Введение к работе
Актуальность темы. В повседневной жизни человека большую роль играет бумажная продукция, среди различных видов которой одно из важных мест занимает бумага, предназначенная для печати и письма. Такая бумага должна отвечать ряду требований и одним из основных критериев ее качества является белизна. Для производства бумаги растительное сырье необходимо подвергнуть делипшфикации -удалению из древесного сырья лигнина. Первоначально делигпификация осуществляется в ходе варки древесины. Полученный полуфабрикат можно использовать для производства различной бумажной продукции, но в ряде случаев (в частности для получения писчей бумаги) необходимо проводить отбелку для удаления остаточного лигнина. В сульфатной целлюлозе содержание остаточного лигнина может достигать 5 %. Для производства бумаги с высокой степенью белизны присутствие остаточного лигнина в целлюлозе неприемлемо, так как в его структуре содержатся группировки, придающие нежелательную окраску целлюлозе и вырабатываемой из нее бумаге.
Долгое время отбелка целлюлозы осуществлялась с использованием хлора. В последние десятилетия были ужесточены меры контроля по выбросам в окружающую среду предъявляемые к промышленным предприятиям. Эти меры по охране окружающей среды коснулись и предприятий, относящихся к целлюлозно-бумажной отрасли. В ходе отбелки целлюлозы хлором образуется и попадает в окружающую среду и бумажную продукцию некоторое количество диоксинов, часть из которых является особо токсичными. В связи с этим были предприняты попытки применения не содержащих хлор отбеливающих реагентов, таких как - кислород, озон, пероксид водорода и другие перокси-соединения. Отбелка не содержащими хлор реагентами дает приемлемые результаты. Но отбелка целлюлозы хлором имеет ряд преимуществ, прежде всего, высокую селективность и общую простоту технологии. Таким образом, на сегодняшний день актуальным является повышение отбелки целлюлозы реагентами не содержащими хлор.
Решение проблемы строения остаточного лигнина, понимание природы его образования и, особенно, связи с углеводами позволит увеличить эффективность как делигнификации в целом, так и отбелки в частности. Для изучения остаточного лигнина, прежде всего, необходимо разработать метод и оптимальные условия его выделения, которые бы позволили получить остаточный лигнин в наименее измененном виде для дальнейшего анализа его структуры.
Для установления природы и устойчивости связей между лигнином и углеводами большое значение имеет вопрос о химическом поведении веществ моделирующих различные типы лигно-углеводных связей в условиях выделения остаточных лигнинов и отбелки целлюлозы.
Данная работа была выполнена в рамках контракта по теме «Структура остаточных лигнинов сульфатной и антрахннон-щелочной целлюлозы» при финансировании Высшей школы бумажников и полиграфии (Гренобль, Франция).
Целью работы является выделение остаточного лигнина из сульфатной целлюлозы, изучение его строения и химического поведения в условиях отбелки целлюлозы.
Для достижения поставленной цели решались следующие основные задачи:
определение оптимальных условий выделения остаточного лигнина в наименее измененном виде с максимальным выходом водными растворами уксусной кислоты СНзСООН в присутствии хлорида цинка ZnCb при варьировании концентраций реагентов, времени и температуры обработки;
изучение строения остаточных лигнинов с использованием методов физико-химического анализа;
синтез модельных соединений, содержащих различные типы лигно-углеводных связей (фенилгликозидную и С-О-С* простую эфирную);
изучение химического поведения соединений, моделирующих связи в лигнине и лигпо-углеводные связи, в условиях выделения остаточных лигнинов и отбелки целлюлозы.
Научная новизна роботы. Определены оптимальные условия выделения остаточного лигнина сульфатной целлюлозы смесью CHsCOOH-H^O-ZnCb.
Комплексом методов физико-химического анализа показано, что по своей структуре остаточный лигнин, выделенный смесью СНзСООН-НгО-гпСЬ, менее изменяется при выделении и содержит меньше конденсированных структур и углеводных компонентов по сравнению с лигнинами, выделенными смесью диоксан-Н20-НС1 или в ходе энзиматического гидролиза.
Впервые на модельных соединениях проанализирована стабильность связей в лигнине и лигно-углеводных связей в условиях выделения остаточного лигнина и отбелки целлюлозы.
Практическая ценность работы. Полученная информация о выделении и строении остаточных лигнинов, а также сведения по устойчивости в различных условиях связей в лигнине и лигно-углеводных связей представляют большое значение для целлюлозпо-бумажного промышленности и, в частности, в решении проблем, связанных с увеличением эффективности делигнификации и отбелки целлюлозы.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы доложены на международном симпозиуме «Строение, свойства и качество древесины - 2004» (Санкт-Петербург, 2004) и на ежегодных научно-технических конференциях СПбГЛТА (2003-2005 гг.).
Публикации. По теме диссертации имеется 3 публикации.
Объем и структура работы. Диссертация изложена на 122 страницах текста и состоит из введения, литературного обзора, 5 глав, методической части, заключения, списка литературы (104 наименования) и приложения. Диссертация содержит 35 рисунка и 18 таблиц.
