Лекция 2. Высокое содержание лигнина в технической целлюлозе нежелательно

13.02.2012

Высокое содержание лигнина в технической целлюлозе нежелательно. Волокно, которое содержит много лигнина, теряет свою гибкость и, следовательно, бумагообразующие свойства.

Высокое содержание лигнина приводит к пожелтению бумаги. Поэтому техническая целлюлоза, которая используется для производства высококачественных видов полиграфической бумаги, должна содержать десятые доли процента лигнина. Процесс пожелтения бумаги под действием света носит название РЕВЕРСИЯ БЕЛЕЗНЫ.

Экстрактивные вещества. Понятие экстрактивных веществ охватывает большое число разных соединений, которые можно извлекать из технической целлюлозы, экстрагируя ее: холодной водой, горячей водой, спиртом, бензолом. Несмотря на незначительное содержание экстрактивных веществ в технической целлюлозе (до 1,5 %), они играют отрицательную роль при получении бумаги. Появление пятен на бумаге при ее длительном хранении связано с выпотеванием экстрактивных веществ. Некоторые экстрактивные вещества желательны, так как они подавляют размножение в бумаге микроорганизмов и бактерий, которые в свою очередь вызывают деструкцию бумаги при ее длительном хранении.

4. Производство технической целлюлозы

Все методы получения технической целлюлозы основаны на удалении из растительного сырья лигнина и частично гемицеллюлоз. В основу классификации методов получения целлюлозы заложен вид реагента, который используется при обработке растительного сырья. Различают следующие способы:

v сульфатный;

v сульфитный;

v натронный;

v органосольвентный;

v кислородно-щелочной.

При сульфатном способе реагентом является водный раствор сульфида натрия: Na₂S+NaOH.

При сульфитном – водный раствор Ca, Mg, NH₄⁺ -- солей сернистой H₂SO₃.

При натронном водный раствор NaOH.

При органосольвентном – водный раствор спиртов.

Кислородно-щелочной – кислород и щелочь.

Независимо от способа получения технической целлюлозы сырье поступает на завод в виде бревен с диаметром до 250 мм, длиной 5-6 метров. Очищается от коры на корообдирочных машинах и рубится в щепу на рубительных машинах. Затем отсортированная щепа поступает в котел. В котле щепу пропитывают варочным реагентом, который нагревают до 170^о. За счет действия химических реагентов происходит растворение лигнина и части гемицеллюлоз. При этом щепа распадается на волокна. Полученную техническую целлюлозу промывают и удаляют из нее различные загрязнения (песок, кора, сучки, прочий сор). Выход технической целлюлозы от древесного сырья составляет 40-50 %. В зависимости от содержания лигнина она бывает мягкой (мало) и жесткой (много). Белизна целлюлозы после варки составляет 40-60 % белого. При этом сульфатная целлюлоза наиболее темная, но и наиболее прочная. Сульфитная целлюлоза самая светлая, а ее прочность невысока.

Процесс повышения белизны целлюлозы – ОТБЕЛКА. Для отбелки используют хлор два, диоксид хлора, перекись водорода, кислород, озон. Процесс отбелки двухстадийный – на первой стадии лигнин окисляют перечисленными реагентами, а затем экстрагируют щелочью. Количество таких стадий (ступеней) составляет 6-7. Процесс проводят при невысоких температурах (до 40^о). В процессе отбелки прочность целлюлозы падает на 5-7 %, а белизна повышается до 78-95 % белого.

5. Свойства и получение древесной массы (ДМ)

ДМ – волокнистый полуфабрикат, полученный механическим разделением древесины на волокна. Так как при получении ДМ лигнин не удаляют, то она представляет собой грубые волокна, из которых получают бумагу с низкой прочностью. Введение в композицию бумаги ДМ обусловлено только экономическими причинами. ДМ всегда дешевле технической целлюлозы. Кроме того, некоторые слои картона совершенно не обязательно изготавливать из качественной технической целлюлозы.

Различают два метода получения древесной массы:

1) дефибрерный;

2) рафиниорный.

Общий принцип получения ДЕФИБРЕРНОЙ ДМ заключается в истирании очищенных от коры бревен абразивной поверхностью специального вращающегося камня, изготовленного из базальта или керамики. Водная среда и высокая температура в месте истирания пластифицируют (размягчают) лигнин, в результате связи между волокнами древесины ослабевают и волокна разделяются. (Рис. 4)

Рисунок 4

Различают три вида ДДМ: БЕЛАЯ, БУРАЯ и ХИМИЧЕСКАЯ. Белая ДДМ – древесину предварительно ничем не обрабатывают. Бурая ДДМ – древесину предварительно пропаривают. Химическая ДДМ – древесину предварительно обрабатывают химическим реагентом.

Рафиниорная ДМ (рис. 5) получается истиранием измельченной в щепу древесины на дисковых мельницах (рафиниорных). Рафинер – аппарат, внутри которого вращаются диски, поверхность которых снабжена режущими элементами. В таком аппарате можно регулировать зазор между дисками и скорость вращения. По сравнению с ДДМ РДМ имеет более длинные и гибкие волокна и, следовательно, более высокие бумагообразующие свойства. Рафиниорная масса подразделяется на три вида: ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКУЮ, ХИМИКО-ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКУЮ, ХИМИЧЕСКЮ МОДИФИЦИРОВАННУЮ.

Рисунок 5

Все виды ДМ подлежат отбелке.

Лекция 3

20.02.12

Отбелку всех видов ДМ осуществляют по принципу, отличному от отбелки целлюлозы. При отбелке целлюлозы основные процессы направлены на удаление остаточного лигнина. При отбелке ДМ основные процессы направлены на обесцвечивание хромофорных групп лигнина, отвечающих за его цвет. На небеленую ДМ воздействуют слабыми окислителями и восстановителями, которые временно «отключают» хромофорные группы лигнина. Основной недостаток полуфабрикатов, которые содержат лигнин, присущ и ДМ. Этот недостаток – реверсия белизны. (Например: газетную бумагу чаще всего полностью изготавливают из рафинерной ДМ, поэтому на свету она желтеет).