Содержание
древесина целлюлоза сульфат волокно
Введение
1. Литературный обзор
1.1 Технические целлюлозы
1.2 Химические превращения компонентов древесины в условиях сульфатной варки
1.2.1 Лигнин
1.2.2 Полисахариды
1.2.3 Экстрактивные вещества
1.3 Отбелка целлюлозы
1.4 Показатели качества технических целлюлоз
2. Методическая часть
2.1 Оптическая микроскопия
2.1.1 Определение равномерности отбелки целлюлозы
2.1.2 Определение способа варки целлюлозы
2.2 Химические и физико-химические анализы
2.2.1 Определение степени набухания целлюлозы
2.2.2 Определение влажности высушивания
2.2.3 Определение содержания альфа-целлюлозы
2.2.4 Определение средней степени полимеризации целлюлозы
2.2.5 Определение медного числа целлюлозы
2.2.6 Определение карбоксильных групп
3. Экспериментальная часть
Выводы
Библиографический список
Введение
Одним из наиболее важных факторов, определяющих развитие большинства отраслей промышленности, является устойчивая сырьевая база, и в частности углерод содержащее сырье. К такому сырью относится древесина, чаще всего ее используют в качестве топлива, однако ценность леса как природного богатства и широко применяемого сырья определяется производством бумаги и картона.
Древесина представляет собой уникальный постоянно возобновляемый полимерный композиционный материал, компоненты которого являются высокомолекулярными соединениями. Химической переработкой древесины получают более 20 тысяч наименований различных материалов, продуктов и изделий. Целлюлозные материалы занимают видное место в удовлетворении потребностей человека: природные целлюлозные волокна (прежне всего хлопок, лен и другие лубяные волокна) и сегодня являются существенной частью в балансе сырья для текстильной промышленности. Древесная и хлопковая целлюлоза широко применяются для изготовления бумаги и картона, искусственных волокон, некоторых пластмасс и лаков, эмульгаторов и загустителей для нефтяной, текстильной, пищевой, фармацевтической и других отраслей промышленности. [13]
Одной из важнейших отраслей химической переработки древесины является производство технической целлюлозы и других волокнистых полуфабрикатов. За 2002 год в мире произведено всех волокнистых полуфабрикатов 324,62 миллионов тон, из них древесных 168,24 миллионов тонн, а недревесных 19,77 миллионов тонн.
Технической целлюлозой называют целлюлозу, выделенную из природного растительного сырья, древесного и не древесного, удалением нецеллюлозных компонентов. Таким образом, свойства технической целлюлозы изменяются в широких пределах в зависимости от того, насколько полно в процессе химической обработки были отделены сопутствующие вещества. С помощью химических реакций из технической целлюлозы получают различные производные целлюлозы - искусственные полимеры, главным образом, различные сложные и простые эфиры целлюлозы.[1]
Технические целлюлозы можно подразделить по методам варки. К группе кислотных способов получения целлюлозы из числа применяемых в промышленности относится сульфитная целлюлоза. За 2002 год сульфитной целлюлозы было выработано по всему миру 5,2 млн.т. К группе щелочных способов получения целлюлозы относится сульфатный способ варки. За минувший год сульфатной целлюлозы было получено по всему миру 126 млн. тонн. По представленным выше данным выработки целлюлозы по варкам можно сделать вывод, что основные объемы ее получают именно сульфатным методом. По всем показателям механической прочности сульфатная целлюлоза превосходит сульфитную, той же степени провара, но в то же время выход сульфатной целлюлозы на 3-4% ниже, чем сульфитной. Хотя первая обладает гораздо лучшими бумагообразующими свойствами.
Целью данной работы было исследование морфологической структуры, физико-химических и химических характеристик беленой сульфатной целлюлозы из древесины хвойной породы.
1. Литературный обзор
1.1 Технические целлюлозы
Природная целлюлоза является основным веществом, из которого построены клеточные стенки растительных клеток всех видов растений. Процесс производства сводится к освобождению целлюлозы от других нецеллюлозных компонентов таких как: лигнин, гемицеллюлозы, экстрактивные вещества. Все способы получения целлюлозы основаны на том, что лигнин поддается разрушительному действию многих химических реагентов гораздо легче, чем целлюлоза.
Основным веществом, от которого освобождают растительное сырье, является лигнин, поэтому процесс получения целлюлозы называют делигнификацией растительного материала, а продукт делигнификации называется технической целлюлозой. Процесс получения технической целлюлозы кратко называют варкой целлюлозы. Существуют основные способы варки, которые классифицируются по видам и свойствам применяемых химических реагентов. Исходя из этого можно разделить все известные способы получения целлюлозы на несколько основных групп: кислотные, щелочные, нейтральные и др.[4]
К группе кислотных способов, из числа применяемых относятся сульфитный и бисульфитный способы, которые отличаются составом и рН варочного раствора.
В классическом процессе сульфитной варки на кальциевом основании применяют варочный раствор (варочную кислоту), содержащий Са (НSO3)2 и большой избыток свободного SO2, который при варке весь не расходуется и поддерживает рН на уровне 1,2-1,5. Свободный SO2, имеющий сильнокислотные свойства, проникает в древесную щепу значительно быстрее, чем варочный раствор, и поэтому подъем температуры во время разогрева до конечной температуры варки должен быть более медленным. В противном случае рано произойдут реакции конденсации лигнина, что приведет к неполной делигнификации. При получении целлюлозы для бумаги конечная температура варки обычно лежит в интервале 125-135°С, а при получении целлюлозы для химической переработки составляет около 145*С. Весь цикл варки занимает до 12 часов. Сульфитная целлюлоза, небеленая и беленая, является одним из главнейших полуфабрикатов для выработки газетных, типографских, писчих бумаг, бумаги для печати и целого ряда других видов бумаги и для получения искусственного волокна.
При бисульфитной варке рН составляет 3-5. Применяется бисульфитный варочный раствор, не содержащий SO2, на натриевой основе, хотя пригодно и аммониевое основание. По сравнению с сульфитной варкой максимальная температура несколько выше (150-170°С), а продолжительность варки значительно меньше (1-3 ч). Конечной температуры варки можно достигать даже быстрее, так как химикаты проникают в щепу лучше, и начальная температура варочного раствора выше (90-100°С).Таким образом по свойствам бисульфитная целлюлоза очень близка к сульфитной, но отличается от нее более высокой механической прочностью и более легкой способностью разделяться на волокна при высоком выходе.
Реально оценивая свойства варок кислотного типа можно отметить ряд недостатков и достоинств. В сульфитном методе недостатком в первую очередь является длительность самого процесса варки. К другим недостаткам относятся: образование накипи, отсутствие регенерации химикатов и загрязнение окружающей среды. В качестве сырья нельзя использовать высокосмолистую древесину, например сосновую, а также многие лиственные породы. Щепа не должна содержать значительное количество коры. Все это необходимо для избежания реакций конденсации лигнина с экстрактивными веществами, а эти реакции будут препятствовать сульфированию лигнина. Что касается бисульфитной варки, основными промышленными методами которой служат процессы с использованием натриевого и магниевого основания, то она имеет ряд технологических преимуществ: отсутствие выделения диоксида серы при выдувке массы из котла; применение непрерывного процесса; отсутствие накипи при упаривании отработанного щелока; легкость регенерации химикатов; возможность использования разнообразного древесного сырья.
Сульфатный (или крафт) и натронный процессы - это два главных метода щелочной варки целлюлозы, которые, кроме того, легли в основу ряда модифицированных щелочных процессов и в том числе сульфатной варки с предгидролизом для производства целлюлозы для химической переработки. В обоих процессах варочным реагентом служит гидроксид натрия, а при сульфатной варке дополнительно сульфид натрия. Оба метода получили название по химикатам, которые используются при регенерации для компенсации потерь гидроксида натрия (соответственно, карбонат и сульфат натрия).[3]
В отличии от сульфитных методов варки процессы сульфатной варки проводят практически по единой технологической схеме, хотя существуют разнообразные варианты условий варки и применяемого оборудования. Древесину в качестве щепы загружают в варочный котел и одновременно подают варочный раствор (белый щелок), поступающий из системы регенерации. Используют периодически- и непрерывнодействующие варочные установки. Периодическую варку проводят при температуре 160- 180°С, при рН= 13, под давлением 0,7-1,1 МПа в течение 4-6 часов, непрерывную ускоренную варку при 190-200°С в течение 15-30 минут. Массу и отработанный щелок выгружают при уменьшенном давлении. После промывки массы отработанный щелок отделяют и направляют в систему регенерации. При предварительном пропаривании удаляется сульфатный скипидар, который конденсируется из сдувочных газов. С упаренного щелока снимают сульфатное мыло. При сдувке из варочного котла и упаривании черного щелока выделяются дурнопахнущие и токсичные пары и газы, главным образом сероводород и метилмеркаптан, а также небольшие количества диметил сульфида и диметилдисульфида. Предпринято много попыток уменьшения образования этих типичных для сульфатной варки газовых выбросов различными способами- хлорированием с образованием менее летучих компонентов, окислением и др. Однако и в настоящее время, несмотря на большие капиталовложения в оборудование для защиты окружающей среды, проблему газовых выбросов нельзя считать решенной. [8]