, оптические и барьерные свойства бумаги. Na-КМЦ вступает в реакцию с такими компонентами бумажной массы, как древесные и синтетические волокна, наполнители и клеящие вещества, и за счет этого усиливает адгезивные свойства и улучшает общую структуру бумаги. Na-КМЦ проявляет комбинированный эффект в многокомпонентных системах, повышая активность и эффективность других химических веществ – влагопрочных смол и пигментов. В ходе работы установлены количественные соотношения, объясняющие зависимость качества бумаги от расхода Na-КМЦ. Область применения результатов охватывает производство белых видов бумаг с высокими эксплуатационными характеристиками, особенно в условиях требований снижения экологической нагрузки на стоки. Методика может быть адаптирована под действующие производственные линии целлюлозно-бумажных предприятий.

The paper presents a comprehensive analysis of the effectiveness of sodium carboxymethylcellulose (Na-CMC) in the production of wet-strength paper. Na-CMC is a water-soluble anionic cellulose derivative produced by the esterification of cellulose with sodium chloroacetate in an alkaline solution. The resulting polymer is highly hydrophilic due to the presence of carboxyl (-COO⁻) and hydroxyl (-OH⁻) functional groups, which ensures the compound's high solubility in water and the formation of stable colloidal solutions. This study investigated the effect of Na-CMC on the paper pulp preparation process and the performance properties of the final product. The use of NA-CMC has been shown to have a comprehensive positive effect on the physical and mechanical, optical, and barrier properties of paper. NA-CMC reacts with paper pulp components such as wood and synthetic fibers, fillers, and binders, thereby enhancing the paper's adhesive properties and improving its overall structure. Na-CMC is effective in multi-component systems; it enhances the activity and performance of other chemical substances, such as moisture-resistant resins and pigments. The study revealed quantitative relationships that explain how paper quality depends on the amount of NA-CMC consumed. The results are applicable to the production of high-performance white papers, particularly in terms of reducing the environmental impact of wastewater discharges. The method can be adapted to existing production lines at pulp and paper mills.

Ключевые слова Na-КМЦ влагопрочная бумага расход Na-КМЦ взаимодействие Na-КМЦ компоненты бумажной массы влагопрочность механическая прочность оптические свойства химические вспомогательные вещества

Keywords Na-CMC wet-strength paper Na-CMC consumption Na-CMC interaction paper pulp components wet strength mechanical strength optical properties chemical additives

Исследование проведено в инновационном технологическом центре «Современные технологии переработки биоресурсов Севера» САФУ.

The research was carried out at the Innovative Facilities Engineering and Innovation Center "Advanced Northern Bioresources Processing Technologies" of the Northern (Arctic) Federal University (NArFU).

Денисова М.Н., Будаева В.В., Минаев К.М. Физико-химические свойства полисахаридных реагентов, основным компонентом которых является натрий карбоксиметилцеллюлоза // Материалы IX Всерос. науч.-практ. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых с междунар. участием. 2016. С. 457–464.

Дернова Е.В., Гораздова В.В., Гурьев А.В., Дулькин Д.А., Дернов А.И., Окулова Е.О. Практикум по технологии бумаги и картона. Часть I. Анализ полуфабрикатов, химикатов и бумажной массы. Архангельск: САФУ, 2022. 88 с.

Махотина Л.Г. Технология целлюлозных композиционных материалов. Современные тенденции в технологии мелованных видов бумаги и картона. СПб.: С.-Петерб. гос. ун-т промышл. технологий и дизайна. Высш. шк. технологии и энергетики, 2021. 76 с.

Осипов П.В. Эффективное использование химических вспомогательных веществ в производстве бумаги и картона: автореф. дис. ... д-ра техн. наук. СПб., 2008. 32 с.

Пинягина Н.Б., Горшенина Н.С. Современное состояние, тенденции и перспективы развития целлюлозно-бумажной промышленности Российской Федерации // Лесн. вестн. / Forestry Bulletin. 2022. Т. 26, № 6. С. 148–160. https://doi.org/10.18698/2542-1468-2022-6-148-160

Рыбин Е.А., Аксенчик К.В. Натрий-карбоксиметилцеллюлоза и способы ее получения // Наука сегодня: глобальные вызовы и механизмы развития: материалы Междунар. науч.-практ. конф.: в 2 ч. Ч. 1. Вологда: Маркер, 2017. С. 30–32.

Стась И.Е., Батищева И.А. Относительная вязкость водных растворов Na-карбоксиметилцеллюлозы и ее изменение в зависимости от кислотности среды, температуры и воздействия электромагнитного поля // Химия растит. сырья. 2018. № 3. С. 23–31. https://doi.org/10.14258/jcprm.2018033695

Тарасов С.М. Химические вспомогательные средства в производстве целлюлозных композиционных материалов. М.: Московск. гос. ун-т леса, 2016. 37 с.

Трескова В.И., Шипина О.Т., Романова С.М., Никитин В.Г. Химическая модификация карбоксиметилцеллюлозы диаминофуразаном // Вестн. технол. ун-та. 2016. Т. 19, № 12. С. 172–175.

Хованский В.В., Дубовый В.К., Кейзер П.М. Применение химических вспомогательных веществ в производстве бумаги и картона. Ч. 2. СПб.: С.-Петерб. гос. технол. ун-т растит. полимеров, 2013. 72 с.

Черная Н.В., Карпова С.В., Мисюров О.А., Гордейко С.А., Чернышева Т.В., Дашкевич С.А. Свойства мелованных видов бумаги и картона в зависимости от вида и содержания связующих веществ в нанесенном покрытии // Тр. БГТУ. Сер. 2. 2020. № 1. С. 160–172.

Черная Н.В., Шашок Ж.С., Усс Е.П., Дашкевич С.А., Мисюров О.А. Повышение эффективности проклейки волокнистых суспензий в нейтральной и слабощелочной средах (обзор) // Тр. БГТУ. Сер. 2. Химич. технологии, биотехнологии, геоэкология. 2023. № 1(265). С. 36–54. https://doi.org/10.52065/2520-2669-2023-265-1-5

Чернова В.В., Котяшов М.С., Лаздин Р.Ю., Кулиш Е.И. Изучение реологических свойств растворов натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы // Изв. Сарат. ун-та. Нов. сер. Сер.: Химия. Биология. Экология. 2020. Т. 20, вып. 2. С. 163–169. https://doi.org/10.18500/1816-9775-2020-20-2-163-169

Шачнева Е.Ю., Магомедова З.А., Малачиева Х.З. Изучение физико-химических свойств частиц карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ) в водных растворах // Техника и технология пищевых производств. 2014. № 1. С. 152–156.

Abe T.O., Lajide L., Owolabi B.J., Adebayo A.O., Ogunjobi J.K., Oluwasina O.O. Synthesis and Application of Carboxymethyl Cellulose from Gliricidia sepium and Cola gigantea. BioResources, 2018, vol. 13(3), pp. 6077–6097. https://doi.org/10.15376/biores.13.3.6077-6097

Ambjörnsson H.A., Schenzel K., Germgård U. Carboxymethyl Cellulose Produced at Different Mercerization Conditions and Characterized by NIR FT Raman Spectroscopy in Combination with Multivariate Analytical Methods. BioResources, 2013, vol. 8(2), pp. 1918–1932. https://doi.org/10.15376/biores.8.2.1918-1932

Hivechi A., Bahrami S.H., Arami M., Karimi A. Ultrasonic Mediated Production of Carboxymethyl Cellulose: Optimization of Conditions Using Response Surface Methodology. Carbohydrate Polymers, 2015, vol. 134, pp. 278–284. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2015.07.045

Hubbe M.A., Gill R.A. Fillers for Papermaking: A Review of Their Properties, Usage Practices, and Their Mechanistic Role. BioResources, 2016, vol. 11(1), pp. 2886–2963. https://doi.org/10.15376/biores.11.1.Hubbe

Huhtamäki T., Tian X., Korhonen J.T., Ras R.H.A. Publisher Correction: Surface-Wetting Characterization Using Contact-Angle Measurements. Nature Protocols, 2018, vol. 14, art. 2259. https://doi.org/10.1038/s41596-018-0047-0

Kono H., Oshima K., Hashimoto H., Shimizu Y., Tajima K. NMR Characterization of Sodium Carboxymethyl Cellulose: Substituent Distribution and Mole Fraction of Monomers in the Polymer Chains. Carbohydrate Polymers, 2016, vol. 146, pp. 1–9. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2016.03.021

Lee J., Park S., Roh H.-G., Oh S., Kim S., Kim M., et al. Preparation and Characterization of Superabsorbent Polymers Based on Starch Aldehydes and Carboxymethyl Cellulose. Polymers, 2018, vol. 10(6), art. 605. https://doi.org/10.3390/polym10060605

Mohkami M., Talaeipour M. Investigation of the Chemical Structure of Carboxylated and Carboxymethylated Fibers from Waste Paper via XRD and FTIR Analysis. BioResources, 2011, vol. 6(2), pp. 1988–2003. https://doi.org/10.15376/biores.6.2.1988-2003

Panchan N., Wattanapan P., Sungsinchai S., Roddecha S., Dittanet P., Seubsai A., et al. Optimization of Synthesis Conditions for Carboxymethyl Cellulose from Pineapple Leaf Waste Using Microwave-Assisted Heating and Its Application as a Food Thickener. BioResources, 2021, vol. 16(4), pp. 7684–7701. https://doi.org/10.15376/biores.16.4.7684-7701

Rahman M.S., Hasan M.S., Nitai A.S., Nam S., Karmakar A.K., Ahsan M.S., et al. Recent Development of Carboxymethyl Cellulose. Polymers, 2021, vol. 13, iss. 8, art. 1345. https://doi.org/10.3390/polym13081345

Su L., Ou Y., Feng X., Lin M., Li J., Liu D., et al. Integrated Production of Cellulose Nanofibers and Sodium Carboxymethylcellulose Through Controllable Eco-Carboxymethylation Under Mild Conditions. ACS Sustainable Chemistry & Engineering, 2019, vol. 7, iss. 4, pp. 3792–3800. https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.8b04492

Wei J., Zhou Y., Lv Y., Wang J., Jia C., Liu J., et al. Carboxymethyl Cellulose Nanofibrils with a Treelike Matrix: Preparation and Behavior of Pickering Emulsions Stabilization. ACS Sustainable Chemistry & Engineering, 2019, vol. 7, iss. 15, pp. 12887–12896. https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.9b01822

Yu P., Hou Y., Zhang H., Zhang W., Yang S., Ni Y. Characterization and Solubility Effects of the Distribution of Carboxymethyl Substituents Along the Carboxymethyl Cellulose Molecular Chain. BioResources, 2019, vol. 14(4), pp. 8923–8934. https://doi.org/10.15376/biores.14.4.8923-8934

Denisova M.N., Budayeva V.V., Minayev K.M. Physical and Chemical Properties of Polysaccharide Agents Containing Sodium Carboxymethyl Cellulose as the Main Component. Proceedings of the 9th All-Russian Scientific and Practical Conference of Students, Postgraduate Students and Young Scientists with International Participation. 2016, pp. 457–464. (In Russ.).

Dernova E.V., Gorazdova V.V., Guryev A.V., Dulkin D.A., Dernov A.I., Okulova E.O. Workshop on Paper and Cardboard Technology. Part I. Analysis of Semi-Finished Products, Chemicals and Paper Pulp. Arkhangelsk, NArFU Publ., 2022. 88 p. (In Russ.).

Makhotina L.G. Cellulosic Composite Materials Technology. Current Trends in the Coated Paper and Cardboard Technology. Saint Petersburg, SUTD VShTE Publ., 2021. 76 p. (In Russ.).

Osipov P.V. Efficient Use of Chemical Auxiliaries in Paper and Cardboard Production: Dr. Engin. Sci. Diss. Abs. Saint Petersburg, 2008. 32 p. (In Russ.).

Pinyagina N.B., Gorshenina N.S. Current State, Trends and Development Prospects of the Pulp and Paper Industry of the Russian Federation. Lesnoy vestnik = Forestry Bulletin, 2022, vol. 26, no. 6, рp. 148–160. (In Russ.). https://doi.org/10.18698/2542-1468-2022-6-148-160

Rybin E.A., Aksenchik K.V. Sodium Carboxymethyl Cellulose and Methods for Its Production. Science Today: Global Challenges and Mechanisms of Development: Proceedings of the International Scientific and Practical Conference: In 2 Vol. Vol. 1. Vologda, Marker Publ., 2017, pp. 30–32. (In Russ.).

Stas I.E., Batishcheva I.A. Relative Viscosity of Aqueous Solutions of Na-Carboxymethyl Cellulose and Its Change Depending on the Acidity of the Medium, Temperature and Exposure to an Electromagnetic Field. Khimiya Rastitel’nogo Syr’ya = Chemistry of plant raw materials, 2018, no. 3, pp. 23–31. (In Russ.). https://doi.org/10.14258/jcprm.2018033695

Tarasov S.M. Chemical Auxiliary Agents in the Production of Cellulose Composite Materials. Moscow, MSFU Publ., 2016. 37 p. (In Russ.).

Treskova V.I., Shipina O.T., Romanova S.M., Nikitin V.G. Chemical Modification of Carboxymethyl Cellulose with Diaminofurazan. Herald of Technological University, 2016, vol. 19, no. 12, pp. 172–175. (In Russ.).

Khovanskiy V.V., Dubovyy V.K., Keyzer P.M. Use of Chemical Auxiliaries in Paper and Cardboard Production. Part 2. Saint Petersburg, SPbGTURP Publ., 2013. 72 p. (In Russ.).

Chernaya N.V., Karpova S.V., Misyurov O.A., Gordeyko S.A., Chernysheva T.V., Dashkevich S.A. Properties of Coated Paper and Cardboard Depending on the Type and Content of Binders in the Coating. Proceedings of BSTU. Series 2, 2020, no. 1, pp. 160–172. (In Russ.).

Chernaya N.V., Shashok Zh.S., Uss E.P., Dashkevich S.A., Misyurov O.A. Improving the Efficiency of Sizing of Fibrous Suspensions in Neutral and Weak Alkaline Media (Review). Proceedings of BSTU. Ser. 2, Chemical technologies, biotechnology, geoecology, 2023, no. 1(265), pp. 36–54. (In Russ.). https://doi.org/10.52065/2520-2669-2023-265-1-5

Chernova V.V., Kotyashov М.S., Lazdin R.Yu., Kulish E.I. Study of Rheological Properties of Sodium Salt Solutions of Carboxymethyl Cellulose. Izvestiya of Saratov University. Chemistry. Biology. Ecology, 2020, vol. 20, iss. 2, pp. 163–169. (In Russ.). https://doi.org/10.18500/1816-9775-2020-20-2-163-169

Shachneva E.Yu., Magomedova Z.A., Malachieva Kh.Z. Study of Physico-Chemical Properties of Carboxymethyl Cellulose in Aqueous Solutions. Food Processing: Techniques and Technology, 2014, no. 1, pp. 152–156. (In Russ.).