Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЛУБЯНОЙ БЕЛЕНОЙ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ

Изобретение относится к целлюлозной промышленности, в частности к производству целлюлозы из целлюлозосодержащего сырья, и может быть использовано для получения целлюлозы из лубяного сырья, предназначенной для химической переработки.

В настоящее время в стране вновь возникла острая нужда в сырье для хлопкоперерабатывающей и целлюлозной промышленностей. Производство высококачественной целлюлозы из хлопка нерентабельно из-за высокой цены на хлопок.

Одной из приоритетных задач последних лет является уменьшение импортозависимости за счет использования отечественного сырья для производства целлюлозы. Необходимо развивать отечественные источники лубяного сырья, разрабатывать новые виды целлюлозы для производства продукции оборонного и гражданского назначения. Лубяное сырье изо льна, конопли и из отходов их производства может заменить импортное сырье и обеспечить стратегическую независимость страны для производства целлюлозы.

Известны способы получения целлюлозы из растительного целлюлозосодержащего сырья, в качестве которого используют лубяные культуры: лен-долгунец, -межеумок, -кудряш, -зеленец, коноплю, льняную солому (Патент RU 2304649, D21C 5/00, 10.03.2007; патент RU 2343241, D21C 5/00, 10.01.2009; патент RU 2343240, D21C 5/00, 10.01.2009; патент RU 2378432, D21C 5/00, 10.01.2010; патент RU 2413808, D21C 5/00, 10.03.2011).

Известно использование льняной костры для получения целлюлозы. Технологический процесс производства целлюлозы усложняется из-за высокого содержания лигнина (А.С. 931872, D21C 3/02, 1982 г. ).

Однако качественные характеристики и выход целлюлозы, полученной из лубяных растений известными способами, ниже по сравнению с целлюлозой, полученной из хлопка.

Создание технологий по производству наукоемкой продукции, а именно новых видов целлюлозы для химической переработки, при использовании лубяных волокон и продуктов их переработки, приобрело первостепенное значение.

Известен способ получения целлюлозы, включающий рыхление и очистку целлюлозосодержащего материала, замочку в водном растворе, содержащем щелочь, перекись водорода и поверхностно-активное вещество при гидромодуле 1:10, одновременную варку и отбелку, промывку умягченной водой в две стадии при гидромодуле 1:(5-20), отжим до влажности 60-80%, причем перед промывкой осуществляют кисловку раствором азотной кислоты и перед сушкой материал измельчают.

В качестве целлюлозосодержащего материала используют льняные волокна: лен трепаный или волокно льняное короткое.

В результате получают целлюлозу с высоким выходом до 72% и хорошими физико-химическими показателями (Патент RU №2304648, D21C 5/00, 20.06.2007).

Недостатком известного способа является низкая белизна и неудовлетворительная смачиваемость полученной целлюлозы, что не соответствует высоким нормам качества для химической промышленности.

Наиболее близким аналогом к заявленному техническому решению является способ получения целлюлозы, включающий очистку целлюлозосодержащего волокна, варку в щелочном растворе, содержащем поверхностно-активное вещество, отбелку в растворе перекиси водорода, кислование, промежуточные промывки и сушку и по изобретению, в качестве целлюлозосодержащего волокна используют пеньку длиной 5-40 мм и после очистки волокно дополнительно подвергают кислованию в растворе, содержащем 10-15 г/л серной кислоты, а очистку осуществляют содовой варкой, при этом варку в щелочном растворе ведут с добавлением сульфида натрия при следующем соотношении компонентов, г/л: гидроокись натрия 50-60, сульфид натрия 7,5-18,0, поверхностно-активное вещество 0,5-1,0, причем очистку, дополнительное кислование и варку в щелочном растворе ведут при температуре 100-125°С и обрабатывают от 60 до 120 минут (Патент RU 2507331, D21C 5/00, 20.02.2014). Недостатком известного способа является многостадийность, длительность технологических операций, невысокий выход полученной целлюлозы.

Задачей настоящего изобретения является создание высокорентабельной технологии для производства целлюлозы из невостребованных лубяных волокон.

Технический результат изобретения заключается в утилизации отходов котонизации лубяных волокон, которые содержат пуховую фракцию, и получении целлюлозы с высокой смачиваемостью и повышенным выходом.

Данный технический результат достигается за счет предлагаемого способа получения лубяной беленой целлюлозы, включающего очистку лубяного волокна, кислование в растворе серной кислоты, щелочную варку в присутствие стабилизатора, отбелку в растворе перекиси водорода, промежуточные промывки и сушку, и по изобретению в качестве лубяного волокна используют пуховую фракцию, полученную при котонизации лубяных волокон, при этом очистку лубяного волокна ведут в щелочном растворе, а отбелку осуществляют непосредственно после щелочной варки в течение 90-150 минут; пуховая фракция представляет собой непрядомые волокна с линейной плотностью 0,81-1,24 текс и длиной до 15 мм, при этом массовая доля волокна длиной 3-7 мм составляет не менее 70%; очистку ведут при температуре 95-110°С в щелочном растворе, содержащем 10-20 г/л гидроокиси натрия и 2-5 г/л поверхностно-активного вещества; в качестве стабилизатора используют сульфид или сульфит натрия и щелочную варку проводят в растворе, содержащем 15-30 г/л гидроокиси натрия и 3,5-7,0 г/л стабилизатора.

Создание технологического производства глубокой переработки лубяного сырья, разработка способов механохимической модификации лубяного волокна позволяют перерабатывать различные виды лубяного волокна для производства целлюлозы.

В заявленном техническом решении в качестве сырья для производства целлюлозы используют пуховую фракцию, полученную при котонизации лубяных волокон.

Пуховая фракция представляет собой непрядомые волокна с линейной плотностью 0,81-1,24 текс и длиной до 15 мм, при этом массовая доля волокон длиной 3-7 мм составляет до 70%. Такое волокно, например, получают путем механической обработки с последующим аэродинамическим фракционированием на устройстве для обработки котонизированного льняного волокна (патент на полезную модель RU 122386, D01B 5/00, 27.11.2012). На известном устройстве осуществляют рассортировку волокон на фракции по степени их жесткости для повышения равномерности волокон внутри каждой фракции и выделяют пуховую фракцию аэродинамическим фракционированием.

Известно котонизированное лубяное волокно (ТУ 8112-003-00302238-97), полученное обработкой волокон: короткой льняной и стланцевой пеньки, очесов, чесаного волокна, рвани прядильной, на технологической линии, которая включает машины типа ЧГ-150-ПД (грубая чесальная), Ч-600-А (тонкая чесальная), ЛЛ-1-Ч ленточная, ВИРМ-0,35Л резальная, пресс.

Котонизированное лубяное волокно имеет высокую неравномерность по толщине и жесткости, по структуре оно приближено к хлопковому волокну, особенно по длине. Оно состоит, например, из укороченных, расщепленных волокон длиной 15-45 мм в количестве не менее 50% для производства смесовых пряж с хлопковым или с химическим волокном, массовая доля волокон длиной до 15 мм, составляет не более 10% или не более 30% в зависимости от используемого оборудования. Данное волокно не может быть использовано для получения целлюлозы.

Использование пуховой фракции взамен импортного хлопка для производства целлюлозы выгодно уменьшает импортозависимость, расширяет сырьевую базу, дает возможность получать новый вид лубяной беленой целлюлозы.

Полученная предлагаемым способом лубяная беленая целлюлоза может использоваться для различного назначения, особенно для химической переработки.

Предлагаемый способ осуществляют, например, в аппарате типа АКД, при температуре 95-120°С, начальный модуль составляет 1:(4-6). В аппарат загружают 600 кг пуховой фракции, полученной при котонизации лубяных волокон путем механической обработки с последующим аэродинамическим фракционированием. Пуховая фракция представляет собой непрядомые волокна с линейной плотностью 0,81-1,24 текс и длиной до 15 мм, при этом массовая доля волокна длиной 3-7 мм составляет не менее 70%. Загруженное волокно очищают от жировосковых веществ и механических примесей щелочным раствором, содержащим 10-20 г/л гидроокиси натрия и 2-5 г/л ПАВ (синтанола) и обрабатывают 40-60 минут при 95-110°С. Отработанный раствор сливают, а волокнистую массу промывают горячей водой при 60-70°С. После чего проводят кислование раствором, содержащим 3-8 г/л серной кислоты при 100-120°С в течение 30-50 минут с промывкой горячей водой при 60-70°С. Затем проводят щелочную варку в растворе, содержащем г/л: 15-30 гидроокиси натрия и 3,5-7,0 стабилизатора (сульфида или сульфита натрия, в примерах 1 и 2 соответственно) при 95-120°С в течение 120-180 минут. После раствор сливают, минуя стадию промывки, проводят отбелку. Такой прием позволяет сократить продолжительность стадии отбелки более, чем вдвое. Отбелку осуществляют непосредственно после щелочной варки в растворе, содержащем, г/л: 2-4 перекиси водорода по активному кислороду, 1-9 гидроокиси натрия при 100-110°С в течение 90-150 минут и заключительную промывку ведут горячей водой при 60-70°С. Сушку осуществляют при 40-60°С до влажности 6-12%.

Сущность изобретения поясняется конкретными примерами 1-3, приведенными в таблице 1, а в таблице 2 даны физико-химические показатели полученной целлюлозы. В примере 1 используют пуховую фракцию, полученную при котонизации короткого льняного волокна №3, в примере 2 используют пуховую фракцию, полученную при котонизации стланцевой пеньки (смесь первого и второго сорта, 50/50), пример 3 дан по прототипу.

Как видно из приведенных примеров 1-3 и данных таблиц, целлюлоза, полученная предлагаемым способом, имеет высокую смачиваемость до 180 г; повышенный выход до 68% и низкое содержание золы 0,05-0,1%. Данные свойства являются определяющими для целлюлозы, предназначенной для химической переработки.

Предлагаемая лубяная беленая целлюлоза получена из пуховой фракции, представляющей собой непрядомые волокна, невостребованной в отечественной промышленности.

Разработана экономичная, эффективная переработка непрядомых пуховых волокон в высококачественную продукцию, при которой сокращается время обработки и уменьшается количество используемых реагентов.

Предложена высокорентабельная технология для получения нового вида лубяной беленой целлюлозы для химической переработки в нитроцеллюлозу, различные лаки, пленки, пластмассы, целлофан и их промышленная реализация.