СПОСОБ ДЕЛИГНИФИКАЦИИ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ Российский патент 2008 года по МПК D21C9/10 D21C9/16 

Изобретение относится к способам отбелки целлюлозы и может быть использовано в целлюлозно-бумажной промышленности.

Известен способ отбелки сульфатной лиственной целлюлозы, включающий обработку целлюлозы соляной кислотой и делигнификацию пероксидом водорода, при этом обработку соляной кислотой проводят при 70-95°С, концентрации массы 10-20%. Перед делигнификацией целлюлозу промывают. Делигнификацию пероксидом водорода осуществляют при 70-95°С, рН 9,5-10,5 с расходом 0,5-2,5% пероксида водорода; 1,0% гидроксида натрия; 3% силиката натрия от массы абсолютно сухой целлюлозы (патент РФ №1193192, кл. D21С 9/10, опубл. 23.11.85 г.).

Недостатком известного способа является проведение кислотной обработки при высокой температуре, что способствует деструкции целлюлозы и, следовательно, приводит к снижению механической прочности целлюлозы.

Наиболее близким способом того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является способ отбелки лиственной сульфатной целлюлозы, включающий обработку исходной целлюлозы минеральной кислотой при 70-95°С, щелочную обработку на основе NaOH при его расходе 2-4% в ед. NaOH от массы абсолютно сухой целлюлозы в течение 1,1-2,0 ч, делигнификацию пероксидом водорода с добавлением гидроксида натрия и силиката натрия при расходе пероксида водорода 0,5-2,5%, гидроксида натрия 0,5-1,2% и силиката натрия 2-5% от массы абсолютно сухой целлюлозы. После каждой обработки проводится промывка целлюлозной массы (патент РФ №2019613, кл. D21С 9/16, 9/10, опубл. 15.09.94 г.). Данный способ принят за прототип.

Недостатками известного способа, принятого за прототип, являются длительность процесса делигнификации (общая продолжительность 7,1-8 ч) при повышенной температуре (70-95°С), а также повышенный расход пара на нагрев массы, так как необходимо трижды нагревать массу до температуры 70-95°С.

Признаки прототипа, являющиеся общими с заявляемым изобретением, - кислотная обработка, щелочная обработка, делигнификация пероксидом водорода с добавлением гидроксида натрия и силиката натрия.

Задачей изобретения является повышение экономичности способа делигнификации целлюлозы при сохранении прежних результатов.

Поставленная задача решается за счет того, что в известном способе, включающем кислотную обработку, щелочную обработку, делигнификацию пероксидом водорода с добавлением гидроксида натрия и силиката натрия, щелочную обработку проводят в присутствии пероксида водорода (окислительное щелочение - ЩП) при его расходе 0,5% и гидроксида натрия при расходе - 2,0% от массы абсолютно сухой целлюлозы при температуре 75°С в течение 30 мин, делигнификацию пероксидом водорода (Пд) ведут при расходе пероксида водорода 1,0-3,0%, гидроксида натрия - 2,0%, силиката натрия - 3,0%, трилона Б - 0,3% от массы абсолютно сухой целлюлозы при температуре 60-90°С в течение 2,0-2,5 ч, а кислотную обработку проводят после делигнификации пероксидом водорода соляной кислотой при ее расходе 1,0% от массы абсолютно сухого волокна при комнатной температуре в течение 30-60 мин.

Признаки, отличительные от прототипа, - щелочную обработку проводят в присутствии пероксида водорода при его расходе 0,5% и гидроксида натрия при расходе - 2,0% от массы абсолютно сухой целлюлозы при температуре 75°С в течение 30 мин; делигнификацию пероксидом водорода ведут при расходе пероксида водорода 1,0-3,0%, гидроксида натрия - 2,0%, силиката натрия - 3,0%, трилона Б - 0,3% от массы абсолютно сухой целлюлозы при температуре 60-90°С в течение 2,0-2,5 ч; кислотную обработку проводят после делигнификации пероксидом водорода соляной кислотой при ее расходе 1,0% от массы абсолютно сухого волокна при комнатной температуре в течение 30-60 мин. Отличительные признаки позволяют повысить экономичность способа делигнификации целлюлозы.

Установлено, что в результате пероксидной делигнификации происходит набухание внутренней стенки волокна, сопровождающееся увеличением удельной поверхности волокна, что способствует интенсивному переводу остаточного лигнина, низкомолекулярных фракций полисахаридов и экстрактивных веществ из целлюлозы в раствор.

Промежуточная кисловка массы способствует контракции (сжатию) волокна. При усадке волокна уменьшается диаметр капилляров и впитывающая способность, затягиваются микрополости, образовавшиеся в лигноуглеводной матрице при удалении лигнина и гемицеллюлоз. При этом происходит вытеснение из внутреннего капиллярного пространства остатков делигнифицирующего раствора и растворенных в нем веществ. В процессе последующей добелки пероксидом водорода в щелочной среде волокно вновь набухает. При этом происходит всасывание внутрь волокна свежих отбеливающих реагентов и вследствие этого процессы делигнификации и отбелки протекают более интенсивно за счет обновления реакционной поверхности и повышения концентрации реагирующих веществ.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.

Навеску целлюлозы массой 40 г абсолютно сухого волокна дезинтегрируют в воде, отжимают, помещают в фарфоровый стакан и приливают необходимое количество щелочи и пероксида водорода. Окислительное щелочение проводят при температуре 75°С в течение 30 мин и концентрации массы 8%. После завершения процесса целлюлозную массу промывают на воронке Бюхнера и проводят делигнификацию пероксидом водорода при его расходе 1,0-3,0%, расходе гидроксида натрия - 2,0%, силиката натрия - 3,0%, трилона Б - 0,3% от массы абсолютно сухого волокна в течение 2,0-2,5 ч при температуре 60-90°С. После делигнификации целлюлозу промывают на воронке Бюхнера. Далее проводят кислотную обработку массы соляной кислотой при расходе 1,0% в течение 30-60 мин при комнатной температуре.

Примеры конкретного выполнения.

Пример 1. Целлюлозу массой 40 г абсолютно сухого волокна жесткостью 80-90 п.ед., белизной 62,0% и массовой долей смол и жиров 1,55% дезинтегрируют в воде, отжимают на воронке Бюхнера и помещают в фарфоровый стакан, который обогревается в термостате для поддержания постоянной температуры. Массу нагревают до температуры 75°С и приливают раствор, содержащий гидроксид натрия - 2,0%, пероксид водорода - 0,5% от массы абсолютно сухой целлюлозы. Окислительное щелочение проводят в течение 30 мин при температуре 75°С.

После окислительного щелочения целлюлозу промывают водой на воронке Бюхнера и помещают в фарфоровый стакан, который обогревается в термостате. При достижении температуры 90°С в массу приливают раствор, состоящий из пероксида водорода в количестве 3,0%, гидроксида натрия - 2,0%, силиката натрия - 3,0%, трилона Б - 0,3% от массы абсолютно сухого волокна. Обработку проводят в течение 2,5 ч. После обработки целлюлозу промывают водой и подвергают кислотной обработке соляной кислотой с ее расходом 1% от массы абсолютно сухого волокна при комнатной температуре в течение 30-60 мин.

Примеры 2-11 осуществляют аналогично примеру 1.

Параметры операций способа, а также показатели качества целлюлозы после делигнификации приведены в таблице 1. В таблице 2 приведены показатели целлюлозы после добелки пероксидом водорода в одну ступень (схема ЩП-Пд-К-П-К).

Из данных таблицы видно, что после делигнификации (ШП-Пд-К) белизна целлюлозы составляет 80,6-85,4%, показатели механической прочности находятся на достаточно высоком уровне. Последующая добелка целлюлозы пероксидом водорода в одну ступень позволяет достигнуть белизны 86,3-97,6% в зависимости от условий пероксидной делигнификации.

Условия добелки пероксидом водорода: расход перексида водорода 1,7%, расход гидроксида натрия - 0,75%, силиката натрия - 1,75%, трилона Б - 0,2% от массы абсолютно сухого волокна; температура 90°С; продолжительность 2,5 ч.

Преимущества предлагаемого способа делигнификации целлюлозы:

- создание на ранней стадии отбелки условий, обусловливающих более эффективную делигнификацию и отбелку целлюлозы на последующих ступенях отбелки за счет включение в схему отбелки предварительного окислительного щелочения в присутствии пероксида водорода;

- промежуточная обработка массы между ступенями пероксидной делигнификации и пероксидной отбелки кислотой способствует внутренним изменениям субструктуры волокон, усиливающим при последующей добелке целлюлозы пероксидом водорода эффект делигнификации и отбелки;

- мягкое окислительное воздействие пероксида водорода на целлюлозное волокна по сравнению с традиционными хлорсодержащими реагентами;

- повышение экологичности схемы отбелки;

- существенное снижение содержания в целлюлозе массовой доли смол и жиров, в результате чего решается проблема со смоляными затруднениями в бумажном производстве;

- снижение расхода пара на обогрев массы и уменьшение продолжительности делигнификации целлюлозы.

Это свидетельствует о повышенной экономичности предлагаемого способа делигнификации целлюлозы.

Таблица 1
Результаты отбелки целлюлозы№ примераПараметры ступени ПдПоказатели целлюлозы после делигнификации ЩП-Пд-КТемпература, °СПродолжительность, чРасход Н₂О₂, % от массы абс. сух. целлюлозыБелизна, %Жесткость, п.ед.Разрывная длина, мВыход, % от небеленой целлюлозы1902,53,085,449820095,02902,51,084,653835095,53902,02,084,055825095,44752,03,082,757825096,05752,01,081,959830096,36752,52,083,354825096,07602,53,082,056815096,58602,51,081,256820096,89602,02,080,660815096,9

Таблица 2№ примераПоказатели целлюлозы после добелки в одну ступень (схема ЩП-Пд-К-П-К)Белизна, %Жесткость, п.ед.Разрывная длина, мВыход, % от небеленой целлюлозыМассовая доля смол и жиров, %190,110785093,50,53289,515800094,20,58389,216795094,00,60488,128795094,40,62597,631800094,70,62688,726795094,50,60787,817780095,10,60886,916785095,20,65986,332780095,30,65

Способ касается делигнификации целлюлозы и может быть использован в целлюлозно-бумажной промышленности. Способ делигнификации целлюлозы включает щелочную обработку, делигнификацию пероксидом водорода с добавлением гидроксида натрия и силиката натрия, кислотную обработку. Щелочную обработку проводят в присутствии пероксида водорода при его расходе 0,5% и гидроксида натрия при расходе - 2,0% от массы абсолютно сухой целлюлозы при температуре 75°С в течение 30 мин. Делигнификацию пероксидом водорода ведут при расходе пероксида водорода 1,0-3,0%, гидроксида натрия - 2,0%, силиката натрия - 3,0% и трилона Б - 0,3% от массы абсолютно сухой целлюлозы при температуре 60-90°С в течение 2,0-2,5 ч. Кислотную обработку проводят после делигнификации пероксидом водорода соляной кислотой при ее расходе 1,0% от массы абсолютно сухого волокна при комнатной температуре в течение 30-60 мин. Техническим результатом изобретения является повышение экономичности способа делигнификации целлюлозы при сохранении показателей целлюлозы. 2 табл.

Способ делигнификации целлюлозы, включающий кислотную обработку, щелочную обработку и делигнификацию пероксидом водорода с добавлением гидроксида натрия и силиката натрия, отличающийся тем, что щелочную обработку проводят в присутствии пероксида водорода при его расходе 0,5% и гидроксида натрия при расходе - 2,0% от массы абсолютно сухой целлюлозы при температуре 75°С в течение 30 мин, делигнификацию пероксидом водорода ведут при расходе пероксида водорода 1,0-3,0%, гидроксида натрия - 2,0%, силиката натрия - 3,0%, трилона Б - 0,3% от массы абсолютно сухой целлюлозы при температуре 60-90°С в течение 2,0-2,5 ч, а кислотную обработку проводят после делигнификации пероксидом водорода соляной кислотой при ее расходе 1,0% от массы абсолютно сухого волокна при комнатной температуре в течение 30-60 мин.