Отбелка целлюлозы

Достичь высокой белизны целлюлозы одноразовой обработкой каким-либо белящим реагентом невозможно. Для придания требуемых свойств и одновременно для рационального использования реагентов отбелку происходят по многоступенчатой схеме. К основным факторам, влияющим на качество и выход беленой целлюлозы, относятся: качество исходной небеленой целлюлозы, расход и вид белящих реагентов, продолжительность и температура обработки, рН среды и концентрация масс.

Хлорирование (Х) является наиболее дешевым методом отбелки волокна. В специальных смесителях небеленую целлюлозу смешивают с газообразным хлором или хлорной водой и направляют в башню хлорирования. Соляная и хлорноватистая кислоты, образующиеся по реакции

C l₂+НОН НCl + НClО,

обуславливают протекание процесса в кислой среде. Для хлорирования характерна образование хлорлигнина, придающего целлюлозной массе яркую оранжево-красную окраску, с которой она выходит из башни хлорирования и поступает на промывку водой, а затем на щелочную обработку (Щ) (обработка массы раствором едкого натра). Хлорирование проводят при температуре 20-40⁰С, концентрации массы 3-3,5%: и времени пребывания в башне 40-45 мин. Расход хлора на хлорирование в зависимости от степени делигнификации целлюлоз составляет 50-70% общей потребности на отбелку.

Отбелка гипохлоритами (Г). В результате гидролиза гипохлоритов кальция и натрия образуются соответствующие щелочи – гидроокись кальция и натрия, придающие среду щелочную реакцию

NaОCl+НОН NaОН+НClО.

В этих условиях хлорноватистая кислота легко разлагается на соляную кислоту и атомарный кислород:

НClО НCl+О.

Атомарный кислород в момент выделения обладает сильной химической активностью и интенсивно окисляет и разрушает окрашивающие и лигнинные вещества, а также обесцвечивает волокнистый материал.

Второй по значимости реакцией является хлорирование лигнина за счет выделения хлора по реакции:

NaОCl+2НCl NaCl+Н₂О+Cl₂.

Гипохлоритную отбелку целлюлозы проводят в башнях гипохлоритной отбелки в щелочной среде при рН 8-9, концентрации массы 10-12%, температуре 35-40⁰Св течении 2-3ч. Для повышения качества целлюлозы гипохлоритную отбелку обычно разделяют на две ступени с промежуточной промывкой массы водой и щелочением. Расход хлора на отбелку составляет около 1% к массе волокна.

Отбелку двуокисью хлора (Д) широко применяют в последние годы из-за избирательного и эффективного действия этого не затрагивающего целлюлозы реагента на лигнин. Отбелка двуокисью позволяет достичь высокой белизны без заметного снижения прочности целлюлозы и проводится в кислой среде при концентрации массы 7-14%, температуре 50-80⁰С, продолжительностью обработки 1-3ч. и расходе активного хлора 0,2-1% массы волокна. Отбелка двуокисью может проводиться в две ступени со щелочением между ними.

Отбелка перекисями. Особенность перекиси как белящего реагента состоит в способности хорошо отбеливать соринки, состоящего из коры и луба, и повышать белизну полуфабрикатов даже высоким содержанием лигнина. Перекись и гидросульфит оказывают свое отбеливающее действие, изменяя структуру лигнина и смол в твердом состоянии, не удаляя их и не разрушая волокна.

Отбелку перекисью проводят при температуре 50-90⁰С, расходе перекиси 0,3-25 массы волокна, продолжительности 12 ч., концентрацией массы 10-12%.(1)

Кислородно-щелочная отбелка. При кислородно-щелочной делигнификации целлюлозы протекают следующие химические и физик-химические процессы:

- окисление лигнина;

- окислительная деструкция целлюлозы и других полисахаридов;

- облагораживание целлюлозы, то есть растворение в щелочи низкомолекулярных фракций целлюлозы, гемицеллюлоз, экстрактивных веществ.

Типовые условия обработки при кислородно-щелочной делигнификации:

-температура 90-120°С;

-давление в реакторе 0,4-0,7 МПа;

-расход NaOH 20-40 кг/т;

-расход кислорода 20-25 кг/т;

-продолжительность 30-60 мин.

Отбелка озоном. Озон является сильным окислительным электрофильным реагентом, который взаимодействует с лигнином по двойным связям. В первую очередь разрушаются двойные связи пропановой цепочки с образованием карбонильных групп и пероксидных соединений. Разрушение бензольного кольца по двойным связям идет медленнее с образованием промежуточных продуктов - озонидов. Промежуточные продукты в дальнейшем расщепляются до карбонилсодержащих соединений (альдегиды, кетоны, кислоты и сложные эфиры). На последующей ступени щелочной обработки сложные эфиры легко гидролизуются, обеспечивая дополнительную деструкцию лигнина. (2)

Отбелка пероксикислотами (надкислотами). В процессах отбелки пероксикислотами могут использоваться: кислота Каро (Н₂SO₅); надмуравьиная кислота; равновесная и дистиллированная надуксусная кислота; смеси надкислот.

Пероксикислоты гидроксилируют ароматические кольца в молекуле лигнина, увеличивая число свободных фенольных групп. В этом отношении они отличаются от других отбеливающих реагентов (диоксида хлора, кислорода, озона), которые реагируют со свободными фенольными группами, деструктируя их. Другое преимущество пероксикислот заключается в их способности реагировать с карбонильными группами с разрушением хромофоров.(3)

Кисловка (К) – обработка целлюлозы сернистой или соляной кислотой – является конечной ступенью отбелки. Ее проводят в башнях или на барабанных фильтрах при концентрации массы 4-6% в течении 30-60 мин. Кисловка стабилизирует 9закрепляет) достигнутую белизну, снижает зольность и нейтрализует остаточный хлор. Она позволяет прервать отбелку в любой момент, что важно для регулирования процесса. Расход сернистого ангидрида на кисловку составляет 0,2-1% массы волокна, рН среды 3-4,5.(1)

Вспомогательные вещества при отбелке целлюлозы

Комплексообразователи (диэтилентриаминпентауксусная кислота, этилендиаминтетрауксусная кислота, и их соли) применяются для снижения содержания металлов переменной валентности перед отбелкой волокнистых полуфабрикатов пероксидом водорода, озоном и перуксусной кислотой.

Ксилозановые ферментные смеси Иргазим 10С и Иргазим 40С.

Также в процессах отбелки используются химикаты, принимаемые на других стадиях технологического процесса получения целлюлозы: едкий натр, серная кислота, раствор сернистого ангидрида, силикат натрия и сульфата магния, ПАВ и др.