В химической переработке природных полимеров важное место при­надлежит целлюлозе, широко используемой для производства бумаги и картона. Известно, что целлюлозный полуфабрикат, применяемый для про­изводства бумаги, вырабатывается в основном из древесины, которая в силу климатических и других условий практически не произрастает в нашем ре­гионе. В связи с этим, актуальным является проведение научных исследований по поиску новых нетрадиционных видов сырья для производства волокнистых полуфабрикатов, и использования их в производстве бумаги и бумажных изделий.

Целью данной работы является исследование влияния процессов варки и отбелки отходов солодкового корня на качественные показатели получаемой целлюлозы.

Целлюлоза, применяемая для изготовления большинства видов бу­маги, должна иметь высокую степень белизны, которая в свою очередь за­висит от исходного растительного сырья, степени делигнификации (степе­ни провара или жесткости), способа варки и отбелки.

Было изучено влияние технологических параметров процесса варки, та­ких как концентрация щелочи и продолжительность процесса, на выход и качество целлюлозы. Проведена серия лабораторных варок отходов солод­кового корня. Условия варки: модуль 1:10; темпертура 140 0С, концентра­цию щелочи варьировали в пределах от 20 до 50 г/дм , а продолжитель­ность от 60 до 240 мин. Для варки использовались отходы солодкового корня длиной от 10 до 50 см. Волокна солодкового корня при варке набу­хают в различной степени, изменяются их морфологическая структура и длина.

В табл. 1 приведены результаты исследования влияния концентра­ции щелочи на качественные показатели солодковой целлюлозы.  

Таблица 1 - Влияние концентрации щелочи на качественные показа­тели солодковой целлюлозы (при продолжительности варки 180 мин, модуле 1:10 и температуре 140 оС)

В результате проведенных исследований выявлено, что с увеличени­ем концентрации едкого натра в варочном растворе выход снижается от 24,2 % до 19,8 %, степень полимеризации (СП) от 656 до 279, зольность целлюлозы снижается от 6,3 % до 2,5 %, а содержание а -целлюлозы уве­личивается от 85,5 % до 88,8 %. Визуально было определено, что при уве­личении концентрации едкого натра улучшается провар целлюлозы. Также определены массовые доли остатка нерастворимого (ОНР) в серной кисло­те и выявлено, что они почти не меняются.

В табл. 2 приведены результаты исследования влияния продолжи­тельности варки на качественные показатели целлюлозы, которая имеет большое значение для сокращения расходов на энергоресурсы.

Таблица 2 - Влияние продолжительности варки на качественные пока­затели целлюлозы (при концентрации щелочи 40 г/дм3, модуле 1:10 и температуре 140 оС)

  Увеличение продолжительности варки приводит к деструкции цел­люлозы с разрушением волокнистой структуры и снижением СП и средне­го размера частицы солодковой целлюлозы.

На следующем этапе исследовали влияние процесса отбелки на каче­ство целлюлозы. Исследуемая нами солодковая целлюлоза после варки имеет низкую степень белизны 42-45 %. Для отбелки применяют восста­навливающие реагенты - гидросульфит натрия Na2S2O4, гидросульфит цинка ZnS2O4, и др., а также окисляющие реагенты - перекись водорода Н2О2, перекись натрия №2О2 и гипохлорит натрия №ОС1 При отбелке происходит придание целлюлозе стабильного белого цвета путем обесцве­чивания компонентов, в частности экстрактивных веществ и лигнина, обеспечивая их распад на низкомолекулярные фракции, с последующим удалением из полуфабриката.

Существенный недостаток солодковой целлюлозы - относительно низкая стабильность белизны по сравнению с хлопковой целлюлозой. Ос­новная причина реверсии белизны солодковой целлюлозы и бумаги на её основе - изменение в структуре лигнина. Поскольку в солодковой целлю­лозе значительное количество лигнина, хромофорные группы которого при отбелке обесцвечиваются, при последующем хранении они вновь образу­ются под воздействием внешних факторов. Вместе с тем в солодковой целлюлозе содержится достаточное количество экстрактивных веществ, которые вызывают снижение белизны и ее стабильности.

Мы считали целесообразным применения гипохлорита натрия для отбелки солодковой целлюлозы. Обесцвечивание данных компонентов достигается путем окисления гипохлоритом натрия. Для подбора опти­мального режима отбелки гипохлоритом натрия изучалось влияние кон­центрации отбеливающего раствора, температуры, рН среды и продолжи­тельности процесса отбелки на качественные характеристики получаемой целлюлозы.

В табл. 3 приведены результаты влияния концентрации гипохлорита натрия и продолжительности процесса отбелки на степень белизны целлю­лозы.

Таблица 3 - Влияние концентрации гипохлорита натрия и продолжительности отбелки на степень белизны целлюлозы (при рН 10 и температуре 30 оС)

Результаты, приведенные в табл. 3, показывают, что с увеличением концентрации гипохлорита натрия до 3 г/дм3 и продолжительности про­цесса отбелки до 120 мин белизна целлюлозы повышается, но их дальней­шее увеличение не приводит к ощутимым результатам.

В табл. 4 приведены результаты исследования влияния рН среды и температуры отбелки на степень белизны целлюлозы. Результаты, приве­денные в таблице 4, показывают, что оптимальным рН отбелки является рН = 9-10 и температура 30-40 оС, так как при этих режимах достигаются высокие показатели белизны целлюлозы, а увеличение рН и температуры отбелки приводит к снижению степени белизны целлюлозы.

Таблица 4 - Влияние рН среды и температуры отбелки на степень бе­лизны целлюлозы (при концентрации гипохлорита натрия 2 г/л и продолжительности 90 мин)

По результатам проведенных исследований можно сказать, что пу­тем щелочной варки и гипохлоритной отбелки отходов солодкового корня возможно получение целлюлозы с достаточно высокими показателями бе­лизны. Исследование возможности получения бумаги на основе получен­ной целлюлозы будут приведены в следующих сообщениях.