15.2.9.9. Отбелка древесной массы [8, 117]

Основные факторы, влияющие на белизну

Белизна древесной массы обычно не превышает 65 % и зависит от способа получения полуфабриката. Древесная масса, полученная без применения химикатов, по степени белизны располагается в следующий ряд: ДДМ > РДМ > ТММ. Разница в степени белизны между ними составляет 2–3 %. Для повышения белизны древесную массу в ряде случаев подвергают отбелке  в условиях, не приводящих к удалению лигнина. Конечный результат отбелки сильно зависит от белизны исходной древесины. Наибольшую белизну имеют  полуфабрикаты из ели и осины: ДДМ — до 65 %  и ТММ — до 59 %. Белизна ТММ из березовой древесины составляет всего 45 %. Длительное хранение древесины существенно снижает белизну волокнистого продукта, в среднем на 2 % в месяц. Существенное влияние на белизну оказывает присутствие экстрактивных веществ: на каждые 0,1 % экстрактивных веществ снижение белизны древесной массы составляет примерно 3,7 %.

Белизна ХТММ и ХММ зависит от вида и расхода используемых химикатов и температуры обработки. Для проведения отбелки используют как окислители (гипохлорит натрия, пероксид водорода, перуксусную кислоту), так и восстановители (дитиониты натрия  и цинка, соли сернистой кислоты, боргидрид натрия).

Реверсия белизны. Одним из недостатков древесной массы является постепенное снижение белизны и пожелтение, старение бумаги. Отбелка древесной массы не устраняет ее способности к старению и не всегда повышает стабильность белизны. Старение происходит вследствие действия кислорода воздуха, влаги и усиливается под действием света. Снижению белизны способствует присутствие даже незначительного количества ионов переходных металлов (железа, меди, марганца и др.). Количественной характеристикой устойчивости белизны волокнистых полуфабрикатов служит показатель реверсии белизны (РС — post colour number):

где Rи R2 — степень белизны до и после искусственного старения, %.

Наименьшая устойчивость белизны свойственна полуфабрикатам, отбеленным с применением восстановителей. На воздухе восстановленные хромофорные структуры вновь окисляются, приобретая окраску. Несколько более высокую стабильность белизны имеют полуфабрикаты, отбеленные с применением окислителей, разрушающих хромофорные структуры.


Отбелка восстанавливающими реагентами [86]

Отбелка дитионитами. К числу сильных восстановителей относятся соли дитионовой кислоты (H2S2O4) — дитиониты (техническое название гидросульфиты). Для отбелки широко применяется дитионит натрия, реже — дитионит цинка

Активной частицей при отбелке дитионитом является анион-радикал диоксида серы, образующийся при ионизации дианиона дитионита:

При восстановлении дитионит окисляется с образованием гидросульфит-аниона:

Считают, что роль дитионита при отбелке древесной массы заключается в восстановлении хинонных структур (рис. 15.2.35).


Рис. 15.2.35. Восстановление орто-хинона дитионитом


Кроме того, дитионит и образующийся из него гидросульфит-анион могут взаимодействовать со структурами кониферилового альдегида (рис. 15.2.36).

Рис. 15.2.36. Взаимодействие структур кониферилового альдегида с ионами дитионита и гидросульфита


Эти превращения также приводят к уменьшению содержания хромофорных систем и повышению белизны массы.

Расход реагента на отбелку обычно не превышает 1 масс. % от массы волокна, что позволяет повысить белизну массы на 8–10 %. Отбелку дитионитом натрия проводят при рН = 5,0¸8,5; при использовании дитионита цинка рН поддерживают от 4,5 до 6,0. Температура процесса может составлять от 35 до 95 °С, однако оптимальным считается проведение отбелки древесной массы концентрацией 4–6 % в течение 20–40 мин при температуре 65–75 °С.

Отбелка гидросульфитом натрия используется ограниченно, т. к. гидроксисульфоновые кислоты (рис. 15.2.36) являются не очень устойчивыми и со временем могут разлагаться с образованием хромофорных групп, приводя к пожелтению бумаги.

Отбелку боргидридом натрия проводят при рН = ¸10,5, т. к. боргидрид натрия, являясь сильным восстановителем, не очень устойчив в кислой среде. Оптимальными условиями отбелки считаются: расход боргидрида 10 кг/т древесной массы, концентрация массы — 5–10 %, температура — 35 °С, продолжительность — 30–60 мин; прирост белизны при этом составляет 8 %.


Отбелка окисляющими реагентами

Пероксид водорода. Для отбелки древесной массы широко используют пероксид водорода и изредка — пероксид натрия. Пероксид водорода не очень устойчив и при хранении постепенно разлагается, особенно  в присутствии ионов металлов переменной валентности. Для снижения негативного влияния ионов металлов рекомендуется обрабатывать волокнистую массу комплексообразователями.

Н2О2 является эффективным реагентом для отбелки древесной массы из любых пород древесины. Прирост белизны при обработке пероксидом превышает 10 %. Расход отбеливающего реагента зависит от начальной белизны полуфабриката и требуемой белизны продукта. Наибольший прирост белизны наблюдается при расходе 20–25 кг Н2О2 / т волокна, рН = 10¸11. Отбелку не следует вести до полного расходования реагента, так как иначе может наблюдаться потемнение волокна. Процесс проводят в растворе NaOH, в качестве буферного реагента используют Na2SiO3. Для снижения негативного действия ионов переходных металлов в раствор добавляют сульфат магния, который стабилизирует Н2О2. Процесс проводят при температуре 40–70 °С в течение 1–2 ч. Концентрация массы от 8 до 35 %. По окончании обработки для предотвращения реверсии белизны массу необходимо нейтрализовать добавлением минеральных кислот (серная, соляная) или бисульфита натрия.

Перуксусная кислота (СН3СОООН) является селективным окислителем и в оптимальных условиях (рН = 7, 60 °С, 30–60 мин, расход 10 кг/т) обеспечивает повышение белизны массы на 8–10 %, практически не снижая выход.


Комбинированная отбелка

Прирост белизны древесной массы при оптимальном расходе каждого из рассмотренных реагентов не превышает 12–14 %. Поэтому обычно отбелку проводят в несколько стадий, комбинируя обработки окислителями и восстановителями. Наиболее распространена двухступенчатая отбелка: на первой ступени используют Н2О2 (10–15 кг/т, рН = 10¸11, 40–60 °С, 2–3 ч) с повышением белизны на 10–13 %, на второй — дитионит натрия (10 кг/т, рН = 5¸6, 60–70 °С, 2 ч), позволяющей повысить белизну еще на 3–5 %.

Имеются сведения об использовании для отбелки древесной массы озона [118].