Петрова Непрод товары

При щелочном способе получения целлюлозы древесную щепу подго- тавливают так же, как и для кислой варки. Сама варка осуществляется в аппа- ратах периодического или непрерывного действия. Необходимо, чтобы за пе- риод заварки обеспечивалась интенсивная пропитка варочным щелоком со- держимого варочного котла. Затем происходит нейтрализация органических кислот и омыление смолы, выравнивается температура нагрева древесной ще- пы и варочного щелока. Собственно варка, т.е. растворение лигнина, начинает- ся с достижением заданных значений конечной температуры. Длительность варки при конечной температуре (2-3 часа при 165-1800С) определяется раз- личными факторами, главным образом требованиями к качеству целлюлозы.

Содержащиеся в древесине кислоты жирного ряда и смола омыляют- ся в процессе варки натронным щелоком, образуя, так называемое смоля- ное или сульфатное мыло. Выход с каждой тонны целлюлозы составляет около 70-80 кг сульфатного мыла или 35-40 кг таллового масла. Целлюлоза промывается по принципу противотока горячей водой (800С) в несколько этапов. Способ промывки целлюлозы на фильтрах позволяет экономить рабочую площадь, обеспечивает быстрый проход массы и высокую эффек- тивность регенерации щелочи, а также возможность создания замкнутого цикла водооборота, что исключает загрязнение сточных вод.

Небеленую целлюлозу сортируют обычным путем в две-три ступени. Сортирование целлюлозы после ее промывки в одинаковой степени важно как для выработки из нее бумаги, так и для химической переработки. Ино- родные включения загрязняют целлюлозу, а, следовательно, ухудшают ка- чество печати и изображения, и внешний вид получаемой бумаги. Загряз- нения в целлюлозе, поступающей на химическую переработку, забивают фильтры, ухудшают способность волокон к вискозообразованию и затруд- няют прядение.

В результате варки растительного сырья с тем или иным химическим реагентом получают небеленую целлюлозу, представляющую собой про- дукт с относительно низкой белизной. Небеленая целлюлоза, в особенно-

300

сти жесткая, содержит еще значительное количество сопровождающих клетчатку примесей, дальнейшее освобождение от которых способом вар- ки бывает связано с нежелательным значительным повреждением целлю- лозы и ухудшением ее свойств. Между тем часто требуется получить про- дукт высокого белого цвета, более полно освобожденный от лигнина, смол и других примесей, более химически чистый. Для этого полученную небе- леную целлюлозу подвергают отделке химическими отбеливающими реа-

гентами, получая беленую целлюлозу.

В зависимости от вида целлюлозы и ее назначения применяются раз- личные схемы отбелки и отбеливающих реагентов. В некоторых случаях отбелку не доводят до высокой белизны и получают полубеленую целлюло- зу. На различных ступенях отбелки используют газообразный хлор или хлорную воду, растворы гипохлорита кальция и натрия, двуокись хлора, натронный щелок, водный раствор SO2 и соляную кислоту. Беленую цел- люлозу сортируют повторно – для удаления из массы мелких включений.

Для более глубокого удаления гемицеллюлоз иногда одновременно с отбелкой проводят дополнительно щелочную обработку, получая в резуль- тате так называемую облагороженную целлюлозу. Отбелке и облагоражи- ванию подвергают преимущественно мягкую целлюлозу или целлюлозу средней жесткости.

Небеленую и беленую целлюлозу обезвоживают, сушат и упаковы- вают. Целлюлоза может поставляться потребителям во влажном и сухом состоянии. Сухость целлюлозного полотна в конце технологического про- цесса составляет около 40–45 %. При необходимости получать целлюлозу сухостью около 90% ее сушат в виде полотна, листов, либо в виде хлопьев.

3. Классификация целлюлозы

Древесная масса – это полуфабрикат, который получают механиче- ским истиранием древесины до ее роспуска на отдельные волокна. Древес- ная масса нашла широкое применение в производстве бумаги, картона, она

301

входит в состав большинства видов этой продукции в пределах от 10 до 90%. По показателям механической прочности древесная масса уступает целлюлозе. Способ получения древесной массы проще, дешевле, менее энергоемкий, с большим выходом по волокну (86–90 %), поэтому древес- ная масса – самый дешевый волокнистый полуфабрикат. Химический со- став древесной массы приблизительно такой же, как и у исходной древе- сины. Ее волокна при отливе бумаги образуют плохое сцепление и не дают прочного листа, сообщают бумаге крупнопористую структуру, большую впитывающую способность. Поэтому при выработке бумаги древесная масса применяется вместе с целлюлозой.

Вырабатывают несколько видов древесной массы. Виды древесной массы зависят от технологического способа обработки древесины. При ме- ханическом способе вырабатывают белую древесную массу. Этот способ предусматривает два рабочих этапа – пропарку древесного баланса в усло- виях высокой температуры и механическое истирание баланса. Белая дре- весная масса из балансов и щепы ели, пихты, осины, тополя имеет волокна сравнительно малой прочности, но цвета натуральной древесины, выход 95-96%. Используется в сочетании с целлюлозой для производства массо- вых видов бумаг.

Бурая древесная масса используется для производства пакетной и обер- точной бумаги (в большинстве случаев с добавкой макулатуры) – 0–35 % целлюлозы, масса 90–200 г/м2; коробочного картона – 0–20 % целлюлозы, масса 280–500 г/м2 ; кожкартона, дуплекса и триплекса с наружным слоем из другого полуфабриката – 0–20 % целлюлозы, масса 500–1000 г/м2; мно- гослойного клееного картона массой свыше 1000 г/м2.

Предварительная пропарка щепы дает возможность получать тер-

момеханическую древесную массу с прочными волокнами и выходом 90%.

Получают прочный длинноволокнистый полуфабрикат, который позволяет значительно сократить или полностью исключить целлюлозу в производ- стве многих видов бумаги и картона. Термомеханическую массу обяза-

302

тельно подвергают отбелке. Для производства термомеханической массы может использоваться цепа самых различных пород деревьев: пихты, со- сны, ели, березы, осины и др.

При предварительной химической обработке балансов или щепы раствором сульфата натрия или бисульфата натрия получают химическую древесную массу с весьма прочными волокнами и выходом 85–90 %. В ре- зультате получается однородный и длинноволокнистый полуфабрикат без пучков и обрывков волокон с выходом по волокну 85–90 %. Химическая древесная масса отличается пониженной белизной, но она легко отбелива- ется. Отбеленную химическую древесную массу применяют в некоторых видах печатной бумаги вместо более дорогой древесной целлюлозы.

Если щепу подвергают не только химической обработке, но и про-

парке, получают химико-термомеханическую древесную массу. По прочно-

сти волокна ее показатели в 2 раза выше, чем у термомеханической дре- весной массы. Выход составляет 80-90%.

Полуцеллюлоза – волокнистый полуфабрикат, содержащий еще больше нецеллюлозных веществ, промежуточный продукт между целлю- лозой высокого выхода и древесной массой. Его получают путем неглубо- кой химической переработки сырья – непродолжительной варке древесной щепы в растворе соды или сульфита натрия. В результате - больший выход по волокну – до 65–85 % вместо 45–50 % при варке целлюлозы. В полу- ченной из хвойной древесины полуцеллюлозе может содержаться 15–20 % лигнина. В отличие от древесной массы полуцеллюлоза обладает волокни- стым строением, большей мягкостью и гибкостью, она может частично или даже полностью заменить целлюлозу при изготовлении некоторых ви- дов бумаг. Полуцеллюлоза используется для выработки тарного и других видов картона, а также низких сортов бумаг, древесноволокнистых плит.

Сульфитную целлюлозу варят как периодическим, так и непрерыв- ным способом. Для получения 1 т. целлюлозы расходуется от 80 до 130 кг серы. При использовании лиственной древесины (береза, осина, тополь,

303

бук и др.) вместо хвойной (ель, пихта) расходуется больше сернистого сы- рья. Показателем степени провара целлюлозы служит ее жесткость, сте- пень которой определяется содержанием остаточного лигнина в проварен- ной волокнистой массе после промывки. Небеленую сульфитную целлю- лозу в зависимости от того, при каких условиях варки она получена, разде- ляют на жесткую, среднюю и мягкую. Жесткая целлюлоза, содержащая много лигнина, используется в производстве прочной бумаги. Мягкие сор- та целлюлозы отличаются повышенной чистотой и служат сырьем, в част- ности, например, для выработки искусственного волокна. Кроме того, цел- люлоза широко применяется как исходное сырье в производстве взрывча- тых веществ, искусственного волокна, шерсти, кожи, целлофана, лаков, кинопленки и т.п.

Беленую сульфитную целлюлозу выпускают девяти марок со степе- нью белизны от 83 до 92%. Разрывная длина целлюлозы 4500–9000 м и выше. Число двойных перегибов от 600 до 3500 и более. Сортность целлю- лозы – очень важный показатель. Сортность зависит от степени окорки ба- ланса и очистки целлюлозы.

Сульфатная хвойная целлюлоза вырабатывается главным образом из древесины сосны. Щепу варят в растворе едкого натра NaOН и серни- стого натрия Na2S (сульфатный способ). Волокна сосновой сульфатной целлюлозы по размерам и форме сходны с волокнами сульфитной, но от- личаются от них бурым цветом, значительно более высокой прочностью, большим содержанием гемицеллюлоз и меньшим содержанием смолы. Высокая прочность сульфатной целлюлозы позволяет применять ее для производства разнообразной бумаги.

Небеленая сульфатная целлюлоза используется для выработки ме- шочной, оберточной, кабельной, конденсаторной, телефонной, пропиточ- ной, намоточной и многих других видов бумаги. Полубеленая сульфатная целлюлоза применяется ля выработки газетной, печатной, промокательной, фильтровальной бумаги, бумаги-основы для пергамента и др. Высококаче-

304

ственная беленая используется для химической переработки – получения прочного искусственного волокна, штапеля, целлофана, корда. В большом количестве сульфатная целлюлоза применяется для выработки картонной тары, бумажного шпагата и других изделий.

Техническая целлюлоза. Варка измельченной древесины или соло- мы с различными химическими реагентами при повышенной температуре и давлении приводит к получению технической целлюлозы. В соответст- вии с величиной выхода технические целлюлозы делятся на три основные категории: целлюлоза нормального выхода (40..50 % от массы сырья) нахо-

дит широкое применение в бумажном производстве и ряде отраслей хими- ческой промышленности. В первом приближении различают целлюлозы жесткие, содержащие примерно от 3 до 8 % лигнина, и мягкие, содержание остаточного лигнина в которых не превышает 1,5 %. Целлюлоза высокого выхода (50..60 %), содержащая значительную часть лигнина, гемицеллю- лоз и другие вещества, получается при сокращенной продолжительности варки и пониженной температуре процесса. Этот продукт используют для производства различных видов картона и бумаг. Полуцеллюлоза — волок- нистый полуфабрикат, занимающий промежуточное место между целлю- лозой и древесной массой. Выход из древесины полуцеллюлозы — 65— 85%, обычной целлюлозы 46—53, а древесной массы 95—98 % от массы абсолютно сухой древесины. Внешний вид волокон полуцеллюлозы не от- личается от внешнего вида волокон целлюлозы, а механические показате- ли ниже и зависят от свойств исходного сырья, способов варки и размола.

4. Экспертиза целлюлозы

При проведении экспертизы целлюлозы рассматривают комплексные показатели, характеризующие свойства целлюлозы.

1. Содержание лигнина или отвечающая ему степень провара целлю- лозы – один из основных показателей, определяющих пригодность небеле- ной целлюлозы для производства тех или иных видов бумаги. В беленых

305

целлюлозах содержание лигнина обычно не определяют, т.к. оно относи- тельно невелико (десятые доли процента).

2.Содержание пентозанов. Если целлюлоза предназначена для бу- мажного производства, то в ней наличие пентозанов, за исключением не- которых особых случаев, в целом благоприятно, т.к. способствует повы- шению механической прочности, улучшает проклейку и увеличивает на- бухаемость и способность полуфабриката к размолу.

3.Содержание смолы. В сульфитной хвойной целлюлозе довольно высокое содержание смол, т.к. сульфитная кислота не растворяет смолы.

4.Зольность целлюлозы. Особенно высокую зольность имеет соло- менная целлюлоза. В древесных целлюлозах содержание золы обычно ма- ло – 0,3-0,5%. Зольность не имеет особого значения для целлюлозы, пред- назначенной для бумажного производства.

5.Медное число. Для мягких целлюлоз медное число всегда выше, чем для жестких, а для беленых выше, чем для небеленых. Целлюлоза ще- лочных варок характеризуется более низким медным числом (около 1,0) по сравнению с сульфитной (1,5 – 2,5). Облагораживанием целлюлозы можно добиться значительного понижения медного числа.

6.Вязкость растворов целлюлозы. Характеризует поведение целлю- лозы при ее химической переработке. Вязкость понижается в процессе варки и отбелки. В процессе облагораживания целлюлозы, сопровождае- мом удалением низкомолекулярных веществ, вязкость ее растворов воз- растает. Это свойство имеет большое значение при производстве вискоз- ной целлюлозы для которой установлены жесткие пределы вязкости.

7.Степень полимеризации. Целлюлоза обычно весьма неоднородна и представляет собой смесь высоко- и низкополимерных фракций, относи- тельное содержание которых оказывает влияние на свойства целлюлозы и

ееповедение при последующей химической переработке.

8.Механические прочностные свойства: сопротивление разрыву, из- гибу, продавливанию и надрыву или раздиранию.

306

9.Сорность целлюлозы. Источником сора в целлюлозе являются час- тички коры и луба и костра – темные волоконца и их пучки, отщепившиеся от сучков и непроварившейся древесины, а также зерна минеральных включений, частицы угольной пыли, скопления смолы и т.п. Допустимое число соринок для высококачественных облагороженных целлюлоз огра- ничивается несколькими десятками на 1 кв.м.

10.Цвет целлюлозы. Для целлюлоз беленых и облагороженных бе- лизна является важным показателем качества. Для бумажной промышлен- ности этот показатель колеблется в пределах от 80 до 90% (за образец при- нимается сульфат бария, белизна которого принята за 100%).

В отдельных случаях нужны еще дополнительные определения, на- пример: углеводный состав, впитывающая способность, способность к на- буханию, к пергаментации, фильтруемость и др.

Для целлюлозы, предназначенной для переработки на бумагу, особое значение имеют так называемые бумагообразующие свойства, т.е. свойства волокна как основы бумажного листа. К ним относятся: механическая прочность волокна, его отношение к размолу, гидратации, расщеплению, образованию слизи, развитию при размоле крепости, в его гибкости, эла- стичности, непрозрачности, белизне, отсутствию сора и т.п. Для целлюло- зы, предназначенной для химической переработки, решающую роль игра- ют химическая чистота, отсутствие загрязняющих веществ – лигнина, пен- тозанов, золы и пр.

5. Бумага и картон

Бумажная промышленность - одна из крупнейших отраслей народно- го хозяйства России. В современном мире производится свыше 300 млн тонн бумаги и картона в год, что составляет около 50,8 кг на душу населе- ния. При этом на каждого жителя Западной Европы приходится около 100 кг бумаги и картона, в США – 334,6 кг. В России «душевое» потребление бумаги ниже среднемировых и составляет чуть больше 14 кг.

307

Бумага — листовой материал массой до 250 г/м2, состоящий в ос- новном из специально обработанных растительных волокон, связанных между собой силами поверхностного сцепления. В состав бумаги могут входить химические волокна, проклеивающие вещества, минеральные на- полнители, пигменты и красители. Тонкие, легкие и вместе с тем прочные и гибкие бумажные листы имеют ровную поверхность, хорошо восприни- мающую краску.

Бумага служит основным материалом для издания книг, журналов, газет и плакатов. Технические виды бумаги и картона широко применяют- ся в электротехнической промышленности для конденсаторов, изоляции силовых кабелей, прокладок, изоляции в электромашинах и т.п., в радио- технике для производства приемников и прочей аппаратуры. Большое ко- личество бумажной продукции в качестве тары потребляют химическая и цементная промышленность. Использование бумажных мешков дает большую экономию в народном хозяйстве, т.к. перевозка минеральных удобрений и цемента в затаренном виде сокращает потери минимум на 10 %. Кроме того, в химической промышленности широкое применение на- ходят мешочная и картонная тара.

Картон представляет собой листовой материал массой 1 м2 свыше 250 г, состоящий преимущественно из растительных волокон, связанных между собой силами поверхностного сцепления. Масса 1 м2 картона явля- ется условной, так как многие виды картона выпускаются массой менее 250 г. Картон имеет следующие показатели: массу 1 м2, толщину, плот- ность, механическую прочность, влажность, впитывающую способность, электроизоляционные и другие свойства.

Картон и бумага с большим экономическим эффектом заменяют дре- весину при изготовлении тары. Каждая тонна тарного картона позволяет сэкономить 14 м3 деловой древесины. Различные виды картона использу- ются в автомобильной и тракторной промышленности. Бумагу и картон широко применяют в строительстве для изготовления правильных гидро-

308

изоляционных материалов, гипсокартонных листов, обоев.

6. Технология получения бумаги и картона

Для производства бумаги и картона наиболее широко применяют во- локна древесины в виде древесной массы, древесной целлюлозы и полу- целлюлозы; соломы в виде соломенной массы, соломенной целлюлозы; тростника в виде тростниковой целлюлозы и полуцеллюлозы; тряпичные в виде тряпичной полумассы; натуральные волокна хлопка, льна и пеньки в виде полумассы; бамбука, багассы (стеблей сахарного тростника) и неко- торых других растений. Для приготовления некоторых специальных видов бумаги и картона используют также животные (шерсть), минеральные (ас- бест) и синтетические волокна.

К обрабатываемой бумажной массе может быть добавлена макула- тура, но лишь после удаления чернил, на этом этапе производства обраба- тываемая масса, состоящая из древесных волокон и воды, называется бу- мажным сырьем. Макулатурой называют использованные бумагу и картон, отходы, образующиеся при переработке бумаги и картона. Большое коли- чество макулатуры приходится на долю печатных бумаг – отходов поли- графической промышленности и газет. Механическая прочность бумаги, выработанной с содержанием макулатуры, часто превышает прочность бумаги, полученной из одной древесной массы.

Синтетические волокна имеют по сравнению с растительными более высокую прочность, устойчивость к действию кислот, щелочей, раствори- телей и незначительную влагопроницаемость. При добавлении в бумаж- ную массу небольшого количества синтетических волокон повышаются впитывающая способность бумаги, пористость, фильтрующая способ- ность, прочность, долговечность, снижается степень деформации; из такой массы изготовляют специальные виды бумаги (документную, картографи- ческую, чертежную, электроизоляционную, фильтровальную), основы для внутренних слоев пластика.

309