СПОСОБ ДЕЛИГНИФИКАЦИИ И ОТБЕЛКИ ЦЕЛЛЮЛОЗНЫХ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 2002 года по МПК D21C9/16 

Изобретение относится к способам делигнификации и отбелки целлюлозных материалов, позволяет повысить качество целлюлозных материалов, используемых при производстве бумаги и упаковочных материалов в соответствии с международным стандартом ISO 9000.

Известен способ отбелки волокнистых полуфабрикатов путем обработки его пероксидом водорода в щелочной среде в присутствии стабилизатора неорганического полифосфата - гексаметафосфата натрия [см., например, Бумажная промышленность, 1976, N 3, с. 18]. Однако этот способ имеет недостаточную эффективность отбеливания. Достигаемая степень белизны не превышает 74%.

Традиционная отбелка целлюлозы представляет собой многоступенчатый технологический процесс (4-7 ступеней), при котором на каждой отдельной стадии для обработки целлюлозы используют различные отбельные реагенты, специфически проявляющие свое действие в процессах делигнификации и отбелки. Между отдельными ступенями отбелки производится промывка целлюлозы водой для удаления из массы отработанных отбельных растворов, и последующее смешение целлюлозной массы с другими свежими реагентами. Такие схемы имеют ряд серьезных недостатков: громоздкость, наличие значительного количества сточных вод, содержащих, как правило, хлорорганические вещества, большие потери волокна (Н. Н. Непенин, Ю.Н.Непенин. Технология целлюлозы, т.3. Очистка, сушка и отбелка целлюлозы. Прочие способы производства целлюлозы. М., Экология, 1994). Кроме того, такая целлюлоза имеет ограниченный спектр применения.

Известен также способ отбеливания волокнистого полуфабриката пероксидом водорода в щелочной среде с использованием в качестве стабилизатора пара-ксилилендиаминтетраметиленфосфоновой кислоты (п-КДТФ), мета-ксилилендиаминтетраметиленфосфоновой кислоты (м-КДТФ) или их смеси в соотношении 1:1 [авторское свидетельство СССР N 1280072, кл D 21 С 9/10. Способ отбелки волокнистого полуфабриката/Б.Н. Дрикер, А.И. Обожин, А.-Б. К. Жвирблите, А.Я. Агеев и Е.Ю. Серова, бюл. N 48, 1986]. Этот способ имеет высокую эффективность при отбеливании волокнистого полуфабриката (степень белизны достигает 90%) в щелочной среде, но не может быть использован в комплексном процессе делигнификации и отбеливания вследствие того, что в кислой среде (pH=4-5), при которой протекает процесс делигнификации пероксидными соединениями - равновесной пероксоуксусной кислотой (ПУК), происходит окисление КДТФ до орто-фосфата. В результате КДТФ утрачивает свойства стабилизатора, снижается эффективность ПУК как делигнифицирующего и отбеливающего реагента. Кроме того, у такой целлюлозы (без полного удаления лигнина) со временем начинает наблюдаться явление реверсии - потеря белизны и, как следствие этого, она может применяться при производстве низкосортных видов бумаг либо бумаг, быстро выходящих из пользования (например, газетной).

Задачей изобретения является повышение степени делигнификации при сохранении степени белизны целлюлозных материалов, сокращение расхода отбеливающих реагентов.

Поставленная цель достигается тем, что в качестве стабилизатора пероксидных соединений используют ингибитор отложений минеральных солей ИОМС-1, выпускаемый согласно ТУ 6-05-2021-86. Продукт представляет собой водный раствор смеси натриевых солей нитрилтриметил- и метилиминодиметилфосфоновых кислот. ИОМС-1 предназначен для ингибирования образования минеральных отложений в системах водоснабжения промышленных и коммунальных предприятий. Разрешен к применению органами Госсанэпиднадзора N 77.01.03. 241.Т. 18400 06.0 от 20.06.00.

Стабилизатор, в качестве которого вводят ИОМС, преимущественно в количествах 0,01-0,2% от массы абсолютно сухой целлюлозы.

Предлагаемый способ иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1
В целлюлозную суспензию с концентрацией 10% вводят равновесную ПУК в количестве 3% от массы абсолютно сухой целлюлозы, ингибитор отложений минеральных солей ИОМС-1 в количестве от 0,01 до 0,4% от массы абсолютно сухой целлюлозы и раствор гидрооксида натрия до pH=4-5. Делигнификацию проводят при температуре 70^oС при перемешивании массы в течение 1 часа. При аналогичных условиях проводили делигнификацию с аналогом (гексаметафосфат натрия) и прототипом (м-ксилилендиаминтетраметиленфосфоновая и п-ксилилендиаминтетраметиленфосфоновая кислоты в соотношении 1:1 (КДТФ)) в количестве 0,1% от массы абсолютно сухой целлюлозы.

Определение числа Каппа, степени белизны, остаточных концентраций пероксокислоты, пероксида водорода и стабилизатора (гексаметафосфата натрия, КДТФ, ИОМС) проводили по ГОСТ 10070-64, 7690-76. Равновесную пероксоуксусную кислоту (ПУК) получали по известной методике путем взаимодействия уксусной кислоты и пероксида водорода в присутствии катализатора серной кислоты (см., например, Вейгант-Хильгетаг "Методы эксперимента в органической химии", Химия, М., 1968, с.264). Содержание пероксоуксусной кислоты в готовом продукте 17-18%, пероксида водорода 19-20%.

Для делигнификации и отбеливания использовали сульфитную целлюлозу Туринского ЦБЗ.

Из данных, представленных в табл. 1, видно, что использование ИОМС-1 позволяет снизить число Каппа, увеличить степень белизны, но при этом в отработанном растворе остается до 40% неизрасходованной пероксокислоты и практически полностью пероксида водорода. При этом по сравнению с аналогом и прототипом в растворе сохраняется более 90% использованного неокисленного стабилизатора, в то время как гексаметафосфат переходит в ортофосфат на 62%, а КДТФ на 78%.

Увеличение концентрации стабилизатора ИОМС-1 выше 0,2% не приводит к повышению эффективности процесса делигнификации целлюлозы и ее отбелки.

Высокое содержание пероксидных соединений и стабилизатора в маточном растворе после проведения делигнификации при корректировке требуемого значения pH, при Т:Ж = 1:10, температуре 70^oC и продолжительности, равной 60 мин, позволяет его использовать повторно на стадии отбеливания и обеспечивает высокую степень белизны целлюлозы 83-84%. Данные представлены в табл. 2.

Из данных, представленных в табл. 2, видно, что маточный раствор, полученный после I ступени делигнификации и отбеливания и содержащий стабилизатор ИОМС-1, может быть после корректировки pH среды использован на второй ступени отбеливания. При этом достигаемая степень белизны при концентрации стабилизатора ИОМС-1 0,1 - 0,2% составляет 83-84%. Следует также отметить, что на второй ступени отбеливания наблюдается практически полное использование отбеливающих реагентов (ПУК и Н₂O₂) при высоком остаточном содержании стабилизатора ИОМС-1. Относительная невысокая эффективность отбеливающих растворов, в которых в качестве стабилизатора используют гексаметафосфат натрия и смесь п- и м-ксилилендиаминтетраметиленфосфоновых кислот, очевидно обусловлена тем обстоятельством, что при их использовании в составе отбеливающих растворов в кислой среде происходит их окисление с переходом в ортофосфат-ионы и, вследствие этого, потери эффективности как стабилизатора. В случае же использования в качестве стабилизатора ИОМС-1 окисления основных продуктов, входящих в состав ИОМС-1, не происходит из-за их химического состава и наличия в составе ИОМС-1 легко окисляемых примесей (формальдегида, фосфористой кислоты и др.), выполняющих роль "буфера" и позволяющих сохранить в растворе основное количество стабилизатора.

Таким образом, предлагаемый способ делигнификации и отбелки целлюлозных материалов позволяет существенно сократить удельный расход отбеливающих реагентов, сократить объем образующихся сточных вод и получить целевой продукт, предназначенный для производства высокосортных видов бумаг.

Согласно известным способам отбеливания расход пероксидных соединений составляет 60 кг/т (см., например, Нагимов Д.Р. Отбелка сульфитной целлюлозы пероксидом водорода. Автореферат на соискание ученой степени кандидата технических наук, г. Екатеринбург, 1997) по предлагаемому суммарный не превышает 30 кг/т (на I ступень - 18 кг/т).

Способ касается делигнификации и отбелки целлюлозных материалов и может быть использован в целлюлозно-бумажной промышленности. Целлюлозный материал обрабатывают пероксидным соединением в присутствии стабилизатора. В качестве последнего используют ингибитор отложений минеральных солей ИОМС-1, представляющий собой водный раствор смеси натриевых солей нитрилтриметил- и метилиминодиметилфосфоновых кислот. Техническим результатом является повышение степени делигнификации при сохранении степени белизны целлюлозных материалов и сокращение расхода отбеливающих реагентов. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

1. Способ делигнификации и отбелки целлюлозных материалов путем обработки их пероксидными соединениями в присутствии стабилизатора, отличающийся тем, что в качестве стабилизатора используют ингибитор отложений минеральных солей ИОМС-1, представляющий собой водный раствор смеси натриевых солей нитрилтриметил- и метилиминодиметилфосфоновых кислот. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что ингибитор отложений минеральных солей используют в количестве 0,01-0,2% от массы абсолютно сухой целлюлозы.