Способ обработки волокнистого полуфабриката
Владельцы патента RU 2266994:
Смолева Людмила Леонидовна (RU)
Федорова Эльвира Ильинична (RU)
Мукусева Ольга Владимировна (RU)
Способ касается получения волокнистого полуфабриката с антисептическими свойствами, не содержащего ионы тяжелых металлов, и может быть использован для производства санитарно-бытовых и гигиенических видов бумаг, а также изделий бытового назначения (ложек, вилок, тарелок, блюдец, чашек, подносов). Макулатурную массу или ее смесь с небеленой лиственной или хвойной целлюлозой обрабатывают перманганатом калия при его расходе 0,1-0,5% от массы абсолютно сухой целлюлозы в кислой среде с расходом серной кислоты 3,1-18,6% при температуре 20-40°С до полного поглощения реагента. Техническим результатом является улучшение качества полуфабриката за счет повышения его гигиенических свойств. 2 табл.
Изобретение относится к области целлюлозного производства и может быть использовано для антисептической обработки и отбелки волокнистого полуфабриката для производства санитарно-бытовых и гигиенических видов бумаг, а также изделий бытового назначения (ложек, вилок, тарелок, блюдец, чашек, подносов) без применения молекулярного хлора и хлорсодержащих реагентов. В ряде случаев, когда изделия из бумаги санитарно-бытового назначения должны находиться в контакте с открытыми ранами, слизистыми оболочками, кожными покровами, к ним предъявляются высокие требования по стерильности и токсичности, которые не обеспечиваются существующей технологией производства бумаги санитарно-гигиенического назначения.
В отличие от полимерных материалов, использование биологически разлагаемых макулатуры и растительных волокон дает возможность решить проблему утилизации изделий, загрязнение окружающей среды отходами, выделения токсичных диоксинов, которые образуются при сжигании полимерных материалов.
Известно, что в последнее время ужесточились требования к целлюлозе для производства санитарно-гигиенических бумаг (Pulp and Paper International, 2001, №.3, p.21-24). Покупатели предпочитают длинное волокно с повышенной мягкостью и целлюлозу с низким содержанием "мелочи", поэтому увеличился спрос на волокно высокого качества, предпочтение отдается первичному волокну, а не вторичному. Сокращается доля макулатурного волокна в композиции санитарно-гигиенической бумаги, т.к. использование его снижает прочность и мягкость бумаги. При этом добавление небеленой целлюлозы уменьшает концентрацию хлорсодержащих соединений, оставшихся после отбелки и ионы тяжелых металлов, если в качестве макулатуры использовалась бумага после типографии (газетная, журнальная, книжная).
Известны способы отбелки волокнистого полуфабриката с использованием перманганата калия (Igt Pulp Bleach Conf., Vancouver., June 15, 1994: Pollsters. - Monreal, 1994, - с. 141-145. - Kojim Yasuo. Cjorine free bleaching og KR wich permanganatea. Способ отбелки целлюлозы / Федорова Э.И., Смолева Л.Л., Демин В.А., Кулькова Е.В.; RU патент № 2123261, кл. D 21 С 9/16).
Задачей настоящего исследования является разработка способа получения волокнистого полуфабриката с антисептическими свойствами при обработке кислым раствором перманганата калия как макулатурной массы, так и композиционного материала, содержащего небеленую хвойную и лиственную целлюлозу. Этот реагент представляет интерес для скоростных процессов без нагрева в кислой среде, когда окислительные свойства наиболее выражены. Выбор перманганата калия для обработки волокнистого материала обусловлен антимикробным свойством, что очень важно для получения изделий санитарно-бытового назначения.
Предлагаемый способ отличается от всех известных тем, что обработку (расход составляет 0,1-0,5%) проводят раствором перманганатом калия в кислой среде при расходе серной кислоты 3,1-18,6% до полного поглощения перманганата калия, при температуре 20-40°С при обработке макулатурной массы, композиционного материала, содержащего хвойную и лиственную целлюлозу.
При расходе перманганата калия 0,1-0,4% от массы абсолютно сухой целлюлозы (при обработке макулатурной массы) белизна волокнистого полуфабриката достигает 70,8-74,2%, тогда как для композиционного материала (при расходе перманганата калия 0,1-0,5% от массы абсолютно сухой целлюлозы) белизна достигает 53,2-59,9%.
Технический результат, находящийся в причинно-следственной связи с существенными признаками изобретения, состоит в получении волокнистого полуфабриката на основе макулатуры, композиций, содержащих небеленую хвойную и лиственную целлюлозу, с антисептическими свойствами и не содержащего ионы тяжелых металлов.
Существенные признаки изобретения: способ отбелки целлюлозы, включающий обработку целлюлозы с концентрацией массы 5,0% раствором перманганатом калия в кислой среде (рН 1,9-3,3), выдерживание целлюлозной суспензии при 20-40°С в течение 30-40 минут (до полного поглощения перманганата калия) с расходом перманганата калия 0,1-0,5% и расходом серной кислоты 6,2-18,6%, отделение массы от раствора и ее промывку (таблица 1).
Общее микробное число, колиформные бактерии, сульфитредуцирующие клостридии, колифаги в образцах после перманганатной обработки не обнаружены, таблица 2.
Пример 1
Макулатурную массу белизной 69,3%, вязкостью 22,4 сПз подвергают перманганатной обработке, включающей обработку макулатуры с концентрацией массы 5% раствором перманганатом калия в кислой среде (рН 2,0) с расходом KMnO4 0,4% в присутствии серной кислоты (12,4%), при выдерживании целлюлозной суспензии при 40°С в течение 30 минут. Затем волокнистый полуфабрикат промывают и высушивают.
Белизна целлюлозы 74,2%, вязкость 16,6 сПз, выход 99,6%.
Пример 2
Макулатурную массу обрабатывают по примеру 1 при 30°С. Другие условия аналогичны примеру 1.
Белизна целлюлозы 73,5%, вязкость 16,8 сПз, выход 99,6%.
Пример 3
Макулатурную массу обрабатывают по примеру 1 при расходе H2SO4 18,6% и температуре 20°С. Другие условия аналогичны примеру 1.
Белизна целлюлозы 72,2%, вязкость 16,7 сПз, выход 99,6%.
Пример 4
Макулатурную массу обрабатывают по примеру 1 при расходе Н2SO4 6,2% и температуре 20°С. Другие условия аналогичны примеру 1.
Белизна целлюлозы 71,0%, вязкость 20,0 сПз, выход 99,7%.
Пример 5
Макулатурную массу обрабатывают по примеру 3 при расходе Н2SO4 9,3%, KMnO4 0,3%. Другие условия аналогичны примеру 3.
Белизна целлюлозы 72,3%, вязкость 19,0 сПз, выход 99,7%.
Пример 6
Макулатурную массу обрабатывают по примеру 3 при расходе H2SO4 6,2%, KMnO4 0,2%. Другие условия аналогичны примеру 3.
Белизна целлюлозы 71,2%, вязкость 19,2 сПз, выход 99,7%.
Пример 7
Макулатурную массу обрабатывают по примеру 3 при расходе H2SO4 3,1%, KMnO4 0,1%. Другие условия аналогичны примеру 3.
Белизна целлюлозы 70,8%, вязкость 19,4 сПз, выход 99,7%.
Пример 8
Композиционный материал, содержащий макулатурную массу (70%) и небеленую хвойную целлюлозу (30%) с исходной белизной 45,3% и вязкостью 39,6 сПз обрабатывают раствором перманганата калия в кислой среде (рН 2,35), концентрации суспензии 5% при расходе перманганата калия 0,1% от абсолютно сухой массы целлюлозы, расходе серной кислоты 3,1%, температуре 20°С. Отбеленную массу отделяют и промывают.
Белизна целлюлозы 53,2%, вязкость 38,9 сПз, выход 99,8%.
Пример 9
Композиционный материал обрабатывают по примеру 8 при расходе Н2SO4 6,2%, KMnO4 0,2%. Другие условия аналогичны примеру 8.
Белизна целлюлозы 55,6%, вязкость 38,3 сПз, выход 99,8%.
Пример 10
Композиционный материал обрабатывают по примеру 8 при расходе Н2SO4 9,3%, KMnO4 0,3%. Другие условия аналогичны примеру 8.
Белизна целлюлозы 57,8%, вязкость 37,8 сПз, выход 99,8%.
Пример 11
Композиционный материал обрабатывают по примеру 8 при расходе Н2SO4 12,4%, KMnO4 0,4%. Другие условия аналогичны примеру 8.
Белизна целлюлозы 58,5%, вязкость 37,3 сПз, выход 99,8%.
Пример 12
Композиционный материал обрабатывают по примеру 8 при расходе Н2SO4 15,5%, KMnO4 0,5%. Другие условия аналогичны примеру 8.
Белизна целлюлозы 58,8%, вязкость 36,8 сПз, выход 99,7%.
Пример 13
Композиционный материал обрабатывают по примеру 8 при расходе H2SO4 6,2%, KMnO4 0,4%. Другие условия аналогичны примеру 8.
Белизна целлюлозы 56,4%, вязкость 36,3 сПз, выход 99,7%.
Пример 14
Композиционный материал обрабатывают по примеру 8 при расходе Н2SO4 18,6%, KMnO4 0,4%. Другие условия аналогичны примеру 8. Белизна целлюлозы 59,5%, вязкость 37,0 сПз, выход 99,7%.
Пример 15
Композиционный материал обрабатывают по примеру 8 при расходе Н2SO4 12,4%, KMnO4 0,4%, температуре 30°С. Другие условия аналогичны примеру 8. Белизна целлюлозы 59,2%, вязкость 36,5 сПз, выход 99,8%.
Пример 16
Композиционный материал обрабатывают по примеру 8 при расходе H2SO4 12,4%, KMnO4 0,4%, температуре 40°С. Другие условия аналогичны примеру 8.
Белизна целлюлозы 59,9%, вязкость 29,6 сПз, выход 99,8%.
Пример 17
Композиционный материал, содержащий макулатурную массу (70%) и небеленую лиственную целлюлозу (30%) с исходной белизной 49,9% и вязкостью 28,4 сПз, обрабатывают раствором перманганата калия в кислой среде (рН 2,4), концентрации суспензии 5% при расходе перманганата калия 0,1% от абсолютно сухой массы целлюлозы, расходе серной кислоты 3,1%, температуре 20°С. Отбеленную массу отделяют и промывают.
Белизна целлюлозы 59,9%, вязкость 24,4 сПз, выход 99,7%.
Пример 18
Композиционный материал обрабатывают по примеру 17 при расходе Н2SO4 6,2%, KMnO4 0,2%. Другие условия аналогичны примеру 17.
Белизна целлюлозы 62,1%, вязкость 24,2 сПз, выход 99,7%.
Пример 19
Композиционный материал обрабатывают по примеру 17 при расходе Н2SO4 9,3%, KMnO4 0,3%. Другие условия аналогичны примеру 17.
Белизна целлюлозы 63,8%, вязкость 24,3 сПз, выход 99,7%.
Пример 20
Композиционный материал обрабатывают по примеру 17 при расходе H2SO4 12,4%, KMnO4 0,4%. Другие условия аналогичны примеру 17.
Белизна целлюлозы 64,1%, вязкость 24,0 сПз, выход 99,7%.
Пример 21
Композиционный материал обрабатывают по примеру 17 при расходе Н2SO4 15,5%, KMnO4 0,5%. Другие условия аналогичны примеру 17.
Белизна целлюлозы 64,3%, вязкость 23,8 сПз, выход 99,6%.
Пример 22
Композиционный материал обрабатывают по примеру 17 при расходе H2SO4 6,2%, KMnO4 0,4%. Другие условия аналогичны примеру 17.
Белизна целлюлозы 62,8%, вязкость 26,2 сПз, выход 99,7%.
Пример 23
Композиционный материал обрабатывают по примеру 17 при расходе Н2SO4 18,6%, KMnO4 0,4%. Другие условия аналогичны примеру 17.
Белизна целлюлозы 65,6%, вязкость 23,5 сПз, выход 99,7%.
Пример 24
Композиционный материал обрабатывают по примеру 17 при расходе Н2SO4 12,4%, KMnO4 0,4%, температуре 30°С. Другие условия аналогичны примеру 17. Белизна целлюлозы 66,7%, вязкость 23,9 сПз, выход 99,7%.
Пример 25
Композиционный материал обрабатывают по примеру 17 при расходе H2SO4 12,4%, KMnO4 0,4%, температуре 40°С. Другие условия аналогичны примеру 17. Белизна целлюлозы 67,1%, вязкость 23,5 сПз, выход 99,7%.
Общее микробное число, колиформные бактерии, сульфитредуцирующие клостридии, колифаги в образцах после перманганатной обработки не обнаружены.
Таблица 1 СПОСОБ ОБРАБОТКИ ВОЛОКНИСТОГО ПОЛУФАБРИКАТА (См=5%, время обработки 30 мин) | |||||||
№ | Расход KMnO4,% | Расход H2SO4,% | Температура, °С | Показатели волокнистого п/ф | РН | Выход, % | |
Белизна,% | Вязкость, сПз | ||||||
Композиция 1: макулатурная масса Исходная белизна 69,3%; исходная вязкость 22,4 сПз | |||||||
1. | 0,4 | 12,4 | 40 | 74,2 | 16,6 | 2.0 | 99,6 |
2. | 0,4 | 12,4 | 30 | 73,5 | 16,8 | 2,0 | 99,6 |
3. | 0,4 | 18,6 | 20 | 72,2 | 16,7 | 1,9 | 99,6 |
4. | 0,4 | 6,2 | 20 | 71,0 | 20,0 | 3,15 | 99,7 |
5. | 0,3 | 9,3 | 20 | 72,3 | 19,0 | 2,0 | 99,7 |
6. | 0,2 | 6,2 | 20 | 71,2 | 19,2 | 2,2 | 99,7 |
7. | 0,1 | 3,1 | 20 | 70,8 | 19,4 | 2,25 | 99,7 |
Композиция 2: (макулатурная масса 70% + хвойная сульфатная целлюлоза 30%) исходная белизна 45,3%; исходная вязкость 39,6 сПз | |||||||
8. | 0,1 | 3,1 | 20 | 53,2 | 38,9 | 2,35 | 99,8 |
9. | 0,2 | 6,2 | 20 | 55,6 | 38,3 | 99,8 | |
10. | 0,3 | 9,3 | 20 | 57,8 | 37,8 | 99,8 | |
11. | 0,4 | 12,4 | 20 | 58,5 | 37,3 | 99,8 | |
12. | 0,5 | 15,5 | 20 | 58,8 | 36,8 | 99,7 | |
13. | 0,4 | 6,2 | 20 | 56,4 | 36,3 | 3,3 | 99,7 |
14. | 0,4 | 18,6 | 20 | 59,5 | 37,0 | 99,7 | |
15. | 0,4 | 12,4 | 30 | 59,2 | 33,5 | 99,8 | |
16 | 0,4 | 12,4 | 40 | 59,9 | 29,6 | 99,8 | |
Композиция 3: (макулатурная масса 70% + лиственная сульфатная целлюлоза 30%) исходная белизна 49,9%; исходная вязкость 28,4 сПз | |||||||
17. | 0,1 | 3,1 | 20 | 59,9 | 24,4 | 2,4 | 99,7 |
18. | 0,2 | 6,2 | 20 | 62,1 | 24,2 | 99,7 | |
19. | 0,3 | 9,3 | 20 | 63,8 | 24,3 | 99,7 | |
20. | 0,4 | 12,4 | 20 | 64,1 | 24,0 | 99,7 | |
21. | 0,5 | 15,5 | 20 | 64,3 | 23,8 | 99,6 | |
22. | 0,4 | 6,2 | 20 | 62,8 | 26,2 | 3,3 | 99,7 |
23. | 0,4 | 18,6 | 20 | 65,6 | 23,5 | 99,7 | |
24. | 0,4 | 12,4 | 30 | 66,7 | 23,9 | 99,7 | |
25. | 0,4 | 12,4 | 40 | 67,1 | 23,5 | 99,7 | |
Примечание: максимальное значение ХПК фильтратов 264 мг/л | |||||||
Таблица 2 РЕЗУЛЬТАТЫ МИКРОБНОГО АНАЛИЗА | |||||||
Время хранения образцов | Общее микробное число | ||||||
Ед. измерения | Месяц | колониеобразующие единицы / г | |||||
Композиция 1 (исх.) | 2,5 | 9,2·103 | |||||
Композиция 1 | 1,0 | 0,0 | |||||
Композиция 2 (исх.) | 1,0 | 2,3·103 | |||||
Композиция 2 | 1,0 | 0,0 | |||||
Композиция 3 (исх.) | 2,5 | 8,3·103 | |||||
Композиция 3 | 1,0 | 0,0 | |||||
Примечание: расход KMnO4 0,1%. |
Способ получения волокнистого полуфабриката с антисептическими свойствами, не содержащего ионы тяжелых металлов, включающий обработку макулатурной массы, композиционного материала, содержащего небеленую лиственную и хвойную целлюлозы, перманганатом калия при расходе 0,1-0,5% от массы абсолютно сухой целлюлозы в кислой среде при расходе серной кислоты 3,1-18,6% и температуре 20-40°С до полного поглощения реагента.