СПОСОБ ОБРАБОТКИ ВОЛОКНИСТОГО ПОЛУФАБРИКАТА Российский патент 2005 года по МПК D21H21/36 D21H27/00 D21C5/02 D21C9/10 D21H17/63 

Изобретение относится к области целлюлозного производства и может быть использовано для антисептической обработки и отбелки волокнистого полуфабриката для производства санитарно-бытовых и гигиенических видов бумаг, а также изделий бытового назначения (ложек, вилок, тарелок, блюдец, чашек, подносов) без применения молекулярного хлора и хлорсодержащих реагентов. В ряде случаев, когда изделия из бумаги санитарно-бытового назначения должны находиться в контакте с открытыми ранами, слизистыми оболочками, кожными покровами, к ним предъявляются высокие требования по стерильности и токсичности, которые не обеспечиваются существующей технологией производства бумаги санитарно-гигиенического назначения.

В отличие от полимерных материалов, использование биологически разлагаемых макулатуры и растительных волокон дает возможность решить проблему утилизации изделий, загрязнение окружающей среды отходами, выделения токсичных диоксинов, которые образуются при сжигании полимерных материалов.

Известно, что в последнее время ужесточились требования к целлюлозе для производства санитарно-гигиенических бумаг (Pulp and Paper International, 2001, №.3, p.21-24). Покупатели предпочитают длинное волокно с повышенной мягкостью и целлюлозу с низким содержанием "мелочи", поэтому увеличился спрос на волокно высокого качества, предпочтение отдается первичному волокну, а не вторичному. Сокращается доля макулатурного волокна в композиции санитарно-гигиенической бумаги, т.к. использование его снижает прочность и мягкость бумаги. При этом добавление небеленой целлюлозы уменьшает концентрацию хлорсодержащих соединений, оставшихся после отбелки и ионы тяжелых металлов, если в качестве макулатуры использовалась бумага после типографии (газетная, журнальная, книжная).

Известны способы отбелки волокнистого полуфабриката с использованием перманганата калия (Igt Pulp Bleach Conf., Vancouver., June 15, 1994: Pollsters. - Monreal, 1994, - с. 141-145. - Kojim Yasuo. Cjorine free bleaching og KR wich permanganatea. Способ отбелки целлюлозы / Федорова Э.И., Смолева Л.Л., Демин В.А., Кулькова Е.В.; RU патент № 2123261, кл. D 21 С 9/16).

Задачей настоящего исследования является разработка способа получения волокнистого полуфабриката с антисептическими свойствами при обработке кислым раствором перманганата калия как макулатурной массы, так и композиционного материала, содержащего небеленую хвойную и лиственную целлюлозу. Этот реагент представляет интерес для скоростных процессов без нагрева в кислой среде, когда окислительные свойства наиболее выражены. Выбор перманганата калия для обработки волокнистого материала обусловлен антимикробным свойством, что очень важно для получения изделий санитарно-бытового назначения.

Предлагаемый способ отличается от всех известных тем, что обработку (расход составляет 0,1-0,5%) проводят раствором перманганатом калия в кислой среде при расходе серной кислоты 3,1-18,6% до полного поглощения перманганата калия, при температуре 20-40°С при обработке макулатурной массы, композиционного материала, содержащего хвойную и лиственную целлюлозу.

При расходе перманганата калия 0,1-0,4% от массы абсолютно сухой целлюлозы (при обработке макулатурной массы) белизна волокнистого полуфабриката достигает 70,8-74,2%, тогда как для композиционного материала (при расходе перманганата калия 0,1-0,5% от массы абсолютно сухой целлюлозы) белизна достигает 53,2-59,9%.

Технический результат, находящийся в причинно-следственной связи с существенными признаками изобретения, состоит в получении волокнистого полуфабриката на основе макулатуры, композиций, содержащих небеленую хвойную и лиственную целлюлозу, с антисептическими свойствами и не содержащего ионы тяжелых металлов.

Существенные признаки изобретения: способ отбелки целлюлозы, включающий обработку целлюлозы с концентрацией массы 5,0% раствором перманганатом калия в кислой среде (рН 1,9-3,3), выдерживание целлюлозной суспензии при 20-40°С в течение 30-40 минут (до полного поглощения перманганата калия) с расходом перманганата калия 0,1-0,5% и расходом серной кислоты 6,2-18,6%, отделение массы от раствора и ее промывку (таблица 1).

Общее микробное число, колиформные бактерии, сульфитредуцирующие клостридии, колифаги в образцах после перманганатной обработки не обнаружены, таблица 2.

Пример 1

Макулатурную массу белизной 69,3%, вязкостью 22,4 сПз подвергают перманганатной обработке, включающей обработку макулатуры с концентрацией массы 5% раствором перманганатом калия в кислой среде (рН 2,0) с расходом KMnO₄ 0,4% в присутствии серной кислоты (12,4%), при выдерживании целлюлозной суспензии при 40°С в течение 30 минут. Затем волокнистый полуфабрикат промывают и высушивают.

Белизна целлюлозы 74,2%, вязкость 16,6 сПз, выход 99,6%.

Пример 2

Макулатурную массу обрабатывают по примеру 1 при 30°С. Другие условия аналогичны примеру 1.

Белизна целлюлозы 73,5%, вязкость 16,8 сПз, выход 99,6%.

Пример 3

Макулатурную массу обрабатывают по примеру 1 при расходе H₂SO₄ 18,6% и температуре 20°С. Другие условия аналогичны примеру 1.

Белизна целлюлозы 72,2%, вязкость 16,7 сПз, выход 99,6%.

Пример 4

Макулатурную массу обрабатывают по примеру 1 при расходе Н₂SO₄ 6,2% и температуре 20°С. Другие условия аналогичны примеру 1.

Белизна целлюлозы 71,0%, вязкость 20,0 сПз, выход 99,7%.

Пример 5

Макулатурную массу обрабатывают по примеру 3 при расходе Н₂SO₄ 9,3%, KMnO₄ 0,3%. Другие условия аналогичны примеру 3.

Белизна целлюлозы 72,3%, вязкость 19,0 сПз, выход 99,7%.

Пример 6

Макулатурную массу обрабатывают по примеру 3 при расходе H₂SO₄ 6,2%, KMnO₄ 0,2%. Другие условия аналогичны примеру 3.

Белизна целлюлозы 71,2%, вязкость 19,2 сПз, выход 99,7%.

Пример 7

Макулатурную массу обрабатывают по примеру 3 при расходе H₂SO₄ 3,1%, KMnO₄ 0,1%. Другие условия аналогичны примеру 3.

Белизна целлюлозы 70,8%, вязкость 19,4 сПз, выход 99,7%.

Пример 8

Композиционный материал, содержащий макулатурную массу (70%) и небеленую хвойную целлюлозу (30%) с исходной белизной 45,3% и вязкостью 39,6 сПз обрабатывают раствором перманганата калия в кислой среде (рН 2,35), концентрации суспензии 5% при расходе перманганата калия 0,1% от абсолютно сухой массы целлюлозы, расходе серной кислоты 3,1%, температуре 20°С. Отбеленную массу отделяют и промывают.

Белизна целлюлозы 53,2%, вязкость 38,9 сПз, выход 99,8%.

Пример 9

Композиционный материал обрабатывают по примеру 8 при расходе Н₂SO₄ 6,2%, KMnO₄ 0,2%. Другие условия аналогичны примеру 8.

Белизна целлюлозы 55,6%, вязкость 38,3 сПз, выход 99,8%.

Пример 10

Композиционный материал обрабатывают по примеру 8 при расходе Н₂SO₄ 9,3%, KMnO₄ 0,3%. Другие условия аналогичны примеру 8.

Белизна целлюлозы 57,8%, вязкость 37,8 сПз, выход 99,8%.

Пример 11

Композиционный материал обрабатывают по примеру 8 при расходе Н₂SO₄ 12,4%, KMnO₄ 0,4%. Другие условия аналогичны примеру 8.

Белизна целлюлозы 58,5%, вязкость 37,3 сПз, выход 99,8%.

Пример 12

Композиционный материал обрабатывают по примеру 8 при расходе Н₂SO₄ 15,5%, KMnO₄ 0,5%. Другие условия аналогичны примеру 8.

Белизна целлюлозы 58,8%, вязкость 36,8 сПз, выход 99,7%.

Пример 13

Композиционный материал обрабатывают по примеру 8 при расходе H₂SO₄ 6,2%, KMnO₄ 0,4%. Другие условия аналогичны примеру 8.

Белизна целлюлозы 56,4%, вязкость 36,3 сПз, выход 99,7%.

Пример 14

Композиционный материал обрабатывают по примеру 8 при расходе Н₂SO₄ 18,6%, KMnO₄ 0,4%. Другие условия аналогичны примеру 8. Белизна целлюлозы 59,5%, вязкость 37,0 сПз, выход 99,7%.

Пример 15

Композиционный материал обрабатывают по примеру 8 при расходе Н₂SO₄ 12,4%, KMnO₄ 0,4%, температуре 30°С. Другие условия аналогичны примеру 8. Белизна целлюлозы 59,2%, вязкость 36,5 сПз, выход 99,8%.

Пример 16

Композиционный материал обрабатывают по примеру 8 при расходе H₂SO₄ 12,4%, KMnO₄ 0,4%, температуре 40°С. Другие условия аналогичны примеру 8.

Белизна целлюлозы 59,9%, вязкость 29,6 сПз, выход 99,8%.

Пример 17

Композиционный материал, содержащий макулатурную массу (70%) и небеленую лиственную целлюлозу (30%) с исходной белизной 49,9% и вязкостью 28,4 сПз, обрабатывают раствором перманганата калия в кислой среде (рН 2,4), концентрации суспензии 5% при расходе перманганата калия 0,1% от абсолютно сухой массы целлюлозы, расходе серной кислоты 3,1%, температуре 20°С. Отбеленную массу отделяют и промывают.

Белизна целлюлозы 59,9%, вязкость 24,4 сПз, выход 99,7%.

Пример 18

Композиционный материал обрабатывают по примеру 17 при расходе Н₂SO₄ 6,2%, KMnO₄ 0,2%. Другие условия аналогичны примеру 17.

Белизна целлюлозы 62,1%, вязкость 24,2 сПз, выход 99,7%.

Пример 19

Композиционный материал обрабатывают по примеру 17 при расходе Н₂SO₄ 9,3%, KMnO₄ 0,3%. Другие условия аналогичны примеру 17.

Белизна целлюлозы 63,8%, вязкость 24,3 сПз, выход 99,7%.

Пример 20

Композиционный материал обрабатывают по примеру 17 при расходе H₂SO₄ 12,4%, KMnO₄ 0,4%. Другие условия аналогичны примеру 17.

Белизна целлюлозы 64,1%, вязкость 24,0 сПз, выход 99,7%.

Пример 21

Композиционный материал обрабатывают по примеру 17 при расходе Н₂SO₄ 15,5%, KMnO₄ 0,5%. Другие условия аналогичны примеру 17.

Белизна целлюлозы 64,3%, вязкость 23,8 сПз, выход 99,6%.

Пример 22

Композиционный материал обрабатывают по примеру 17 при расходе H₂SO₄ 6,2%, KMnO₄ 0,4%. Другие условия аналогичны примеру 17.

Белизна целлюлозы 62,8%, вязкость 26,2 сПз, выход 99,7%.

Пример 23

Композиционный материал обрабатывают по примеру 17 при расходе Н₂SO₄ 18,6%, KMnO₄ 0,4%. Другие условия аналогичны примеру 17.

Белизна целлюлозы 65,6%, вязкость 23,5 сПз, выход 99,7%.

Пример 24

Композиционный материал обрабатывают по примеру 17 при расходе Н₂SO₄ 12,4%, KMnO₄ 0,4%, температуре 30°С. Другие условия аналогичны примеру 17. Белизна целлюлозы 66,7%, вязкость 23,9 сПз, выход 99,7%.

Пример 25

Композиционный материал обрабатывают по примеру 17 при расходе H₂SO₄ 12,4%, KMnO₄ 0,4%, температуре 40°С. Другие условия аналогичны примеру 17. Белизна целлюлозы 67,1%, вязкость 23,5 сПз, выход 99,7%.

Общее микробное число, колиформные бактерии, сульфитредуцирующие клостридии, колифаги в образцах после перманганатной обработки не обнаружены.

Таблица 1
СПОСОБ ОБРАБОТКИ ВОЛОКНИСТОГО ПОЛУФАБРИКАТА
(См=5%, время обработки 30 мин)№Расход KMnO₄,%Расход H₂SO₄,%Температура, °СПоказатели волокнистого п/фРНВыход, %    Белизна,%Вязкость, сПз  Композиция 1: макулатурная масса Исходная белизна 69,3%; исходная вязкость 22,4 сПз1.0,412,44074,216,62.099,62.0,412,43073,516,82,099,63.0,418,62072,216,71,999,64.0,46,22071,020,03,1599,75.0,39,32072,319,02,099,76.0,26,22071,219,22,299,77.0,13,12070,819,42,2599,7Композиция 2: (макулатурная масса 70% + хвойная сульфатная целлюлоза 30%) исходная белизна 45,3%; исходная вязкость 39,6 сПз8.0,13,12053,238,92,3599,89.0,26,22055,638,3 99,810.0,39,32057,837,8 99,811.0,412,42058,537,3 99,812.0,515,52058,836,8 99,713.0,46,22056,436,33,399,714.0,418,62059,537,0 99,715.0,412,43059,233,5 99,8160,412,44059,929,6 99,8Композиция 3: (макулатурная масса 70% + лиственная сульфатная целлюлоза 30%) исходная белизна 49,9%; исходная вязкость 28,4 сПз17.0,13,12059,924,42,499,718.0,26,22062,124,2 99,719.0,39,32063,824,3 99,720.0,412,42064,124,0 99,721.0,515,52064,323,8 99,622.0,46,22062,826,23,399,723.0,418,62065,623,5 99,724.0,412,43066,723,9 99,725.0,412,44067,123,5 99,7Примечание: максимальное значение ХПК фильтратов 264 мг/лТаблица 2
РЕЗУЛЬТАТЫ МИКРОБНОГО АНАЛИЗА Время хранения образцовОбщее микробное числоЕд. измеренияМесяцколониеобразующие единицы / гКомпозиция 1 (исх.)2,59,2·10³Композиция 11,00,0Композиция 2 (исх.)1,02,3·10³Композиция 21,00,0Композиция 3 (исх.)2,58,3·10³Композиция 31,00,0Примечание: расход KMnO₄ 0,1%.

Способ касается получения волокнистого полуфабриката с антисептическими свойствами, не содержащего ионы тяжелых металлов, и может быть использован для производства санитарно-бытовых и гигиенических видов бумаг, а также изделий бытового назначения (ложек, вилок, тарелок, блюдец, чашек, подносов). Макулатурную массу или ее смесь с небеленой лиственной или хвойной целлюлозой обрабатывают перманганатом калия при его расходе 0,1-0,5% от массы абсолютно сухой целлюлозы в кислой среде с расходом серной кислоты 3,1-18,6% при температуре 20-40°С до полного поглощения реагента. Техническим результатом является улучшение качества полуфабриката за счет повышения его гигиенических свойств. 2 табл.

Способ получения волокнистого полуфабриката с антисептическими свойствами, не содержащего ионы тяжелых металлов, включающий обработку макулатурной массы, композиционного материала, содержащего небеленую лиственную и хвойную целлюлозы, перманганатом калия при расходе 0,1-0,5% от массы абсолютно сухой целлюлозы в кислой среде при расходе серной кислоты 3,1-18,6% и температуре 20-40°С до полного поглощения реагента.