PL196791B1

PL196791B1 - Sposób wytwarzania bielonych mas celulozowych siarczanowych z drewna iglastego

Info

Publication number: PL196791B1
Application number: PL358568A
Authority: PL
Inventors: Barbara Surma-Ślusarska; Dariusz Danielewicz; Marianna Bolek
Original assignee: Politechnika Lodzka
Priority date: 2003-02-03
Filing date: 2003-02-03
Publication date: 2008-01-31
Also published as: PL358568A1

Abstract

Sposób wytwarzania bielonych mas celulozowych siarczanowych z drewna iglastego, polegający na siarczanowym roztwarzaniu zrębków drzewnych przy użyciu alkaliów czynnych, wstępnym myciu i sortowaniu uzyskanej masy celulozowej z.oddzieleniem frakcji rozwłóknionej, ewentualnym chelatowaniu rozwłóknionej masy celulozowej, następnie dwustopniowej delignifikacji tlenowej masy celulozowej przy użyciu wodorotlenku sodu i siarczanu magnezu, w czasie 60 minut, w temperaturze 100°C, przy ciśnieniu 0,8 MPa i w końcu dwustopniowym bieleniu masy celulozowej dwutlenkiem chloru użytym w ilości 2,3% w stosunku do b.s. masy, w temperaturze 65 - 70°C, w łącznym czasie 180 minut, z międzystopniową ekstrakcją alkaliczną w temperaturze 75°C, w czasie 120 minut, znamienny tym, że zrębki drzewne, przed procesem roztwarzania, poddaje się impregnacji próżniowej, siarczanowe roztwarzanie prowadzi się przy użyciu wodorotlenku sodu w ilości 18,5% w stosunku b.s. masy drewna, przy siarczkowości 30%, module cieczy 4,0, w łącznym czasie 180 minut, z czego w czasie 90 minut prowadzi się roztwarzanie w temperaturze 164°C i w czasie 90 minut podgrzewa się masę do tej temperatury, oddzieloną po procesie roztwarzania frakcję nie całkowicie rozwłóknioną rozdrabnia się mechanicznie i łączy z frakcją rozwłóknioną, dwustopniową delignifikację tlenową prowadzi się tak, iż w pierwszym stopniu stosuje się wodorotlenek sodu w ilości 4% w stosunku do b.s. masy i siarczan magnezu w ilości 0,5% w stosunku do b.s. masy, zaś w drugim stopniu - wodorotlenek sodu w ilości 2% w stosunku do b.s. masy i siarczan magnezu w ilości 0,5% w stosunku do b.s. masy, przy czym delignifikację wspomaga się przez dodanie do każdego z jej stopni nadtlenku wodoru w ilości 2% w stosunku do b.s. masy lub przez międzystopniową obróbkę kwasem nadoctowym użytym w ilości 0,66% w stosunku do b.s. masy w przeliczeniu na tlen aktywny, w czasie 60 minut, w temperaturze i przy pH optymalnych dla tego kwasu.

Description

(21) Numer zgłoszenia: 358568 ^{(51) Int.Cl.}

D21H 11/04 (2006.01) D21C 9/14 (2006.01)

Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (22) Data zgłoszenia: 03.02.2003 (54) Sposób wytwarzania bielonych mas celulozowych siarczanowych z drewna iglastego (73) Uprawniony z patentu:

Politechnika Łódzka,Łódź,PL (43) Zgłoszenie ogłoszono:

09.08.2004 BUP 16/04 (72) Twórca(y) wynalazku:

Barbara Surma-Ślusarska,Łódź,PL Dariusz Danielewicz,Łódź,PL Marianna Bolek,Łódź,PL (45) O udzieleniu patentu ogłoszono:

31.01.2008 WUP 01/08 (74) Pełnomocnik:

Zbigniew W. Bałczewski, Ośrodek Wynalazczości, Politechniki Łódzkiej (57) Sposób wytwarzania bielonych mas celulozowych siarczanowych z drewna iglastego, polegający na siarczanowym roztwarzaniu zrębków drzewnych przy użyciu alkaliów czynnych, wstępnym myciu i sortowaniu uzyskanej masy celulozowej z.oddzieleniem frakcji rozwłóknionej, ewentualnym chelatowaniu rozwłóknionej masy celulozowej, następnie dwustopniowej delignifikacji tlenowej masy celulozowej przy użyciu wodorotlenku sodu i siarczanu magnezu, w czasie 60 minut, w temperaturze 100°C, przy ciś nieniu 0,8 MPa i w końcu dwustopniowym bieleniu masy celulozowej dwutlenkiem chloru użytym w ilości 2,3% w stosunku do b.s. masy, w temperaturze 65 - 70°C, w łącznym czasie 180 minut, z międzystopniową ekstrakcją alkaliczną w temperaturze 75°C, w czasie 120 minut, znamienny tym, że zrębki drzewne, przed procesem roztwarzania, poddaje się impregnacji próżniowej, siarczanowe roztwarzanie prowadzi się przy użyciu wodorotlenku sodu w ilości 18,5% w stosunku b.s. masy drewna, przy siarczkowości 30%, module cieczy 4,0, w łącznym czasie 180 minut, z czego w czasie 90 minut prowadzi się roztwarzanie w temperaturze 164°C i w czasie 90 minut podgrzewa się masę do tej temperatury, oddzieloną po procesie roztwarzania frakcję nie całkowicie rozwłóknioną rozdrabnia się mechanicznie i łączy z frakcją rozwłóknioną, dwustopniową delignifikację tlenową prowadzi się tak, iż w pierwszym stopniu stosuje się wodorotlenek sodu w ilości 4% w stosunku do b.s. masy i siarczan magnezu w ilości 0,5% w stosunku do b.s.

masy, zaś w drugim stopniu - wodorotlenek sodu w ilości 2% w stosunku do b.s. masy i siarczan magnezu w ilości 0,5% w stosunku do b.s. masy, przy czym delignifikację wspomaga się przez dodanie do każdego z jej stopni nadtlenku wodoru w ilości 2% w stosunku do b.s. masy lub przez międzystopniową obróbkę kwasem nadoctowym użytym w ilości 0,66% w stosunku do b.s. masy w przeliczeniu na tlen aktywny, w czasie 60 minut, w temperaturze i przy pH optymalnych dla tego kwasu.

PL 196 791 B1

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania bielonych mas celulozowych siarczanowych z drewna iglastego.

Znane sposoby wytwarzania bielonych mas celulozowych siarczanowych z drewna iglastego, polega na tym, że zrębki drzewne poddaje się roztwarzaniu siarczanowemu ługiem warzelnym, zawierającym alkalia czynne w ilości 19 - 21% (w przeliczeniu na wodorotlenek sodu) w stosunku b.s. masy drewna i o siarczkowości 25 + 1%, przy module cieczy 3,8 - 4,2 w temperaturze 170 - 172°C, w czasie 150 - 180 minut. Otrzymaną masę celulozową poddaje się procesowi mycia i sortowania. Uzyskuje się w ten sposób, z wydajnością 43 - 45% b.s. masy drewna, tak zwane konwencjonalne masy łatwobielne o liczbie kappa około 30. Następnie nie bielone masy celulozowe siarczanowe poddaje się jednolub dwustopniowej delignifikacji tlenowej przy użyciu 1,8 - 2,8% NaOH oraz 0,1 - 0,2% MgSO4, w stosunku do b.s. masy, w czasie 60 minut, w temperaturze 85 - 105°C i przy ciśnieniu 0,5 - 0,8 MPa, a następnie bieleniu, z reguły z uż yciem dwutlenku chloru, w dwu- lub trójstopniowym procesie stosując 2,0 - 2,5% ClO2 w stosunku do b.s. masy, z międzystopniową ekstrakcją alkaliczną do poziomu białości ISO około 90%. Proces bielenia dwutlenkiem chloru prowadzi się w temperaturze 60 - 70°C, w czasie 180 - 240 minut. Międzystopniową ekstrakcję alkaliczną prowadzi się przy użyciu NaOH stosowanego w ilości 0,5 - 3,0% w stosunku do b.s. masy, w temperaturze 55 - 75°C, w czasie 60 - 120 minut

Znane są także sposoby wytwarzania bielonych mas celulozowych siarczanowych, w których, w celu poprawy selektywnoś ci delignifikacji proponuje się impregnację ł ugiem czarnym, odpowiednio dobrane profil składu cieczy warzelnej i temperaturę procesu warzenia, proponuje się stosowanie substancji chemicznych zabezpieczających polisacharydy przed alkaliczną depolimeryzacją względnie lepsze wykorzystanie działania tlenu na ligninę.

Sposób wytwarzania bielonych mas celulozowych siarczanowych z drewna iglastego, polegający na siarczanowym roztwarzaniu zrębków drzewnych przy użyciu alkaliów czynnych, wstępnym myciu i sortowaniu uzyskanej masy celulozowej z oddzieleniem frakcji rozwłóknionej, ewentualnym chelatowaniu rozwłóknionej masy celulozowej, następnie dwustopniowej delignifikacji tlenowej masy celulozowej przy użyciu wodorotlenku sodu i siarczanu magnezu, w czasie 60 minut, w temperaturze 100°C przy ciśnieniu 0,8 MPa i w końcu dwustopniowym bieleniu masy celulozowej dwutlenkiem chloru użytym w ilości 2,3% w stosunku do b.s. masy, w temperaturze 65 - 70°C, w łącznym czasie 180 minut, z międzystopniową ekstrakcją alkaliczną w temperaturze 75°C, w czasie 120 minut, według wynalazku charakteryzuje się tym, że zrębki drzewne, przed procesem roztwarzania, poddaje się impregnacji próżniowej, zaś siarczanowe roztwarzanie prowadzi się stosując wodorotlenek sodu w ilości 18,5% w stosunku b.s.masy drewna, przy siarczkowości 30%, module cieczy 4,0 w łącznym czasie 180 minut, z czego w czasie 90 minut prowadzi się roztwarzanie w temperaturze 164°C i w czasie 90 minut podgrzewa się masę do tej temperatury. Oddzieloną, po procesie roztwarzania, frakcję nie całkowicie rozwłóknioną rozdrabnia się mechanicznie i łączy z frakcją rozwłóknioną uzyskując w ten sposób masę celulozową o liczbie kappa 65 - 70 i wydajności około 52% b.s. masy drewna. Dwustopniową delignifikację tlenową prowadzi się aż do osiągnięcia przez masę licz-by kappa 14 - 16. W pierwszym stopniu delignifikacji wodorotlenek sodu używa się w ilości 4% w stosunku do b.s. masy i siarczan magnezu w ilości 0,5% w stosunku do b.s. masy, zaś w drugim stopniu - wodorotlenek sodu w ilości 2% w stosunku do b.s. masy i siarczan magnezu w ilości 0,5% w stosunku do b.s. masy. Delignifikację wspomaga się przez dodanie do każdego z jej stopni nadtlenku wodoru w ilości 2% w stosunku do b.s. masy lub przez międzystopniową obróbkę kwasem nadoctowym użytym w ilości 0,66% w stosunku do b.s. masy w przeliczeniu na tlen aktywny, w czasie 60 minut, w temperaturze i przy pH optymalnych dla tego kwasu.

Sposobem według wynalazku uzyskuje się masy celulozowe o białości 88 - 91% ISO, o wyższej lepkości i wyższej wytrzymałości włókien oraz z wyższą o około 2,0 - 2,% wydajnością w porównaniu z masami celulozowymi otrzymywanymi znanymi sposobami.

Sposób według wynalazku ilustrują poniższe przykłady nie ograniczając jego zakresu.

P r z y k ł a d I

Zrębki sosnowe poddano wstępnej impregnacji próżniowej w czasie 30 minut, a następnie roztwarzaniu siarczanowemu w obecności NaOH użytego w ilości 18,5% w stosunku do b.s. masy drewna, przy siarczkowości 30% i module cieczy 4,0 w łącznym czasie 180 minut, z czego po 90 minut przypadało na roztwarzanie w temperaturze 164°C i na podgrzewanie do tej temperatury. Uzyskaną masę celulozową, poddano rozwłóknianiu, myciu i sortowaniu w celu rozdzielenia frakcji roztworzonej

PL 196 791 B1 od frakcji nie całkowicie roztworzonej. Frakcję nie całkowicie roztworzoną poddano rozwłóknianiu mechanicznemu, zmieszano ją z frakcją rozwłóknioną, po czym określono wydajność, liczbę kappa oraz lepkość uzyskanej w ten sposób masy celulozowej. Masę tę poddano chelatowaniu EDTA użytym w iloś ci 0,5% w stosunku do b.s. masy, przy pH 4 - 5, w temperaturze 70°C w czasie 60 minut w celu usunięcia nadmiaru miedzi, żelaza i manganu, a następnie przeprowadzono pierwszy stopień delignifikacji tlenowej w obecności NaOH użytego w ilości 4% w stosunku do b.s. masy, oraz MgSO4 użytego w ilości 0,5%, w stosunku do b.s. masy, w temperaturze 100°C przy ciśnieniu 0,8 MPa w czasie 60 minut. Masę po pierwszym stopniu delignifikacji przemyto wodą destylowaną i poddano aktywowaniu kwasem nadoctowym użytym w ilości 0,66% w stosunku do b.s. masy w przeliczeniu na aktywny tlen, w łącznym czasie 60 minut (30 minut w temperaturze 30°C i 30 minut w temperaturze 70°C), przy pH 5,5. Dalej prowadzono drugi stopień delignifikacji tlenowej w obecności NaOH użytego w ilości 2% w stosunku do b.s. masy oraz MgSO4 użytego w ilości 0,5%, w stosunku do b.s. masy, w temperaturze, przy ciśnieniu i w czasie jak w pierwszym stopniu i po odmyciu masy wodą destylowaną, poddano ją dwustopniowemu bieleniu dwutlenkiem chloru użytym w ilości 2,3% w stosunku do b.s. masy w temperaturze 65 - 70°C w łącznym czasie 180 minut, z międzystopniową ekstrakcją alkaliczną przy użyciu 2% NaOH i 0,5% H2O2, w stosunku do b.s. masy, w temperaturze 75°C w czasie 120 minut przy stężeniu zawiesiny włóknistej 10%.

Dla porównania te same zrębki poddano obróbce konwencjonalnej tj. roztwarzaniu siarczanowemu do liczby kappa ok. 30 w obecności NaOH użytego w ilości 22% w stosunku do b.s. masy drewna, przy siarczkowości 30% i module cieczy 4,0 w łącznym czasie 240 minut, z czego po 150 minut przypadało na roztwarzanie w temperaturze 164°C , zaś 90 - na podgrzewanie do tej temperatury, następnie rozwłóknianiu, myciu, oddzieleniu frakcji nie całkowicie roztworzonej, poddaniu frakcji rozwłóknionej chelatowaniu, po czym dwustopniowej delignifikacji tlenowej w obecności NaOH użytego w ilości 2,8% w stosunku do b.s. masy oraz MgSO4 użytego w ilości 0,2%, w stosunku do b.s. masy, w temperaturze 100°C przy ciśnieniu 0,8 MPa w czasie 60 minut oraz znanym sposobem dwustopniowemu bieleniu dwutlenkiem chloru z międzystopniową ekstrakcją alkaliczną.

Właściwości masy celulozowej po kolejnych etapach procesu wytwarzania, wytworzonej w przykładzie I i właściwości masy celulozowej wytworzonej sposobem konwencjonalnym, podano w tabeli 1.

T a b e l a 1

Etap procesu	Właściwości masy celulozowej	Wytworzonej sposobem wg wynalazku	Wytworzonej sposobem konwencjonalnym
Roztwarzanie siarczanowe	Wydajność (W), [% b.s. masy drewna]	51,8	45,4
Liczba kappa	68	28
Lepkość (η), [dm³/kg]	1128	965
Delignifikacja tlenowa	Wydajnej (W), [% b.s. masy drewna]	46,3	43,5
Liczba kappa	14,3	14,2
Lepkość (η), [dm³/kg]	954	875
Białość ISO, %	42,0	33,5
Bielenie	Wydajność (W), [% b.s. masy drewna]	44,1	41,5
AW, [%]	+2,6	-
Lepkość^), [m³/kg]	895	815
Δη, [%]	+9,8	-
Wskaźnik wytrzymałości włókien niemielonych, FS	30,0	25,6
ΔFS, %	+17,2	-
Białość ISO, %	91,0	88,8

PL 196 791 B1

P r z y k ł a d II

Masę celulozową o liczbie kappa około 70, otrzymaną ze zrębków sosnowych w drodze wstępnej impregnacji próżniowej, roztwarzania, rozwłókniania i chelatowania, jak w przykładzie I, poddano następnie dwustopniowej delignifikacji tlenowej. Pierwszy stopień delignifikacji przeprowadzono w obecności NaOH użytego w ilości 4% w stosunku do b.s. masy, H2O2 użytego w ilości 2% w stosunku do b.s. masy oraz MgSO4 użytego w ilości 0,5% w stosunku do b.s. masy, w temperaturze 100°C przy ciśnieniu 0,8 MPa w czasie 60 minut. Masę po pierwszym stopniu delignifikacji przemyto wodą destylowaną. Dalej prowadzono drugi stopień delignifikacji tlenowej w obecności NaOH użytego w ilości 2% w stosunku do b.s. masy, H2O2 uż ytego w ilości 2% w stosunku do b.s. masy oraz MgSO4 uż ytego w ilości 0,5%, w stosunku do b.s. masy, w temperaturze, przy ciśnieniu i w czasie jak w pierwszym stopniu i po odmyciu masy wodą destylowaną, poddano ją dwustopniowemu bieleniu dwutlenkiem chloru użytym w ilości 2,3% w stosunku do b.s. masy w temperaturze 65 - 70°C w łącznym czasie 180 minut, z międzystopniową ekstrakcją alkaliczną przy uż yciu 2% NaOH i 0,5% H2O2, w stosunku do b.s. masy, w temperaturze 75°C w czasie 120 minut przy stężeniu zawiesiny włóknistej 10%.

Właściwości masy celulozowej po kolejnych etapach procesu wytwarzania, wytworzonej w przykładzie II i właściwości masy celulozowej wytworzonej sposobem konwencjonalnym, podano w tabeli 2.

T a b e l a 2

Etap procesu	Właściwości masy celulozowej	Wytworzonej sposobem wg wynakzku	Wytworzonej sposobem konwencjonalnym
Roztwarzanie siarczanowe	Wydajność (W), [% b.s. masy drewna]	51,8	45,4
Liczba kappa	68	28
Lepkość (η), [dm³/kg]	1128	965
Delignifikacja tlenowa	Wydajność (W), [% b.s. masy drewna]	46,6	43,5
Liczba kappa	16,8	14,2
Lepkość (η), [dm³/kg\|	945	875
Białość ISO, [%]	45,8	33,5
Bielenie	Wydajność (W), [% b.s. masy drewna]	43,6	41,5
AW, [%]	+2,1	-
Lepkość^), [dm³/kg]	885	815
Δ η , [%]	+8,5	-
Wskaźnik wytrzymałości włókien niemielonych, FS	30,0	25,6
ΔFS, [%]	+ 14,7	-
Białość ISO, [%]	88,4	88,8

Zastrzeżenie patentowe

Claims

Sposób wytwarzania bielonych mas celulozowych siarczanowych z drewna iglastego, polegający na siarczanowym roztwarzaniu zrębków drzewnych przy użyciu alkaliów czynnych, wstępnym myciu i sortowaniu uzyskanej masy celulozowej z oddzieleniem frakcji rozwłóknionej, ewentualnym chelatowaniu rozwłóknionej masy celulozowej, następnie dwustopniowej delignifikacji tlenowej masy celulozowej przy użyciu wodorotlenku sodu i siarczanu magnezu, w czasie 60 minut, w temperaturze 100°C, przy ciśnieniu 0,8 MPa i w końcu dwustopniowym bieleniu masy celulozowej dwutlenkiem chloru użytym w ilości 2,3% w stosunku do b.s. masy, w temperaturze 65 - 70°C, w łącznym czasie 180 minut, z międzystopniową ekstrakcją alkaliczną w temperaturze 75°C, w czasie 120 minut, znamienny tym,

PL 196 791 B1 że zrębki drzewne, przed procesem roztwarzania, poddaje się impregnacji próżniowej, siarczanowe roztwarzanie prowadzi się przy użyciu wodorotlenku sodu w ilości 18,5% w stosunku b.s. masy drewna, przy siarczkowości 30%, module cieczy 4,0, w łącznym czasie 180 minut, z czego w czasie 90 minut prowadzi się roztwarzanie w temperaturze 164°C i w czasie 90 minut podgrzewa się masę do tej temperatury, oddzieloną po procesie roztwarzania frakcję nie całkowicie rozwłóknioną rozdrabnia się mechanicznie i łączy z frakcją rozwłóknioną, dwustopniową delignifikację tlenową prowadzi się tak, iż w pierszym stopniu stosuje się wodorotlenek sodu w ilości 4% w stosunku do b.s. masy i siarczan magnezu w ilości 0,5% w stosunku do b.s. masy, zaś w drugim stopniu - wodorotlenek sodu w ilości 2% w stosunku do b.s. masy i siarczan magnezu w ilości 0,5% w stosunku do b.s. masy, przy czym delignifikację wspomaga się przez dodanie do każdego z jej stopni nadtlenku wodoru w ilości 2% w stosunku do b.s. masy lub przez międzystopniową obróbkę kwasem nadoctowym użytym w ilości 0,66% w stosunku do b.s. masy w przeliczeniu na tlen aktywny, w czasie 60 minut, w temperaturze i przy pH optymalnych dla tego kwasu.