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, бумажных полотенец, туалетной бумаги).

Из уровня техники известна композиция для получения распушенной целлюлозы по патенту RU2641136 (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. Композиция по патенту RU2641136 содержит три компонента (целлюлозу, связующий агент, разрыхлитель), 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 US2019169799 (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 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 US2019169799 имеет хорошую прочность. Существенными недостатками данного изобретения являются: две стадии отбелки диоксидом хлора по технологии ECF для достижения необходимой белизны, причем содержание остаточного хлора в распушенной целлюлозе не контролируется; высокое содержание длинных волокон 1,6-3,0 мм, которое увеличивает плотность бумаги.

Задачей заявленного технического 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, с пониженной плотностью для использования в разовых гигиенических изделиях (например, бумажных полотенцах, туалетной бумаге) при сохранении прочности.

Поставленная задача и результат достигается тем, что в способе получения распушенной целлюлозы из полотна древесной целлюлозы в качестве древесной целлюлозы используют лиственные или хвойные породы влажностью 15-20%, измельчают путем роспуска полотна аэродинамическим способом в течение 20-30 с. на комбинацию мелких волокон от 50 до 64% и крупных волокон от 50 до 36% для лиственных пород или от 55 до 68% мелких волокон и от 45 до 32% крупных волокон для хвойных пород с последующей сушкой до влажности 5-7% при одновременном сохранении прочности в сравнении с прототипом.

Пример. Реализация способа осуществляется аэроформованием с использованием оборудования [патенты RU2100508, RU94043433]: 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 волокна для диспергирования 15-20%, а измельчение осуществляют путем роспуска полотна в течение 20-30 с. на комбинацию мелких волокон от 50 до 64% и крупных волокон от 50 до 36% для лиственных пород или от 55 до 68% мелких волокон и от 45 до 32% крупных волокон для хвойных пород с последующей сушкой сформованного слоя в течение 1-3 мин. при температуре 105°С до влажности 5-7% для получения бумажных полотенец, туалетной бумаги.

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 15-20%, 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 15-20%, роспуск древесного сырья на волокна аэродинамическим способом в течение 20-30 с, обеспечивающий комбинацию мелких волокон от 50 до 64% и крупных волокон от 50 до 36% для лиственных пород или от 55 до 68% мелких волокон и от 45 до 32% крупных волокон для хвойных пород и параметры сушки после диспергирования: время - 1-3 мин, 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: прочность опытной отливки при растяжении - 1020 м, разрывное усилие - 5,2 Н, плотность опытной отливки - 0,4 г/см³, получают при режиме роспуска целлюлозы влажностью до диспергирования - 15,0%, время диспергирования - 28 с, фракционный состав по длине волокон: 0,5-1,5 мм - 50%, более 1,5 мм - 50%, параметрами сушки распушенной целлюлозы: время сушки - 1 мин, влажность после сушки - 5,0%. При использовании хвойной целлюлозы, пример 4: прочность опытной отливки при растяжении - 1000 м, разрывное усилие - 5,0 Н, плотность опытной отливки - 0,4 г/см³, получают при режиме роспуска целлюлозы влажностью до диспергирования - 15,0%, время диспергирования - 30 с, фракционный состав по длине волокон: 0,5-1,5 мм - 55%, более 1,5 мм - 45%, параметрами сушки распушенной целлюлозы: время - 1 мин, влажность после сушки - 5,0%. Следовательно, лучшие показатели распушенной целлюлозы при одинаковых условиях подготовки волокна и режимах диспергирования имеет целлюлоза из лиственных пород древесины.

Таким образом, в отличие от ближайшего аналога получения полотна, распушенная целлюлоза по заявленному способу имеет существенное 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 50 до 64% и крупных волокон от 50 до 36% для лиственных пород или от 55 до 68% мелких волокон и от 45 до 32% крупных волокон для хвойных пород. В прототипе способ получения полотна имеет существенный недостаток в том, что отбелка производится в две стадии диоксидом хлора по технологии ECF для достижения необходимой белизны, причем содержание остаточного хлора в готовом продукте не контролируется. Кроме того, аэродинамический способ получения распушенной целлюлозы способствует снижению затрат энергии и количества свежей воды в сравнении с традиционным способом получения полотна, заявленном в ближайшем аналоге.

Пример. Использование распушенной целлюлозы в одноразовых изделиях.

Как видно из таблицы 2, распушенная целлюлоза обеспечивает использование ее для получения гигиенических изделий разового пользования: бумажных полотенец, туалетной бумаги.