Введение к работе
Актуальность темы. Лиственная сульфатная беленая целлюлоза в настоящее время является одним из основных полуфабрикатов в производстве писчих и печатных видов бумаги. Развитие технологии производства сульфатной целлюлозы предусматривает снижение расхода диоксида хлора, используемого при отбелке, что позволяет уменьшить содержание остаточного общего органического хлора в беленой целлюлозе и количество адсорбируемых оргаїшческих галогенов в сточных водах. Снижение расхода диоксида хлора может быть достигнуто как введением в схему отбелки кислородсодержащих белящих реагентов, так и повышением белимости целлюлозы путем оптимизации условий варки. Белимость целлюлозы, определяемая расходом белящих реагентов на единицу Каппа небеленой целлюлозы, обусловлена реакционной способностью остаточного лигнина, а для лиственной целлюлозы также содержанием групп гексе-нуроновых кислот.
Имеющиеся данные о влиянии структуры остаточного лигнина и содержания групп гексенуроновых кислот на белимость относятся к сульфатной хвойной целлюлозе, подвергнутой кислородно-щелочной обработке, и целлюлозе, полученной из тропических пород древесины. Действие этих факторов рассматривается независимо друг от друга. Влияние условий варки на белимость целлюлозы, полученной из лиственных пород древесины (береза и осина) Северо-Западного региона России, до настоящего времени не изучалось.
В связи с этим становятся актуальными исследования влияния условий варки на белимость, содержание групп гексенуроновых кислот, содержание и структуру остаточного лигнина, физико-механические и деформационные свойства сульфатной целлюлозы из древесины лиственных пород, произрастающих в северной климатической зоне России.
Цель и задачи исследования. Цель работы — установить параметры варки, обеспечивающие получение сульфатной лиственной целлюлозы повышенной белимости, которая, в свою очередь, обусловлена структурой остаточного лигнина и уровнем содержания групп гексенуроновых кислот. Для достижения данной цели решались следующие задачи:
-
Исследовать влияние основных параметров варки (температура, начальная концентрация активной щелочи, продолжительность, сульфидность) на белимость лиственной сульфатной целлюлозы в интервале значений числа Каппа 14...22.
-
Изучить влияние содержания остаточного лигнина и групп гексенуроновых кислот на белимость лиственной сульфатной целлюлозы.
-
Проанализировать совместное влияние условий варки на соотношение числа Каппа, содержание остаточного лигнина и групп гексенуроновых кислот.
-
Исследовать влияние основных параметров варки на структуру остаточных лигнинов, выделенных из образцов лиственной сульфатной целлюлозы, обладающих различной белимостью.
5. Дать качественную оценку влияния основных параметров варки и породного состава лиственной древесины на деформационные и прочностные свойства небеленой целлюлозы.
Научная новизна. Показано, что для получения лиственной сульфатной целлюлозы, обладающей повышенной белимостью, следует одновременно рассматривать влияние двух параметров: концентрации активной щелочи и температуры варки. В исследованном диапазоне их значений повышение белимости обеспечивается при варке в интервале температур 155...160 С и начальной концентрации активной щелочи не менее 52 г/л.
Установлено, что повышение белимости лиственной сульфатной целлюлозы связано с изменениями структуры остаточного лигнина: снижением содержания карбонильных групп (в том числе в структурах хинонов) и структур ди-бензодиоксинов.
Выявлено, что условия варки, обеспечивающие повышенную реакционную способность остаточного лигнина, одновременно приводят к повышению содержания групп гексенуроновых кислот. Поэтому нецелесообразно уменьшать их содержание в лиственной небеленой целлюлозе в процессе варки.
Практическая ценность. Показано, что основное влияние на белимость лиственной сульфатной целлюлозы оказывает структура остаточного лигнина, а не содержание групп гексенуроновых кислот. Установлено, что при оптимизации режима варки следует одновременно рассматривать влияние двух параметров: концентрации активной щелочи и температуры варки, которые обеспечивают высокую реакционную способность остаточного лигнина и тем самым максимально возможную в данных условиях белимость. Выявлены оптимальные значения температуры варки, концентрации активной щелочи (в исследованном диапазоне). Оптимальные условия варки позволяют повысить конечную белизну целлюлозы на 1,5 % без изменения условий отбелки.
Апробация работы. Основные положения диссертации были доложены и получили положительную оценку на международных конференциях: "Экология северных территорий России. Проблемы, прогноз ситуации, пути развития, решения" (г. Архангельск, 2002 г.); "Проблемы развития российской целлюлозно-бумажной промышленности" (г. Москва, 2003 г.); "Физикохимия лигнина" (г.Архангельск, 2006 г.); на VIII Международной научно-технической конференции PAP-FOR (г. Санкт-Петербург, 2004 г.), а также ежегодных научно-технических конференциях Архангельского ГТУ (2001 — 2005 г.);
Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 работ.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, методической части, экспериментальной части, включающей 4 главы, общих выводов, библиографического списка. Содержание работы изложено на 115 страницах, включая 20 рисунков и 21 таблицу, библиографический список содержит 132 наименования.
Автором выносятся на защиту следующие основные положения диссертационной работы:
-
Результаты исследования влияния температуры варки и начальной концентрации активной щелочи на содержание групп гексенуроновых кислот, структуру остаточного лигнина и белимость лиственной сульфатной целлюлозы.
-
Материалы о влиянии параметров варки и породного состава лиственной древесины на деформационные и прочностные характеристики сульфатной целлюлозы.
-
Данные о преимущественной зависимости белимости лиственной сульфатной целлюлозы с низким значением числа Каппа от структуры остаточного лигнина, а не от содержания групп гексенуроновых кислот.
-
Режим сульфатной варки лиственной целлюлозы, обеспечивающий её высокую белимость, при содержании групп гексенуроновых кислот на уровне 30...45 ммоль/кг.
