Результат интеллектуальной деятельности: Способ получения распушенной целлюлозы

Изобретение относится к лесной и целлюлозно-бумажной промышленности и может быть использовано для получения гигиенических изделий разового пользования (например, подгузников, женских гигиенических прокладок).

Из уровня техники известна композиция для получения распушенной целлюлозы по патенту RU 2641136 (МПК D21H 21/22, D21H 17/37, D21H 17/36, D21H 11/00, опубл. 16.01.2018, США). Композиция состоит из целлюлозы, связующего агента или связующего агента и разрыхлителя. Композицию получают на бумагоделательной машине в форме высушенного полотна с последующей обработкой поверхностно-активным веществом или без нее, измельчают в молотковой мельнице. В качестве связующего агента используют сверхабсорбирующий полимер. После получения пуха (распушенной целлюлозы) проводят испытания на фракционирование по размерам волокон, впитывающую способность, сжимаемость и жесткость, время поглощения жидкости. Несмотря на быстрое поглощение жидкости полученного пуха, композиция по патенту RU 2641136 содержит три компонента, а ее получение состоит из четырех стадий (получение полотна, добавка разрыхлителя (ПАВ), измельчение полотна на молотковой мельнице (получение пуха), добавка связующего агента (полимера)).

Из уровня техники известно получение южной хвойной целлюлозы низкой грубости (распушенной целлюлозы) по международной заявке на патент US 2019169799 (D21H 11/04; D21H 11/20; D21H 15/02; D21H 25/00; D21H 27/00; D21H 27/02, опубл. 06.06.2019, США), выбранной заявителем в качестве наиболее близкого аналога. Южная хвойная целлюлоза низкой грубости включает хвойную сосну, выращенную в южных регионах Соединенных Штатов. Южную хвойную целлюлозу низкой грубости получают окоркой, измельчением, крафт-варкой или любой, отбелкой, формованием в лист, обезвоживанием, сушкой. Высушенную целлюлозу связывают в кипы или скатывают в рулон. Продукт из древесины - сосны, выращенной в южных регионах Соединенных Штатов, по заявке US 2019169799 имеет хорошую прочность полотна и низкую базовую массу полотна. Существенными недостатками данного изобретения являются: две стадии отбелки диоксидом хлора по технологии ECF для достижения необходимой белизны, причем содержание остаточного хлора в готовом продукте не контролируется; высокое содержание длинных волокон 1,6-3,0 мм увеличивает плотность полотна, снижает пухлость и влагопоглощение.

Задачей заявленного технологического решения и его техническим результатом является получение распушенного материала с отсутствием примесей, сохранением повышенной белизны продукта (89,5% ISO) за счет использования одной стадии отбелки целлюлозы, снижением плотности, с повышением влагопоглощения для использования в разовых гигиенических изделиях (например, подгузниках, женских гигиенических прокладках).

Поставленная задача и результат достигается тем, что способ получения распушенной целлюлозы из полотна древесной целлюлозы влажностью 5-9%, состоящей из лиственных или хвойных пород, включает роспуск полотна аэродинамическим способом в течение 35-50 с. на комбинацию мелких волокон от 70 до 58% и крупных волокон от 30 до 42% для лиственных пород или от 68 до 55% мелких волокон и от 32 до 45% крупных волокон для хвойных пород, нанесение на поверхность распушенного слоя 1,5-2,0% водного раствора глицерина при соотношении объема водного раствора глицерина к объему распушенного слоя 1:13-16 соответственно распылителем с углом наклона при распылении 90°, сушку под давлением 1,0-2,0 атм. в течение 3-7 мин. при температуре 103-107°С с равномерной миграцией раствора глицерина по всему объему образца до влажности 5-7%.

Пример. Реализация способа осуществляется аэроформованием с использованием оборудования [патенты RU 2100508, RU 94043433]: со скоростью подачи полотна из лиственных, хвойных пород древесины 1,5 г/с, расходом потока воздуха 0,2 м³/с; со скоростью вращения лопаток ротора 30 м/с; удельным расходом энергии в диспергаторе 380 кДж/кг при производительности 50 т/день, с температурой в помещении 25°С, влажностью воздуха в помещении 75%, при влажности полотна для диспергирования 5-9%, а измельчение осуществляют путем роспуска полотна в течение 35-50 с. на комбинацию мелких волокон от 70 до 58% и крупных волокон от 30 до 42% для лиственных пород или от 68 до 55% мелких волокон и от 32 до 45% крупных волокон для хвойных пород с последующим нанесением на поверхность распушенного слоя 1,5-2,0% водного раствора глицерина при соотношении объема водного раствора глицерина к объему распушенного слоя 1:13-16 соответственно форсунками распылителя типа V-110-5 с углом наклона при распылении 90°, сушкой сформованного слоя под давлением 1,0-2,0 атм. в течение 3-7 мин. при температуре 103-107°С с равномерной миграцией раствора глицерина по всему объему образца до влажности 5-7%, которую подтверждают измерением влажности в 10 точках образца, для получения подгузников, женских гигиенических прокладок.

Остальные примеры, показывающие влияние режимных показателей, показаны в табл. 1.

Из сводной таблицы видно, что только заявленное древесное сырье, состоящее из лиственной целлюлозы с характеристиками: белизна 89,5% ISO, содержание смолы - следы, содержание остаточного хлора - 0,03 г/л, содержание лигнина менее 2%, влажность 5-9% или хвойной целлюлозы с характеристиками: белизна 88,4% ISO, содержание смолы - 0,5%, содержание остаточного хлора - 0,03 г/л, содержание лигнина менее 2%, влажность 5-9%, роспуск древесного сырья на волокна аэродинамическим способом в течение 35-50 с, обеспечивающий комбинацию мелких волокон от 70 до 58% и крупных волокон от 30 до 42% для лиственных пород или от 68 до 55% мелких волокон и от 32 до 45% крупных волокон для хвойных пород, нанесение на поверхность распушенного слоя 1,5-2,0% водного раствора глицерина при соотношении объема водного раствора глицерина к объему распушенного слоя 1:13-16 соответственно распылителем с углом наклона при распылении 90° и параметрами сушки после опрыскивания: давление - 1,0-2,0 атм., время - 3-7 мин, температура - 103-107°С, влажность после сушки - 5-7%, обеспечивают описанные выше задачи.

Из таблицы 1 видно, что лучшие показатели качества распушенной целлюлозы из лиственных пород древесины представлены в примере 1: влагопоглощение воды - 17,0 г/г, влагопоглощение 0,9% раствора NaCl - 10,8 г/г, получают при режиме роспуска целлюлозы влажностью до диспергирования - 5,0%, время диспергирования - 50 с, фракционный состав по длине волокон: 0,5-1,5 мм - 70%, более 1,5 мм - 30%, параметрами сушки распушенной целлюлозы: давление - 2,0 атм., время сушки - 3 мин, температура - 103°С, влажность после сушки - 5,0%. При использовании хвойной целлюлозы, пример 4: влагопоглощение воды - 16,5 г/г, влагопоглощение 0,9% раствора NaCl - 10,2 г/г, получают при режиме роспуска целлюлозы влажностью до диспергирования - 5,0%, время диспергирования - 50 с, фракционный состав по длине волокон: 0,5-1,5 мм - 68%, более 1,5 мм - 32%, параметрами сушки распушенной целлюлозы: давление - 2,0 атм., время - 3 мин, температура - 103°С, влажность после сушки - 5,0%. Следовательно, лучшие показатели распушенной целлюлозы при одинаковых условиях подготовки волокна и режимом диспергирования имеет целлюлоза из лиственных пород древесины.

Таким образом, в отличие от ближайшего аналога получения полотна, распушенная целлюлоза по заявленному способу имеет существенное преимущество в том, что для получения распушенной целлюлозы может быть использована как хвойная, так и лиственная порода древесины с отбелкой в одну стадию, а измельчение проводят путем роспуска полотна аэродинамическим способом на комбинацию мелких волокон от 70 до 58% и крупных волокон от 30 до 42% для лиственных пород или от 68 до 55% мелких волокон и от 32 до 45% крупных волокон для хвойных пород, что повышает пухлость и влагопоглощение распушенной целлюлозы. Обработка водным раствором глицерина способствует расщеплению мочи и отсутствию запаха в готовых изделиях (подгузники, женские гигиенические прокладки). В прототипе способ получения полотна имеет существенный недостаток в том, что в качестве сырья используется одна порода древесины - хвойная древесина, выращенная в южных регионах Соединенных Штатов, а отбелка производится в две стадии диоксидом хлора по технологии ECF для достижения необходимой белизны, причем содержание остаточного хлора в готовом продукте не контролируется. Высокое содержание в древесине длинных волокон увеличивает плотность бумаги, снижает пухлость и влагопоглощение.

Пример. Использование распушенной целлюлозы в одноразовых изделиях.

Как видно из таблицы 2, распушенная целлюлоза обеспечивает использование ее для получения гигиенических изделий разового пользования (подгузников, женских гигиенических прокладок), что подтверждает соответствие качеству указанных гигиенических изделий.