способ получения химико-термомеханической массы

Формула изобретения

Способ получения химико-термомеханической массы, включающий пропитку исходного сырья щелочным раствором при повышенной температуре и размол обработанного сырья, отличающийся тем, что в качестве исходного сырья используют джутовые волокна, а их пропитку проводят щелочным раствором, состоящим из NaOH и Na₂СО ₃, при общем их расходе 2-4% в ед. Na₂O от массы абсолютно сухого сырья и соотношении 1:1, температуре 90-120°С в течение 5-15 мин.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к целлюлозно-бумажной промышленности, в частности к производству химико-термомеханической массы (ХТММ), которая может быть использована при изготовлении бумаги и картона.

Известен способ получения древесной массы (ХТММ) из древесины осины, включающий пропитку древесной щепы щелочным раствором, состоящим из гидроксида натрия (NaOH) и сульфита натрия (Na ₂SO₃), при повышенной температуре, отделение отработанного пропиточного раствора, размол щепы в две ступени. Между ступенями размола массу обрабатывают отработанным пропиточным раствором при температуре 65-90°С в течение 10-30 мин (а.с. №979554, кл. D 21 В 1/16, опубл. 07.12.82).

Недостатками данного способа являются сложность технологического процесса получения ХТММ, использование серосодержащих соединений, при разложении которых происходит выделение серосодержащих газов, загрязняющих атмосферу. Кроме того, серосодержащие вещества попадают в водоемы, снижая тем самым их чистоту.

Наиболее близким способом того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является способ получения древесной массы (ХТММ) из древесины осины, согласно которому пропитку древесной щепы осуществляют щелочным раствором, состоящим из NaOH и Na₂SO ₃, при температуре 50-60°С в течение 25-50 мин. Пропитанную щепу подают в имперессифайнер, где происходит отделение отработанного пропиточного раствора и избыточной влаги от щепы. Отработанный пропиточный раствор направляют в сток, а щепу размалывают в две ступени на дисковых мельницах (сборник трудов ЦНИИБа, М., 1980, №19, с.21-26).

Данный способ принят за прототип.

Недостатками известного способа, принятого за прототип, являются загрязнение окружающей среды отработанным раствором после пропитки, содержащим соединения серы; низкие показатели механической прочности полуфабриката (разрывная длина 2380 м); низкий выход полуфабриката, обусловленный сульфонированием лигнина под действием сульфита натрия и способствующий переходу лигнина в растворимое состояние; длительность процесса пропитки (25-50 мин).

Признаки прототипа, совпадающие с признаками заявляемого решения, - пропитка исходного сырья щелочным раствором при повышенной температуре и размол обработанного сырья.

Задачей изобретения является повышение выхода и механической прочности получаемого полуфабриката, уменьшение загрязнения окружающей среды.

Поставленная задача была решена за счет того, что в известном способе, включающем пропитку исходного сырья щелочным раствором при повышенной температуре и размол обработанного сырья, в качестве исходного сырья используют джутовые волокна, а их пропитку проводят щелочным раствором при общем расходе NaOH и Na₂CO₃ 2-4% в ед. Na₂O от массы абсолютно сухого сырья и соотношении 1:1, температуре 90-120°С в течение 5-15 мин.

Признаки предлагаемого способа, отличительные от прототипа, - использование в качестве исходного сырья джутовых волокон; использование пропиточного раствора, состоящего из смеси NaOH и Na₂СО₃ при общем их расходе 2-4% в ед, Na₂O от массы абсолютно сухого сырья и соотношении 1:1; температура пропитки 90-120°С; продолжительность пропитки 5-15 мин. Отличительные признаки позволяют повысить выход и механическую прочность получаемого полуфабриката, уменьшить загрязнение окружающей среды.

В табл.1 приведена сравнительная характеристика джутовых волокон и древесины.

От хвойной и лиственной древесины джут отличается значительно более высоким содержанием целлюлозы (по Кюршнеру). По содержанию лигнина и пентозанов джут близок к лиственной древесине. Джут от древесины выгодно отличается низким содержанием экстрактивных веществ, то есть при переработке джута исключаются смоляные затруднения в процессе производства целлюлозы и бумаги. В джуте значительно больше золы, чем в древесине. По массовой доле веществ, растворимых в горячей воде, джут и древесина (хвойная и лиственная) не различаются.

По химическому составу джут близок к лиственной древесине. Волокна джута по длине соответствуют волокнам хвойной древесины, а по толщине - волокнам лиственной древесины.

Из вышеизложенного следует, что химические и морфологические характеристики джутовых волокон являются предпосылками для рассматривания их в качестве потенциального сырья для получения ХТММ, аналогичного лиственной древесине.

Способ получения ХТММ осуществляют следующим образом.

Джутовые волокна подвергают пропитке щелочным раствором, состоящим из NaOH и Na₂СО₃ при общем их расходе 2-4% в ед. Na₂O от массы абсолютно сухого сырья и соотношении 1:1, температуре 90 - 120°С в течение 5-15 мин. Обработанное сырье в горячем виде переносят вместе с раствором химикатов в нагретые размольные стаканы центробежного размалывающего аппарата (ЦРА) и подвергают размолу до степени помола ˜ 60°ШР.

Примеры конкретного выполнения.

Для получения ХТММ в лабораторных условиях в качестве сырья использовали джутовые волокна - отходы, получаемые при изготовлении джутовых нитей. Джутовые волокна были высушены до воздушно-сухого состояния, очищены от крупных посторонних примесей и разрезаны на фрагменты длиной 2-3 см. Подготовленное таким образом сырье хранили в полиэтиленовых пакетах.

Для получения ХТММ сырье сначала подвергали пропитке химикатами (NaOH и Na₂ СО₃) при общем их расходе 2-4% в ед. Na₂ O от массы абсолютно сухого сырья и соотношении 1:1, температуре 90-120°С в течение 5-15 мин в батарейных автоклавах емкостью 500 мл из нержавеющей стали, обогреваемых в глицериновой бане с электрообогревом; затем обработанное сырье в горячем виде вместе с раствором химикатов переносили в размольные стаканы ЦРА, нагретые предварительно под струей горячей воды до температуры около 80°С, и подвергали размолу до степени помола ˜ 60°ШР.

Далее массу промывали следующим образом: разбавляли водой до концентрации ˜ 0,5% и из полученной волокнистой суспензии удаляли воду на воронке Бюхнера с колбой Бюнзена, присоединенной к вакуум-насосу.

Полученную в виде отливки массу раздергивали на мелкие кусочки, взвешивали, отбирали навески на влажность, а из оставшейся массы готовили отливки массой 75 г/м для определения показателей механической прочности. Отливки изготовляли на листоотливном аппарате ЛА-3.

Показатели ХТММ из джутовых волокон, полученных при различных условиях, представлены в табл.2.

Как видно из табл.2, использование предлагаемого способа получения ХТММ обеспечивает:

- увеличение выхода и повышение механической прочности волокнистого полуфабриката, чему способствует использование в качестве исходного сырья джутовых отходов, применение при химической обработке Na₂СО₃ и уменьшение продолжительности обработки джутовых волокон пропиточным составом;

- снижение степени загрязнения окружающей среды, так как при получении ХТММ предложенным способом отсутствуют соединения, содержащие серу.

Таблица 1
Химический состав джута и древесины и характеристика их волокон
Компоненты	Массовая доля, %
	в джуте	в ели	в осине
Целлюлоза (по Кюршнеру)	55,9	46,1	49,6
Лигнин (по Комарову)	19,7	28,2	21,8
Экстрактивные вещества (хлористый метилен)	0,5	2,3	1,5
Зольные вещества	1,4	0,3	0,3
Вещества, растворимые в горячей воде	2,3	2,3	2,8
Пентозаны	18,6	8,3	22,8

Таблица 2
Показатели ХТММ из джутовых волокон, полученных при различных условиях
№опыта	Температура обработки, °С	Продолжительность обработки, мин	Расход химикатов в ед. Na 2O, % от абс.сух. Сырья	Выход ХТММ, %	Степень помола, °ШР	Разрывная длина, м	Сопротивление продавливанию, кПа
1	90	5	2	96,0	60	3740	100
2	90	5	4	94,2	56	5420	200
3	90	10	3	95,4	60	4210	140
4	90	15	2	95,0	61	3840	100
5	105	5	3	94,6	58	3920	130
6	105	10	2	95,8	56	3480	110
7	105	10	4	93,1	57	5460	170
8	105	15	3	93,5	55	3840	130
9	120	5	2	95,6	60	3610	110
10	120	10	3	94,8	56	4360	150
11	120	15	2	94,2	59	4300	120