Технология получения и отбелки полуфабрикатов бумажного производств

2 ã à.ñ. âî ëî êí à mâëàæ.âî ë .

Kñóõ

Выполнить два параллельных определения степени помола для каждого анализируемого образца ДМ.

Степень помола массы определяется на приборе СР-2 типа Шоппер – Риглера (рис. 2).

стекания ее больше, чем пропускная способность центрального отверстия. В этом случае вода не успевает уйти через нижнее отверстие, скапливается в конусе, а часть ее вытекает через боковое переливное отверстие.

С повышением степени помола скорость водоотдачи убывает. При низкой степени помола вода стекает быстро и большая часть ее уходит через широкое боковое отверстие в градуированный сосуд.

11

При высокой степени помола вода настолько медленно стекает, что почти вся проходит через центральное узкое отверстие в другой сосуд. Степень помола выражают в условных градусах ШР (Шоппер – Риглера).

Для определения степени помола навеску древесной массы, содержащую 2 г а.с. волокна, помещают в фарфоровый стакан вместимостью 200…250 мл, заливают небольшим количеством воды (50…100 мл) и размешивают под быстроходной мешалкой до получения кашицеобразной однородной массы, которую затем выливают в стакан и разводят водой так, чтобы получить 1 л суспензии. Суспензию тщательно перемешивают и быстро вливают в цилиндр прибора СР-2 при опущенном клапане, который затем быстро поднимают, а вода стекает через слой массы и сетку в цилиндры, подставленные под центральное и боковое отверстия.

За степень помола по ШР принимают условно разность между количеством воды, взятой для анализа волокнистой суспензии, и количеством воды, вытекающей через широкое боковое отверстие. При этом 10 мл воды соответствует 1 °ШР.

Определив объем воды (V), стекшей в боковой цилиндр, рассчитывают степень помола древесной массы (целлюлозы) по следующей формуле:

î Ø Ð 1000 V . 10

В связи с тем, что скорость водоотдачи волокнистой массы зависит от вязкости воды, степень помола необходимо определять при температуре воды 20 °С. Повышение температуры на 1 °С снижает показатель помола на 0,46 °ШР.

1.4. Определение фракционного состава древесной массы

Для древесной массы характерна большая размерная неоднородность волокнистых элементов. Фракционный состав ДМ определяется следующими факторами: видом и свойством древесного сырья и режимами его предварительной обработки; способом получе-

12

ния ДМ и типом основного аппарата, используемого для дефибрирования или размола древесины, и т.д.

ДМ наряду с волокнами нормальной длины содержит значительное количество обрывков волокон – мелочи. В ТММ больше длинных волокон (длиной свыше 2 мм), чем в ДДМ (около 40 % против 10…12 %). Коротковолокнистая фракция древесной массы может включать в себя фрагменты лучевых клеток, получаемые в результате отделения трахеид; обрывки срединной пластинки; материал первичных стенок, состоящий из фрагментов внешней оболочки различных размеров; короткие и тонкие фибриллы из вторичной стенки; некоторое количество очень тонких волокон.

рых помещены в корпус 5.

Верхняя сетка № 9/9 предназначена для удержания грубого волокна, средняя № 20 миткалевого переплетения – для среднего волокна, нижняя № 40 – для мелкого волокна. Высота сеток 75 мм, диаметр 150 мм. Внутри каждой сетки помещена четырехлопастная

13

перфорированная мешалка 6 с частотой вращения 173 об/мин. Зазоры между лопастями мешалок и сетками 3 мм.

Воткидной воронке 2 установлен кольцевой спрыск 1, который при помощи гибкого шланга соединен с водяной магистралью от регулятора расхода воды. В верхней части аппарата установлен переливной патрубок 3 для отвода промывной воды во время фракционирования. Нижний патрубок 7, снабженный трехходовым краном, служит для заполнения аппарата водой перед началом фракционирования и для выпуска ее из аппарата после его окончания.

Для фракционирования берут навеску древесной массы с точностью до 0,01 г из расчета 5 г абсолютно сухого вещества из предварительно отобранной средней пробы и готовят из нее 1 л волокнистой суспензии. Включают в работу предварительно заполненный водой аппарат и подают в него воду через верхний спрыск с постоянным расходом 10 л/мин. Подготовленную суспензию начинают выливать равномерной струей в работающий аппарат, одновременно включают секундомер, в течение 15 с споласкивают кружки водой (100…150 мл) и выливают ее в аппарат. По истечении 5 мин с начала выливания пробы аппарат выключают, прекращают подачу воды на спрыск и выпускают из него оставшуюся воду. После освобождения от воды верхней сетки кратковременным открыванием спрыска смывают оставшиеся на сетке волокна ко дну каркаса, открывают откидную воронку и извлекают из аппарата каркас с сеткой и мешалкой. Отверстие в дне каркаса закрывают снизу резиновой пробкой (37×43×44 мм), одновременно поднимают пробкой мешалку и, не допуская выхода волокон через отверстие, смывают слабой струей воды волокна с мешалки и сетки ко дну каркаса. Затем вынимают мешалку и тщательно собирают оставшиеся волокна в фарфоровую чашечку, высушивают их в сушильном шкафу до постоянной массы

ивзвешивают с точностью 0,01 г. Получают первую фракцию Г (грубое волокно).

Втакой же последовательности собирают вторую и третью фракции и после сушки получают соответственно количество среднего С и мелкого М волокна.

14

Суммарную массу абсолютно сухих волокон Г, С, М вычитают из абсолютно сухой навески и получают четвертую фракцию волокна Мл (мелочь, мельштоф).

Содержание в древесной массе каждой фракции вычисляют по формуле

Õ 100ÐKm ;

где Х – содержание отдельной фракции, %;

m – масса абсолютно сухого волокна фракций, г;

Р – навеска древесной массы, взятой для испытания, г; K – коэффициент сухости навески.

Содержание в древесной массе мелочи (мельштофа)

Мл = 100 – (Г + С + М),

где Г, С, М – содержание грубого, среднего и мелкого волокна, %. Весьма полная характеристика массы по длине волокон получа-

ется на анализаторе размеров волокон FS-200 фирмы «Каяни электрикс Лимитед» (Финляндия). Длина волокон определяется оптическим методом. Водно-волокнистая суспензия низкой концентрации прокачивается через капилляр, помещенный в оптическую систему прибора. Лазерный луч формирует световое отображение волокон на детекторе. Это изображение пропорционально длине волокон. Сигнал детектора усиливается и преобразуется в цифровую форму для вычислений в микропроцессоре, который рассчитывает среднюю длину волокон по классам. Данные распределения волокон по длине выводятся на принтер в цифровом и/или графическом виде. Диапазон измерения задается в интервале от 0 до 7,2 мм. Скорость анализа 40…60 волокон в секунду. Формула для расчета среднеарифметической длины волокон, мм,

где ni – число волокон;

li – длина волокон, мм.

15

Расширенный анализ свойств волокон позволяет провести установка «L&W Файбертестер». Прибор состоит из устройства для анализа вместе с ПК, который управляет тестированием образца, обрабатывает данные и генерирует отчет по показаниям. Схема прибора приведена на рис. 4.

На вращающийся столик (карусель) для образцов можно размещать до шести стаканов с дезинтегрированной массой. ПК запоминает идентификацию (ID) каждого образца, после чего образец всасывается в прибор и разбавляется до требуемой для измерения концентрации.

Суспензия волокон прокачивается через измерительную ячейку, где она фотографируется. Изображения затем обрабатыва-

ются с помощью программы для анализа изображений. Пользователь может настроить варианты выдачи отчета в разных видах. В отчет по умолчанию включены следующие параметры волокон:

–длина, среднее значение;

–ширина, среднее значение;

–форма, т.е. частное от деления проекции длины на фактическую длину;

–мелочь – выражается как процент волокон короче 0,2 мм относительно числа волокон длиннее 0,2 мм;

–грубость, т.е. вес волокна на единицу длины. Для этого должен быть известен вес навески по сухому волокну.

Определение показателей механической прочности – см. в гл. 4.

16

1.5. Определение сорности

Порядок выполнения работы. Сорность определяют путем подсчета числа соринок, видимых невооруженным глазом в смоченном листе или отливке древесной массы в проходящем свете, с последующим пересчетом ее на 1 м2 пробы массой 500 г а.с. волокна. Соринками являются посторонние включения: уголь, песчинки, коpa, костра, лубяные волокна, смоляные пятна и другие, отличающиеся по цвету от общего фона образца. Учитываются соринки площадью свыше 0,06 мм2.

вставлено матовое стекло для рассеивания света.

Испытуемый образец помещают на стеклянную крышку прибора, которая освещается расположенными внутри ящика двумя лампами мощностью по 100 Вт. Для вентиляции в стенках ящика имеются круглые отверстия.

Изготовляют отливку массой 1 м2 500 г а.с. волокна и на обеих сторонах влажной отливки подсчитывают число соринок. Размеры соринок определяют по их площади, сравнивая соринки с фигурами стандартного шаблона, который изготовлен из прозрачной пленки с нанесенными на ней черными фигурами различной формы.

17

Сорность ДМ определяют как сумму соринок на обеих сторонах отливки, отнесенную к 1 м2 пробы массой 500 г а.с. волокна.

Ñ À 100 32 , m

где С – сорность; А – сумма соринок на обеих сторонах отливки;

m – масса образца в расчете на а.с. волокно, г.

1.6. Отбелка древесной массы

ДМ является основным компонентом газетной бумаги, а также широко используется в композициях других видов бумаги для печати и санитарно-бытового назначения. Использование различных видов ДМ в композициях других видов бумаги сдерживается недостаточной белизной и низкой стабильностью белизны ДМ.

Белизна различных видов ДМ колеблется от 51 до 65 %. При использовании ДМ в композициях средних и высших сортов писчей бумаги и бумаги для печати требуется повышение ее белизны до уровня белизны полубеленой или беленой целлюлозы.

Причина окраски древесной массы – наличие окрашивающих веществ в исходной древесине. Считают, что окраску ДМ придают лигнин и лигноподобные вещества, прежде всего фенольные и энольные гидроксилы бензольных колец лигнина. Потемнение древесины, а следовательно, и ДМ вызывают также окрашенные производные хиноидного типа, являющиеся продуктом окисления лигнина кислородом.

К числу распространенных хромофоров относятся также группы =СО, –СН = СН– , в особенности если они сопряжены с ядром.

Окраску ДМ придают также экстрактивные вещества, в первую очередь полифенолы.

Отбелка ДМ отличается от отбелки целлюлозы тем, что цель отбелки полуфабрикатов высокого выхода, в том числе и ДМ, – обесцвечивание лигнина и других окрашивающих компонентов без растворения их, что достигается модификацией хромофорных групп.

18

Простейшие реакции, которые могут вызвать эти изменения в окрашенных веществах, – окисление и восстановление.

Промышленное применение имеют три способа отбелки ДМ: восстанавливающими реагентами, окисляющими реагентами и комбинированный.

К восстанавливающим реагентам, получившим наибольшее промышленное применение, относятся дитиониты цинка и натрия. В эту же группу входит боргидрид натрия, но в промышленности он не применяется из-за высокой стоимости. Все эти реагенты отбеливают в кислой среде.

Из окисляющих реагентов применяются пероксиды натрия и водорода, отбеливающие в щелочной среде. К этой группе можно отнести надуксусную кислоту, отбеливающую в нейтральной среде.

Комбинированная отбелка заключается в применении на первой ступени отбелки окисляющих, на второй – восстанавливающих реагентов.

1.6.1. Химические реагенты для отбелки древесной массы

Пероксид водорода в чистом виде представляет собой бесцветную сиропообразную жидкость (застывает при 0,5 °С) плотностью 1,5 г/м3; при нагревании, а также под действием щелочи он разлагается на воду и кислород. Добавка кислоты стабилизирует пероксид водорода, добавки некоторых металлов (Сu, Мn и др.) способствуют его разложению.

Пероксид водорода по своим химическим свойствам является слабой кислотой и сильным окислителем. С водой он смешивается в любых соотношениях и в водных растворах в слабой степени подвергается диссоциации:

Н2О2 + 2Н2О = 4Н+ + 2Н2О–.

50%-ный водный раствор пероксида водорода имеет рН около 4,5; плотность его при 20 °С равна 1,2 г/см3.

Разбавленный раствор Н2О2 имеет неприятный «металлический» вкус. Крепкие растворы Н2О2 при попадании на кожу вызывают ожо-

19

ги. В чистом виде пероксид водорода взрывоопасен, поэтому на предприятия он поступает в виде 30…50%-ного водного раствора («пергидроля»), залитого обычно в алюминиевые цистерны. К этому раствору добавляется некоторое количество серной кислоты. Теплота растворения Н2О2 в воде большая – порядка 1930 кДж на 1 кг воды. «Пергидроль» имеет рН около 4,5…5,0.

Кроме пероксида водорода некоторое применение для отбелки получила его соль – пероксид натрия (Na2О2). Пероксид натрия – желтоватый порошок плотностью 1,6 г/см3 с температурой плавления 460 °С. Получается Na2О2 окислением металлического натрия в струе воздуха при 300 °С. Так же, как и Н2О2, пероксид натрия взрывоопасен; транспортируется в герметичных алюминиевых барабанах емкостью 180 кг.

В водных растворах Na2О2 гидролизуется: Na2О2 + Н2О = NaOH + Н2О2,

причем образующийся пероксид водорода оказывает белящее (окислительное) воздействие на целлюлозное волокно.

У пероксида водорода окислительный эквивалент значительно ниже, чем у гипохлорита и диоксида хлора, поэтому окислительное действие его избирательно и направлено исключительно на остаточный лигнин, точнее на его хромофорные группы, разрушение которых обеспечивает эффективное повышение степени белизны.

Непосредственно белящее (окислительное) воздействие на древесные волокна оказывает пероксидный ион НО2–, возникающий в результате гидролитической диссоциации пероксида:

Н2О2 + 2Н2О = 4Н+ + 2НОО– .

Степень его диссоциации очень мала (2,24 · 10–12 при 25 °С), но она усиливается при повышении температуры и по мере расходования иона НО2– на реакции с хромофорными группами лигнина. Диссоциации пероксида способствует также повышение рН, так как при этом сдвигается вправо равновесие реакции. Поэтому отбелку пероксидом ведут в щелочной среде (рН = 10…10,5), применяя в качестве щелочного буфера наряду с NaOH чаще всего силикат натрия

20