2. Отбелка дитионитами

Дитиониты (ДТ) является одним из самых сильных восстановителей, используемых в настоящее время в промышленности. Применение их для отбелки ДМ не требует изменения технологии ее производства и больших капитальных затрат. Особенности отбелки ДТ – очень быстрое воздействие на ДМ, даже при низкой температуре, и высокий эффект отбелки ДМ из тёмной или окрашенной древесины.

Одним из недостатков использования ДТ является низкая стабильность их в присутствии кислорода воздуха. На воздухе ДТ быстро разлагаются с выделением кислых продуктов, снижающих рН до таких пределов, при которых сами становятся катализаторами разложения.

Для предохранения от соприкосновения с кислородом воздуха отбельные растворы ДТ хранят под слоем чистого минерального масла.

Разложение ДТ в присутствии окислителя (кислорода воздуха) может идти до конца. При этом трехвалентная сера переходит в 4- и 6- валентные соединения (HSO₄^-, HSO₃^-):

Na₂S₂O₄ + O₂ + H₂O  NaHSO₃ + NaНSO₄;

Однако водные растворы ДТ распадаются и в условиях тщательной герметизации вследствие того, что анионы ДТ могут реагировать между собой по уравнению

2Na₂S₂O₄ + H₂O  Na₂S₂O₃ + 2NaHSO₃;

Поэтому и при герметизации необходимо избегать длительного хранения растворов ДТ, т.е. следует готовить их небольшими порциями (хранить не более двух часов).

Таким образом, водные растворы дитионита, кроме S₂O₄^2-, содержат SO₄^2-, S₂O₃^2- и SO₃^2-.

Существует несколько точек зрения на отбелку древесной массы дитионитом.

Считается, что белящим реагентом является дитионит-ион S₂O₄^2-.

Однако ряд авторов считает, что в воде происходит разложение Na₂S₂O₄ на бисульфит Na и соль натрия непрочной сульфоксильной кислоты, которая является отбеливающим реагентом:

Na₂S₂O₄ + H₂O  NaHSO₃ + NaHSO₂.

Подтверждением данной теории является то, что отбелка древесной массы происходит и в том случае, когда в растворе практически отсутствуют дитионит-ионы.

Условия отбелки.

Расход ДТ на отбелку обычно не превышает 1 % от массы волокна, так как наибольший прирост белизны ДМ (8 – 10 %) достигает при расходе 0,5 – 1,0 %.расход более 1 % экономически нецелесообразен.

рН среды должен быть в пределах 5,0 – 6,5. При рН ниже 5 ДТ начинает сильно разлагаться, что снижает эффективность отбелки. Понижение рН создаёт также опасность коррозии оборудования. Поэтому при отбелке ДТ, если создаётся опасность понижения рН, рекомендуется регулировать рН добавкой щелочи или буферных веществ. Однако рН не должен быть выше 7, так как в щелочной среде в массе могут происходить нежелательные реакции, способствующие образованию новых хромофоров и пожелтение массы.

Восстановительная способность ДТ и ОВП системы ДТ-ДМ возрастает с повышением температуры, соответственно увеличивается и эффективность отбелки.

Отбелка ДМ может производиться при температуре 35 – 95 ⁰С, оптимальная температура 65 – 75 ⁰С. Повышение температуры существенно сокращает продолжительность отбелки до достижения максимальной белизны, и тем самым уменьшается влияние кислорода воздуха на процесс. При температуре 65 – 75 ⁰С время отбелки составляет 20 – 40 мин, при 30 – 35 ⁰С – 1 – 1,5 ч.

Концентрация массы – 2,5 – 6,0 %. Такая низкая концентрация позволяет быстро и тщательно смешать ДТ с массой и исключает влияние воздуха. При концентрации ниже 2,0 % на эффективность отбелки отрицательное влияние оказывает кислород, растворённый в воде.

При отбелке ДТ с целью уменьшения отрицательного воздействия ионов металлов, главным образом железа, обычно используются полифосфаты (ТПИФ Na₅P₃O₁₀), обычные соли фосфорной кислоты, например, тринатрийфосфат, азотосодержащие органические соединения типа трилона Б (соли этилендиаминтетрауксусной кислоты - ЭДТК Na₂). Установлено, что фосфор и азотосодержащие комплексообразующие соединения заметно повышают конченую белизну массы (на 4 – 4,5 %). Расход этих веществ 0,2 – 1,0 % от массы волокна. Подают их в массу до перемешивания с ДТ или одновременно с ДТ.

Белящее действие ДТ цинка и ДТ натрия по существу равноценно, но ДТ цинка придаёт массе более устойчивую белизну, чем ДТ натрия, и повышает биостойкость белёной ДМ. В производстве ДМ обе соли применяются примерно в одинаковой степени. Иногда предпочтение отдают ДТ цинка, так как его можно приготовить на месте потребления путём насыщения суспензии цинковой пыли в воде сернистым газом, а также из-за большей стойкости его растворов к воздействию воздуха и кислот.

Однако при отбелке ДТ цинка в оборотной воде накапливаются сульфид-ионы, которые способствуют коррозии оборудования и пожелтению массы. Но ДТ цинка в отличие от ДТ натрия не воспламеняется, что важно при практическом использовании.

Отбелка ДТ проводится иногда в имеющихся на предприятиях массных бассейнах, где масса обычно тёплая и готова к отбелке; требуется дополнительно установить только оборудование для приготовления растворов ДТ и связывающего агента. Однако в бассейнах смешение ДТ с массой медленное и может быть неравномерным. Белизну ДМ при такой отбелке можно повысить на 4 – 8 %.

Наиболее тщательное удаление воздуха из массы и хорошее равномерное перемешивание с ДТ, необходимое для обеспечения максимального прироста белизны ДМ (на 8 – 10 %), достигаются на специальных установках, включающих закрытые бассейны и башни (рис. 40).

Рис. 37. Схема отбелки массы в башне дитионитом: 1 -древесная масса; 2 - пар; 3 - смеситель; 4 - связывающий агент; 5 - выход воздуха; 6 - вода; 7 – дитионит цинка; 8 -колонна предварительной выдержки; 9 - регулятор уровня; 10 - смешивающий насос; 11 - скребковый конвейер; 12 - отбеленная масса; 13 - башня с потоком снизу вверх.

6

Для отбелки наиболее приемлемы башни для массы невысокой концентрации с потоком снизу вверх. В этом случае масса соприкасается с воздухом лишь на выходе из башни, когда ДТ уже израсходован. Для более тщательного удаления воздуха из массы перед башней устанавливается колонка для предварительной её выдержки. Вся смешивающая часть установки находится под давлением, препятствующим проникновению воздуха в систему. Башни должны быть защищены нержавеющей сталью, латунью.

Промывка ДМ после отбелки ДТ обычно не производится и не рекомендуется, так как попадание в белёную массу ионов железа из воды вызывает потемнение массы.

Выход белёной ДМ после отбелки ДТ практически не снижается.