Способ отбелки хвойной сульфатной целлюлозы

 

Сущность изобретения: в способе отбелки хвойной сульфатной целлюлозы, включающем обработку исходной целлюлозной суспензии минеральной кислотой при 70 - 95°С. и pH 1,2 - 2,5 делигнификацию пероксидом водорода с добавлением гидроксида натрия при расходе пероксида водорода 0,5 - 2,5% от массы абсолютно сухой целлюлозы при той же температуре и последующую промывку массы водой, перед делигнификацией пероксидом водорода целлюлозную суспензию предварительно обрабатывают щелочным раствором на основе гидроксида натрия при его расходе 1 - 3% в ед. NaOH от массы абсолютно сухой целлюлозы в течение 0,5 - 1,0 ч при pH 10 - 11 с последующей промывкой водой до pH - 8, а на стадии делигнификации пероксидом водорода гидрооксид натрия вводят в количестве 2 - 4% до pH 10,8 - 12,0. При этом процесс ведут при соотношении гидрооксида натрия на стадиях предварительной обработки и делигнификации пероксидом водорода соответственно от 1 : 1 до 1 : 4. В качестве щелочного раствора используют гидрооксид натрия или его смесь с отработанным раствором от стадии делигнификации пероксидом водорода, а в качестве минеральной кислоты - свежую серную или свежую соляную кислоту или смесь свежей серной/соляной кислоты с отработанной кислотой в соотношении 1 : 1. 3 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к целлюлозно-бумажному производству и может быть использовано для улучшения эргонометри- ческих свойств целлюлозы и соответственно бумаги.

Известен способ отбелки древесной массы, включающий обработку массы кислотой и последующую обработку пероксидом водорода в щелочной среде [1].

В качестве кислоты используют аминокарбоновую кислоту, а условия отбелки пероксидом водорода следующие: концентра- ция пероксида водорода 1,5-2,0% ; концентрация NаОН 1,5-2,0%; температура 50-75^оС. Время отбелки пероксидом водорода ≈35-40 мин.

Ближайшим аналогом изобретения является способ отбелки сульфатной целлюлозы, включающий обработку исходной целлюлозной суспензии минеральной кислотой при 70-95^оС и рН 1,2-2,5, делигнификацию пероксидом водорода с добавлением гидрооксида натрия при расходе пероксида водорода 0,5-2,5% от массы абсолютно сухой целлюлозы при той же температуре и последующую промывку массы водой [2].

В качестве минеральной кислоты используют соляную кислоту, а в качестве сульфатной целлюлозы - сульфатную лиственную целлюлозу.

Известный способ позволяет достигнуть высокую степень белизны.

Новым техническим результатом предлагаемого способа является достижение высокого показателя отбелки целлюлозы из хвойных пород древесины.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе, включающем обработку исходной целлюлозной суспензии минеральной кислотой при 70-95^оС и рН 1,2-2,5, делигнификацию пероксидом водорода с добавлением гидрооксида натрия при расходе пероксида водорода 0,5-2,5% от массы абсолютно сухой целлюлозы при той же температуре и последующую промывку массы водой, перед делигнификацией пероксидом водорода целлюлозную суспензию предварительно обрабатывают щелочным раствором на основе гидрооксида натрия при его расходе 1-3% в ед. NaОН от массы абсолютно сухой целлюлозы в течение 0,5-1,0 ч при рН_конеч 10-11 с последующей водной промывкой до рН 7-8, а на стадии делигнификации пероксидом водорода гидрооксид натрия вводят в количестве 2-4% до рН 10,8-12,0, при этом процесс ведут при соотношении гидрооксида натрия на стадиях предварительной обработки и делигнификации пероксидом водорода соответственно 1:1-1:4.

В качестве щелочного раствора используют гидрооксид натрия или его смесь с отработанным раствором от стадии делигнификации пероксидом водорода; в качестве минеральной кислоты используют свежую серную или соляную кислоту, или ее смесь с отработанной кислотой в соотношении 1:1.

Проведение щелочной обработки после кислотной обработки целлюлозной суспензии с последующей делигнификацией пероксидом водорода неизвестно. Таким образом, изобретение удовлетворяет требованиям новизны.

Положительный эффект достигается за счет растворения в водном щелочном растворе при t 70-95^оС кислых фенольных компонентов, образующихся из остаточного лигнина на первой ступени под действием горячего раствора минеральных кислот. Нейтрализация, экстракция и отмывка сульфатной целлюлозы от кислых продуктов деструкции остаточного лигнина на ступени щелочной обработки способствуют более эффективному использованию пероксида водорода на III ступени и диоксида хлора при добелке. В результате удается дополнительно повысить белизну целлюлозы на 3-7%.

Для обеспечения максимальной белизны хвойной сульфатной целлюлозы после добелки диоксидом хлора необходимо наиболее полно удалить из целлюлозы остаточный лигнин на ступенях щелочной и пероксиднощелочной обработок. Наилучшие результаты достигаются при полной нейтрализации кислых продуктов распада лигнина на этих ступенях и избытке щелочи для создания оптимального рН делигнифицирующей пероксидной ступени (10,8-12,0), что соответствует распределению NaОН по ступеням щелочной обработки и пероксидной делигнификации 1: 1 - 1:4 соответственно. На стадии щелочения у хвойной целлюлозы удаляют окисленные фрагменты лигнина при расходе щелочи 2-3%. Увеличение расхода NaОН приводит к снижению выхода целлюлозы за счет растворения части гемицеллюлоз, которые в хвойной целлюлозе окислены незначительно и не влияют на пероксидную делигнификацию. Уменьшение расхода NaОН менее 1% приводит к неполной экстракции остаточного лигнина, поэтому положительный эффект по конечной белизне целлюлозы становится менее 2%. Для полной экстракции на стадии щелочения фрагментов остаточного лигнина достаточно 0,5-1,0 ч. Проведение процесса менее 30 мин может привести к неполному извлечению лигнина и соответственно, к снижению конечной белизны. Необходимое и достаточное время для полного растворения лигнина составляет 1,0 ч.

Поскольку для проведения делигнификации хвойной сульфатной целлюлозы пероксидом водорода (в отсутствие силиката натрия) необходимо поддерживать высокощелочную среду - оптимальный рН 12-10,8, так как именно при таком рН происходит лучшее извлечение окисленного лигнина из волокон хвойной целлюлозы, то наилучшие результаты по белизне отвечают распределению гидрооксида натрия по ступеням щелочной обработки и пероксидной делигнификации 1: 1-1:4.

П р и м е р 1. Способ отбелки сульфатной целлюлозы осуществляют следующим образом. Навеску сульфатной целлюлозы из сосновой древесины в количестве 10,0 г дезинтегрируют в воде, отжимают, взвешивают и переносят в колбу. Характеристики исходной целлюлозы: жесткость - 112 п.е., белизна 26%, степень полимеризации 11 00.

В колбу приливают 2,74 мл 1 н. раствора соляной кислоты (1% НСl от массы абсолютно сухой целлюлозы = 100 мг HCl), доливают воду до концентрации массы 10%. Начальное значение рН массы 2,3. Обработку осуществляют в течение 3 ч, затем целлюлозную массу переносят на большой стеклянный фильтр, фильтруют и измеряют его рН. Конечное значение рН 2,5. Целлюлозную массу промывают дистиллированной водой до рН 6,5, отсасывают воду, взвешивают и переносят в ту же колбу для обработки щелочью.

Щелочную обработку проводят гидрооксидом натрия при концентрации массы 10% в течение 1 ч, добавляя в колбу с массой 2,5 мл 1 н NaОН 100 мг или 1% от массы абсолютно сухой целлюлозы или 1/4 часть от расхода NaОН на следующей ступени пероксидной делигнификации. Затем колбу извлекают из термостата. По окончании щелочной отбелки массу отфильтровывают и промывают дистиллированной водой до рН 8 (рН отработанного раствора 10,0). Затем целлюлозную массу после промывки подвергают делигнификации пероксидом водорода и щелочью.

Делигнификацию пероксидом водорода с добавлением гидрооксида натрия проводят при расходе Н₂С₂ 0,5% от массы абсолютно сухой целлюлозы и расходе NaOH 0,5% от массы абсолютно сухой целлюлозы и расходе Н₂О₂ 0,5% от массы абсолютно сухой целлюлозы при концентрации массы 10%. Для этого в колбу с массой добавляют 10 мл 1 н. раствора NaОН (400 мг) и 0,333 г 15%-ного раствора Н₂О₂ (50 мг), доливают воду до общего веса массы 100 г и, тщательно перемешав массу, помещают колбу в термостат с температурой 70^оС.

Через 3 ч обработки колбу извлекают из термостата, целлюлозу переносят на фильтр и отделяют от отработанного раствора, который после измерения рН (рН = 12,0) используют для проведения щелочной обработки. Целлюлозу промывают водой до рН 7,5 и после отжима воды переносят в колбу на 200 мл для проведения добелки диоксидом хлора в две ступени с промежуточной щелочной обработкой по схеме Д₁-Щ -Д₂ - К.

Ступень Д₁ проводят с расходом 0,8% диоксида хлора (в ед.СlО₂) без буфера при концентрации массы 6,6%, температуре 80^оС, продолжительности 1 ч. После обработки промывают дистиллированной водой до рН 7.

Ступень Щ проводят при расходе гидрооксида натрия 1,0% от массы абсолютно сухой целлюлозы, температуре 80^оС, концентрации массы 10%, продолжительности 0,5 ч. После обработки целлюлозу промывают дистиллированной водой до рН 7.

Ступень Д₂ проводят с расходом 0,6% диоксида хлора (в ед.ClО₂) с фосфатным буфером при рН 6,4, продолжительность 2 ч. Остальные условия такие же, как на ступени Д₁. После обработки целлюлозу промывают дистиллированной водой и проводят кисловку при комнатной температуре в течение 1 ч, при концентрации массы 3%, расходе серной кислоты 1% от массы абсолютно сухой целлюлозы. После обработки целлюлозу промывают дистиллированной водой, высушивают и анализируют.

Белизна целлюлозы 84,5%. Степень полимеризации СП 810, выход 92,0%. Результаты представлены в таблице.

Примеры 2-11 осуществляют аналогично примеру 1, технологические параметры их осуществления, а также результаты приведены в таблице.

Из данных таблицы видно, что предлагаемый способ позволяет повысить белизну целлюлозы. Сравнительные опыты по предлагаемому способу и способу-прототипу приведены в сопоставимых условиях с использованием одинаковой исходной хвойной целлюлозы.

Формула изобретения

1. СПОСОБ ОТБЕЛКИ ХВОЙНОЙ СУЛЬФАТНОЙ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ, включающий обработку исходной целлюлозной суспензии минеральной кислотой при 70 - 95^oС и рН 1,2 - 2,5, промывку водой, делигнификацию пероксидом водорода с добавлением гидрооксида натрия при расходе пероксида водорода 0,5 - 2,5% от массы абсолютно сухой целлюлозы при той же температуре и последующую промывку массы водой, отличающийся тем, что перед делигнификацией пероксидом водорода целлюлозную суспензию предварительно обрабатывают щелочным раствором на основе гидрооксида натрия при его расходе 1 - 3% в ед. NaOH от массы абсолютно сухой целлюлозы в течение 0,5 - 1,0 ч при рН_кон 10 - 11 с последующей промывкой водой до рН 7 - 8, а на стадии делигнификации пероксидом водорода гидрооксид натрия берут в количестве 2 - 4% до рН 10,8 - 12,0, при этом процесс ведут при соотношении гидрооксида натрия на стадиях предварительной обработки и делигнификации пероксидом водорода соответственно 1 : 1 - 4.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве щелочного раствора используют гидрооксид натрия или его смесь с отработанным раствором от стадии делигнификации пероксидом водорода.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве минеральной кислоты используют серную или соляную кислоту.

4. Способ по пп.1 и 3, отличающийся тем, что используют свежую кислоту или ее смесь с отработанной кислотой в соотношении 1 : 1.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2