Технология получения и отбелки полуфабрикатов бумажного производств

Относительную влажность целлюлозы вычисляют по формуле

W g g1 100 %, g

где g – масса навески влажной целлюлозы (до высушивания), г;

g1 – масса навески абсолютно-сухой целлюлозы (после высушивания), г.

4.2.Определение зольности

Всостав древесины наряду с органическими веществами входит также некоторое количество минеральных веществ. Состав минеральных веществ технической целлюлозы (или других волокнистых полуфабрикатов) может сильно отличаться от состава минеральной части древесины и зависит от условий получения полуфабрикатов.

Методы определения содержания золы основаны на сжигании навески древесного материала (целлюлозы и других волокнистых полуфабрикатов) с последующим прокаливанием остатка в муфельной печи при температурах от 550 до 700 °С.

Методика определения. В тигель, прокаленный в муфельной печи до постоянной массы, помещают навеску 5 г целлюлозы с точностью до 0,002 г.

Затем осторожно сжигают навеску на краю муфельной печи. Когда пламя исчезнет, тигель помещают глубже в муфельную печь

ипрокаливают при температуре около 600 °С в течение 3…4 ч. После прокаливания тигель с золой охлаждают в течение

1…2 мин на воздухе, затем в эксикаторе в течение 30…40 мин и взвешивают. Прокаливание тигля с золой повторяют до получения постоянной массы. Продолжительность повторных прокаливаний 1 ч.

Зольность целлюлозы определяют в процентах от абсолютно сухой целлюлозы по формуле

Ç m 100 %,

gKñóõ

где m – масса минерального остатка после прокаливания, г; g – масса навески воздушно-сухой целлюлозы, г;

Kсух – коэффициентсухости анализируемого образца целлюлозы.

111

4.3.Определение содержания экстрактивных веществ

Вцеллюлозно-бумажном производстве эту группу веществ обычно называют смолами, подразумевая под ними гидрофобные вещества, растворимые в нейтральных органических растворителях.

Для экстракции используют диэтиловый эфир.

колба; 2 – вкладыш; рат, в холодильник подают воду и начинают на-

3 ч. Общее количество переливов 24. При использовании хлористого метилена нагрев можно осуществлять на песчаной бане.

По окончании экстрагирования холодильник поднимают и осторожно пинцетом вынимают гильзу с навеской, подключают холодильник и начинают отгонку растворителя в экстрактор. Отогнанный растворитель сливают в чистую колбу через сифонную трубку. Отгонка продолжается до тех пор, пока в колбе не останется 5…7 мл

112

экстракта. Содержимое колбы переливают в другую колбу, предварительно доведенную до постоянной массы в сушильном шкафу и взвешенную на аналитических весах с точностью до 0,0002 г. Колбу с экстрактом сушат до постоянной массы в сушильном шкафу при температуре (103 2) °С в течение 4…6 ч, после чего колбу охлаждают в эксикаторе и взвешивают с точностью до 0,0002 г.

Содержание смол и жиров вычисляют по формуле

Ý g1 g 100 %,

g2 Kñóõ

где g – масса сухой колбы,

g1 – масса колбы с абсолютно сухими смолистыми веществами, г; g2 – масса навески воздушно-сухой целлюлозы, г;

Kсух – коэффициент сухости целлюлозы.

4.4. Определение содержания пентозанов

Пентозаны – это полисахариды, главными звеньями макромолекулы которых являются звенья пентоз. Наиболее распространенным представителем пентозанов является ксилан.

О содержании пентозанов в том или ином растительном материале, а также в технической целлюлозе судят по массе пентоз или фурфурола, образующихся при кипячении образца в кислой среде.

Для определения пентозанов применяется установка, состоящая из круглодонной колбы емкостью 500 мл, капельной воронки, холодильника, приемника дистиллята (мерного стакана на 250 мл) и колбонагревателя (рис. 14).

Масса навески воздушно-сухой целлюлозы для определения пентозанов, взвешенная с погрешностью до 0,0002 г, для образцов, содержащих более 2 % пентозанов, должна быть 1 г; для образцов, содержащих пентозанов 2 % и менее, – 3 г.

При содержании пентозанов менее 0,4 % необходимо увеличить массу навески до 5 г или увеличить объем дистиллята для определения оптической плотности до 10 мл.

113

кана переводят в мерную колбу емкостью 250 мл, стакан ополаскивают небольшим количеством 13%-ного раствора соляной кислоты и объем в колбе доводят до метки раствором той же кислоты.

Колбу закрывают пробкой и дистиллят в колбе тщательно перемешивают. После перемешивания отбирают пипеткой 5 мл раствора и переносят в колбу емкостью 100 мл. Туда же пипеткой с помощью резиновой груши вносят 25 мл раствора орсина, затем колбу закрывают пробкой и содержимое колбы взбалтывают.

Колбу с содержимым следует термостатироватъ в течение 50 мин при (20 0,5) °C. Через 50 мин к раствору в колбе приливают пипеткой 20 мл этилового спирта. После взбалтывания жидкость в колбе слегка охлаждают и выдерживают при (20 0,5) °C в течение

10…15 мин.

Параллельную пробу готовят на 3…4 мин позднее первой.

114

На 3…4 мин раньше первой пробы должна быть подготовлена контрольная проба. Для этого в колбу такой же вместимостью, как для испытуемого раствора, помещают отмеренные пипеткой 5 мл 13%-ного раствора соляной кислоты и приливают те же реактивы, что и в испытуемую пробу. Выдерживание контрольной пробы производят вместе с испытуемыми пробами.

По истечении указанного времени (10…15 мин) раствор наливают в кювету и закрывают крышкой. Определяют оптическую плотность испытуемых проб в сравнении с контрольной пробой на фотоэлектроколориметре с красным светофильтром.

Кюветы должны быть выбраны в зависимости от степени поглощения света испытуемым раствором (от интенсивности окраски раствора). Применяют кюветы с толщиной поглощающего свет слоя

10; 20; 50 мм.

По показателю оптической плотности с помощью калибровочного графика определяют содержание пентозанов в испытуемой пробе целлюлозы, выраженное в миллиграммах, и рассчитывают содержание пентозанов в процентах по отношению к массе абсолютно сухой навески целлюлозы по формуле

где g1 – содержание пентозанов в пробе, г; g – масса абсолютно сухой навески, г.

Калибровочную кривую необходимо строить для каждого фотоэлектроколориметра и выбранных кювет. В качестве эталонных растворов применяются растворы ксилозы, соответствующие содержанию пентозанов от 10 до 100 мг.

4.5. Определение содержания лигнина

Содержание лигнина в целлюлозе определяют согласно ГОСТ 11960, в основекоторого лежитметодДжайме – Кнолле – Раппа.

Навеску предварительно проэкстрагированной воздушно-сухой целлюлозы около 1 г взвешивают с точностью до 0,0002 г, помещают

115

встакан на 50 мл и осторожно смачивают 15 мл кислотной смеси, состоящей из шести объемов 72%-ной серной кислоты и одного объема 89%-ной фосфорной кислоты.

Содержимое стакана интенсивно перемешивают стеклянной палочкой во избежание образования комков. Стакан помещают в термостат (35 °С) и через 5 мин его содержимое еще раз перемешивают. По истечении 45 мин (считая от момента добавления кислоты) смесь смывают 400 мл воды в стакан емкостью 800 мл, нагревают до кипения и кипятят в течение 30 мин. Осадку дают осесть в течение 10 мин и в горячем состоянии фильтруют через бумажный фильтр (двойной). Лигнинный остаток и фильтр хорошо отмывают от кислоты горячей водой, к которой для улучшения промывки добавляют

0,5 г NaCl на 1 л воды.

Фильтр с остатком сушат при 105 °С до постоянной массы, взвешивают и озоляют. Для вычисления содержания лигнина из результата взвешивания следует вычесть массу золы.

Содержание лигнина рассчитывают в процентах от необессмоленного целлюлозного материала.

Для определения содержания лигнина в небеленой целлюлозе можно использовать следующую методику: из обессмоленной воз- душно-сухой целлюлозы берут навеску массой около 1 г и помещают

вколбу с притертой пробкой вместимостью 500 мл. В колбу с навеской заливают 10 мл соляной кислоты (плотностью 1,19 г/см3) и ставят на 30 мин в термостат или водяную баню ((30 ± 0,5) °С), периодически встряхивая в течение 1 мин через каждые 5…6 мин во избежание образования комков. Затем содержимое охлаждают до комнатной температуры и приливают 90 мл 72%-ной серной кислоты. Смесь выдерживают в течение 1,5 ч при температуре (20 ± 2) °С, встряхивая через каждые 10…15 мин. По истечении этого времени содержимое колбы разбавляют 150 мл дистиллированной воды. Полученный раствор доводят до кипения в течение 12…15 мин, кипятят 1,5…2 мин, а затем содержимое колбы охлаждают и фильтруют. Фильтрование следует проводить на следующий день для укрупне-

116

ния и облегчения процесса. Раствор с осадком лигнина фильтруют через сложенные вместе два уравновешенных на аналитических весах бумажных фильтра (фильтры обеззоленные «синяя лента»). Осадок лигнина и фильтры тщательно промывают горячей дистиллированной водой до полного удаления кислоты. Наличие кислоты в промывных водах и краях фильтра проверяют индикатором метиловым оранжевым.

Содержание лигнина в процентах к абсолютно сухой целлюлозе рассчитывают по формуле

Ë mg 100 ,

где т – масса абсолютно сухого лигнина, г;

g – масса навески абсолютно сухой целлюлозы, г.

4.6. Определение степени провара целлюлозы

Степень провара целлюлозы является одним из важнейших показателей, характеризующих полноту удаления лигнина из растительного сырья в процессе варки. От этого показателя зависят многие физико-химические свойства технической целлюлозы. Степень провара целлюлозы может быть определена различными способами. Наиболее распространены методы, основанные на окислении лигнина перманганатом калия в определенных условиях.

В нашей стране степень провара целлюлозы характеризуют двумя методами: определением степени провара целлюлозы по перманганатному числу; определением степени делигнификации по перманганатному числу.

4.6.1. Определение степени провара по перманганатному числу

В производственных условиях для характеристики степени провара определяют перманганатную жесткость целлюлозы.

Навеску, содержащую 2 г абсолютно сухой целлюлозы, помещают в стакан емкостью 750 мл и приливают 100 мл дистиллирован-

117

ной воды. Массу размешивают мешалкой, делающей примерно 1000 об/мин, до исчезновения комочков и быстро приливают к ней из стакана смесь, содержащую 30 мл 0,1 н. раствора KMnO4 и 5 мл 1 н. раствора Н2SO4 и имеющую температуру 25 °С. Одновременно с этим включают секундомер. Стакан ополаскивают 20 мл дистиллированной воды и сливают воду в реакционный стакан. Через 30 с приливают 100 мл 0,02 н. раствора соли Мора. Споласкивают стакан,

вкотором находился раствор соли Мора, 40 мл воды, приливают ее

вреакционный стакан и размешивают еще 10…15 с. Затем содержимое стакана с волокном переносят на воронку Бюхнера и фильтруют

всухую колбу. Из колбы пипеткой отбирают 100 мл фильтрата и от-

титровывают 0,02 н. раствором KMnO4 избыток соли Мора до первого появления розовой окраски.

Перманганатное число П вычисляют по формуле

П = 150 – (100 – 3V),

где 150 – общий объем KMnO4 концентрацией 0,02 н. в реакционном стакане, мл;

100 – объем соли Мора, добавляемый для прекращения реакции окисления лигнина, мл;

V – объем 0,02 н. раствора KMnO4, израсходованного на титрование, мл.

При анализе мягкой целлюлозы на восстановление избытка перманганата берут 120…150 мл раствора соли Мора. Например, при взятии 150 мл соли Мора расчет ведут следующим образом:

П= 150 – (150 – 3,5V).

4.6.2.Определение степени делигнификации по перманганатному числу

Метод основан на определении расхода 0,1 н. раствора KMnO4 на обработку 1 г абсолютно сухой целлюлозы в условиях, установленных стандартом. Этот способ является наиболее точным и быстрым методом определения лигнина.

118

Первое определение проводят с целью нахождения нужной навески целлюлозы для анализа, при котором расходуется 30…70 % перманганата от заданного. Чем хуже проварена целлюлоза, тем меньше должна быть навеска.

При известном примерном содержании лигнина навеску целлюлозы можно определить по табл. 9.

Таблица 9

Навеска абсолютно сухой целлюлозы (полуцеллюлозы) для определения степени делигнификации при известном содержании лигнина

Подготовленную навеску целлюлозы, взятую с точностью до 0,001 г, помещают в стакан вместимостью 1 л, заливают из цилиндра 350 мл дистиллированной воды и размешивают мешалкой до исчезновения комков. Затем, не прерывая размешивания массы, приливают к ней смесь из 50 мл 0,1 н. KMnO4 и 50 мл 4 н. раствора H2SO4, предварительно отмеренных в отдельный стакан, и одновременно

119

включают секундомер. Стакан из-под смеси ополаскивают 50 мл дистиллированной воды, которую также выливают в реакционный стакан, после чего общий объем жидкости в последнем должен составить500 мл.

Через 5 мин от начала реакции замеряют температуру реакционной смеси, которую принимают за среднюю. Она должна быть в пределах 20…30 °С. По истечении 10 мин от начала реакции в реакционный стакан быстро вносят 10 мл 1 н. раствора KI и прекращают реакцию окисления лигнина за счет восстановления перманганата по реакции

2KMnO4 + 10KI + 8H2SO4 = 5I2 + 6K2 SO4 + 2MnSO4 + 8H2O.

Не прерывая размешивания, свободный йод титруют 0,2 н. раствором Na2S2O3 в присутствии в качестве индикатора 0,4%-ного раствора крахмала. Вначале титрование проводят до соломенного цвета без индикатора. Реакция взаимодействия йода с тиосульфатом:

I2 + 2 Na2S2O3 = 2NaI + Na2S4O6.

Параллельно проводят одно холостое определение (без целлюлозы).

При испытании полуцеллюлозы (сохраняя остальные условия неизменными) берут 100 мл марганцовокислого калия, 100 мл серной кислоты и 20 мл йодистого калия. Общий объем жидкости должен составлять 1000 мл.

Степень делигнификации целлюлозы вычисляют по формуле

где V – количество 0,1 н. раствора KMnO4, мл, поглощаемое навеской целлюлозы, оно рассчитывается по формуле

V (V1 V2 )K

0,1

Р – навеска целлюлозы, г;

Kсух – коэффициент сухости целлюлозы;

120