Бисульфитный способ получения волокнистых полуфабрикатов из целлюлозосодержащего сырья для производства упаковки

ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ

УДК 676.1.022

БИСУЛЬФИТНЫЙ СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВОЛОКНИСТЫХ ПОЛУФАБРИКАТОВ ИЗ ЦЕЛЛЮЛОЗОСОДЕРЖАЩЕГО СЫРЬЯ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА УПАКОВКИ

Доктора техн. наук КАРПУНИН И. И., КУЗЬМИЧ В. В., ннж. БАЛАБАНОВА Т. Ф.

Белорусский национальный технический университет

В настоящее время наибольшее распространение для производства волокнистых полуфабрикатов, используемых для выпуска упаковочных бумаги и картона, из растительного сырья получил магний-бисульфитный способ.

Магний-бисульфитная варка растительного сырья в сочетании с регенерацией химикатов позволяет решить три основные проблемы сульфитцеллюлозного производства, к которым относятся эффективная регенерация применяемых химикатов, защита водоемов от загрязнения отработанными щелоками, экономное использование органической части щелоков с целью производства пара. В настоящее время по экологическим проблемам очистки сточных вод проведен ряд исследований [1].

Известно [2, 3], что как при сульфитной, так и при бисульфитной варках в процессе делиг-нификации растительного сырья происходят следующие реакции: сульфонирование и конденсация лигнина, растворение лигнина и углеводов, гидролитическая деградация углеводов в древесном остатке и варочном растворе. Кроме указанных выше реакций, протекает взаимодействие бисульфонатов с растворенными органическими веществами растительного сырья, а также происходят побочные реакции чисто неорганического характера.

Разные температуры и продолжительности сульфитной и бисульфитной варок применяются для достижения определенной степени де-лигнификации. Большинство исследователей считают, что процесс делигнификации протекает в две стадии. На первой стадии происходит сульфонирование лигнина в твердой фазе, а на второй - гидролиз твердых лигносульфо-новых кислот, которые могут дополнительно сульфонироваться в варочном растворе. В ре-

зультате скорость делигнификации определяется гидролизом в том случае, когда кислотность варочного раствора низкая, что характерно для бисульфитной варки растительного сырья. Однако при высокой кислотности и низком содержании двуокиси серы определяющей скоростью делигнификации является сульфирование лигнина.

Сульфирование лигнина - одна из основных реакций для делигнификации растительного сырья. Это гетерогенная топохимическая реакция, а степень сульфонирования определяется отношением 8/ОСН3, т. е. количеством сульфо-групп, приходящихся на фенилпропановый мономер. Полученные результаты согласно методике [3] показывают, что при одинаковых условиях бисульфитной варки делигнификация с бисульфитом магния протекает примерно в 1,2 раза быстрее, чем с бисульфитом натрия. При этом энергия активации делигнификации (при бисульфитной варке на магниевом основании) составляла 124,5 кДж/моль, что больше, чем на натриевом основании (112,3 кДж/моль).

Литературные источники [4, 5] показывают, что качественные показатели бисульфитной целлюлозы обусловливаются выделением ее из растительного сырья в слабокислой среде би-сульфитной варки.

В отличие от сульфитной варки древесины и костры льна для бисульфитной характерен более высокий выход целлюлозы. Это в основном объясняется лучшим сохранением геми-целлюлоз. Проведенные нами бисульфитные варки растительного сырья (еловой древесины) показывают, что при приблизительно одинаковом содержании лигнина в целевом продукте (целлюлозе) выход целевого продукта зависит от содержания в нем гемицеллюлоз. Нами так-

Наука итехника, № 2, 2012

же исследовано влияние количества гемицел-люлоз на физико-механические показатели целевого продукта. Для изучения качественных показателей целевого продукта проводили его размол до 60 °ШР. Отливки просушивали и определяли их физико-механические показатели согласно ГОСТ 13525-1-79. Полученные результаты представлены в табл. 1 и 2. Содержание гемицеллюлоз в целевом продукте определяли согласно методике, изложенной в [6].

Таблица 1

Физико-механические показатели полученного целевого продукта в зависимости от содержания гемицеллюлоз

Содержание лигнина в целевом продукте, % Размол целевого продукта, °ШР Разрывная длина, м Число двойных перегибов Сопротивление продавливанию, кПа Сопротивление раздиранию, мН

5,3 60 6570 678 192 212

6,1 61 6550 670 190 210

9,4 60 5420 512 142 142

10,5 59 4960 423 114 105

12,1 60 4030 342 91 70

Примечание. Выбирались образцы примерно с одинаковым содержанием гемицеллюлоз.

Таблица 2

Физико-механические показатели полученного целевого продукта в зависимости от содержания остаточного лигнина

Содержание ге-мицеллюлоз в целевом продукте, % Размол целевого продукта, °ШР Разрывная длина, м Число двойных перегибов Сопротивление продавливанию, кПа Сопротивление раздиранию, мН

3,2 60 6890 842 307 253

3,9 61 6850 830 304 244

7,1 60 5440 711 223 175

8,2 59 4610 609 192 112

9,5 60 4020 512 175 90

Примечание. Выбирались образцы примерно с одинаковым содержанием лигнина.

Из данных, представленных в табл. 1 и 2, следует, что содержание гемицеллюлоз влияет на физико-механические показатели целевого продукта. При этом в зависимости от содержания гемицеллюлоз в целевом продукте (до 3-4 %) и оставшегося лигнина физико-механические показатели изменяются. С возрастанием содер-

Химическая технология

жания гемицеллюлоз в целевом продукте свыше 3-4 % и лигнина свыше 6-7 % ухудшаются его качественные (физико-механические) показатели. Это указывает на то, что при производстве упаковки для улучшения ее физико-механических показателей важное значение имеет протекание реакций сульфонирования (с целью удаления лигнина при бисульфитной варке растительного сырья) при получении целевого продукта, а также содержание в нем геми-целлюлоз.

В Ы В О Д

Результаты показывают, что из полученного целевого продукта магний-бисульфитной варкой растительного сырья (на основании физико-механических показателей) можно производить качественную упаковку для различных изделий. При этом на выход и качественные показатели целевого продукта влияет содержание в нем гемицеллюлоз и оставшегося лигнина: чем больше в продукте содержится геми-целлюлоз и лигнина, тем больше его выход (55,4 %) и меньше физико-механические показатели. Однако содержание гемицеллюлоз в целевом продукте не должно превышать 3-4 %, лигнина 5-6 %; при таком их количестве физико-механические показатели существенно не изменяются.

Л И Т Е Р А Т У Р А

1. Кузьмич, В. В. Загрязнение окружающей среды и эффективность сжигания гидростабилизированных углеводородных топлив / В. В. Кузьмич // Энергоэффективные технологии. Образование. Наука. Практика: материалы Междунар. науч.-техн. конф. - Минск: БНТУ, 2010. - Т. 2.

2. Непенин, Н. Н. Очистка, сушка и отбелка целлюлозы / Н. Н. Непенин, Ю. Н. Непенин. - М.: Экология, 1994. - С. 592.

3. Бобров, А. И. Производство бисульфитной целлюлозы / А. И. Бобров, М. Г. Мутовина. - М.: Лесн. пром-сть, 1979. - С. 192.

4. Бобров, А. И. Бисульфитная варка древесины лиственницы / А. И. Бобров, М. Г. Мутовина // Реферативная информ. Химическая переработка древесины. - М., 1967. - № 26.

5. Непенин, Н. Н. Производство сульфитной целлюлозы / Н. Н. Непенин. - М.: Лесная пром-сть, 1976. - Т. 1.

6. Оболенская, А. В. Лабораторные работы по химии древесины и целлюлозы / А. В. Оболенская, З. П. Ельниц-кая, А. А. Леонович. - М., 1991. - 320 с.

Поступила 26.01.2011

Наука итехника, № 2, 2012