СПОСОБ ОБРАБОТКИ ВОЛОКНИСТОЙ МАССЫ Российский патент 2020 года по МПК D21C9/10 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к способу обработки волокнистой массы.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Задачей отбеливания (отбелки) волокнистой массы является доведение до конца (после варки) удаления остаточного лигнина из волокнистой массы. В настоящее время отбеливание часто начинают с кислородной делигнификации, после которой можно осуществить дальнейшее отбеливание различными способами. При полностью бесхлорном (TCF; от англ.: totally chlorine free) отбеливании делигнификацию можно продолжить, например, с использованием озона, перуксусной кислоты или пероксида водорода в кислотных или щелочных условиях. При отбеливании без использования элементарного хлора (ECF; от англ.: elemental chlorine free) используют стадии обработки диоксидом хлора с промежуточными щелочными стадиями. При ECF отбеливании все чаще используют кислородсодержащие химические соединения, то есть кислород, озон, пероксид водорода и перкислоты, например - перуксусную кислоту, для стимуляции отбеливания. Например, можно сэкономить диоксид хлора за счет использования пероксида водорода в последовательности стадий ECF отбеливания. С другой стороны, в том числе из соображений охраны окружающей среды, предпринимаются попытки использования все меньших и меньших доз диоксида хлора при отбеливании.

Волокнистую массу, например - химическую волокнистую массу (волокнистую массу, полученную химическим способом), можно отбелить до оптической яркости, равной 85-90% по ISO, с использованием, например, традиционных способов ECF отбеливания. Способы дополнительного отбеливания, такие как дополнительное отбеливание перуксусной кислотой, часто используют для дальнейшего повышения оптической яркости волокнистой массы.

Перуксусная кислота (РАА; от англ.: peracetic acid) - это соединение, которое образуется в реакции уксусной кислоты и пероксида водорода в присутствии катализатора. Коммерчески доступны различные продукты, например - 38%-ная дистиллированная перуксусная кислота (dPAA; от англ.: distilled peracetic acid) и равновесная смесь перуксусной кислоты (еРАА; от англ.: equilibrium mixture of peracetic acid), которая в характерном случае содержит примерно 20 масс. % перуксусной кислоты.

Публикация WO 00/52258 относится к способу отбеливания. Раскрыт многостадийный способ отбеливания для отбеливания химической целлюлозной массы, который в качестве последней стадии отбеливания включает дополнительное отбеливание, в ходе которого делигнифицированную и отбеленную целлюлозную массу отбеливают перкарбоновой кислотой.

У некоторых волокнистых масс часто происходит внезапное снижение оптической яркости в начале стадии отбеливания, например - на стадии дополнительного отбеливания, когда волокнистую массу обрабатывают перкарбоновыми кислотами.

Поэтому существует потребность в усовершенствованном и более эффективном способе, в котором не происходило бы снижения оптической яркости при обработке волокнистой массы перкарбоновыми кислотами.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы обеспечить способ обработки волокнистой массы.

Другая задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы обеспечить усовершенствованный и эффективный способ обработки волокнистой массы перкарбоновой кислотой.

Еще одна задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы обеспечить способ обработки волокнистой массы перкарбоновой кислотой, в котором повышалась бы оптическая яркость волокнистой массы.

Еще одна задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы обеспечить способ обработки волокнистой массы перкарбоновой кислотой, в котором не происходило бы снижения оптической яркости волокнистой массы.

Неожиданно было обнаружено, что добавление небольшого количества пероксида на стадии способа, во время которой волокнистую массу обрабатывают дистиллированной перкарбоновой кислотой, предотвращает внезапное снижение оптической яркости, которое возникает, например, при дополнительном отбеливании некоторых волокнистых масс. например - крафт-масс. Пероксидом предпочтительно является пероксид водорода, а дистиллированной перкарбоновой кислотой предпочтительно является дистиллированная перуксусная кислота (dPAA).

Не желая быть связанными какой-либо теорией, отметим, что снижение оптической яркости волокнистой массы, то есть потемнение волокнистой массы, считают вызванным окислением марганца от бесцветного Mn²⁺ до черного Mn⁴⁺ (MnO₂) в волокнистой массе. Добавления небольшого количества пероксида к дистиллированной перкарбоновой кислоте достаточно для изменения окислительно-восстановительного потенциала волокнистой суспензии, так что это окисление предотвращается.

Настоящее изобретение обеспечивает способ обработки волокнистой массы, описанный в пункте 1 формулы изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

Фиг. 1 демонстрирует оптическую яркость волокнистых масс, обработанных способом по настоящему изобретению и стандартными способами.

Фиг. 2 демонстрирует оптическую яркость волокнистых масс, обработанных способом по настоящему изобретению, в котором варьировали количество пероксида водорода.

Фиг. 3 демонстрирует оптическую яркость волокнистых масс, обработанных способом по настоящему изобретению и стандартными способами.

Фиг. 4 демонстрирует оптическую яркость волокнистых масс. обработанных способом по настоящему изобретению, в котором варьировали количество пероксида водорода.

СВЕДЕНИЯ, ПОДТВЕРЖДАЮЩИЕ ВОЗМОЖНОСТЬ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Согласно настоящему изобретению обеспечен способ обработки волокнистой массы. Более конкретно, обеспечен способ обработки волокнистой массы, включающий стадию, во время которой волокнистую массу обрабатывают дистиллированной перкарбоновой кислотой и пероксидом.

Дистиллированная перкарбоновая кислота может быть любой подходящей дистиллированной перкарбоновой кислотой. В варианте осуществления настоящего изобретения дистиллированная перкарбоновая кислота выбрана из дистиллированной пермуравьиной кислоты, дистиллированной перуксусной кислоты (dPAA), дистиллированной перпропионовой кислоты или их смеси. Предпочтительно дистиллированная перкарбоновая кислота является дистиллированной перуксусной кислотой (dPAA).

Дистиллированные перкарбоновые кислоты коммерчески доступны. Дистиллированные перкарбоновые кислоты также могут быть получены любым подходящим способом, известным в данной области техники. В качестве примера способ получения dPAA раскрыт в публикации US 2002/0193626 А1.

Дистиллированную перуксусную кислоту (dPAA) получают из равновесного раствора перуксусной кислоты и пероксида водорода и уксусной кислоты. Преимуществом дистиллированной перуксусной кислоты является отсутствие уксусной кислоты и пероксида водорода. Отсутствие уксусной кислоты является определенным преимуществом вследствие более низкого содержания летучих органических соединений, вводимых в способ.

В варианте осуществления настоящего изобретения концентрация перуксусной кислоты (РАА) в дистиллированной перуксусной кислоте (dPAA) лежит в диапазоне от 10 масс. % до 70 масс. %, предпочтительно - в диапазоне от 30 масс % до 60 масс. %.

В другом варианте осуществления настоящего изобретения концентрация пероксида водорода в dPAA равна 1 масс. % или менее, предпочтительно она лежит в диапазоне от 0,1 масс. % до 0,5 масс. %.

В другом варианте осуществления настоящего изобретения концентрация уксусной кислоты в dPAA равна 1 масс. % или менее, предпочтительно она лежит в диапазоне от 0,05 масс. % до 0,5 масс. %.

В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения концентрация перуксусной кислоты (РАА) лежит в диапазоне от 10 масс. % до 70 масс. %, предпочтительно - в диапазоне от 30 масс. % до 60 масс. %; концентрация пероксида водорода равна 1 масс. % или менее, предпочтительно она лежит в диапазоне от 0,1 масс. % до 0,5 масс. %; и концентрация уксусной кислоты в дистиллированной перуксусной кислоте (dPAA) равна 1 масс. % или менее, предпочтительно она лежит в диапазоне от 0,05 масс. % до 0,5 масс. %.

Пероксид может быть любым подходящим пероксидом. В варианте осуществления настоящего изобретения пероксид выбран из пероксида водорода, перкарбоната или их смеси. Предпочтительно пероксидом является пероксид водорода.

Пероксиды являются коммерчески доступными. Пероксиды можно также получить любым подходящим способом, известным в данной области техники.

Волокнистую массу можно обработать, совместно с дистиллированной перкарбоновой кислотой, подходящей композицией, содержащей пероксид. В качестве примера волокнистую массу можно обработать равновесным раствором перуксусной кислоты (еРАА) совместно с дистиллированной перкарбоновой кислотой. еРАА также содержит пероксид водорода, поскольку перуксусная кислота частично разлагается до перекиси водорода для достижения равновесного состояния. В варианте осуществления настоящего изобретения пероксид водорода добавляют в форме раствора еРАА.

Волокнистую массу можно одновременно обработать дистиллированной перкарбоновой кислотой и пероксидом, или вначале обработать дистиллированной перкарбоновой кислотой и затем пероксидом, или вначале обработать пероксидом, а затем дистиллированной перкарбоновой кислотой.

В варианте осуществления настоящего изобретения волокнистую массу одновременно обрабатывают дистиллированной перкарбоновой кислотой и пероксидом. Волокнистая масса одновременно контактирует с дистиллированной перкарбоновой кислотой и пероксидом.

В другом варианте осуществления настоящего изобретения волокнистую массу обрабатывают смесью дистиллированной перкарбоновой кислоты и пероксида. Дистиллированную перкарбоновую кислоту и пероксид смешивают друг с другом, и затем волокнистую массу приводят в контакт со смесью.

В другом варианте осуществления вначале добавляют дистиллированную перкарбоновую кислоту, а затем следует добавление пероксида. Пероксид предпочтительно добавляют сразу же (без задержки) после добавления дистиллированной перкарбоновой кислоты.

В другом варианте осуществления настоящего изобретения вначале добавляют пероксид, а затем следует добавление дистиллированной перкарбоновой кислоты. Дистиллированную перкарбоновую кислоту предпочтительно добавляют сразу же (без задержки) после добавления пероксида.

Количество дистиллированной перкарбоновой кислоты зависит, например, от сорта дистиллированной перкарбоновой кислоты, количества пероксида и/или волокнистой массы. В варианте осуществления настоящего изобретения количество дистиллированной перкарбоновой кислоты в пересчете на 100%-ную дистиллированную перкарбоновую кислоту лежит в диапазоне от 0,1 кг до 4 кг на тонну волокнистой массы (в пересчете на сухую волокнистую массу), предпочтительно - в диапазоне от 0,3 кг до 2 кг на тонну волокнистой массы (в пересчете на сухую волокнистую массу).

Количество пероксида зависит, например, от сорта пероксида, количества дистиллированной перкарбоновой кислоты и/или волокнистой массы. В варианте осуществления настоящего изобретения количество пероксида в пересчете на 100%-ный пероксид лежит в диапазоне от 0,01 кг до 1 кг на тонну волокнистой массы (в пересчете на сухую волокнистую массу).

В другом варианте осуществления настоящего изобретения количество пероксида в пересчете на 100%-ный пероксид лежит в диапазоне от 0,01 кг до 0,8 кг на тонну волокнистой массы (в пересчете на сухую волокнистую массу), предпочтительно - в диапазоне от 0,04 кг до 0,6 кг на тонну волокнистой массы (в пересчете на сухую волокнистую массу), более предпочтительно - в диапазоне от 0,06 кг до 0,5 кг на тонну волокнистой массы (в пересчете на сухую волокнистую массу).

Волокнистая масса, подлежащая обработке, может быть любой подходящей волокнистой массой. В варианте осуществления настоящего изобретения волокнистая масса является древесной волокнистой массой, предпочтительно - химической волокнистой массой. Наиболее предпочтительно волокнистая масса является крафт-массой.

В варианте осуществления настоящего изобретения консистенция волокнистой массы лежит в диапазоне от 2% до 30%, предпочтительно - от 5% до 15%.

Волокнистую массу можно обрабатывать при любой подходящей температуре. Волокнистую массу предпочтительно обрабатывают при температуре, лежащей в диапазоне от 25°С до 95°С, более предпочтительно - в диапазоне от 40°С до 70°С.

Время обработки может быть любым подходящим временем. Предпочтительно волокнистую массу обрабатывают в течение периода времени, лежащего в диапазоне от 30 минут до 120 часов, более предпочтительно - от 1 часа до 24 часов, и наиболее предпочтительно - от 1 часа до 6 часов.

Значение рН волокнистой массы перед обработкой можно при необходимости отрегулировать любым известным способом. Значение рН волокнистой массы перед обработкой предпочтительно лежит в диапазоне от 3 до 9, более предпочтительно - от 5 до 7.

В варианте осуществления настоящего изобретения стадия, во время которой обрабатывают волокнистую массу, является стадией дополнительного отбеливания. Стадия дополнительного отбеливания является последней стадией отбеливания способа отбеливания. Дополнительное отбеливание еще больше повышает оптическую яркость волокнистой массы. За счет способа по настоящему изобретению исключается снижение оптической яркости, которое происходит при дополнительном отбеливании (Фиг. 1-4). В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения оптическая яркость волокнистой массы перед обработкой равна по меньшей мере 75% по ISO, предпочтительно - от 85% до 95% по ISO, и более предпочтительно - от 85% до 91,5% по ISO.

В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения способ включает стадию дополнительного отбеливания, во время которой древесную волокнистую массу, например - химическую волокнистую массу, обрабатывают дистиллированной перуксусной кислотой (dPAA) и пероксидом водорода при температуре, лежащей в диапазоне от 25°С до 95°С, например - от 40°С до 70°С, в течение периода времени, лежащего в диапазоне от 1 часа до 24 часов, например - от 1 часа до 6 часов. Значение рН волокнистой массы перед обработкой предпочтительно лежит в диапазоне от 3 до 9, например - от 5 до 7. Количество dPAA предпочтительно лежит в диапазоне от 0,1 кг до 4 кг на тонну волокнистой массы (в пересчете на сухую волокнистую массу), например - в диапазоне от 0,3 кг до 2 кг на тонну волокнистой массы, а количество пероксида водорода предпочтительно лежит в диапазоне от 0,01 кг до 1 кг на тонну волокнистой массы (в пересчете на сухую волокнистую массу), например - в диапазоне от 0,06 кг до 0,5 кг на тонну волокнистой массы.

В другом варианте осуществления настоящего изобретения обработка волокнистой массы дистиллированной перуксусной кислотой вызывает модификации волокон, например - модификации удельного объема, жесткости, прочностных свойств и степени чистоты. Для обеспечения желаемых модификаций волокон предпочтительно применимы те же условия, которые используют при дополнительном отбеливании, но без ограничения ими.

В следующем варианте осуществления настоящего изобретения дистиллированную перуксусную кислоту используют для микробиологического контроля отбеленной волокнистой массы. Таким образом волокнистую массу дезинфицируют перед хранением, сушкой или перед использованием для изготовления бумаги или картона.

Далее настоящее изобретение описано более подробно и конкретно со ссылкой на примеры его осуществления, которые не ограничивают настоящее изобретение.

ОПИСАНИЕ ПРИМЕРОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Способ по настоящему изобретению

Обработку, то есть дополнительное отбеливание, волокнистой массы проводили при 10%-ной консистенции и при 60°С. Волокнистые массы разбавляли деионизированной водой. Доза дистиллированной перуксусной кислоты (производства компании Kemira) была равна 1,5 кг (в пересчете на 100% dPAA) на тонну волокнистой массы (в пересчете на сухую волокнистую массу). Используемая dPAA была свежей. Концентрации dPAA и пероксида водорода, определенные посредством титрования, были равны 39,16% и 1,04%, соответственно. рН во время отбеливания был установлен равным 6 посредством добавления NaOH. Длительности отбеливания составляли до 6 часов. Для всех периодов выдерживания использовали одну и ту же отбеливаемую партию волокнистой массы. По истечении каждого определенного времени обработки отбирали образец волокнистой массы. Листы бумаги ручного отлива для измерений оптической яркости изготавливали модифицированным способом согласно стандарту ISO. Листы бумаги ручного отлива изготавливали на воронке Бюхнера без дополнительной промывки, сушили посредством прессования под давлением, равным 3 бар, в течение 1 минуты, после чего сушили в барабанной сушилке между абсорбирующими листами. Добавленные количества пероксида водорода (производства компании Kemira, 50 масс. %) в процесс отбеливания были равны 0,06 кг, 0,1 кг, 0,2 кг и 0,5 кг (в пересчете на 100%) на тонну волокнистой массы. Пероксид водорода и дистиллированную перуксусную кислоту добавляли друг за другом без задержки.

Первый контрольный образец («образец сравнения») обработали чистой водой, а второй контрольный образец - только dPAA («1,5 кг dPAA (образец 2 сравнения)»

В Таблице 1 представлены использованные волокнистые массы.

Анализы и результаты

Стандартная процедура измерения оптической яркости в % по ISO была модифицирована, поскольку при ручном изготовлении листов были обнаружены некоторые несоответствия. Визуально отмечали потемнение волокнистых масс, тогда как значения оптической яркости отлитых вручную листов не показывали возникновения феномена потемнения. Поэтому отлитые вручную листы бумаги изготовили в воронке Бюхнера, высушили посредством прессования под давлением, равным 3 бар, и в заключение высушили в сушильном барабане между абсорбирующими листами. Таким способом удалось обнаружить феномен потемнения посредством измерения оптической яркости отлитых вручную листов бумаги. В других аспектах использовали стандарт ISO.

Видно, что на развитие оптической яркости при дополнительном отбеливании Волокнистой массы 1 и Волокнистой массы 2 очень сильно влияет предполагаемое окисление марганца на ранних стадиях дополнительного отбеливания (образцы сравнения на Фиг. 1 и Фиг. 3). В частности, Волокнистая масса 2 значительно потемнела в течение первых 5 часов отбеливания (Фиг. 3, «1,5 кг dPAA (образец 2 сравнения)»).

На Фиг. 1 представлены значения оптической яркости Волокнистой массы 1, обработанной способом по настоящему изобретению и стандартными способами. На Фиг. 3 представлены значения оптической яркости Волокнистой массы 2, обработанной способом по настоящему изобретению и стандартными способами.

В испытаниях показано, что добавление пероксида (в пересчете на 100% пероксид) в количестве, равном 0,06 кг/тонну волокнистой массы (в пересчете на сухую волокнистую массу), было достаточным для предотвращения реверсии оптической яркости. При увеличении дозы пероксида до 0,5 кг/тонну волокнистой массы не было получено дополнительных преимуществ (см. Фиг. 2 и Фиг. 4). На Фиг. 2 представлены значения оптической яркости Волокнистой массы 1, обработанной различными количествами пероксида водорода по настоящему изобретению. На Фиг. 4 представлены значения оптической яркости Волокнистой массы 2, обработанной различными количествами пероксида водорода по настоящему изобретению.

Настоящее изобретение относится к способу обработки волокнистой массы, включающему стадию, во время которой волокнистую массу обрабатывают дистиллированной перкарбоновой кислотой, например - дистиллированной перуксусной кислотой (dPAA), и пероксидом, например - пероксидом водорода. 14 з.п. ф-лы, 1 табл., 4 ил.

1. Способ обработки волокнистой массы, включающий стадию дополнительного отбеливания, во время которой волокнистую массу обрабатывают дистиллированной перкарбоновой кислотой и пероксидом, причем количество пероксида, в пересчете на 100%-ный пероксид, лежит в диапазоне от 0,01 кг до 0,8 кг на тонну волокнистой массы (в пересчете на сухую волокнистую массу), и причем оптическая яркость волокнистой массы перед обработкой равна по меньшей мере 75% по ISO.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что дистиллированная перкарбоновая кислота является дистиллированной пермуравьиной кислотой, дистиллированной перуксусной кислотой (dPAA), дистиллированной перпропионовой кислотой или их смесью, предпочтительно – дистиллированной перуксусной кислотой (dPAA).

3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что пероксид является пероксидом водорода, перкарбонатом или их смесью, предпочтительно – пероксидом водорода.

4. Способ по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что волокнистая масса является древесной волокнистой массой, предпочтительно – химической волокнистой массой, более предпочтительно – крафт-массой.

5. Способ по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что количество пероксида, в пересчете на 100%-ный пероксид, лежит в диапазоне от 0,04 кг до 0,6 кг на тонну волокнистой массы (в пересчете на сухую волокнистую массу), предпочтительно – в диапазоне от 0,06 кг до 0,5 кг на тонну волокнистой массы (в пересчете на сухую волокнистую массу).

6. Способ по любому из пп. 1-5, отличающийся тем, что количество дистиллированной перкарбоновой кислоты, в пересчете на 100%-ную дистиллированную перкарбоновую кислоту, лежит в диапазоне от 0,1 кг до 4 кг на тонну волокнистой массы (в пересчете на сухую волокнистую массу), предпочтительно в диапазоне от 0,3 кг до 2 кг на тонну волокнистой массы (в пересчете на сухую волокнистую массу).

7. Способ по любому из пп. 1-6, отличающийся тем, что консистенция волокнистой массы лежит в диапазоне от 2% до 30%, предпочтительно – от 5% до 15%.

8. Способ по любому из пп. 1-7, отличающийся тем, что волокнистую массу обрабатывают при температуре, лежащей в диапазоне от 25^оС до 95^оС, предпочтительно – от 40°С до 70°С.

9. Способ по любому из пп. 1-8, отличающийся тем, что время обработки лежит в диапазоне от 30 минут до 120 часов, предпочтительно – от 1 часа до 24 часов, более предпочтительно – от 1 часа до 6 часов.

10. Способ по любому из пп. 1-9, отличающийся тем, что оптическая яркость волокнистой массы перед обработкой лежит в диапазоне от 85% до 95% по ISO.

11. Способ по любому из пп. 1-10, отличающийся тем, что дистиллированную перкарбоновую кислоту и пероксид добавляют одновременно.

12. Способ по любому из пп. 1-10, отличающийся тем, что вначале добавляют дистиллированную перкарбоновую кислоту, после чего следует добавление пероксида.

13. Способ по любому из пп. 1-10, отличающийся тем, что вначале добавляют пероксид, после чего следует добавление дистиллированной перкарбоновой кислоты.

14. Способ по любому из пп. 1-10, отличающийся тем, что дистиллированную перкарбоновую кислоту и пероксид добавляют в форме смеси.

15. Способ по любому из пп. 1-14, отличающийся тем, что значение рН волокнистой массы перед обработкой лежит в диапазоне от 3 до 9, предпочтительно – от 5 до 7.