СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ФИБРИЛЛИРОВАННЫХ ЦЕЛЛЮЛОЗНЫХ ВОЛОКОН
METHOD OF OBTAINING FIBRILLATED CELLULOSE FIBRES

Изобретение относится к технологиям получения фибриллированных целлюлозных волокон путем измельчения целлюлозы и может быть использовано в целлюлозно-бумажном производстве, а также в различных отраслях промышленности в процессах извлечения из воды ионов металлов с применением сорбентов-собирателей, при получении органоминеральных сорбентов, используемых для очистки сточных вод и газовых выбросов от вредных веществ, а также при получении органоминеральных наполнителей-упрочнителей.
Известно, что измельченные и фибриллированные целлюлозные волокна благодаря своей высокой активности приобретают новые положительные свойства, которые позволяют эффективно использовать их при изготовлении многих видов бумаги, в качестве упрочняющих добавок в различные материалы и т.д. В каждом случае использования фибриллированных целлюлозных волокон выбирают материал с конкретным набором характеристик. Этот набор в значительной мере определяется свойствами целлюлозы, условиями ее измельчения и/или разволокнения, степенью измельчения, аппаратурным оснащением этих процессов.
Однако одна область использования измельченных целлюлозных волокон до сих пор оказалась вне зоны внимания исследователей, технологов, изобретателей. Самое важное в этой области - применение фибриллированных и микрофибриллированных волокон в процессах очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов в качестве сорбента-собирателя и флотоагента во флотационных технологиях очистки, в качестве сорбента-собирателя и осадителя - в технологиях очистки осаждением.
Известна технология получения супермикрофибриллированной целлюлозы (US, 6214163, МПК D21C 9/00, D21D 1/36, D21H 27/28, D21H 11/00, D21H 27/30, опубл. 10.04.2001 г.). Ее получают путем пропускания жидкой, предварительно размолотой массы через два или более дефибрера с получением микрофибриллированной массы и дополнительным суперфибриллированием ее в гомогенизаторе, работающем при высоком давлении. Характеристики материала: волокна имеют среднюю длину 0,05-0,1 мм, водоудержание массы из волокон - минимум 350%, количество волокон - не длиннее 0,25 мм не менее 95% от общего числа волокон, отношение длины к диаметру волокна - не менее 50.
Известны также способ и установка для получения микрофибриллированной целлюлозы (ЕР 1538257 МПК D21D 1/30, опубл. 08.06.2005 г.). В способе дисперсию целлюлозы с концентрацией 1-6 мас.% пропускают через дисковый рафинер от 10 до 90 раз. Длительность обработки составляет от 120 минут при 20-кратной до 540 минут при 90-кратной обработке. Температура дисперсии в процессе ее обработки поднимается от 20 до 72°С. В результате получают волокна со средней длиной не более 0,2 мм в одном варианте и до 0,1-0,2 мм - в другом. Величина удержания воды в этих вариантах 10 и 35 мл/г волокна, соответственно.
Не касаясь вопроса традиционного использования таких материалов, например, в производстве бумаги, было проведено сравнение показателей по активности и емкости фибриллированных, микро- и супермикрофибриллированных волокон при их использовании в качестве сорбентов-собирателей при очистке воды от ионов металлов флотированием или осаждением их соединений. Подробное обсуждение результатов не может быть приведено в данном описании, поскольку они напрямую не связаны с предметом изобретения по п.1 формулы. Однако для обозначения недостатков известных материалов и преимуществ предлагаемого материала при очистке воды следует дать краткие выводы из проведенных испытаний. Активность, емкость и эффективность всех трех материалов очень велики, превосходят показатели всех известных сорбентов и практически одинаковы. Однако при уменьшении размера волокон и увеличении водоудержания в массе усиливается тенденция к образованию гидрозоля, особенно при наличии сорбированных на волокнах частиц соединений металлов, также склонных к образованию гидрозолей. Поэтому в процессах обработки флотошлама или осадка, включающих их обезвоживание, обнаруживается разница, более чем существенная, в пользу материала по предлагаемому способу.
Недостатки материалов по известным способам их получения, имеющие отношение к указанной нетрадиционной области их применения, - высокая сложность переработки продуктов очистки воды.
Положительные результаты от использования предлагаемого изобретения - обеспечение возможности эффективной переработки продуктов очистки воды с получением новых материалов.
Указанные результаты достигаются тем, что в способе получения фибриллированных целлюлозных волокон путем обработки целлюлозы в размольном аппарате согласно изобретению в качестве целлюлозы берут избыточный скоп из флотоловушки бумагоделательной машины, обработку ведут до степени измельчения, при которой фибриллированные целлюлозные волокна содержат, в расчете на их массу, не менее 94% волокон с длиной не более 1,23 мм и не менее 52% с длиной волокон не более 0,6 мм, а водоудержание в массе - не более 4 мл/г волокна. Фибриллированные целлюлозные волокна направляют для использования в качестве сорбента-собирателя в процессах очистки сточных или природных вод от ионов металлов.
Способ осуществляют следующим образом. Сгущенный скоп из флотоловушки бумагоделательной машины с концентрацией 9-11% разбавляют в диспергаторе до концентрации 3% и обрабатывают на ролле в течение 15 минут. Берут пробу дисперсии и анализируют на приборе Каяни FS-100 с расшифровкой данных по длине волокон и массовой доле волокон с разной длиной. Измеряют степень размола в °ШР. Если длина измельченных волокон превышает заданную, их обработку в ролле продолжают до заданной степени измельчения. При измельчении скопа она соответствует степени помола 73-75°ШР.
При получении фибриллированных целлюлозных волокон для указанной цели можно использовать свежую целлюлозу с соответствующим подбором режима ее измельчения. Однако предпочтительнее использовать скоп, поскольку он изначально состоит из мелких и в некоторой степени фибриллированных волокон.