Патент на изобретение №2155834

(54) СПОСОБ ОТБЕЛКИ ДРЕВЕСНОЙ МАССЫ

(57) Реферат:

Изобретение относится к целлюлозно-бумажной промышленности и касается технологии отбелки древесной массы из лиственной или хвойной древесины. Водную суспензию древесной массы (термомеханическую или химико-термомеханическую) обрабатывают отбеливающим реагентом, преимущественно пероксидом водорода или гидросульфитом натрия, и комплексообразователем – смесью натриевых солей этилендиаминтетраметиленфосфоновой кислоты, диэтилентриаминпентаметиленфосфоновой кислоты и триэтилентетраамингексаметиленфосфоновой кислоты при их соотношения в смеси соответственно (0,8 – 1,2) : (0,8-1,2): (0,8-1,2). Указанную обработку проводят в присутствии дополнительного комплексообразователя – триполифосфата натрия при соотношении смеси солей и триполифосфата натрия от 5: 1 до 10:1 и общем расходе комплексообразователей 0,1-0,2% от массы абсолютно сухого волокна. Указанную обработку проводят при температуре 40-80°С в течение 60-120 мин. Указанную обработку можно проводить в одну стадию, а можно проводить в две стадии – сначала смесью названных солей в присутствии триполифосфата натрия в течение 40-60 мин, а затем путем добавления отбеливающего реагента и продолжения обработки в течение 40-60 мин. Техническим результатом является интенсификация процесса отбелки за счет снижения расхода отбеливающих реагентов и сокращения времени отбелки при одновременном повышении белизны древесной массы. 3 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к целлюлозно-бумажной промышленности и может найти применение в производстве беленой древесной массы из лиственной или хвойной древесины.

Известен способ отбелки древесной массы, когда отрицательное действие ионов металлов переменной валентности на процесс отбелки устраняют за счет использования комплексообразователя – триполифосфата натрия. Триполифосфат натрия относятся к группе соединений так называемых конденсированных фосфатов, содержащих в молекуле более одного атома фосфора и имеющих P-O-P-связи. Водные растворы триполифосфата натрия имеют щелочную реакцию и, хотя не обладают сильными комплексующими свойствами, находят применение при осуществлении отбелки древесной массы гидросульфитом натрия. Применение триполифосфата натрия при отбелке древесной массы пероксидом водорода находит применение, но не в значительной мере, поскольку по своей эффективности как индивидуальный комплексообразователь он уступает многим известным реагентам (Лебедева И. А. , Кречетова С.П. Отбелка древесной массы. Лесная промышленность, 1975, с. 43-45).

Известен способ отбелки древесной массы пероксидом водорода, согласно которому в качестве стабилизатора используют производные алкиламинметиленфосфонита, например этилендиаминтетраметиленфосфонат натрия (см. JP 53-44563, кл. D 21 C 9/16, опубл. 30.11.1978).

Данный способ позволяет вести отбелку пероксидом водорода полуфабрикатов высокого выхода, таких как дефибрерная, термомеханическая и химико-термомеханическая масса. Данный стабилизатор используется взамен силиката натрия, что сопряжено с повышенным расходом дорогостоящего химиката. Кроме того, использование производных алкиламинметиленфосфонатов в качестве стабилизаторов пероксида водорода сопряжено со снижением интенсивности процесса и, следовательно, с увеличением его продолжительности, поскольку они не выполняют роль активизаторов пероксида водорода.

Наиболее близким к предлагаемому является способ отбелки древесной массы путем обработки ее водной суспензии отбеливающий реагентом и комплексообразователем на основе этиленаминметиленфосфоновой кислоты (см. DE 3308298 A1, кл. D 21 C 9/10, опубл. 13.09.1984).

Сущность данного способа состоит в том, что отбелку древесной массы отбеливающим реагентом, например гидросульфитом натрия, осуществляют в присутствии одного из производных этиленаминметиленфосфоновой кислоты, например, диэтилентриаминпентаметиленфосфоновой или этилендиаминтетраметиленфосфоновой кислот. Процесс ведут в следующей последовательности: предварительно в водную суспензию древесной массы добавляют один из производных этиленаминметиленфосфоновой кислоты в количестве 0,2% от массы абсолютно сухого волокна и при перемешивании обрабатывают в течение 30 мин. В этом случае вышеуказанная кислота выполняет роль комплексообразователя, то есть имеет место инактивация ионов металлов переменной валентности. По окончании времени инактивации в волокнистую суспензию добавляют гидросульфит натрия и отбелку продолжают в течение 60 мин. Положительный результат данного способа состоит в том, что использование производных этиленаминметиленфосфонатов в качестве комплексообразователей обеспечивает повышение степени белизны по сравнению с контрольный образцом.

Катализаторами разложения отбеливающих реагентов являются в основном ионы металлов переменной валентности, в частности железа, меди и марганца. Пока не известно комплексообразователя, который в равной степени мог бы инактивировать ионы вышеотмеченных металлов. Поэтому недостатком данного способа отбелки является то, что при использовании указанных химикатов как индивидуальных веществ в качестве комплексообразователя не решается проблема инактивации ионов всех металлов переменной валентности в равной степени, поскольку каждый из комплексообразователей может в большей степени воздействовать на ионы одного из металлов переменной валентности и в меньшей степени на ионы другого металла переменной валентности. При использовании другого комплексообразователя его действия на ионы металлов переменной валентности могут быть противоположными первому комплексообразователю.

Это в свою очередь отрицательно сказывается на белизне готовой древесной массы.

Новым техническим результатом предлагаемого технического решения является интенсификация процесса отбелки за счет снижения расхода отбеливающих реагентов и сокращения времени отбелки при одновременном повышении белизны древесной массы.

Достигается технический результат тем, что в способе отбелки древесной массы путем обработки ее водной суспензии отбеливающим реагентом и комплексообразователем на основе этиленаминметиленфосфоновой кислоты согласно изобретению в качестве комплексообразователя используют смесь натриевых солей этилендиаминтетраметиленфосфоновой, диэтилентриаминпентаметиленфосфоновой и триэтилентетраамингексамэтиленфосфоновой кислоты при их массовом соотношении в смеси соответственно (0,8-1,2) : (0,8-1,2) : (0,8-1,2), при этом указанную обработку проводят в присутствии дополнительного комплексообразователя – триполифосфата натрия при соотношении соли указанной смеси кислот и триполифосфата натрия от 5:1 до 10:1 и общем расходе комплексообразователей 0,1-0,2% от массы абсолютно сухого волокна.

В качестве отбеливающего реагента используют пероксид водорода или гидросульфит натрия.

Обработку проводят при температуре 40-80^oC в течение 80-120 мин.

Обработку водной суспензии древесной массы можно проводить либо в одну стадию, либо сначала проводить смесью натриевых солей этилендиаминтетраметиленфосфоновой, диэтилентриаминпентаметиленфосфоновой и триэтилентетраамингексаметиленфосфоновой кислоты в присутствии триполифосфата натрия в течение 40-60 мин, а затем добавлять отбеливающий реагент и продолжать обработку в течение 40-60 мин.

Ионы металлов переменной валентности – железа, меди, марганца и других, присутствующие в воде и самой древесной массе, являются инициаторами и катализаторами разложения отбеливающих реагентов – гидросульфита натрия и пероксида водорода, что приводит к повышенному их расходу. Химические вещества хелатного ряда, связывая ионы металлов в комплексы, инактивируют их. Химическое сродство и прочность образованных комплексов определяется условиями при их взаимодействии, а также химической природой и структурой самого хелатного вещества – комплексообразователя. Использование для инaктивации инициаторов разложения отбеливающих реагентов смеси комплексообразователей различного химического строения обеспечивает условия для равномерной и более полной инактивации практически всех ионов металлов переменной валентности. Условно можно принять этилендиаминтетраметиленфосфонат натрия в более полной мере инактивирует ионы железа и в меньшей степени ионы меди и марганца, диэтилентриаминпентаметиленфосфонат натрия в большей степени инактивирует ионы меди и в меньшей степени ионы железа и марганца, а триэтилентетраамингексаметиленфосфонат натрия в большей степени инактивирует ионы марганца и в меньшей ионы железа и меди. Суммарно смесь комплексообразователей устраняет вредное влияние практически всех ионов металлов.

Роль триполифосфата натрия сводится к следующему: как комплексообразователь он также участвует в инактивации ионов металлов, однако его присутствие необходимо для обеспечения оптимальных условий работы основных комплексообразователей, поскольку, являясь щелочным реагентом, он создает буферные условия для поддержания определенной щелочной среды. Таким образом, совместное действие всех компонентов смеси обеспечивает синергетический эффект при осуществлении отбелки древесной массы гидросульфитом натрия или пероксидом водорода.

Предложенный способ отбелки древесной массы осуществляют следующим образом: волокнистую массу, полученную термомеханическим или химико-термомеханическим путем, разбавляют горячей водой до концентрации 2-3%, при этом устанавливают заданную температуру волокнистой суспензии 40-80^oC. Затем в суспензию при перемешивании вводят комплексообразователь, который получают из смеси натриевых солей этилендиаминтетраметиленфосфоновой, диэтилентриаминпентаметиленфосфоновой и триэтилентетраамингексаметиленфосфоновой кислот, взятых в соотношении (0,8-1,2) : (0,8-1,2) : (0,8-1,2), и в эту смесь солей добавляют триполифосфат натрия в количестве, обеспечивающем соотношение указанных солей и триполифосфата натрия от 5:1 до 10:1, соответственно.

Комплексообразователь сложного состава задают на обработку древесной массы в количестве от 0,1 до 0,2% от массы абсолютно сухого волокна. Обработку волокнистой массы комплексообразователей заканчивают через 40-60 мин. Затем массу сгущают до концентрации 5-15% и смешивают с предварительно приготовленным раствором отбеливающего реагента. Раствор гидросульфита натрия готовят посредством растворения порошка гидросульфита натрия в слабощелочном растворе воды, а рабочий раствор пероксида водорода готовят посредством последовательного введения в воду гидроксида натрия, силиката натрия и пероксида водорода. Расход гидросульфита натрия составляет 5-9,0 кг/т, а пероксида водорода 10-30 кг/т от массы абсолютно сухого волокна. Обработку древесной массы отбеливающими реагентами проводят при температуре 60-80^oC в течение 40-60 мин. Возможны варианты, когда комплексообразователь используют не на стадии предобработки волокнистой суспензии, а вводят в массу совместно с отбеливающим реагентом. По истечении времени обработки древесной массы отбеливающим реагентом из беленой массы изготавливают бумажные листы и определяют степень белизны.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами его осуществления.

Пример 1. Способ отбелки древесной массы осуществляют следующим образом. Древесную массу, полученную термомеханическим методом, исходной концентрацией 22% помещает в емкость, куда приливают предварительно нагретую воду в количестве, обеспечивающем концентрацию массы 2,5%, при этом температуру волокнистой суспензии устанавливают равной 50^oC. При перемешивании в волокнистую суспензию вносят раствор комплексообразователя в количестве 0,15% от массы абсолютно сухого волокна. Комплексообразователь готовят из смеси натриевых солей этилендиаминтетраметиленфосфоновой, диэтилентриаминпентаметиленфосфоновой и триэтилентетраамингексаметиленфосфоновой кислот, взятых в соотношении 0,8:1,0:1,2 соответственно, и в эту смесь солей добавляют триполифосфат натрия в количестве, обеспечивающем соотношение указанной выше смеси солей и триполифосфата натрия 8:1. Обработку волокнистой суспензии древесной массы осуществляют в течение 50 мин. По истечении указанного промежутка времени массу обезвоживают до концентрации 5% и при интенсивном перемешивании в массу вводят раствор гидросульфата натрия, что обеспечивает рабочую концентрацию 4%. Расход гидросульфита натрия 8 кг/т, температура обработки 60^oC, а продолжительность 40 мин. По окончании обработки массу разбавляют водой, кислуют до pH 5, изготовляют листы бумаги и анализируют.

Показатели беленой термомеханической массы приведены в таблице.

Пример 2. Способ отбелки древесной массы осуществляют аналогично примеру 1. Отличия состоят в том, что температура обработки волокнистой суспензии комплексообразователем 40^oC, а продолжительность обработки 60 мин. Смесь натриевых солей органических кислот берут в соотношении 1,0:1,2:0,8, а соотношение смеси указанных солей и триполифосфата натрия 5:1, при общем расходе комплексообразователя 0,2% от массы абсолютно сухого волокна. Обработку ведут при расходе гидросульфита натрия 9,0 кг/т при температуре 70^oC в течение 40 мин.

Показатели беленой термомеханической массы приведены в таблице.

Пример 3. Способ отбелки древесной массы осуществляют аналогично примеру 1. Отличия состоят в том, что температура обработки волокнистой суспензии комплексообразователем 80^oC, а продолжительность обработки 40 мин. Смесь натриевых солей органических кислот берут в соотношении 1,2:0,8:1,0, а соотношение смеси указанных солей и триполифосфата натрия 10:1, при общем расходе комплексообразователя 0,1% от массы абсолютно сухого волокна. Обезвоживание массы проводят до концентрации 15%, а отбелку проводят пероксидом водорода при его расходе 25 кг/т массы. Кроме того, в отбеливающий раствор добавляют гидроксид натрия 15 кг/т и силикат натрия в количестве 30 кг/т. После смешения отбеливающего раствора и массы обработку ведут при температуре 80^oC в течение 60 мин при рабочей концентрации массы 10%.

Показатели беленой термомеханической массы приведены в таблице.

Пример 4. Способ отбелки древесной массы осуществляют следующим образом. Древесную массу, полученную химико-термомеханическим методом, с исходной концентрацией 25% помещают в емкость и заливают предварительно нагретой водой в количестве, обеспечивающем концентрацию массы 2,5%, при этом устанавливают температуру волокнистой суспензии 80^oC и проводят водную обработку массы при перемешивании в течение 40 мин. Затем массу обезвоживают до концентрации 5% и смешивают ее с раствором гидросульфита натрия, содержащим в своем составе комплексообразователь. Расход гидросульфита натрия 9,0 кг/т, а комплексообразователя 0,15% от массы абсолютно сухого волокна. В состав комплексообразователя входят смесь натриевых солей этилендиаминтетраметиленфосфоновой, диэтилентриаминпентаметиленфосфоновой и триатилентетраамингексаметиленфосфоновой кислот, взятых в соотношении 1:1:1, и триполифосфат натрия в количестве, обеспечивающем соотношение указанных солей органических кислот и триполифосфата натрия 8:1. Обработку отбеливателем проводят при температуре 60^oC в течение 40 мин. По истечении времени обработки массу разбавляют водой, кислуют до pH 5, изготовляют листы бумаги и анализируют.

Показатели беленой химико-термомеханической массы приведены в таблице.

Пример 5. Способ отбелки древесной массы осуществляют аналогично примеру 4. Отличия состоят в том, что отбелку химико-термомеханической массы проводят щелочным раствором пероксида водорода. Концентрация массы при отбелке 10%, расход отбеливающих реагентов следующий, кг/т: пероксид водорода – 25, гидроксид натрия – 15, силикат натрия – 30.

Показатели беленой химико-термомеханической массы приведены в таблице.

Пример 6 (прототип). Способ отбелки древесной массы осуществляют следующим образом. Термомеханическую массу исходной концентрации 22% помещают в емкость, куда приливают предварительно нагретую воду в количестве, обеспечивающем концентрацию массы 2,5% и температуру 60^oC. При перемешивании в волокнистую суспензию добавляют натриевую соль этилендиаминтетраметиленфосфоновой кислоты в количестве 0,2% от массы абсолютно сухого волокна. Перемешивание заканчивает через 60 мин и массу обезвоживают до концентрации 5%, после чего в волокнистую суспензию добавляют раствор гидросульфита натрия с расходом его 10 кг/т абсолютно сухого волокна, а отбелку при концентрации массы 4% ведут при температуре 60^oC в течение 60 мин. По окончании обработки массу кислуют при разбавлении, изготавливают листы бумаги и анализируют.

Показатели беленой термомеханической массы приведены в таблице.

Пример 7 (прототип). Способ отбелки древесной массы осуществляют следующим образом. Химико-термомеханическую массу исходной концентрации 25% помещают в емкость, заливают предварительно нагретой водой в количестве, обеспечивающем концентрацию массы 2,5% и температуру 80^oC. Волокнистую суспензию выдерживают при перемешивании в течение 40 мин, затем обезвоживают до концентрации 15% и проводят обработку щелочным раствором пероксида водорода совместно с натриевой солью диэтилентриаминпентаметиленфосфоновой кислоты, расход которой составляет 0,2% от массы абсолютно сухого волокна, пероксида водорода 25 кг/т, гидроксида натрия 15 кг/т и силиката натрия 30 кг/т. Концентрация массы при обработке щелочным раствором пероксидом водорода 10%, температура 80^oC, а обработку ведут в течение 60 мин. По истечении времени обработки массу кислуют при разбавлении водой и изготовляют листы бумаги и анализируют.

Показатели беленой химико-термомеханической массы приведены в таблице.

Анализ приведенных в таблице данных свидетельствует, что предлагаемый способ отбелки древесной массы позволяет достигнуть более высокой степени белизны целевого продукта при меньшем расходе комплексообразователя и отбеливающих химикатов.

Формула изобретения

1. Способ отбелки древесной массы путем обработки ее водной суспензии отбеливающим реагентом и комплексообразователем на основе этиленаминметиленфосфоновой кислоты, отличающийся тем, что в качестве комплексообразователя используют смесь натриевых солей этилендиаминтетраметиленфосфоновой кислоты, диэтилентриаминпентаметиленфосфоновой кислоты и триэтилентетраамингексаметиленфосфоновой кислоты при их массовом соотношении в смеси соответственно (0,8 – 1,2) : (0,8 – 1,2) : (0,8 – 1,2), при этом указанную обработку проводят в присутствии дополнительного комплексообразователя – триполифосфата натрия при соотношении смеси солей указанных кислот и триполифосфата натрия от 5 : 1 до 10 : 1 и общем расходе комплексообразователей 0,1 – 0,2% от массы абсолютно сухого волокна.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве отбеливающего реагента используют пероксид водорода или гидросульфит натрия.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что обработку проводят при температуре 40 – 80^oC в течение 80 – 120 мин.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что обработку водной суспензии древесной массы сначала проводят смесью натриевых солей этилендиаминтетраметиленфосфоновой, диэтилентриаминпентаметиленфосфоновой, триэтилентетраамингексаметиленфосфоновой кислот в присутствии триполифосфата натрия в течение 40 – 60 мин, а затем добавляют отбеливающий реагент и продолжают обработку в течение 40 – 60 мин.

РИСУНКИ

PC4A – Регистрация договора об уступке патента Российской Федерации на изобретение

Номер и год публикации бюллетеня: 21-2003

(73) Патентообладатель:

Открытое акционерное общество “Центральный научно-исследовательский институт бумаги” (RU)

(73) Патентообладатель:

ОАО “Целлюлозно-бумажный комбинат “Кама” (RU)

Дата и номер государственной регистрации перехода исключительного права: 15.05.2003 № 16689

Извещение опубликовано: 27.07.2003

MM4A – Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 25.02.2007

Извещение опубликовано: 27.01.2008 БИ: 03/2008