Меню сайта

загрузка...

Предыдущая     |         Содержание     |    следующая

Химикаты из древесины

Современные представления о химизме процесса отбелки.

из нее лигнина. Однако целлюлоза получается еще качественнее, если в процессе отбелки одновременно удается освободиться от таннидов и красителей.

С химической стороны основу процесса отбелки составляют реакции окисления лигнина кислородом и его хлорирования. Превалирование реакции хлорирования лигнина (образование хлорлигнина) наблюдается только при использовании газообразного хлора или хлорной воды, во всех остальных случаях протекает преимущественно окисление. Механизм разрушения лигнина представляется в виде цепного процесса. Вначале происходит окисление и разрыв боковых цепей лигнина (фрагментация), затем процесс распространяется на ароматические ядра с их частичным разрушением. Одновременно идет хлорирование ароматических ядер лигнина. Образующиеся в процессеотбелки окисленные и хлорированные лигнины и продукты их разрушения затем легко растворяются щелочью и удаляютя из целлюлозы. а целлюлоза приобретает белый цвет. Следует помнить, что, воздействуя на лигнин, белящие реагенты частично разрушают геми-целлюлозы и целлюлозу, поэтому в процессе отбелки имеет место снижение выхода волокна как за счет удаления лигнина, так и из-за разрушения и удаления части гемицеллюлоз и целлюлозы.

Ступени отбелки. Достичь высокой белизны целлюлозы одноразовой обработкой каким-либо белящим реагентом невозможно. Для придания требуемых свойств и одновременно для рационального использования реагентов отбелку проводят по многоступенчатой схеме. Причем из-за специфических особенностей действия, свойств и стоимости конкретных белящих реагентов, а также вида отбеливаемого волокнистого полуфабриката сочетание их в технологической схеме различно, т. е. носит комбинированный характер. Следовательно, отбелку проводят по многоступенчатым комбинированным схемам. К основным факторам, влияющим на качество и выход беленой целлюлозы при обработке волокнистой массы на каждой ступени, относятся: качество исходной небеленой целлюлозы, расход и вид белящего реагента, продолжительность и температура обработки, рН среды и концентрация, массы.

Количественно потребность в белящих реагентах оценивают по расходу активного хлора, определяемого прежде всего степенью делигнификации исходной целлюлозы и. той степенью белизны, которую необходимо достичь. Во всех случаях чем меньше степень делигнификации и выше требуемая белизна целлюлозы, тем больше расход активного хлора на отбелку и наоборот. Общая потребность хлора на отбелку по всем ступеням может быть принята в пределах 5—7 % массы волокна.

, обусловливают протекание процесса в кислой среде. Для хлорирования характерно образование хлорлиг-нина , придающего целлюлозной массе яркую оранжево-красную окраску, с которой она выходит из башни хлорирования и поступает на промывку водой, а затем на щелочную обработку. Хлорирование проводят при температуре 20—40°С , концентрации массы 3—3,5 % и времени пребывания в башне 40—45 мин. При отбелке жестких и особенно сульфатных целлюлоз хлорирование происходит в две ступени с обработкой целлюлозы щелочью между ними. Расход хлора на хлорирование в зависимости от степени делигнификации целлюлоз составляет 50—70 % общей потребности на отбелку.

Хлорирование сульфатной целлюлозы происходит медленнее, чем сульфитной, и отличается большей трудностью удаления остаточного лигнина. Если степень делигнификации сульфитной целлюлозы в процессе хлорирования в одну ступень по сравнению с исходной может быть понижена на 80—90 %, то степень делигнификации сульфатной понижается не более чем на 60—70 %. Потребность в хлоре для добелки после хлорирования сульфатных целлюлоз составляет 2—3 % общего количества, в то время как для сульфитных всего 0,5—1 %.

Щелочение (Щ) представляет собой самостоятельную ступень отбелки, следующую за хлорированием. Остаточный хлор и частично хлорлнгнин после хлорирования удаляют промывкой целлюлозы водой на вакуум-фильтрах. Основную же массу хлорлигнина извлекают щелочением целлюлозы (обработкой раствором едкого натра) в башнях щелочения, после чего оранжевая окраска исчезает и целлюлоза приобретает белый цвет. Расход едкого натра на щелочение составляет 0,5—1 % массы волокна при обработке сульфитной целлюлозы и 1—2 % при обработке сульфатной. Концентрация массы 4—18%, продолжительность 30—60 мин, температура при щелочении сульфитной целлюлозы 20— 60°С , сульфатной — 60—70 °С. Из сказанного следует вывод, что отбелка сульфатных целлюлоз требует применения более сложных технологических схем и жестких режимов обработки реагентами.

Атомарный кислород в момент выделения обладает сильной химической активностью и интенсивно окисляет и разрушает окрашивающие и лигнинные вещества; а также обесцвечивает волокнистый материал.

Гипохлоритную отбелку целлюлозы проводят в башнях гипохлоритной отбелки в щелочной среде при рН 8—9, концентрации массы 10—12%, температуре 35—40°С в течение 2—3 ч. Щелочная среда способствует улучшению качества целлюлозы, достижению лучшей растворимости продуктов окисления и высоких механических показателей целлюлозы. Для повышения качества целлюлозы гипохлоритную отбелку обычно разделяют на две ступени с промежуточной промывкой массы водой и щелочением. Расход хлора на отбелку составляет около 1 % к массе волокна.

Отбелку двуокисью хлора (Д) широко применяют в последние годы из-за избирательного и эффективного действия этого не затрагивающего целлюлозы реагента на лигнин. Отбелка двуокисью позволяет достичь высокой белизны без заметного снижения прочности целлюлозы и проводится в кислой среде при концентрации массы 7—14%, температуре 50—80°С , продолжительности обработки 1—3 ч и расходе активного хлора 0,2—1 % массы волокна. Отбелка двуокисью обычно следует за гипохлоритной ступенью и может проводиться в две ступени со щелочением между ними.

Отбелку перекисями (П) широко применяют для отбелки целлюлозы в сочетании с уже рассмотренными белящими реагентами и для отбелки древесной массы в сочетании с гидросульфитом натрия. Особенность перекиси как белящего реагента состоит в способности хорошо отбеливать соринки, состоящие из коры и луба, и повышать белизну полуфабрикатов даже с высоким содержанием лигнина. Перекись и гидросульфит оказывают свое отбеливающее действие, изменяя структуру лигнина и смол в твердом состоянии, не удаляя их и не разрушая волокна.

Отбелку перекисью проводят при температуре 50—90°С , расходе перекиси 0,3—2 % массы волокна, продолжительности 1—2 ч, концентрации массы 10—12%. При расходе перекиси 2—4 % массы волокна одноступенчатой отбелкой можно повысить белизну целлюлозы на 10—25 единиц.

Кисловка (К)—о бработка целлюлозы сернистой или соляной кислотой — является конечной ступенью отбелки. Ее проводят в башнях или на барабанных фильтрах при концентрации массы 4—6 % в течение 30—60 мин. Кисловка стабилизирует (закрепляет) достигнутую белизну, снижает зольность и нейтрализует остаточный хлор. Она позволяет прервать отбелку в любой момент, что важно для регулирования процесса. Если на последней ступени отбелку целлюлозы проводят двуокисью хлора, то кисловку исключают, так как двуокись обеспечивает высокую стабильность белизны. Расход сернистого ангидрида на кисловку составляет 0,2—1 % массы волокна, рН среды 3—4, 5.

- целлюлозы низкомолекулярные и при нагревании со щелочью растворяются, что приводит к выравниванию молекулярной однородности целлюлозы. Этот принцип фракционирования целлюлозы положен в основу процесса облагораживания технических целлюлоз, используемых для химической переработки.

Беленая техническая целлюлоза с содержанием а-целлюлозы 86—88%, успешно применяемая для производства бумаги, малопригодна для химической переработки. В целлюлозе для производства вискозного и штапельного волокна содержание а-целлюлозы должно быть не менее 92%, а для корда и ацетатного шелка — не менее 95,5—96,7 %. Такое высокое содержание а-целлюлозы достигается в процессе облагораживания целлюлозы за счет растворения низкомолекулярных фракций (с СП меньше 250) целлюлозы и вместе с ними еще содержащихся в ней значительных частей гемицеллюлоз (2,7—6%), лигнина (6,6—1,3 %), смол и жиров (0,6—1,0%). Обычно потери волокна при получении целлюлозы, пригодной для химической переработки, составляют 28—30%, из которых около 22% приходится на облагораживание [3].

На практике применяют два метода облагораживания — холодное и горячее. Холодное облагораживание проводят обработкой целлюлозы 9—12%-ным раствором едкого натра при температуре 18—20 "С в течение 30—60 мин и концентрации массы 15%, а горячее — обработкой 0,5—2%-ным раствором едкого натра при температуре 95—130°С в течение 2—3 ч и концентрации массы 8—10%. Наиболее широко применяют горячий метод, который совмещают с многоступенчатой отбелкой. Облагораживание выполняют между определенными ступенями отбелки.