Способ приготовления пульпы из древесной щепы Советский патент 1974 года по МПК D21C1/00 

1

Изобретение относится к способу приготовления пульпы из древесной щепы.

Известен способ приготовления пульпы из древесной щепы путем облучения щепы -у-лучами с последующей варкой известным методом. Однако в таком способе облучение щепы 7-лучами отрицательно влияет на выход пульпы.

По предлагаемому способу, с целью повышения выхода пульпы и улучшения ее качества, древесную щепу облучают электронами в количестве ;1,0 Мрад.

Если древесину подвергают облучению электронами высокой энергии (с энергией в несколько сот тысяч вольт) в известных границах доз, то пульпа, приготовленная путем варки из этой древесины, обладает лучЩими показателями как в количественном, так и в качественном и экономическом отношении. Эффект, вызываемый в древесине, по-видимому, состоит в модификации лигнина, гемицеллюлозы и целлюлозы.

Установлено, что электродный луч разбивает молекулы из длинных цепочек на цепочки меньшей длины и в то же время устанавливает поперечные связи между фрагментами молекул из длинных цепочек и другими молекулами, входящими в состав древесины, и образует

молекулы, свойства которых отличаются от свойств молекул необлученного материала.

Вновь образованные комплексы характеризуются свойствами, обеспечивающими более легкое дефибрирование и в условиях контролируемого процесса не уменьшают лучщих свойств физической прочности полученной пульпы. В пульпе может допускаться более высокое содержание лигнина, без какого-либо

серьезного вредного влияния, благодаря чему увеличивается выход . Во многих случаях лучшие свойства физической прочности пульпы, полученной с повышенным содержанием лигнина, улучшаются или сохраняются.

В этих условиях было бы естественно ожидать, что указанные свойства будут ухудшаться.

Пульпа, полученная из облученной древесины, отличается бумагоделательными свойствами более широкими, чем пульпа, полученная из необлученной древесины. Так, по сравнению с пульпами, полученными из древесины, облученной повышенными дозами облучения, степень размола пульп уменьшается. Это

указывает на то, что дефибрирование гораздо легче проводить с облученным продуктом древесной пульпы, чем с необлученным, а также на то, что дефибрирование происходит тем

легче, чем выше доза облучения. В процессе приготовления пульпы это свойство может быть использовано для получения пульп известного качества при затрате гораздо меньшего количества времени нуте). приготовления пульпы из облучеиной дрег есной нхепы. Чем меньше время варки, тем большая концентрация лигнина остается в нульпе. Поскольку лигнин в своем модифицированном виде не вреден, он может сс7;;ваться в пульпе, что повышает ее выход. По-гзиди.мому, модифицирование лигиина делает его более стойким к воздействию ИлСлочей и растворителей. Таким образом, желательно уменьшать концентрацию шелочи при получении пульны из облучеиной древесипы. Применение шелочи в обычных количествах только повышает растворимость излишних количеств гидратов углерода, ослабляя тем самым конечный продукт и уменьшая выход. Когда нульпу приготовляют механическим путем, модификация облученной древесины придает ей способность к дефибрированию с меиьшей затрато энергии.

Оптимальная доза облучения для улучшения нульнообразуюш;их свойств древесины и для западного гемлока равна ,5 Мрад, причем выход хил1ической пульпы может быть увеличен; при этом сохраняются лучн1ие прочностные свойства пульпы и получаемых из нее продуктов. При дозе 0,5 Мрад выход химической пульны и также прочностные характеристики, как прочность на разрыв и сопротивление продавливапию, начинают иадать (что особенно заметно в неотбеле1П1ых химических пульпах с высоким числом Канна). Это понижение в химической пульпе вызвано модификацией фракции гидрата углерода, делающей ее, по меньшей мере, частично растворимой. Причины понижения прочности при дозах 0,5 Мрад окончательно пе выяснены: возможно, они заключаются в разрыве структуры целлюлозы. Энергия облучеиия и толпдина древесины должны быть таковы, чтобы через древесину проходила энергия, достаточная для получения желательных изменений.

Пример 1. Каждый кряж из деревьев западного гемлока (Цуга гетерофилла) возрастом 20-35 лет разрезают радиальной пилой на полудюймовые куски под углом 40° к волокнам. Затем кускн расщепляют под углом 40° лабораторной шеповой на куски толш,иной 2-4 мм. Получеиные «карточки вручную расгценляют на куски шириной 12,7- 25,4 мм, причем сучки, смятую древесину и раздавленную шеиу выбраковывают и удаляют. Затем шену перемешивают и сушат на воз., духе в камере с постоянной темиературой и влажностью в течение 4 дней перед обработкой. Описанная процедура должна следовать возможно скорее после нроцедуры подготовки древесины.

Приготовленную таким образом древесную ш,епу бомбардируют электронами, пропуская ее на конвейерной лейте под электронным лучом с анодным потенциалом 500 кв и током

20 ма. Щепу на конвейере поворачивают и пропускают через луч до достижения существенно равной экспозиции противоположных сторои щепы и при количестве облучения, указанном )1иже, причем некоторое количество щены обрабатывают бомбардировкой электронами дозой 0,20 Мрад, некоторое количество - дозой 0,50 Мрад и некоторое количество - дозой 1,0 Мрад. После облучения щепу варят в микроавтоклаве при следующих крафт-варочных условиях: сильная щелочь (при печной

сушке древесины), %17

сернистость, %22,6

отпошеиие жидкости к древесине6,6 : 1 максимальная варочная температура, °С 167,7 время до максимальной температуры, мин 60 время при максимальной температуре, мин 180 общее время варки, мин 240 максимальное давление в тенлообменнике 100 SPI В этих же условиях приготовляют пульпу из иеоблученной щепы. После этого пульны различных варов иодвергают в отдельности обработке в мельницах РГ1 при 444 об/г. Иепытания на степень размола были проведены на этих пульпах в соответствии со стандартом Таппи Т 227-М-58. Отливки для физических испытаний были приготовлены в соответствии с условиями, указанными в стандарте Танпи Т 205-М-58. Результаты испытаний приведены в табл. 1.

Таблица 1

Процедура

Показатели теста Таппи

Число Каппа

Коэффициент продавливания Сопротивление разрыву Разрывная длина при закручиван

от нуля (0-закрут. прочность) Разрывный коэффициент

Результаты экспериментов, полученные при ириготовлеиии нульп, нредставлепы в табл. 2.

Они указывают на то, что щепа, сваренная в одинаковых условиях, ноказывает увеличение содержания лигнина (как показало число Канна), уменьшение степени размола, сравнимый выход и существенно сравнимые ирочпостные свойства с новыщением дозы облучеиия.

При необлученных древесных пульпах, когда число Каппа увеличивается, обычно степень размола увеличивается, а прочностные свойства - значительно ухудшаются.

Пример 2. Древесную щеиу из гемлока приготовляют аналогично примеру 1. После облучения различных порций щепы дозами 0,20, 0,50, 1,0 Мрад и нри других условиях (см.

пример 1) эта, а также необлученняя щепа бы454752

6 Таблица 2

ли сварены в одном и том же микроавтоклаве (см. пример 1) нри следующих крафт-варочных условиях, при изменении времени и темнературы, направленном к получению постоянного числа Каппа:

сильная щелочь (для древесины печной сушки), %17,0

сернистость, %25

отнощеиие жидкости к древесине5,2: 1

максимальная варочная температура, °С176,6

время до максимальной температуры, мин90

Пример 3. Древесная щепа из гемлока была приготовлена аналогично примеру 1. После облучения порции щепы при 0,50 Мрад при условиях, аналогичных примеру 1, эта, а также необлученная щепа были сварены в одном и том же микроавтоклаве (см. пример 1) при следующих условиях:

сернистость, %

отнощение лигнина к древесине

максимальная варочная температура, °С

время при максимальной температуре, мин90-150

общее время варки, мин80-240

максимальное давление теплообменника100 PSI.

Необлученная щепа, приготовленная описанным путем, также была сварена в этнх же условиях. Результаты экспериментов, полученные при приготовлении крафт-пульп и представленные в табл. 3, указывают на то, что при постоянном числе Каппа пульпа, полученная из облученной древесины, имеет бумагоделательные свойства, значительно превосходящие свойства пульпы, полученной из необлученной древесины.

Таблица 3

время до максимальной температуры, мин90 время при максимальной температуре, мин 150 общее время варки, мин 240 максимальное давление теплообменника 100 PSI

29 5,2: 1 сильная щелочь (см.табл.2) Пульпы были подвергнуты 1спытаниям аналогично примеру 1. Результаты испытаний приведены в табл.4. 176,6

Таблица 4 Результаты примера 2 показывают, что уменьшение сильной щелочи с 14 до 13% () дает увеличение выхода получаемой пульпы на 44,2-47,9% при сравнимом качестве пульпы. С другой стороны, когда необлученная щепа варится в присутствии 13% сильной щелочи, при приготовлении пульпы с тем же содержанием лигнина, какое имеет пульпа из облученной древесины, она дает уменьщенне выхода на 3,7% при значительном ухудщении таких свойств, как степень размола, яркость и коэффициент нродавливания. Предмет изобретения Способ приготовления пульпы из древесной щены путем облучения древесной щепы с последующей варкой, отличающийся тем, что, с целью повыщения выхода пульны и улучшения ее качества, облучение щ,епы производят электронами дозой менее 1,0 Мрад.